直线电动机解读

直流电动机直线电动机不需要任何中间转换机构就能产生直线运动，驱动直线运动的生产机械，因此可使系统构造简洁、运行牢靠、精度和效率高。由于具有以上优点，直线电动机应用格外广泛。理可分为直线感应电动机、直线直流电动机、直线同步电动机、直线步迸电动机等。按构造形式可分为扇平型、圆筒型〔或管型〕4一、直线感应电动机〔一〕、直线感应电动机的主要类型和根本构造31.扁平型线，即可得到扁平型直线感应电动机，9-1称为一次侧，由转子演化而来的一侧称为二次侧。9-1b一次侧和二次侧长度是相等的。由于运行时一次侧和二次侧之间要作相对运动，为了保证在所需的行程范围内，一次侧和二次侧之间的电磁耦合始终不变，实际应用时，必需把一次侧和二次二次侧短，也可以是一次侧短，二次侧长。前者称为长一次侧，后都称短一次侧，如图9-2比较简洁，制造本钱和运行费用均比较低，故除特别场合外，一般均承受短一次侧。9-2是在—次侧和二次侧之间存在较大的法向吸力，这在大多数场合下是不期望发生的。假设在二次侧的两边都装上一次9-3扁平型直线感应电动机的—次侧铁心由硅钢片叠成，与二次侧相对的一面开有槽，槽中放置绕组。绕组可以是单相、两相、三相或多相的。二次侧有两种构造类型：一种是栅型构造，铁心上开槽，槽中放置导条；并用端部导条连接全部槽中导条；另一种是实心构造，承受整块均匀的金属材料，可分为非磁性二次侧和钢二次侧。非磁性二次侧的导电性能好，一般为铜或铝。管型〕：2a9-4的运动体可以是一次侧，也可以是二次侧。；圆盘型9-5外形，能绕通过圆心的轴自由转动：将一次侧放在二次侧圆盘靠外边缘的平面上，使圆盘受切向力作旋转运动。但其运行原理和设计方法与扁平型直线感应电动机一样，故仍属直线电动机范畴。与一般旋转电动机相比，它具有以下优点：1〕转矩与旋转速度可以通过多台一次侧组合或者通过一次侧在圆盘上的径向位置来调整。2〕无需经过齿轮减速箱就能得到较低的转速，因而电动机的振动和噪声很小。〔二〕、直线感应电动机的根本工作原理直线感应电动机是由旋转电动机演化而来。当一次侧的三相〔或多相〕绕组通入对称正弦沟通电流时，会产生气着直线方向按正弦规律分布。但它不是旋转而是沿着直线平移，称为行波磁场，如图9-6场的移动速度与旋转磁场在定子内圆外表上的线速度是一样的。行波磁场移动的速度称为同步速度，即式中D-旋转电动机定手内圆周的直径；Γ-极距，Γ=πD/2pp-极对数f1行波磁场切割二次侧导条，将在导条中产生感应电动势和电流，导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力。假设一次侧固定不动，则二次侧便在这个电磁力的作用下，顺着行波磁场的移动方向作直线运动。假设二次侧移动的速度用vs表示，则有在电动状态时，S01二次侧的移动速度为〔三〕、直线感应电动机的工作特性9-7差率特性和旋转感应电动机的转矩——转差率特性。旋转感应电动机的最大转矩一般消灭在较低的转差处，而直线感应电动机的最大推力则发生在高转差s=19-8推力可由下式求得:1.纵向边缘效应由于直线感应电动机的一次侧铁心是长直的，两端开断形各相之间的互感不相等。即使一次侧绕组的供电沟通电压对动机的静态纵向边缘效应。直线感应电动机二次侧运动时，还存在另一种边缘效应，称为动态纵向边缘效应，如图9-9有一闭合回路，当它从位置S1s2电流反过来要影响磁场的分布，这种效应称为入口端边缘效应。当闭合回路从位置s4移动到位置s5磁场变化，这种效应称为出口边缘效应。这种边缘效应同样会产生附加损耗和附加力。纵向边缘效应都将增加附加损耗，减小直线电动机的有效输出，影响直线电动机的运行特性。如何改善纵向边缘效应对直线电动机的影响，是目前正在争论的课题之一。2.横向边缘效应涡流外形的感应电流。该电流对气隙磁场沿横向分布的影响，称为直线电动机的横向边缘效应。图9-10aLIx和横向重量Iz幅值，而不转变它的分布外形；电流的纵向重量对空载气隙磁场有去磁作用，而且在电流分布越密集的地方去磁作910b〕明显不同。横向边缘效应的存在，使直线电动机的平均气隙磁通密度降低，电动机的输出功率减小。同时，二次侧导电板的损耗增大，与二次侧导电板横向伸出一次侧铁心的长CΓ向边缘效应越小。可见一次侧和二次侧相等宽度的直线感应电动机的横向边缘效应要大—些。二、直线直流电动机直线直流电动机通常做成圆筒型。它的优点是：构造简洁，运行效率高，掌握较便利、敏捷并且和闭环掌握系统结合可周密掌握其位移、速度和加速度，掌握范围广，调速平滑性好。它的缺点是：存在带绕组的电枢和电刷。直线直流电动机应用格外广泛，如在工业检测、自动掌握、信息系统以及其他技术领域中都有应用。掌握仪器、仪表；后者多用于驱动功率较大的场合。〔一〕永磁式直线直流电动机9-11只要电磁力大于滑轨上的静摩擦阻力，绕组就沿着滑轨作直线运动，运动的方向由左手定则确定。转变绕组中直流电流的大小和方向，即可转变电磁力的大小和方向。电磁力的大小为线直流电动机还有其他的有用构造。按构造特性可分为两类，第一类是带有平面矩形磁9-12所示。它的构造简洁，但绕组总体没有得到充漏磁通大，即磁铁未得到充分利用。其次类是带有环形磁铁的动圈型直线永磁式直流电动9-13绕组的有效长度能得到充分利用。9-14示，在一个软铁框架上套有绕组，该绕组的长度要包括整个行程。为了降低电能的消耗，利用安装在磁极上的电刷把电流引入绕组中。这样，当磁铁移动时，电刷跟着滑动，只让绕组的工作局部通电，其余不工作的局部没有电流流过。由于电刷的存在，降低了运行的牢靠性和寿命，另外由于电枢较长，电枢绕组用铜量较太大。其优点是电动机行程可做得很长，还可做成无接触式直线直流电动机。〔二〕、电磁式直线直流电动机任一种永磁式直线直流电动机，只要把永久磁铁改成电磁铁，就成为电磁式直线直流电动机,它同样也有动圈型9-15通电导体相互作用产生电磁力，抑制滑轨上的静摩擦力，移动绕组便作直线运动。对于动圈型直线直线电动机，电磁式的本钱要比永进式低。这是由于永磁所用的永磁材料在整个行程上都存在，而电磁式只用一般材料的励磁绕组即可；永磁材料质硬，机械加工费用大；电磁式可通过串、并联励磁绕组和附加补偿绕组等方式改善电动机的性能，敏捷性较强。但电磁式比永磁式多了一项励磁损耗。9-16电时，便产生磁通，径向穿过气隙和电枢绕组，在铁心中由径向过度到轴向，形成闭合回路，如图9-16。径向气隙磁场与通电的电枢绕组相互作用产生轴向电磁力，推动磁扱作直线运动。当这种电动机用于短行程和低电流只在电枢绕组的工作段流过。三、直线和平面步进电动机旋转式步进电动机由于有很多优点，已成为除直流伺服电动机和沟通伺服电动机外的第三大类执行电动机。但在很多自动装置中，要求某些机构能够快速地作直线或平面运动，而且要保证准确的定位，在这种状况下，使用直线步进电动机或平面步进电动机最适宜。一、直线步进电动机电磁推力产生的原理可分为反响式和混合式两种。１.反响式直线步进电动机图９-１７所示为一台三相反响式直线步进电动机的构造原理。它的定子和动子铁心都由硅钢片叠成，定子上、工外表都有均匀的齿，动子极上装有三相掌握绕组，每个极面也有均匀的齿，动子与定子的齿距一样：反响式电动机的工作原理与旋转式电动机完全一样，当某一相控费绕使磁路的磁阻最小，相邻的相的动子齿轴1/3通电挨次改为A-C-B-A1/2。２.混合式直线步进电动机场的大小有关。当各相掌握绕组中的电流按某一规律变化时，使各极下磁场位置发生变化，从而产生磁场推力，使步进电动机的动子在某个方向上产生直线运动:图９-１８所示为混合式直线步进电动机的构造和工作原理。它的定子和反响式直线步进电动机一样。动子由一块永久磁铁和两个“π”型电磁铁组成，其上面装有AB1234ｔ的〔Ｋ1/2〕倍，其中Ｋ１ １取正整数。图9-18，Ｋ１＝１，即磁极12341.51〔或3〕2〔或磁极4〕23ｔ的〔Ｋ±1/4〕9-18＝２，即磁极232 2 2Φ

