直流力矩电动机的应用
1、在单晶炉籽晶轴速度系统的应用
电子工业的迅速发展，要求单晶质量进～步提高和满足某些单晶不同生产工艺的要求，不仅直拉法生产单晶的工艺应有所提高，对拉晶设备也相应提出 一些更高的要求。例如：在调速方面．单晶炉籽晶的提拉和旋转以及坩瞒的跟踪和旋转等几种速度．希望能得到更宽的调速范厨、较好的速度平稳
性、无爬行的低速运转以及尽量减少传动造成的机械振动等，为此而采用了直接驱动的速度控制系统方案。
这种新型单晶炉传动机构见图3-3-13。机组l直接驱动丝杠旋转．装于丝杠上的螺母则将旋转运动转换成直线运动并带动坩埚轴沿着滑板上下移动。机组2固定于炉体，其输出轴带动抱轮旋转，抱轮上有3个沿圆周等分的辊轮，辊轮的外圆具有与坩埚轴同一曲率半径的圆弧面并可绕辊轮旋转；
辊轮由压紧弹簧压在坩埚轴上实现了旋转驱动．即在坩埚上、下移动时，靴轮紧抱着坩埚的轴旋转并同时绕辊轮轴旋转这样坩埚即同时实现了旋转和直线运动。单晶炉籽晶轴的运动同样如此，只是籽晶轴向相反方向旋转以满足工艺方面的要求。
作为硅单晶的控制工艺．一 般要求驱动系统的速度折算到电动机时为
籽晶轴提拉：0.5r／min(相当1.5mm／min);
坩 埚轴跟踪：0 033～0 025r／
mIn(相当0 l～0 075mm／mln)；
籽晶轴旋转：≈40r／min；
坩埚轴旋转：≈10r／min；
这种采用直接驱动的传动方
案，具有如下一些特点：
(1)速度稳定度高，动态性好。在拉晶所需各个速度范围内，速度误差均可小于1％。
(2)调速范围宽。与普通用减速齿轮的调速系统相比，其调速范围要大1个数量级以上，尤其是在
低速时无爬行现象。
(3)传动振动小，机械噪音微弱，有利于高质量的单晶形成。
(4)传动机构简单，有利于简化炉子结构。为炉体结构精度的长期稳定性提供了有利因素。
单晶炉工作时的真空度为10一5mmHg，平均负载转矩为O．98N·m，负载固有的转矩波动
35％，****运行速度为90r／ 图3—2—13直接驱动的单晶炉传动机构min，****速度为h／h，要求运行平稳、无爬行、无抖动。
根据炉子的工作情况和要求而组成的直接驱动速度系统，其速度范围已达104次方倍数量级。速度的稳定度在电机速度为Ir／h下，已经达到1％。
直接驱动速度系统原理框图见图3 3—14。给定速度信号E0是一个-6V电压，经过多圈电位器分压，提供给前置放大器，再经过电压放大器推动功率放大器，经功率放大后输出控制力矩电机带动负载旋转，由测速发电机检测出速度信号反馈到前置放大器输入端，与给定速度进行比较，二者之差的信号即误差电压Eε，再经放大而使电机达到预定速度稳定运行。
在运行过程中，当外界有扰动时，负载转矩会突然增加．造成陔瞬时的速度下降，则测速发电机反馈的电压下降，但由于给定信号En未变，因而误差电压Eε增加，经过放大而使电动机增加速度到预定值。如负载转矩突然减小，则上述过程相反。
单晶炉中籽晶杆的提拉、旋转等速度系统对速度精度要求并不高，但低速无爬行、传动振动小则是拉晶所需解决的关键问题之一。因此采用直流力矩电动机及高灵敏度测速发电机组成的直接驱动系统比高速电机经过齿轮减速的驱动系统更能圆满地解决问题。而在速度精度、线性度、频带宽度等
静、动态指标上也有一定的提高。
2、在精密低速装置中的应用
精密低速伺服系统是一个精确的速度控制系统，最初用在陀螺系统及其测试中。在测试过程中，需要严格控制各种速率。
陀螺是惯性导航中的核心元件，转台则是测试陀螺的一个主要设备。它的任务是为了研究惯性导航系统及其元件的性能并测试陀螺定型产品的各种误差值，以便采取措施来补偿有规律的误差，提高系统的精度。
