直線電機(jī)基礎(chǔ)

1、關(guān)于直線電機(jī)基礎(chǔ)第一張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、特點(diǎn)及應(yīng)用1.特點(diǎn)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)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(jìn)行工作；不同種類具有截然不同的工作特點(diǎn)，可以根據(jù)需要選擇。能滿足高速、大推力的驅(qū)動(dòng)要求，也能滿足低速、精細(xì)的要求，如步進(jìn)直線電動(dòng)機(jī)。第二張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域：軍事領(lǐng)域。利用直線電機(jī)制成各種電磁炮，并試圖將它用于導(dǎo)彈、火箭的發(fā)射；交通運(yùn)輸業(yè)。利用直線電機(jī)制成時(shí)速達(dá)500km以上的磁懸浮列車；工業(yè)領(lǐng)域。用于

2、生產(chǎn)輸送線，以及各種橫向或垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中；精密儀器設(shè)備。例如計(jì)算機(jī)的磁頭驅(qū)動(dòng)裝置、照相機(jī)的快門、自動(dòng)繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器、各種自動(dòng)化儀器設(shè)備等；民用裝置。如門、窗、桌、椅的移動(dòng)，門鎖、電動(dòng)窗簾的開、閉等。第三張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用實(shí)例：直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的X-Y工作臺(tái)圖1 使用直線直流電動(dòng)機(jī)的X-Y工作臺(tái)第四張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、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(dòng)機(jī)和扁平型直線電動(dòng)機(jī)示意圖第五張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 扁平型直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種演變，它可看作是將一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電

3、機(jī)沿徑向剖開，然后將電機(jī)的周圍展成直線。圖3 由感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變?yōu)楸馄叫椭本€電機(jī)的過程a)沿徑向剖開 b)把圓周展成直線第六張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月定子演變來的一側(cè)稱為初級(jí)，轉(zhuǎn)子演變來的一側(cè)稱為次級(jí)。由旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而來的最原始的直線電機(jī)初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度相等，運(yùn)行中初級(jí)與次級(jí)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(jí)與次級(jí)之間的耦合保持不變，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)與次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度。既可做成短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)型，也可做成長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)型。但短初級(jí)在制造成本上、運(yùn)行費(fèi)用上均比短次級(jí)低得多，因此目前除特殊場(chǎng)合外，一般采用短初級(jí)。演變而來的原始直線電機(jī)僅一邊安放初級(jí)，稱為單邊型直

4、線電機(jī)。單邊型電機(jī)的初級(jí)與次級(jí)之間存在著很大的法向吸力，在鋼次級(jí)時(shí)約為推力的10倍左右，大多數(shù)場(chǎng)合下，這個(gè)力是不希望存在的。因此在次級(jí)兩邊都裝上初級(jí)，做成雙邊型結(jié)構(gòu)，以抵消法向吸力。第七張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月圖4 單邊型直線電機(jī)a)短初級(jí) b)短次級(jí)第八張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月圖5 雙邊型直線電機(jī)a)短初級(jí) b)短次級(jí)第九張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1.基本結(jié)構(gòu)一臺(tái)典型的單邊扁平型短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖6 單邊扁平型短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1次級(jí)鐵心 2次級(jí)導(dǎo)電板 3三相繞組 4初級(jí)鐵心 5支架6固定用角鐵 7繞組端部 8環(huán)氧樹脂

5、第十張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 可以認(rèn)為是將扁平型直線電機(jī)沿著和直線運(yùn)動(dòng)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(jī)的演變過程第十一張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）弧型和盤型結(jié)構(gòu)弧型是將扁平型直線電機(jī)的初級(jí)沿運(yùn)動(dòng)方向改成弧型，并安放于圓柱形次級(jí)的柱面外側(cè)。如圖7所示。圖7 弧型直線電動(dòng)機(jī)第十二張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月盤型結(jié)構(gòu)是把次級(jí)做成一片圓盤，將初級(jí)放在次級(jí)圓盤靠近外緣的平面上，次級(jí)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(jī)第十三張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月弧型和盤型直線

