直线电机主要应用于三个方面： 一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； 二是作为长期连续运行的驱动电机； 三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 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。 本期讨论直线电机的运用 Linear motor: 直线伺服电机应用 昆山佳德锐自动化系统销售中心 交流论坛： www.hilife.me 工业之美
什么是直线电机特点 1.什么是直线电机 直线电动机（或称线性马达）（Linear motor）是电动机的一种，其原理与传统的电动机不同，直线电机是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。直线电机又分为低加速及高加速两大类，当中低加速直线电机适用于磁悬浮列车及 其他地面交通工具，而高加速直线电机能把物件在短时间内加至极高速度，适用于粒子 加速器、制造武器等。2.直线电机是如何工作的 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， 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，直线电机用HALL换相的 相序和相电流。 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 （airgap）。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。 3.直线电机分类 管状直线电机 圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以 增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力 线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。 U型直线电机 U型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统 支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。 非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空 气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通 泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害 平板直线电机 有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选 择时需要根据对应用要求的理解。无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由 于FOCER没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有 助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度 平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常，平板磁轨 具有高的磁通泄露。 无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片 结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸 力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。 无槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。 铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可 以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。 加工产品对比
直线电机的应用 直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性在物流系统、工业加工与装配、信息及自动化系统、交通与民用以及军事等领域发挥着十分重要的作用。 直线电机主要应用场合：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 直线电机可以在几秒钟内把一架几千公斤重的直升飞机拉到每 小时几百公里的速度，它在真空中运行时，其时速可达几千上万公里。在军事上，人们利用它制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；在工业领域，直线电机被用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的一些机械设备中；直线电机除具有高速、大推力的特点以外还具有低速、精细的另一特点，例如，步进直线电机，它可以做到步距为1μm的精度，因此，直线电机又被应用到许多精密的仪器设备中，例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等。除此之外，直线电机还被用于各种各样的民用装置中，如电动门、电动窗、电动桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等等，尤其在交通运输业中，人们利用直线电机制成了时速达500km以上的磁浮列车。