性能测试的一个重要的指挥使漂移率它是陀螺在闭环系统中应用时性能优劣的一个综合指标。漂移率的大小直接影响导弹的命中率和潜艇长期潜航的航向准确度等．一般来讲．转台的精度直接反映了陀螺所能达到的精度，并间接反映了一个国家导航技术发展的水平。国外转台精度不断提高，直流
力矩电动机和高灵敏测速发电机研制成果的推广应用可以说起了关键作用。
20世纪50年代初期，转台普遍采用高速电动机经过减速机构进行驱动．同时采用滚动轴承。当时陀螺的漂移一般只能测到0.1度／h，在改用液浮轴承后可测到0.01度／h。
20世纪60年代初，转台采用了直流力矩电动机和高灵敏度直流测速发电机，并开始采用空气轴承，这时可以测到0 001度／h。图3—2—15所示即为公司共同设计的712型精密速率转台系统框图。
按系统要求：
(1)速度范围：0．01～6∞度／s；0.025～1500度／S(可逆的).
(2)精确度：温度变化在±5℃的范围内，运转1个月静态精确要为百分之一。
(3)“颤动”+“脉动干扰”：在整个速度范围内小于百分之一平均峰值
(4)控制：
①系统NNNN+N序控制的能力；
②系统必须能够接收各种速度指令。
(5)力矩容量：6．8--47 6N·m。
上述规范是712系统的设计指标。应该指出：该系统速度范围能芒0.01度／S~600度／s温度变化在±5℃及在1个月时间内能够保证百分之一的静态精度。试验速率陀螺的基本要求是保持短期不变化的速度基准这些变化叫作“颤动”或“脉动干扰”，一般说来，这些效果在较低速度时是比较显著的。
技术条件要求在0 01。／s时，伺服系统的精确度为百分之一。这是一种吒低的速度，因此需要非常灵敏的测速机。也考虑过其他系统，但直接驱动直流伺服系统是最有前途的。这是因为高灵敏度直流测速发电机的灵敏度比z流测速发电机高10～100倍，精确的直流控制信号比交流系统中的控制信号更容易获得，便于系统控制和校准。而且直流系统放大器效率高，也不需要解调，使系统结构较简单并能可靠稳定地运行。一般速率转台的精度决定于电源频率，但直流系统与供电频率无关。所有固态放大器和直接驱动系统也给检修、维护提供了方便条件
如前所述，主要是控制元件上的f扰转矩产生影响，它是由直流力矩电动机的脉动转矩、轴承的摩擦和转台的转矩扰动等原因所造成的，伺服系统设计的目的就是要把这些转矩的影响尽力削弱到极小。
上面简述了两种直流力矩电动机在系统中的应用情况。随着直流力矩电动机应用范围的扩大，其产品技术性能不断提高，其品种规格也不断增加。美国公司所生产的力矩电机列入了许多国防计划。在各种条件和环境下，从几千英尺的水底到外层空间的无人管理运行，力矩电机都有相
当广泛的应用范围。有文章介绍美国过去在宇航和武器系统方面的一些主要项目都是建立在力矩电机高可靠陛基础上搞出来的。如麻省理工院的第1个惯性导航平台就是采用直流力矩电动机，美国的阿波罗计划，轨道太阳观测站，双子星座飞船，水星号、土星号、大力神，以及潜艇所装备的北极星、民兵等导弹都是采用力矩电机作为系统中的执行元件。
我国于20世纪60年代中期开始进行直流力矩电机的开发和研制工作，并研制出样品。随着国防工业和民用工业自动化的需要，这种微电机在我国已进行多品种、多规格的系列生产，其在农机、冶金、仪表、轻纺、印染、造纸、电影、电视、通讯、广播、机床、医疗器械、机器人等民用工业及国
防武器系统中都得到了不同程度的应用。
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