| 而从结构来讲，它又有动圈式、动铁式、平板型、圆筒型等多种形式，即直线电机可演变生化出比旋转电机更多的种类。大到磁悬浮列车、直线打桩机……小到遥控电动窗帘、绘图仪位移机构等各种技术领域都可有其应用实例。并且电机的结构形式可按其应用机构的需要来选择更适应的方案。随着现代电机直接转矩控制技术、机电一体化及相关技术的不断发展完善，将使直线电机的应用领域越来越广泛。多种技术相互交叉、渗透、融为一体地应用于某一领域，是当今技术发展的重要趋势之一。
如图1所示为三相直线步进电机的结构示意图。直线电机的动件、定件相当于旋转电机的转子、定子。动、定件上均开有如图所示的齿槽，并用硅钢片冲制叠压而成。动件、定件的齿距须满足一定的关系式，设电机相数为m，动件齿距为b，则定件的齿距p=(k+1/m)b，k为任意正整数。为电机绕组引线方便，通常做成动铁式，即带绕组线圈的为定件，它固定在电机外壳上，而动件可采用直线滚动导轨来上下固定，使其能左右移动，也可直接与被驱动进行直线位移的机械部件相连。电机的外形根据需要可做成长矩形或圆筒形等多种形式。步进电机是按变磁阻原理运行，即遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。如在图中所示动件相对定件的位置时，给A相绕组通电励磁，则A相磁极所产生的磁场力就会力求使磁路磁阻减少，即对动件产生向右移的磁拉力，使得动件的凸极齿尽可能多地与A相磁极的凸齿对齐，于是动件在其磁拉力的作用下向右移动了1/3动件齿距b(即图示C相与动件齿对齐的位置)。如果依次轮流对A→B→C三相绕组通电，则动件向右位移；而通电顺序为B→A→C时，动件就向左位移。按制造工艺及精度使动件的齿距做得越小，则每一脉冲的位移量（脉冲当量）就越小。以上描述的是三相单三拍通电方式，实际使用时一般采用三相六拍或三相双三拍通电方式，三相六拍通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A；三相双三拍通电顺序为：AB→BC→CA→AB。三相六拍的脉冲当量比三相三拍小一半。
三、用直线步进电机控制的汽车转向系统结构原理
用直线步进电机控制的转向系统是在前述所提到的电子控制电动助力转向系统EPS基础上进一步改进而成，即用直线步进电机来替代EPS用旋转电机对转向器中齿条的助力，省去了电磁离合器、减速机构及其传动件，使其结构更紧凑、控制更直接、响应更快。也为更方便地实施高性能的四轮转向(4WS)机构，在此提出两种结构：由直线步进电机控制转向助力的系统可用于传统二轮转向(2WS)系统或四轮转向(4WS)的前轮转向机构；由直线步进电机控制转向力的系统主要用于四轮转向的后轮转向机构。现分别说明如下：
1.用直线步进电机控制转向助力的汽车转向系统
如图2所示，其直线步进电机的动件直接与转向器齿条相连，整个直线步进电机套装在转向器齿条机构上，几乎不占用空间。它也是在原先结构最简单的无助力机械转向系中增加一台直线步进电机，由直线步进电机的直线推力来直接助力驾驶员对转向器的操纵力矩，由于对转向器的助力并不很大，齿条的直线位移量也不长，用一台小型直线步进电机足以驱动。其控制原理与EPS基本类同，只不过对电机的驱动需改用前述步进电机脉冲分配方式。具体实施可参照有关EPS中的电子控制器ECU与其控制逻辑等进行，并借用EPS中相关传感器。即根据转向盘转角信号控制直线步进电动机位移量，利用转向轮转角信号来实现闭环控制，精确控制其位移量，根据车速进行相应的助力。在低速时给予较大助力，随车速提高而减小助力，车速高到一定范围时停止助力，而在汽车高速行驶时又希望能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系的阻尼。这一点对于现有的转向系较难做到，而采用直线步进电机助力就很容易实现，根据直线步进电机工作原理可知，只要保持其电机的通电状态即可使该直线位移装置具有一定自锁力，控制其通电电流大小即可改变定、动件之间的磁拉力大小。从而可按车速信号根据要求来控制其转向助力的大小，随着车速的提高即减小绕组通电电流，其转向助力也随之减小；当车速高于相应速度（一般为30km/h）时就取消给转向系助力，即停止给直线步进电机供电；而当车速高到一定程度时，希望能给转向系逐渐增加其阻尼，可使直线步进电机绕组保持通电状态而产生自锁力，控制其电流大小即能改变对转向系的阻尼大小。达到对转向盘的操纵即轻便灵敏又稳定可靠。
2.用直线步进电机控制转向力的汽车转向系统
如图3所示，它进一步简化了转向系的结构，去掉转向盘至横拉杆中间的所有传动链，包括齿轮输入轴扭杆及齿轮齿条付。转向盘内安装有转向盘转角传感器，并适当增加其转动阻尼，独立安置于驾驶室内。而直线步进电机的动件两端直接与左右横拉杆相连，电子控制器根据转向盘的转向角度信号及车速信号，来控制直线步进电机动件进行左右位移，经横拉杆、转向节臂传动，进而控制车轮转向。在确保系统可靠性的前提下，该方案的优点是结构更简单、所占体积更小、成本低、控制更直接、响应更快。但一旦系统发生故障，汽车就无法转向。而用在四轮转向4WS系统的后轮转向机构中却是优选的方案。它的应用有望使汽车四轮转向4WS系统的性价比进一步得以提高。
参考文献
1 王贵明、王金懿编著.电动汽车及其性能优化[M].北京:机械工业出版社,2010
2 王贵明、王金懿.电动汽车用四轮毂电机驱动实现四轮转向的电子差速转向控制系统[P]:中国,2.1
3 王贵明.用恒温直线电机驱动的位移控制装置[P].中国发明专利公报.第3卷第27号,1987.6.10
4 王贵明.直线电机进给系统特点及改进方案[J].制造技术与机床.1999.6 2/2 首页 上一页 1 2 |