直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机技术发展速度加快，应用领域越来越广。 直线电机的优点是：结构简单、反应速度快、灵敏度高、随动性好、密封性好、不怕污染、适应性强(由于直线电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，各部件用尼龙浸渍后，采用环氧树脂加以涂封，这样它就不怕风吹雨打，或有毒气体和化学药品的侵蚀，在核辐射和液体物质中也能应用)、工作稳定可靠、寿命长(直线电机是一种直接传动的特种电机，可实现无接触传递，故障少，几乎不需要维修，又不怕振动和冲击)、额定值高(直线电机冷却条件好，特别是长次级接近常温状态，因此线负荷和电流密度可以取得很高)、有精密定位和自锁的能力(和控制系统相配合，可做到0.001mm的位移精度和自锁能力)。 直线电机能直接产生直线运动，这一点对直线运动机械设计者和使用者有很大的吸引力。不少直线运动的机械是由旋转电机传动的，必须配置由旋转运动变为直线运动的机械传动装置，使得整个装置机构庞大，成本较高和效率较低。采用直线感应电机，不但省去了机械
直线电机基础 编辑本段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.图示直线电机用HALL换相的相序和相电流. 该图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著受益才真正成熟。 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线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。 相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式,和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。 编辑本段圆柱形动磁体直线电机 圆柱形动磁体直线电机动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成
直线电机装配工艺的研究与应用
摘要：为了提高企业制造技术，加快新技术的开发，促进企业技术进步，随着高速切削、超精密加工等先进制造技术的发展，要求要有很高的驱动推力、快速进给速度和极高的快速定位精度。机床进给系统形成了直线电机直接驱动为主的发展方向。本文阐述了直线电机的工作原理及其功能，并以CKS6125数控车床所采用的直线电机为例，阐述直线电机的装配工艺的关键技术，且对直线电机的主要装配工序进行分析与研究。此次直线电机试装的成功，为我厂机床更新换代，经济的发展起到了积极的推动作用。 1．引言 近年来，就如何提高企业制造技术，加快新技术的开发，以被越来越多企业所重视。随着高速切削、超精密加工等先进制造技术的发展，对机床各项性能指标提出了越来越高要求。同时也对机床进给系统的伺服性能提出了更高的要求：要有很高的驱动推力、快速进给速度和极高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是现代伺服的要求及发展趋势。直线电动机高速进给单元的应用使进给传动链及其结构发生深刻的变化，机床进给系统形成了直线电机直接驱动为主的发展方向。直线电机的机械结构虽然简单，但制造工艺要求却非常严格，为加快我国高速加工技术的发展与应用，加速我厂数控机床的更新换代，组织力量对直线电机装配工艺过程进行攻关是必要的。 2．直线电机简介 直线电机是将直线位移机构的传动元件和执行元件相结合。按能量转换定理，进给机构的直线电机可分为同步电动机和异步电动机。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、运动噪声低等优点，直线电机
驱动方式与旋转电机驱动方式的最大区别是，取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了“零传动”，避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点，使机床的性能大大提高。这项新技术国际上只有几家较大的机床公司把它应用到机床行业，而我国直线电机的设计制造技术刚刚起步，尚末形成批量生产规模，直线电机各项性能指标和国外尚有较大差距。 我厂在数控车床上应用直线电机在国内是第一家，所以说直线电机在CKS6125数控车床X轴上的应用，是我们对这项新技术的尝试，这项新技术研制的成功，为以后的机床开发和应用打下了基础。由于该项技术为我厂首次试制，直线电机的装配应处在探索中。 CKS6125数控车床X轴直线电机采用的是西门子1FN3永磁同步直线电机，是将初级部构芯（线圈）安装在滑板上，次级部构芯（磁铁）安装在床鞍上而成的一个完整内装式电机。其结构如图1： 图1 1FN3永磁同步直线电机主要有初级部分、次级部分、初级部构芯型材、精密冷却部分组成，其结构如图2：
