直接驅動直線交流伺服電動機
李猷黔（天津科爾摩根工業驅動有限公司 300141）
美國科爾摩根公司以生產伺服系統聞名于世，多年前就開發生產了直流直線伺服電動機，隨著交流伺服系統技術的發展，2年前該公司又開發了高精度、免維護、大推力的以交流伺服放大器驅動的無刷直流直線伺服電動機（也稱交流直線伺服電動機）。
直線電動機即按直線運動的電動機，可以這樣想象：將傳統的旋轉方式的電動機切開，展開成平面，接通電源，加以適當控制，使其前后往返穿梭運動，而不是旋轉運動，這便構成了一臺直線電動機。直線電機典型應用是未來的武器軌道炮和高速磁懸浮列車。能精密控制位置和速度，從幾厘米至幾十米的直線電動機在現實中得到應用的就是科爾摩根公司的直接驅動直線伺服電動機(DDL)。
1結構型式
科爾摩根DDL系列直線電動機是無外殼的永磁三相無刷電動機。傳統的旋轉式永磁無刷電動機主要部件是定子（原邊繞組）和轉子（旋轉磁體）。無刷直線電動機中將轉子展開為平面構成磁路，將定子展開為線圈組件，大多數的無刷直線電機是將磁路作為靜止部件（靜子），而將線圈組件作為運動部件（動子）。按照科爾摩根生產的旋轉交流伺服電動機的結型式，DDL系列也可提俠兩種類型的直線電動機，鐵心式和無鐵心式。應用時選擇鐵心式和無鐵心式要根據具體使用要求而定。兩種結構型式的直線伺服電動機見圖1、圖2，其基本電磁運行原理和對應的同類型旋轉式伺服電動機相同。
鐵心式直線電動機將線圈繞制在硅鋼片鐵心上，用單側磁路產生****的推力，采用專利的電磁設計，實現較大的推力／體積，高的電動機常數，無須扭斜磁路實現很低的推力波動，很大的推力使其用于加速和移動大質量極為適宜。
無鐵心式直線電動機沒有鐵心，線圈直接繞制成組件，又稱無槽式直線電機。因此這類電機沒有推力波動，質量很輕，線圈組件與磁路間****沒有吸力，這些特性使其適于需要軸承摩擦很小、輕負載、高的加速度、很寬的速度范圍的場合。
無刷伺服電動機換向。需要反饋元件。DDL系列采用數字式或線性霍爾元件提供電子換向。可以選用科爾摩根的SO或ROL系列伺服放大器，為電動機提供6步換向和方波驅動電流，用于特性可以接受的某些場合。需要運動特別平滑的應用，可以選用科爾摩根的伺服之星伺服放大器，提供正弦波驅動電流以獲得****的恒定推力和速度特性。也可由直線編碼器獲得必要的換向信息，反饋元件還可選用直線感應同步器、激光干涉儀等。
按照直線伺服電動機的要求，選用伺服放大器時應注意兩點：
(1)由位置檢測元件的輸出與電動機反電勢的相位關系正確確定三相繞組相位。
(2)按照直線伺服電動機的運動特點對伺服放大器的某些參數亦應作相應的轉換
（如速度、加速度、電動機反電勢系數等）。
2 DDL系列直線電動機的主要特點
無鐵心式：
峰值推力120～800N
連續推力38～245N
零推力波動
零吸力
低于lμm/s時平滑移動
高加速度低質量線圈組件
鐵心式：
峰值推力300～8 000N
連續推力147～8 000N（還可制造更大推力）
無須扭斜磁路專利的減小推力波動技術
高電動機常數
高推力密度
兩種電動機共有特點：
無接觸，免維護，無刷設計
三相正弦波換向
峰值加速度極易超過10-1m/ s2
高位置精度和分辨率（位暨精度僅受反饋元件分辨率限制，通常可達到亞微米級）
很低的調整時間
低的熱損耗
模塊式磁路設計使行程無限制，標準模塊設計為64mm，128mm，256mm，512mm及1 024mm，可以加裝模塊標準選件：
霍爾元件，數字式，正弦量
熱保護
附加空氣或水冷卻
電纜選件
3使用直線電動機的優點
(1)高的剛度：直線電動機直接與移動負載連接，沒有間隙，電動機能及時移動負載，較之典型的滾珠絲杠有更高的動態剛度。
(2)很寬的速度范圍：因為電動機是無接觸式沒有機械傳遞的限制，很容易實現高速和極低速。DDL系列應用速度可大于5m/s，或低于lμm/s。滾珠絲杠因共振和磨損達不到這樣高的速度（一般為0．5～0. 7m/s），此外直線電動機還具有優良的速度特性，一般速度變化率優于±百分之0. 01。
(3)很高的系統動態性能：典型的較大的電動機加速度3×10-2～5×10-2m/sz，較小的電動機加速度超10-2m/sz。
(4)運行平穩，位置精度很高：獨特的設計使電動機推力和速度波動很小（無鐵心式推力波動為零），適于超平滑運動，位置精度僅受反饋元件分辨率的限制，通常可達亞微米級。
(5)無限制行程：模塊式結構可以迭加滿足不同行裎的要求。
(6)與機械傳動（如滾珠絲杠相比）沒有磨損，無須維護。
(7)集成零部件簡單：無外殼直線電動機較之旋轉電動機機械傳遞只需很少的部件。
4直線電動機的典型應用
機床：鉆床，銑床，磨床，激光切割機，凸輪磨床。
半導體工業：晶片加工，晶片檢驗，晶片切片，連線，離子注入，光刻。
檢測設備：坐標測量機。
電子工業：抓放機器，插件，屏幕打印機，線路板檢測，鉆孔。
紡織行業：地毯成簇。
飛行模擬器，重力測量，彈射器。
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