在航空航天領(lǐng)域中，對于機械裝置的精度有著很高的要求。直線絲桿電機以其所具有的優(yōu)點，能夠滿足在航空行業(yè)中運用的要求。對此，文章介紹了直線步進電機的工作原理、結(jié)構(gòu)特點以及與傳統(tǒng)式步機的比較，講述了該種步機所具有的優(yōu)缺點，最后詳細地介紹了直線步進電機在航空領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用。

　　直線步進電機是能夠?qū)㈦娏髅}沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉街本€運動的一種驅(qū)動設(shè)備。在要求用精確直線運動運行的地方，直線步進電機憑借其高效的高速定位、高可靠性以及高密度性的數(shù)字式直線運動隨動系統(tǒng)而得到廣泛應(yīng)用。它能夠替代間接性的通過旋轉(zhuǎn)步進電機經(jīng)由一套中間轉(zhuǎn)換設(shè)備從而實現(xiàn)直線運動的機械裝置。并且直線步進電機的結(jié)構(gòu)比較簡單，它沒有中間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，進行運動的部分的質(zhì)量輕，慣性很小，不存在漂移現(xiàn)象，無累計的定位誤差出現(xiàn)。直線步進電機是一種理想化的并且是可開發(fā)應(yīng)用和大范圍推廣的高定位精密儀器?；旌鲜街本€步進電機是由簡單的改進而來的。其在計算機設(shè)備應(yīng)用、數(shù)控機床、自動化繪圖儀、機器人開發(fā)以及傳輸設(shè)備的檢測控制等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在最近幾年，快速發(fā)展的微電子器件和接口技術(shù)，促使直線式步進電機的自動化和智能化以及高度集成化的成本大大降低了，而且在航空航天領(lǐng)域里具有非常大的發(fā)展?jié)摿痛蠓秶茝V的前景。

　　一、絲桿步進電機之工作轉(zhuǎn)換

　　首先看其外部：電機工作轉(zhuǎn)換的方法是利用旋轉(zhuǎn)步進電機和轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的機械方式來進行的。齒輪和齒條的轉(zhuǎn)動、渦輪及皮帶渦桿的傳動以及其他聯(lián)動機械之間的傳動，這些設(shè)計都需要各個機械零件來組成。然而這些傳動方式的精密度低、零件壽命無法保證、噪聲過大、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，最主要的是成本高。

　　再看其內(nèi)部：在步進電機的內(nèi)部實現(xiàn)線性變換的方法能夠極大地簡化設(shè)計，使之在許多實際應(yīng)用中，能夠直接在不使用外部機械聯(lián)動裝置的條件下用直線式步進電機完成精確的直線移動。在這里，要特別介紹兩種：（1）剛開始的直線式步進電機是采用滾珠螺母配合著絲桿來完成的。電機的轉(zhuǎn)子在磁場的作用下開始轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)子一體的滾珠螺母也隨著開始轉(zhuǎn)動，絲桿很自然地被帶動產(chǎn)生需要的直線運動。但是滾珠螺母對校驗的要求高，絲桿通常其螺距比較大，這導(dǎo)致造的缺點主要有：制造困難、費用過于昂貴、機械分辨率低、生產(chǎn)周期長。所以這種方法在諸多領(lǐng)域之中，往往不是一個實用的方法。（2）在螺紋式直線步進機中，其螺紋之間的距離決定了電機的精密程度。在直線步進電機的轉(zhuǎn)子中心安置螺母時，要求螺桿和螺母必須完全吻合，這樣才能使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)運行時，使螺桿實現(xiàn)線性運動。步進電機中的驅(qū)動螺母必須要選螺母中的最好品種，并且要是自潤滑的、熱屬性的材料；只有選擇適當?shù)暮貌牧?，才能在螺紋的穩(wěn)定性和壽命上取得很好的效果。有一個理想的方法是將模壓型塑料螺紋結(jié)構(gòu)注入到金屬轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)部，這樣能夠提高電機的運行效率、延長其壽命，還能夠極大程度地限制運行時的噪聲。這種構(gòu)造的直線步進電機雖然它的壽命長、效率高、穩(wěn)定性好，但仍然是旋轉(zhuǎn)的電機搭配上相關(guān)機械變換裝置來得到所需的直線運動。

　　二、直線步進電機之直接轉(zhuǎn)動

　　作為一種機電系統(tǒng)，直線步進電機的直接傳動就是進一步把相關(guān)機械構(gòu)造進行簡單化，在電氣控制技術(shù)方面做到進一步的完善，使之能夠跟上現(xiàn)代電機技術(shù)發(fā)展的步伐。相比較于傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，直線步進電機并不是旋轉(zhuǎn)運動與機械變換裝置相結(jié)合來獲得直線運動的，而是可以進行直接有效的直線傳動。這種設(shè)備只要很小的電脈沖信號就可以形成比較大的推力，能夠產(chǎn)生直線運動；這樣能夠消除由傳統(tǒng)機械元件而引起的諸多誤差與缺陷。

