摘要：隨著生產(chǎn)要求得漸漸提高，傳統(tǒng)的電機(jī)很難滿足客戶的產(chǎn)出高，速度快，定位準(zhǔn)等需求。正是在這種背景下，人們研發(fā)了直線電機(jī)。本文將對(duì)支線電機(jī)的原理，有點(diǎn)和缺點(diǎn)展開(kāi)討論。

關(guān)鍵詞：直線電機(jī)；電樞；磁阻式直線電機(jī)

中圖分類號(hào)：TM359 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 10-0037-01

隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)今世界的直線電機(jī)的運(yùn)用場(chǎng)合比以往更苛刻，高產(chǎn)出，高的定位精度，維護(hù)方便等等。當(dāng)然，現(xiàn)在很多的公司正通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)慢慢滿足這些要求。

大概在10多年之前，要找出個(gè)能應(yīng)用于生產(chǎn)的場(chǎng)合，而且速度超過(guò)5米/秒，帶負(fù)載能力強(qiáng)，高度好的直線軸承是很困難的。而今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題已近解決了。

在直線編碼器技術(shù)上的進(jìn)步也為直線電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了更廣闊的空間，當(dāng)今的直線編碼器技術(shù)已近成熟了，而且成本也有所降低。

鑒于以上兩種直線電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)得以解決，所以高速的直線電機(jī)才能漸漸應(yīng)用于現(xiàn)在的生產(chǎn)環(huán)境。

現(xiàn)代的制造業(yè)一直面臨著高精度，高速度和高產(chǎn)出的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必須響應(yīng)快，摩擦小。

現(xiàn)在，已經(jīng)有了解決方案，那就是直線電機(jī)。

一、直線電機(jī)的概念

直線電機(jī)的概念非常簡(jiǎn)單，它就是把旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)切開(kāi)，然后再把它平鋪開(kāi)來(lái).按照這樣設(shè)計(jì)，負(fù)載就可以直接掛在電機(jī)上.效率就可以大幅度提高.

直線電機(jī)有兩種形式，即伺服的和步進(jìn)的。

設(shè)想將一臺(tái)電機(jī)，無(wú)論是直流的還是交流的，沿著其轉(zhuǎn)軸的直徑切開(kāi)拉平，就成為直線電機(jī).根據(jù)左手定則，可以判斷這時(shí)繞在電樞上的繞組均要受到電磁作用力F，由于繞組是固定在電樞上的，所以，電樞將在電磁力F的作用下做直線運(yùn)動(dòng)，顯然，無(wú)論改變磁極的磁性或者改變加到電刷上電源的極性，勻可以改變電磁力的方向，也就是改變電樞的運(yùn)動(dòng)方向。

但這種結(jié)構(gòu)有兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）磁極對(duì)電樞有單邊磁拉力，它將把電樞單面壓緊在支撐件上，使它運(yùn)動(dòng)不靈敏，工作中容易產(chǎn)生振動(dòng)或噪聲。（2）電樞在F的作用下將移出磁極的作用范圍，力漸漸變小。實(shí)際上具有實(shí)用價(jià)值的直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：在電樞上的上下兩邊都有電磁鐵，他們對(duì)電樞鐵心的磁拉力應(yīng)該相互抵消.同時(shí)電樞長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于磁鐵的長(zhǎng)度.電樞在磁鐵里面移動(dòng)時(shí)，只要不超出磁鐵的作用范圍。則電磁力F的大小不受影響。

和旋轉(zhuǎn)式直流電機(jī)一樣，步進(jìn)電機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)精確的直線步進(jìn)，其移動(dòng)速度和電源切換頻率成正比.常用的直線步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式和混合式兩種。

四相反應(yīng)式直線步進(jìn)電機(jī)由定子和動(dòng)子兩部分組成.勻由硅剛片疊成，定子上下表面有均勻分布的齒槽，動(dòng)子是一對(duì)具有四個(gè)極的鐵心，上面套有四相勵(lì)磁繞組，每個(gè)極的表面也開(kāi)齒，齒距和定子的相同。為了減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦，在導(dǎo)軌上裝有滾珠軸承，齒槽中用非磁性材料填充，并使定子和動(dòng)子表面平整和光滑。當(dāng)繞組按一定順序通電時(shí)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的原理，電機(jī)將按照半拍，單拍或雙排運(yùn)行。

二、直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

高速，直線電機(jī)的速度取決于控制器整流出來(lái)的電壓以及控制器本身.一般的直線電機(jī)的速度是3米/秒，其分辨率是1微米.有的直線電機(jī)可達(dá)到5米/秒。

高精度，精度，分辨率和重復(fù)定位精度都是由反饋系統(tǒng)決定的。

快速響應(yīng)：一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)直線電機(jī)系統(tǒng)，它的快速響應(yīng)要比普通的機(jī)械傳動(dòng)裝置要快100倍，所以它的生產(chǎn)效率也更高。