如何进行直线电机选型
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直线电机选型 ——最大推力和持续推力计算
目录 直线电机选型 (3) ——最大推力和持续推力计算 (3) 概述 (5) 三角模式 (5) 梯形模式 (5) 持续推力 (6) 计算公式 (6) 例子 (7)
概述 直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算。 最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。 推力= 总质量x 加速度+ 摩擦力+ 外界应力 例子：当移动负载是2.5千克（包含动子），所需加速度为30m/s2时，那么，电机将产生75N 的力（假设，摩擦力和外界应力忽略不计）。 通常，我们不知道实际加速度需求，但是，我们有电机运行实际要求。给定的运行行程距离和所需要的行程时间，由此可以计算出所需要的加速度。一般来说，对于短行程，推荐使用三角形速度模式，即无匀速运动，长行程的话，梯形速度模式更有效率。在三角形速度模式中，电机的运动是没有匀速段的。 三角模式 加速度为Acceleration = 4 x Distance / Travel_Time2 梯形模式 需要提前设置匀速的速度值，由此可以推算出加速度。 加速度= 匀速/ （运动时间–位移/ 匀速）
同理，减速度的计算与加速度的计算是类似的，特殊情况是存在一个不平衡的力（例如重力）作用在电机上。 通常情况下，为了维持匀速过程和停滞阶段，摩擦力和外界应力也要考虑进来，为了维持匀速，电机会对抗摩擦力和外界应力，电机停止时则会对抗外界应力。 持续推力 计算公式 持续推力的计算公式如下： RMSForce = 持续推力 Fa = 加速度力 Fc = 匀速段力 Fd = 减速度力 Fw = 停滞力 Ta = 加速时间 Tc = 匀速时间 Td = 减速时间 Tw = 停滞时间 又最大推力和持续推力进行电机的选择。一般情况下，应该将安全系数设置为20~30%，从而抵消外界应力和摩擦力。
(10)授权公告号 CN 101630891 B (45)授权公告日 2011.08.17C N 101630891 B *CN101630891B* (21)申请号 200810012338.3 (22)申请日 2008.07.16 H02K 33/18(2006.01) H02K 1/34(2006.01) G05B 19/04(2006.01) (73)专利权人中国科学院沈阳自动化研究所 地址110016 辽宁省沈阳市东陵区南塔街 114号 (72)发明人苏刚 李洪谊 (74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限 公司 21002 代理人许宗富 周秀梅 US 6779982 B2,2004.08.24, CN 87200807 U,1987.11.04,CN 101051786 A,2007.10.10, CN 86204843 U,1986.12.24,(54)发明名称 一种微型直线电机及其驱动方式 (57)摘要 一种微型直线电机及其驱动方式，属于直线 电机技术领域。该电机结构包括端盖、内部铁心、 外部磁轭、线圈、线圈支架及两个磁钢，两磁钢同 极相对置于内部铁心两端，两磁钢外端分别安装 有端盖，在两端盖内，磁钢与内部铁心的外周置有 两对称的弧形磁轭，两弧型磁轭在内部铁心外周 大致成圆环型，在两弧形磁轭间形成滑道，磁轭与 内部铁心及磁轭与磁钢之间形成气隙，线圈置于 内部铁心与磁轭之间，线圈上固定有线圈支架，线 圈支架两端通过滑道穿出磁轭，线圈及线圈支架 可在磁轭间的滑道上滑动。本发明两磁钢同极相 对放置，磁路的封闭性比较好，在气隙中形成比较 均匀的磁场。本发明结构简单，适合作为微小型机 构的驱动器。 (51)Int.Cl.(56)对比文件 审查员 肖继军 (19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页
《数控技术》大作业二 1．综述 直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。 直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。 初级做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动．通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设产生涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将（费来明法则）产生连续的推力F。 2．工作原理 直线电动机的初级三相绕组通入三相交流电后，就会在气隙中产生一个沿直线移动的正弦波磁场，其移动方向由三相交流电的相序决定，如图所示。显然该行波磁场的移动速度与普通电机旋转磁场在定子内圆表面的线速度相等。 行波磁场切割次级上的导体后，在导体中感应出电动势和电流，该电流与气隙磁场作用，在次级中产生电磁力，驱动次级沿着行波磁场移动的方向作直线运行，或者利用反作用力驱动初级朝相反的方向运动。如果改变直线电动机初级绕组的通电相序，即可改变电动机的运行方向。因此直线电动机可实现往返直线运动。 3．直线电机的特点 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通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。旋转电机所具有的品种，直线电机几乎都有相对应的品种，其应用范围正在不断扩大，并在一些它所能独特发挥作用的地方取得了令人满意的效果。 直线感应电动机的特点是：结构简单，维护方便；散热条件好，额定值高；适宜于高速运行；能承担特殊任务，如液态金属的运输、加工等。其缺点是气隙大，功率因数低，力能指标差，低速运行时需采用低频电源，使控制装置复杂。 4．直线电机的应用
