直線電機的分類課件

三.分類

按結構形式分類扁平型長初級短初級單邊型雙邊型短初級圓盤型圓弧型圓弧型

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(diào)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。三.分類

按結構形式分類單邊型短初級圓盤型圓筒型直線電機1按功能用途分類種類衡量指標應用力電機推力/功率比閥門開閉，門窗移動，機械手操作，推車等功電機效率、功率因數(shù)高速磁懸浮列車，高速運行的輸送線能電機能效率（輸出動能/電源提供的電能）導彈、魚雷的發(fā)射，飛機的起飛，沖擊、碰撞等試驗機的驅動按工作原理分類原則上對于每一種旋轉電機都有其相應的直線電機按照工作原理來區(qū)分可以分兩大方面：直線電動機和直線驅動器。具體分類見圖1。按功能用途分類種類衡量指標應用力電機推力/功率比閥門開閉2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）混合式直線電動機（LHM）直線振蕩電動機（LOM）直線電磁螺線管電動機（LES）直線電磁泵（LEP）直線超聲波電動機（LUM）直線發(fā)電機（LG）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31.直線感應電動機1.1主要類型和結構

直線感應電機主要有兩種型式，即平板型和管型。平板型電機可以看作是由普通的旋轉感應(異步)電動機直接演變而來的。圖1-1(a)表示一臺旋轉的感應電動機，設想將它沿徑向剖開，并將定、轉子圓周展成直線，如圖1-1(b)，這就得到了最簡單的平板型直線感應電機。

圖1-1直線電機的形成(a)旋轉電機；(b)直線電機1.直線感應電動機1.1主要類型和結構圖1-1直線41.1.1初級和次級由定子演變而來的一側稱作初級，初級鐵心也是由硅鋼片疊成的，—面開有槽，三相(或單相)繞組嵌置于槽內(nèi)。

1)扁平式初級結構

2)圓筒式初級:一般由用硅鋼加工成具有凹槽的圓環(huán)組成，裝配時四周用螺栓拉緊1.1.1初級和次級2)圓筒式初級:一般由用硅鋼加工成具有5由轉子演變而來的一側稱作次級。1）扁平型直線電機柵型次級：一般是在鋼板上開槽，在槽中嵌入銅條(或鑄鋁)，然后用銅帶在兩端短接而成。鋼次級或磁性次級：鋼既起導磁作用，又起導電作用.由于鋼的電阻率較大，故鋼次級直線電機的電磁性能較差，且法向吸力也大(約為推力的10倍左右)。復合次級：鋼板上復合一層銅板(或鋁板)。銅(鋁)次級或非磁性次級:用于雙邊型直線電機中由轉子演變而來的一側稱作次級。1）扁平型直線電機柵型62）圓筒型直線電機圓筒式直線電機，次級一般是厚壁鋼管，為了提高單位體積所產(chǎn)生的起動推力，可以在鋼管外圓覆蓋一層1~2mm厚的銅管或鋁管，成為復合次級，或者在鋼管上嵌置銅環(huán)或澆鑄鋁環(huán)，成為類似于籠型的次級。嵌置銅環(huán)或鋁環(huán)的圓筒式次級直線電機的運動方式可以是固定初級，讓次級運動，此稱為動次級；相反，也可以固定次級而讓初級運動，則稱為動初級。2）圓筒型直線電機圓筒式直線電機，次級一般是厚71.1.2氣隙直線電機的氣隙相對于旋轉電機的氣隙要大得多，主要是為了保證在長距離運動中，初級與次級之間不致摩擦。復合次級和銅(鋁)次級：因為銅或鋁均屬非磁性材料，其導磁性能和空氣相同，故：電磁氣隙=機械氣隙(單純的空氣隙)+銅板或鋁板厚度直線感應電動機的缺點：氣隙大，功率因數(shù)低1.1.2氣隙直線電機的氣隙相對于旋轉電機的氣隙要大81-3行波磁場1.2直線感應電動機的基本原理直線電機是由旋轉電機演變而來的，因而當初級的多相繞組中通入多相電流后，也會產(chǎn)生一個氣隙基波磁場，但是這個磁場的磁通密度波B是直線移動的，故稱為行波磁場。行波的移動速度與旋轉磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，即為，稱為同步速度。τ為極距，f為電源頻率1-3行波磁場1.2直線感應電動機的基本原理9

