直线电机基础

   直线电机的工作原理
　　直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传
动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。
　　由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将
初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。
直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前
一般均采用短初级长次级。

 直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为

例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将
感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，
则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。直线电机的驱动控制技术一个
直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现
技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方
法越来越多。
　　对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代
控制技术，三是智能控制技术。

 传统的控制技术如 PID 反馈控制、解耦控制等在交流伺服系

统中得到了广泛的应用。其中

PID 控制蕴涵动态控制过程中的过去、现在和未来的信息，而

且配置几乎为最优，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为
了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技术。

 在对象模型确定、不变化且是线性的

以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下，采用传统控制技术是简单有效的。但是在高
精度微进给的高性能场合，就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响，运行环
境的改变及环境干扰等时变和不确定因数，才能得到满意的控制效果。因此，现代控制技术
在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有：自适应控制、滑模变结
构控制、鲁棒控制及智能控制。

 近年来模糊逻辑控制、神经网络控制等智能控制方法也被引

入直线电动机驱动系统的控制中。目前主要是将模糊逻辑、神经网络与

PID、H

∞控制等现有

的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。
　　直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达。在实际工业应用中的稳定增长，证明直
线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同。
　　最常用的直线电机类型是平板式和

U 型槽式，和管式。 线圈的典型组成是三相，有霍

尔元件实现无刷换相
　　直线电机明确显示动子

(forcer， rotor)的内部绕组.磁鉄和磁轨。动子是用环氧材料把线

圈压成的。而且，磁轨是把磁铁固定在钢上。
　　直线电机在过去的

10 年，经实践上引人注目的增长和工业应用的显着受益才真正成熟。

　　直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（

forcer， rotor) 是

用环氧材料把线圈压缩在一起制成的

.而且，磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固

定在钢上

.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温

度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的
气隙（

air gap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。

和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装
置

--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。

　　直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），
不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力