探究提升材料成型能力的平板形直線電機的設計與研制

董慶杰

摘要：直線電機在運轉過程中，能直接把電能轉換為直線運動機械能。目前，在工業、交通運輸業、軍事等諸多領域中均有廣泛應用。而加強材料成型性能的設計與提升，是保證直線電機運行效率與安全性的關鍵因素。文章在闡述平板直線電機基本結構基礎上，從多個方面對提升材料成形能力的設計方法做出探究，最后結合我國平板直線電機發展實況，并對其未來發展趨向做出較科學預見。

關鍵詞：平板形;直線電機;材料成型能力;設計方法

一、平板直線電機的基本結構

底座、直線導軌、初級、次級以及防護裝備等是平板形直線電機的重要構成。初級又可下分為硅鋼片鐵心與線圈繞組，次級結構的構成以純鐵板與按照某一次序羅列起的磁鋼為主。初、次級之間形成的縫隙被稱之為氣隙，是電機運行期間實現能量轉換，進而形成電磁推力的主要位置[1]。

二、平板形直線電機的設計與研制

（一）提升磁鋼磁吸能力的設計

在對動子與定子構件設計與安裝過程中，應減少或規避兩者之間強磁吸性對自體運行效率、安全性等形式的影響，同行可采用如下兩種進行設計：

方法Ⅰ：輔助導軌法

設計工序為：將兩條輔助導軌安設在電機設備的一側，加強對其高度的控制，盡量和電機導軌處于相同水平線上→將動子安裝在輔助導軌上部（該部位無定子的磁吸力）→將定子安穩的裝設在底座上部→把動子推至正式導軌上部[2]。

方法Ⅱ：定子分段法

在行程長度為動子長2倍的電機構件設計領域中，該設計方法有較廣泛應用。比如，可以把定子分割成兩個長度等同的兩段（最好保證各段的長度值為非奇數），具體設計的安裝工序可做出如下表述：將動子安設在電機導軌上指定部位，并將其推移至右側→在左側段安設好定子→把動子推移至左端→于右側段上安裝定子。為保證通過以上設計流程所安裝定子所處方位的統一性，可采用在底座上設計一個定位臺階的形式，并將其設為安裝定子的基準面，也可采用在每段定子上安設定位銷方法，去實現以上目標

對兩種設計方法進行比較，發現方法Ⅱ在應用過程中，不僅能明顯降低直線電機輔助導軌安裝過程中成本，還能減縮安裝空間，進而有效規避磁吸引對其運行效果形成的干擾，且對動子實施分段安裝設計方法后，各段的規格尺寸均有減縮，有益于提升動子運輸過程的安穩性、安裝工序的順暢度及運行期間結構的穩定性等[3]

（二）保證氣隙尺寸合理性的加工工藝設計

結合圖1（a）橫截面結構示意圖，為保證氣隙尺寸的適宜性，建議在縱向建設裝配尺寸鏈，封閉環即為氣隙尺寸AO（AO=0.8士0.08mm）A2對應的是標準件（直線導軌與滑塊）的高程。在具體設計過程中，應盡可能的落實“尺寸鏈環數目最少”原則，以更加科學的確定不同組成環內有關零器件的尺寸設計工藝流程等。

1.固定部件的加工工藝

結合圖1（b）示意圖，在對直線電機設備固定部件的結構與功能整體分析后，發現存在多個和機械設備運行穩定性相關的重要面[’]。為降低尺寸鏈組成環的數目，主要制造工藝流程可做出如下設計：

分別加固純鐵板和底座對應的連接面，繼而螺栓作用下將以上兩個結構整合為一體→在機床上一次裝卡→針對帶有標號的①～⑦面實施精加工處理，以保證面⑤與導軌面①或④間距符合工藝設計標準。

