众所周知，装备制造业，属国中之重，然而，在装备制造业中，除了数控机床外，很少有人知道直线电机是怎么一回事
河南省人民政府史济春副省长（右二）
在“第九届中国国际高新技术成果交易会”参观微纳科技并与赵建萍董事长亲切交谈
河南省人民政府副秘书长孙廷喜（右）
在“第九届中原国际装备制造业博览会”上参观并了解微纳科技的科研成果
郑州技术开发区管委会领导与微纳科技技术顾问在展会上进行技术交流
2007年中博会上微纳科技工作人员与欧洲客商在技术上进行切磋
有人说，在未来10年，甚至在更短的时间内，直线电机直接驱动将取代传统的机床结构。
关于直线电机，目前只有美国、德国、日本等有几家生产研制企业，而我国仅有一家专业生产企业，是去年才由海外归国人员创办的郑州微纳科技直线电机有限公司。
直线电机是20世纪末期，随着电子技术突飞猛进发展出现的新型驱动元件，从原理上说被称为“直接传动”或“无间隙传动”。
直线电机的历史可以回溯到上世纪的1831年8月29日，当时的英国电学之父法拉第发现了电磁感应现象，后来，这种电磁感应成为目前各类电机和发电机工作的基础原理，直线电机也就是利用了这一基本原理。
然而，直线电机并没有像其他旋转电机一样，一经发明就被工业界接受并得到广泛应用。而第一台得到商业应用直线感应电机，是由英国的电学工程师Eric Laithwaite教授在上世纪70年代发明的，而它仅仅被用于驱动高速织布机中的梭子。
近年来，由于直线电机直接驱动技术的显著优点，才走上了精密运动控制领域：如集成电路制造、硅片加工、精密和超精密加工、航空航天及军事装备制造与控制等。
在不久前召开的郑州微纳科技公司科技成果产品鉴定会上，由来自清华大学机械学院精密仪器与机械学系教授、博士生导师王先逵先生等多位国内外知名专家组成的鉴定委员会，对其成果作了充分的肯定。专家们一致认为，该产品将对国内的工业尤其是精密运动控制及制造自动化等领域产生重大影响，具有显著的经济效益和社会效益，属国内首创，综合技术性能指标达国际先进水平。
2007年10月12日，第九届中国国际高新技术成果交易会在深圳市会展中心举行。此次展会盛况空前，共有国内外的3000多家企业、26所名高校参加。微纳科技重点展出了直线电机倒立摆、直线电机驱动与控制教学平台及先进的硬件在回路实时仿真系统等产品。
在随后举行的自主知识产权证书颁发仪式上，与会嘉宾向获得自主知识产权证书的团组代表颁发了自主知识产权证书。微纳科技直线电机直接驱动倒立摆控制软件荣获自主知识产权证书。
在这次的展会当日，河南省人民政府史济春副省长、郑州市人民政府冯万福秘书长等领导莅临微纳科技直线电机展位参观，在听取了赵董事长详细的项目汇报后，史济春副省长对微纳科技直线电机给予高度评价，鼓励微纳科技做大做强，为国家和河南的经济腾飞多做贡献。
2007年7月5日，新加坡国立大学K·K·Tan教授近日考察了微纳科技北京研发中心，并与微纳科技技术顾问周惠兴教授进行了会谈，双方达成在直线电机及直线电机相关领域进行合作的共识，新加坡国立大学将向世界高校推介微纳科技研制的直线电机平台、硬件在回路实时仿真软件系统和倒立摆等相关产品。 Tan教授的实验室将购买北京中心研制的直线电机倒立摆，首台将在9月以前运抵新加坡，并参加在新加坡举行的国际智能控制方面的展览。
2007年9月5日，英国Brunel大学先进制造系系主任程凯教授在认真考察微纳科技公司后，表示将在他们研制的精密加工设备上使用微纳科技公司生产的直线电机，协助微纳科技走向欧洲和国际市场；同时，由他们设计并采用微纳科技直线电机驱动的三维精密工作平台，将由微纳科技有限公司在中国生产。
揭开平板直线电机的神秘面纱
直线电机与旋转电机的原理相同，概念上可以将旋转电机沿其径向展开并根据运动要求加长，即成为直线电机。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级。当在初级中通入三相正弦电流后，在次级之间的气隙中就会产生磁场，由于这个磁场是平移的，不是旋转的，故称为行波磁场，在行波磁场与次级的作用下，产生电磁推力，从而使次级产生直线运动。这种直线运动可以直接带动工作台，结构简单、传动环节少、不需要传统的由旋转电机经丝杠来转换，没有传动间隙（包括反向间隙），因此精度较高，被称为“直接传动”、“无间隙传动”或“零传动”，而且具有高速高加速的特点，行程不受限制。
