什么是直線電機?

　　直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。我們也稱其為線性電機，線性馬達，直線馬達，推桿馬達。最常用的直線電機類型是平板式直線電機、U型槽式直線電機和圓柱型直線電機。它具有系統(tǒng)結構簡單、磨損少、噪聲低、組合性強、維護方便等優(yōu)點。旋轉電機所具有的品種，直線電機幾乎都有相對應的品種。

　　直線電機的結構組成

　　直線的結構主要包括定子、動子和直線運動的支撐輪三部分。為了保證在行程范圍內定子和動子之間具有良好的電磁場耦合，定子和動子的鐵心長度不等。定子可制成短定子和長定子兩種形式。由于長定子結構成本高、運行費用高，所以很少采用。直線電動機與旋轉磁場一樣，定子鐵心也是由硅鋼片疊成，表面開有齒槽;槽中嵌有三相、兩相或單相繞組;單相直線異步電動機可制成罩極式，也可通過電容移相。

　　直線電機是將傳統(tǒng)圓筒型電機的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而旋轉電機的定子部分變?yōu)橹本€電機的初級，旋轉電機的轉子部分變?yōu)橹本€電機的次級。如果初級是固定不動的，次級就能沿著行波磁場運動的方向做直線運動。即可實現(xiàn)高速機床的直線電機直接驅動的進給方式，把直線電機的初級和次級分別直接安裝在高速機床的工作臺與床身上。由于這種進給傳動方式的傳動鏈縮短為0，被稱為機床進給系統(tǒng)的“零傳動”。

　　直線電機的工作原理

　　在直線電機中，相當于旋轉電機定子的，叫初級;相當于旋轉電機轉子的，叫次級，初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長，實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長;既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。

　　直線感應電動機是由旋轉電動機演變而來。當一次側的三相(或多相)繞組通入對稱正弦交流電流時，會產生氣隙磁場。當不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉電動機相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布。

　　直線電機的主要分類

　　直線電機按工作原理可分為：直流、異步、同步和步進等;直線電機按結構形式可分為;單邊扁平型、雙邊扁平型、圓盤型、圓筒型(或稱為管型)等。最常用的直線電機類型是平板式直線電機、U型槽式直線電機和圓柱型直線電機。 音圈電機因其結構類似于喇叭的音圈而得名。具有高頻響、高精度的特點。此類電機分為圓柱型音圈電機和擺動型音圈電機。也就是所謂的圓柱型直線電機。

　　平板直線電機

　　平板式直線電機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和增加推力。磁軌和動子之間產生的吸力和電機產生的推力成正比，疊片結構導致接頭力產生。把動子安裝到磁軌上時必須小心以免他們之間的吸力造成傷害。

　　U型槽直線電機

　　U 型槽式直線電機有兩個介于金屬板之間且都對著線圈動子的平行磁軌。動子由導軌系統(tǒng)支撐在兩磁軌中間。動子是非鋼的，意味著無吸力且在磁軌和推力線圈之間無干擾力產生。非鋼線圈裝配具有慣量小，允許非常高的加速度。線圈一般是三相的，無刷換相?？梢杂每諝饫鋮s法冷卻電機來獲得性能的增強。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的傷害。

　　這種設計的磁軌允許組合以增加行程長度，只局限于線纜管理系統(tǒng)可操作的長度，編碼器的長度，和機械構造的大而平的結構的能力。

　　圓柱型直線電機

　　圓柱形動磁體直線電機動子是圓柱形結構。沿固定著磁場的圓柱體運動。這種電機是最初發(fā)現(xiàn)的商業(yè)應用但是不能使用于要求節(jié)省空間的平板式和U 型槽式直線電機的場合。圓柱形動磁體直線電機的磁路與動磁執(zhí)行器相似。區(qū)別在于線圈可以復制以增加行程。典型的線圈繞組是三相組成的，使用霍爾裝置實現(xiàn)無刷換相。推力線圈是圓柱形的，沿磁棒上下運動。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。

　　管狀直線電機設計的一個潛在的問題出現(xiàn)在，當行程增加，由于電機是完全圓柱的而且沿著磁棒上下運動，唯一的支撐點在兩端。保證磁棒的徑向偏差不至于導致磁體接觸推力線圈的長度總會有限制。

　　直線電機的優(yōu)點

　　1.結構簡單。直線電機不需要經過中間轉換機構而直接產生直線運動，使結構大大簡化，運動慣量減少，動態(tài)響應性能和定位精度大大提高;同時也提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護更加簡便。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)勢進一步體現(xiàn)出來。

　　2.高加速度。這是直線電機驅動，相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅動的一個顯著優(yōu)勢。

　　3.適合高速直線運動。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，運動時無機械接觸，因而運動部分也就無摩擦和噪聲。這樣，傳動零部件沒有磨損，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。

　　4.初級繞組利用率高。在管型直線感應電機中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。

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

　　6.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。

　　7.易于調節(jié)和控制。通過調節(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，適用于低速往復運行場合。

　　8.適應性強。直線電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體，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形式，滿足不同情況的需要。

　　直線電機的發(fā)展

　　1840年

　　Wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機。

　　1905年

　　曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進機構，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當時直線電機研究領域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。1917年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。

　　1940年-1955年

　　世界一些發(fā)達國家科研人員，在實驗的基礎上，又進行了一些實驗應用工作。1945年，美國西屋電氣公司首先研制成功的電力牽引飛機彈射器，它以7400kW的直線電動機為動力，成功地用4.1s的時間將一架重4535kg，的噴氣式飛機在165m的行程內由靜止加速的188km/h的速度，它的試驗成功，使直線電動機可靠性好等優(yōu)點受到了應有的重視，隨后，美國利用直線電機制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動力中的需要。1954年，英國皇家飛機制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機制成了發(fā)射導彈的裝置，其速度可達1600km/h。在這個階段中，尤需值得一提的是，直線電機作為高速列車的驅動裝置得到了各國的高度重視并計劃予以實施。

　　1965年

　　隨著控制技術和材料性能的顯著提高，應用直線電機的實用設備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機的MHD泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅動裝置、電唱機、縫紉機、空氣壓縮機、輸送裝置等。

　　1971年至今

　　從1971年開始到目前的這個階段，直線電機終于進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗行程累計已達數十萬千米。

　　近年來，隨著自動控制技術和微型計算機的高速發(fā)展，對各類自動控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，世界許多國家都在研究、發(fā)展和應用直線電機，使得直線電機技術發(fā)展速度加快，直線電機的應用領域越來越廣。在國內，專注直線電機、音圈電機研發(fā)和生產的企業(yè)不是很多，像深圳市博智達機器人有限公司就是其中一家起步比較早的、技術相對比較成熟的直線電機、音圈電機生產廠家。