现代驱动技术纵览

Ｊ ＯＮ 通 过 采 用 适 当 的 控 制 策 略 和 系统 设 而应 用 范 围极 为 广泛 ，几乎 遍 及航 ＨＮ Ｏ Ｓ 空航天 、国防 、工农业生产 和 日常 Ｅ Ｃ ｌ 计 满 磁 阻 电 机 有 很 好 的散 热 特 性 ； 生 活的各个领域 。泰安 阳光 动力 电 Ｔ 开 关 足 电动 车 四象 限运 行 的要 求 ； Ｌ Ｅ Ｒ Ｃ
新 一 代 无 极 调 速 系 统 。 系统 主 要 有 领 域 ，在各种 需要调 速和高效 率 的 广泛应用 ，并证明 了它无可估量的 优越性 。一是真空超净室技术 ：轴 开 关磁 阻电机 、功 率变换 器 、控 制
器 与位置 检测器 四部分 组成 。它 的 结 构简单坚 固，调 速范 围覆 盖功率 范 围 １Ｗ～ ＭＷ 的各种 高低 速驱动 ０ ５
海 顿科 克直线 传动最 近推 出 的 能提 供更好 的旋转支撑 和更大 的轴
１ 言 引
９０ ０ ｍ） 现代驱 动技 术按原 理可分 为 电 １ ００系 列 （电 机 直 径 为 ２ ｍ 向负 载能力 的加大球轴 承 以保证 产 磁式 驱动 和非 电磁 式驱动 两大类 。 固定轴式 电机 ，该 电机 主要是 为液 品在 整个使用 寿命 中都 能保持 免维 电磁 式驱动技 术 主要 包括 ：直 线 电 体 微 型 注 射 泵 、 电 子 阀 门 调 节 、 护和精确重复定位精度 ！ 机技 术 、无刷 直流 电机技术 、开关 激 光 焦 距 调 节 、 无 线 电 频 率 调 节 磁 阻电机技 术 、永磁 电机技 术 、磁 以 及 其 他 需 要 在 狭 小 的 空 间 内 实
专 题 策划
ｌ硼 点
ＳＰＥＣ Ｉ ＡＬ ＳＵ ＢＪＥＣ Ｔ ＰＬＡＮ Ｎ Ｉ ＮＧ
现 代 驱 动 技 术 纵
邵明涛 （ 黑龙 江省机械科 学研 究院 ，哈 尔滨 １０ ４ ５０ ０）
编者按 ：随 着科 技 的 不断进 步 ，现代 驱 动技 术 已被 广 泛地 融入 到我 们 的 日常 生活 ，现代 驱动技 术不仅 影 响 民用领 域 、工 业领域 的发 展 ，而且 还 影响 到 军事 工业 、航 空、航 天等 国防事 业的发 展 。驱 动技 术作 为机械 控 制 的关键技 术 之一 ，在 国 内外 受到普 遍 关注 。
直接转变 为动能 （ 与直线 电机原理 场合 得到 了应用 ，至于蠕动式 与惯 还 具有一些新 的功能 。德 国材料 研 相 同 ），电磁 力作功 ，其 速度高 ， 性式 主要用 于直线 运动 ，结构也 很 究所 用稀土超磁致 伸缩薄膜材料 制 结构相对简单 ， 但技术复杂。
美 国海军研究 局 ｆ Ｎ ） Ｏ Ｒ 正在研 简单 ，目前也在一些场合得到应用 。 作 的微 型泵 ，当控 制 频 率 在 ２ Ｈ ｋｚ 压 电 陶 瓷微 位 移 驱 动 器 是 利 时 ，最 大 流 量为 １ Ｌｒｉ，出 口 ０ ／ ｎ ａ 缩材料 的应用 ， 目前美 国位居各 国
高效率使 得工作 电流 和起动 时的 冲 通 过 调 整 开 通 角 和 关 断 角 ，开 关 磁 机有 限公 司生 产 的 高 速永 磁 电机 ， 功 率 １ ｋ 一 １ｋ 转 速 ６ ０ — ． Ｗ ３ ５ Ｗ， ５ ０ ０ 击电流较低 ，从而延长了电池 寿命 。 阻 电 机 具 有 良好 的控 制 特 性 ，很 少 “ 凑 型 无 刷 直 流 电 机 技 术 为 电动 需要 维护 ，适用 于各种 恶劣 、高 温 紧 工 具 行业 设 立 了一 个 新 的性 能 标 准 ， 环 境 ，具 有 良好 的 适 应 性 。 这 些 特
一
时 ，也必须采 用磁浮驱 动。磁浮驱 电机 有三种类 型 ，分别 为超 声式 、
究 ，并 取得 了一 些很好 的成 果。近