原机XZ轴直线电机型号分别为: X轴：E43H4Q-05-193 厂家海顿科技 Z轴：43F4J-05-072 厂家海顿科技 规格： X轴：外部驱动式电机43000系列 1.8°固定轴式双极性(4 线) 每步移动0.00096英寸 5 VDC 出轴长度：290mm（256mm）。配丝母。 Z轴：43000系列 1.8°贯通轴式双极性(4 线) 每步移动0.00048英寸 5 VDC 出轴长度：88mm。带轴台。 电机安装孔位：31.04*31.04mm M3 台阶轴为Φ22 混合式直线步进电机编号规则 E 前缀 （只有用到时） E = 外部驱动式电机 P = 加近零传感器 S = 加原点位置 T = 高温电机 43 指定的系列数字 21 = 21000 28 = 28000 35 = 35000 43 = 43000 57 = 57000 87 = 87000 H 步距角代码 F = 1.8°贯通轴式 H = 1.8°固定轴式 H = 1.8°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") J = 0.9°贯通轴式 K = 0.9°固定轴式 K = 0.9°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") L = 1.8°双叠厚,贯通轴式 M = 1.8°双叠厚,固定轴式 M = 1.8°双叠厚(用"E" 表示"外部驱动式") 4 极性 4 = 双极性(4 线) 6 = 极性(6 线) N 步长编码 例如: N = 每步移动0.00012英寸 Q = 每步移动0.00096英寸 J = 每步移动0.00048英寸 05 电压例如: 05 = 5 VDC 12 = 12 VDC 客户可定制电压
直线电机的结构及工作原理 来源：本站整理作者：佚名2010年02月25日 17:43 分享 订阅 [导读]直线电机的结构直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相 关键词：直线电机 直线电机的结构 直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。 直线电机的工作原理 设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。 初级做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动． 通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。 直线电机的特点 高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。 位精度高线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。 速度快、加减速过程短 行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。 动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。 效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。 直线电机的应用 直线电机主要应用于三个方面： 应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； 作为长期连续运行的驱动电机； 应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 U槽无刷直线电机可以直接驱动，无需将转动转为线性运动，机械结构简单可靠。电机运行超平稳，无齿槽效应，动态响应速度极快，惯量小，加速度可达20G，速度达到10-30m/s，低速1μm/s时运动平滑，刚性高，结构紧凑，可选配直线编码器做高精度位置控制，其位置精度取决于所选编码器。
