直线电机的分类

三.分类•按结构形式分类扁平型长初级短初级单边型双边型短初级圆盘型圆弧型圆弧型圆筒型直线电机—外形如旋转电机的圆柱形直线电机，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。按功能用途分类种类衡量指标应用力电机推力/功率比阀门开闭，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按工作原理分类原则上对于每一种旋转电机都有其相应的直线电机按照工作原理来区分可以分两大方面：直线电动机和直线驱动器。具体分类见图1。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）1.直线感应电动机1.1主要类型和结构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1-1(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1-1(b)，这就得到了最简单的平板型直线感应电机。图1-1直线电机的形成(a)旋转电机；(b)直线电机1.1.1初级和次级由定子演变而来的一侧称作初级，初级铁心也是由硅钢片叠成的，—面开有槽，三相(或单相)绕组嵌置于槽内。1)扁平式初级结构2)圆筒式初级:一般由用硅钢加工成具有凹槽的圆环组成，装配时四周用螺栓拉紧由转子演变而来的一侧称作次级。1）扁平型直线电机栅型次级：一般是在钢板上开槽，在槽中嵌入铜条(或铸铝)，然后用铜带在两端短接而成。钢次级或磁性次级：钢既起导磁作用，又起导电作用.由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能较差，且法向吸力也大(约为推力的10倍左右)。复合次级：钢板上复合一层铜板(或铝板)。铜(铝)次级或非磁性次级:用于双边型直线电机中2）圆筒型直线电机圆筒式直线电机，次级一般是厚壁钢管，为了提高单位体积所产生的起动推力，可以在钢管外圆覆盖一层1~2mm厚的铜管或铝管，成为复合次级，或者在钢管上嵌置铜环或浇铸铝环，成为类似于笼型的次级。嵌置铜环或铝环的圆筒式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。1.1.2气隙直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，主要是为了保证在长距离运动中，初级与次级之间不致摩擦。复合次级和铜(铝)次级：因为铜或铝均属非磁性材料，其导磁性能和空气相同，故：电磁气隙=机械气隙(单纯的空气隙)+铜板或铝板厚度直线感应电动机的缺点：气隙大，功率因数低1-3行波磁场1.2直线感应电动机的基本原理直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波B是直线移动的，故称为行波磁场。行波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，称为同步速度。fTvs22τ为极距，f为电源频率在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，便产生切向电磁力。如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用v表示，则滑差率ssvvvs次级移动速度)1(2)1(sfvsvs此式表明改变极距或电源频率都可改变直线感应电机的速度。与旋转电机一样，改变直线电机初级绕组的通电相序，可改变电机运动的方向，因而可使直线电机作往复直线运动。1-4管型直线感应电机的形成(a)平板型；(b)管型1-5直线感应电机的线圈(a)菱形；(b)饼式1-6两相管型直线感应电动机2.直线直流电机根据磁动势（或磁通）源的不同，直线直流电动机可分为永磁式和电磁式两大类。永磁式是采用永久磁铁作磁通源，而电磁式是用直流电流来激励的。永磁式直线直流电动机容易达到无刷无接触运行。但永磁材料由于质硬，很难进行机械加工，因而一般来说永磁式电动机的制造成本比电磁式高。而电磁式比永磁式多了一项激磁损耗。直线直流电动机的基本结构分类如图5-2所示。2.1永磁式直线直流电动机图(c)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。永磁式直线直流电动机可做成动线圈型（简称动圈型）如图(c)所示；也可做成动磁铁型（简称动铁型）如图（b）所示。图(b)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，通电线圈可在滑道上作直线运动这种结构具有体积小，成本低和效率高等优点。动圈型动铁型需要一个固定的长电枢，电枢绕组用铜量大，结构复杂；移动系统重量也较大，惯性大，消耗功率多。优点是电机行程可做得很长，又可做成无接触式直线直流电动机。目前，实际生产中动圈型用得很多。2.2电磁式直线直流电动机任何一种永磁式直线直流电动机都可改为电磁式直线直流电动机，这只要把永久磁铁改换成相应的电磁铁就可以了。5-6所示的电磁式动圈型直线直流电动机。对于动圈型直线直流电动机，电磁式的成本要比永磁式低得多，这是因为：1.永磁式动圈型直线直流电动机需要在电机整个行程上铺上一层价格昂贵的永磁铁，电磁式只需要使用一般材料的激磁线圈通以直流电就可产生所需要的磁动势。2.永磁材料质硬，机械加工困难，加工费用大。3.电磁式可通过串、并联激磁绕组和附加补偿绕组等方法使电机性能得到改善，而永磁式就缺少这种灵活性。电磁式动极型（或动铁式）直线直流电动机大多做成多极式，如图5-7所示。电枢绕组是一个环绕在铁心上的单层线圈。在线圈外表面的某一侧面用机械加工的方法去掉铜线上的漆膜，使铜线这个侧面裸露出来，形成直线直流电动机的“整流子”。电刷安装在动极上随动极运动。电刷在剥出漆皮的电枢线圈表面上滑动就相当于电刷在换向器上移动，以保证在某极下的电枢绕组的电流方向在运动过程中始终不变，从而保证电枢始终受到一定方向的电磁推力。电枢的等效电路如图5-7b所示，其并联支路数a=p（极对数）。可见极对数越多，电枢的等效电路的并联支路数越多，等效电阻越小，相同额定电压时的电枢容量就越多。实践证明，多极低压大电流型结构在工业上比较实用。