是永久磁铁的总磁通〕，ｍ ｍ9-18ａ中的虚线所示。此时动子上没有水平推力，动子可以稳定在任何随机位置上。^当A9-18ａ中的实线所示。这时在磁极1Ａ21234111‘对齐9-18c1/4当BAI

，其方向如图9-18d21A223‘918139181/40同理，ABI

1/43B9-18e

依次类推，这种状况如两相单四拍运行方式，经过四拍，动子沿水平方向右移动了一个0定子齿距。假设要使动子沿水平方向向左移动，只需将以上4在实际使用中，为减小步距，减弱振动和噪声，可承受类似细分电路的电源供电，使电动机实现微步距移动。也A相和BAB振动和噪声也很小。〔二〕、平面步进电动机平面步进电动机是由两台动子成正交排列的直线步进电动机构成。定子制成平XY子齿排成方格形。两个正交排列的动子安9-19中一台动子沿着XYXY能定位在平面的任何一点上。在实际使用时，还需在编制掌握程序时承受适当的措施使动子能够加速或制动。另外，平面步进电动机还可以承受气垫装置，将动子支承起来，使它不与定子间相互摩擦，实现快速移动。领域得到广泛的应用。一、高速列车^利用直线电动机驱动的高速列车--磁悬浮列车是40/h优点是速度快、舒适、安全、节能等。磁悬浮列车按其机理可分两类：1.常导吸浮型9-20机的组成。它的时速可设计为几百公里/小时，磁悬10mm二次侧，同时在车上还装有悬浮电磁铁,产生电磁吸是以车上的磁体与铁磁轨道之间产生的吸引力为基础，通过闭环掌握系统调整电压和频率来掌握车速，通过掌握磁场作用力来转变推力的方向，使磁悬浮列车实现非接触的制动功能。此外它还装有由导向线圈组成的导向装置。2.超导斥浮型超导斥浮型是用低温超导线圈，以同性磁极相斥的原理，使列车悬浮在轨道上，通常由感应或同步直线电动机驱9-21将直线感应电动机的二次侧和悬浮线圈都装在地面轨道内。它是以装在车上的磁体与轨道之间产生的锥斥力为根底的。电动机只有速度不