Развитие линейных двигателей за рубежом
История развития
Начало развития линейных двигателей произошло ненамного позже, чем развитие роторных двигателей. Вскоре после появления роторных двигателей в мире возник прототип линейных двигателей. Однако процесс развития линейных двигателей был тернистым.
В 1845 году британец Чарльз Уистон изобрел первый в мире линейный двигатель. Однако этот двигатель имел очень низкую эффективность из-за чрезмерного воздушного зазора и не получил широкого распространения. К середине XX века развитие технологий управления, электроники, материалов и других областей обеспечило теоретическую и техническую поддержку развитию линейных двигателей, и они вступили в новый этап развития. Профессор Эрлэйтуэйт из Великобритании был пионером в разработке современных линейных двигателей. Он подчеркивал важность фундаментальных исследований линейных двигателей, и возглавляемая им исследовательская группа добилась многих значительных результатов. Другой представительной фигурой является профессор Кадзуо Ямада из Японии, автор нескольких книг по линейным двигателям. Начиная с 1970-х годов, области применения линейных двигателей значительно расширились, например, в автоматических плоттерах, жидкометаллических насосах (МГД), электромагнитных молотках, легком промышленном оборудовании, бытовой технике, воздушных компрессорах и оборудовании для производства полупроводников и т. д. После 1990-х годов, с появлением концепции высокоскоростной обработки, линейные двигатели стали использоваться в качестве систем подачи в обрабатывающих центрах. Благодаря преимуществам и потенциалу систем подачи с прямым приводом, которые недоступны традиционным системам подачи, они вновь привлекли внимание различных стран. Согласно соответствующим отчетам, объем продаж линейных двигателей и приводных устройств в США в 1997 году составил 45,53 млн долларов США и, как ожидается, достигнет 107,72 млн долларов США в 2002 году.
Как электромеханическая система, линейный двигатель упрощает механическую конструкцию и усложняет электрическое управление, что соответствует тенденции развития современной электромеханической техники.
Американская корпорация Anorad — всемирно известный производитель линейных двигателей. Компания выпустила бесщеточные линейные двигатели постоянного тока в 1988 году и получила патент в США. Компания в основном производит синхронные линейные двигатели с постоянными магнитами, формируя серию изделий различной конструкции и мощности, которые широко используются в различных областях.
Немецкая компания Indramat производит как асинхронные линейные двигатели, так и линейные двигатели с постоянными магнитами, всего более 50 моделей. Типы с постоянными магнитами отличаются высокой эффективностью (до 1,72 Н/Вт) и высокой плотностью тяги. Сообщается, что скорость вращения их продукции может достигать 600 м/мин, а тяга — 22 кН.
Для снижения стоимости линейных двигателей компания Trilogy выпустила модуль линейного кодирования (LEM). Он использует магнитное поле двигателя для обеспечения обратной связи по положению, которая не зависит от хода. Он может работать в суровых условиях и выдавать коммутационные сигналы, аналогичные сигналам датчиков полного хода, с разрешением и точностью повторяемости 5 мкм.
Продукция других производителей линейных двигателей имеет свои особенности. Для получения более подробной информации обратитесь к статье «Высокочастотный линейный двигатель постоянного тока» Лю Цзиньлина и др. (опубликовано в журнале «Микро- и специальные двигатели», выпуск 4, 1993 г.). Применение линейных двигателей в системах подачи высокоскоростных обрабатывающих центров и других станков с ЧПУ с большим ходом является относительно новым направлением. Станки, оснащенные линейными двигателями, должны иметь передовые системы числового управления, высокую жесткость и собственные частоты, а масса движущихся частей должна быть как можно меньше. Только таким образом можно в полной мере использовать возможности линейных двигателей. Кроме того, при проектировании системы подачи с прямым приводом на станках необходимо учитывать вопросы охлаждения и теплоотвода. Для предотвращения притяжения стружки и различных порошков открытым магнитным полем линейного двигателя необходимо также принять меры магнитной изоляции и антимагнитной защиты. Кроме того, линейные двигатели не являются самоблокирующимися, как ходовые винты. При вертикальной установке двигателя необходимо также учитывать такие факторы, как балансировочный противовес и торможение.
