直线电机

内容提要概述基本结构工作原理应用直线电动机与普通旋转电动机都是实现能量转换的机械，普通旋转电动机将电能转换成旋转运动的机械能，直线电动机将电能转换成直线运动的机械能。直线电动机应用于要求直线运动的某些场合时，可以简化中间传动机构，使运动系统的响应速度、稳定性、精度得以提高。直线电动机在工业、交通运输等行业中的应用日益广泛。直线电动机可以由直流、同步、异步、步进等旋转电动机演变而成，由异步电动机演变而成的直线异步电动机使用最多。这里，我们只就直线异步电动机的结构和工作原理做一些简单的介绍。直线电动机直线感应电动机直线直流电动机直线同步电动机直线步进电动机直线自整角机(1)省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。(2)不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性好，准确度高。(3)直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。直线电动机传动的特点(4)直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。(5)装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。(6)某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉力等等。直线感应电机的分类扁平型（平板型）圆筒型圆弧型圆盘型平板形直线异步电动机可以看做将普通鼠笼转子三相异步电动机沿径向剖开后展平而成，如图所示。对应于旋转电动机定子的一边嵌有三相绕组，称为初级；对应于旋转电动机转子的一边称为次级或滑子。实际平板形直线异步电动机初级长度和滑子长度并不相等，通常是滑子较长。为了抵消初级磁场对滑子的单边磁吸力，平板形直线异步电动机通常采用双边结构，即有两个初级将滑子夹在中间的结构形式。平板形直线电动机结构、原理图2.直线电机的结构从旋转电动机到直线电机的演化基本结构单边型直线电动机短初级短次级直线电机的初次级长度不相等原因由于初级和次级之间要做相对运动，为保证初级和次级的磁耦合保持不变，实际应用中初、次级的长度是不相等的。单边型除了产生切向力外，还会在初、次级之间产生法向力，这对电机的运行是不利的。所以为了充分利用次级和消除法向力，可以在次级的两侧都装上初级，这种结构称为双边型。双边型直线电动机短次级短初级圆筒式结构圆弧式直线电动机圆弧型结构是将扁平型初级沿运动方向改成圆弧形，次级为圆柱形，将初级安放在圆柱形的次级的外侧。圆盘式直线电动机圆盘型结构是将初级放在次级圆盘靠近边缘的平面上。圆盘型和圆弧形直线感应电机的运动实际上是旋转运动，但它们的运动原理和设计方法与扁平型结构相同，故仍归直线感应电动机范畴。直线感应电动机直线感应电机基本工作原理我们知道，在普通鼠笼转子三相异步电动机的定子绕组中通入三相对称电流时，会在气隙中产生转速为n1的旋转磁场，转子导条切割旋转磁场而在其闭合回路中生成电流，带电的转子在磁场作用下产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的转向以转速n旋转。改变三相电流的相序时，可以使旋转磁场及转子的旋转方向改变。在直线异步电动机初级的三相绕组中通入三相对称电流时，其在气隙中产生的磁场也是运动的，只是沿直线方向移动，称之为移行磁场或行波磁场。滑子也会因此而沿移行磁场运动的方向移动，移行磁场及滑子的移动方向也由三相电流的相序决定。1.直线感应电动机的基本原理行波磁场在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。如电机极距为，电源频率为f，磁场移动速度为2svfssvvvs)1(2)1(sfvsvs次级速度为v，则滑差率为次级移动速度运行特性与旋转转差率感应电动机的转矩-机械特性曲线相对应，直线感应电动机通常用推力-转差率曲线描述其机械特性。旋转感应电动机的最大转矩一般出现在较低的转差率处，而直线感应电就的最大推力一般出现在高转差率处。调频特性与交流伺服电动机相似，改变电源电压或频率均可实现对速度的连续调节。旋转感应电机与直线感应电机在电磁性能上的差别旋转感应电机定子三相绕组对称，因而若所施加的三相电压对称，则三相电流对称。直线感应电机初级三相绕组在空间位置上是不对称的，因而三相电抗也是不相等的。即使三相电压对称，三相绕组电流也不对称。•定转子之间的气隙是圆形的，不存在始端和终端。•初次级之间的气隙存在着始端和终端，当次级的一段进入或退出气隙时，都会在次级导体感应附加电流。•由于直线感应电机初次级在直线方向上要延续一定的长度，且法相电磁力往往不均匀，因此在机械结构上一般将初次级之间的气隙做的较长，因此其功率因素比旋转感应电机还要低。应用•直线同步电机的电枢绕组埋在路基中间，励磁绕组采用超导线圈，安装在车厢底部。由于超导线圈提供极强的磁场，因此这种电机不需要铁芯。车厢底部还装有供列车悬浮用的超导磁浮线圈，在其下方的地基中铺有导电铝板，磁浮线圈产生磁场在铝板中感应出电流，他们相互作用产生排斥力，使列车悬浮。电枢绕组通电产生的行波磁场则与超导励磁绕组产生的磁场相互作用，产生推力使列车沿轨道行驶。高速磁悬浮列车