直线电机原理与选型

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1、直线电机直线电机是一种具有广阔前景的新颖电机，直线电机主要是直线电动机，它是一种直接将电能转换为直线运动机械能且不需要任何中间转换结构的传动装置。信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术，直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性在物流系统、工业加工与装配、信息及自动化系统、交通与民用以及军事等领域发挥着十分重要的作用。直线电机简单的说，直线电机就是“展开的”旋转电机。在很多应用中，直线电机与传统的旋转驱动系统相比具有明显的优势：直线电机虽然线性编码器部件的成本较高

2、，但用户可以根据应用需求来优化选择反馈系统。比如，Parker为客户提供了超高分辨率的光学编码器，可以满足非常严格的精度要求。此外，Parker还提供了分辨率和成本较低的磁编码器，可以帮助用户控制系统总成本。实际上，在很多情况下，采用经济实用的反馈功能的直线电机不仅比采用精确接地滚珠丝杠的旋转系统性能更好，而且实际的成本也与后者相仿，甚至更低。7/23/20213直线电机的类型直线电机分为很多种，它们各有优势，都能为用户提供便利。直线电机现目前我知道的分为三类直线电机：无铁芯电机、铁芯电机、以及一种采用“无槽”结构的独特电

3、机。直线电机的类型图3：直线电机包括分离线圈和磁轨直线电机的类型直线电机可以作为单独的部件，也可以作为完整的系统。电机部件（或者称为“套件”）如（图3）所示，其中包含一个电机线圈和分离的磁轨。线圈组件称为“施力部件”，在某些情况下也称为“主级”元件。施力部件一般包括电机线圈，此外还有一个附板或安装条，可以把线圈连接到载物台上去。直线电机的类型电机线通常从产品包的一侧接出来。磁轨有些情况下也称为“次级”元件。根据所用直线电机的类型，磁轨可以是一排磁体，也可以采用双面结构，这样可以产生平衡的吸引力。直线电机的类型图4：直线电机

4、系统包括一个底座、轴承、载物台、反馈装置直线电机的类型一个完整的直线电机系统（图4）通常包括个体电机部件、底座、轴承、反馈元件以及连线管理功能。直线电机的类型通过选择合适的直线电机部件，用户可以制定经济实用的解决方案，从而通过非常灵活的方式实现与机器的集成。不过，为了实现此目标，机器制造商需要掌握非常专业的知识。设计工程师必须了解电机的特性、线性反馈技术、冷却方法以及伺服放大器和控制系统的性能。通过选择合适的集成直线电机定位系统，设计工程师可以获得结构耐用并经过全面检测的预制产品包。这样一来就可以不必担心轴承、编码器、散热

5、器、连线、连接器、行程限止器以及限位/原位传感器的设计和匹配问题。直线电机产品包提供了所有上述功能以及其它一些功能，安装起来很方便，可以随时投入使用。铁芯电机图5：有铁芯直线电机铁芯电机铁芯电机的施力部件架在一个磁轨上（图5）。施力部件是用铜绕组包在铁芯外面形成的。位于后侧的铁片为磁通量提供了一个高效的通道，可以使其在电机和磁轨间循环。此外还有一个保证电机高效散热的通道。这种铁芯结构可以产生很大的作用力，并实现高效冷却功能。实际上，铁芯结构使每个单元都最具有最大的作用力。最后，铁芯结构是一种很经济的方案，因为只需要使用一排

6、磁材料即可。铁芯电机铁芯结构的一个缺点是电机的施力部件和磁轨之间的吸引力太大，其数值相当于电机额定作用力的5-13倍。电机的轴承系统必须为该作用力提供支撑。此外，因为吸引力太大，所以安装过程要比其它直线电机困难。铁芯结构的另外一个缺点是存在齿槽力。为了把电机安置在磁体上合适的位置，需要使用铁芯对电机施加一个水平力，这时候就会出现齿槽效应。齿槽效应会限制运动系统的平稳度，这是因为必须根据具体位置来调整电机所产生的作用力以保持恒速。铁芯电机的优势和劣势总结如下：铁芯电机铁芯电机的优势：•单位尺寸的作用力很大–使用铁芯汇聚流场。

7、•成本更低–采用开面结构，只使用一排磁体。•散热性能好–因为采用了铁芯，表面积很大，所以很容易散热。铁芯电机铁芯电机的劣势：•正常吸引力–相当于电机所产生的作用力的5到13倍。•齿槽效应–限止运动的平稳度，并导致速度波动。的电机既可以作为部件，也可以作为预制的全集成定位系统。无铁芯电机无铁芯电机的施力部件架在两个磁轨之间（图8）。它们也称为“aircore”或“U通道”电机。施力部件的线圈中没有任何铁芯，所以叫无铁芯电机。它的铜绕组是包封起来的，位于两排磁体中间的气隙内。因为电机没有铁芯，所以在施力部件和磁轨之间不会产生吸

8、引力或齿槽力。无铁芯电机图8：无铁芯直线电机无铁芯电机此外，无铁芯电机中的施力部件的质量比有铁芯电机中的施力部件质量更小，因而这种结构的电机能够产生很大的加速度，整体动态性能非常好。无铁芯结构没有齿槽效应，也没有吸引力，因此可以增加轴承的使用寿命，在某些情况下还可以使用更小的轴承。无铁芯电机因为无铁芯电