在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，便產(chǎn)生切向電磁力。如果初級是固定不動的，那末次級就順著行波磁場運動的方向作直線運動。若次級移動的速度用v表示，則滑差率次級移動速度此式表明改變極距或電源頻率都可改變直線感應電機的速度。與旋轉電機一樣，改變直線電機初級繞組的通電相序，可改變電機運動的方向，因而可使直線電機作往復直線運動。在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，101-4管型直線感應電機的形成(a)平板型；(b)管型1-5直線感應電機的線圈(a)菱形；(b)餅式1-6兩相管型直線感應電動機1-4管型直線感應電機的形成1-5直線感應電機的線圈1-6兩112.直線直流電機根據(jù)磁動勢（或磁通）源的不同，直線直流電動機可分為永磁式和電磁式兩大類。永磁式是采用永久磁鐵作磁通源，而電磁式是用直流電流來激勵的。永磁式直線直流電動機容易達到無刷無接觸運行。但永磁材料由于質硬，很難進行機械加工，因而一般來說永磁式電動機的制造成本比電磁式高。而電磁式比永磁式多了一項激磁損耗。直線直流電動機的基本結構分類如圖5-2所示。2.直線直流電機122.1永磁式直線直流電動機圖(c)所示結構是采用永久磁鐵移動的型式。在一個軟鐵框架上套有線圈，該線圈的長度要包括整個行程。顯然，當這種結構形式的線圈流過電流時，不工作的部分要白白消耗能量。為了降低電能的消耗，可將線圈外表面進行加工使銅裸露出來，通過安裝在磁極上的電刷把電流饋入線圈中(如圖中虛線所示)。這樣，當磁極移動時，電刷跟著滑動，可只讓線圈的工作部分通電。但由于電刷存在磨損，故降低了可靠性和壽命。

永磁式直線直流電動機可做成動線圈型（簡稱動圈型）如圖(c)所示；也可做成動磁鐵型（簡稱動鐵型）如圖（b）所示。2.1永磁式直線直流電動機圖(c)所示結構13圖(b)所示的結構是在軟鐵架兩端裝有極性同向放置的兩塊永久磁鐵，通電線圈可在滑道上作直線運動這種結構具有體積小，成本低和效率高等優(yōu)點。動圈型動鐵型需要一個固定的長電樞，電樞繞組用銅量大，結構復雜；移動系統(tǒng)重量也較大，慣性大，消耗功率多。優(yōu)點是電機行程可做得很長，又可做成無接觸式直線直流電動機。目前，實際生產(chǎn)中動圈型用得很多。圖(b)所示的結構是在軟鐵架兩端裝有極性同向放置的兩塊永久磁142.2電磁式直線直流電動機任何一種永磁式直線直流電動機都可改為電磁式直線直流電動機，這只要把永久磁鐵改換成相應的電磁鐵就可以了。5-6所示的電磁式動圈型直線直流電動機。對于動圈型直線直流電動機，電磁式的成本要比永磁式低得多，這是因為：

