直線步進(jìn)電機(jī)可以直接做直線運(yùn)動或直線往復(fù)運(yùn)動，如果以旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為動力源，轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，需要借助齒輪、凸輪結(jié)構(gòu)及皮帶或鋼絲等機(jī)構(gòu)。本文主要詳解直線步進(jìn)電機(jī)的工作原理，首先介紹了直線步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其次介紹了直線步進(jìn)電機(jī)的基本原理及工作原理，最后闡述了它的優(yōu)勢及應(yīng)用。

直線步進(jìn)電機(jī)簡介

直線步進(jìn)電機(jī)，或稱線性步進(jìn)電機(jī)，是由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過由定子產(chǎn)生的脈沖點(diǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，直線步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動。

外部驅(qū)動直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)

下圖所示為外部驅(qū)動直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu):

直線步進(jìn)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)比較，能直接直線運(yùn)動，可以使機(jī)器小型化，使設(shè)計(jì)更簡潔。

外部驅(qū)動直線電機(jī)的基本原理

外部驅(qū)動直線步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動一個角度并前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。

電機(jī)以螺桿作為出軸，在電機(jī)外部通過一個外部驅(qū)動螺母和螺桿相嚙合，采取某種方式防止螺桿螺母相對轉(zhuǎn)到，從而實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動。這樣做的結(jié)果是大大簡化了設(shè)計(jì)，使得在許多應(yīng)用領(lǐng)域中能夠在不安裝外部機(jī)械聯(lián)動裝置的情況下直接使用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精密的線性運(yùn)動。

外部驅(qū)動直線電機(jī)的優(yōu)勢

精密的直線絲桿步進(jìn)電機(jī)，可以在某些場合替代氣缸，實(shí)現(xiàn)定位精確，速度可控，精度高等優(yōu)點(diǎn)。直線絲桿步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于包括制造、精密校準(zhǔn)、精密流體測量、精確位置移動等諸多高精度要求領(lǐng)域。

▲高精度，重復(fù)定位精度可達(dá)±0.01mm

直線絲桿步進(jìn)電機(jī)因傳動機(jī)構(gòu)簡單減少了插補(bǔ)滯后的問題，定位精度、重復(fù)精度、絕對精度，通都會較“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+絲杠”高，且容易實(shí)現(xiàn)。直線絲桿步進(jìn)電機(jī)普通絲桿的重復(fù)定位精度可達(dá)±0.05mm,搭配滾珠絲桿重復(fù)定位精度可達(dá)±0.01mm。

▲ 高速度，最高可達(dá)300m/min

從速度上和加速度的對比上，直線絲桿步進(jìn)電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，直線絲桿步進(jìn)電機(jī)速度可達(dá)300m/min，加速度10g；滾珠絲杠速度為120m/min，加速度為1.5g。而且直線絲桿步進(jìn)電機(jī)在成功解決發(fā)熱問題后速度還會進(jìn)一步提高，而“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī) & 滾珠絲杠”在速度上卻受到限制很難再提高較多。

▲ 高壽命，維護(hù)簡單

直線絲桿步進(jìn)電機(jī)因運(yùn)動部件和固定部件間有安裝間隙，無接觸，不會因動子的高速往復(fù)運(yùn)動而磨損，長時間使用對運(yùn)動定位精度無變化，適合高精度的場合。滾珠絲杠則無法在高速往復(fù)運(yùn)動中保證精度，因高速摩擦，會造成絲杠螺母的磨損，影響運(yùn)動的精度要求，對高精度的需求場合無法滿足。

（來源：上海鳴志電器股份有限公司）