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直線步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

直線步進(jìn)電機(jī)可以直線運(yùn)動(dòng)或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，要轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，需要借助齒輪、凸機(jī)輪構(gòu)及皮帶或鋼絲。首先介紹了直線步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其次介紹了直線步進(jìn)電機(jī)的基本原理及工作原理，最后闡述了它的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用。

直線步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介：

直線步進(jìn)電機(jī)，或稱線性步進(jìn)電機(jī)，是由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過(guò)與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，直線步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)。

直線步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：

直線步進(jìn)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)型比較，能直接直線運(yùn)動(dòng)，可以使機(jī)器小型化。

直線步進(jìn)電機(jī)基本原理：

采用一根螺桿和螺母相嚙合，采取某種方法防止螺桿螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺桿軸向移動(dòng)。一般而言，目前有兩種實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方式，第一種是在電機(jī)內(nèi)置一個(gè)帶內(nèi)螺紋的轉(zhuǎn)子，以轉(zhuǎn)子的內(nèi)螺紋和螺桿相嚙合而實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)，第二種是以螺桿作為電機(jī)出軸，在電機(jī)外部通過(guò)一個(gè)外部驅(qū)動(dòng)螺母和螺桿相嚙合從而實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。這樣做的結(jié)果是大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，使得在許多應(yīng)用領(lǐng)域中能夠在不安裝外部機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置的情況下直接使用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精密的線性運(yùn)動(dòng)。

直線步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)：

（1）高速響應(yīng)性

一般來(lái)講機(jī)械傳動(dòng)件比電氣元器件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。由于系統(tǒng)中取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的如絲杠等機(jī)械傳動(dòng)件，使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，使反應(yīng)異常靈敏快捷。

（2）高精度性

由于取消了絲杠等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而減少了插補(bǔ)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來(lái)的跟蹤誤差。通過(guò)直線位置檢測(cè)反饋控制，可大大提高機(jī)床的定位精度。

（3）傳動(dòng)剛度高、推力平穩(wěn)

“直接驅(qū)動(dòng)”提高了其傳動(dòng)剛度。同時(shí)直線電機(jī)的布局，可根據(jù)機(jī)床導(dǎo)軌的形面結(jié)構(gòu)及其工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況來(lái)布置。通常設(shè)計(jì)成均布對(duì)稱，使其運(yùn)動(dòng)推力平穩(wěn)。

（4）速度快、加減速過(guò)程短

直線電機(jī)最早主要用于磁浮列車（時(shí)速可達(dá)500km/h），現(xiàn)在用于機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)給速度（要求達(dá)60～100m/min或更高）當(dāng)然是沒問題的。也由于“零傳動(dòng)”的高速響應(yīng)性，使其加減速過(guò)程大大縮短，從而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停。加速度一般可達(dá)到2～10g（g=9.8m/s2）。

（5）行程長(zhǎng)度不受限制

在導(dǎo)軌上通過(guò)串聯(lián)直線步進(jìn)電機(jī)的定件，就可無(wú)限延長(zhǎng)動(dòng)件的行程長(zhǎng)度。

（6）運(yùn)行時(shí)噪聲低

由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，而其導(dǎo)軌副又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無(wú)機(jī)械接觸），使運(yùn)動(dòng)噪聲大大下降。

（7）效率高

由于無(wú)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，也就取消了其機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗。

直線步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域：

直線步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于包括制造、精密校準(zhǔn)、精密流體測(cè)量、精確位置移動(dòng)等諸多高精度要求領(lǐng)域。