1.高性能无铁芯直线电机线圈 电阻小于10Ω，电感小于10mH，电气时间常数小于2ms，工作电压大于直流300V，峰值电流小于30A，连续电流小于10A，峰值推力大于700N，连续推力大于150N，线圈重量小于3kg。 2.高性能无铁芯直线电机磁轨 磁轨高度小于100mm，厚度小于55mm，有效行程大于200mm。 3.五轴超精密运动控制器 运行RT Linux实时操作系统，64位系统架构，支持标准C语言，支持32个独立坐标系，伺服更新频率大于20kHz，配有双千兆网口、光电隔离IO卡、模拟量和数字量反馈接口、手轮通道，5轴模拟量控制通道，220V独立电源供电。 4.线性放大器 要求真正的AB类放大器，零交越失真，支持串口通讯、正余弦电机换相，输出电压大于+\-50V，接收+/- 10V控制指令，峰值电流大于15A，连续电流大于5A，长度小于40cm，宽度小于25cm，高度小于15cm，重量小于10kg。 5.电器控制柜 防护等级：IP56，证书：CE、ROHS、IP56，材质：优质冷轧钢板，安装板为镀锌板，门板厚度2.0mm，安装板厚度2.5mm，柜体厚度为1.5mm，表面处理：酸洗磷化，外部粉末涂层，颜色：RAL7035/RAL7032织纹或平光，标准配置：前门、后门、背板、顶板、底板、安装板1块、密封条、门锁（平板锁）、铰链。包含电气控制柜设计、装配、电缆制作及布线、控制器与放大器调试。 6.四轴超精密运动控制器 运行RT Linux实时操作系统，64位系统架构，支持标准C语言，支持32个独立坐标系，伺服更新频率大于20kHz，配有双千兆网口、光电隔离IO卡、模拟量和数字量反馈接口、手轮通道，4轴模拟量控制通道，220V独立电源供电。 7.角度编码器 不锈钢材质，分辨率大于8000 Lines/Rev，系统精度优于+/- 5 arc sec，最大允许转速大于3000 rpm。磁性材质，分辨率大于20000 cts/Rev，最大允许转速大于10000rpm。 8.光栅尺及读数头 膨胀系数0.6 μm/m/°C，信号周期20um，精度+/- 1um，1Vpp模拟量信号输出，有效量程大于200mm。 9.五轴控制手轮 五轴控制通道，三档分辨率可调，RS422信号输出，含急停按钮。 10.密闭放松插头 不锈钢外壳，M23规格，螺纹连接，IP67防护等级，内部屏蔽位于外壳上，同轴360度连接，皇冠型电缆尾夹。 11.主轴无框力矩电机 力矩常数0.41 Nm/Arms，反电动势24.77 Vrms/krpm，电感2.145mH，电阻0.757Ω，堵转力矩3.52Nm，
直线电机的使用与维护 概述 直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达。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。 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，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信息，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素，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。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。 应用 直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。 直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是
直线电机简介 直线电机是将直线位移机构的传动元件和执行元件相结合。按能量转换定理，进给机构的直线电机可分为同步电动机和异步电动机。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、运动噪声低等优点，直线电机驱动方式与旋转电机驱动方式的最大区别是，取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了“零传动”，避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点，使机床的性能大大提高。这项新技术国际上只有几家较大的机床公司把它应用到机床行业，而我国直线电机的设计制造技术刚刚起步，尚末形成批量生产规模，直线电机各项性能指标和国外尚有较大差距。 图1 永磁同步直线电机主要有初级部分、次级部分、初级部构芯型材、精密冷却部分组成，其结构如图2：
图2 图3： 图3 1．直线电机装配工艺的关键技术及工艺方案 1.1 直线电机装配工艺的关键技术 根据直线电机的结构特点，直线电机零件加工和装配的主要关键： a) 初、次级部构芯安全装配。 b) 安装直线电机所需工装选择。 c) 安装直线电机螺钉紧固扭矩选择。 端子盒 可选件：精确冷却器 (对环境温度影响< 4 K) 次级部分 初级部分 可选件：连续防护件 (保护次级部分) 动力冷却器 可选件：尾端件 (固定机盖，水流入流出) 可选件：冷却部分 (对环境温度影响< 4 K)
d)直线电机初、次级部芯装配。 e)直线电机装配后检查与运车。 1.2直线电机装配工艺方案确定 直线电机机械结构较为简单，但其装配工艺却非常严格。由于直线电机次级构芯的永磁体有一个强大的静态磁场和相当高铁铁磁极力，这对于人的健康和安全有直接的影响，因此装配过程中既要考虑如何保证直线电机的装配精度，也要重视人身安全。按照上述要求制定直线电机装配工序流程为： 装配前准备→将床鞍安装在床身、安装床鞍导轨→预装滑板调整机床精度→将次级部构芯冷却安装在床鞍上并试漏→安装次级部构芯→安装次级部构芯磁性盖板→将初级部构芯冷却器安装在滑板上→安装初级部构芯→安装滑板→检验直线电机安装情况（手动）→连接各冷却和液压管路→完善各部 1.3直线电机装配过程的分析 由于直线电机装配后，拆装非常困难，因此必须做好装配前准备工作。装配前应按目录清点零件,收集所需工装，清洗零件，按图纸对零件进行检测。按照直线电机装配工艺流程进行装配。 一、如何实现直线电机安全装配 由于直线电机次级构芯的永磁体有一个强大的静态磁场和相当高铁磁极力，因此装配过程中要求做到： a.磁性材料距次级部构芯距离必须保证＞100mm。 b.手表、磁性材料（磁卡、软盘等）要远离。 c.安装、维修、维护设备时要带工作手套。 d.带心脏起搏器的人员不得在此设备上工作。