　　根據(jù)電磁場產(chǎn)生推力的原理，直線步進電機可以大致分類為兩種：變磁阻式和混合式。前者具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點；缺點則是磁力數(shù)值小、不對稱、力矩波動較大。后者混合式直線步進電機是在前者基礎(chǔ)上加入了永磁體，因而即使是在斷電的情況下，永磁體還能夠產(chǎn)生一定的力矩，可以繼續(xù)直線運行一段距離。由于永磁體的存在，因而在單位體積上能夠形成比磁阻式更大的推力，能夠較為輕易完成微步控制，并且其控制距離對于參數(shù)的依賴性弱，一致性較好。為了提高直線運動的平穩(wěn)性、減小推力帶來的波動，在混合式電機中通常使用細分技術(shù)。

　　直線步進電機的基本結(jié)構(gòu)主要是由動子、定子以及線圈組成。動子主要組成是永久磁鐵和電磁鐵；定子則是由等距離的齒槽疊片貼心構(gòu)成的。通常用細分技術(shù)來控制這種電機，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和精密定位。

　　三、直線步進電機在航空行業(yè)中的應(yīng)用

　　航空領(lǐng)域中放油閥就是由渦輪渦桿結(jié)構(gòu)或者旋轉(zhuǎn)絲桿結(jié)構(gòu)來驅(qū)動實現(xiàn)的。這類旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動通過一定的傳動比減速之后，使得輸出的力矩增大，再經(jīng)過直線位置上的傳感器后能夠做到位置的精確定位以及具有較強的斷電力矩。然而，不是每樣?xùn)|西都是十全十美的，它的直線運動機構(gòu)體積大、質(zhì)量大、效率低，齒輪的吻合磨損大，且控制起來比較困難。在實際應(yīng)用當中，可以知道在航空中要運用到直線運動的地方，諸如電液伺服閥、氧氣壓縮閥、放油閥、電動活門閥、發(fā)動機的油門桿、衛(wèi)星天線等等，所需的推力并不是很大，而是希望能夠?qū)u輪、渦桿或旋轉(zhuǎn)絲桿等的旋轉(zhuǎn)運動變換成直線運動，但卻無法滿足飛機快速動閥的一些性能要求，諸如靠性、頻響、高靈敏度。

　　目前，在國內(nèi)外用于航天動力系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥門有三種：一是多個電磁閥之間進行并聯(lián)，用開關(guān)來控制各個管路上的流阻對管路上的流量來進行調(diào)節(jié)；二是使用旋轉(zhuǎn)步機調(diào)節(jié)閥，是由步機的控制器產(chǎn)生并發(fā)送不同數(shù)量的脈沖波從而控制閥門，進而達到對液路流量的控制。這種調(diào)節(jié)閥能夠進行無級調(diào)節(jié)，它可以是閉環(huán)調(diào)節(jié)也可以是開環(huán)調(diào)節(jié)，且對產(chǎn)品的傳動結(jié)構(gòu)的精度要求比較高，其造價較為昂貴。三是配合使用電液伺服和單雙閥座流量機械式調(diào)節(jié)閥，來達到雙流量的控制目的；其具有控制精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，但是這兩種門閥都具有回流，并且制造難度大、造價昂貴。

　　現(xiàn)在又有一種新型的調(diào)節(jié)閥。直線步進電機與閥本體相結(jié)合的新型調(diào)節(jié)閥。該調(diào)節(jié)閥主要結(jié)構(gòu)為直線步機、閥芯、閥座和回味彈簧。閥芯與步進電機的動子在結(jié)構(gòu)上是相連接的，由于動子要做直線運動，因而和動子相連的閥芯也要做直線運動，閥門能夠調(diào)節(jié)流通面積和開度，這就形成流量的變化，從而能夠控制流量。若將閥芯的節(jié)流面做成拋物線狀，那么流量和行程就將成線性關(guān)系。

　　四、結(jié)語

　　在航空動力系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是其最為重要的流量調(diào)節(jié)裝置之一，發(fā)動機的推力改變及精確控制的實現(xiàn)都在很大程度上依賴于調(diào)節(jié)閥的特性。這就要求對于流量的變化與步進直線電機的行程要非常精確的成一定的比例。所以可靠性較高、定位精度較高、性能較高的直線步進電機在航空行業(yè)中有著非常好的應(yīng)用前景?？傊本€步進電機在航空行業(yè)中有些很大的發(fā)展?jié)摿σ约按罅ν茝V的前景。