1、第5部分直線電動機基礎(chǔ),一、特點及應用 二、基本結(jié)構(gòu)與工作原理 三、分類及優(yōu)、缺點,一、特點及應用,1.特點 是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的裝置； 結(jié)構(gòu)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(qū)動要求，也能滿足低速、精細的要求，如步進直線電動機。,2.應用 應用領(lǐng)域： 軍事領(lǐng)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(lǐng)域。用于生產(chǎn)

2、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(qū)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。,應用實例： 直線電機驅(qū)動的X-Y工作臺,圖1 使用直線直流電動機的X-Y工作臺,二、基本結(jié)構(gòu)與工作原理,1.基本結(jié)構(gòu) （1）扁平型結(jié)構(gòu),圖2 旋轉(zhuǎn)電動機和扁平型直線電動機示意圖,扁平型直線電機可以認為是旋轉(zhuǎn)電機在結(jié)構(gòu)方面的一種演變，它可看作是將一臺旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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

3、線,定子演變來的一側(cè)稱為初級，轉(zhuǎn)子演變來的一側(cè)稱為次級。 由旋轉(zhuǎn)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(nèi)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

4、型結(jié)構(gòu)，以抵消法向吸力。,圖4 單邊型直線電機 a)短初級 b)短次級,圖5 雙邊型直線電機 a)短初級 b)短次級,1.基本結(jié)構(gòu) 一臺典型的單邊扁平型短初級直線感應電動機的結(jié)構(gòu)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,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(jié)構(gòu),圖7 圓筒型直線電機的演變過程,（3）弧型和盤型結(jié)構(gòu) 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(cè)。如圖7所示。,圖7 弧型直線電動

5、機,盤型結(jié)構(gòu)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,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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。,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(zhuǎn)電機的相似。差異是：這個磁

6、場平移，而不是旋轉(zhuǎn)，因此稱為行波磁場。 行波磁場的移動速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)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,N,S,v,S,S,N,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?？煽闯蔁o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(nèi)電流的分布情況。,圖10 次級導體板中的電流,S,S,F,F,v,次級的兩種結(jié)構(gòu)類型：柵型結(jié)構(gòu)和實心結(jié)構(gòu)。 柵型結(jié)構(gòu)（

7、圖4），相當于旋轉(zhuǎn)電動機的籠型結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(nèi)導條,圖4 柵型結(jié)構(gòu)次級,旋轉(zhuǎn)電機通過對換任意兩相的電源線，可以實現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)。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。,三、分類,1.分類 按結(jié)構(gòu)型式分 圓筒型直線電機外形如旋轉(zhuǎn)電機的圓柱形直線電機，需要時可做成既有旋轉(zhuǎn)運動又有直線運動的旋轉(zhuǎn)直線電機。 圓盤型直線電機雖也做旋轉(zhuǎn)運動，但與普通旋轉(zhuǎn)電機相比有兩個突出優(yōu)點：力矩與旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)；無需通過齒輪減速箱就能得到較低的轉(zhuǎn)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