直线电机简介

目录CONTENTS直线电机概述直线电机的分类直线电机的优点直线电机的应用01.02.03.04.第1页/共34页第一页，共35页。直线电机概述PART01第2页/共34页第二页，共35页。概述

直线电机是近年来国内外积极研究发展的新型电机之一。它是一种不需要中间转换装置，而能直接作直线运动的电动机械。过去，在各种工程技术中需要直线运动时，一般是用旋转电机通过曲柄连杆或蜗轮蜗杆等传动机构来获得的。但是，这种传动形式往往会带来结构复杂，重量重，体积大，啮合精度差且工作不可靠等缺点。第3页/共34页第三页，共35页。概述随着直线电机技术的出现和不断完善，用直线电机驱动一些直线运动装置和系统，可以不需要中间转换机构，通电后直接产生直线驱动力，从而使整个装置和系统的结构显得非常简单，运行可靠，性能更好，控制更方便。在许多场合，其装置和系统的成本比原来的机构更低，且在运行中有节能效果。目前在交通运输、机械工业和仪器仪表工业等领域中，直线电机已得到推广和应用。第4页/共34页第四页，共35页。直线电机的分类PART02第5页/共34页第五页，共35页。直线电机的分类直线感应电动机直线直流电动机直线自整角机直线步进电动机第6页/共34页第六页，共35页。直线感应电动机

直线感应电机主要有两种型式，即平板型和管型。平板型电机可以看作是由普通的旋转感应(异步)电动机直接演变而来的。图(a)表示一台旋转的感应电动机，设想将它沿径向剖开，并将定、转子圆周展成直线，如图(b)，这就得到了最简单的平板型直线感应电机。第7页/共34页第七页，共35页。初级和次级由定子演变而来的一侧称作初级，由转子演变而来的一侧称作次级。直线电机的运动方式可以是固定初级，让次级运动，此称为动次级；相反，也可以固定次级而让初级运动，则称为动初级。扁平式初级结构栅型次级结构第8页/共34页第八页，共35页。直线感应电动机根据初、次级间相对长度，可把平板型直线电机分成短初级和短次级两类。由于短初级结构比较简单，制造和运行成本较低，故一般常用短初级，只有在特殊情况下才采用短次级。平板型直线电动机(a)短初级

(b)短次级第9页/共34页第九页，共35页。直线感应电动机上图所示的平板型直线电机仅在次级的一边具有初级，这种结构型式称单边型。单边型除了产生切向力外，还会在初、次级间产生较大的法向力，这在某些应用中是不希望的。为了更充分地利用次级和消除法向力，可以在次级的两侧都装上初级。这种结构型式称为双边型。双边型直线电机第10页/共34页第十页，共35页。除了上述的平板型直线感应电机外，还有管型直线感应电动机。如果将图(a)所示的平板型直线电机的初级和次级依箭头方向卷曲，就成为管型直线感应电动机，如图(b)所示。(a)平板型

(b)管型直线感应电动机第11页/共34页第十一页，共35页。在平板型电机里线圈一般做成菱形，如图(a)(图中只示出一相线圈的连接)，它的端部只起连接作用。在管形电机里，线圈的端部就不再需要，把各线圈边卷曲起来，就成为饼式线圈，如图(b)所示。直线感应电机的线圈

(a)菱形(b)饼式直线感应电动机第12页/共34页第十二页，共35页。管型直线感应电动机的典型结构如下图所示，它的初级铁心是由硅钢片叠成的一些环形钢盘，初级多相绕组的线圈绕成饼式，装配时将铁心与线圈交替叠放于钢管机壳内。管型电机的次级通常由一根表面包有铜皮或铝皮的实心钢元或厚壁钢管构成。两相管型直线感应电动机直线感应电动机第13页/共34页第十三页，共35页。直线直流电机直线直流电机主要有两种类型：永磁式和电磁式。前者多用在功率较小的自动记录仪表中，如记录仪中笔的纵横走向的驱动，摄影机中快门和光圈的操作机构，电表试验中探测头，电梯门控制器的驱动等，而后者则用在驱动功率较大的机构。下面分别对它们作一些介绍。第14页/共34页第十四页，共35页。永磁式直线直流电动机下图采用的是强磁铁结构，磁铁产生的磁通经过很小的气隙被框架软铁所闭合，气隙中的磁场强度分布很均匀。当可动线圈中通入电流后便产生电磁力，使线圈沿滑轨作直线运动，其运动方向可由左手定则确定。这种结构的缺点是要求永久磁铁的长度大于可动线圈的行程。如果记录仪的行程要求很长，则磁铁长度就更长。因此，这种结构成本高，体积笨重。第15页/共34页第十五页，共35页。永磁式直线直流电动机下图所示结构是采用永久磁铁移动的型式。在一个软铁框架上套有线圈，该线圈的长度要包括整个行程。显然，当这种结构形式的线圈流过电流时，不工作的部分要白白消耗能量。为了降低电能的消耗，可将线圈外表面进行加工使铜裸露出来，通过安装在磁极上的电刷把电流馈入线圈中(如图中虚线所示)。这样，当磁极移动时，电刷跟着滑动，可只让线圈的工作部分通电。但由于电刷存在磨损，故降低了可靠性和寿命。

第16页/共34页第十六页，共35页。下图所示的结构是在软铁架两端装有极性同向放置的两块永久磁铁，称为双永磁体结构，通电线圈可在滑道上作直线运动。这种结构具有体积小、成本低、效率高等优点。国外将它组成闭环系统，用在规格为10英寸录音机中，得到了良好的效果，在推动2.5N负载的情况下，最大输入功率为8W，通过全程只需0.25s，比普通类型闭环系统性能有很大提高。

