在本概述中老翘，我們將討論市場上不同類型的線性電機(jī)芹啥。該分析的重點(diǎn)將放在“微型”電機(jī)上，即手掌大小的線性電機(jī)铺峭。通常墓怀，這類電機(jī)用于機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備卫键、消費(fèi)電子產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目傀履。它們被制造得盡可能緊湊，價(jià)格實(shí)惠莉炉，并且可以達(dá)到足夠高的行進(jìn)速度钓账，以便在許多應(yīng)用中使用碴犬。
微型制動(dòng)器（促動(dòng)器）概述
在本概述中啦粹，我們將討論市場上不同類型的線性電機(jī)蚯涮。該分析的重點(diǎn)將放在“微型”電機(jī)上，即手掌大小的線性電機(jī)卖陵。通常遭顶，這類電機(jī)用于機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備泪蔫、消費(fèi)電子產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目棒旗。它們被制造得盡可能緊湊，價(jià)格實(shí)惠撩荣，并且可以達(dá)到足夠高的行進(jìn)速度铣揉，以便在許多應(yīng)用中使用。
需要區(qū)分致動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)致動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)餐曹。例如逛拱，滾珠絲杠執(zhí)行器可以包含有刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)甚至步進(jìn)電機(jī)台猴。出于這個(gè)原因朽合，首先快速概述能在執(zhí)行器中找到的不同電機(jī)。這是一個(gè)簡化的電機(jī)概述饱狂，因?yàn)槊總€(gè)原理都有許多子類型曹步。本概述的重點(diǎn)是執(zhí)行器，而不是電機(jī)類型休讳，但它會(huì)讓您大致了解主要類別讲婚。
電機(jī)類型
簡單的電機(jī)設(shè)計(jì)是帶有永磁體的有刷直流電機(jī)】∪幔可以在廉價(jià)產(chǎn)品筹麸、玩具車等中找到它。直流電壓足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)雏婶，電機(jī)的定子中包含一個(gè)永磁體物赶。電刷觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)子連接。它是古老的電機(jī)設(shè)計(jì)之一尚骄，至今仍在使用块差。它超級(jí)便宜侵续，但很快就會(huì)磨損倔丈。
電機(jī)原理是無刷直流電機(jī)憨闰。這個(gè)名字非常令人困惑，因?yàn)闊o刷直流電機(jī)需要由三個(gè)正弦波驅(qū)動(dòng)需五，因此使用交流信號(hào)鹉动。有些型號(hào)在定子中有永磁體，而另一些則使用電磁體宏邮，但它們都需要轉(zhuǎn)子中的正弦波來產(chǎn)生“旋轉(zhuǎn)磁場”泽示。在許多直流應(yīng)用中，直流/交流轉(zhuǎn)換器用于生成所需的交流信號(hào)蜜氨。這些電機(jī)可以產(chǎn)生比有刷直流電機(jī)更大的扭矩械筛，并且由于沒有接觸刷，因此不易磨損飒炎。
如果需要采取受控的步進(jìn)（不使用位置編碼器）埋哟，步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)有趣的選擇。轉(zhuǎn)子包含永磁體郎汪，定子包含電磁體赤赊。轉(zhuǎn)子有許多極，并與定子的一個(gè)極對齊煞赢。每次激勵(lì)不同的定子磁極時(shí)抛计，電機(jī)都會(huì)旋轉(zhuǎn)一點(diǎn)（= 一步）。步進(jìn)電機(jī)非痴罩可靠且使用壽命長吹截，但它們不能提供高速或非常穩(wěn)定的速度。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一種定位電機(jī)凝危，在伺服電機(jī)尚未開發(fā)的時(shí)代饭弓，它一直是精確定位的唯yi選擇。
伺服電機(jī)并不是真正應(yīng)用了不同的電機(jī)原理媒抠。它可以是任何具有集成位置反饋系統(tǒng)的直流或交流電機(jī)弟断。通過將位置信息反饋給控制器，可以創(chuàng)建閉環(huán)控制系統(tǒng)趴生。這允許以高精度精確定位電機(jī)阀趴。精度取決于位置傳感器和電機(jī)的分辨率。伺服電機(jī)可以旋轉(zhuǎn)到特定位置苍匆，同時(shí)也可以以高重復(fù)性步進(jìn)刘急。