然而，直线电机与旋转电机不同的是，直线电机的结构多种多样，但仍可分为有铁芯和无铁芯两大类。具体结构则可以分为平板型、“U”型和圆筒型。除“U”型外，其他两种都可以做成有铁芯和无铁芯结构。
平板型直线电机有三种设计类型：无槽无铁心，无槽有铁心和有槽有铁心，这三种结构定子形状是相同的，仅仅是动子结构有些变化。
无槽无铁心平板型直线电机是将动子线圈安装在铝制基座或非导磁材料上，因为动子里无铁心故与电机电子磁体之间没有吸引力。结构设计与安装都比较简单，这种设计漏磁较大，输出力小；但其优点是动子安装方便，运动平稳。
无槽有铁心平板型直线电机在结构上与无槽无铁心的直线电机类似，但线圈是安装在硅钢片叠成的铁心上，然后固定在铝制基座上。硅钢片叠成的铁心用来引导磁场和增加输出力。因为动子里有硅钢片叠成的铁心，故动子和磁体之间会出现吸引力，并且该吸引力正比于电机产生的力。这种电机能比上述无铁心的结构产生更大的推力，但运动时有扰动力，稳定性差。
有槽有铁心平板型直线电机，是将上面无槽结构的铁芯平板改造为有槽结构，并将线圈绕组嵌入到槽中，便形成有槽有铁心平板型直线电机结构。有槽结构，使磁力线更为集中，可以极大提高电机推力；但同时，在铁心和磁轨之间有强大的吸引力，然而这些力同时会加剧导轨结构的磨损。由于有边缘效应，这种结构仍然有内在扰动力，运行稳定性不好，需要通过斜放磁体或控制方法解决。
由于直线电机是直接把电能转化为直线的机械运动，并直接与负载相连，故具备高速高加速等特性。今天直线电机在实际运行中可以达到5m/s的速度和5g的高加速度。理论上电机能达到20g的加速度和40m/s的速度，但其他机械结构如导轨和拖链等限制了电机特性的发挥。具体的优点有：
在速度方面，直线电机的最大速度只受驱动电压和控制器的限制。通常直线电机的速度在1微米的分辨率下是3m/s，分辨率为10微米时能达到5 m/s以上的速度。
直线电机驱动的精度、分辨率和重复精度取决于反馈装置。在直线反馈装置的精度很宽的范围下，分辨率和精度主要受控制系统的带宽限制。它的优点一是在高频响上：直线电机驱动的频响特性是传统的通过机械传动装置获得直线运动的100倍，因此具备更快的加速度，从而在工业运用中提高生产能力。二是刚度好：因为没有机械传动装置，刚度的增加是可以通过调节驱动器增益和电流来增加，它比滚珠丝杠驱动的装置好得多。当然它受电机的峰值推力、驱动器最大电流和反馈装置的分辨率限制。三是零间隙：通过导轨支撑直接实现直线运动，中间没有其他机械传动部件，故没有间隙。而目前广泛使用的滚珠丝杠等直线运动结构，都有不能解决的间隙问题。四是维护简单：因为直线电机的初级和次级没有接触部分，故没有磨损。
随着微电子、电力电子技术、永磁材料技术和驱动技术的发展，直线电机技术正逐步走向完善，并逐步被市场接受。国外著名电机（气）公司相继推出自己的直线电机产品，年销量已超过30万台。主要应用领域为：列车驱动、物料运送、数控机床、食品和轻工机械、自动绘图仪、液压金属泵、空气压缩机、电磁炮、家用电器以及半导体器件加工设备、喷绘机械等。它所具有的优势，越来越引起人们的重视，不久的将来，它将像微电子技术和计算机技术一样，在人类的各个领域中得到广泛的利用。
在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动后取消了从电机到工作台（拖板）之间的中间机械传动环节，因此是直接驱动，无间隙。直线电机直接驱动将是今后高速数控机床进给系统的基本传动方式。
磁悬浮列车结合了磁悬浮和直线电机驱动技术，列车和轨道之间无接触、无机械磨损，直线电机直接驱动可使列车高速运行。它具有速度高、运量大、对环境影响（噪声、振动等）小、能耗低、维护方便、运行安全平稳、无脱轨危险和很强的爬坡能力等一系列优点。目前，世界上许多工业发达的国家为占领该技术的制高点，争夺未来国际市场，分别投入了巨大的人力和物力。