直线电机的缺点 以下专业资料由精密丝杆供应商:雷研精密传动设备有限公司提供。 很多机械制造行业的技术人员想迫切了解直线电机能否完全替代滚珠丝杠，就目前来说，只能说是一个很好的发展方向，但尚有很多技术不是很成熟，直线电机的缺点，主要有以下方面： (1)伺服控制难度大直线电机传动的控制只能是全闭环控制。这样，工作台的负荷(工件重盆、切削力等)及其变化，对一个稳定系统来说就是外界干扰，若自动调节不好会使系统失稳而展荡。而回转电机传动可采用半闭环隔离这些干扰。即使采用全闭环，由于存在着滚珠丝杆等这些弹性中间环节，它们既有刚性差而使加速度上不去的负面影响，又有吸收和抑制干扰的正面作用，而使伺服控制难度减小。此外，由于是在高速、高精度下工作，还要求反馈用位置检测元件具备调速数据采集和响应能力和较高的分辨率。 (2)应用于垂直行程部件时，由于存在着重力加速度，故要求采取复杂的平衡措施，否则会造成电机过热。由于是在高速、高精度下工作，要求快速响应，往往不是简单加平衡重锤所能解决的，而需在电机和伺服驱动电路上采取措施。断电时的自锁措施也比回转电机传动复杂。回转电机传动一般可在联轴节处装简单的超越离合器来解决自锁问题。 (3) 往往要采取冷却措施凡是电机都要发热的。回转电机一般安装在机床的周边位置,有较好的散热条件, 远离构件, 难以造成构件的热变形, 因而一般不采取冷却措施。而直线电机因安装在机床腹部，根据具体情况, 有时须采取风冷(自然风或压缩空气)或循环水冷的措施。这时, 气管或水管还必须随工作台一起作高速运动。 (4) 装配和防护难度加大回转电机的磁场是闭式的, 而直线电机的是开式的。特别是同步式, 定件上要安装一排或多排强磁的永久磁钢, 而床身等构件和装配用工具又都是磁性材料, 动不动就会被吸住,尘埃中的磁性物质, 钢铁等切屑都难抗拒强磁的吸力, 一旦尘屑堵 住了不大的气隙, 电机就不能工作. 1直线电机工作原理 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，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
直线电机驱动技术 直线电动机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起“直线电动机热”。 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电动机传动的最大区别是取消了从电动机到工作台（拖板）之间的一切机械中间传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零。这种传动方式被称为“零传动”。正由于这种“零传动”方式，带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和一定优点。 （1）高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。 （2）精度直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。 （3）动刚度高由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。 （4）速度快、加减速过程短由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述零传动的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达（2～10）g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度只有（0.1～0.5） （5）行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
（6）动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。 （7）效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。科尔摩根PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、高的定位精度和平滑的无差运动。