Сотрудничество между компаниями Ford, Ingersoll и Anorad в середине 1980-х годов первоначально позволило применять линейные двигатели в станках. Компания Ford надеялась, что ее станки будут одновременно высокоскоростными, высокоточными и гибкими. Результатом сотрудничества стало то, что компания Ingersoll выпустила «высокоскоростной модуль» HVM800, в котором на всех трех осях были установлены линейные двигатели с постоянными магнитами от Anorad, обеспечившие превосходные характеристики.
В 1993 году немецкая компания Ex-Cell-O представила на Европейской выставке станков в Ганновере, Германия, первый в мире высокоскоростной обрабатывающий центр XHC240, приводимый в движение линейным двигателем на рабочем столе. Он был оснащен асинхронным линейным двигателем, разработанным немецкой компанией Indramat, с максимальной скоростью перемещения оси 80 м/мин и ускорением до 1g. Впоследствии многие производители последовательно выпустили обрабатывающие центры, оснащенные линейными двигателями. Согласно статистике, объем продаж станков с линейными двигателями в 1997 году составил 300 единиц, и ожидается, что к 2005 году он увеличится до 3000 единиц. Через десять лет 20% станков с ЧПУ будут оснащены линейными двигателями.
Помимо режущих станков, линейные двигатели начали применять и в других станках, таких как лазерная резка, плазменная резка и электроэрозионная обработка.
Ситуация с исследованиями отечественных линейных двигателей.
Хотя в стране существует множество исследовательских учреждений, занимающихся линейными двигателями, в основном три университета изучают их как системы подачи для станков или обрабатывающих центров. Гуандунский технологический университет создал «Лабораторию сверхскоростной обработки и исследований станков», которая занимается исследованиями и разработкой «сверхскоростных электрических шпинделей» и «высокоскоростных подающих устройств для линейных двигателей». Они исследуют линейные асинхронные двигатели и разработали высокоскоростное подающее устройство GD-3 с числовым программным управлением для линейных двигателей. Номинальная сила подачи составляет 2 кН, максимальная скорость подачи — 100 м/мин, точность позиционирования — 0,004 мм, а ход — 800 мм. С конца 1990-х годов Шэньянский технологический университет проводит исследования линейных синхронных двигателей с постоянными магнитами и изготовил прототип с тягой 100 Н. Ещё одним ключевым направлением их исследований являются методы управления электродвигателями и сервосистемами, и они опубликовали множество статей по этой теме. Институт машиностроения кафедры точных приборов и машиностроения Университета Цинхуа успешно разработал высокочастотный линейный двигатель постоянного тока с ходом до 5 мм, частотой среза более 250 Гц и тягой в несколько сотен Ньютонов. Он используется для привода поперечной опоры инструмента на среднем выпуклом поршневом токарном станке и показал хорошие результаты в реальных условиях эксплуатации. В настоящее время ведется исследование длинноходового линейного сервопривода с постоянными магнитами. Номинальная тяга двигателя составляет 1500 Н, максимальная скорость — 60 м/мин, номинальное ускорение холостого хода — 1g, а ход — 600 мм.
Следует отметить, что в Китае исследования линейных двигателей, особенно линейных серводвигателей в системах подачи станков, все еще находятся на начальной стадии. Наблюдается значительный дефицит исследователей и финансирования, а прогресс относительно медленный. Разрыв с зарубежными странами постоянно увеличивается. Сейчас крайне необходимо активизировать исследования. Для преодоления технологической монополии зарубежных стран необходимо выбрать путь сочетания технологического слежения и самостоятельной разработки, а также усилить исследования в области фундаментальных и ключевых технологий.
По всем вопросам, касающимся генераторных установок, пожалуйста, свяжитесь с командой Beidou Power. Более десяти лет профессионального опыта в производстве и продаже оборудования для выработки электроэнергии, команда высококвалифицированных инженеров готова вам помочь. Выбирая Beidou Power, вы выбираете уверенность в качестве. Приглашаем на заводскую инспекцию.
Дата публикации: 22 декабря 2025 г.