當大多數工程師聽(tīng)到電機這個(gè)詞時(shí)，他們自然地想到旋轉裝置，例如有刷直流、無(wú)刷直流、步進(jìn)電機或變頻原動(dòng)機。但是電機不一定是旋轉的，很多時(shí)候設計需要直線(xiàn)運動(dòng)。一種解決方案是添加某種齒輪或皮帶裝置來(lái)轉換旋轉運動(dòng)，這種解決方案在許多情況下都很有效。然而，它可能太復雜、成本太高、太重、存在反彈問(wèn)題，或者根本不是一個(gè)好的匹配項。
獲得所需線(xiàn)性運動(dòng)的一種直接方法是“展開(kāi)”傳統旋轉電機的定子，這種方法已成功用于長(cháng)沖程要求。但是對于幾英寸的行程距離，有兩種有效的、本質(zhì)上是線(xiàn)性的替代方案：音圈致動(dòng)器 (VCA)，通常稱(chēng)為音圈電機 (VCM) 和壓電電機。它們基于彼此截然不同的原理運行，因此提供不同的性能屬性。
顧名思義，VCA 是為驅動(dòng)揚聲器的紙盆而開(kāi)發(fā)的，它也提供了相當多的大眾市場(chǎng)設計和制造經(jīng)驗。VCA 的設計和構造非常簡(jiǎn)單，具有永磁體和黑色鋼的現場(chǎng)組件以及線(xiàn)圈組件。流過(guò)線(xiàn)圈組的電流與永磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生垂直于電流方向的力；這個(gè)力的方向可以簡(jiǎn)單地通過(guò)反轉電流來(lái)反轉。
VCA 可以構造成使線(xiàn)圈組件移動(dòng)，或使磁場(chǎng)組件移動(dòng)（圖 1 和圖 2）。對于前者，連接到線(xiàn)圈的電線(xiàn)必須纖細、輕便、柔韌，并且布置得不會(huì )因不斷彎曲而疲勞或斷裂——這是通過(guò)數十億個(gè)揚聲器的生產(chǎn)而得到完善的。典型的 VCA 位移為兩到三英寸，但可以建造單位以達到該距離的兩倍。它們可以提供幾盎司到幾百磅的力，并且可以控制移動(dòng)元件的位置。
圖 1 動(dòng)圈式 VCA 的原理圖和橫截面顯示了它的簡(jiǎn)單性；這種布置用于揚聲器中以控制揚聲器錐體。：Group Six M, LLC
圖 2 動(dòng)磁 VCA 的原理圖和橫截面顯示了它是動(dòng)圈布置的物理補充。：Group Six M, LLC即使您從未直接使用過(guò) VCA，您也無(wú)疑從中受益：它們是定位磁盤(pán)驅動(dòng)器磁頭的標準。鑒于驅動(dòng)器的緊密軌道密度和該應用的定位要求，您可以很好地了解 VCA 提供的精度、控制、速度和運動(dòng)控制配置文件。
但是，為什么將直線(xiàn)電機的想法僅僅局限于電磁原理呢？顧名思義，壓電馬達基于眾所周知的對稱(chēng)原理，即施加電場(chǎng)對晶體尺寸穩定性的影響，反之亦然：當晶體材料受到機械應力（擠壓）時(shí)，它會(huì )產(chǎn)生電壓；并且當對同一晶體施加電壓時(shí)，材料會(huì )膨脹非常小的量。
在壓電電機中，晶體兩端的電壓會(huì )產(chǎn)生電場(chǎng)，材料會(huì )非常輕微地伸長(cháng)，對于典型的施加電壓，大約為 0.001% 到 0.1%。晶體通常很�。總�(gè)維度通常為 10 毫米），由此產(chǎn)生的運動(dòng)可以控制在微米級，但需要牛頓的力。壓電運動(dòng)用于輸液泵、顯微鏡載物臺、光學(xué)定位系統、儀器儀表、噴墨噴嘴、半導體加工機器等，而且它們是非磁性的（在許多情況下是一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)）并且沒(méi)有需要潤滑的軸承（這可能會(huì )造成污染）。
壓電材料可以像蠕蟲(chóng)一樣向前移動(dòng)，方法是將其固定在交替固定和松開(kāi)的小夾具中（圖3），或者可以將一端固定到位，同時(shí)允許另一端來(lái)回移動(dòng)隨著(zhù)電壓的施加和移除，產(chǎn)生微型活塞式運動(dòng)（圖 4）。
圖 3 壓電電機可以像尺蠖一樣以微小的增量向前爬行，在通電和斷電方面有適當的夾緊和松開(kāi)時(shí)機（1：外殼，2：移動(dòng)晶體，3：鎖定晶體，4：旋轉部分） . 資料：維基百科用戶(hù)LaurensvanLieshout
圖 4 壓電馬達成為一個(gè)的、高度可控的活塞，在通電和斷電時(shí)一端固定在適當的位置。資料：維基百科用戶(hù)Inductiveload這兩種線(xiàn)性運動(dòng)源的不同之處遠不止于尺寸、行程、力、速度和其他性能參數，因為它們還需要非常不同的驅動(dòng)信號。作為基于電磁的單元，VCA 需要模擬電流驅動(dòng)，盡管它可以處于低電壓。與之形成鮮明對比的是，壓電電機是一種基于電壓的設備，需要 50V 到數千伏的電壓和低到適中的電流才能提供足夠的功率；IC 和模塊專(zhuān)門(mén)用于這種情況。因此，VCM 驅動(dòng)器的設計者通常關(guān)注 IR 壓降和使用較粗的電線(xiàn)，而壓電驅動(dòng)器的設計者必須關(guān)注與高壓相關(guān)的安全問(wèn)題——這是一個(gè)很大的觀(guān)點(diǎn)差異。
因此，當您正在為獨特的應用尋找線(xiàn)性運動(dòng)解決方案時(shí)，請考慮使用眾所周知的旋轉電機和相關(guān)運動(dòng)“變壓器”的替代品，因為固有的線(xiàn)性電機可能是更好的選擇�；蛴行У�。
您是否使用過(guò)任何一種類(lèi)型的非旋轉電機，或者其他一些非常不同的電機技術(shù)？您遇到的電氣和機械問(wèn)題的驚喜是什么？ |
