在很多OEM應(yīng)用領(lǐng)域，直線電機(jī)曾一度被認(rèn)為是昂貴且少見的，而現(xiàn)在，它們變成了極具價(jià)值且廣泛應(yīng)用的設(shè)備。

除了在半導(dǎo)體和機(jī)床領(lǐng)域能夠提供納米級(jí)別的精度，直線電機(jī)現(xiàn)在能夠滿足從醫(yī)療設(shè)備到封裝、印刷甚至金屬加工等多個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工程師的要求。

由于需求不斷增長，這類電機(jī)的成本也在緩慢下降?！霸谶^去兩年中，價(jià)格以每年10％～15％的速度逐步下降，”Incremotion Associates的顧問Dan Jones說，“能夠從中國獲得相對便宜的稀土磁鐵（直線電機(jī)的關(guān)鍵組件）是使這種電機(jī)的價(jià)格變得更加易于承受的重要因素。”

直線電機(jī)產(chǎn)品及其應(yīng)用有什么新的特點(diǎn)呢？Design News就這一問題咨詢了主要供應(yīng)商。對于是何種力量帶來了對這類電機(jī)日益增長的興趣，請看他們的評(píng)價(jià)。

Anorad: 消除了瓶頸

作為直線電機(jī)的先驅(qū)者之一，Anorad公司關(guān)注電機(jī)在主流工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的增長，例如，封裝工業(yè)、食品加工工業(yè)以及成形/填充機(jī)械工業(yè)。該公司最近發(fā)布了它的經(jīng)濟(jì)型鐵核心直線電機(jī)的LC系列，它們是專門針對上述領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的。該系列（在寬度上）具有六種尺寸結(jié)構(gòu)，而每一種尺寸結(jié)構(gòu)則可以選擇六種不同的長度，這種新型電機(jī)能夠提供從44lbs到2100lbs的瞬時(shí)力。

最近，Anorad公司所供應(yīng)的LC-50電機(jī)，以200和400的結(jié)構(gòu)長度為一款曾使用氣缸的封裝機(jī)器提供兩個(gè)軸向上的運(yùn)動(dòng)。由于是改進(jìn)設(shè)計(jì)，集成工程師開發(fā)了一種自定制的裝配件以實(shí)現(xiàn)螺栓定位。這種系統(tǒng)采用了一種現(xiàn)成的磁性線性編碼器，用于實(shí)現(xiàn)對霍爾電機(jī)換向的位置反饋。所有的軸向運(yùn)動(dòng)，包括若干旋轉(zhuǎn)伺服運(yùn)動(dòng)，均由Rockwell Automation 公司的ControLogix平臺(tái)控制，該平臺(tái)采用了SERCOS界面和Ultra 3000伺服驅(qū)動(dòng)。

Anorad公司的 LC系列直線電機(jī)致力于主流工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，
如封裝設(shè)備。

應(yīng)用工程師Claude Chirgnan說，集成的設(shè)計(jì)被用戶稱為是一個(gè)“巨大的成功”，而這部分設(shè)計(jì)僅在五天內(nèi)就完成了。而且，由于直線電機(jī)能夠提供更高的加速度、速度以及更高的精度，并同時(shí)減少了由于紙張堵塞和其他問題帶來的停工時(shí)間，設(shè)備的生產(chǎn)率得到了提高。

Aerotech：精密加工的簡明方案

據(jù)Aerotech公司介紹，最近幾年，直線電機(jī)在定位領(lǐng)域的應(yīng)用有著顯著的增長，這是由于，對比于傳統(tǒng)的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，它能提供更快的速度，更高的精度，以及更好的重復(fù)性。

該公司的BLMC系統(tǒng)提供一種無刷無鐵芯直線電機(jī)，它以一種小體積封裝提供更大的力常數(shù)。無鐵芯設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，驅(qū)動(dòng)線圈（forcer coil）并不包含鋼片（鋼片在驅(qū)動(dòng)部分（forcer）穿越磁道時(shí)會(huì)產(chǎn)生頓振現(xiàn)象）。此外，無刷的特點(diǎn)也消除了與機(jī)械換向器相伴隨的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)現(xiàn)象。這兩個(gè)特點(diǎn)使BLMC適用于需要平穩(wěn)速度和高精度定位控制的應(yīng)用場合，Aerotech的工程師們說。

