直線步進電機可以直線運動或直線往復運動。旋轉電動機作為動力源，要轉變成直線運動，需要借助齒輪、凸機輪構及皮帶或鋼絲。本文主要詳解直線步進電機的工作原理，首先介紹了直線步進電機的結構，其次介紹了直線步進電機的基本原理及工作原理，最后闡述了它的優勢及應用。

　　直線步進電機簡介

　　直線步進電機，或稱線性步進電機，是由磁性轉子鐵芯通過與由定子產生的脈沖電磁場相互作用而產生轉動，直線步進電機在電機內部把旋轉運動轉化為線性運動。

　　直線步進電機的結構

　　如下圖所示為旋轉步進電機驅動直線運動的機構：軟盤驅動器（FDD）磁頭運動機構。以前3.5英寸FDD的機構多采用圖（a）的螺桿機構，雖然間隙很小，但效率低，因此高速運行困難，但由于價格便宜得以廣泛使用。圖（b）、（c）、（d）的機構為5.25英寸FDD的使用方式，（c）的皮帶式多用在打印機的傳輸筒驅動上。這些直線轉換機構可以使用圖（e）的直線步進電機來代替。

　　直線步進電機與旋轉型比較，能直接直線運動，可以使機器小型化；對負載慣量敏感；如行程長，氣隙會比旋轉型的大，從而會產生效率下降等問題，使用時要特別注意便用用途和使用環境等方面的問題。

　　直線步進電機基本原理

　　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轉動，從而使螺桿軸向移動。一般而言，目前有兩種實現這種轉化的方式，第一種是在電機內置一個帶內螺紋的轉子，以轉子的內螺紋和螺桿相嚙合而實現線性運動，第二種是以螺桿作為電機出軸，在電機外部通過一個外部驅動螺母和螺桿相嚙合從而實現直線運動。這樣做的結果是大大簡化了設計，使得在許多應用領域中能夠在不安裝外部機械聯動裝置的情況下直接使用直線步進電機進行精密的線性運動。

　　直線步進電機工作原理（索耶為例）

　　直線步進電機有三相VR型，此處介紹永久磁鐵轉子的運行原理：索耶（Sawyer）原理。下圖表示利用索耶原理的直線步進電機工作原理。

　　如按①、②、③、④的順序切換電流，利用線圈電流給兩個磁極激磁，產生相反的極性，與永久磁鐵產生的磁通進行疊加，一個磁極的磁通相加，另一個就相減，當繞組產生的磁通與永久磁鐵的相同時，相減磁極的磁通為零，此時永久磁鐵的磁通通過同方向的激磁磁極，通過定子磁軛、動子的兩個磁極，返回到永久磁鐵的另一磁極，①、②、③、④順序切換激磁電流，轉子每次向右移動1/4定子齒距。此為索耶直線步進電機的工作原理。

　　直線步進電機的優勢（對比傳統步進電機）

　?。?）高速響應性

　　一般來講機械傳動件比電氣元器件的動態響應時間要大幾個數量級。由于系統中取消了一些響應時間常數較大的如絲杠等機械傳動件，使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，使反應異常靈敏快捷。

　?。?）高精度性

　　由于取消了絲杠等機械傳動機構，因而減少了插補時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，可大大提高機床的定位精度。

　?。?）傳動剛度高、推力平穩

　　“直接驅動”提高了其傳動剛度。同時直線電機的布局，可根據機床導軌的形面結構及其工作臺運動時的受力情況來布置。通常設計成均布對稱，使其運動推力平穩。

　　（4）速度快、加減速過程短

　　直線電機最早主要用于磁浮列車（時速可達500km/h），現在用于機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進給速度（要求達60～100m/min或更高）當然是沒問題的。也由于“零傳動”的高速響應性，使其加減速過程大大縮短，從而實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。加速度一般可達到2～10g（g=9.8m/s2）。

　　（5）行程長度不受限制

　　在導軌上通過串聯直線步進電機的定件，就可無限延長動件的行程長度。

　?。?）運行時噪聲低

　　由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，而其導軌副又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），使運動噪聲大大下降。

　?。?）效率高

　　由于無中間傳動環節，也就取消了其機械摩擦時的能量損耗。

　　直線步進電機應用領域

　　直線步進電機被廣泛應用于包括制造、精密校準、精密流體測量、精確位置移動等諸多高精度要求領域。

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