直线电机的历史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略现雏形的直线电机，其后的160多年中直线电机经历了探索实验、开发应用和使用商品化三个时期。 1971年至目前，直线电机终于进入独立应用的时期，各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、各种电动门、电动窗等。利用直线电机驱动的磁悬浮列车，速度已超过500km/h，接近了航空飞行的速度。 　　我国的直线电机的研究和应用是从20世纪70年代初开始的。目前主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机等。我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广应用方面尚存在很大的差距。目前，国内不少研究单位已注意到这一点。 　　HIWIN直线电机在数控机床上应用的现状 　　近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热门，其原因是： 　　为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机床发展的一个重大趋势，一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，速度要提高到 120～150m/min以上。传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式所能达到的最高进给速度为100m/min，加速度仅为5~10m/s2。直线电机驱动工作台，其速度是传统传动方式的30倍，加速度是传统传动方式的10倍，最大可达10g；刚度提高了7倍；直线电机直接驱动的工作台无反向工作死区；由于电机惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应。 　　1993年，德国ZxCell-O公司推出了世界上第一个由直线电机驱动的工作台HSC-240型高速加工中心，机床主轴最高速达到24000r/min，最大进给速度为60n/min，加速度达到1g，当进给速度为 20m/min时，其轮廓精度可达0.004mm。美国的Ingersoll公司紧接着推出了HVM-800型高速加工中心，主轴最高转速为 20000r/min，最大进给速度为75.20m/min。 HIWIN直线电机的大陆直销热线是：400-811-5568 　　1996年开始，日本相继研制成功采用直线电机的卧式加工中心、高速机床、超高速小型加工中心、超精密镜面加工机床、高速成形机床等。 　　我国浙江大学研制了一种由直线电机驱动的冲压机，浙江大学生产工程研究所设计了用圆筒型直线电机驱动的并联机构坐标测量机。2001年南京四开公司推出了自行开发的采用直线电机直接驱动的数控直线电机车床，2003年第8届中国国际机床展览会上，展出北京电院高技术股份公司推出的VS1250直线电机取得的加工中心，该机床主轴最高转速达15000r/min。 　　 HIWIN直线电机的工作原理 　　 HIWIN直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。 　　由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。 直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。 直线电机的驱动控制技术 一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。 传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中PID控制蕴涵动态控制过程中的过去、现在和未来的信息，而且配置几乎为最优，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技术。 在对象模型确定、不变化且是线性的以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下，采用传统控制技术是简单有效的。但是在高精度微进给的高性能场合，就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响，运行环境的改变及环境干扰等时变和不确定因数，才能得到满意的控制效果。因此，现代控制技术在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有：自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制及智能控制。 