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管型直线电机的优缺点和应用
文章出处：同茂电子人气： 发布时间：2017/5/15 0:29:42
管型直线电机的优点：
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（1）结构简单。管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。它的初次级可以直接成为机构的一部分，这种结合使得这种优势进一步体现出来。
（2）适合高速直线运动。因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙，运动时无机械接触，因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样，传动零部件没有磨损，可大大减小机械损耗，避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声，从而提高整体效率。
（3）初级绕组利用率高。在管型直线感应电机中，初级绕组是饼式的，没有端部绕组，因而绕组利用率高。
（4）无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱，而圆筒型直线电机横向无开断，所以磁场沿周向均匀分布。
（5）容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消，基本不存在单边磁拉力的问题。
（6）易于调节和控制。通过调节电压或频率，或更换次级材料，可以得到不同的速度、电磁推力，适用于低速往复运行场合。
（7）适应性强。直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用；而且可以设计成多种结构形式，满足不同情况的需要。
管型直线电机的缺点 ：
（1）效率和功率因数较低。管型直线电机的效率和功率因数比同容量的旋转电机要低，特别在低速时。这是由以下原因引起的：它的电磁气隙与极距的比值通常较大，所需的磁化电流也较大，使损耗增加；初级铁芯两端开断，产生纵向边缘效应，从而引起波形畸变等问题，其结果也导致损耗增加。
（2）起动推力易受到电压波动的影响。在低速高滑差情况下，往往要求有比较恒定的起动推力，但当电源电压有波动时，起动推力变化很大，因此需要电源电压比较稳定。
（3）运行速度范围受到电机极距的限制。当电源频率固定时，电机的运行速度在很大程度上取决于电机的极距，一般极距不能太大，也不能太小，所以它的速度也被限制在某一合适的范围内。在要求低速的传动系统中，就往往需要增加变频设备。
（4）馈电比较复杂。对于动初级的直线电机，在速度较高或行程较长时，馈电比较复杂。
（5）散热较困难。管型直线电机的散热条件要比扁平型直线电机差，这就限制了电机所允许的电参数，从而限制了电机的推力，因而圆筒型直线电机不适合大功率电机。
管型直线电机在机床上的应用
早在1917年就出现了管型直线电机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电机。当时人们试图将它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。
直至20世纪50年代中期，控制、材料等技术的飞速发展较大地推动了直线电机的发展，管型直线电机的优越性开始体现出来，其应用范围越来越广。
1978年A. Mendrela和J. Turowski设计了一种能产生螺旋运动的直线感应电机，并用于车床和镗床上；也有人将管型直线电机用于加工中心的机械手中。近年来，管型直线电机在机床上的应用增多，而且发展较快。特别是在行程长度小于0.5m的情况，采用管型直线电机能较好地利用材料，可使相应的传动装置结构更加简单紧凑，因而受到了高度的重视。
传统的机械式冲压机（冲床）的动力来源于旋转电动机，它需要一整套复杂的转换机构将旋转转变为所需的直线往复运动，为获得足够的冲压力，还需配备一只储能大飞轮。因而，这种冲压机部件多，结构复杂，体积笨重，噪声大，生产周期长，使用不灵活，而且容易发生人身伤害事故。
因此，直线电机驱动的冲压机就产生了，其总体结构示意图如图所示。它主要分为三大部分，即机身部分、直线电机部分和控制系统部分。
所采用的直线电机主要为管型直线感应电机。其基本工作原理为：插上电源，起动电源开关，直线电机的初级通电并产生电磁力，使圆柱型次级带动模架向下运动，冲压工件；冲压结束，次级在反向电磁力与恢复弹簧的拉动下回到初始位置，等待下一次的冲压。
这种新型直线电机冲压机和传统的机械式冲压机相比，具有结构简单；体积小、重量轻；无周期性的机械噪声；脉冲式工作，有节能效果；冲压吨位、频率、速度可调；易于控制，能实现多种保护功能。
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