什么是直線(xiàn)電機

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      直線(xiàn)電機是一種將電能直接轉換成直線(xiàn)運動(dòng)機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動(dòng)裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開(kāi)，并展成平面而成。

      直線(xiàn)電機也稱(chēng)線(xiàn)性電機，線(xiàn)性馬達，直線(xiàn)馬達，推桿馬達。最常用的直線(xiàn)電機類(lèi)型是平板式和U 型槽式，和管式。線(xiàn)圈的典型組成是三相，由霍爾元件實(shí)現無(wú)刷換相。

      該圖直線(xiàn)電機明確顯示動(dòng)子（forcer,rotor)的內部繞組.磁鉄和磁軌.動(dòng)子是用環(huán)氧材料把線(xiàn)圈壓成的。而且,磁軌是把磁鐵固定在鋼上。
      直線(xiàn)電機經(jīng)常簡(jiǎn)單描述為旋轉電機被展平，而工作原理相同。動(dòng)子（forcer,rotor) 是用環(huán)氧材料把線(xiàn)圈壓縮在一起制成的；磁軌是把磁鐵（通常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼上。電機的動(dòng)子包括線(xiàn)圈繞組，霍爾元件電路板，電熱調節器（溫度傳感器監控溫度）和電子接口。在旋轉電機中，動(dòng)子和定子需要旋轉軸承支撐動(dòng)子以保證相對運動(dòng)部分的氣隙（air gap）。同樣的，直線(xiàn)電機需要直線(xiàn)導軌來(lái)保持動(dòng)子在磁軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的位置。和旋轉伺服電機的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線(xiàn)電機需要反饋直線(xiàn)位置的反饋裝置--直線(xiàn)編碼器，它可以直接測量負載的位置從而提高負載的位置精度。
直線(xiàn)電機的控制和旋轉電機一樣。像無(wú)刷旋轉電機，動(dòng)子和定子無(wú)機械連接（無(wú)刷），不像旋轉電機的方面，動(dòng)子旋轉和定子位置保持固定，直線(xiàn)電機系統可以是磁軌動(dòng)或推力線(xiàn)圈動(dòng)（大部分定位系統應用是磁軌固定，推力線(xiàn)圈動(dòng)）。用推力線(xiàn)圈運動(dòng)的電機，推力線(xiàn)圈的重量和負載比很小。然而，需要高柔性線(xiàn)纜及其管理系統。用磁軌運動(dòng)的電機，不僅要承受負載，還要承受磁軌質(zhì)量，但無(wú)需線(xiàn)纜管理系統。
相似的機電原理用在直線(xiàn)和旋轉電機上。相同的電磁力在旋轉電機上產(chǎn)生力矩在直線(xiàn)電機產(chǎn)生直線(xiàn)推力作用。因此，直線(xiàn)電機使用和旋轉電機相同的控制和可編程配置。直線(xiàn)電機的形狀可以是平板式和U 型槽式，和管式.哪種構造最適合要看實(shí)際應用的規格要求和工作環(huán)境。
     由定子演變而來(lái)的一側稱(chēng)為初級，由轉子演變而來(lái)的一側稱(chēng)為次級。在實(shí)際應用時(shí)，將初級和次級制造成不同的長(cháng)度，以保證在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線(xiàn)電機可以是短初級長(cháng)次級，也可以是長(cháng)初級短次級?？紤]到制造成本、運行費用，以直線(xiàn)感應電動(dòng)機為例：當初級繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，次級在行波磁場(chǎng)切割下，將感應出電動(dòng)勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場(chǎng)相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線(xiàn)運動(dòng)；反之，則初級做直線(xiàn)運動(dòng)。直線(xiàn)電機的驅動(dòng)控制技術(shù)一個(gè)直線(xiàn)電機應用系統不僅要有性能良好的直線(xiàn)電機，還必須具有能在安全可靠的條件下實(shí)現技術(shù)與經(jīng)濟要求的控制系統。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)與微計算機技術(shù)的發(fā)展，直線(xiàn)電機的控制方法越來(lái)越多。
對直線(xiàn)電機控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個(gè)方面：一是傳統控制技術(shù)，二是現代控制技術(shù)，三是智能控制技術(shù)。傳統的控制技術(shù)如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中的信息，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅動(dòng)系統中最基本的控制方式。為了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技術(shù)。在對象模型確定、不變化且是線(xiàn)性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統控制技術(shù)是簡(jiǎn)單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能場(chǎng)合，就必須考慮對象結構與參數的變化。各種非線(xiàn)性的影響，運行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時(shí)變和不確定因素，才能得到滿(mǎn)意的控制效果。因此，現代控制技術(shù)在直線(xiàn)伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有：自適應控制、滑模變結構控制、魯棒控制及智能控制。主要是將模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與PID、H∞控制等現有的成熟的控制方法相結合，取長(cháng)補短，以獲得更好的控制性能。

