直线电机第二部分：好、坏、丑

讨论了在第I部分，线性电动机可以被认为是展开和平整的旋转伺服电机，以产生基本的线性运动。传统线性执行器是一种机械元件，将旋转伺服电机的转动运动转换成直线行程。两者都提供线性运动，但具有非常不同的性能特征和权衡。没有优越或劣等的技术 - 选择使用的选择取决于应用。让我们仔细看看。

直线电机的经验法则是，它们在需要高加速度、高速度或高精度的应用中大放异彩。例如，在半导体计量领域，分辨率和吞吐量至关重要，即使一小时的停机时间也可能花费数万美元，直线电机提供了理想的解决方案。但要求不那么苛刻的情况又如何呢？

线性电机的早期问题是成本竞争力。线性电动机需要稀土磁铁，其将限制因子之一提出到行程长度。实际上，磁铁可以实际上无休止地排列，而是实际上，除了确保在长行程长度上确保足够的刚性的挑战，成本支撑起来，特别是对于U沟道设计。

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，施力器必须通电，这意味着电力电缆需要在整个行程长度内随施力器移动。高挠性电缆和配套电缆管道价格昂贵，而布线是运动控制中最大的一个故障点，这一事实进一步使问题复杂化。

当然，线性电机的本质可以为该问题产生巧妙的解决方案。“在我们有这些问题的情况下，我们将把核心转向固定基地并移动磁铁轨道，”宾夕法尼亚州匹兹堡的Joseph Profeta说。“那样，所有的电缆都会到静止的伯克。在给定电机中，您可以获得更少的加速，因为您无法加速线圈，您可以加速磁轨道，这重较重。“显然，必须在这种设计中考虑磁铁轨道的惯性。“如果你这样做的高g，那就是不好的，”他承认。“如果你真的没有高g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，不可能精确匹配换向，因此这种方法的效率损失仅为百分之几，但对于给定的应用程序，它仍然可能产生最佳的全面解决方案。

头的头
从力的角度来看，直线电机如何组合成旋转电机/直线驱动器？”有一个重要的力量权衡，”本·弗尼什说派克汉尼汾公司（俄亥俄州克利夫兰），他将4英寸宽的八极无槽直线电机与4英寸宽的螺杆驱动产品进行了比较我们的八极直线电机具有40磅（180 N）的峰值力和11磅（50 N）的连续力。在NEMA 23伺服电机和我们的螺杆驱动产品的相同外形中，最大轴向负载为200 lbs，因此，如果你这样看，你会发现连续力基本上减少了20倍。”

他很快注意到，实际结果将因螺杆螺距、螺杆直径、电机线圈和电机设计而有所不同，并且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磅峰值轴向力相比，该公司13英寸宽的铁芯直线电机可以产生1600磅峰值轴向力，但所放弃的空间量相当大。

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。

保持清洁
污染是制造环境中运动控制的主要问题，直线电机也不例外。”标准直线电机设计的一个大问题是接触到污染，如固体颗粒或水分Tolomatic Inc.。（哈梅尔，明尼苏达州）。“这对于”平板“设计和[U-Channel]设计的问题是如此。”

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——直线电机会对环境造成问题。与旋转设计不同，线性单元中的大型磁铁会对磁敏感环境造成严重破坏，例如在磁共振成像（MRI）机器中。甚至在金属切削等更为平淡无奇的应用中，它也可能成为一个问题。”你会得到这些强力磁铁，它们试图将这些金属芯片中的每一个都拉到磁铁轨道上，因此，如果没有适当的保护，直线电机在这些类型的应用中不会表现良好，”弗尼奇说。

关于那些应用程序…
那么Linear Motors的应用甜点在哪里？在半导体，LED和LCD制造等领域的开始，计量学，Metrology。Profeta表示，大型迹象的数字印刷也是一种日益增长的市场，甚至小零件制造，甚至是小零件制造，他的客户在龙门配置中安排成对的龙门电机进行装配任务。“您希望获得尽可能多的产品吞吐量，因此您可以从这些电机中获得的高加速和速度是有利的。我们最近一件事是燃料电池制造;模板切割是另一个。“

这回答了在哪里的问题，但是关于多少的问题？线性电机技术已经在几十年中开发，所以它在市场验收方面是在哪里？“30年来，他们已经到了年龄，”德伦南说。“由于成本，我们不会碰到它们，但在某些应用中，他们造成了很多意义。”

“我把它归咎于消费者的生命周期，”提供。“你拥有创新者，早期采用者，早期的大多数，晚期和落后者。我们现在正在舞台上，使用线性电机变得越来越普遍。我们正在转变为那个早期的阶段。“

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。”

“取决于你的设置，你几乎可以得到一个比皮带传动成本更低的直线电机解决方案，”弗尼什说你有一个直接驱动的直线电机的优势，快速的响应时间，并没有像皮带一样的弹簧率，为一个非常相似的价格点。缺点是皮带和皮带轮/齿轮箱的机械优势无法为您提供额外的力。”

upsides和缺点 - 这真的很总和。仔细考虑您的申请，了解您的要求，确定您的灵活性何处。一旦您知道如何考虑您的权衡，您就可以在一个职位上做出明智的决定线性电机或某种线性执行器是否最能满足您的需求。