線性電機(jī)選型依據(jù)及軟件

直線電機(jī)選擇規(guī)格主要是對于推力的選擇，通常情況下有軟件作為輔助工具。為了準(zhǔn)確選擇直線電機(jī)的推力，需要知道負(fù)載重量、有效行程、最大速度和最大加速度。輔助于選型軟件，即可選擇合適推力的電機(jī)。

（1）結(jié)構(gòu)簡單。管型直線電機(jī)不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運(yùn)動，使結(jié)構(gòu)大大簡化，運(yùn)動慣量減少，動態(tài)響應(yīng)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(hù)更加簡便。它的初次級可以直接成為機(jī)構(gòu)的一部分，這種獨(dú)特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

（2）適合高速直線運(yùn)動。因?yàn)椴淮嬖陔x心力的約束，普通材料亦可以達(dá)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(yùn)動時無機(jī)械接觸，因而運(yùn)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(jī)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。在管型直線感應(yīng)電機(jī)中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。

（4）無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)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(jī)橫向無開斷，所以磁場沿周向均勻分布。

（5）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。

（6）易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)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(fù)運(yùn)行場合。

（7）適應(yīng)性強(qiáng)。直線電機(jī)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(shè)計成多種結(jié)構(gòu)，滿足不同情況的需要。

（8）高加速度。這是直線電機(jī)驅(qū)動，相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅(qū)動的一個顯著優(yōu)勢。

在實(shí)用的和買得起的直線電機(jī)出現(xiàn)以前，所有直線運(yùn)動不得不從旋轉(zhuǎn)機(jī)械通過使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉(zhuǎn)換而來。對許多應(yīng)用，如遇到大負(fù)載而且驅(qū)動軸是豎直面的。這些方法仍然是最好的。然而，直線電機(jī)比機(jī)械系統(tǒng)比有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，如非常高速和非常低速，高加速度，幾乎零維護(hù)（無接觸零件），高精度，無空回。完成直線運(yùn)動只需電機(jī)無需齒輪，聯(lián)軸器或滑輪，對很多應(yīng)用來說很有意義的，把那些不必要的，減低性能和縮短機(jī)械壽命的零件去掉了。

線性電機(jī)圓柱形

圓柱形動磁體直線電機(jī)動子是圓柱形結(jié)構(gòu)。沿固定著磁場的圓柱體運(yùn)動。這種電機(jī)是最初發(fā)現(xiàn)的商業(yè)應(yīng)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(jī)的場合。圓柱形動磁體直線電機(jī)的磁路與動磁執(zhí)行器相似。區(qū)別在于線圈可以復(fù)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(shí)現(xiàn)無刷換相。推力線圈是圓柱形的，沿磁棒上下運(yùn)動。這種結(jié)構(gòu)不適合對磁通泄漏敏感的應(yīng)用。必須小心操作保證手指不卡在磁棒和有吸引力的側(cè)面之間。

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

線性電機(jī)U型槽式

U 型槽式直線電機(jī)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(dǎo)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(chǎn)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(jī)來獲得性能的增強(qiáng)。也有采用水冷方式的。這種設(shè)計可以較好地減少磁通泄露因?yàn)榇朋w面對面安裝在U形導(dǎo)槽里。這種設(shè)計也最小化了強(qiáng)大的磁力吸引帶來的傷害。

這種設(shè)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(jī)械構(gòu)造的大而平的結(jié)構(gòu)的能力。

線性電機(jī)平板

有三種類型的平板式直線電機(jī)（均為無刷）：無槽無鐵芯，無槽有鐵芯和有槽有鐵芯。選擇時需要根據(jù)對應(yīng)用要求的理解。

無槽無鐵芯平板電機(jī)是一系列coils安裝在一個鋁板上。由于FOCER 沒有鐵芯，電機(jī)沒有吸力和接頭效應(yīng)（與U形槽電機(jī)同）。該設(shè)計在一定某些應(yīng)用中有助于延長軸承壽命。動子可以從上面或側(cè)面安裝以適合大多數(shù)應(yīng)用。這種電機(jī)對要求控制速度平穩(wěn)的應(yīng)用是理想的。如掃描應(yīng)用，但是平板磁軌設(shè)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(jǐn)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。