    直線(xiàn)電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉電機沿其徑向剖開(kāi)，然后拉平演變而成。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)和微型計算機的高速發(fā)展，對各類(lèi)自動(dòng)控制系統的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統的旋轉電機再加上一套變換機構組成的直線(xiàn)運動(dòng)驅動(dòng)裝置，已經(jīng)遠不能滿(mǎn)足現代控制系統的要求，為此，世界許多國家都在研究、發(fā)展和應用直線(xiàn)電機，使得直線(xiàn)電機的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣。
直線(xiàn)電機與旋轉電機相比，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：一是結構簡(jiǎn)單，由于直線(xiàn)電機不需要把旋轉運動(dòng)變成直線(xiàn)運動(dòng)的附加裝置，因而使得系統本身的結構大為簡(jiǎn)化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線(xiàn)運動(dòng)的地方，直線(xiàn)電機可以實(shí)現直接傳動(dòng)，因而可以消除中間環(huán)節所帶來(lái)的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微機控制，則還可以大大地提高整個(gè)系統的定位精度；三是反應速度快、靈敏度高，隨動(dòng)性好。直線(xiàn)電機容易做到其動(dòng)子用磁懸浮支撐，因而使得動(dòng)子和定子之間始終保持一定的氣隙而不接觸，這就消除了定、動(dòng)子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了系統的靈敏度、快速性和隨動(dòng)性；四是工作安全可靠、壽命長(cháng)。直線(xiàn)電機可以實(shí)現無(wú)接觸傳遞力，機械摩擦損耗幾乎為零，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽命長(cháng)。
直線(xiàn)電機主要應用于三個(gè)方面：一是應用于自動(dòng)控制系統，這類(lèi)應用場(chǎng)合比較多；其次是作為長(cháng)期連續運行的驅動(dòng)電機；三是應用在需要短時(shí)間、短距離內提供巨大的直線(xiàn)運動(dòng)能的裝置中。
高速磁懸浮列車(chē) 磁懸浮列車(chē)是直線(xiàn)電機實(shí)際應用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線(xiàn)懸浮列車(chē)，其中日本進(jìn)展最快。
直線(xiàn)電機驅動(dòng)的電梯 世界上第一臺使用直線(xiàn)電機驅動(dòng)的電梯是1990年4月安裝于日本東京都豐島區萬(wàn)世大樓，該電梯載重600kg,速度為105m/min,提升高度為22.9m。由于直線(xiàn)電機驅動(dòng)的電梯沒(méi)有曳引機組，因而建筑物頂的機房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無(wú)鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導技術(shù)的直線(xiàn)電機驅動(dòng)，線(xiàn)圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車(chē)一樣，采用無(wú)線(xiàn)電波或光控技術(shù)控制。
超高速電動(dòng)機 在旋轉超過(guò)某一極限時(shí)，采用滾動(dòng)軸承的電動(dòng)機就會(huì )產(chǎn)生燒結、損壞現象，國外研制了一種直線(xiàn)懸浮電動(dòng)機（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機的動(dòng)子懸浮在空中，消除了動(dòng)子和定子之間的機械接觸和摩擦阻力，其轉速可達25000～100000r/min以上，因而在高速電動(dòng)機和高速主軸部件上得到廣泛的應用。如日本安川公司新近研制的多工序自動(dòng)數控車(chē)床用5軸可控式電磁高速主軸采用兩個(gè)徑向電磁軸承和一個(gè)軸向推力電磁軸承，可在任意方向上承受機床的負載。在軸的中間，除配有高速電動(dòng)機以外，還配有與多工序自動(dòng)數控車(chē)床相適應的工具自動(dòng)交換機構。