齒條和小齒輪電機(jī)
很少用于精密應(yīng)用，齒輪齒條機(jī)構(gòu)簡單且價(jià)格合理浸踩。齒條由帶有驅(qū)動(dòng)齒條的齒輪驅(qū)動(dòng)來回移動(dòng)叔汁。小齒輪可以由任何類型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。齒條和小齒輪致動(dòng)機(jī)構(gòu)可以保持緊湊（取決于所使用的電機(jī)）。架子可以用金屬甚至塑料制成据块，以進(jìn)一步降低價(jià)格（用于玩具等）码邻。缺點(diǎn)是系統(tǒng)中的間隙和摩擦。由于摩擦另假，齒輪和齒條齒會(huì)快速磨損像屋，從而導(dǎo)致大量齒隙（“游隙”）。
絲杠電機(jī)
可能是簡單但穩(wěn)固的設(shè)計(jì)之一边篮。想象一下螺栓上的螺母〖狠海現(xiàn)在在將螺母保持在固定位置的同時(shí)旋轉(zhuǎn)螺母，螺栓將緩慢向上或向下移動(dòng)戈轿。在低預(yù)算應(yīng)用或需要大出力的應(yīng)用（如鉆床）中可以找到這些電機(jī)凌受。內(nèi)部的電機(jī)可以是有刷或無刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。絲杠電機(jī)價(jià)格便宜思杯，但速度慢且摩擦力大胁艰。由于摩擦，需要更大的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)致動(dòng)機(jī)構(gòu)智蝠。由于高摩擦力腾么，許多絲杠電機(jī)在斷電時(shí)會(huì)自鎖。帶有絲杠的微型電機(jī)體積龐大杈湾，因?yàn)樾枰獜?qiáng)出力的電機(jī)來克服摩擦解虱。大多數(shù)微型電機(jī)采用滾珠絲杠設(shè)計(jì)而不是絲杠。
滾珠絲杠電機(jī)
滾珠絲杠電機(jī)是絲杠電機(jī)的改進(jìn)版本漆撞。軸和螺母之間的接觸是通過環(huán)帶球而不是滑動(dòng)接觸來處理的殴泰。滾珠絲杠電機(jī)可以與不同類型的電機(jī)組合。帶有滾珠絲杠的微型電機(jī)價(jià)格實(shí)惠浮驳，但由于電機(jī)位于軸旁邊悍汛，因此體積可能很大。大多數(shù)型號(hào)無法達(dá)到高于 50 mm/s 的速度至会。螺釘?shù)娜毕輹?huì)導(dǎo)致間隙和反彈离咐。在大多數(shù)微型電機(jī)中，這種背隙約為 0.1 毫米奉件。對于真正需要小尺寸的應(yīng)用宵蛀，滾珠絲杠電機(jī)通常過于笨重。
直線電機(jī)
直線電機(jī)采用的是一種不同于本文檔中討論的電機(jī)的電機(jī)原理县貌。到目前為止术陶，所有電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生某種旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)通過傳動(dòng)部件（如齒條或螺紋軸）轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)煤痕。直線電機(jī)是一種電磁電機(jī)梧宫，默認(rèn)情況下產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)接谨，無需任何傳動(dòng)部件。該設(shè)計(jì)類似于無刷直流電機(jī)塘匣，但（永久）磁鐵不是放在一個(gè)圓圈中脓豪，而是放在兩條直線上。它們形成一個(gè)線性定子馆铁。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分包含繞組跑揉，需要多個(gè)正弦波來驅(qū)動(dòng)锅睛，就像無刷直流電機(jī)一樣埠巨。基于這種設(shè)計(jì)现拒，直線電機(jī)非常適合用作執(zhí)行器辣垒。但是有一個(gè)挑戰(zhàn)：由于使用磁鐵，直線電機(jī)體積龐大且笨重印蔬，而且比滾珠絲杠致動(dòng)機(jī)構(gòu)更昂貴勋桶。它們可以提供很大的力量并實(shí)現(xiàn)高速，但通電時(shí)侥猬，到達(dá)指定位置時(shí)總會(huì)有一些抖動(dòng)（小振動(dòng)）例驹。未通電時(shí)，它們不會(huì)自鎖退唠。
音圈電機(jī)
音圈致動(dòng)機(jī)構(gòu)與直線電機(jī)的設(shè)計(jì)基本相同鹃锈，但使用一個(gè)繞組而不是一系列多個(gè)繞組。外殼是（永久）磁鐵瞧预，內(nèi)部動(dòng)子由于磁場而滑入和滑出外殼屎债。通過改變這些繞組中的電流，可以改變音圈致動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度和力垢油。音圈堅(jiān)固盆驹、便宜且緊湊。不幸的是滩愁，它們有一個(gè)主要缺點(diǎn)：它們不適合長行程躯喇，因?yàn)橹皇褂靡粋€(gè)繞組。大多數(shù)音圈的行程小于 10 毫米硝枉。