直线电机的高速特性可为各种物料输送行业所利用。直线电机驱动可用于邮政分拣输送线，行李分拣输送线，钢材生产输送线，电气、电子、机械加工生产线，食品加工线、制药生产线，各种物料输送及立体仓库的调度等。直线电机亦可用于电梯、升降机等。
直线电机可用于驱动各类门、窗，还有用直线电机驱动的洗衣机、干燥机、晾衣架、家用电动工具等。
在计算机外设方面，主要是需要直线运动的打印机、喷绘机、CD机和光驱等，同样具有磨损小、快速和寿命长的特点。
在军事应用方面，主要是把直线电机用于电磁炮、飞机弹射系统及仿真设施。例如，利用直线电机产生的巨大速度和加速度，模拟战斗机飞行员逃生时坐椅的弹射系统。直线电机也可用于导弹或卫星中的调节执行器。
在医疗仪器方面，直线电机目前用于医疗仪器中的直线运动驱动，如CT机、X光扫描仪器等，也可用于驱动的人工心脏。
国内直线电机的应用与研究还处于初级阶段，主要还处在高校实验室实验阶段，而市场主要被国外几家大公司垄断。中国的设计人员主要从合资、三资企业或国际性的展览中了解到直线电机及直线电机的应用。进口的直线电机往往是利用中国的廉价原料生产，国外组装，然后高价返销给中国客户。
可喜的是，国家“十一五”计划已经把直线电机的制造列入其中，国内也出现了由海外归国人员创办的专门对直线电机进行研发和生产的企业，目前微纳科技公司已经能够生产平板型、U型、音圈型直线伺服电机和直驱旋转电机；同时，为普及直线电机的应用，该公司还开发了直线电机教学仪器方面的产品。
直线电机的种类
直线电机不能单独使用，它必须构建成一工作平台或根据要求安装后才能应用。通常将工作台安装在线性导轨上，而动子直接和工作台相连。平板式可以产生最大约为20000N（牛顿）的输出力，适合于机床等大型设备。
“ U”型直线电机属于无铁芯类直线电机，因此动子与定子之间无吸引力，速度高，运动平稳。相对来说，其输出力较小，最大一般在400N。
音圈直线电机是一种直流直线电机，由于音圈及磁场长度限制，音圈电机的行程通常较短，一般在±15 mm以内。但音圈电机的显著特点是频响特性好，运行平稳，精度高。音圈电机的输出力一般在1000N以内。
恒不稳定的系统或装置叫倒立摆，它是一个非线性自然不稳定系统, 是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。除教学用途外，倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性使得许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象。他们不断从研究倒立摆控制方法中发掘出新的控制方法，并将其应用于航天科技和机器人等各种高新科技领域。
郑州微纳科技有限公司开发的直线电机倒立摆与传统的倒立摆的不同之处在于，倒立摆由直线电机直接驱动，是倒立摆的更新换代产品。它不仅具有传统倒立摆的理论研究价值，而且由于引入了控制性能更好的直线电机作为其驱动装置，在实际控制实验中，与控制方法无关的因素（如传动机构的故障、误差、非线性等）大大减少，从而增加了控制的精度、稳定性和可靠性。
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周惠兴，男，1963年8月生，博士、教授、博士生导师，英国注册工程师、英国机械工程学会会员、英国机械工程学会中国区通讯代表，直线电机与运动控制技术专家。1983年本科毕业于大连理工大学机械系，1998年6月清华大学博士毕业，获博士学位。1999年1月到2005年5月旅居国外，先后在新加坡国立大学、英国利兹大学、英国WABCO公司和英国600集团从事直线电机与运动控制方面的研究和开发工作，2005年5月后作为引进人才回国工作，现任郑州微纳科技有限公司高级技术顾问。
注：微纳科技有限公司自主研发的“U型永磁无铁芯直线伺服电机”，已经通过由河南省科学技术厅组织国内有关专家的鉴定。