详解混合式直线步进电机技术 

    步进电机由旋转运动变为线性运动可用几种机械方法完成，包括齿条和齿轮传动及皮
带轮传动以及其他机械联动机械。所有这些设计都需要各种机械零件。而完成这种转变的

 

最有效方法是在电机自身内部实现。

    

 

说明

    基本的步进电机是由有磁性的转子铁芯通过与由定子产生的脉动的定子电磁场相互作
用而产生转动。直线电机把旋转运动变为线性运动，完成这个转变的精密性取决于转子的
步进角度和所选方法。线性步进电机，或者称为直线步进电机，首先出现在 1968 年的第
3，402，308 号专利上，是颁发给 Willian Henschke 的。从此以后，直线步进电机被应用于

 

包括制造、精密调准和精密流体测量在内的诸多高要求领域。

    使用螺纹的直线电机的精密度，取决于它的螺距。在直线电机的转子中心安装一个螺母，
相应地采用一根螺杆与此螺母啮合，为使螺杆轴向移动，必须用某种方法来防止螺杆与
转子组件一同转动。由于螺杆转动受到制约，当转子旋转时，螺杆实现了线性运动。无论
是在电机内部用固定螺纹轴组件还是在外部的螺纹轴上使用不能旋转但轴向可自由移动

 

的螺母，都是实现转动约束的典型方法。

    为简化设计，在电机内部实现线性变换是有意义的。该方法极大的简化了设计，使得在
许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线电机进行精密的

 

线性移动。

    最初的直线电机采用了一个滚珠螺母和丝杆的结合体。滚珠丝杆提高达 90%以上的效率，
而根据螺纹条件，梯形螺纹提供的效率仅有 20%-70%  

。

    尽管对于转换旋转运动为线性运动而言滚珠丝杆是一种高效的方法，但是滚珠螺母对
校准要求很高，而且体积较大，费用昂贵。因此，在大多数应用领域中，滚珠丝杆并非是
一个较实用的解决方法。
    大多数设备设计人员对以混合式步进电机为基础的直线电机十分熟悉。该产品已有多
年历史，与其它设备一样有其自身的长处和局限性。设计简便、紧凑、无电刷（因此无火
花）、惊人的机械优点、设计的实用性以及可靠性是它与生俱来的优点，然而在某些情况
下，此直线电机不能用于某些设备，因为在没有日常维护的条件下它是不能保证其耐久

 

性的。

    不过，目前有几种方法可以克服这样的障碍，使直线电机具有更高的耐久性且不用维
护，由于步进电机的无电刷设计，产生磨损的唯一部件是转子轴承以及由导螺杆/螺母组
成的螺纹接合。滚珠轴承近年来的改进已经提供了适应直线运动的长寿命产品。最近导螺

 

杆和螺母组合的寿命和耐用性也都有了改进。

    

 

提高耐久性

    首先有必要了解电机的基本结构。一个较好的研究实例 Size 17 电机，它属于混全式步
进电机家庭中尺寸较小的。习惯上，直线电机使用由一轴承级金属材料（如青铜）加工成