電磁電機(jī)
又是一個(gè)非尘寥常基本的線性致動(dòng)機(jī)構(gòu)原理。電磁線圈將金屬芯拉入外殼內(nèi)檀咙。螺線管非常便宜雅倒，但它是一個(gè)全有或全無的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榻饘傩驹陔姶盆F內(nèi)滑動(dòng)越多弧可，拉力就越大蔑匣。所以它會(huì)加速直到到達(dá)終點(diǎn)劣欢。通常，致動(dòng)機(jī)構(gòu)由機(jī)械彈簧向后移動(dòng)裁良。螺線管只能在沒有任何速度控制的情況下完全打開或完全關(guān)閉凿将，這使得它們不適合許多應(yīng)用虑啤。
粘滑壓電電機(jī)（慣性壓電）
如果您不熟悉壓電電機(jī)的原理狮斗，請務(wù)必閱讀我們關(guān)于壓電電機(jī)基礎(chǔ)的其他頁面。第1種是粘滑壓電馬達(dá)班利。它以高頻率來回移動(dòng)需要移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的物體侨把。它在一個(gè)方向上粘住犀变，但在另一個(gè)方向上滑動(dòng)，導(dǎo)致凈位移非常小秋柄，但電機(jī)的使用壽命也很短获枝。如果這種電機(jī)用于類似絲杠的設(shè)計(jì)，您zui終會(huì)得到一個(gè)壓電電機(jī)骇笔，如下圖所示省店。它們非常精確，但移動(dòng)緩慢（< 2 mm/s）笨触。通常懦傍，這些類型的電機(jī)的行程范圍不超過 50 毫米。它們非常昂貴芦劣，主要用于科學(xué)應(yīng)用粗俱。
walking piezo（步進(jìn)壓電）
在我們關(guān)于壓電電機(jī)基本原理的頁面上，您還可以找到步進(jìn)壓電持寄。與上述粘滑原理相反源梭， 步進(jìn)壓電概念包含多個(gè)壓電元件，這些壓電元件一個(gè)接一個(gè)地延伸稍味，允許在沒有摩擦的情況下進(jìn)行后退動(dòng)作废麻。結(jié)果是更長的使用壽命和更高的z大速度（< 30 mm/s）。多個(gè)壓電元件的復(fù)雜芭蕾推高了價(jià)格模庐。與大多數(shù)型號(hào)一樣烛愧，驅(qū)動(dòng)桿需要由陶瓷材料制成，行程長度有限掂碱。步進(jìn)壓電電機(jī)的行程范圍通常限制在 20 毫米怜姿。
超聲波壓電電機(jī)
上述壓電致動(dòng)機(jī)構(gòu)精確但速度慢。對于短行程范圍疼燥，這是可以接受的沧卢，但如果您需要移動(dòng) 300 毫米，您不想等待兩分鐘讓電機(jī)伸出醉者。在這種情況下但狭，超聲波壓電致動(dòng)機(jī)構(gòu)可能是一種解決方案披诗。我們有一個(gè)頁面詳細(xì)描述了超聲波壓電電機(jī)的技術(shù)，還有一個(gè)頁面提供了有關(guān)超聲波壓電電機(jī)本身的更多信息立磁。簡而言之呈队，在這種設(shè)計(jì)中，壓電元件共振振動(dòng)唱歧，這增加了壓電元件的伸展和收縮宪摧。
結(jié)果是 1000 毫米/秒的行進(jìn)速度和無噪音的運(yùn)動(dòng)。粘滑壓電系統(tǒng)的特點(diǎn)是在可聽范圍內(nèi)振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出典型的嗡嗡聲颅崩。超聲波壓電電機(jī)在 100 kHz 范圍內(nèi)振動(dòng)几于，遠(yuǎn)離可聽頻譜。與步進(jìn)壓電相比挨摸，僅使用一個(gè)壓電元件孩革，因此可以實(shí)現(xiàn)非常緊湊的設(shè)計(jì)岁歉。超聲波壓電電機(jī)的使用壽命可達(dá) 300 公里得运，比粘滑系統(tǒng)好 15 倍左右。壓電電機(jī)配有集成控制器單元锅移，因此不需要外部電子設(shè)備熔掺。行進(jìn)范圍幾乎是無限的，因?yàn)樾羞M(jìn)桿可以任意長度切割非剃。當(dāng)需要超過 10 毫米的行程范圍時(shí)置逻，超聲波壓電電機(jī)是可用的z小的高速電機(jī)。
微型電機(jī)對照表
免責(zé)聲明：以下概述側(cè)重于每種電機(jī)的z小型號(hào)备绽。其中一些技術(shù)可以提供很高的力券坞，但它們太大了，不再符合微型電機(jī)的要求肺素。
* 精度水平和可控性很大程度上取決于電機(jī)內(nèi)部使用的電機(jī)類型
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