永磁式直线直流电动机第17页/共34页第十七页，共35页。电磁式直线直流电动机

当功率较大时，上述直线电机中的永久磁钢所产生的磁通可改为由绕组通入直流电励磁所产生，这就成为电磁式直线直流电机。右图表示这种电机的典型结构，其中图(a)是单极电机；图(b)是两极电机。电动机可以看作为管形的直流直线电动机。这种对称的圆柱形结构具有若干优点。例如，它没有线圈端部，电枢绕组得到完全利用；气隙均匀，消除了电枢和磁极间的吸力。第18页/共34页第十八页，共35页。直线自整角机在同步联结系统中，有时还要求直线位移同步，如雷达直线测量仪(调波段)中就要求采用直线自整角机。而过去都采用电位器，结果精度很差，齿轮装置复杂，可靠性也较差。直线自整角机的原理与传统旋转式自整角机大致相同，右图表示的就是这种电机的一种型式。直线自整角机结构示意图

(a)结构图(b)印刷绕组第19页/共34页第十九页，共35页。直线步进电动机

在许多自动装置中，要求某些机构快速地作直线运动，而且要保证精确的定位，如自动绘图机、自动打印机等就是这样机构的典型。一般旋转式的反应式步进电动机可以完成这样的动作。但是操作起来比较麻烦，因此，国内外正在试制性能优良的直线步进电动机来取代一般旋转式的步进电机。第20页/共34页第二十页，共35页。直线步进电动机目前大部分高精度工业定位系统都是用旋转式的步进电机来制成的。但是这种机构需要将步进电机的旋转运动变成直线运动，这就使传动装置变得复杂，而且定位精度也会受到影响，振动和噪声也将增加，而直线步进电机恰恰可以弥补这些劣势。直线步进电机主要可分为反应式和永磁式两种。这类电机在机床、数控机械、复制和印刷装置、自动绘图机和各种量测装置等方面正在得到应用。第21页/共34页第二十一页，共35页。直线电机的优点PART03第22页/共34页第二十二页，共35页。结构简单精度高直线电机的优点管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。它的初次级可以直接成为机构的一部分，这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床定位精度。第23页/共34页第二十三页，共35页。345无横向边缘效应易于调节和控制

因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度，因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样，传动零部件没有磨损，可大大减小机械损耗，避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声，从而提高整体效率。适合高速直线运动横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱，而圆筒型直线电机横向无开断，所以磁场沿周向均匀分布。通过调节电压或频率，或更换次级材料，可以得到不同速度、电磁推力，适用于低速往复运行场合。直线电机的优点第24页/共34页第二十四页，共35页。在管型直线感应电机中，初级绕组是饼式的，没有端部绕组，因而绕组利用率高。初级绕组利用率高由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。运动安静直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用；而且可以设计成多种结构形式，满足不同情况的需要。适应性强由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。动刚度高直线电机的优点6789第25页/共34页第二十五页，共35页。直线电机的应用PART04第26页/共34页第二十六页，共35页。工业和自动化

由于直线电机有其自身独特的优点，因此在机械设备和机床中的机电一体化方面得到广泛的应用，乳直线电机驱动的冲床，螺旋压力机，数控机床等。交通运输业

直线电机技术在磁悬浮列车方面有很重要的应用，在交通技术发展上面是一个很大的突破，如现在的地铁，动车等。物料输送

直线电机在各种物料输送和搬运方面具有独特的优势：在垂直输送方面有直线电机电梯、升降机；在平面输送方面有直线电机驱动的邮政包件分拣加工线、行李输送线等。军事

人们对高速直线电机已经提出来一些用途，比如武器。现在的穿甲弹药往往含有大量具有极大动能的弹丸，直线电机就非常适合达到这样的目的。直线电机的应用第27页/共34页第二十七页，共35页。用于长距离的直线传输装置

(1)运煤车

下图为直线电机运煤车示意图。矿井运煤轨道一般很长，每隔一段距离，在轨道中间安置一台直线感应电动机的初级。一列运煤车由若干矿车组成，每台矽车的底部装有铝钢复合次级。直线电机的初级依次通电，便可把运煤车向前推进。直线电机运煤车示意图第28页/共34页第二十八页，共35页。2)新型电梯右图所示永磁式直线同步电动机矿井提升系统同样可以应用于电梯这种垂直运输系统。同传统的绳索电梯和液压电梯相比，基于直线电机的新型电梯具有节约场地、节省电力、可靠性高、噪声低等优点。用于长距离的直线传输装置永磁式直线同步电动机矿井提升系统1一供电及控制系统；2一电机定子；3一固定框架；4一电机动子；5一提升容器；6一防坠器第29页/共34页第二十九页，共35页。用于长距离的直线传输装置太空电梯商城电梯第30页/共34页第三十页，共35页。用于高速磁悬浮列车

磁悬浮列车无接触式牵引技术要求采用长定子同步直线电机驱动，定子三相绕组由防护电缆组成，嵌放在导轨两侧的定子槽中。定子三相绕组通电后，产生一个移行磁场，与布置在车辆上的悬浮磁铁相互吸引作用，实现牵引。轻型吊轨磁悬浮列车槽轨磁悬浮列车第31页/共34页第三十一页，共35页。其他方面应用硬盘内部结构磁头驱动机构电磁锤电磁打箔机示意图第32页/共34页第三十二页，共35页。