动根据不 同材料的组合 以及不 同驱 蠕 动式和惯性式 。超声波式是 利用 年来 ，薄膜型超磁致 伸缩微执行 器 动方 式有许 多种 型式 ， 但总体 上归 逆 压 电效 应 的 基 础 上 ， 以超 声 频 域 的开发与应用成 为一个新 的研究 热 结 为两大类 ， 即相 吸型与相斥 型。
电磁 发 射 驱 动技 术
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的机 械 振 动 为 驱 动 技 术 在 电 能 的 控 点 ，与传 统 的压 电式 、静 电式形 状
制下 通过机械变换 产生运动 ，这种 记 忆 合 金 驱 动 器 相 比不 仅 成 本 较
电磁 发射驱 动技术是将 电磁能 电机 国 内外 已研究 较多 ，已在不 少 低 ，而且 输 出力 大 、响应速度 快 ，
最 少 的部 件实现 精密 的直 线传 动系 昌推 出 了一 款 应 用 于 电 动 工 具 的 高
直 流 电机 （ ｏ ｐ ｃ Ｅ Ｔ ） 品 系 Ｃ ｍ ａｔ Ｃ Ｍ 产
直线 电机也 称线 性 电机 ，线性 统 ，大 大 增 加 了 设 计 的 灵 活 性 。 同 性能 无刷直流 电机 。该 紧凑型无 刷
ｅｉ ｔ ｎ１ ｔ ｏ ＭＬ技 术 。 它 的 主 使其新产 品具备差异化优势的机会” 电动 车 辆 的各 种 工 况 下 运 行 ，是 电 ｌｖ ａｉ 简 称 Ｅ 德 昌 电 机 市 场 策 略 部 高 级 副 总 裁 丁 动 车 辆 中 极 具 有 潜 力 的 机 种 。开 关 要原理是利用高频 电磁场在金属表 计 明 （ｍＤｃ １ 。 Ｊ ｉ ｉ 说 ｋ 磁 阻 电 机 也 有 其 缺 点 ： 由 于 其 转 矩 面产生 的涡流来实现对金属物 的悬
３ ０ ０／ ｎ 。 ０ ０ ｒ ｍｉ 。
保 持高效 率 ； 开关 磁阻 电机 很容 易 寸可 以灵 活 多 样 等显 著 优 点 ，因
磁 悬浮 驱 动技 术
该 产 品的创新 为我们 的客户提 供 了 点使开 关磁阻 电机驱动 系统很适合
电磁 悬 浮技 术 （ ｌ ｔ ｍ ｇｅｉ ｅ ｃ ｏ ａｎ ｔ ｅｒ ｃ
场合均能得到广泛使 用 （ 电动车驱 构
动 、 用工业 、 通 家用 电器 、 织 机械 、 纺
电力 传动系统等各个领域 ）。
永磁 电机 技 术
与 电 励 磁 电 机 相 比 ，永 磁 电
机 ，特别 是稀土永磁 电机具有结构 简单 、运行可靠 、体积小 、 质量轻 、
６ ｉ 机 工 械 程师 ２１年 期 ０１ 第５
马 达 ，直 线 马 达 。直 线 电 机 是 一 种 时 ，４ 品使用 了完美 的定子齿形 ， Ｇ产 将 电 能直 接 转 换 成 直 线 运 动 机 械 能 ， 强 力 钕 磁 钢 ，大 尺 寸 的花 键 轴 以 及 列可 以使 电池续 航 时间更 长 ， 电 是
而不需要 任何 中间转换机 构 的传 动 装 置 。它可 以看成 是一 台旋转 电机 按径 向剖开 ，并展成平 面而成 。 直
脉动大 ，所 以其 噪声也 较大 ；相对 浮 。目前的悬浮技术主要包括 电磁 气 开关 磁 阻电机 是一种新 型调 速 永磁 电机而言 ，功率 密度 和效 率偏 悬 浮 、光悬 浮 、声 悬 浮 、 流悬 浮 、 电 机 ，调 速 系 统 兼 具 直 流 、交 流 两 低 ；系统使 用位置 传感 器 ，增加 了 静 电悬浮 、粒子束悬浮等 ，其 中电
超导驱 动技术 、金属 氢化物驱 动技 ５ ｇ ０ ）其 固定轴 的设计直 接在 电 用 于 军 事 、航 空 、航 天 、医 疗 、家 ｋ（ Ｎ， Ｓ
术 、橡胶驱动技术等。
２电 磁 式驱 动 技 术
直 线 电机 技 术
直线运 动 ，这使 得工程师 们可 以用
２ １ 年 ３月 ２ ０ １ ９日，香 港 一德
三是 透平 机 械 和离 心 机 ：优 点是 能
