直線電機(jī)原理

直線電機(jī)原理

直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以看成是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。

直線電機(jī)也稱線性電機(jī)，線性馬達(dá)，直線馬達(dá)，推桿馬達(dá)。最常用的直線電機(jī)類型是平板式和U型槽式，和管式。線圈的典型組成是三相，有霍爾元件實(shí)現(xiàn)無刷換相。

該圖直線電機(jī)明確顯示動(dòng)子（forcer，rotor）的內(nèi)部繞組。磁鉄和磁軌。動(dòng)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(jiǎn)單描述為旋轉(zhuǎn)電機(jī)被展平，而工作原理相同。動(dòng)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(dòng)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(dòng)子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動(dòng)子以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的氣隙（airgap）。同樣的，直線電機(jī)需要直線導(dǎo)軌來保持動(dòng)子在磁軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(cè)量負(fù)載的位置從而提高負(fù)載的位置精度。

由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)和次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級(jí)與次級(jí)之間的耦合保持不變。直線電機(jī)可以是短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)，也可以是長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)。考慮到制造成本、運(yùn)行費(fèi)用，目前一般均采用短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)。

直線電動(dòng)機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相似。以直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例：當(dāng)初級(jí)繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，次級(jí)在行波磁場(chǎng)切割下，將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場(chǎng)相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級(jí)固定，則次級(jí)在推力作用下做直線運(yùn)動(dòng);反之，則初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)。

直線電機(jī)的原理并不復(fù)雜。設(shè)想把一臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺(tái)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（圖）。在直線電機(jī)中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的，叫初級(jí);相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的，叫次級(jí)。初級(jí)中通以交流，次級(jí)就在電磁力的作用下沿著初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)初級(jí)要做得很長(zhǎng)，延伸到運(yùn)動(dòng)所需要達(dá)到的位置，而次級(jí)則不需要那么長(zhǎng)。實(shí)際上，直線電機(jī)既可以把初級(jí)做得很長(zhǎng)，也可以把次級(jí)做得很長(zhǎng);既可以初級(jí)固定、次級(jí)移動(dòng)，也可以次級(jí)固定、初級(jí)移動(dòng)。

對(duì)直線電機(jī)控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(jiǎn)單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能場(chǎng)合，就必須考慮對(duì)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(shí)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(zhǎng)補(bǔ)短，以獲得更好的控制性能。