直线电机基本概念

直线电机基本概念

直线电机可以看作旋转电机结构上的一种演变，它可以看作将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展开成直线。直线电机可分为：交流直线感应电动机（LIM），交流直线同步电动机（LSM）、直流直线电动机（LDM）、直线步进电动机（LPM）、混合式直线电动机（LHM）、微特直线电动机。其中交流直线同步电动机又分电磁式（EM）、永磁式（PM）、可变电阻（VR）、混合式（HB）、超导体（SC）；直线直流电动机分为电磁式、永磁式、无刷；直线步进电动机分为可变电阻型和永磁型。

同步直线电动机的原理：直线同步电动机与直线异步电动机一样也是由旋转电机演化来的，其工作原理与旋转电机一样。直线同步电动机的磁极一般有直流励磁绕组励磁，或有永磁体励磁。在定子绕组产生的气隙行波磁场与磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对磁极动子产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动 的 ，那么次级就沿着行波磁场的运动方向做直线运动。磁极运动的速度v就与行波磁场的移动速度一致,且v=2f t单位(m/s),t为极距。

同步直线电机与异步直线电机在性能、使用范畴上有何区别：直线异步电动机具有 ：成本低，相同容量的异步电动机的体积是同容量的同步电动机的6倍左右,常用变频器做速度控制，用于精度要求不是很高的场合。直线同步电动机具有更大的驱动力，其控制性能，位置精度更好，体积小，重量轻，且具有发电制动功能。永磁直线同步电动机可应用于各种精密加工设备上。但是成本相对较高。永磁体性能的提高和价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。

动圈式直线电机与动磁式直线电机：永磁直线电动机可以做成动磁型，也可以做成动圈型。只要使永磁体产生的磁通由绕组通入直流电励磁产生，任何一种永磁式直线电动机都可以改为电磁式（动磁）直线电动机。动圈型结构具有体积小，成本低和效率高 等优点。用于计算机硬盘驱动器的音圈电机（VCM）就是一种动圈型永磁直线直流电动机。动磁式直线电机没有线圈端部，电枢绕组得到完全利用；气隙均匀，消除电枢和磁极间的吸力。动圈式直线电机的动子惯量小，响应快；由于有导线连结，行程一般较小。 动磁式与上述刚好相反。

圆筒型直线电机和平板型直线电机的本质区别：直线电机是从普通旋转电机演变来的，如果将普通旋转电机的圆筒型定子，转子剖开拉直，就成了平板型结构的直线电机，如果再把这种扁平的初级，次级卷绕在一根与磁场运动方向平行的轴上，即可得到一种与平板型直线电机完全不同的圆筒型直线电机。圆筒型直线电机的工作原理与直线电机的原理相似，当在初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动。反之，则初级作直线运动。它把电能直接转变为直线运动的机械能而无中间变换装置。圆筒型直线电机也可分为同步式和感应式两类（也有步进式）。

选择适当的电机

选择适当的电机

为了选择适当的电机，必须考虑若干因素。比如是选择线性运动还是旋转运动？以下为选择一个电机时应考虑的一些基本要求。这将有助于确定是否要使用一个直线电机，还是要使用一个旋转电机。 直线电机

要求多大力？ 工作周期是多少？

所希望的步进步长是多少？ 步进速率或线速度是多少？ 双极性或单极性线圈？ 线圈电压？

断电时螺杆能否自锁？ 是否有尺寸限制？

所期望的寿命要求是多少？ 工作坏境温度是多少？ 固定轴或贯通轴式？ 驱动器的类型？

旋转电机

要求多大力矩？ 工作周期是多少？ 所希望的步距角是多少？

步进速度或转速（RPM）是多少？ 双极性或单极性线圈？ 线圈电压？

定位力矩或保持力矩要求？ 是否有尺寸限制？

所期望的寿命要求是多少？ 工作坏境温度是多少？ 滑动轴承或滚珠轴承? 径向载荷和轴向载荷？ 驱动器的类型？

双极性步进电机是指：有两个线圈，四条线。电流在两个线圈中可以正反向流动，所以叫做双极性。 单极性步进电机是指：有两个线圈，但是有五条或六条线，即在一个线圈的中间增加了一个抽头，五条线的可以看成是六条线把两个线圈的两根中间线并在一起。因为在一个线圈的中间有了抽头，电流就可以在一个线圈的一半走不同的流向，但这时只是用到电机线圈的一半而已。

双极性步进电机和单极性步进电机的产生，是源于几十年前，因为步进电机驱动电路较贵，如果用双极性的驱动电路，比单极性的电路要贵很多，所以多年前，单极性的步进电机很多。但是随着步进电机驱动电路成本越来越低，再加上一些很便宜的驱动芯片的出现，双极性电机的应用多了起来。

同时，双极性电机因为一个线圈子正反向电流流过，应用效率高，单极性的则因为电机大部分时间只使用一半的线圈，所以效率较低。但在一些成本要求比较严的地方，单极性电机还是被广泛使用。

交流同步电机

步进电机也可在交流（AC）下运行。但是其中一相绕组必须通过一个适当选择的电容而得电。在这种情况下，电机限制为仅有一个同步速度。例如，如果电源频率为60赫兹，则电源有120次反向或变更。通过电容通电的相位也按照偏移时间顺序而产生相同数量的变更。电机已按相当于240步/秒的速率真正通电。对于15°的旋转电机，要求24个步序来完成一个旋转（24 SPR）。这就成了600转/分（RPM）的同步电机。