剛度：由于直線電機(jī)沒(méi)有機(jī)械連接，所以剛度只取決于系統(tǒng)的增益和電流。

回程間隙：由于沒(méi)有機(jī)械連接，所以也就沒(méi)有回程間隙。

維護(hù)方便：當(dāng)今的直線電機(jī)沒(méi)有機(jī)械上的接觸，所以，也就沒(méi)有維護(hù)。

三、直線電機(jī)的缺點(diǎn)

成本：由于直線電機(jī)的量比較少以及永磁鐵的價(jià)格，所以直線電機(jī)非常貴。由于大多數(shù)的直線電機(jī)的設(shè)計(jì)師把永磁鐵安裝在導(dǎo)軌上的，由于永磁鐵非常貴，所以，隨著長(zhǎng)行程的直線電機(jī)就非常貴。然而，隨著直線電機(jī)的普及和產(chǎn)量的上升，價(jià)格在不久的將來(lái)會(huì)下來(lái)。不過(guò)，直線電機(jī)的反饋系統(tǒng)也應(yīng)該計(jì)算到成本中，編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器的成本并不時(shí)很高，因?yàn)殚L(zhǎng)度也不是很長(zhǎng)。然而直線電機(jī)也需要反饋系統(tǒng)。這些反饋系統(tǒng)的長(zhǎng)度要比編碼器長(zhǎng)很多，所以，價(jià)格也就會(huì)很高。一個(gè)100毫米直線電機(jī)的反饋系統(tǒng)就要500多美金.當(dāng)然，價(jià)格也會(huì)隨著長(zhǎng)度而增加。然而，隨著新型的反射型編碼器的出現(xiàn)，其制造成本勢(shì)必會(huì)下降。

控制器的帶寬會(huì)有所增加：由于電機(jī)和負(fù)載之間沒(méi)有機(jī)械的連接，伺服控制器的反映，也就是帶寬，必須很快.這就對(duì)直線編碼器提出了更高的要求。

線圈的尺寸：和旋轉(zhuǎn)的電機(jī)來(lái)比較，直線電機(jī)所產(chǎn)生的力不是緊湊的力.比如要產(chǎn)生65N的持續(xù)力，那么直線電機(jī)的橫截面要50MM X 40MM左右.如果用它和一個(gè)橫截面是10MM的滾珠絲杠比起來(lái)，它所產(chǎn)生的力并不是很大。

發(fā)熱：在大多數(shù)場(chǎng)合，負(fù)載是直接裝在滑塊上面的.任何的過(guò)熱將直接傳給負(fù)載.如果負(fù)載對(duì)熱很敏感，那么就必須有降溫技術(shù)。

四、怎樣選擇一格直線電機(jī)?

選擇一個(gè)正確的直線電機(jī)并不是一格簡(jiǎn)單的工作.要考慮到各種應(yīng)用場(chǎng)合，還要計(jì)算力，還要考慮發(fā)熱，軸承的承載以及換向的方法等.然而如果知道些直線電機(jī)的工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，將有助于做出正確的解決方案。

（一）鐵芯直線電機(jī)

這種電機(jī)的設(shè)計(jì)直接從一個(gè)無(wú)刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)由一個(gè)扁鐵鐵，稀土永磁體粘合。

柜子的構(gòu)造疊片和線圈是傷口周圍的“牙齒”的疊片。熱傳感器內(nèi)部安裝的線圈，感應(yīng)溫度?；魻杺鞲衅骺梢园惭b在盤(pán)管面積或安裝在電機(jī)邊緣。這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于單位尺寸內(nèi)產(chǎn)生的力最大化，而且價(jià)格便宜，散熱好。

（二）空氣式直線電機(jī)

這種直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)是不帶軟糍材料的.它由兩個(gè)永磁體組成，南極和北極.當(dāng)中用墊圈隔離。其優(yōu)點(diǎn)在于重量輕，沒(méi)有爬行.很容易實(shí)現(xiàn)速度控制.但其缺點(diǎn)是散熱不大好。

五、總結(jié)

隨著生產(chǎn)要求的不斷提高.人們對(duì)電機(jī)的要求也越來(lái)越高.要滿足產(chǎn)出高，速度快，定位精確等苛刻的要求.正是在這種背景下，產(chǎn)生了直線電機(jī).但目前來(lái)講，直線電機(jī)由于價(jià)格的關(guān)系，還沒(méi)有普及，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直線電機(jī)會(huì)越來(lái)越普及的。

參考文獻(xiàn)：

[1]帕克.直線電機(jī)原理.海泥汾公司，2002

[2]王光權(quán).機(jī)床電力拖動(dòng)和控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1997，6