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。
直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)
直線電機(jī)可視為旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開拉直演變而成。
沿徑向剖開并拉直的旋轉(zhuǎn)電機(jī)
大多數(shù)應(yīng)用中，通常是永磁體保持靜止，線圈繞組運(yùn)動(dòng);但有時(shí)這種布置反過來會(huì)更有利并完全可以接受。在這兩種情況中，基本電磁工作原理是相同的，并且與旋轉(zhuǎn)電機(jī)完全一樣。
直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
直線電機(jī)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)伺服電機(jī)+聯(lián)軸器滾珠絲杠傳動(dòng)，直線電機(jī)系統(tǒng)直接與負(fù)載連接，通過伺服驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是當(dāng)前高速精密制造領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)高精度，直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沒有反向間隙，結(jié)構(gòu)剛性高，系統(tǒng)的精度主要取決于位置檢測元件，有合適的反饋裝置可達(dá)亞微米級;
(2)加速度和速度大，我們在應(yīng)用中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)20g的最大加速度和4.5m/s的最大速度;
(3)直線電機(jī)定子與動(dòng)子無機(jī)械接觸磨損，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)接觸由直線導(dǎo)軌承擔(dān)，傳動(dòng)部件少，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)簡單甚至免維護(hù)，可靠性高，壽命長。
(4)直線電機(jī)定子采用模塊化結(jié)構(gòu)，運(yùn)行行程理論上不受限制;
(5)運(yùn)行速度范圍寬，其速度范圍從每秒幾微米到數(shù)米。
直線電機(jī)常用類型
直線電機(jī)主要包括有鐵芯電機(jī)和無鐵芯電機(jī)兩種類型，每種類型電機(jī)均具有取決于其應(yīng)用的最有特征。
有鐵芯平板直線電機(jī)
有鐵芯電機(jī)的線圈繞在鋼片上，以便通過單側(cè)磁路，產(chǎn)生推力。
大族電機(jī)有鐵芯平板電機(jī)包括自然冷卻和水冷兩種類型，水冷型額定推力最高達(dá)到8000N、峰值推力20000N。
有鐵芯平板直線電機(jī)的優(yōu)勢：有鐵芯結(jié)構(gòu)，推力密度高;使用單邊永磁體，成本低;可以做到良好的散熱。
有鐵芯平板直線電機(jī)的不足：有齒槽推力，導(dǎo)致速度波動(dòng);有鐵芯使動(dòng)子和定子存在不小于5倍于額定推力的磁吸力，需要注意安裝。
U型無鐵芯直線電機(jī)
無鐵芯電機(jī)包含一個(gè)動(dòng)子線圈繞組，位于雙排永磁體之間。因?yàn)榫€圈無鐵芯，動(dòng)子和永磁體之間沒有吸引力和齒槽力。
大族U型直線電機(jī)開發(fā)了采用線圈繞組疊放的I型系列直線電機(jī)，相比T型繞組具有推力密度高(同樣推力下體積更小)、散熱性能好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
無鐵芯電機(jī)的優(yōu)勢：沒有吸引力，固定氣隙，易于對齊及安裝;無齒槽效應(yīng)，運(yùn)行平穩(wěn);動(dòng)子質(zhì)量低，加速度大。
無鐵芯電機(jī)的劣勢：使用雙邊永磁體，成本高;相比有鐵芯電機(jī)，推力一般不太大。
管型直線電機(jī)
動(dòng)子是圓柱形結(jié)構(gòu)。沿固定著磁場的圓柱體運(yùn)動(dòng)。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(dòng)磁體直線電機(jī)的磁路與動(dòng)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(dòng)。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(jì)的一個(gè)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(dòng)，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(huì)有限制。
音圈電機(jī)
因其結(jié)構(gòu)類似于喇叭的音圈而得名，具有高頻響、高精度的特點(diǎn)。此類電機(jī)分為圓柱型音圈電機(jī)和擺動(dòng)型音圈電機(jī)，也就是所謂的圓柱型直線電機(jī)。
直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)
主要包括定子、動(dòng)子和直線運(yùn)動(dòng)的支撐輪三部分。為了保證在行程范圍內(nèi)定子和動(dòng)子之間具有良好的電磁場耦合，定子和動(dòng)子的鐵心長度不等，定子可制成短定子和長定子兩種形式。由于長定子結(jié)構(gòu)成本高、運(yùn)行費(fèi)用高，所以很少采用。直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場一樣，定子鐵心也是由硅鋼片疊成，表面開有齒槽，槽中嵌有三相、兩相或單相繞組，單相直線異步電動(dòng)機(jī)可制成罩極式，也可通過電容移相。
直線電機(jī)是將傳統(tǒng)圓筒型電機(jī)的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的初級，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的次級。如果初級是固定不動(dòng)的，次級就能沿著行波磁場運(yùn)動(dòng)的方向做直線運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)高速機(jī)床的直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給方式，把直線電機(jī)的初級和次級分別直接安裝在高速機(jī)床的工作臺與床身上。由于這種進(jìn)給傳動(dòng)方式的傳動(dòng)鏈縮短為0，被稱為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。
直線電機(jī)的工作原理
在直線電機(jī)中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的，叫初級;相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)初級要做得很長，延伸到運(yùn)動(dòng)所需要達(dá)到的位置，而次級則不需要那么長，實(shí)際上，直線電機(jī)既可以把初級做得很長也可以把次級做得很長，既可以初級固定、次級移動(dòng)也可以次級固定、初級移動(dòng)。
直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來。當(dāng)一次側(cè)的三相或多相繞組通入對稱正弦交流電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時(shí)，這個(gè)氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布。
