线性马达第二部分:好的，坏的和丑陋的

讨论了在第一部分，一个直线电机可以被认为是一个旋转伺服电机展开和平铺，产生基本的直线运动。一个传统的线性致动器是一种将旋转伺服电机的转向运动转换为直线运动的机械元件。两者都提供线性运动，但具有非常不同的性能特征和权衡。技术没有优劣之分——使用哪种技术取决于应用程序。让我们仔细看看。

线性电机的经验法则是，它们在需要高加速度、高速度或高精度的应用中表现出色。例如，在半导体计量中，分辨率和吞吐量是至关重要的，即使一个小时的停机时间也要花费数万美元，线性电机提供了理想的解决方案。但如果是要求不那么高的情况呢?

线性电机的早期问题是成本竞争力。直线电机需要稀土磁铁，这是行程长度的限制因素之一。当然，在理论上，磁铁可以无限地排列，但在现实中，除了在长冲程中确保足够的刚性之外，成本还会增加，尤其是u形通道设计。

铁芯电机可以产生相同的力使用更小的磁铁比等效无铁设计，因此，如果肌肉是主要要求，性能规格足够宽松，以容忍一些齿槽力干扰导致的动态位置或速度误差，铁芯可能是最好的方法。如果性能要求更宽松，在微米而不是纳米的量级上，也许线性驱动器组合提供了最合适的折衷——选择线性驱动器用于药物包装，但选择线性电机用于药物发现的DNA测序。

旅行的长度
尽管存在许多例外，线性电机的最佳行程长度范围从几毫米到几米。如果低于这一标准，弯曲等替代方案可能更有效;以上，皮带传动和齿条齿轮设计可能是更好的选择。

直线电机的行程长度不仅受到成本和安装稳定性的限制，还受到电缆管理问题的限制。为了产生运动，力必须被激发，这意味着电源线需要在整个行程中随力移动。高柔性电缆及其配套的滚道非常昂贵，而电缆是整个运动控制中最大的故障点，这进一步使问题复杂化。

当然，线性电机的本质可以为这个问题提供一个聪明的解决方案。宾夕法尼亚州匹兹堡航空技术公司的约瑟夫·普罗菲塔说:“在我们有这些担忧的地方，我们将把力安装到固定基座上，移动磁体轨道。”“这样，所有的电缆都连接到固定力。你从给定的电机中得到的加速度要小一些，因为你不是在加速线圈，而是在加速更重的磁铁轨道。”显然，在这样的设计中必须考虑磁体轨道的惯量。他承认:“如果你这么做是为了高G，那就不好了。”“如果你真的没有高g值的应用程序，这可能是一个非常好的设计。”

Profeta引用了Aerotech线性伺服电机的峰值力范围从28到900磅，但在这里，线性电机的基本设计本身提供了独特的解决方案，提供了更多。Profeta说:“我的一些客户将我们最大的直线电机放在一起，产生近6000磅的力。”“你可以把多个力放在多个轨道上，机械地将它们固定在一起，然后将它们换向，这样它们就像一个发动机;或者你可以把多个力放在同一个磁铁轨道上，并把它们安装到承载负载的车厢上，把它们当作一个电机。”

由于我们生活在现实世界中，不可能完全匹配交换，因此这种方法会带来几个百分点的效率损失，但它仍然可以为给定的应用程序生成最佳的全面解决方案。

头的头
从力的角度来看，直线电机如何堆叠到旋转电机/直线驱动器组合?“这是一个重要的力量权衡，”Ben Furnish说派克汉尼汾公司他比较了4英寸宽的八极无槽直线电机和4英寸宽的螺杆驱动产品。“我们eight-pole直线电机的峰值力40磅(180 N)和连续11磅(50 N)。在这个概要文件NEMA 23伺服电机和控制研究产品,最大轴向载荷是200磅,那么如果你看,你看基本上连续减少20倍的力量。”