2.運動部件的制造工藝

對圖1a進行分析，設計的制造工藝流程可做出如下概述：對鐵芯4表面進行加工→配置并制作螺孔與定位銷→將3與4結構銜接在一起。

結合上述測量會的結果h1，及已知的氣隙尺寸A0、導軌及滑塊高度A2，能夠較為精確的計算出面（11）和面⑨或⑩高度的差值（A1）.將⑨或⑩設為基準，對硅鋼鐵心線槽面（11）實施一致化的線切割加工處理，以保證保（11）與⑨或⑩的平行度、高度差均能符合直線電機工藝設計要求與行業相關規范。在以上工序運行后，垂直方向就會相應形成最短的尺寸鏈，采用以上設計的工藝流程，能明顯降低直線電機安裝與零件配置過程的操作難度及作業量。此外，將水冷卻器安設在定子結構上，能減少電機運行環境溫度變化，對氣隙數值精確度形成的不良影響。

（三）防止零部件干涉或錯位的設計

在圖1（a）結構示意圖內，繞組伸出端5和底座或導軌等構件無法實現非同步運動，而為減少非接觸摩擦對設備設施運行性能形成的影響，在具體設計過程中，應結合多種因素，更為科學的預算繞組端部運行過程中伸出量的最大值，通常要保證其和周邊構件之間存在的空間≥5mm。為保證水平方向裝配的精確度精度，建議在水平方向建設裝配尺寸鏈，并連續提升定位基準設計的效率，這是確保動子與定子所處方位科學性、相適性的有效方法之一。在以上過程中，在條件許可情況下，最好應用PRO/E軟件對裝配體進行三維干涉檢查[5]。

（四）平板型直線電機初級

經如上多個設計與裝配工序后，最終制成的直線電機的初級。為保證直線電機的運行效能，建議增設保護罩、變壓器、控制器等多種設備設施。開發與制造平板形直線電機的意義在于，保證其在運轉過程中形成移動磁場，進而大幅度提升自體合金的充型能力，獲取超薄壁合金鑄件。把經嚴格焙燒工藝獲得的、具備薄壁型腔的石膏模，安裝在平板型直線電機上適宜位置，并且需及時進行鋁合金液澆注作業，在直線電機中有電流通行后，在移動磁場的支撐與驅動下，鋁合金液能實現在短時間內充型，這提示移動磁場有利于增強合金的充型性能。

三、直線電機的發展趨勢分析

當下，中國的直線電機行業起步較為遲緩，迄今為止，尚未建設一個能規模化應用的工業模式，其長期停滯在科研階段，少數應用在工業化生產范疇中[6]。對當下我國直線電機設計與開發的局勢分析，后續幾年中直線電機研究與發展趨向主要有如下幾點：

（一）電機自身技術朝向永磁電機、各類伺服電機發展，電機材料、結構與工藝方面優化力度將不斷提升，推動直線電機在運行速度、精度、推力容量等方面均有改善。

（二）在保證控制系統技術成熟性的基礎上，積極向新型控制方法的研制“進軍”。

（三）電機市場的運行方向以高智能化、低成本化、長壽命等為主。

四、結束語

直線電機具有結構簡單、適用性廣泛、操作靈活性大等特征，而為進一步促進直線電機效能的發揮，應不斷提升材料的成型能力。本文主要對直線電機重要結構上材料設計與裝配工藝技術及流程做出分析與探究，在現實生產中，應遵照以提升材料成型性能的原則，以促進電機設備安全有效運行為目的，對材料性能加強設計，保證直線電機各結構功能的優良性，在提升電機運行精度的基礎上，強化裝配工序的簡潔性。

參考文獻：

[1]牛姣峰.基于PLC和伺服電機的輸送站控制系統設計[J].機電信息，2019（08）：8-10.

[2]吳澤龍.工業機器人的電機與減速器選型優化[J].機電信息，2019（08）：11+13.

[3]劉美津，黨學明，李洋.平板檢測系統直線電機運動平穩性研究[J].制造業自動化，2017，39（03）：77-81.

[4]楊成春.伺服電機直連負載在平板顯示設備中的應用[J].電子工業專用設備，2017，46（01）：56-58+61.

[5]周經培，高煒，戚淑梅，張帥，牟迪，王志銳.用TRIZ工具分析平板玻璃選片設備電機起落系統創新思路[J].玻璃， 2014，41（11）：3-7.

[6]劉興松，王坤東.圓柱型平板線圈永磁直流直線電動機[J].微特電機，2014，42（9）：7-9.