直线电机参数计算 直线电机业专家------内最齐全的产品线-------上舜直线电机模组。 1.直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算以及加速度的相关计算。 2.最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。 推力=总质量*加速度+摩擦力+外界应力 例子：（假定摩擦力和外界应力忽略不计）当移动负载是2.5千克（包括动子），所需加速度为30m/s2时，那么电机将产生75N的力。 3.通常，我们不知道实际加速度需求。但是，我们有直线电机运行时间要求。给定运动行程距离和所需行程时间，便可以此计算出所需的加速度。一般，对于短行程来说，我们推荐使用三角型速度模式（无匀速），长行程的话，梯形速度模式会更有效率。在三角型速度模式中，电机的运动无匀速段。 4.三角模式，加速度为A = 4 * S/ T2 5.梯形模式，预设匀速度可以帮助决定加速度。 加速度=匀速/（运动时间--位移/匀速） 6.相类似的，计算减速度大小与计算加速度相类似。除非存在一个不平衡的力（重力）作用在直线电机上。 7.通常为了要维持匀速过程 (cruising)和停滞阶段 (dwelling)，摩擦力和外界应力的施力也需要计算。注：为了维持匀速，直线电机会对抗摩擦力和外界应力。直线电机上伺服停滞时则会对抗外界应力。 8.计算持续推力公式如下：
RMSForce=持续推力 Fa = 加速度力 Fc = 匀速段力 Fd = 减速度力 Fw =停滞力 Ta = 加速时间 Tc = 匀速时间 Td = 减速时间 Tw = 停滞时间 9.根据最大推力和持续推力选择一个电机。客户应该将安全系数设为20-30%以便将摩擦力和外界应力抵消为0,即总值正常应*1.3来保证安全性。 10.举个例子，一个应用中，直线电机需要在三角模式下让电机在0.2秒内，让4KG的负载移动0.3米。直线电机在同行程中返程前停滞时间为0.15秒。假设摩擦力和其他不平衡力不存在。 加速度=减速度=4*0.3、（0.2）^2=30m/s2 最大推力=加速度力=减速度力=负载*加速度=4*30=120N 持续推力= 假如安全缓冲系数设为30%，通过选型，合适的直线电机电机就可以选出来了 11.电机选型软件自动计算处理过程。
GTHD带直线电机的调试方法 GTHD参数设置和 调试流程.pdf
驱动器：GTHD-XXX-2A-AP-1-LM（LM表示直线电机，Linear motor）一定要选用支持直线电机的驱动 光栅尺：分辨率1um A+B无霍尔信号 电机：以划红线参数为例 1 通过驱动器的串口连接线连接驱动
按照电机表格中参数填写直线电机配置 电机名称：CE133B12 电机图片：可不填 电机峰值电流：Arms （注意单位） 电机持续电流：Arms （注意单位） 电机最大转速：3000 mm/s （注意单位） 电感：1 mH （电机参数没有提供先随便填写一个） 电机电阻：1 ohm （电机参数没有提供先随便填写一个） 直线电机扭矩常数：70N/Arms （注意单位） 转子线圈质量：10 KG（注意：表格中为24Kg，因为GTHD驱动最大可填写10KG 所以超过10KG的就填10KG即可，不影响使用。如果写入24KG会报错）
电机节距：48 mm （咨询电机厂商）相当于旋转电机旋转一圈所走的距离。 2 设置反馈参数
编码器类型根据实际应用选择，本例中如上图所示，没有霍尔信号所以选择A+B，在使能的时候进行寻相。 因为磁极距为48mm 根据光栅尺分辨率1um,所以1mm=1000um 48*1000=48000 线数/磁矩。 寻相方式：平滑启动 寻相电流：持续电流的30%~50% 初始化时间：10ms 初始化增益: 在写入电机参数时还需注意一个参数：thermode电机超温模式，需要设为3（忽略温控输入）。 最后把参数写入驱动器即可 (以下内容参考GTHD参数设置和调试流程说明文档，跟调试旋转电机方法一致) 3 进入反馈界面 寻找相位过程里面： 方式：4 平滑启动编码器初始化电流：2A 初始化时间：10 ms 编码器初始化增益： 设置好点击寻找相位角，正常电机会使能成功，如果失败则增大电流或者编码器初始化增益。
直线电机优缺点 直线电机的特点在于直接产生直线运动，与间接产生直线运动的“旋转电动机，滚动丝杠”相比，其优点是(具体性能见下表)： (1)没有机械接触，传动力是在气隙中产生的，线性模组除了直线电机导轨以外没有任何其它的摩擦； (2)结构简单，体积小，通过以最少的零部件数量来实现我们的直线驱动，而且这仅仅是只存在一个运动的部件； (3)运行的行程在理论上是不受任何限制的，而且其性能不会因为其行程的大小改变而受到影响； (4)其运转可以提供很宽的转速运行范围，其涵盖包括从每秒几微米到数米，特别是在高速状态下是其一个突出的优点； (5)加速度很大，最大可达10g； (6)运动平稳，这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外，伺服电动缸没有其它机械连接或转换装置的缘故； (7)精度和重复精度高，因为消除了影响精度的中间环节，系统的精度取决于位置检测元件，有合适的反馈装置可达亚微米级； (8)维护简单，由于部件少，运动时无机械接触，从而大大降低了零部件的磨损，只需很少甚至无需维护，使用寿命更长。直线电动机与“旋转电动机，滚珠丝杠”传动性能比较表性能旋转电动机+滚珠丝杠直线电动机。 缺点:从表面看，线性马达直线电机可逐步取代滚珠丝杠成为驱动直线运动的主流。但事实是，直线电机驱动在普遍使用后，一些过去没有关注的问题开始浮现： 一是直线电机的耗电量大，尤其在进行高荷载、高加速度的运动时，机床瞬间电流对车间的供电系统带来沉重负荷; 其二是振动高，直线电机的动态刚性极低，不能起缓冲阻尼作用，在高速运动时容易引起机床其它部分共振; 其三是发热量大，微型电钢固定在工作台底部的直线电机动子是高发热部件，安装位置不利于自然散热，对机床的恒温控制造成很大挑战;
