直线伺服电机的讲解

来源：电机技术及应用

(资料图)

近年来，随着对设备精度、速度等要求越来越高，各类直线电机的应用得到了推广，形成了许多有实用价值的商品。直线电机开始在旋转电机无法满足的领域展现自己的价值，例如在半导体行业、数控机床行业、激光加工行业、物流运输行业等。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要中间转换机械的传动装置，通常也称为线性电机，线性马达。直线电机具备推力大，精度高，发热少等优点被广泛运用于以上行业。

直线伺服电机的构造与原理

直线电机的结构主要包括定子（初级）、动子（次级）和直线运动的支撑部三部分。与旋转电机类似，直线电机接通三相交流电后，会在初级和次级的气隙中形成磁场。若不考虑端部效应，这个磁场在直线方向应是成正弦分布的，只是这个磁场是平移而不是旋转的，所以又称为行波磁场。行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力。

直线电机位置测量部分支持光栅尺或磁栅尺，一般为峰值1Vpp的差分正旋波信号。其信号通过8位或者12位的串行转换单元转换成串行数据输入到伺服驱动器。分辨率是输入两相正弦波波长的1/256或者1/4096长的。如果对精度要求高的话除了要选择高精度光栅尺外还可以选择高分辨率的串行转换单元。

串行转换单元可选带磁极传感器和不带磁极传感器。如果选带磁极传感器则需接到磁极传感器的引出线上，否则会引起报警。

直线伺服电机的优点

在速度方面：伺服电机+滚珠丝杆的方式在高速运行时可能会因负载的变化和机械设计、安装等导致共振，速度会因此受到限制；而直线伺服电机属于直接驱动，所以影响速度的因素只有直线伺服电机本身。

在精度方面：增加了滚珠丝杆的普通传动方式可能会因为滚珠丝杆本身的加工精度、安装精度等导致最终定位精度达不到客户的需求；直线伺服电机直接驱动的特点减小了机械上的误差。光栅尺精度越高，实际的负载精度也会越高。

直线伺服电机具备高速、高精度的优点

在加速度方面：普通传动机构在使负载轻量化的情况下，加速度的提升率仍旧较低；直线伺服电机在相同情况下加速度大幅提升。

在发热方面：由于长时间高速运行导致的发热可能会引起滚珠丝杆膨胀，使定位精度产生偏差；但直线伺服电机对周边的热传导较小，可确保高定位精度。

在构造方面：在直线运动中，行程比较大的情况下，滚珠丝杆很难进行延伸；但是直线伺服电机可以加装多个定子，进行扩展，也可以在一个定子上安装多个动子，从而在同一个轴上进行多种动作。

直线伺服电机具备高加速度、简单构造优点

在噪音方面：普通传动机构在高速运行时容易产生较大的噪音；直线电机由于直接驱动省去了大部分的机械接触，所以高速运行时噪音较小。

在维护方面：普通传动机构的机械接触部分较多，需要定期维护与保养；直线电机除了本身定子、转子和导轨部分外，其他的机械较少，所以维护保养也更加容易。

直线伺服电机具备使用简便的优点

直线伺服电机具有以下八大优点。

直线伺服电机的类型

直线电机分为三类：无铁芯型（又称U型），带铁芯平板型（又称F型)和带铁芯T型。

无芯U型线圈部没有铁芯，所以磁石和线圈没有吸引力。磁铁间引力小、推力小。无芯U型的优点是精度高、速度脉动小且噪音小。

有芯F型线圈部有铁芯，所以有吸引力。相对而言，它容易产生波动。它的间隙很小，所以磁石较小，定位较好。有芯F型的优点是扁平构造省空间、高推力、高刚性。

有芯T型也有吸引力，但铁芯两边各放置两条磁石，磁力相互抵消，所以它的吸引力的影响对滑块负担比较小。有芯T型的优点是对机械刚性的要求低。

行业应用案例

直线伺服电机与控制器配套后可构建单轴、多轴、多轴同步的机构，大幅提高机械的功能和性能，构建的机构适用于多种装置用途。

由运动控制器MP3000、伺服驱动器Σ-7与直线伺服电机所构成的系统可以运用在门式移动机构上，如液晶封缄点胶机、液晶切片机、液晶涂布机、配光膜喷墨打印涂布设备等等。

运动控制器MP3000能实现同步控制，轴间误差补偿；伺服驱动器Σ-7速度响应频率高，调整简便；直线伺服电机替代普通传动机构，直接带动负载运动,较长的行程也能确保刚性。这样的机构可以保证客户对于最终速度与精度的需求。

下面是由直线电机构建的高铁直线平台演示机。

请欣赏高铁直线平台的视频吧！从左到右依次是SGLGW(无芯型直线电机)、SGLFW2-30A120A(带芯F型直线电机)、SGLFW2-45A200A(带芯F型直线电机)与90A200（直线电机）。

SGLGW(无芯型直线电机)的最高速为5m/s，其余为4m/s。直线电机的高精度达1μm，具有高响应性。

审核编辑：汤梓红