1.永磁式動圈型直線直流電動機需要在電機整個行程上鋪上一層價格昂貴的永磁鐵，電磁式只需要使用一般材料的激磁線圈通以直流電就可產(chǎn)生所需要的磁動勢。

2.永磁材料質硬，機械加工困難，加工費用大。

3.電磁式可通過串、并聯(lián)激磁繞組和附加補償繞組等方法使電機性能得到改善，而永磁式就缺少這種靈活性。2.2電磁式直線直流電動機任何一種永磁式直線直流電動15電磁式動極型（或動鐵式）直線直流電動機大多做成多極式，如圖5-7所示。電樞繞組是一個環(huán)繞在鐵心上的單層線圈。在線圈外表面的某一側面用機械加工的方法去掉銅線上的漆膜，使銅線這個側面裸露出來，形成直線直流電動機的“整流子”。電刷安裝在動極上隨動極運動。電刷在剝出漆皮的電樞線圈表面上滑動就相當于電刷在換向器上移動，以保證在某極下的電樞繞組的電流方向在運動過程中始終不變，從而保證電樞始終受到一定方向的電磁推力。電磁式動極型（或動鐵式）16

電樞的等效電路如圖5-7b所示，其并聯(lián)支路數(shù)a=p（極對數(shù)）。可見極對數(shù)越多，電樞的等效電路的并聯(lián)支路數(shù)越多，等效電阻越小，相同額定電壓時的電樞容量就越多。

實踐證明，多極低壓大電流型結構在工業(yè)上比較實用。

電樞的等效電路如圖5-7b所示，其并聯(lián)支路數(shù)a=p（極對17三.分類

按結構形式分類扁平型長初級短初級單邊型雙邊型短初級圓盤型圓弧型圓弧型

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(diào)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。三.分類

按結構形式分類單邊型短初級圓盤型圓筒型直線電機18按功能用途分類種類衡量指標應用力電機推力/功率比閥門開閉，門窗移動，機械手操作，推車等功電機效率、功率因數(shù)高速磁懸浮列車，高速運行的輸送線能電機能效率（輸出動能/電源提供的電能）導彈、魚雷的發(fā)射，飛機的起飛，沖擊、碰撞等試驗機的驅動按工作原理分類原則上對于每一種旋轉電機都有其相應的直線電機按照工作原理來區(qū)分可以分兩大方面：直線電動機和直線驅動器。具體分類見圖1。按功能用途分類種類衡量指標應用力電機推力/功率比閥門開閉19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）混合式直線電動機（LHM）直線振蕩電動機（LOM）直線電磁螺線管電動機（LES）直線電磁泵（LEP）直線超聲波電動機（LUM）直線發(fā)電機（LG）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201.直線感應電動機1.1主要類型和結構

直線感應電機主要有兩種型式，即平板型和管型。平板型電機可以看作是由普通的旋轉感應(異步)電動機直接演變而來的。圖1-1(a)表示一臺旋轉的感應電動機，設想將它沿徑向剖開，并將定、轉子圓周展成直線，如圖1-1(b)，這就得到了最簡單的平板型直線感應電機。

圖1-1直線電機的形成(a)旋轉電機；(b)直線電機1.直線感應電動機1.1主要類型和結構圖1-1直線211.1.1初級和次級由定子演變而來的一側稱作初級，初級鐵心也是由硅鋼片疊成的，—面開有槽，三相(或單相)繞組嵌置于槽內(nèi)。

