直線電機(jī)原理

直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。

按結(jié)構(gòu)形式分類：

根據(jù)不同的使用場合，直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分為：

（平板式直線電機(jī)）

（U 形直線電機(jī)）

（圓筒式直線電機(jī)）

應(yīng)    用

直線電機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)方面：一是應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場合比較多；其次是作為長期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；三是應(yīng)用在需要短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能的裝置中。

按應(yīng)用場合對性能參數(shù)的要求不同分類：

①高推力（高推力、大位移）直線電機(jī)：其典型應(yīng)用行業(yè)有高速、高精數(shù)控機(jī)床、高速加工中心和并聯(lián)（桿機(jī)構(gòu)）機(jī)床等；其他高速、高精且需要高推力、大位移的場合，如飛行模擬器、彈射器，加速滑軌等。

②高響應(yīng)（高頻響、小位移）直線電機(jī)：其典型應(yīng)用行業(yè)有往返頻率高、位移小、推力不高的各類精密機(jī)床。

直線電機(jī)的特點(diǎn)：

        在直線電機(jī)出現(xiàn)以前，所有直線運(yùn)動(dòng)不得不從旋轉(zhuǎn)機(jī)械通過使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉(zhuǎn)換而來。對許多應(yīng)用，如遇到大負(fù)載而且驅(qū)動(dòng)軸是豎直面的。這些方法仍然是最好的。然而，直線電機(jī)比機(jī)械系統(tǒng)比有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，如非常高速和非常低速，高加速度，幾乎零維護(hù)（無接觸零件），高精度，無空回。完成直線運(yùn)動(dòng)只需電機(jī)無需齒輪，聯(lián)軸器或滑輪，對很多應(yīng)用來說很有意義的，把那些不必要的，減低性能和縮短機(jī)械壽命的零件去掉了。

1.結(jié)構(gòu)簡單。直線電機(jī)不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，使結(jié)構(gòu)大大簡化，運(yùn)動(dòng)慣量減少，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和定位精度大大提高；同時(shí)也提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護(hù)更加簡便。它的初次級可以直接成為機(jī)構(gòu)的一部分，這種獨(dú)特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

2.適合高速直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)椴淮嬖陔x心力的約束，普通材料亦可以達(dá)到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙，運(yùn)動(dòng)時(shí)無機(jī)械接觸，因而運(yùn)動(dòng)部分也就無摩擦和噪聲。這樣，傳動(dòng)零部件沒有磨損，可大大減小機(jī)械損耗，避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲，從而提高整體效率。泰科貝爾直線電機(jī)最大速度可達(dá)20m/s。

3.初級繞組利用率高。在直線感應(yīng)電機(jī)中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。

4.無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱，而圓筒型直線電機(jī)橫向無開斷，所以磁場沿周向均勻分布。

5.容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問題。

6.易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復(fù)運(yùn)行場合。

9.精度方面。直線電機(jī)因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單，定位精度、重復(fù)精度，通過位置檢測反饋控制都會較“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)滾珠絲杠”高，且容易實(shí)現(xiàn)。直線電機(jī)定位精度可達(dá)±0.1μm，甚至更高。而“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)滾珠絲杠”最高只能達(dá)到10μm。

10.速度方面。直線電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，直線電機(jī)速度達(dá)到5m/s時(shí)，加速度達(dá)到10g；而滾珠絲杠速度為2m/s時(shí)，加速度為僅為1.5g。從速度上和加速度的對比上，直線電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，而且直線電機(jī)在成功解決發(fā)熱問題后速度還會進(jìn)一步提高，而“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)滾珠絲杠”在速度上卻受到限制很難再提高較多。

11.壽命方面。直線電機(jī)因運(yùn)動(dòng)部件和固定部件間有安裝間隙，無接觸，不會因動(dòng)子的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)而磨損，長時(shí)間使用對運(yùn)動(dòng)定位精度無變化，適合高精度的場合。滾珠絲杠則無法在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)中保證精度，因高速摩擦，會造成絲杠螺母的磨損，影響運(yùn)動(dòng)的精度要求。對高精度的需求場合無法滿足。