體現(xiàn)BLMC電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的一項(xiàng)應(yīng)用是平板顯示器的制造過程。這種工藝以一種鼓式寫印技術(shù)為特點(diǎn)，它通過一臺(tái)像高科技機(jī)床一樣的機(jī)械系統(tǒng)，直接印制圖案于柱面上。印鼓水平定位于一個(gè)專用旋轉(zhuǎn)軸上，該軸與一個(gè)對應(yīng)的線性軸毗連。通過以恒速（對印鼓的相對速度低于100微米/秒）移動(dòng)一個(gè)激光源，這種寫印方法能夠產(chǎn)生具有微米級(jí)別特征的表面。由于工件的尺寸和表面圖形的量都相對較大，加工一個(gè)工件的總時(shí)間要超過48hrs。Aerotech的工程師們介紹，直線電機(jī)對于在如此長的時(shí)間和如此低的速度下保持很高的動(dòng)態(tài)精度是十分必要的。

Parker-Trilogy:低成本鐵芯方案

在2004年12月收購了位于Texas的Trilogy Systems 公司后，工業(yè)巨人Parker-Hannifin公司在直線電機(jī)市場贏得一席之地。Parker-Trilogy公司的鐵芯電機(jī)采用了已經(jīng)申請專利的防頓振技術(shù)。

過去，鐵芯電機(jī)中有斜槽磁鐵或換向器，以削弱頓振現(xiàn)象。然而，那種方法也降低了電機(jī)的效率。通過引入分立的機(jī)械特性于電機(jī)中，以產(chǎn)生相等而反相的頓振推力，該公司的新技術(shù)采用相消干擾的方法來消除由于換向器部件產(chǎn)生的頓振現(xiàn)象。這一創(chuàng)新使鐵芯電機(jī)能夠適用于以往要求使用更加昂貴的無鐵設(shè)計(jì)方案的場合，產(chǎn)品經(jīng)理Jack Marsh解釋說。

Parker-Trilogy的R7-2A鐵芯直線電機(jī)是已經(jīng)申請專利的防頓振技術(shù)系列的一部分

在最近的應(yīng)用方案中，一家大型半導(dǎo)體設(shè)備制造商需要一個(gè)線性平臺(tái)來定位一個(gè)重量超過600lbs的機(jī)器人。這一方案要求能夠在1秒中將機(jī)器人移動(dòng)2m并安放下來。Parker Automation 公司提供了一款由R16鐵芯電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定位器，它采用LME5磁性編碼器。工程師們也選擇一款Compax3 drive/indexer來定位機(jī)器人，并通過I/O與系統(tǒng)控制器通訊。結(jié)果：一種節(jié)約成本且具有低維護(hù)要求的方案被應(yīng)用于臨時(shí)設(shè)備中。

Parker公司提供評(píng)估計(jì)算軟件，它基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)估溫度為直線電機(jī)帶來的變化，并阻止由于過大的電機(jī)負(fù)載帶來的失效。

Baldor:連續(xù)負(fù)荷設(shè)備

Baldor公司正在宣傳一種新型直線電機(jī)設(shè)計(jì)，據(jù)說，這種電機(jī)結(jié)合了傳統(tǒng)無刷線性伺服電機(jī)的性能優(yōu)點(diǎn)和開環(huán)線性步進(jìn)電機(jī)的成本優(yōu)勢。這種新電機(jī)被稱作“HyCore”，它能夠提供閉環(huán)控制的許多優(yōu)點(diǎn)，包括零間隙、高效率、無限行程、高速度和高加速度。HyCore的forcer組件包括一款閉環(huán)控制的三相伺服電機(jī)繞組，其反饋信號(hào)來源于外部編碼器。固定滾筒中沒有磁鐵，所以它可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同來調(diào)節(jié)長度。

