淺談直線電機的新認識

摘要：隨著生產要求得漸漸提高，傳統的電機很難滿足客戶的產出高，速度快，定位準等需求。正是在這種背景下，人們研發了直線電機。本文將對支線電機的原理，有點和缺點展開討論。

關鍵詞：直線電機；電樞；磁阻式直線電機

中圖分類號：TM359 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0037-01

隨著技術的進步，當今世界的直線電機的運用場合比以往更苛刻，高產出，高的定位精度，維護方便等等。當然，現在很多的公司正通過技術創新來慢慢滿足這些要求。

大概在10多年之前，要找出個能應用于生產的場合，而且速度超過5米/秒，帶負載能力強，高度好的直線軸承是很困難的。而今，隨著技術的進步，這些問題已近解決了。

在直線編碼器技術上的進步也為直線電機的應用開辟了更廣闊的空間，當今的直線編碼器技術已近成熟了，而且成本也有所降低。

鑒于以上兩種直線電機的關鍵技術得以解決，所以高速的直線電機才能漸漸應用于現在的生產環境。

現代的制造業一直面臨著高精度，高速度和高產出的要求。為了解決這個問題.運動系統必須響應快，摩擦小。

現在，已經有了解決方案，那就是直線電機。

一、直線電機的概念

直線電機的概念非常簡單，它就是把旋轉的伺服電機切開，然后再把它平鋪開來.按照這樣設計，負載就可以直接掛在電機上.效率就可以大幅度提高.

直線電機有兩種形式，即伺服的和步進的。

設想將一臺電機，無論是直流的還是交流的，沿著其轉軸的直徑切開拉平，就成為直線電機.根據左手定則，可以判斷這時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的作用下做直線運動，顯然，無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動方向。

但這種結構有兩個缺點：（1）磁極對電樞有單邊磁拉力，它將把電樞單面壓緊在支撐件上，使它運動不靈敏，工作中容易產生振動或噪聲。（2）電樞在F的作用下將移出磁極的作用范圍，力漸漸變小。實際上具有實用價值的直線電機的結構應該具有以下特點：在電樞上的上下兩邊都有電磁鐵，他們對電樞鐵心的磁拉力應該相互抵消.同時電樞長度遠大于磁鐵的長度.電樞在磁鐵里面移動時，只要不超出磁鐵的作用范圍。則電磁力F的大小不受影響。

和旋轉式直流電機一樣，步進電機也可以實現精確的直線步進，其移動速度和電源切換頻率成正比.常用的直線步進電機有反應式和混合式兩種。

四相反應式直線步進電機由定子和動子兩部分組成.勻由硅剛片疊成，定子上下表面有均勻分布的齒槽，動子是一對具有四個極的鐵心，上面套有四相勵磁繞組，每個極的表面也開齒，齒距和定子的相同。為了減少運動時的摩擦，在導軌上裝有滾珠軸承，齒槽中用非磁性材料填充，并使定子和動子表面平整和光滑。當繞組按一定順序通電時，根據步進電機的原理，電機將按照半拍，單拍或雙排運行。

二、直線電機的優勢

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

高精度，精度，分辨率和重復定位精度都是由反饋系統決定的。

快速響應：一般來說，一個直線電機系統，它的快速響應要比普通的機械傳動裝置要快100倍，所以它的生產效率也更高。

剛度：由于直線電機沒有機械連接，所以剛度只取決于系統的增益和電流。

回程間隙：由于沒有機械連接，所以也就沒有回程間隙。

維護方便：當今的直線電機沒有機械上的接觸，所以，也就沒有維護。

三、直線電機的缺點

成本：由于直線電機的量比較少以及永磁鐵的價格，所以直線電機非常貴。由于大多數的直線電機的設計師把永磁鐵安裝在導軌上的，由于永磁鐵非常貴，所以，隨著長行程的直線電機就非常貴。然而，隨著直線電機的普及和產量的上升，價格在不久的將來會下來。不過，直線電機的反饋系統也應該計算到成本中，編碼器和旋轉變壓器的成本并不時很高，因為長度也不是很長。然而直線電機也需要反饋系統。這些反饋系統的長度要比編碼器長很多，所以，價格也就會很高。一個100毫米直線電機的反饋系統就要500多美金.當然，價格也會隨著長度而增加。然而，隨著新型的反射型編碼器的出現，其制造成本勢必會下降。

控制器的帶寬會有所增加：由于電機和負載之間沒有機械的連接，伺服控制器的反映，也就是帶寬，必須很快.這就對直線編碼器提出了更高的要求。

線圈的尺寸：和旋轉的電機來比較，直線電機所產生的力不是緊湊的力.比如要產生65N的持續力，那么直線電機的橫截面要50MM X 40MM左右.如果用它和一個橫截面是10MM的滾珠絲杠比起來，它所產生的力并不是很大。

發熱：在大多數場合，負載是直接裝在滑塊上面的.任何的過熱將直接傳給負載.如果負載對熱很敏感，那么就必須有降溫技術。

四、怎樣選擇一格直線電機?

選擇一個正確的直線電機并不是一格簡單的工作.要考慮到各種應用場合，還要計算力，還要考慮發熱，軸承的承載以及換向的方法等.然而如果知道些直線電機的工作原理以及優缺點，將有助于做出正確的解決方案。

（一）鐵芯直線電機

這種電機的設計直接從一個無刷旋轉電機。電動機由一個扁鐵鐵，稀土永磁體粘合。

柜子的構造疊片和線圈是傷口周圍的“牙齒”的疊片。熱傳感器內部安裝的線圈，感應溫度。霍爾傳感器可以安裝在盤管面積或安裝在電機邊緣。這種電機的優點在于單位尺寸內產生的力最大化，而且價格便宜，散熱好。

（二）空氣式直線電機

這種直線電機的結構是不帶軟糍材料的.它由兩個永磁體組成，南極和北極.當中用墊圈隔離。其優點在于重量輕，沒有爬行.很容易實現速度控制.但其缺點是散熱不大好。

五、總結

隨著生產要求的不斷提高.人們對電機的要求也越來越高.要滿足產出高，速度快，定位精確等苛刻的要求.正是在這種背景下，產生了直線電機.但目前來講，直線電機由于價格的關系，還沒有普及，但隨著科學技術的進步，直線電機會越來越普及的。

參考文獻：

[1]帕克.直線電機原理.海泥汾公司，2002

[2]王光權.機床電力拖動和控制[M].機械工業出版社，1997，6