直線(xiàn)電機的分類(lèi)
1、圓柱形
      圓柱形動(dòng)磁體直線(xiàn)電機動(dòng)子是圓柱形結構。沿固定著(zhù)磁場(chǎng)的圓柱體運動(dòng)。這種電機是最初發(fā)現的商業(yè)應用但是不能使用于要求節省空間的平板式和U 型槽式直線(xiàn)電機的場(chǎng)合。圓柱形動(dòng)磁體直線(xiàn)電機的磁路與動(dòng)磁執行器相似。區別在于線(xiàn)圈可以復制以增加行程。典型的線(xiàn)圈繞組是三相組成的，使用霍爾裝置實(shí)現無(wú)刷換相。推力線(xiàn)圈是圓柱形的，沿磁棒上下運動(dòng)。這種結構不適合對磁通泄漏敏感的應用。必須小心操作保證手指不卡在磁棒和有吸引力的側面之間。
管狀直線(xiàn)電機設計的一個(gè)潛在的問(wèn)題出現在，當行程增加，由于電機是完全圓柱的而且沿著(zhù)磁棒上下運動(dòng)，唯一的支撐點(diǎn)在兩端。保證磁棒的徑向偏差不至于導致磁體接觸推力線(xiàn)圈的長(cháng)度總會(huì )有限制。

2、U型槽式
      U 型槽式直線(xiàn)電機有兩個(gè)介于金屬板之間且都對著(zhù)線(xiàn)圈動(dòng)子的平行磁軌。動(dòng)子由導軌系統支撐在兩磁軌中間。動(dòng)子是非鋼的，意味著(zhù)無(wú)吸力且在磁軌和推力線(xiàn)圈之間無(wú)干擾力產(chǎn)生。非鋼線(xiàn)圈裝配具有慣量小，允許非常高的加速度。線(xiàn)圈一般是三相的，無(wú)刷換相?？梢杂每諝饫鋮s法冷卻電機來(lái)獲得性能的增強。也有采用水冷方式的。這種設計可以較好地減少磁通泄露因為磁體面對面安裝在U形導槽里。這種設計也最小化了強大的磁力吸引帶來(lái)的傷害。
這種設計的磁軌允許組合以增加行程長(cháng)度，只局限于線(xiàn)纜管理系統可操作的長(cháng)度，編碼器的長(cháng)度，和機械構造的大而平的結構的能力。

