Maxwell2D无人驾驶机器人用直线电机建模与仿真研究(7)
行程结构系统中就很难实现无刷无接触运行。另外，在精密控制中，还需采用闭环控
制系统这也可以说是个缺点。直线直流电机被广泛应用于工业检测、自动化控制、信
息系统、民用及其他各个技术领域。
2.2 动圈式直流直线电动机的工作原理
如图 2-4为直线直流电动机最简单的工作原理。
图2-4 直线直流电机工作原理图（动圈型）
线圈沿着软铁芯轴轴向自由移动。在线圈的行程范围内，永久磁铁给予它大致均
匀的磁场 B
。当线圈中通入直流电a I
时，载有电流的导体在磁场中就会受到电磁力
的作用。这个电磁力的方向可以根据 Flaming 左手定则来确定。让左手掌正对着
方向，四指顺着电流方向，则拇指所指的方向即为线圈所受的电磁力作用方向。设在
铁芯下面的线圈截面中的电流方向为垂直纸面向内，则线圈所受的电磁力方向由图中
F(N)表示。改变直流电流a I
的方向就可以改变线圈受力的方向。电磁力的大小可有下式算出：
a lNI B LI B F a
（2-1）
式中 N——线圈匝数；
l——线圈导体每匝处在磁场中的平均有效长度（m）；
——线圈所在空间的磁感应强度（T）；
——线圈导体中的电流（A）。
只要线圈受到的电磁力大于线圈支架上存在的静摩擦阻力，就可使线圈产生直线运动。
2.3 直流直线电动机的分类与结构分析
2.3.1 直线直流电动机的结构分类
按照直线直流电动机的基本工作原理，直线直流电动机的结构有多种类型。根据
磁动势源的不同，直线直流电动机可分为永磁式和电磁式两大类。永磁式是采用永磁
铁作为磁通源，而电磁式是用直流电流来激励的。永磁式直线直流电动机容易达到无
刷无接触运行。但永磁材料由于质地硬，很难进行机械加工，因而一般来说永磁式电
动机的制造成本比电磁式高。而电磁式比永磁式多了一项激磁损耗。直线直流电动机
的基本结构分类如图 2-5所示[7]
。
2.3.2 永磁式直线直流电动机的结构分析
永磁式直线直流电机分为动圈式（如图 2-4 所示）的和动铁式的（如图 2-6所示），
动铁式的有一个固定长电枢，在电枢上需要绕上大量的铜线，消耗铜的量大，结构也
比较复杂，而且该电机的移动系统重量大，因此消耗的功率比较多。该电机的优点：
电机行程能够做得比较长，也可做成无接触式直线直流电动机。目前使用的较多的是
动圈式电机。下面就将介绍一下动圈式直流直线电动机。