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一派直驱--直线电机在机床行业的应用--2021年中国运动控制/直驱产业高峰论坛系列报道

时间:2022-01-17

来源:中国传动网

导语:12月28日,一年一度的“我们的工控黄金十年--2021中国运动控制/直驱行业发展高峰论坛暨CMCD&CDDIA年度颁奖典礼”活动在深圳宝安顺利举行。来自运控/直驱行业的500多名业界人士汇聚一堂,激荡脑力风暴,从产业上下游、市场、技术、人才培养的角度出发,共同探讨行业当下与未来发展、企业策略与战略新思维,共谋智造未来。

  作为湘潭大学高校老师的兰志勇,为响应政府产学研的号召,来到一派直驱做研发工作,并于2021年7月任长沙一派直驱科技股份有限公司直驱电机事业部技术总监一职,此次直驱论坛,他发表了《直线电机机床行业的应用》主题演讲。

  

兰志勇.jpg

  

  直线电机简介

  直线电机的基本结构.png


  直线电机的基本结构,可视为将传统伺服电机沿径向剖开,并将电机的圆周展开成直线,由定子演变而来的一侧称为初级,由转子演变而来的一侧称为次级。

  与旋转电机的工作原理类似,直线电机也是利用电磁作用将电能转换成为运动动能。但在气隙中产生的磁场不是旋转的,而是呈直线正弦分布的、平移的,被称为行波磁场。

  工作原理.png


  比如说直线电机的基槽配合有很多种,从单元电机的角度来说,最简单有三槽两极、六槽五极、六槽七极、六槽八极甚至九槽八极等等类型,那么在什么应用领域,我们采用什么样的基槽配合是比较合理的,直线电机在机床上应用的时候有一个问题:即推力波动及在静态的情况下,上矢能后,如何让电机的抖动最小,这对于磁场的优化是非常关键的一个技术。

  直线电机的优越性:

  1、无限行程;

  2、优越的高速及低速性能,高速度达到10~30m/s,超低速0.001mm/s;

  3、超常加速能力,加速度可达50g;

  4、运动平稳、无反向间隙;

  5、高定位精度和重复精度;

  

直线电机的优越性2.png

直线电机的优越性1.png

  直线电机的设计与工艺

  要把电机做起来首先就得做电磁计算、机械设计,然后做工艺,最后再形成样机进行测试这样一个流程。实际上真正的核心就是磁场的设计和计算这一块,国内企业在这一方面应该要加强。

  由于长沙一派直驱有数控机床的基础,十余年前就对数控机床里所用到的直线电机进行探索,近几年改变观念,对直线电机的工艺进行优化提升,不仅电机要保证客户需求,还要通过进行电机优化解决客户端所出现的问题。

  对于直线电机在高精密伺服行业遇到最大的问题就是推力波动和速度波动,我们不能把问题全部都交给控制,实际上电机本身也可以做很多优化工作来达到整体性能的提升。

  内部绕组的工艺设计中,绕组本身是整矩的,相与相之间相差120度,这一项已经申请了发明专利。另外是电机的仿真,一派的产品在出厂之前,会把包括电磁、机械、工艺、散热全部要重新做仿真,这是它的持续推力,这个波型上可以看出,当在额定电流的情况下,电流加的顶子,电机的处理是抖动的,这就叫推力波动。有了这个推力波动就会导致电机的速度波动,可以用滑动控制ACMC,把它限定在一定的范围之内,在很多情况下,尤其是在数控领域的一抖动是致命的,两方结合把推力波动降到最小。

  

电机的仿真.png

  

电机的仿真1.png电机的仿真2.png电机的仿真3.png

  这是整体电机内部磁密的分布,很多情况下,电机水管的位置呢?现在直线电机里面,很多把水管放在槽底部,这是最简单的一种做法,放到槽底部。那么槽底部这个地方到底是不是最热的地方,所以我们也做了大量的工作,怎么样把电机最热的位置找到,这个地方去放铜管散热。经过一轮的优化之后,铜管还在,这两年我们也做了很多自动化的设备,铜管原来是人工去挖,现在是全自动化,铜管一进去再出来就已经成型了。这个设备摸索了将近差不多一年的时间。包括贴磁片,自动贴磁片的磁缸机,目前测试完成,如果投入使用,对于生产效率及精准度的提升将是巨大。

  

电机水管1.png电机水管2.png

    第三个工作就是我们针对不同类型的直线电机建立了通用的测试平台。从它常规的形式实验到客户所需要的数据均可提供,整个的实验体系非常完善。

  测试平台.png

  直线电机在机床上的应用探讨

  大推力的直线电机在机床行业包括数控机床里面到底能不能用?因为长沙一派在这个领域耕耘了20多年,所以在机床行业有很大的优势,看中了大推力直线电机在行业的应用。2021年,长沙一派在针对机床行业的直线电机,包括轻载型,包括重载型,大概研发了包括30款,明年会在机床领域全面铺开。

  活塞异形销孔镗床,原来是做活塞用的。这是比较特别的一些加工产品,里面有非常关键的一个部件用的就是自己生产的直线电机。

  活塞异形销孔镗床.png


  这些是我们直线电机用于机床行业,跟客户交流,对方提供图纸后,提出如何用直线电机来替代原有的伺服+滚轴四杆的形式,2019年-2020年,我们跟当地的一个数控机床的企业,做了该项目,当时用6台10000N的电机,去做金属切屑,从使用的效果来看非常好,痕迹和灼烧都没有。

直线电机用于机床行业.png


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