个 调速范 围 内都具 有较 高效率 ，系 统 可靠性高 。其优点 主要表 现在 以 下几个方 面： 开关磁阻 电机效 率高 ， 且在很 宽 的功 率和转 速范 围内都能
对振 动加 以控 制及 阻尼 ，并 获得 预
定 动 态性 能 ；由 于 没有 润 滑 剂 ，因 此 也 就不 需 要 密 封 可 进 一 步 简化 结
无 刷 直 流 电机 技 术
相对 于普通 的直 流电机 ，无 刷
悬 浮 驱 动 技 术 、电 磁 发 射 驱 动 技 术 现 直 线 运 动 的 地 方 设 计 的 ，该 电 直流 电机 的换 相 以电子 方式取代 了
由于 它不仅 保持 了传 统 等。非 电磁式 驱动技 术主要包 括 ： 机 目前 可选 的行程 有 ４种 ，分别 为 机械 方式 ， 压电驱动技术 、 磁致伸缩驱动技术 、
专 题 策翘
Ｉ褫 点
ＳＰＥＣ Ｉ Ｌ ＳＵ ＢＪＥＣＴ Ａ ＮＮ Ｉ Ｇ Ａ ＰＬ Ｎ
在一些需要 高速运 动 的场合 ， 的逆 压 电效应 ，通 过控制其 机械变 在 一些步进运动 场合正在得 到尝 试 磁悬浮驱 动技术将会得 到很好的应 形产 生旋转 或直 线运动 ，具 有结构 性 的应用 ，其前景让人感到很振奋 。 些先进 国家非 常重视该领域 的研 用 ，在直线 运动 时速超过 ５ ０公里 简单 ，低速 、大力 矩 的优点 。这种 ０
统 动态特性 要求非 常高 以及 特殊环 境 的场合 ，如半导体生产线等 。
使得 生产力 也提升 了 １％。电机的 ５
５
机 工 械 程师 ２１年 期 ０１ 第５
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役 点
ＳＰＥＣ Ｉ Ｌ ＳＵ ＢＪＥＣ Ｔ Ａ ＮＮ Ｉ Ｇ Ａ ＰＬ Ｎ
损耗小 、效率 高 、电机 的形状 和尺
调 速 系 统 ， 速 性 能 优 异 ，且 在 整 调
承不存在任何机械磨损 ，因而也不
会 引 起 相 关 的 污 染 ，必 要 时 甚 至 可
以使 磁场力 透过容 器壁发生作用而 将轴 承安排在真空容器外面 ；二是 机床 ：主要 优点是相对高承载能力 条件 下能够保 持高精度和高转速 ；
直线 电机 相对 于传统 的直线传 递结 构具 有高动 态特 性 、高 刚性 、
免 维 护 的 特 点 。主 要 用 于 一 些 对 系
螺旋钻 头为例 ，在一 次蓄 电池满充 的情况下 ，紧凑型无 刷直流 电机完 成 的工作量 比标准 的直流 电动机超
过 一 倍 。 同 时 因为 更 快 的钻 孔 速 度
开 关磁 阻 电机技 术
类 调 速 系 统 的优 点 ，是 继 变 频 调 速 结构 复 杂 性 。 系 统 、无 刷 直 流 电 动 机 调 速 系 统 的 开 关 磁 阻 电 机 存 在 许 多 潜 在 的
磁 悬 浮技 术 比较 成 熟 。 到 目前 为 止 ，它 主 要 在 三 方 面
光 驱 动 技 术 、静 电 驱 动 技 术 与 分 子 马 达技 术 、 状 记 忆 合 金 驱 动技 术 、 形
１ ｒ ｍ， ｍｍ ， ５ ｍ， ｍｍ 。 ４ ａ １ ８ ２ ｍ ３ｌ
直 流 有 刷 电机 所 具 有 的 良好 的 动 、
Ｇ — ９０ ４ １０ ０电 机 的 机 身 直 径 静态 调 整特 性 ， 结构 简单 、运行 且 只 有 ２ ｒｍ 但 是 其 推 力 可 以 达 到 可 靠 、 易 于 控 制 ， 而 被 广 泛 地 应 ０ ， ａ 从 机 内部就 实现 了把旋转运 动转 化为 电以及工业 自动化等运 动控制领域。
钻和 电动螺丝起 等电动工具 的最佳 选择 。该 紧凑型无刷 直流 电机可 以 在一个 紧凑的空 间 内输 出最 高 的功 率 ，从而 为电机功率 密度 和效率设
立 了 新 的 行 业 标 准 。 以使 用 ６ ｍ ５ｍ
线 电机根据 实 际的工作环 境不 同又
可 分 为 平 板 式 、ｕ型槽 式 和 管式 。