直线步进电机与航空业的结合

摘要：在航空航天领域中，对于机械装置的精度有着很高的要求。直线步进电机以其所

具有的优点，能够满足在航空行业中运用的要求。对此，文章介绍了直线步进电机的工作原
理、结构特点以及与传统式步机的比较，讲述了该种步机所具有的优缺点，最后详细地介绍
了直线步进电机在航空领域中的相关应用。

    直线步进电机是能够将电流脉冲信号转变为微步直线运动的一种驱动设备。在要求用精确
直线运动运行的地方，直线步进电机凭借其高效的高速定位、高可靠性以及高密度性的数字
式直线运动随动系统而得到广泛应用。它能够替代间接性的通过旋转步进电机经由一套中间
转换设备从而实现直线运动的机械装置。并且直线步进电机的结构比较简单，它没有中间转
换结构，进行运动的部分的质量轻，惯性很小，不存在漂移现象，无累计的定位误差出现。
直线步进电机是一种理想化的并且是可开发应用和大范围推广的高定位精密仪器。混合式直
线步进电机是由简单的改进而来的。其在计算机设备应用、数控机床、自动化绘图仪、机器人
开发以及传输设备的检测控制等领域都得到了广泛的应用。尤其是在最近几年，快速发展的
微电子器件和接口技术，促使直线式步进电机的自动化和智能化以及高度集成化的成本大
大降低了，而且在航空航天领域里具有非常大的发展潜力和大范围推广的前景。
 一、直线步进电机之工作转换

    首先看其外部：电机工作转换的方法是利用旋转步进电机和转动结构的机械方式来进行
的。齿轮和齿条的转动、涡轮及皮带涡杆的传动以及其他联动机械之间的传动，这些设计都
需要各个机械零件来组成。然而这些传动方式的精密度低、零件寿命无法保证、噪声过大、结
构过于复杂，最主要的是成本高。

    再看其内部：在步进电机的内部实现线性变换的方法能够极大地简化设计，使之在许多
实际应用中，能够直接在不使用外部机械联动装置的条件下用直线式步进电机完成精确的
直线移动。在这里，要特别介绍两种：

(1)刚开始的直线式步进电机是采用滚珠螺母配合着

丝杆来完成的。电机的转子在磁场的作用下开始转动，与转子一体的滚珠螺母也随着开始转
动，丝杆很自然地被带动产生需要的直线运动。但是滚珠螺母对校验的要求高，丝杆通常其
螺距比较大，这导致造的缺点主要有：制造困难、费用过于昂贵、机械分辨率低、生产周期长。
所以这种方法在诸多领域之中，往往不是一个实用的方法。

(2)在螺纹式直线步进机中，其

螺纹之间的距离决定了电机的精密程度。在直线步进电机的转子中心安置螺母时，要求螺杆
和螺母必须完全吻合，这样才能使转子在旋转运行时，使螺杆实现线性运动。步进电机中的
驱动螺母必须要选螺母中的最好品种，并且要是自润滑的、热属性的材料；只有选择适当的
好材料，才能在螺纹的稳定性和寿命上取得很好的效果。有一个理想的方法是将模压型塑料
螺纹结构注入到金属转子组件的内部，这样能够提高电机的运行效率、延长其寿命，还能够
极大程度地限制运行时的噪声。这种构造的直线步进电机虽然它的寿命长、效率高、稳定性好，
但仍然是旋转的电机搭配上相关机械变换装置来得到所需的直线运动。