数控技术：第五章 直线电机

1、Date：2022/8/28Page：1第一节 概述 1.特点是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的装置；结构多样，可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种形式；可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作；不同种类具有截然不同的工作特点，可以根据需要选择。能满足高速、大推力的驱动要求，也能满足低速、精细的要求，如步进直线电动机。直线电机结构简单，它的初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封成整体，可以在某些特殊场合中应用，例如可在潮湿其至水中便用，可在高温或零下几百度的低温下使用。第五章 直线电机Date：2022/8/28Page：22.应用应用领域：军事领

2、域。利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；交通运输业。利用直线电机制成时速达500km以上的磁悬浮列车；工业领域。用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的机械设备中；精密仪器设备。例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等；民用装置。如门、窗、桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等。第五章 直线电机应用实例：直线电机驱动的X-Y工作台Date：2022/8/28Page：3U型直线电机Date：2022/8/28Page：4直线电机平台Date：2022/8/28Page：5扁平型直线电机Date：2022/8/28P

3、age：6Date：2022/8/28Page：7直线电机在机床上与拖板固定在一起的直线电机架在直线导轨上工作台直线导轨床身光栅直线电机初级直线电机次级Date：2022/8/28Page：8次级直线光栅初级直线导轨拖链托板抱闸Hall传感器盒(选件)直线电机组件冷却箱Date：2022/8/28Page：9对机械设计的基本要求 :- 尽量减轻移动部分质量 良好的基础 高固有频率，刚性的机床设计 整体结构有较高的阻尼系数光栅:光栅的安装要求更高（既是位置反馈又是速度反馈元件）直线电机的磁场: 通过机械设计和防护，保证铁屑不会 进入电机工作区域 微小的颗粒对直线电机不会影响很大max. 50 m

4、m次级部件 衬板有隔磁作用不会磁化机床Date：2022/8/28Page：10直线电机也有其不足：(1) 与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率因数要低，尤其在低速时比较明显。由于采用直线电机后可省去中间传动装置，因此，系统的效率有时还是比采用旋转电机高。(2)直线电机特別是直线感应电动机的起动推力受电源电压的影响较大，故需采取有关措施保证电源的稳定或改变电机 的有关特性来减少或消除这种影响。第五章 直线电机Date：2022/8/28Page：11第二节 直线电机的结构和原理1、扁平型结构第五章 直线电机Date：2022/8/28Page：12 直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的

5、一种演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线，由定了演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。第五章 直线电机Date：2022/8/28Page：13为保证初级和次级间的耦合，常用结构如下（多用短初级）单边型双边型Date：2022/8/28Page：14(1) 旋转电机的工作原理 图表示简单的两极旋转电机，线圈AX、BY, CZ为定子A、B、C三相绕组。当在其中通入三相对称正弦电流后，便在气隙中产生了一个磁场，这个磁场可看成沿气隙圆周成正弦分布。与A相电流达到最大值时，B和C相电流都为负的最大值的1/2，这时磁场波幅处在A相绕组轴线上，如a所示Date

6、：2022/8/28Page：15 经过t=2/(3)时间后，B相电流达到虽大值，这时C和A相都为负的最大值的1/2，而磁场波幅转到B相绕组轴线上，如图b所示。经过户4/(3)时间后，C相电流达到最大值时，A和B相电流都为负的最大值的1/2，磁场波幅又转到C相绕组轴线上，如图c。Date：2022/8/28Page：16 电流随吋间变化，磁场波幅就按A、B、C相序沿圆周旋转。电流变化一个周期，磁场转过一对极。这种磁场称为旋转磁场，它的旋转速度称为同步转速，用ns（r/min) 表示，它与电流的频率f(Hz)成正比，而与电机的极对数p成反比，如下式转子转速n总比同步转速ns要低，转速公式为Dat

7、e：2022/8/28Page：17(2) 直线电机的工作原理 直线电机三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的的分布情况与旋转电机的相似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动，这个磁场是平移的，称为行波磁场。行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为vs(m/S),称为同步速度Date：2022/8/28Page：18 次级导条在行波磁场切割下产生感应电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。次级移动速度用v表示，转差率用

8、s表示，则Date：2022/8/28Page：19 直线电机的次级大多采用整块金属板或复合金属板，因此并不存在明显的导条。在分析时，不妨把整块看成是无限多的导条并列安装。旋转电机通过对换任意两相的电源线，可以实现反向旋转。同样，直线电机对換任意两相的电源线后，运动方向也会反过来。Date：2022/8/28Page：20一台典型的单边扁平型短初级直线感应电动机的结构如图所示。图 单边扁平型短初级直线感应电动机 1次级铁心 2次级导电板 3三相绕组 4初级铁心 5支架 6固定用角铁 7绕组端部 8环氧树脂Date：2022/8/28Page：212、圆筒型（管型）结构 可以认为是将扁平 型直线

9、电机沿着和 直线运动相垂直的 方向卷接成筒形而 来的。如图所示。Date：2022/8/28Page：223、弧型和盘型结构弧型是将扁平型直线电机的初级沿运动方向改成弧型，并安放于圆柱形次级的柱面外侧。如图所示。Date：2022/8/28Page：23盘型结构是把次级做成一片圆盘，将初级放在次级圆盘靠近外缘的平面上，次级可以是双面的也可以是单面的。如图所示。 弧型和盘型直线电机的运动实际上是一个圆周运动，然而由于它们的运行原理和设计方法与扁平型直线电机相似，所以也归入直线电机范畴。Date：2022/8/28Page：24第三节 分类按结构型式分圆筒型直线电机外形如旋转电机的圆柱形直线电机，

10、需要时可做成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电机。圆盘型直线电机虽也做旋转运动，但与普通旋转电机相比有两个突出优点：力矩与旋转速度可以通过多台初级组合的方法或通过初级在圆盘上的径向位置来调节；无需通过齿轮减速箱就能得到较低的转速，电机噪声和振动很小。圆弧型直线电机也具有圆盘型的特点，两者的主要区别在于次级的形式和初级对次级的驱动点有所不同。长初级短初级短初级单边型双边型扁平型圆盘型圆弧型圆筒型Date：2022/8/28Page：25按功能用途分按工作原理分每种旋转电机都有与之相对应的直线电机。按工作原理可以分两大方面：直线电动机和直线驱动器。具体分类见图。种类衡量指标应用力电机推力/功率比

11、阀门开闭，门窗移动，机械手操作，推车等功电机效率、功率因数高速磁悬浮列车，高速运行的输送线能电机能效率（输出动能/电源提供的电能）导弹、鱼雷的发射，飞机的起飞，冲击、碰撞等试验机的驱动Date：2022/8/28Page：26直线电动机直线驱动器交流直线感应电动机（LIM）交流直线同步电动机（LSM）电磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可变阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超导体（SC）LSM直线直流电动机（LDM）电磁式LDM永磁式LDM无刷LDMVR形LPMPM形LPM直线步进电动机（LPM）混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（LES）直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（LUM）直线发电机（LG）Date：2022/8/28Page：27第四节 直线电机的参数1、代号 部颁标准JB/T 7823-95三相直线异步电动机 标准中将直线电机的名称代号用“XY”表示，X（直线）Y（异步）材料中Fe为钢次级，Cu铜复合次级，Al铝复合次级Date：2022/8/28Page：282、基本参数(1) 额定频率为50Hz，额定电压为380V,初级绕组为Y 联结。(2)直线电机额定推力分别为10，20，30，50，100，2