簡而言之，直線伺服電機(jī)的性能與旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)相同，只是直線伺服電機(jī)是以平直的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)內(nèi)的各種反饋裝置可向伺服控制器提供電機(jī)線圈的電流、速度或位置等信息，而伺服控制器則可根據(jù)命令參數(shù)調(diào)整電機(jī)動(dòng)作。直線伺服電機(jī)是一種直接驅(qū)動(dòng)解決方案，其中負(fù)載直接連接到電機(jī)的移動(dòng)部分。

直驅(qū)直線電機(jī)有多種配置（鐵芯、U 形通道、管件），但最終的工作原理都相同，直驅(qū)直線電機(jī)是伺服機(jī)構(gòu)的重要組成部分，如圖1所示。

直驅(qū)直線電機(jī)應(yīng)用存在許多類型，從簡單的X-Y段到復(fù)雜的龍門架系統(tǒng)，例如，由復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)的多軸激光切割機(jī)。

優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制

在實(shí)際應(yīng)用中，可以對(duì)多個(gè)嵌入式電機(jī)環(huán)路進(jìn)行調(diào)

優(yōu)，以提供精確的運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)由電流環(huán)路、速度環(huán)路和位置環(huán)路組成，這些環(huán)路均采用了精密的反饋元件。每

個(gè)環(huán)路向后續(xù)環(huán)路發(fā)送信號(hào)，并監(jiān)測(cè)適當(dāng)?shù)姆答佋?，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)更正，以匹配命令參數(shù)，如圖2所示。

1.電流環(huán)路

電流環(huán)路為基本環(huán)路。電流與直線伺服電機(jī)的推力成正比，從而提供加速度或推力。電流傳感器用于提供流經(jīng)電機(jī)的電流反饋信息。傳感器向控制電子裝置回送一個(gè)信號(hào)，當(dāng)伺服電機(jī)的電流達(dá)到命令電流值時(shí)，環(huán)路將得到滿足，直至電流降至低于命令電流。然后，環(huán)路將增加電流直至達(dá)到命令電流值，并以亞秒級(jí)的更新速率繼續(xù)循環(huán)。2.速度環(huán)路

速度環(huán)路以同樣的方式運(yùn)行，且電壓與速度成正比。當(dāng)速度降至低于命令速度時(shí)，速度環(huán)路向電流環(huán)路發(fā)送增加電流的命令（從而增加電壓）。

3.位置環(huán)路

位置環(huán)路接受PLC或運(yùn)動(dòng)控制器的命令，然后PLC或運(yùn)動(dòng)控制器提供一個(gè)反饋至速度環(huán)路的速度命令，而速度環(huán)路又發(fā)出所需電流的命令，使電機(jī)以加速、保持原速或減速的方式移動(dòng)到命令位置。

以上這三個(gè)環(huán)路以經(jīng)過優(yōu)化的同步方式運(yùn)行，以平穩(wěn)精確地控制直驅(qū)直線電機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制。

如何選擇直驅(qū)直線電機(jī)

為特定應(yīng)用選擇直驅(qū)直線電機(jī)時(shí)需要考慮多個(gè)方面，

如所需的速度、力、運(yùn)動(dòng)軌跡、可用物理外殼和環(huán)境因素。這意味著所選擇的電機(jī)解決方案必須滿足負(fù)載力和速

度的要求，適應(yīng)可用空間，并在應(yīng)用所處的環(huán)境條件下性能符合要求。

直線電機(jī)是讓負(fù)載進(jìn)行運(yùn)動(dòng)（移動(dòng)、加工、提升、檢查等）的綜合機(jī)制的一部分。

直線電機(jī)是提供所需力和速度（所需負(fù)載點(diǎn)）來執(zhí)行給定功能的直線執(zhí)行器的力量所在。確定這些需求最快、最可靠的方式是采用電機(jī)選型工具，計(jì)算電機(jī)所需的負(fù)載點(diǎn)，分析有關(guān)負(fù)載、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軌跡的信息，以便從匹配參數(shù)的數(shù)據(jù)庫中選擇電機(jī)。

確定初始負(fù)載時(shí)，應(yīng)利用選型工具檢查最優(yōu)解決方案，并根據(jù)所需的力、速度、慣量比以及從電機(jī)額定值獲取的裕量，縮小電機(jī)選擇范圍。

