零传动的直线电机：结构、原理、特点与应用

近年来随着我国在生产工业上的不断发展，其加工质量和生产定位的精确度也有了相应的提高，这就导致了直线电机在其生产产业应用中的地位，通过将电能转化成直线运动机械的原理，从而实现直线电机的“零传动”关键控制技术。同时大大的提高了生产产品的质量及工作效率，为了顺应新时期的市场竞争，现代直线电机控制技术已经在我国各大生产领域中广泛应用，并获得了业界的一致好评。

进入新时期以来，我国在各生产业技术方面也投入了大量的精力和物力，采用先进的科学技术，利用直线电机对电能的直接转换，打破了传统的中间传动机构，同时也有效的降低了电力系统的损坏几率，为现代直线电机指引了发展方向，实现关键控制技术的信息化管理，进一步提升直线电机在各生产领域中的重要性。

直线电机的结构

直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初级和次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。

直线电机工作原理

设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机。初级做得很长，延伸到运动 所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动。通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。

此外，直线电机的类型复杂，结构方式也较为多样化，可分为扁平型结构、圆筒型结构和弧形结构等，应用范围最广的就属扁平型结构电机，其结构方式又可分成单边型结构和双边型结构，可以有效的增强电机法向力，提升电机速度，同时也对电机的结构和安装带来一定的影响。

直线电机的特点

1. 高速响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的，如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

2. 定位精度高。直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

3. 传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。 

4. 速度快、加减速过程短。

5. 行程长度不受限制。在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。

6. 动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

7. 效率高。由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。

直线电机的应用

直线电机主要应用于三个方面：

1. 应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；

2. 作为长期连续运行的驱动电机；

3. 应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

U槽无刷直线电机可以直接驱动，无需将转动转为线性运动，机械结构简单可靠。电机运行超平稳，无齿槽效应，动态响应速度极快，惯量小，加速度可达20G，速度达到10-30m/s，低速1µm/s时运动平滑，刚性高，结构紧凑，可选配直线编码器做高精度位置控制，其位置精度取决于所选编码器。

定子轨道可以按需要连接，因而理论上电机长度不限。电机动子与定子不接触运动，没有采用普通丝杆滚珠和皮带等传动的磨损、卡死、背隙问题，因此我们的直线电机可以达到免维护长期工作。

此类直线电机特别适用于：机器人、致动器、直线平台、光学光纤排列定位、精密机床、半导体制造、视觉系统、电子元件接插、工厂自动化等对运动系统的速度和精度同时要求较高的应用场合。

审核编辑：刘清