直线电机应用还需克服哪些问题

随着国防、航天、汽车、微电子等高技术行业不断发展，对製造加工业提出了更高的要求，超高速加工和超精密加工成为未来机床业发展的两个主题。传统的机床进给驱动系统是“旋转电机+滚珠丝槓”机构。这种驱动系统涉及的中间部件多，运动惯量大，而且滚珠丝槓本身俱有物理局限性，因此产生的线性速度、加速度及定位精度均有限，不能满足超高速、高精密加工的需要;于是直线电机受到人们关注，它直接产生直线运动，结构简洁，运动惯量小，系统刚度高，快速响应特性好，高速情况下能实现精密定位，产生推力大，尤其运动速度、加速度高于滚珠丝槓的若干倍，工作行程可以无限长，维护少、寿命长。这些优点使它成为现代机床进给驱动的理想部件。

直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

直线电机在机床应用中的关键技术问题

用于机床进给伺服系统的主要是交流直线电机，又分为同步式和感应式两大类。随着稀土钕铁硼(NdFeB)永磁材料的出现和性价比的提高，永磁同步直线电机发展成为主流，应用最多。现以这类直线电机在高速、高精密机床上的应用为例，分析需要克服的关键问题。

　　
一、当绝热与散热问题永磁直线电机运行时，由于铜损和铁损，线圈会发热，带来几个负面影响：

(1)对线圈绝缘层造成老损或破坏，使线圈不便通入更大电流，从而不能产生更大推力。

(2)温度升高会改变永磁体的工作点。

(3)如果热量传递到机床工作台或者导轨，产生热变形会影响加工精度，所以，尤其是平板形大推力直线电机，必须降温，要求磁钢温度不超过70℃，线圈温度不超过130 ℃。对于动圈式(Moving coil)和一般的动磁式直线电机，对线圈部位冷却即可;但在超精密要求下的动磁式直线电机，应该採取双层水冷方式，配以温度传感器监测系统。 u形直线电机由于结构塬因，一般不用冷却措施。

　　
二、隔磁与防护问题机床切削液、铁屑、灰尘等会污染腐蚀电机，甚至堵塞气隙，所以必须封闭电机。永磁钢对铁磁性物质有强吸引力，为安全起见应该隔磁，可採用不锈钢罩封闭。直线电机两端要有缓冲防护装置(Shock-absorbing)和电子限位开关，防止动子失控后的碰撞。对电缆线要加保护拖链，输出信号线还要加屏蔽体。

三、线性导轨要求承受载荷，适应高速运动并保证精度，选择导轨要考虑行程大小、机械特性、精密性与速度承受能力等。一般用滚动(滚珠或滚柱)直线导轨，安装时要保证相互平行度，对于超精密要求的情况，可使用空气静压导轨。

　　
随着直线电机制造工艺的不断革新，生产的规模化，以及永磁材料、电子产品价格的下降，直线电机的成本正以每年20%的速度下降，在机床上的应用前景广阔。但这一应用毕竟是新事物，无论是直线电机本身还是相配套的数控技术，潜力很大。我国是製造大国，发展高档数控设备任重道远。

文章来源：伺服与运动控制