線性電機(linear motor)介紹

線性馬達一般指線性電機

線性馬達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。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成。

直線電機也稱線性電機，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和U 型槽式，和管式。線圈的典型組成是三相，由霍爾元件實現(xiàn)無刷換相。

線性馬達的工作原理類似于打樁機，實際上是一個依靠線性形式運動的彈簧質量塊，將電能直接轉換為直線運動機械能的發(fā)動模塊。線性馬達依靠交流電壓驅動壓靠與彈簧連接的移動質量塊的音圈，音圈在彈簧的共振頻率下被驅動時，使整個傳動器振動。由于直接驅動質量塊做線性運動，所以響應速度非常快，振感也非常的強。

馬達是為手機提供振動的動力來源，主要有兩種：一是轉子馬達(Eccentric rotating mass)，二是線性馬達(Linear resonant actuator) 。其中，線性馬達又分Z軸線性馬達、X軸線性馬達。

轉子馬達與小時候我們玩的四驅車所使用的馬達類似，原理非常簡單，就是通過一個小電機帶動偏心轉子轉動，從而產生振動。

它結構簡單、體積小，在目前的眾多中低端產品中會比較常見，也有少部分高端機仍在使用。

但轉子馬達最主要的缺點是響應速度慢，無法實現(xiàn)急啟動、急停，使手機振感有些拖沓，“嗡嗡嗡”的振動效果就是這種扁平轉子馬達所產生，因此它目前幾乎只停留在千元機中。

線性馬達則類似于打樁機，由定子和動子構成，其中定子由線圈和FPC構成，動子由質量塊和磁鐵構成。通電的線圈在磁場中受到洛倫茲力作用，帶著動子沿固定方向往復運動產生振感，運動的頻率取決于驅動信號頻率。

線性馬達響應速度快，振感強，有振動方向，振動頻率和波形均可調，因而能夠實現(xiàn)更為復雜和各種定制化的振動效果。

Z軸線性馬達又稱圓形線性馬達，馬達在垂直的Z軸方向運動，振動行程相對較短。

X軸線性馬達又稱長方形或橫向線性馬達，可以做到較長的行程，加速時間長，所以振感要強于Z軸線性馬達，性能最優(yōu)，一般見于旗艦機型。

線性馬達與轉子馬達不僅在結構上不同，驅動方案也有很大差異。

線性的驅動芯片可以輸出高達10V的峰值電壓，在高壓驅動下，可以進一步縮短啟停時間、提高振動強度。驅動芯片中內置的幾十個振動波形更可搭配音頻解碼器，實現(xiàn)音頻隨振。

通過后期的體驗優(yōu)化，能在多種場景中實現(xiàn)精確的、有針對性的振動反饋。

而轉子馬達既不支持高壓驅動輸出，也不支持內置驅動波形。

線性馬達與轉子馬達驅動方案對比

以上看不懂沒關系，劃重點：

X軸線性馬達 > Z軸線性馬達 > 轉子馬達 > 扁平轉子馬達

線性馬達的優(yōu)勢

（1）結構簡單。管型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）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。

（3）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。

（4）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。

線性馬達（線型馬達、直線電機模組）的特性

1、高精度控制

2、高速移動

3、行程不受限

4、零件少

5、低磨耗

6、空隙小

7、運動平順

8、可多頭控制

9、動態(tài)響應快

缺點

1、需要增益調整

2、靜止時有抖動現(xiàn)象

3、需回授控制

4、推力受限

直線電機與旋轉電機相比，主要有如下幾個特點：一是結構簡單，由于直線電機不需要把旋轉運動變成直線運動的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結構大為簡化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運動的地方，直線電機可以實現(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；三是反應速度快、靈敏度高，隨動性好。直線電機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。直線電機可以實現(xiàn)無接觸傳遞力，機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。

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

對直線電機控制技術的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng)控制技術，二是現(xiàn)代控制技術，三是智能控制技術。傳統(tǒng)的控制技術如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動態(tài)控制過程中的信息，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅動系統(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。在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統(tǒng)控制技術是簡單有效的。但是在高精度微進給的高性能場合，就必須考慮對象結構與參數(shù)的變化。各種非線性的影響，運行環(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)代控制技術在直線伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有：自適應控制、滑模變結構控制、魯棒控制及智能控制。主要是將模糊邏輯、神經網絡與PID、H∞控制等現(xiàn)有的成熟的控制方法相結合，取長補短，以獲得更好的控制性能。

線性馬達相對轉子馬達就復雜很多，其工作原理是將電能轉化為機械能，驅動彈簧質量塊進行線性運動，從而產生振動。線性馬達分為橫向線性馬達與縱向線性馬達兩種，縱向線性馬達是沿Z軸振動，馬達振動行程較短，振動力量較弱。觸覺反饋相較于橫向線性馬達較弱，但“瘦死的駱駝比馬大”體驗依舊要強于轉子馬達。

橫向線性馬達振動行程長，啟動速度快且方向可控，在結構上更加緊湊，間接降低了機身厚度。相對于轉子馬達來說，優(yōu)勢十分明顯：功耗降低，并且震動反饋方式更加多樣，最主要的還是震動起來更加干脆、利落，不會像轉子馬達那樣震動時的感覺不緊湊。橫向線性馬達伴隨軟件系統(tǒng)的適配優(yōu)化，可以大大提升用戶體驗。

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