6、電機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，然而由于它們的運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與扁平型直線電機(jī)相似，所以也歸入直線電機(jī)范疇。2.工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似。在直線電機(jī)的三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流后，也會(huì)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)不考慮由于鐵心兩端開斷而引起的縱向邊端效應(yīng)時(shí)，這個(gè)氣隙磁場(chǎng)的分布情況與旋轉(zhuǎn)電機(jī)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。第十四張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三相電流隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)將按A、B、C相序沿直線移動(dòng)。這個(gè)原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相似。差異是：這個(gè)磁場(chǎng)平移，而不是旋轉(zhuǎn)，因此稱為行波磁場(chǎng)。行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面上的線速度一樣。稱為同步速度 (m

7、/s)，且 ，為極距(m)， 為電流的頻率(Hz)。圖10直線電機(jī)基本工作原理行波磁場(chǎng)次級(jí)初級(jí)NSF力磁場(chǎng)電流BI運(yùn)動(dòng)力磁場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)右手定則反電動(dòng)勢(shì)E=vBLvSSN第十五張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月假定次級(jí)為柵形次級(jí)，次級(jí)導(dǎo)條在行波磁場(chǎng)切割下，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流。所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁推力。直線電機(jī)的次級(jí)大多采用整塊金屬板或復(fù)合金屬板，并不存在明顯導(dǎo)條?？煽闯蔁o限多導(dǎo)條并列安置進(jìn)行分析。圖10為假想導(dǎo)條中的感應(yīng)電流及金屬板內(nèi)電流的分布情況。圖10 次級(jí)導(dǎo)體板中的電流 假想導(dǎo)條中的感應(yīng)電流金屬板內(nèi)電流分布SSFFv第十六張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于202

8、2年6月次級(jí)的兩種結(jié)構(gòu)類型：柵型結(jié)構(gòu)和實(shí)心結(jié)構(gòu)。柵型結(jié)構(gòu)（圖4），相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的籠型結(jié)構(gòu)。次級(jí)鐵心上開槽，槽中放置導(dǎo)條，并在兩端用端部導(dǎo)條連接所有槽中導(dǎo)條。實(shí)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(jí)和鋼次級(jí)。從電動(dòng)機(jī)的性能來說，采用柵型結(jié)構(gòu)時(shí)，效率和功率因數(shù)最高，非磁性次級(jí)次之，鋼次級(jí)最差。從成本來說，相反。端部導(dǎo)條槽內(nèi)導(dǎo)條圖4 柵型結(jié)構(gòu)次級(jí)第十七張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過對(duì)換任意兩相的電源線，可以實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)。直線電機(jī)也可以通過同樣的方法實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一原理，可使直線電機(jī)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。第十八張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、分類1

9、.分類按結(jié)構(gòu)型式分圓筒型直線電機(jī)外形如旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱形直線電機(jī)，需要時(shí)可做成既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有直線運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)。圓盤型直線電機(jī)雖也做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多臺(tái)初級(jí)組合的方法或通過初級(jí)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(jī)噪聲和振動(dòng)很小。圓弧型直線電機(jī)也具有圓盤型的特點(diǎn)，兩者的主要區(qū)別在于次級(jí)的形式和初級(jí)對(duì)次級(jí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)有所不同。長(zhǎng)初級(jí)短初級(jí)短初級(jí)單邊型雙邊型扁平型圓盤型圓弧型圓筒型第十九張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按功能用途分按工作原理分每種旋轉(zhuǎn)電機(jī)都有與之相對(duì)應(yīng)的直線電機(jī)。按工作原理可以分兩大方面：直線電動(dòng)機(jī)和直線驅(qū)動(dòng)器。具體分類見圖11。第二十張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月直線電動(dòng)機(jī)直線驅(qū)動(dòng)器交流直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（LIM）交流直線同步電動(dòng)機(jī)（LSM）電磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可變阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超導(dǎo)體（SC）LSM直線直流電動(dòng)機(jī)（LDM）電磁式LDM永磁式LDM無刷LDMVR形LPMPM形LPM直線步進(jìn)電