無槽有鐵芯：無槽有鐵芯平板電機(jī)結(jié)構(gòu)上和無槽無鐵芯電機(jī)相似。除了鐵芯安裝在鋼疊片結(jié)構(gòu)然后再安裝到鋁背板上，鐵疊片結(jié)構(gòu)用在指引磁場和增加推力。磁軌和動子之間產(chǎn)生的吸力和電機(jī)產(chǎn)生的推力成正比，疊片結(jié)構(gòu)導(dǎo)致接頭力產(chǎn)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。無槽有鐵芯比無槽無鐵芯電機(jī)有更大的推力。

有槽有鐵芯：這種類型的直線電機(jī)，鐵心線圈被放進(jìn)一個鋼結(jié)構(gòu)里以產(chǎn)生鐵芯線圈單元。鐵芯有效增強(qiáng)電機(jī)的推力輸出通過聚焦線圈產(chǎn)生的磁場。鐵芯電樞和磁軌之間強(qiáng)大的吸引力可以被預(yù)先用作氣浮軸承系統(tǒng)的預(yù)加載荷。這些力會增加軸承的磨損，磁鐵的相位差可減少接頭力。

直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。隨著自動控制技術(shù)和微型計算機(jī)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，在這種情況下，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)再加上一套變換機(jī)構(gòu)組成的直線運(yùn)動驅(qū)動裝置，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，為此，世界許多國家都在研究、發(fā)展和應(yīng)用直線電機(jī)，使得直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。

直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，主要有如下幾個特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)簡單，由于直線電機(jī)不需要把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)大為簡化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運(yùn)動的地方，直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)直接傳動，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微機(jī)控制，則還可以大大地提高整個系統(tǒng)的定位精度；三是反應(yīng)速度快、靈敏度高，隨動性好。直線電機(jī)容易做到其動子用磁懸浮支撐，因而使得動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、動子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度、快速性和隨動性；四是工作安全可靠、壽命長。直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無接觸傳遞力，機(jī)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。

直線電機(jī)主要應(yīng)用于三個方面：一是應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場合比較多；其次是作為長期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動電機(jī)；三是應(yīng)用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動能的裝置中。

高速磁懸浮列車 磁懸浮列車是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進(jìn)展最快。

直線電機(jī)驅(qū)動的電梯 世界上第一臺使用直線電機(jī)驅(qū)動的電梯是1990年4月安裝于日本東京都豐島區(qū)萬世大樓，該電梯載重600kg,速度為105m/min,提升高度為22.9m。由于直線電機(jī)驅(qū)動的電梯沒有曳引機(jī)組，因而建筑物頂?shù)臋C(jī)房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術(shù)控制。

超高速電動機(jī) 在旋轉(zhuǎn)超過某一極限時，采用滾動軸承的電動機(jī)就會產(chǎn)生燒結(jié)、損壞現(xiàn)象，國外研制了一種直線懸浮電動機(jī)（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機(jī)的動子懸浮在空中，消除了動子和定子之間的機(jī)械接觸和摩擦阻力，其轉(zhuǎn)速可達(dá)25000～100000r/min以上，因而在高速電動機(jī)和高速主軸部件上得到廣泛的應(yīng)用。如日本安川公司新近研制的多工序自動數(shù)控車床用5軸可控式電磁高速主軸采用兩個徑向電磁軸承和一個軸向推力電磁軸承，可在任意方向上承受機(jī)床的負(fù)載。在軸的中間，除配有高速電動機(jī)以外，還配有與多工序自動數(shù)控車床相適應(yīng)的工具自動交換機(jī)構(gòu)。

由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級。在實(shí)際應(yīng)用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機(jī)可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級?？紤]到制造成本、運(yùn)行費(fèi)用，以直線感應(yīng)電動機(jī)為例：當(dāng)初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應(yīng)出電動勢并產(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。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運(yùn)動；反之，則初級做直線運(yùn)動。直線電機(jī)的驅(qū)動控制技術(shù)一個直線電機(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)。隨著自動控制技術(shù)與微計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)的控制方法越來越多。