應(yīng)用工程師John Mazurkiewicz 說，在一些需要長行程或承受高強(qiáng)度連續(xù)負(fù)荷的場合，Hycore具有很好的成本效益——它常用于替代滾珠絲杠機(jī)構(gòu)和帶輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一個(gè)這樣的例子是在物料輸送領(lǐng)域中，線性交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝有產(chǎn)品的貨車沿著軌道行駛。交流感應(yīng)盤定位于貨車的底部，而主線圈組沿著導(dǎo)軌安裝。當(dāng)在線圈繞組上加上交流電壓時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)行波磁場。它在反作用盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一電流又引起了交流感應(yīng)盤自己的磁場。這兩個(gè)磁場的相互作用這兩個(gè)磁場的相互作用產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)貨車直線運(yùn)動(dòng)。

來自Baldor公司的HyCore直線電機(jī)具有閉環(huán)控制的零間隙、
高效率、無限行程、高速度和高加速度優(yōu)點(diǎn)。

Baldor公司的工程師們相信，很多現(xiàn)在使用流體動(dòng)力的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)轉(zhuǎn)而采用直線電機(jī)，這樣可以節(jié)約能源。但是，直線電機(jī)的性能應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展以超越它現(xiàn)在在連續(xù)性和峰值力方面所能達(dá)到的極限值。

Danaher Motion：速度和精度

Danaher Motion公司的Platinum DDL（direct drive linear直接線性驅(qū)動(dòng)）生產(chǎn)線生產(chǎn)無鐵芯和鐵芯的直線電機(jī)。其系統(tǒng)工程師Lee Stephens說。在對速度有很高要求的領(lǐng)域，沒有幾種能與直線電機(jī)匹敵的對手。一個(gè)例子是，某種加工要求以6m/s的速度在250 msec內(nèi)完成對熔融金屬的截?cái)唷＿^去，采用一對液壓缸和對置刀片以及與往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸相連的凸輪系統(tǒng)來解決這一問題。

在用直線電機(jī)設(shè)計(jì)取代上述機(jī)構(gòu)后，用戶不必再安裝和維護(hù)液壓缸和凸輪了。而直線電機(jī)也使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性（適應(yīng)性）。由于在加工過程中，熔融金屬的流動(dòng)并不是恒速的，操作員需要調(diào)整流速以確保在截?cái)嗲坝凶銐虻慕饘倭魅肟字小．?dāng)采用往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)流速改變或被調(diào)整時(shí)，會(huì)產(chǎn)生廢料。而當(dāng)采用直線電機(jī)時(shí)，可以推遲截?cái)鄤?dòng)作直到有足夠的金屬流入孔中，這樣在不需流動(dòng)控制的條件下實(shí)現(xiàn)了長度的一致性。

Danaher Motion公司的Platinum DDL（direct drive linear直接線性驅(qū)動(dòng)）
生產(chǎn)線生產(chǎn)無鐵芯和鐵芯直線電機(jī)。

Stephens也列舉了一個(gè)精度測量應(yīng)用的例子，它要求沿著10ft軸的兩個(gè)軸承之間保持很高的平行度。采用一款無鐵芯直線電機(jī)，這種系統(tǒng)能使軸承以所能達(dá)到的最高精度被放置，Stephens解釋說。由于直線電機(jī)方法的可重復(fù)性，它也允許根據(jù)速度和磨損情況進(jìn)行匹配，而這在采用滾珠絲杠時(shí)是做不到的。

這些來自Danaher和其他主要供應(yīng)商的例子證明了直線電機(jī)在運(yùn)動(dòng)控制方面的潛力。隨著OEM工程師越來越熟練的將這類電機(jī)應(yīng)用于他們的設(shè)計(jì)中，隨著價(jià)格的進(jìn)一步降低，這樣的應(yīng)用將會(huì)倍增。

原載DESIGN NEWS China（設(shè)計(jì)創(chuàng)新）雜志 http://www.designnews.com.cn