在航空航天領域中，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點，能夠滿足在航空行業中運用的要求。對此，文章介紹了直線步進電機的工作原理、結構特點以及與傳統式步機的比較，講述了該種步機所具有的優缺點，最后詳細地介紹了直線步進電機在航空領域中的相關應用。

　　直線步進電機是能夠將電流脈沖信號轉變為微步直線運動的一種驅動設備。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字式直線運動隨動系統而得到廣泛應用。它能夠替代間接性的通過旋轉步進電機經由一套中間轉換設備從而實現直線運動的機械裝置。并且直線步進電機的結構比較簡單，它沒有中間轉換結構，進行運動的部分的質量輕，慣性很小，不存在漂移現象，無累計的定位誤差出現。直線步進電機是一種理想化的并且是可開發應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。其在計算機設備應用、數控機床、自動化繪圖儀、機器人開發以及傳輸設備的檢測控制等領域都得到了廣泛的應用。尤其是在最近幾年，快速發展的微電子器件和接口技術，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，而且在航空航天領域里具有非常大的發展潛力和大范圍推廣的前景。

　　一、絲桿步進電機之工作轉換

　　首先看其外部：電機工作轉換的方法是利用旋轉步進電機和轉動結構的機械方式來進行的。齒輪和齒條的轉動、渦輪及皮帶渦桿的傳動以及其他聯動機械之間的傳動，這些設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、結構過于復雜，最主要的是成本高。

　　再看其內部：在步進電機的內部實現線性變換的方法能夠極大地簡化設計，使之在許多實際應用中，能夠直接在不使用外部機械聯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。電機的轉子在磁場的作用下開始轉動，與轉子一體的滾珠螺母也隨著開始轉動，絲桿很自然地被帶動產生需要的直線運動。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、生產周期長。所以這種方法在諸多領域之中，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，這樣才能使轉子在旋轉運行時，使螺桿實現線性運動。步進電機中的驅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；只有選擇適當的好材料，才能在螺紋的穩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構注入到金屬轉子組件的內部，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。這種構造的直線步進電機雖然它的壽命長、效率高、穩定性好，但仍然是旋轉的電機搭配上相關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動

　　作為一種機電系統，直線步進電機的直接傳動就是進一步把相關機械構造進行簡單化，在電氣控制技術方面做到進一步的完善，使之能夠跟上現代電機技術發展的步伐。相比較于傳統機械結構，直線步進電機并不是旋轉運動與機械變換裝置相結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，能夠產生直線運動；這樣能夠消除由傳統機械元件而引起的諸多誤差與缺陷。

　　根據電磁場產生推力的原理，直線步進電機可以大致分類為兩種：變磁阻式和混合式。前者具有結構簡單、成本低的優點；缺點則是磁力數值小、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，永磁體還能夠產生一定的力矩，可以繼續直線運行一段距離。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的依賴性弱，一致性較好。為了提高直線運動的平穩性、減小推力帶來的波動，在混合式電機中通常使用細分技術。

　　直線步進電機的基本結構主要是由動子、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成的。通常用細分技術來控制這種電機，能夠實現高分辨率和精密定位。

　　三、直線步進電機在航空行業中的應用

　　航空領域中放油閥就是由渦輪渦桿結構或者旋轉絲桿結構來驅動實現的。這類旋轉電機驅動通過一定的傳動比減速之后，使得輸出的力矩增大，再經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，不是每樣東西都是十全十美的，它的直線運動機構體積大、質量大、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、發動機的油門桿、衛星天線等等，所需的推力并不是很大，而是希望能夠將渦輪、渦桿或旋轉絲桿等的旋轉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，在國內外用于航天動力系統的流量調節閥門有三種：一是多個電磁閥之間進行并聯，用開關來控制各個管路上的流阻對管路上的流量來進行調節；二是使用旋轉步機調節閥，是由步機的控制器產生并發送不同數量的脈沖波從而控制閥門，進而達到對液路流量的控制。這種調節閥能夠進行無級調節，它可以是閉環調節也可以是開環調節，且對產品的傳動結構的精度要求比較高，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節閥，來達到雙流量的控制目的；其具有控制精度高、響應速度快的優點，但是這兩種門閥都具有回流，并且制造難度大、造價昂貴。

　　現在又有一種新型的調節閥。直線步進電機與閥本體相結合的新型調節閥。該調節閥主要結構為直線步機、閥芯、閥座和回味彈簧。閥芯與步進電機的動子在結構上是相連接的，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，閥門能夠調節流通面積和開度，這就形成流量的變化，從而能夠控制流量。若將閥芯的節流面做成拋物線狀，那么流量和行程就將成線性關系。

　　四、結語

　　在航空動力系統中，調節閥是其最為重要的流量調節裝置之一，發動機的推力改變及精確控制的實現都在很大程度上依賴于調節閥的特性。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中有著非常好的應用前景?？傊?，直線步進電機在航空行業中有些很大的發展潛力以及大力推廣的前景。