引言：直線電機(jī)是各類超高速、精密機(jī)床的理想傳動(dòng)方式。本文從直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)介紹它的工作原理，介紹了直線電機(jī)在各類加工設(shè)備上的應(yīng)用情況與研究動(dòng)態(tài)。

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(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。直線電機(jī)也稱線性電機(jī)，線性馬達(dá)，直線馬達(dá)，推桿馬達(dá)，多用于工業(yè)機(jī)器人、桁架機(jī)器人等。最常用的直線電機(jī)類型是平板式和U型槽式，和管式。線圈的典型組成是三相，由霍爾元件實(shí)現(xiàn)無刷換相。

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是近10年發(fā)展起來的一種新型進(jìn)給傳動(dòng)方式，在各類高速、精密加工設(shè)備上具有廣泛的應(yīng)用前景。直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起直線電機(jī)熱。下面，我們就來介紹直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)(拖板)之間的一切機(jī)械中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零。這種傳動(dòng)方式被稱為零傳動(dòng)。正由于這種零傳動(dòng)方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和一定優(yōu)點(diǎn)。

1、高速響應(yīng)

由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的如絲杠等機(jī)械傳動(dòng)件，使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。

2、精度

直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的傳動(dòng)誤差減少了插補(bǔ)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。

3、動(dòng)剛度高

由于直接驅(qū)動(dòng)，避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同時(shí)提高了其傳動(dòng)剛度。

4、速度快、加減速過程短

由于直線電機(jī)最早主要用于磁懸浮列車(時(shí)速可達(dá)500Km/h)，所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度(要求達(dá)60～100M/min或更高)當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述零傳動(dòng)的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停。可獲得較高的加速度，一般可達(dá)(2～10)g(g=9.8m/s2)，而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度只有(0.1～0.5)。

5、行程長度不受限制

在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機(jī)，就可以無限延長其行程長度。

6、動(dòng)安靜、噪音低

由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無機(jī)械接觸)，其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。

7、效率高

由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗。科爾摩根PLATINNMDDL系列直線電機(jī)和SERVOSTARCD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng)，它能提供很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、高的定位精度和平滑的無差運(yùn)動(dòng)。

直線電機(jī)工作原理

直線電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，它也有直流、交流、步進(jìn)、永磁、電磁、同步和異步等多種類型。從其結(jié)構(gòu)來講，它又有動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、平板型和圓筒型等形式。

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(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)和次級(jí)制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級(jí)與次級(jí)之間的耦合保持不變。直線電機(jī)可以是短初級(jí)長次級(jí)，也可以是長初級(jí)短次級(jí)。考慮到制造成本、運(yùn)行費(fèi)用，目前一般均采用短初級(jí)長次級(jí)。

以直線感應(yīng)電機(jī)為例：當(dāng)初級(jí)繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場，次級(jí)在行波磁場切割下，將感應(yīng)出電動(dòng)勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級(jí)固定，則次級(jí)在推力作用下做直線運(yùn)動(dòng);反之，則初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)。一個(gè)直線電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不僅要有性能良好的直線電機(jī)，還必須具有能在安全可靠的條件下實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求的控制系統(tǒng)。

文中通過對(duì)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的介紹，我們了解了直線電機(jī)的一些優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也知道了直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和工作原理。隨著新型磁性材料和電機(jī)專用冷卻方法的出現(xiàn)，隨著機(jī)床高速化、精密化的進(jìn)一步發(fā)展，直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用必定會(huì)越來越廣泛。更多直線電機(jī)的知識(shí)和應(yīng)用，請(qǐng)關(guān)注我們吧。