曹 騰 呂鵬飛 中國(guó)人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院 河北石家莊 050200

試論平面電動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

曹 騰 呂鵬飛 中國(guó)人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院 河北石家莊 050200

平面發(fā)動(dòng)機(jī)是一種能夠直接進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)的二維電動(dòng)機(jī)，平面電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要由動(dòng)子、定子、位置檢測(cè)裝置以及支撐部件組成。平面電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)生活活動(dòng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。本文將對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成進(jìn)行了解，根據(jù)不同類型的平面電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)展前景分析。

平面電動(dòng)機(jī)；發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的“絲杠+螺母”轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，隨著直線電動(dòng)機(jī)在二維平面定位裝置中的應(yīng)用逐漸被取代，因?yàn)槠矫骐妱?dòng)機(jī)不再出現(xiàn)摩擦、側(cè)隙、變形等問題，不僅使平面電動(dòng)機(jī)的工作效率得到提高，也使定位裝置在定位方面的水平得到較大的提高。但是，定位精度的提高也造成了一定的限制，頂層起動(dòng)力作用的電機(jī)與相關(guān)的機(jī)械設(shè)備的重量而已對(duì)平面電機(jī)的正常工作產(chǎn)生一定的影響。為有效地解決此類問題，對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的研究開始擺上日程。

1　步進(jìn)式平面電動(dòng)機(jī)

1.1結(jié)構(gòu)

步進(jìn)式平面電動(dòng)機(jī)作為研發(fā)較早，使用較為廣泛的平面電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)有較多產(chǎn)品型號(hào)的生產(chǎn)，在不同的功能發(fā)揮上產(chǎn)生作用。步進(jìn)式平面電動(dòng)機(jī)采用特殊的定子與動(dòng)子結(jié)構(gòu)。定子主要由疊片鐵心組成，動(dòng)子則主要由永磁體與驅(qū)動(dòng)線圈構(gòu)成。例如臺(tái)灣一家科技公司生產(chǎn)的兩種混合式的步進(jìn)式平面電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于雷雨與平面測(cè)繪儀、電腦控制行為裝置以及加工加工自動(dòng)化設(shè)備中，其型號(hào)分別為L(zhǎng)M-SPX1 與LMSPX2，兩者最大的速度為0.9m/s和0.8m/s，最大推力分別為75N和140N，最大的定子使用尺寸為1000mm*600mm。步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的利用。

1.2控制方式

步進(jìn)式平面電動(dòng)機(jī)的控制，主要由驅(qū)動(dòng)線圈的電流使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)力進(jìn)行。當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈中有電流經(jīng)過時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磁阻最小處形成閉合線路。磁力隨之產(chǎn)生，磁力的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致磁阻最小處不斷發(fā)生變化，最后使步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)的動(dòng)作。步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)的使用，可在單相通電與多相通電的方式內(nèi)進(jìn)行選擇，以便進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的控制。當(dāng)使用單相通電的方式時(shí)，三相繞組按A→B→C的順序進(jìn)行輪流的通電勵(lì)磁，相應(yīng)的，動(dòng)子以r/3的單步距離進(jìn)行移動(dòng)，此時(shí)，單相通電分辨率為r/3.當(dāng)使用多相通電的通電方式時(shí)，三相繞組會(huì)按照A→AB→B→BC→C→CA→A的固定順序進(jìn)行電流的流動(dòng)，相應(yīng)的動(dòng)子以r/6的單步距離進(jìn)行移動(dòng)，多相通電分辨率為r/6。

2　永磁式平面電動(dòng)機(jī)

永磁式平面電動(dòng)機(jī)（Pemanent-Magnet Planar Motors）在平面電動(dòng)機(jī)中占據(jù)著較為重要的地位，其在組成結(jié)構(gòu)、使用精準(zhǔn)度以及日常運(yùn)轉(zhuǎn)損耗上都有著良好的表現(xiàn)。永磁式平面電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)顯著特點(diǎn)，是其能夠在平面上自由進(jìn)行位置的移動(dòng)，具備較強(qiáng)的靈活性，能夠適應(yīng)較大距離的使用。

