一、國內(nèi)外直線電機(jī)的發(fā)展動向

近些年來，國內(nèi)外直線電機(jī)的發(fā)展動向可總結(jié)為三個(gè)方面，即：一是向高速、高精度方面發(fā)展;二是向大推力、大容量方面發(fā)展;三是向物流設(shè)備方面發(fā)展。

1、在高速、高精度方面的發(fā)展

1.1直線電機(jī)驅(qū)動的高速、高精度現(xiàn)代機(jī)床

直線電機(jī)在高速、高精度方面的發(fā)展首推在現(xiàn)代機(jī)床業(yè)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)機(jī)床的驅(qū)動裝置依賴絲桿驅(qū)動，絲桿驅(qū)動本身就具有一系列不利因素，包括：長度限制、機(jī)械背隙、磨擦、扭曲、螺距一周期誤差、較長的振動衰減時(shí)間、與電機(jī)的耦合慣量以及絲杠的軸向壓縮等。所有這些因素均限制了傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的效率和精度。當(dāng)設(shè)備磨損時(shí)，必須進(jìn)行不斷地調(diào)節(jié)以確保所需精度。直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)可以保證相當(dāng)高的性能水準(zhǔn)以及比傳統(tǒng)的將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動裝置具備更高的效率和簡便性，具有傳統(tǒng)驅(qū)動裝置無法達(dá)到的高速、高精度。

機(jī)床應(yīng)用直線電機(jī)的優(yōu)勢可簡單地描述為以下幾點(diǎn)，即：

1)高響應(yīng)性

一般來講，電氣元器件比機(jī)械傳動件的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間要小幾個(gè)數(shù)量級。由于系統(tǒng)中取消了響應(yīng)時(shí)間較大的如絲杠等機(jī)械傳動件，使整個(gè)閉環(huán)伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高。

2)高精度性

由于取消了絲杠等機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，因而減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)滯后所帶來的跟蹤誤差。通過高精度直線位移傳感器，進(jìn)行位置檢測反饋控制，大大提高機(jī)床的定位精度，其精度誤差可達(dá)0.001 μm。

3)高傳動剛度、推力平穩(wěn)

“直接驅(qū)動”提高了傳動剛度，直線電動機(jī)的布局，可根據(jù)機(jī)床導(dǎo)軌的形面結(jié)構(gòu)及其工作臺運(yùn)動時(shí)的受力情況來布置，通常設(shè)計(jì)成均布對稱，使其運(yùn)動推力平穩(wěn)。

4)高速度、加減速過程短

機(jī)床直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)，能夠滿足60～100 m/min或更高的超高速切削進(jìn)給速度。由于具有高速響應(yīng)性，其加減速過程大大縮短，加速度一般可達(dá)到(2～10)g。

5)行程長度不受限制

通過直線電動機(jī)的定子鋪設(shè)，就可無限延長動子的行程長度。

6)運(yùn)行時(shí)噪聲低

取消了傳動絲杠等部件的機(jī)械摩擦，導(dǎo)軌副可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無機(jī)械接觸)，使運(yùn)動噪聲大大下降。

美國Ingersoll公司是知名的機(jī)床制造商，克萊斯勒汽車公司購買了它的6臺HVM600臥式加工中心，用來生產(chǎn)高級汽車發(fā)動機(jī)汽缸蓋。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速20 000 r/min，X/Y/Z三軸由GEFANUC的直線電機(jī)驅(qū)動。這6臺加工中心每天生產(chǎn)300個(gè)汽缸蓋，相當(dāng)于11臺非直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心的生產(chǎn)量。

目前，世界上最知名的機(jī)床廠家?guī)缀鯚o一例外地都推出了直線電機(jī)驅(qū)動的機(jī)床產(chǎn)品，品種覆蓋了絕大多數(shù)機(jī)床類型。

國內(nèi)自1995年以來也開展了直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用研究，如廣東工大研發(fā)的直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的GD-3型高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)給單元，清華研究的長行程永磁直線伺服單元，北京機(jī)電院研發(fā)的直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心，浙江大學(xué)研制的圓筒型直線電機(jī)驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)測量機(jī)和扁平永磁直線電機(jī)驅(qū)動的磨床，北京機(jī)床研究所研發(fā)的直線電機(jī)驅(qū)動的電火花成型機(jī)床，國防科大研發(fā)的活塞非圓切削中采用直線電機(jī)驅(qū)動刀具以及北航、南航與有關(guān)單位合作研發(fā)的機(jī)床等。此外，一些企業(yè)如杭州機(jī)床集團(tuán)、江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南捷邁數(shù)控公司、深圳市大族激光科技股份有限公司、南京四開公司等也分別在平面磨床、激光劃線機(jī)、激光切割機(jī)、雕銑機(jī)、加工中心等上采用了不同的直線電機(jī)技術(shù)，取得了較好的效果。

