直線電機基礎

關于直線電機基礎第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日一、特點及應用1.特點是一種將電能直接轉換成直線運動機械能而不需要任何中間轉換機構的裝置；結構多樣，可以根據(jù)需要制成扁平型、圓筒型或盤型等各種形式；可以采用交流電源、直流電源或脈沖電源等各種電源進行工作；不同種類具有截然不同的工作特點，可以根據(jù)需要選擇。能滿足高速、大推力的驅動要求，也能滿足低速、精細的要求，如步進直線電動機。第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.應用

應用領域：軍事領域。利用直線電機制成各種電磁炮，并試圖將它用于導彈、火箭的發(fā)射；交通運輸業(yè)。利用直線電機制成時速達500km以上的磁懸浮列車；工業(yè)領域。用于生產(chǎn)輸送線，以及各種橫向或垂直運動的機械設備中；精密儀器設備。例如計算機的磁頭驅動裝置、照相機的快門、自動繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器、各種自動化儀器設備等；民用裝置。如門、窗、桌、椅的移動，門鎖、電動窗簾的開、閉等。第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日

應用實例：直線電機驅動的X-Y工作臺

圖1使用直線直流電動機的X-Y工作臺第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、基本結構與工作原理1.基本結構（1）扁平型結構圖2旋轉電動機和扁平型直線電動機示意圖第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日扁平型直線電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種演變，它可看作是將一臺旋轉電機沿徑向剖開，然后將電機的周圍展成直線。圖3由感應式旋轉電機演變?yōu)楸馄叫椭本€電機的過程a)沿徑向剖開b)把圓周展成直線第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日定子演變來的一側稱為初級，轉子演變來的一側稱為次級。由旋轉電機演變而來的最原始的直線電機初級和次級長度相等，運行中初級與次級的耦合不定，不能正常工作。為了保證在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變，實際應用時，將初級與次級制造成不同的長度。既可做成短初級長次級型，也可做成長初級短次級型。但短初級在制造成本上、運行費用上均比短次級低得多，因此目前除特殊場合外，一般采用短初級。演變而來的原始直線電機僅一邊安放初級，稱為單邊型直線電機。單邊型電機的初級與次級之間存在著很大的法向吸力，在鋼次級時約為推力的10倍左右，大多數(shù)場合下，這個力是不希望存在的。因此在次級兩邊都裝上初級，做成雙邊型結構，以抵消法向吸力。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日圖4單邊型直線電機a)短初級b)短次級第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日圖5雙邊型直線電機a)短初級b)短次級第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.基本結構 一臺典型的單邊扁平型短初級直線感應電動機的結構如圖所示。圖6單邊扁平型短初級直線感應電動機1－次級鐵心2－次級導電板3－三相繞組4－初級鐵心5－支架6－固定用角鐵7－繞組端部8－環(huán)氧樹脂第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日可以認為是將扁平型直線電機沿著和直線運動相垂直的方向卷接成筒形而來的。如圖6所示。（2）圓筒型（管型）結構圖7圓筒型直線電機的演變過程第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日（3）弧型和盤型結構弧型是將扁平型直線電機的初級沿運動方向改成弧型， 并安放于圓柱形次級的柱面外側。如圖7所示。圖7弧型直線電動機第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日盤型結構是把次級做成一片圓盤，將初級放在次級圓 盤靠近外緣的平面上，次級可以是雙面的也可以是單 面的。如圖8所示。圖8盤型直線電機第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日弧型和盤型直線電機的運動實際上是一個圓周運動，然而由于它們的運行原理和設計方法與扁平型直線電機相似，所以也歸入直線電機范疇。2.工作原理

與旋轉電機相似。在直線電機的三相繞組中通入三相對稱正弦電流后，也會產(chǎn)生氣隙磁場。當不考慮由于鐵心兩端開斷而引起的縱向邊端效應時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉電機相似，即可看成沿展開的直線方向呈正弦形分布。如圖9所示。第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日三相電流隨時間變化時，氣隙磁場將按A、B、C相序沿直線移動。這個原理與旋轉電機的相似。差異是：這個磁場平移，而不是旋轉，因此稱為行波磁場。行波磁場的移動速度與旋轉磁場在定子內圓表面上的線速度一樣。稱為同步速度(m/s)，且，為極距(m)，為電流的頻率(Hz)。圖10直線電機基本工作原理行波磁場次級初級NSF力磁場電流BI運動力磁場電動勢右手定則反電動勢E=vBLvSSN第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日假定次級為柵形次級，次級導條在行波磁場切割下，將產(chǎn)生感應電動勢并產(chǎn)生電流。所有導條的電流和氣隙磁場相互作用便產(chǎn)生電磁推力。直線電機的次級大多采用整塊金屬板或復合金屬板，并不存在明顯導條。可看成無限多導條并列安置進行分析。圖10為假想導條中的感應電流及金屬板內電流的分布情況。圖10次級導體板中的電流

假想導條中的感應電流金屬板內電流分布SSFFv第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日次級的兩種結構類型：柵型結構和實心結構。 柵型結構（圖4），相當于旋轉電動機的籠型結構。次級鐵心上開槽，槽中放置導條，并在兩端用端部導條連接所有槽中導條。 實心結構，采用整塊均勻的金屬材料。又可分為非磁性次級和鋼次級。從電動機的性能來說，采用柵型結構時，效率和功率因數(shù)最高，非磁性次級次之，鋼次級最差。從成本來說，相反。端部導條槽內導條圖4柵型結構次級第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日旋轉電機通過對換任意兩相的電源線，可以實現(xiàn)反向旋轉。直線電機也可以通過同樣的方法實現(xiàn)反向運動。根據(jù)這一原理，可使直線電機做往復直線運動。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日三、分類1.分類按結構型式分圓筒型直線電機—外形如旋轉電機的圓柱形直線電機，需要時可做成既有旋轉運動又有直線運動的旋轉直線電機。圓盤型直線電機雖也做旋轉運動，但與普通旋轉電機相比有兩個突出優(yōu)點：力矩與旋轉速度可以通過多臺初級組合的方法或通過初級在圓盤上的徑向位置來調節(jié)；無需通過齒輪減速箱就能得到較低的轉速，電機噪聲和振動很小。圓弧型直線電機也具有圓盤型的特點，兩者的主要區(qū)別在于次級的形式和初級對次級的驅動點有所不同。長初級短初級短初級單邊型雙邊型扁平型圓盤型圓弧型圓筒型第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日按功能用途分按工作原理分

每種旋轉電機都有與之相對應的直線電機。按工作原理可以分兩大方面：直線電動機和直線驅動器。具體分類見圖11。第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日直線電動機直線驅動器交流直線感應電動機（LIM）交流直線同步電動機（LSM）電磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可變阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超導體（SC）LSM直線直流電動機（LDM）電磁式LDM永磁式LDM無刷LDMVR形LPMPM形LPM直線步進電動機（LPM）