直線電動(dòng)機(jī)解讀

直流電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，因此可使系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)潔、運(yùn)行牢靠、精度和效率高。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用格外廣泛。理可分為直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)、直線同步電動(dòng)機(jī)、直線步迸電動(dòng)機(jī)等。按構(gòu)造形式可分為扇平型、圓筒型〔或管型〕4一、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)〔一〕、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要類型和根本構(gòu)造31.扁平型線，即可得到扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，9-1稱為一次側(cè)，由轉(zhuǎn)子演化而來的一側(cè)稱為二次側(cè)。9-1b一次側(cè)和二次側(cè)長度是相等的。由于運(yùn)行時(shí)一次側(cè)和二次側(cè)之間要作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為了保證在所需的行程范圍內(nèi)，一次側(cè)和二次側(cè)之間的電磁耦合始終不變，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必需把一次側(cè)和二次二次側(cè)短，也可以是一次側(cè)短，二次側(cè)長。前者稱為長一次側(cè)，后都稱短一次側(cè)，如圖9-2比較簡(jiǎn)潔，制造本錢和運(yùn)行費(fèi)用均比較低，故除特別場(chǎng)合外，一般均承受短一次側(cè)。9-2是在—次側(cè)和二次側(cè)之間存在較大的法向吸力，這在大多數(shù)場(chǎng)合下是不期望發(fā)生的。假設(shè)在二次側(cè)的兩邊都裝上一次9-3扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的—次側(cè)鐵心由硅鋼片疊成，與二次側(cè)相對(duì)的一面開有槽，槽中放置繞組。繞組可以是單相、兩相、三相或多相的。二次側(cè)有兩種構(gòu)造類型：一種是柵型構(gòu)造，鐵心上開槽，槽中放置導(dǎo)條；并用端部導(dǎo)條連接全部槽中導(dǎo)條；另一種是實(shí)心構(gòu)造，承受整塊均勻的金屬材料，可分為非磁性二次側(cè)和鋼二次側(cè)。非磁性二次側(cè)的導(dǎo)電性能好，一般為銅或鋁。管型〕：2a9-4的運(yùn)動(dòng)體可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè)。；圓盤型9-5外形，能繞通過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)：將一次側(cè)放在二次側(cè)圓盤靠外邊緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但其運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，故仍屬直線電動(dòng)機(jī)范疇。與一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1〕轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多臺(tái)一次側(cè)組合或者通過一次側(cè)在圓盤上的徑向位置來調(diào)整。2〕無需經(jīng)過齒輪減速箱就能得到較低的轉(zhuǎn)速，因而電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲很小。〔二〕、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的根本工作原理直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演化而來。當(dāng)一次側(cè)的三相〔或多相〕繞組通入對(duì)稱正弦溝通電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣著直線方向按正弦規(guī)律分布。但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，稱為行波磁場(chǎng)，如圖9-6場(chǎng)的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓外表上的線速度是一樣的。行波磁場(chǎng)移動(dòng)的速度稱為同步速度，即式中D-旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定手內(nèi)圓周的直徑；Γ-極距，Γ=πD/2pp-極對(duì)數(shù)f1行波磁場(chǎng)切割二次側(cè)導(dǎo)條，將在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。假設(shè)一次側(cè)固定不動(dòng)，則二次側(cè)便在這個(gè)電磁力的作用下，順著行波磁場(chǎng)的移動(dòng)方向作直線運(yùn)動(dòng)。假設(shè)二次側(cè)移動(dòng)的速度用vs表示，則有在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，S01二次側(cè)的移動(dòng)速度為〔三〕、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性9-7差率特性和旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)差率特性。旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般消滅在較低的轉(zhuǎn)差處，而直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大推力則發(fā)生在高轉(zhuǎn)差s=19-8推力可由下式求得:1.縱向邊緣效應(yīng)由于直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次側(cè)鐵心是長直的，兩端開斷形各相之間的互感不相等。即使一次側(cè)繞組的供電溝通電壓對(duì)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)縱向邊緣效應(yīng)。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)二次側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，還存在另一種邊緣效應(yīng)，稱為動(dòng)態(tài)縱向邊緣效應(yīng)，如圖9-9有一閉合回路，當(dāng)它從位置S1s2電流反過來要影響磁場(chǎng)的分布，這種效應(yīng)稱為入口端邊緣效應(yīng)。當(dāng)閉合回路從位置s4移動(dòng)到位置s5磁場(chǎng)變化，這種效應(yīng)稱為出口邊緣效應(yīng)。這種邊緣效應(yīng)同樣會(huì)產(chǎn)生附加損耗和附加力。縱向邊緣效應(yīng)都將增加附加損耗，減小直線電動(dòng)機(jī)的有效輸出，影響直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。