电磁执行机构的应用和优势

随着机电一体化技术的高速发展，对各类系统的定位精度也提出了更高的要求。在这种情形下，传统的旋转电机加上一套变换机构（比如滚珠丝杠螺母副）组成的直线运动装置，由于具有“间接”的性质，往往不能满足系统的精度要求。而直线电动机的输出直接为直线运动，不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，其传动具有“直接”的性质。

如图2-27所示，在结构上，直线电动机可以认为是由一台旋转电动机沿径向剖开，然后拉直演变而成。永磁无刷旋转电动机的两个基本部件是定子（线圈）和转子（永磁体）。在无刷直线电动机中，将旋转电动机的转子沿径向剖开并拉直，则成为直线电动机的永磁体轨道（也称为直线电动机的定子）；将旋转电动机的定子沿径向剖开并拉直，则成为直线电动机的线圈（也称为直线电动机的动子）。

图2-27 直线电动机结构图

1—定子 2—线圈 3—气隙 4—永磁体 5—转子 6—底座 7—动子

在大多数无刷直线电动机的应用中，通常是永磁体保持静止，线圈运动，其原因是这两个部件中线圈的质量相对较小，但有时将运动与静止件反过来布置会更有利并完全可以接受。在这两种情况中，基本电磁工作原理是相同的，并且与旋转电动机完全一样。目前有两种类型的直线电动机：无铁芯电动机和有铁芯电动机，如图2-28所示，每种类型电动机均具有取决于其应用的最优特征和特性。有铁芯电动机有一个绕在硅钢片上的线圈，以便通过一个单侧磁路，产生最大的推力；无铁芯电机没有铁芯或用于缠绕线圈的长槽，因此，无铁芯电机具有零齿槽效应、非常轻的质量以及在线圈与永磁体之间绝对没有吸引力。这些特性非常适合用于需要极低轴承摩擦力、轻载荷高加速度，以及能在极小的恒定速度下运行（甚至是在超低速度下）的情况。模块化的永磁体由

图2-28 直线电动机

a）无铁芯 b）有铁芯(www.xing528.com)

双排永磁体组成，以产生成最大的推力，并形成磁通返回的路径。

与旋转电动机相比，直线电动机有如下几个特点：

1）结构简单。直线电动机不需要把旋转运动变成直线运动的中间传递装置，使得系统本身的结构大为简化，重量和体积均大大下降。

2）极高的定位精度。直线电动机可以实现直接传动，消除了中间环节所带来的各种误差，定位精度仅受反馈分辨率的限制，通常可达到微米以下的分辨率。并且，因为消除了定、动子间的接触摩擦阻力，大大地提高了系统的灵敏度。

3）刚度高。在直线电动机系统中，电机被直接连接到从动负载上。在电动机与负载之间，不存在传动间隙，实际上也不存在柔度。

4）速度范围宽。由于直线电动机的定子和动子为非接触式部件，不存在机械传动系统的限制条件，因此，很容易达到极高和极低的速度，通常可实现超过5m/s或低于1μm/s的速度。相比之下，机械传动系统（如滚珠丝杠副）通常将速度限制为0.5～0.7m/s。

5）动态性能好。除了高速能力外，直接驱动直线电动机还具有极高的加速度。大型电动机通常可得到3～5g的加速度，而小型电动机通常很容易得到超过10g的加速度。