他很快注意到，实际结果将取决于螺杆螺距、螺杆直径、电机线圈和电机设计，并受到支撑螺杆的轴向轴承的限制。例如，与6英寸宽的螺杆驱动产品提供的440磅相比，该公司的13英寸宽铁芯直线电机可以产生1600磅的峰值轴向力，但放弃的空间是相当大的。

套用一句政治口号，就是应用，笨蛋。如果力密度是首要考虑的因素，那么驱动器可能是最好的选择。如果应用程序需要响应性，例如在高精度、高加速的应用程序(如LCD检测)中，为了获得必要的性能，需要权衡力占用空间的大小。

保持它的清洁
污染是制造环境中运动控制的一个主要问题，直线电机也不例外。“标准直线电机设计的一个大问题是暴露在污染中，比如固体颗粒或湿气，Tolomatic公司．(哈默,明尼苏达州)。“这对于‘平板’设计是正确的，而对于‘u型’设计则不是问题。”

Furnish表示赞同:“我们很难完全确定解决方案。“你不会想待在高湿度的环境中。如果你打算将直线电机应用于水射流切割，你必须给它施加正压力，并确保它得到很好的保护，因为直线电机的电子元件与驱动装置是一致的。”

在U型通道设计的情况下，将U型通道倒置可以最大限度地减少颗粒进入通道的机会，但这会造成热管理问题，可能会影响性能，因为移动磁铁轨道的质量而不是移动强制器的质量。同样，这是一种权衡，应用程序驱动使用。

不仅仅是环境会影响直线电机，直线电机也会对环境产生影响。与旋转设计不同，线性单元的大磁铁可以对磁敏感的环境造成破坏，例如在磁共振成像(MRI)机器中。它甚至可能是一个问题，在一个更平凡的应用，如金属切割。弗尼什说:“这些强力磁铁试图将每个金属芯片拉到磁铁轨道上，所以如果没有适当的保护，直线电机在这些类型的应用中不会有很好的表现。”

关于这些应用程序…
那么线性电机的最佳应用点在哪里呢?首先是半导体、LED和LCD制造等领域的计量。大型标识的数字印刷也是一个不断增长的市场，就像生物医学领域一样，甚至是小部件制造领域，Profeta说，他们的客户在龙门架配置中安排成对的直线电机来完成组装任务。“你想要获得尽可能多的产品吞吐量，所以从这些电机获得的高加速度和速度是有利的。我们最近在做的一件事是燃料电池制造;模板切割是另一个问题。”

这回答了哪里的问题，但多少的问题呢?直线电机技术已经开发了几十年，所以它在市场接受程度方面是什么?“30年来，他们一直在成长，”德里南说。“由于成本问题，我们不会经常遇到它们，但在某些应用中，它们很有意义。”

弗尼什说:“我把这归功于消费者的生命周期。“有创新者、早期采用者、早期多数派、晚期多数派和落后者。我们现在所处的阶段是使用直线电机变得越来越普遍。我们正在进入早期的多数阶段。”

Profeta说:“随着我们优化制造工艺和增加产量，直线电机的价格正在下降，所以我们看到它们在越来越多的应用中。”“(Aerotech)还生产滚珠丝杠台阶。我想说，在这一点上，我们销售的直线电机阶段，如果不是更多，比滚珠丝杠阶段。我们让它们进入越来越多的应用程序。十年前，大多数的应用都是实验室式的，在干净的环境中。我们现在把它们投入到更工业化的操作中。我关注的一个领域是汽车领域，我们一直在将直线电机应用到更多的汽车应用中。”

弗尼什说:“根据你的设置，你几乎可以以比皮带驱动更少的成本得到一个线性电机解决方案。”“你有直接驱动的直线电机的优势，快速的响应时间，而且没有弹簧速率像皮带有非常相似的价格点。缺点是你没有皮带和滑轮/变速箱的机械优势来给你额外的力量。”

好处和坏处——这真的概括了一切。仔细考虑您的应用程序，理解您的需求，确定您的灵活性所在。一旦你知道如何考虑你的权衡，你将在一个位置上做出明智的决定，是否一个线性电机或某种类型的线性执行器将最适合你的需要。