如何改善縱向邊緣效應(yīng)對(duì)直線電動(dòng)機(jī)的影響，是目前正在爭(zhēng)論的課題之一。2.橫向邊緣效應(yīng)渦流外形的感應(yīng)電流。該電流對(duì)氣隙磁場(chǎng)沿橫向分布的影響，稱為直線電動(dòng)機(jī)的橫向邊緣效應(yīng)。圖9-10aLIx和橫向重量Iz幅值，而不轉(zhuǎn)變它的分布外形；電流的縱向重量對(duì)空載氣隙磁場(chǎng)有去磁作用，而且在電流分布越密集的地方去磁作910b〕明顯不同。橫向邊緣效應(yīng)的存在，使直線電動(dòng)機(jī)的平均氣隙磁通密度降低，電動(dòng)機(jī)的輸出功率減小。同時(shí)，二次側(cè)導(dǎo)電板的損耗增大，與二次側(cè)導(dǎo)電板橫向伸出一次側(cè)鐵心的長CΓ向邊緣效應(yīng)越小?？梢娨淮蝹?cè)和二次側(cè)相等寬度的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的橫向邊緣效應(yīng)要大—些。二、直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)通常做成圓筒型。它的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)潔，運(yùn)行效率高，掌握較便利、敏捷并且和閉環(huán)掌握系統(tǒng)結(jié)合可周密掌握其位移、速度和加速度，掌握范圍廣，調(diào)速平滑性好。它的缺點(diǎn)是：存在帶繞組的電樞和電刷。直線直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用格外廣泛，如在工業(yè)檢測(cè)、自動(dòng)掌握、信息系統(tǒng)以及其他技術(shù)領(lǐng)域中都有應(yīng)用。掌握儀器、儀表；后者多用于驅(qū)動(dòng)功率較大的場(chǎng)合?！惨弧秤来攀街本€直流電動(dòng)機(jī)9-11只要電磁力大于滑軌上的靜摩擦阻力，繞組就沿著滑軌作直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的方向由左手定則確定。轉(zhuǎn)變繞組中直流電流的大小和方向，即可轉(zhuǎn)變電磁力的大小和方向。電磁力的大小為線直流電動(dòng)機(jī)還有其他的有用構(gòu)造。按構(gòu)造特性可分為兩類，第一類是帶有平面矩形磁9-12所示。它的構(gòu)造簡(jiǎn)潔，但繞組總體沒有得到充漏磁通大，即磁鐵未得到充分利用。其次類是帶有環(huán)形磁鐵的動(dòng)圈型直線永磁式直流電動(dòng)9-13繞組的有效長度能得到充分利用。9-14示，在一個(gè)軟鐵框架上套有繞組，該繞組的長度要包括整個(gè)行程。為了降低電能的消耗，利用安裝在磁極上的電刷把電流引入繞組中。這樣，當(dāng)磁鐵移動(dòng)時(shí)，電刷跟著滑動(dòng)，只讓繞組的工作局部通電，其余不工作的局部沒有電流流過。由于電刷的存在，降低了運(yùn)行的牢靠性和壽命，另外由于電樞較長，電樞繞組用銅量較太大。其優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)行程可做得很長，還可做成無接觸式直線直流電動(dòng)機(jī)。〔二〕、電磁式直線直流電動(dòng)機(jī)任一種永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)，只要把永久磁鐵改成電磁鐵，就成為電磁式直線直流電動(dòng)機(jī),它同樣也有動(dòng)圈型9-15通電導(dǎo)體相互作用產(chǎn)生電磁力，抑制滑軌上的靜摩擦力，移動(dòng)繞組便作直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)于動(dòng)圈型直線直線電動(dòng)機(jī)，電磁式的本錢要比永進(jìn)式低。這是由于永磁所用的永磁材料在整個(gè)行程上都存在，而電磁式只用一般材料的勵(lì)磁繞組即可；永磁材料質(zhì)硬，機(jī)械加工費(fèi)用大；電磁式可通過串、并聯(lián)勵(lì)磁繞組和附加補(bǔ)償繞組等方式改善電動(dòng)機(jī)的性能，敏捷性較強(qiáng)。但電磁式比永磁式多了一項(xiàng)勵(lì)磁損耗。9-16電時(shí)，便產(chǎn)生磁通，徑向穿過氣隙和電樞繞組，在鐵心中由徑向過度到軸向，形成閉合回路，如圖9-16。徑向氣隙磁場(chǎng)與通電的電樞繞組相互作用產(chǎn)生軸向電磁力，推動(dòng)磁扱作直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這種電動(dòng)機(jī)用于短行程和低電流只在電樞繞組的工作段流過。三、直線和平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于有很多優(yōu)點(diǎn)，已成為除直流伺服電動(dòng)機(jī)和溝通伺服電動(dòng)機(jī)外的第三大類執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。但在很多自動(dòng)裝置中，要求某些機(jī)構(gòu)能夠快速地作直線或平面運(yùn)動(dòng)，而且要保證準(zhǔn)確的定位，在這種狀況下，使用直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最適宜。一、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電磁推力產(chǎn)生的原理可分為反響式和混合式兩種。１.反響式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖９-１７所示為一臺(tái)三相反響式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造原理。它的定子和動(dòng)子鐵心都由硅鋼片疊成，定子上、工外表都有均勻的齒，動(dòng)子極上裝有三相掌握繞組，每個(gè)極面也有均勻的齒，動(dòng)子與定子的齒距一樣：反響式電動(dòng)機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)完全一樣，當(dāng)某一相控費(fèi)繞使磁路的磁阻最小，相鄰的相的動(dòng)子齒軸1/3通電挨次改為A-C-B-A1/2。２.混合式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)場(chǎng)的大小有關(guān)。當(dāng)各相掌握繞組中的電流按某一規(guī)律變化時(shí)，使各極下磁場(chǎng)位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)推力，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子在某個(gè)方向上產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng):圖９-１８所示為混合式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理。它的定子和反響式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一樣。動(dòng)子由一塊永久磁鐵和兩個(gè)“π”型電磁鐵組成，其上面裝有AB1234ｔ的〔Ｋ1/2〕倍，其中Ｋ１ １取正整數(shù)。圖9-18，Ｋ１＝１，即磁極12341.51〔或3〕2〔或磁極4〕23ｔ的〔Ｋ±1/4〕9-18＝２，即磁極232 2 2Φ