對直線電機(jī)控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng)控制技術(shù)，二是現(xiàn)代控制技術(shù)，三是智能控制技術(shù)。傳統(tǒng)的控制技術(shù)如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中PID控制蘊(yùn)涵動態(tài)控制過程中的信息，具有較強(qiáng)的魯棒性，是交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)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、不變化且是線性的以及操作條件、運(yùn)行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統(tǒng)控制技術(shù)是簡單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能場合，就必須考慮對象結(jié)構(gòu)與參數(shù)的變化。各種非線性的影響，運(yùn)行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時變和不確定因素，才能得到滿意的控制效果。因此，現(xiàn)代控制技術(shù)在直線伺服電機(jī)控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有：自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)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(xiàn)有的成熟的控制方法相結(jié)合，取長補(bǔ)短，以獲得更好的控制性能。

該圖直線電機(jī)明確顯示動子（forcer,rotor)的內(nèi)部繞組.磁鉄和磁軌.動子是用環(huán)氧材料把線圈壓成的。而且,磁軌是把磁鐵固定在鋼上。

直線電機(jī)經(jīng)常簡單描述為旋轉(zhuǎn)電機(jī)被展平，而工作原理相同。動子（forcer,rotor) 是用環(huán)氧材料把線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(jī)的動子包括線圈繞組，霍爾元件電路板，電熱調(diào)節(jié)器（溫度傳感器監(jiān)控溫度）和電子接口。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，動子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動子以保證相對運(yùn)動部分的氣隙（air gap）。同樣的，直線電機(jī)需要直線導(dǎo)軌來保持動子在磁軌產(chǎn)生的磁場中的位置。和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機(jī)需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測量負(fù)載的位置從而提高負(fù)載的位置精度。

直線電機(jī)的控制和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣。像無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，動子和定子無機(jī)械連接（無刷），不像旋轉(zhuǎn)電機(jī)的方面，動子旋轉(zhuǎn)和定子位置保持固定，直線電機(jī)系統(tǒng)可以是磁軌動或推力線圈動（大部分定位系統(tǒng)應(yīng)用是磁軌固定，推力線圈動）。用推力線圈運(yùn)動的電機(jī)，推力線圈的重量和負(fù)載比很小。然而，需要高柔性線纜及其管理系統(tǒng)。用磁軌運(yùn)動的電機(jī)，不僅要承受負(fù)載，還要承受磁軌質(zhì)量，但無需線纜管理系統(tǒng)。

相似的機(jī)電原理用在直線和旋轉(zhuǎn)電機(jī)上。相同的電磁力在旋轉(zhuǎn)電機(jī)上產(chǎn)生力矩在直線電機(jī)產(chǎn)生直線推力作用。因此，直線電機(jī)使用和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同的控制和可編程配置。直線電機(jī)的形狀可以是平板式和U 型槽式，和管式.哪種構(gòu)造最適合要看實(shí)際應(yīng)用的規(guī)格要求和工作環(huán)境。

目前公司的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于:

1、電一機(jī)械轉(zhuǎn)換

（1）電機(jī)：直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，磁滯電機(jī)，線性電機(jī)、伺服電機(jī)等。

