當大多數工程師聽到電機這個詞時，他們自然地想到旋轉裝置，例如有刷直流、無刷直流、步進電機或變頻原動機。但是電機不一定是旋轉的，很多時候設計需要直線運動。一種解決方案是添加某種齒輪或皮帶裝置來轉換旋轉運動，這種解決方案在許多情況下都很有效。然而，它可能太復雜、成本太高、太重、存在反彈問題，或者根本不是一個好的匹配項。

獲得所需線性運動的一種直接方法是“展開”傳統旋轉電機的定子，這種方法已成功用于長沖程要求。但是對于幾英寸的行程距離，有兩種有效的、本質上是線性的替代方案：音圈致動器 (VCA)，通常稱為音圈電機 (VCM) 和壓電電機。它們基于彼此截然不同的原理運行，因此提供不同的性能屬性。

顧名思義，VCA 是為驅動揚聲器的紙盆而開發的，它也提供了相當多的大眾市場設計和制造經驗。VCA 的設計和構造非常簡單，具有永磁體和黑色鋼的現場組件以及線圈組件。流過線圈組的電流與永磁場相互作用，產生垂直于電流方向的力；這個力的方向可以簡單地通過反轉電流來反轉。

VCA 可以構造成使線圈組件移動，或使磁場組件移動（圖 1 和圖 2）。對于前者，連接到線圈的電線必須纖細、輕便、柔韌，并且布置得不會因不斷彎曲而疲勞或斷裂——這是通過數十億個揚聲器的生產而得到完善的。典型的 VCA 位移為兩到三英寸，但可以建造單位以達到該距離的兩倍。它們可以提供幾盎司到幾百磅的力，并且可以控制移動元件的位置。

圖 1 動圈式 VCA 的原理圖和橫截面顯示了它的簡單性；這種布置用于揚聲器中以控制揚聲器錐體。：Group Six M, LLC

圖 2 動磁 VCA 的原理圖和橫截面顯示了它是動圈布置的物理補充。：Group Six M, LLC即使您從未直接使用過 VCA，您也無疑從中受益：它們是定位磁盤驅動器磁頭的標準。鑒于驅動器的緊密軌道密度和該應用的定位要求，您可以很好地了解 VCA 提供的精度、控制、速度和運動控制配置文件。

但是，為什么將直線電機的想法僅僅局限于電磁原理呢？顧名思義，壓電馬達基于眾所周知的對稱原理，即施加電場對晶體尺寸穩定性的影響，反之亦然：當晶體材料受到機械應力（擠壓）時，它會產生電壓；并且當對同一晶體施加電壓時，材料會膨脹非常小的量。

在壓電電機中，晶體兩端的電壓會產生電場，材料會非常輕微地伸長，對于典型的施加電壓，大約為 0.001% 到 0.1%。晶體通常很小（每個維度通常為 10 毫米），由此產生的運動可以控制在微米級，但需要牛頓的力。壓電運動用于輸液泵、顯微鏡載物臺、光學定位系統、儀器儀表、噴墨噴嘴、半導體加工機器等，而且它們是非磁性的（在許多情況下是一個主要優點）并且沒有需要潤滑的軸承（這可能會造成污染）。

壓電材料可以像蠕蟲一樣向前移動，方法是將其固定在交替固定和松開的小夾具中（圖3），或者可以將一端固定到位，同時允許另一端來回移動隨著電壓的施加和移除，產生微型活塞式運動（圖 4）。

圖 3 壓電電機可以像尺蠖一樣以微小的增量向前爬行，在通電和斷電方面有適當的夾緊和松開時機（1：外殼，2：移動晶體，3：鎖定晶體，4：旋轉部分） . 資料：維基百科用戶LaurensvanLieshout

圖 4 壓電馬達成為一個的、高度可控的活塞，在通電和斷電時一端固定在適當的位置。資料：維基百科用戶Inductiveload這兩種線性運動源的不同之處遠不止于尺寸、行程、力、速度和其他性能參數，因為它們還需要非常不同的驅動信號。作為基于電磁的單元，VCA 需要模擬電流驅動，盡管它可以處于低電壓。與之形成鮮明對比的是，壓電電機是一種基于電壓的設備，需要 50V 到數千伏的電壓和低到適中的電流才能提供足夠的功率；IC 和模塊專門用于這種情況。因此，VCM 驅動器的設計者通常關注 IR 壓降和使用較粗的電線，而壓電驅動器的設計者必須關注與高壓相關的安全問題——這是一個很大的觀點差異。

因此，當您正在為獨特的應用尋找線性運動解決方案時，請考慮使用眾所周知的旋轉電機和相關運動“變壓器”的替代品，因為固有的線性電機可能是更好的選擇。或有效的。

您是否使用過任何一種類型的非旋轉電機，或者其他一些非常不同的電機技術？您遇到的電氣和機械問題的驚喜是什么？