作為湘潭大學(xué)高校老師的蘭志勇，為響應(yīng)政府產(chǎn)學(xué)研的號(hào)召，來(lái)到一派直驅(qū)做研發(fā)工作，并于2021年7月任長(zhǎng)沙一派直驅(qū)科技股份有限公司直驅(qū)電機(jī)事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)一職，此次直驅(qū)論壇，他發(fā)表了《直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用》主題演講。

　　直線電機(jī)簡(jiǎn)介

　　直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，可視為將傳統(tǒng)伺服電機(jī)沿徑向剖開(kāi)，并將電機(jī)的圓周展開(kāi)成直線，由定子演變而來(lái)的一側(cè)稱為初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來(lái)的一側(cè)稱為次級(jí)。

　　與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作原理類(lèi)似，直線電機(jī)也是利用電磁作用將電能轉(zhuǎn)換成為運(yùn)動(dòng)動(dòng)能。但在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的，而是呈直線正弦分布的、平移的，被稱為行波磁場(chǎng)。

　　比如說(shuō)直線電機(jī)的基槽配合有很多種，從單元電機(jī)的角度來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單有三槽兩極、六槽五極、六槽七極、六槽八極甚至九槽八極等等類(lèi)型，那么在什么應(yīng)用領(lǐng)域，我們采用什么樣的基槽配合是比較合理的，直線電機(jī)在機(jī)床上應(yīng)用的時(shí)候有一個(gè)問(wèn)題：即推力波動(dòng)及在靜態(tài)的情況下，上矢能后，如何讓電機(jī)的抖動(dòng)最小，這對(duì)于磁場(chǎng)的優(yōu)化是非常關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)。

　　直線電機(jī)的優(yōu)越性：

　　1、無(wú)限行程;

　　2、優(yōu)越的高速及低速性能，高速度達(dá)到10～30m/s，超低速0.001mm/s;

　　3、超常加速能力，加速度可達(dá)50g;

　　4、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)反向間隙;

　　5、高定位精度和重復(fù)精度;

　　直線電機(jī)的設(shè)計(jì)與工藝

　　要把電機(jī)做起來(lái)首先就得做電磁計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)，然后做工藝，最后再形成樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試這樣一個(gè)流程。實(shí)際上真正的核心就是磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算這一塊，國(guó)內(nèi)企業(yè)在這一方面應(yīng)該要加強(qiáng)。

　　由于長(zhǎng)沙一派直驅(qū)有數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，十余年前就對(duì)數(shù)控機(jī)床里所用到的直線電機(jī)進(jìn)行探索，近幾年改變觀念，對(duì)直線電機(jī)的工藝進(jìn)行優(yōu)化提升，不僅電機(jī)要保證客戶需求，還要通過(guò)進(jìn)行電機(jī)優(yōu)化解決客戶端所出現(xiàn)的問(wèn)題。

　　對(duì)于直線電機(jī)在高精密伺服行業(yè)遇到最大的問(wèn)題就是推力波動(dòng)和速度波動(dòng)，我們不能把問(wèn)題全部都交給控制，實(shí)際上電機(jī)本身也可以做很多優(yōu)化工作來(lái)達(dá)到整體性能的提升。

　　內(nèi)部繞組的工藝設(shè)計(jì)中，繞組本身是整矩的，相與相之間相差120度，這一項(xiàng)已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利。另外是電機(jī)的仿真，一派的產(chǎn)品在出廠之前，會(huì)把包括電磁、機(jī)械、工藝、散熱全部要重新做仿真，這是它的持續(xù)推力，這個(gè)波型上可以看出，當(dāng)在額定電流的情況下，電流加的頂子，電機(jī)的處理是抖動(dòng)的，這就叫推力波動(dòng)。有了這個(gè)推力波動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的速度波動(dòng)，可以用滑動(dòng)控制ACMC，把它限定在一定的范圍之內(nèi)，在很多情況下，尤其是在數(shù)控領(lǐng)域的一抖動(dòng)是致命的，兩方結(jié)合把推力波動(dòng)降到最小。

　　這是整體電機(jī)內(nèi)部磁密的分布，很多情況下，電機(jī)水管的位置呢?現(xiàn)在直線電機(jī)里面，很多把水管放在槽底部，這是最簡(jiǎn)單的一種做法，放到槽底部。那么槽底部這個(gè)地方到底是不是最熱的地方，所以我們也做了大量的工作，怎么樣把電機(jī)最熱的位置找到，這個(gè)地方去放銅管散熱。經(jīng)過(guò)一輪的優(yōu)化之后，銅管還在，這兩年我們也做了很多自動(dòng)化的設(shè)備，銅管原來(lái)是人工去挖，現(xiàn)在是全自動(dòng)化，銅管一進(jìn)去再出來(lái)就已經(jīng)成型了。這個(gè)設(shè)備摸索了將近差不多一年的時(shí)間。包括貼磁片，自動(dòng)貼磁片的磁缸機(jī)，目前測(cè)試完成，如果投入使用，對(duì)于生產(chǎn)效率及精準(zhǔn)度的提升將是巨大。

　　　　第三個(gè)工作就是我們針對(duì)不同類(lèi)型的直線電機(jī)建立了通用的測(cè)試平臺(tái)。從它常規(guī)的形式實(shí)驗(yàn)到客戶所需要的數(shù)據(jù)均可提供，整個(gè)的實(shí)驗(yàn)體系非常完善。

　　直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用探討

　　大推力的直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)包括數(shù)控機(jī)床里面到底能不能用?因?yàn)殚L(zhǎng)沙一派在這個(gè)領(lǐng)域耕耘了20多年，所以在機(jī)床行業(yè)有很大的優(yōu)勢(shì)，看中了大推力直線電機(jī)在行業(yè)的應(yīng)用。2021年，長(zhǎng)沙一派在針對(duì)機(jī)床行業(yè)的直線電機(jī)，包括輕載型，包括重載型，大概研發(fā)了包括30款，明年會(huì)在機(jī)床領(lǐng)域全面鋪開(kāi)。

　　活塞異形銷(xiāo)孔鏜床，原來(lái)是做活塞用的。這是比較特別的一些加工產(chǎn)品，里面有非常關(guān)鍵的一個(gè)部件用的就是自己生產(chǎn)的直線電機(jī)。

　　這些是我們直線電機(jī)用于機(jī)床行業(yè)，跟客戶交流，對(duì)方提供圖紙后，提出如何用直線電機(jī)來(lái)替代原有的伺服+滾軸四桿的形式，2019年-2020年，我們跟當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)，做了該項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)用6臺(tái)10000N的電機(jī)，去做金屬切屑，從使用的效果來(lái)看非常好，痕跡和灼燒都沒(méi)有。