（2）發(fā)電機(jī)（桂林梧州等地）。

（3）傳動裝置：磁光記錄、激光聚焦、打印頭、計算機(jī)磁盤驅(qū)動器中的VCM等。

（4）測量儀表。

（5）電流控制：舌簧開關(guān)、渦流電機(jī)過速開關(guān)等。

2、電一聲轉(zhuǎn)換

（1）發(fā)聲裝置：揚(yáng)聲器、耳機(jī)、電話等。

（2）接收聲裝置：聽筒、超聲播音器等。

（3）其它音頻變換器。

3、磁一機(jī)械力或轉(zhuǎn)矩

（1）固定或提升裝置：各種磁吸盤（磁吊）、房門吸塊、冰箱密封條等。

（2）處理裝置：磁分離、復(fù)印機(jī)磁輥等。

（3）磁力耦合及制動裝置等。

（4）磁性軸承、磁懸浮列車等。

（5）電子稱。

4、微波器件、電子束、離子束聚焦

（1）功率管：磁控管，周期性永磁體（PPM）。

（2）波導(dǎo)管器件。

（3）粒子加速器：同步加速器輻射源，自由電子激光等。

（4）質(zhì)譜儀：偏轉(zhuǎn)磁體，α一質(zhì)譜儀等。

（5）陰極射線管：離子阱，聚焦等。

5、傳感器、電信號傳輸，轉(zhuǎn)變

（1）利用磁性：霍耳效應(yīng)，磁阻，溫度敏感元件等。

（2）利用體積效應(yīng)：位置、速度、加速度,液體流量、壓力、振動等。

（3）利用面積效應(yīng)：計算機(jī)讀寫磁頭。

6、醫(yī)療及生物

（1）醫(yī)療設(shè)備：磁共振成象儀（MRI）。

（2）牙科器具：牙齒的固定，矯形等。

（3）外科器具。

（4）磁療及磁首飾等。

7、其它應(yīng)用

（1）磁性銷。

（2）真空技術(shù)。

（3）磁位存儲偏置場等。

永磁合金是一種重要的，現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)不可缺少的功能材料。人們利用磁能與磁能、磁能與電能的相互作用，將磁能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能；利用磁場對物質(zhì)的作用，改變物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能和環(huán)保作用等。在所有這些裝置或器件中永磁合金都擔(dān)當(dāng)著重要的功能作用。

其主要用途有：(1)機(jī)電設(shè)備和裝置。主要包括：各種永磁電動機(jī)如直流(整流式和無刷)電機(jī)、同步電機(jī)、回轉(zhuǎn)和線性電機(jī)、伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)矩或步進(jìn)電機(jī)；各種永磁發(fā)電機(jī)如交流發(fā)電機(jī)、輔助勵磁機(jī)、多相同步機(jī)、點(diǎn)火或其他脈沖發(fā)電機(jī)等；各種機(jī)電制動器如打印機(jī)打字頭驅(qū)動器、計算機(jī)軟盤驅(qū)動器(也稱音圈電機(jī)VCM)、激光聚焦與跟蹤器(用于激光唱盤、錄像機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī))。飛機(jī)測位制動器、機(jī)器人等；動圈式電表及斷路器、微型位移繼電器等。

(2)聲波換能器。包括：各種發(fā)聲器，如揚(yáng)聲器、耳機(jī)、電話受話器、電鈴、蜂鳴器及超聲波發(fā)聲器等；聲音接收器，如話筒、超聲波拾音器；以及聲像拾音器等。

(3)磁力機(jī)械。主要利用磁力的吸引與排斥作用制作：夾持和提升裝置，如電磁起重機(jī)、機(jī)床夾盤和夾具、冰箱門封、廣告標(biāo)記和玩具；牽引裝置，如傳送帶、選礦機(jī)、復(fù)印機(jī)磁鼓；耦合器，如同步扭矩聯(lián)軸節(jié)、磁水泵、線性跟隨器、油浮標(biāo)等；磁軸承和磁懸浮，如無源電度表、超速離心器、陀螺儀、衛(wèi)星動能輪、渦流分子泵、磁懸浮車輛等。

(4)微波裝置。制作各種功率管(如磁控管、行波管和調(diào)速管)用脈沖位置調(diào)整聚焦裝置，正交場放大器，波導(dǎo)裝置和粒子加速器等。

(5)傳感器和電信號轉(zhuǎn)換器。包括永磁轉(zhuǎn)換器(感應(yīng)器和霍爾效應(yīng)儀)及物理量(位置，速度，加速度，流量，壓力，溫度等)測量傳感器。

(6)醫(yī)用電子儀器和生物工程。有核磁共振成像裝置、牙科添料、起搏器、人工心臟泵、診斷用儀器及微型助聽器等。

(7)其他方面。有磁鎖，磁性寶石，除蠟器，汽車減煙節(jié)油器等。