1.2直線電機(jī)在機(jī)床領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

1)應(yīng)用機(jī)床的直線電機(jī)及驅(qū)動控制技術(shù)日趨成熟

應(yīng)用機(jī)床的直線電機(jī)及驅(qū)動控制技術(shù)已日趨成熟，已具有傳統(tǒng)傳動裝置無法比擬的優(yōu)越性能。隨著電機(jī)制造技術(shù)的改進(jìn)，選擇合適的直線電機(jī)及驅(qū)動控制系統(tǒng)，配以合理的機(jī)床設(shè)計(jì)，完全可以生產(chǎn)出高性能、高可靠性的機(jī)床?，F(xiàn)在直線電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給速度100 m/min，加速度1 g～2 g的機(jī)床已很普遍，已有機(jī)床達(dá)到快進(jìn)240 m/min，加速度5 g的指標(biāo)(日本AMADA激光切割機(jī))。

高加速度的直線電機(jī)傳動已在加工中心、數(shù)控銑床、車床、磨床、復(fù)合加工機(jī)床、激光加工機(jī)床及重型機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。

2)直線電機(jī)驅(qū)動機(jī)床仍以高、特為主，但性價(jià)比不斷看好

近年來，直線電機(jī)系統(tǒng)成本不斷下降，在機(jī)床成本中的比重明顯下跌。但目前采用直線電機(jī)驅(qū)動仍比傳統(tǒng)的傳動裝置價(jià)格要高。因此，直線電機(jī)的應(yīng)用仍著眼于高性能機(jī)床，特別是精密高速加工機(jī)床、特種加工機(jī)床、大型機(jī)床，解決傳統(tǒng)傳動方法不能解決的問題。

3)機(jī)床應(yīng)用直線電機(jī)技術(shù)漸趨產(chǎn)業(yè)化

直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用已不是樣品。據(jù)有關(guān)資料介紹，2001年，德國 DMG公司已在28種機(jī)型上采用直線電機(jī)，年產(chǎn)量達(dá)1 500臺(約3 000多根直線電機(jī)驅(qū)動軸)，占其總產(chǎn)量的1/3。2003年，意大利JOBS公司LinX系列產(chǎn)品已占全公司總產(chǎn)量的60%(年產(chǎn)50臺大型龍門加工中心和龍門銑床)，并成為公司的主要利潤來源。有專家預(yù)測，到2010年世界上將有20%~40%的數(shù)控機(jī)床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動，而這些機(jī)床都是高檔機(jī)床，因此其產(chǎn)業(yè)化前景是不言而喻的。

直線電機(jī)在機(jī)床中的應(yīng)用雖然前景看好，但有些問題仍需不斷解決，注意完善，才能更好地促進(jìn)其應(yīng)用。

1.3直線電機(jī)驅(qū)動的其它高速、高精度設(shè)備

直線電機(jī)在高速、高精度方面的發(fā)展除在機(jī)床領(lǐng)域外，還在其他領(lǐng)域也有發(fā)展，如一些要求高的過程控制系統(tǒng)、精密檢測系統(tǒng)、直線伺服驅(qū)動系統(tǒng)等等。

美國、日本、德國、英國等世界上有幾十家公司生產(chǎn)用于高速、高精度設(shè)備的直線伺服電機(jī)。品種、數(shù)量越來越多，性能越來越好。

2、在大推力、大容量方面的發(fā)展

近些年來，直線電機(jī)除在高速、高精度方面的發(fā)展較快以外，在大推力、大容量方面的發(fā)展也是比較快的。其應(yīng)用領(lǐng)域如：八十年代開始在加拿大、日本、美國、馬來西亞等應(yīng)用的直線電機(jī)城軌交通(地鐵和輕軌)，現(xiàn)在發(fā)展很快，特別在日本和中國。應(yīng)用直線電機(jī)驅(qū)動的城軌交通，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)，即：

1)同樣容量，降低車體高度，減小隧道面積，成本減少，土地節(jié)約;

2)爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑小，土建減少，成本降低，選線、換乘方便;

3)非接觸牽引，節(jié)能，噪音低;

4)列車加減速度快，效率高;

5)維護(hù)量少，運(yùn)營成本低;

6)與傳統(tǒng)地鐵比，除機(jī)車底部有所變化外，總的建造模式基本不變;