永磁式平面電動(dòng)機(jī)的使用，是磁場(chǎng)力與驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)電流的流動(dòng)相互作用的結(jié)果。為保證永磁式平面電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行與使用，需要根據(jù)永磁式電動(dòng)機(jī)內(nèi)永磁陣列的具體分布排列與結(jié)構(gòu)大小，進(jìn)行線圈以及不知方式的選擇。永磁鎮(zhèn)里形式具有著多樣性，一般來說有著直線型、圓形、橢圓形、平行四邊形、多邊形等不同的形式組織方式，當(dāng)然，這也導(dǎo)致其布置方式相應(yīng)的變化。永磁式平面電動(dòng)機(jī)具有著一個(gè)顯著的特點(diǎn)，在于其兩相鄰線圈單元內(nèi)隨意兩處線圈的有效邊保持著固定的90°垂直角，該特點(diǎn)存在的原因是以便于產(chǎn)生兩垂直的推力，幫助永磁式平面電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行使用。

3　超聲波平面電動(dòng)機(jī)

超聲波電動(dòng)機(jī)視一種利用壓電材料特有的逆壓電性質(zhì)，促進(jìn)電機(jī)內(nèi)電子發(fā)生有規(guī)律的振動(dòng)，再通過定轉(zhuǎn)子間存在摩擦作用力，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇偈箼C(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生的電動(dòng)機(jī)組織形式。超聲波電動(dòng)機(jī)相較于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，具有著較多的使用優(yōu)點(diǎn)，例如體積相對(duì)較小，使用較為靈活，使用響應(yīng)速度快，不易受不良磁場(chǎng)因素影響等。超聲波電動(dòng)機(jī)主要有一個(gè)四邊形的金屬框架以及壓電陶瓷板構(gòu)成，超聲波電動(dòng)機(jī)是一種新型的平面電動(dòng)機(jī)，能夠更加精準(zhǔn)的進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。在超聲波電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，交叉厚度為1.2mm的鋼板在電動(dòng)機(jī)的表面上固定，而壓電陶瓷則在呈現(xiàn)十字交叉樣式的金屬板兩側(cè)固定，便于超聲波電動(dòng)機(jī)的使用與功能的有效發(fā)揮。

4　平面電動(dòng)機(jī)的發(fā)展

一直以來，平面電動(dòng)機(jī)的研究與發(fā)展都在一些發(fā)達(dá)國(guó)家或世界組織內(nèi)進(jìn)行，在日本、東歐等地，平面電動(dòng)機(jī)得到了較為高效的研究和重視，促進(jìn)了此類地區(qū)平面電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與生產(chǎn)生活應(yīng)用。近年來，隨著我國(guó)學(xué)術(shù)氣氛的濃郁以及對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的了解深入，在我國(guó)一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)都開始了對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的研究，平面電動(dòng)機(jī)的相關(guān)工作原理與工作用途開始得到一定的普及。但是，因?yàn)槲覈?guó)對(duì)于平面電動(dòng)機(jī)的研究起步較為滯后，對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的研究難以較為有效的進(jìn)行，平面電動(dòng)機(jī)在技術(shù)上的突破并在我過得到充分有效的利用，還需要較長(zhǎng)的一段發(fā)展周期。另外，平面電動(dòng)機(jī)在我國(guó)的發(fā)展還受制于我國(guó)在高精度儀器、微位移加工設(shè)備技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的落后。我國(guó)對(duì)于平面電動(dòng)機(jī)的研究，普遍存在著研究深度不夠、研究水平不高的情況。與平面電動(dòng)機(jī)研究的相關(guān)性產(chǎn)業(yè)迫切需要得到快速的發(fā)展，使平面電動(dòng)機(jī)的研究與使用盡早不如正軌。

5　結(jié)語

平面電動(dòng)機(jī)作為一種旋轉(zhuǎn)式機(jī)器，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械勢(shì)能，因?yàn)槠涔ぷ餍矢?，能夠滿足各種運(yùn)行要求的優(yōu)點(diǎn)，使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器中得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)未來的平面電動(dòng)機(jī)研究中，應(yīng)加大相應(yīng)資金投入，注重對(duì)平面電動(dòng)機(jī)的研究力度，促進(jìn)其實(shí)現(xiàn)功能的有效發(fā)揮，使平面電動(dòng)機(jī)得到充分的利用，促進(jìn)國(guó)家與全社會(huì)的快速發(fā)展。

［1］寇寶泉，張魯，李立毅，張赫. 平面電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展綜述［J］.電工文摘，2011，02：6-12.

［2］寇寶泉，張魯，邢豐，李立毅，張赫.高性能永磁同步平面電機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述［J］. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，09：79-87. ［3］劉崇銘，曹廣忠，黃蘇丹，段吉安，李玲瓏.平面開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的模態(tài)分析［J］.微特電機(jī)，2015，09：7-10+14.

曹騰（1993—），男，陜西省榆林市人，職務(wù)：學(xué)員，研究方向：電氣工程。