1)扁平式初級結構

2)圓筒式初級:一般由用硅鋼加工成具有凹槽的圓環(huán)組成，裝配時四周用螺栓拉緊1.1.1初級和次級2)圓筒式初級:一般由用硅鋼加工成具有22由轉子演變而來的一側稱作次級。1）扁平型直線電機柵型次級：一般是在鋼板上開槽，在槽中嵌入銅條(或鑄鋁)，然后用銅帶在兩端短接而成。鋼次級或磁性次級：鋼既起導磁作用，又起導電作用.由于鋼的電阻率較大，故鋼次級直線電機的電磁性能較差，且法向吸力也大(約為推力的10倍左右)。復合次級：鋼板上復合一層銅板(或鋁板)。銅(鋁)次級或非磁性次級:用于雙邊型直線電機中由轉子演變而來的一側稱作次級。1）扁平型直線電機柵型232）圓筒型直線電機圓筒式直線電機，次級一般是厚壁鋼管，為了提高單位體積所產(chǎn)生的起動推力，可以在鋼管外圓覆蓋一層1~2mm厚的銅管或鋁管，成為復合次級，或者在鋼管上嵌置銅環(huán)或澆鑄鋁環(huán)，成為類似于籠型的次級。嵌置銅環(huán)或鋁環(huán)的圓筒式次級直線電機的運動方式可以是固定初級，讓次級運動，此稱為動次級；相反，也可以固定次級而讓初級運動，則稱為動初級。2）圓筒型直線電機圓筒式直線電機，次級一般是厚241.1.2氣隙直線電機的氣隙相對于旋轉電機的氣隙要大得多，主要是為了保證在長距離運動中，初級與次級之間不致摩擦。復合次級和銅(鋁)次級：因為銅或鋁均屬非磁性材料，其導磁性能和空氣相同，故：電磁氣隙=機械氣隙(單純的空氣隙)+銅板或鋁板厚度直線感應電動機的缺點：氣隙大，功率因數(shù)低1.1.2氣隙直線電機的氣隙相對于旋轉電機的氣隙要大251-3行波磁場1.2直線感應電動機的基本原理直線電機是由旋轉電機演變而來的，因而當初級的多相繞組中通入多相電流后，也會產(chǎn)生一個氣隙基波磁場，但是這個磁場的磁通密度波B是直線移動的，故稱為行波磁場。行波的移動速度與旋轉磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，即為，稱為同步速度。τ為極距，f為電源頻率1-3行波磁場1.2直線感應電動機的基本原理26

在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，便產(chǎn)生切向電磁力。如果初級是固定不動的，那末次級就順著行波磁場運動的方向作直線運動。若次級移動的速度用v表示，則滑差率次級移動速度此式表明改變極距或電源頻率都可改變直線感應電機的速度。與旋轉電機一樣，改變直線電機初級繞組的通電相序，可改變電機運動的方向，因而可使直線電機作往復直線運動。在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，271-4管型直線感應電機的形成(a)平板型；(b)管型1-5直線感應電機的線圈(a)菱形；(b)餅式1-6兩相管型直線感應電動機1-4管型直線感應電機的形成1-5直線感應電機的線圈1-6兩282.直線直流電機根據(jù)磁動勢（或磁通）源的不同，直線直流電動機可分為永磁式和電磁式兩大類。永磁式是采用永久磁鐵作磁通源，而電磁式是用直流電流來激勵的。永磁式直線直流電動機容易達到無刷無接觸運行。但永磁材料由于質硬，很難進行機械加工，因而一般來說永磁式電動機的制造成本比電磁式高。而電磁式比永磁式多了一項激磁損耗。直線直流電動機的基本結構分類如圖5-2所示。2.直線直流電機292.1永磁式直線直流電動機圖(c)所示結構是采用永久磁鐵移動的型式。在一個軟鐵框架上套有線圈，該線圈的長度要包括整個行程。顯然，當這種結構形式的線圈流過電流時，不工作的部分要白白消耗能量。為了降低電能的消耗，可將線圈外表面進行加工使銅裸露出來，通過安裝在磁極上的電刷把電流饋入線圈中(如圖中虛線所示)。這樣，當磁極移動時，電刷跟著滑動，可只讓線圈的工作部分通電。但由于電刷存在磨損，故降低了可靠性和壽命。

永磁式直線直流電動機可做成動線圈型（簡稱動圈型）如圖(c)所示；也可做成動磁鐵型（簡稱動鐵型）如圖（b）所示。2.1永磁式直線直流電動機圖(c)所示結構30圖(b)所示的結構是在軟鐵架兩端裝有極性同向放置的兩塊永久磁鐵，通電線圈可在滑道上作直線運動這種結構具有體積小，成本低和效率高等優(yōu)點。動圈型動鐵型需要一個固定的長電樞，電樞繞組用銅量大，結構復雜；移動系統(tǒng)重量也較大，慣性大，消耗功率多。優(yōu)點是電機行程可做得很長，又可做成無接觸式