7)長期的安全運(yùn)行紀(jì)錄。溫哥華空中列車在14年的時(shí)間里安全運(yùn)送乘客4.5億人次，運(yùn)行里程超過10億公里。

日本自1990年3月，在大阪7號線采用了直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的地鐵，1991年在東京12號線采用直線電機(jī)驅(qū)動地鐵后，神戶、橫濱、福岡、仙臺和其它一些城市也引入直線電機(jī)地鐵。我國廣州地鐵的4號線、5號線、6號線、7號線，有的已用，有的將要用。國內(nèi)浙江大學(xué)與上海南洋電機(jī)集團(tuán)合作的直線電機(jī)驅(qū)動地鐵車正在調(diào)試中。

直線電機(jī)在大推力、大容量方面的發(fā)展除在地鐵和輕軌的應(yīng)用領(lǐng)域外，在磁浮交通方面的應(yīng)用也是令人注目的一部分。目前一些國家在磁浮交通驅(qū)動技術(shù)方面仍在不斷向前發(fā)展，如日本、德國、美國以及其他一些國家以不同的方式開展研發(fā)和推進(jìn)應(yīng)用。中國的滬杭磁浮交通線仍在進(jìn)行工作。

直線電機(jī)在大推力、大容量方面的發(fā)展還體現(xiàn)在諸如油田抽油機(jī)類的大型設(shè)備上，其中油田采用直線電機(jī)驅(qū)動的抽油機(jī)比傳統(tǒng)的抽油機(jī)在同樣時(shí)間內(nèi)抽取同樣油量時(shí)，可節(jié)電20%~40%。此外，大推力、大容量直線電機(jī)還在大型化工設(shè)備、建筑設(shè)備以及其他大型工業(yè)、民用設(shè)備中得到應(yīng)用，效果明顯。

3、在物流設(shè)備方面的發(fā)展

在現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)過程之中，物流技術(shù)已經(jīng)被提到了前所未有的高度，而物流設(shè)備的先進(jìn)與否將直接影響到物流技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展的一個(gè)鮮明的特點(diǎn)是以現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等為代表的高新技術(shù)的應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家企業(yè)的物流設(shè)備占項(xiàng)目總投資的比例一般都在20%以上，從而使得物流設(shè)備不斷地改進(jìn)發(fā)展，其中由直線電機(jī)驅(qū)動的物流傳輸設(shè)備代表了現(xiàn)代先進(jìn)物流傳輸技術(shù)的一種應(yīng)用和一種潮流。一些發(fā)達(dá)國家(如美國、日本、德國、法國、意大利、丹麥等)，在物流傳輸領(lǐng)域，如機(jī)場行包輸送，郵政自動化分揀、報(bào)刊書籍配送中心，工廠流水線等系統(tǒng)中，已基本實(shí)現(xiàn)了自動化。這些設(shè)備普遍采用具有國際領(lǐng)先水平的直線電機(jī)作為驅(qū)動系統(tǒng)，適應(yīng)多批量靈活安排的需求，代表著目前世界物流傳輸技術(shù)的發(fā)展水平。

直線電機(jī)在各種物料傳輸和搬運(yùn)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、成本低、效率與智能化程度高等。目前在垂直傳輸方面如直線電機(jī)電梯、升降機(jī);在平面?zhèn)鬏敺矫嫒玎]政包件分揀傳輸線，各種行李分揀傳輸線，鋼材生產(chǎn)傳輸線，電氣、電子、機(jī)械加工生產(chǎn)線，食品加工線，制藥生產(chǎn)線等各種工業(yè)加工線和各種檢測線;還有商場、醫(yī)院等場合的物料傳輸、搬運(yùn)以及立體倉庫的搬運(yùn)，汽車庫的搬運(yùn)調(diào)度等等，不一而舉。

二、國內(nèi)外直線電機(jī)的技術(shù)趨勢

1、電機(jī)本體的技術(shù)趨勢

1)直線感應(yīng)電機(jī)技術(shù)向大容量方面發(fā)展(如交通、物流業(yè)等);

2)直線永磁同步電機(jī)向高精度方面發(fā)展(如機(jī)床、自動化業(yè)等);

3)直線永磁電機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛;

4)直線伺服電機(jī)技術(shù)將會有大的發(fā)展;

5)直線振蕩電機(jī)與非電磁類直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展看好。

2、電機(jī)控制技術(shù)趨勢

1)直線感應(yīng)電機(jī)的控制仍然以矢量控制為主;

2)直線永磁同步電機(jī)向直接轉(zhuǎn)距控制技術(shù)方向發(fā)展;

3)無位置傳感器技術(shù)正在得到人們的重視。