是永久磁鐵的總磁通〕，ｍ ｍ9-18ａ中的虛線所示。此時(shí)動(dòng)子上沒有水平推力，動(dòng)子可以穩(wěn)定在任何隨機(jī)位置上。^當(dāng)A9-18ａ中的實(shí)線所示。這時(shí)在磁極1Ａ21234111‘對(duì)齊9-18c1/4當(dāng)BAI

，其方向如圖9-18d21A223‘918139181/40同理，ABI

1/43B9-18e

依次類推，這種狀況如兩相單四拍運(yùn)行方式，經(jīng)過四拍，動(dòng)子沿水平方向右移動(dòng)了一個(gè)0定子齒距。假設(shè)要使動(dòng)子沿水平方向向左移動(dòng)，只需將以上4在實(shí)際使用中，為減小步距，減弱振動(dòng)和噪聲，可承受類似細(xì)分電路的電源供電，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)微步距移動(dòng)。也A相和BAB振動(dòng)和噪聲也很小。〔二〕、平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是由兩臺(tái)動(dòng)子成正交排列的直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。定子制成平XY子齒排成方格形。兩個(gè)正交排列的動(dòng)子安9-19中一臺(tái)動(dòng)子沿著XYXY能定位在平面的任何一點(diǎn)上。在實(shí)際使用時(shí)，還需在編制掌握程序時(shí)承受適當(dāng)?shù)拇胧┦箘?dòng)子能夠加速或制動(dòng)。另外，平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以承受氣墊裝置，將動(dòng)子支承起來，使它不與定子間相互摩擦，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。一、高速列車^利用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速列車--磁懸浮列車是40/h優(yōu)點(diǎn)是速度快、舒適、安全、節(jié)能等。磁懸浮列車按其機(jī)理可分兩類：1.常導(dǎo)吸浮型9-20機(jī)的組成。它的時(shí)速可設(shè)計(jì)為幾百公里/小時(shí)，磁懸10mm二次側(cè)，同時(shí)在車上還裝有懸浮電磁鐵,產(chǎn)生電磁吸是以車上的磁體與鐵磁軌道之間產(chǎn)生的吸引力為基礎(chǔ)，通過閉環(huán)掌握系統(tǒng)調(diào)整電壓和頻率來掌握車速，通過掌握磁場(chǎng)作用力來轉(zhuǎn)變推力的方向，使磁懸浮列車實(shí)現(xiàn)非接觸的制動(dòng)功能。此外它還裝有由導(dǎo)向線圈組成的導(dǎo)向裝置。2.超導(dǎo)斥浮型超導(dǎo)斥浮型是用低溫超導(dǎo)線圈，以同性磁極相斥的原理，使列車懸浮在軌道上，通常由感應(yīng)或同步直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)9-21將直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的二次側(cè)和懸浮線圈都裝在地面軌道內(nèi)。它是以裝在車上的磁體與軌道之間產(chǎn)生的錐斥力為根底的。電動(dòng)機(jī)只有速度不