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同 之 处 在 于，直 线 丝 杠 有 一 个 类 似 于 螺 钉 的 螺 杆，而 滚 珠 丝 杠 则 使 用 滚 珠 轴 承 沿 着 螺 纹 滚 道 滚 动 。这 两 项 技 术 各有千秋。例如，滚珠丝杠的摩擦力更 小，因此需要更小的转矩即可驱动，而 直 线 丝 杠 则 采 用 自 锁 机 制，是 垂 直 应 用的更佳选择。 图1：加一根滚珠丝杠就可轻松将转动力矩转变为线性运动。电机转动螺杆，从而移动螺母及其承载的 负载。（图源：dizfoto1973/stock.adobe.com） 线 性 执 行 器 设 计 通 常 包 含 齿 轮，这 使 其 适 合 需 要 很 大 力 的 负 载 。需 要 更 大 力的缺点就是线性执行器往往比其他 提 供 线 性 运 动 的 方 法 要 慢 。另 一 个 缺 点是组件更多，需要依赖摩擦来运行， 这意味着可能需要定期维护。 实 现 线 性 运 动 还 有 一 种 替 代 方 法，即 采 用 专 为 特 定 目 的 而 设 计 的 电 机 。直 线 电 机 的 工 作 原 理 与 传 统 电 机 类 似， 包 含 转 子 、定 子 、磁 极 、电 磁 铁 和 永 磁 体 。与 传 统 电 机 一 样，直 线 电 机 也 可 以 采 用 不 同 类 型 的 转 子 结 构，从 而 提 供 适 合 目 标 应 用 的 特 质 。直 线 电 机 设 计 最 常 用 的 电 机 类 型 基 于 无 刷 直 流 (BLDC)、同步和感应电机。直线电机中 的 定 子 为 拉 开 的" 展 平 "状 态，而 不 是 其他电机中常见的连续回路（图2）。直 线 电 机 工 作 时，控 制 器 依 次 为 定 子 的 磁 极 通 电，使 永 磁 体 转 子 沿 着 定 子 的 长 度 前 后 移 动 。转 子 通 常 被 做 成 一 个 与负载相连接的滑架。为提高灵活性， 可 针 对 不 同 目 的（如 提 供 推 力 或 提 供 准确定位）定制不同的直线电机规格。 直线电机最常用于需要高速度和高精 度 的 直 接 驱 动 应 用 。它 们 的 运 动 部 件 更少，这意味着它们非常可靠。不过它 们所能产生的力的大小受到定子磁场 强 度 的 限 制，因 此 对 于 需 要 很 大 力 的 应 用 场 景，它 们 就 不 像 线 性 执 行 器 那 样好用。 图2：直线电机基本上是展平了的传统电机。（图 源：Wikipedia/Schnibbi678, Linearmotorprinzip, CC BY-SA 3.0） 第二种最近越来越受欢迎的直线电机 设计是管状直线电机。在这种设计中， 盘 状 永 磁 体 嵌 在 一 根 长 管 中，定 子 电 磁 绕 组 沿 管 内 布 置 。这 种 设 计 既 可 提 供高速度，也能提供较大的力。由于永 磁体和定子线圈产生的力垂直于磁场 和 电 流，所 以 管 状 直 线 电 机 的 效 率 很 高。 与 使 用 液 压 和 气 动 方 法 提 供 线 性 运 动 相 比，线 性 执 行 器 和 直 线 电 机 都 更 精 确 、更 高 效 、用 途 更 广 。随 着 线 性 运 动 的 应 用 变 得 越 来 越 复 杂 和 苛 刻，这 些 优 势 愈 发 重 要 。由 于 不 依 赖 于 高 压 气体或液体，它们也往往更安全、更环 保 。不 过 仍 然 有 一 些 场 合 适 合 使 用 气 | 28