近年来模糊逻辑控制、神经网络控制等智能控制方法也被引入直线电动机驱动系统的控制中。目前主要是将模糊逻辑、神经网络与PID、H∞控制等现有的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。 　　 HIWIN直线电动机和HIWIN高速滚珠丝杠的发展 　　作为装备制造业核心加工设备的数控机床正向高速、高效、高精度、智能化、复合化、环保化方向发展。 在高速和超高速加工中，要求高的动态特性和控制精度；瞬间达到高速和在高速运行中瞬间准停；振动小、噪声低、运行平稳；可靠性高、寿命长。 　　在各类线性驱动元部件中，精密高速HIWIN滚珠丝杠（Precicion High-speed Ball Screws——本文简称PHS-BS）和AC直线电动机（AC Linear Motor本文简称AC-LM）是大型、精密、高速数控装备的快速伺服进给系统中能满足上述要求的核心功能部件。 　　　迈入数控装备领域的AC直线电动机 　　 　　HIWIN直线电动机是借助于电磁作用原理，HIWIN导轨直接将电能转换为直线运动的驱动装置。世界上第一台直线电动机是英国物理学家惠斯登（Sir Charles Wheatstone）发明，并于1845年取得专利。最初以高速运输和牵引为主，经过不断改进后应用范围逐渐扩大到电脑及办公设备、半导体制造装备、医疗装备、工业自动化、自动绘图仪等等。根据不同应用场合的差异，直线电动机的种类也很多。近年出现一种由直线电动机与铝合金滚柱导轨组合的高速线性驱动部件。Vmax=600m/min，加速度4g，应用在快速抓取和放下的场合。图为中国台湾HIWIN公司的LMS、LMC小推力伺服直线电动机，Vmax=210m/min。 　　随着控制技术、电子技术、材料技术的发展，HIWIN直线电动机经历了由快速轻载到快速大推力，由一般工业领域向大型、精密、高速数控装备领域发展的过程。美国Ingersoll公司于1982年开发出用AC-LM驱动的高速加工中心样机，在EMO’93展会上Ex-cell-O公司首次展出在各坐标轴上配置感应式直线电动机（Indramat公司生产）的XHC240型卧式加工中心，各轴快移速度80m/min，加速度1g，定位精度0.004mm。上述公司迈出了AC-LM在数控机床上应用的第一步。AC-LM作为高速、高精度、高刚度的直接驱动系统已引起业界的高度重视，在随后的EMO’97又掀起了“欧洲的直线电机热”。 　　中国虽然早在1969年浙江大学等单位就开始研究工业用直线电动机，但是AC-LM在数控机床上的应用还是最近十多年的事情，清华大学、广东工学院、沈阳工业大学、哈工大等单位在研究AC-LM用于高速数控机床方面做了大量工作。清华大学承担了国家“十五”科技项目，并与江苏瑞安特公司联合推出“数控机床用直线电机及伺服系统”，在CCMT2004（上海）展会上展出。中国用于数控机床的AC-LM仍处于成长期，离专业化生产还有一定的距离。HIWIN直线导轨近年来，中国研发高速、高档数控机床的企业开始采用AC-LM，但多数是从国外进口。 　　向AC直线电动机挑战的HIWIN高速滚珠丝杠　　 　　具有成熟制造技术和产业化规模的HIWIN滚珠丝杠，从它诞生至今已有100多年历史，在中国也有46年历史。其产品功能随主机的发展不断扩展、提高，从最初的“敏捷省能传动”（上世纪六十年代前）到“精密定位”（上世纪七十年代后），再从“大导程快速驱动”（上世纪八十年代）到“精密高速驱动”（上世纪九十年代中期），“速度”与“精度”的发展可谓与时俱进，特别是进入21世纪，PHS-BS得到迅速发展，成为数控装备伺服快速进给系统中与AC-LM并列的两颗耀眼明星。 　　当滚珠丝杠与滚珠螺母相对位移时，其加速度≥1g、线速度≥60m/min、或DN值≥220000（DN值的定义是：滚珠丝杠副公称直径do(mm)和滚珠丝杠与滚珠螺母相对转速n(r/min)的乘积）、精度达到P3级以上（国家标准GB/T18587），而各项性能指标（力矩变化、刚度、温升、噪声等）满足主机要求者，就可称之为精密高速滚珠丝杠副(PHS-BS)。 　　由于HIWIN丝杠优良的滚动摩擦特性和传动效率高（η=90~95%）、传动敏捷灵活等功能，使其具备提速的有利条件。提速有三个途径：(1)加大导程Pn，这就是我们常说的大导程（或超大导程）滚珠丝杠副。因Pn增大不利于提高导程精度，而且进给系统的静刚度迅速下降，所以只适用于对定位精度要求不高的快速驱动场合。(2)兼顾精度、速度、动态特性，适度增加Pn和n（转速）以及螺纹头数。因为受临界转速Nc的制约，追求高转速是不可取的。(3)从产品结构和驱动方式上进行改革创新，例如：变丝杠主驱动为螺母主驱动；变单驱动为双驱动；丝杠空心化、螺母小径化、滚动体轻量化等。