直线电机的安装目录： 一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 1.2 直线电机走线 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 1.4 防撞设计 1.5 直线电机防护设 二、安装工艺 2.1 直线电机安装尺寸和公差 2.2 直线电机装配方法 2.3 装配其它注意事项 2.4 光栅尺安装位置及安装座要求 2.5 光栅尺安装精度要求 2.6 光栅尺的防护 2.7 冷却系统
一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力。 直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。其它结构上提高刚度的办法有： 1上拱结构 2导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈 3机床的固定部分刚性尽可能高、移动部分的重量尽可能轻，因为直线电机对刚性和移动部分重量比旋转电机更敏感 1.2 直线电机走线 直线电机相对于旋转伺服电机的系统而言，由于其推进动力在移动部件上，所以走线较旋转伺服电机复杂，许多线缆都需要通过拖链来连接。 主要需要通过拖链的线缆有：线圈的动力线、线圈的冷却管路、光栅尺读数头的数据线（如果读数头设计在移动部件上）、导轨润滑油管路。这些走线均需要通过拖链连接，请务必在设计时详尽考虑。 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 直线电机应用在 Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计 Z轴的刹车装置。为增加安全性，建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）。 1.4 防撞设计
直线电机参数
介绍直线电机参数和选型 1.最大电压( max. voltage ph-ph) ———最大供电线电压，主要与电机绝缘能力有关；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 2.最大推力(Peak Force) ———电机的峰值推力，短时，秒级，取决于电机电磁结构的安全极限能力；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 3.最大电流(Peak Current) ———最大工作电流，与最大推力想对应，低于电机的退磁电流； 4.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗，反映电机的热设计水准； 5.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电线电压下的最高运行速度，取决于电机的反电势线数，反映电机电磁设计的结果； 6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比，单位N/A或 KN/A，反映电机电磁设计的结果，在某种意义上也可以反映电磁设计水平； 7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势（系数），单位Vs/m，反映电机电磁设计的结果，影响电机在确定供电电压下的最高运行速度； 8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值，单位N/√W，是电机电磁设计和热设计水平的综合体现；
9.磁极节距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离，基本不反映电机设计水平，驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角度； 10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻，下给出的往往是线电阻，即Ph－Ph，与电机发热关系较大，在意义下可以反映电磁设计水平；11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感，下给出的往往是线电感，即Ph－Ph，与电机反电势有关系，在意义下可以反映电磁设计水平； 12.电气时间常数(Electrical time constant) ———电机电感与电阻的比值，L/R； 13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电机的散热能力有关，反映电机的散热设计水平； 14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机，尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级铁心的法向吸引力，高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 直线电机的选型首选推力速度，然后看连续消耗功率、热阻和散热方式和条件等，再次看供电电压和电流，对快速性有要求还要看电气时间常数。个人意见，最最反映直线电机性能水平的是推力平稳性、电机常数和热阻，不过推力平稳性指标多数厂家未必会直接给出。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》