3、平板型
      有三種類(lèi)型的平板式直線(xiàn)電機（均為無(wú)刷）：無(wú)槽無(wú)鐵芯，無(wú)槽有鐵芯和有槽有鐵芯。選擇時(shí)需要根據對應用要求的理解。
無(wú)槽無(wú)鐵芯平板電機是一系列coils安裝在一個(gè)鋁板上。由于FOCER 沒(méi)有鐵芯，電機沒(méi)有吸力和接頭效應（與U形槽電機同）。該設計在一定某些應用中有助于延長(cháng)軸承壽命。動(dòng)子可以從上面或側面安裝以適合大多數應用。這種電機對要求控制速度平穩的應用是理想的。如掃描應用，但是平板磁軌設計產(chǎn)生的推力輸出最低。通常，平板磁軌具有高的磁通泄露。所以需要謹慎操作以防操作者受他們之間和其他被吸材料之間的磁力吸引而受到傷害。
無(wú)槽有鐵芯：無(wú)槽有鐵芯平板電機結構上和無(wú)槽無(wú)鐵芯電機相似。除了鐵芯安裝在鋼疊片結構然后再安裝到鋁背板上，鐵疊片結構用在指引磁場(chǎng)和增加推力。磁軌和動(dòng)子之間產(chǎn)生的吸力和電機產(chǎn)生的推力成正比，疊片結構導致接頭力產(chǎn)生。把動(dòng)子安裝到磁軌上時(shí)必須小心以免他們之間的吸力造成傷害。無(wú)槽有鐵芯比無(wú)槽無(wú)鐵芯電機有更大的推力。
有槽有鐵芯：這種類(lèi)型的直線(xiàn)電機，鐵心線(xiàn)圈被放進(jìn)一個(gè)鋼結構里以產(chǎn)生鐵芯線(xiàn)圈單元。鐵芯有效增強電機的推力輸出通過(guò)聚焦線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。鐵芯電樞和磁軌之間強大的吸引力可以被預先用作氣浮軸承系統的預加載荷。這些力會(huì )增加軸承的磨損，磁鐵的相位差可減少接頭力。

直線(xiàn)電機的特點(diǎn)
      在實(shí)用的和買(mǎi)得起的直線(xiàn)電機出現以前，所有直線(xiàn)運動(dòng)不得不從旋轉機械通過(guò)使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉換而來(lái)。對許多應用，如遇到大負載而且驅動(dòng)軸是豎直面的。這些方法仍然是最好的。然而，直線(xiàn)電機比機械系統比有很多獨特的優(yōu)勢，如非常高速和非常低速，高加速度，幾乎零維護（無(wú)接觸零件），高精度，無(wú)空回。完成直線(xiàn)運動(dòng)只需電機無(wú)需齒輪，聯(lián)軸器或滑輪，對很多應用來(lái)說(shuō)很有意義的，把那些不必要的，減低性能和縮短機械壽命的零件去掉了。
直線(xiàn)電機的優(yōu)點(diǎn)

（1）結構簡(jiǎn)單。管型直線(xiàn)電機不需要經(jīng)過(guò)中間轉換機構而直接產(chǎn)生直線(xiàn)運動(dòng)，使結構大大簡(jiǎn)化，運動(dòng)慣量減少，動(dòng)態(tài)響應性能和定位精度大大提高；同時(shí)也提高了可靠性，節約了成本，使制造和維護更加簡(jiǎn)便。它的初次級可以直接成為機構的一部分，這種獨特的結合使得這種優(yōu)勢進(jìn)一步體現出來(lái)。
（2）適合高速直線(xiàn)運動(dòng)。因為不存在離心力的約束，普通材料亦可以達到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙，運動(dòng)時(shí)無(wú)機械接觸，因而運動(dòng)部分也就無(wú)摩擦和噪聲。這樣，傳動(dòng)零部件沒(méi)有磨損，可大大減小機械損耗，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。
（3）初級繞組利用率高。在管型直線(xiàn)感應電機中，初級繞組是餅式的，沒(méi)有端部繞組，因而繞組利用率高。
（4）無(wú)橫向邊緣效應。橫向效應是指由于橫向開(kāi)斷造成的邊界處磁場(chǎng)的削弱，而圓筒型直線(xiàn)電機橫向無(wú)開(kāi)斷，所以磁場(chǎng)沿周向均勻分布。
（5）容易克服單邊磁拉力問(wèn)題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問(wèn)題。
（6）易于調節和控制。通過(guò)調節電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復運行場(chǎng)合。
（7）適應性強。直線(xiàn)電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹(shù)脂封成整體，具有較好的防腐、防潮性能，便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用；而且可以設計成多種結構，滿(mǎn)足不同情況的需要。
（8）高加速度。這是直線(xiàn)電機驅動(dòng)，相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅動(dòng)的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)勢。