影響直線電機(jī)選型的因素

1.物理尺寸

直線電機(jī)的物理尺寸主要取決于其產(chǎn)生連續(xù)力的能力。所有的直線電機(jī)設(shè)計(jì)都可以選擇在磁鐵軌道固定情況下移動(dòng)驅(qū)力器或在驅(qū)力器固定情況下移動(dòng)磁鐵軌道。直線電機(jī)可采用有鐵芯和無鐵芯（U形通道）設(shè)計(jì)。

2.推力

有鐵芯設(shè)計(jì)的高磁通產(chǎn)生能力由推力中的鐵芯實(shí)現(xiàn)， 非常適合實(shí)現(xiàn)更大的推力。有鐵芯電機(jī)在平面磁路上運(yùn)行，且容易產(chǎn)生齒槽導(dǎo)致的力波動(dòng)。無鐵芯設(shè)計(jì)的質(zhì)量構(gòu)造更低，適用于快速加速。無鐵芯電機(jī)采用U形通道，磁鐵位于兩側(cè)，并且無齒槽。

3.集成方式

直驅(qū)直線電機(jī)有兩種基本配置——在設(shè)計(jì)時(shí)將電機(jī)線圈和磁路設(shè)置集成在應(yīng)用機(jī)制中或預(yù)先構(gòu)建的直線電機(jī)中。在套件版本中，機(jī)器設(shè)計(jì)人員可以完全控制將直線電機(jī)集成到機(jī)器中的方式。設(shè)計(jì)人員需要考慮安裝電機(jī)所需的機(jī)械學(xué)、反饋裝置的選擇和放置、電纜管理和軸承選擇等因素。在預(yù)先構(gòu)建的直線電機(jī)中，支持直線電機(jī)的所有機(jī)械學(xué)都是預(yù)先設(shè)定的，因此可以將電機(jī)快速集成到機(jī)器中。通常， 預(yù)先構(gòu)建的直線電機(jī)的力和行程長度選擇有限，但裝配版本的靈活性明顯更高。

4.應(yīng)用環(huán)境

直線電機(jī)的環(huán)境和溫度因素和所有伺服電機(jī)相同。直線電機(jī)的一個(gè)重要考慮因素就是在磁路上可能會(huì)積聚金屬或其他顆粒物，從而可能對(duì)驅(qū)力器或磁鐵造成潛在損害。在加工應(yīng)用中，波紋管或類似覆蓋物有助于保護(hù)磁鐵和氣隙，防止積聚不必要的碎屑。

除了速度和力的要求，還應(yīng)認(rèn)真考慮電機(jī)的空間要求和環(huán)境條件，這有助于選擇合適的直驅(qū)直線電機(jī)。

直驅(qū)直線電機(jī)產(chǎn)品

作為運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的百年企業(yè)，科爾摩根推出了多款

性能卓越以及功能豐富的直驅(qū)直線電機(jī)產(chǎn)品。其中代表性產(chǎn)品如下：

DDL直驅(qū)直線電機(jī)

DDL直驅(qū)直線電機(jī)是一種采用扁平設(shè)計(jì)并與從動(dòng)負(fù)載

直接耦合的電機(jī)。由于消除了對(duì)機(jī)械傳動(dòng)組件的使用，因此具有卓越的性能、剛性、動(dòng)態(tài)速度與加速度、定位準(zhǔn)確性以及運(yùn)行效率，如圖3。

IC有鐵芯直線電機(jī)

IC有鐵芯直線電機(jī)將線圈纏繞在硅鋼板上，通過單面

磁路最大限度提高生成力。電機(jī)采用特殊的電磁設(shè)計(jì)，可提供最大額定推力，確保熱損耗低，并且齒槽力小，是傳動(dòng)大重量物品的理想之選，如圖4。

IL無鐵芯直線電機(jī)

IL無鐵芯直線電機(jī)采用無鐵芯或插槽設(shè)計(jì)，因此電機(jī)

齒槽效應(yīng)為零， 重量輕并且線圈組與磁路之間無任何引力。這些特點(diǎn)非常適合于需要非常小的軸承摩擦力、對(duì)較輕負(fù)載具有高加速度，以及在超低速度條件下依然可確保最高恒速的應(yīng)用，如圖5。