初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较
直线电机的分类.
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
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
直线电动机 直线直流电动机（LDM）
电磁式LDM 永磁式LDM 无刷LDM VR形LPM
直线步进电动机（LPM） 混合式直线电动机（LHM）
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
1.2直线感应电动机的基本原理
PM形LPM
直线驱动器
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。
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
直线电机原理、特点及其运用1
直线电机原理、特点及其运用直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。
初级做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动．通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。
设产生涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将（费来明法则）产生连续的推力F。
直线电机的特点：高速响应。
由于系统中取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。
定位精度高。
线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。
通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。
同时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，提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短行程长度不受限制。
在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
动安静、噪音低。
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。
效率高。
由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。
直线电机主要应用于三个方面应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
附：直线电机应用实例一、活塞车削数控系统采用直线电机的直线运动机构由于具有响应快、精度高的特点，已成功地应用于异型截面工件的CNC车削和磨削加工中。
电机种类及各电机区别介绍
电机在包装，食品和饮料，制造业，医疗和机器人等众多行业的许多运动控制功能中发挥着关键作用。
我们可以根据功能，尺寸，扭矩，精度和速度要求从几种电机类型中进行选择。
众所周知，电机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移;尤其是对电机的速度、位置、转矩的精确控制。
但电机根据不同的应用会有不同的设计和驱动方式，咋看下好像选型非常复杂，因此为了人们根据旋转电机的用途，进行了基本的分类。
下面我们将逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电机——控制电机和功率电机以及信号电机。
控制电机控制电机主要是应用在精确的转速、位置控制上，在控制系统中作为“执行机构”。
可分成伺服电机、步进电机、力矩电机、开关磁阻电机、直流无刷电机等几类。
1. 伺服电机伺服电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
一般地，伺服电机要求电机的转速要受所加电压信号的控制;转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;转矩能通过控制器输出的电流进行控制;电机的反映要快、体积要小、控制功率要小。
伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。
伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电机是一般的直流电机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电机。
当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无刷电机。
2. 步进电机所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。
我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
目前，比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁同步电动机的分类和特点
永磁同步电动机的分类和特点技术2008-08-09 15:13:38 阅读178 评论0 字号：大中小一，永磁同步电动机的特点永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。
稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。
因此，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。
二，永磁同步电动机的分类永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。
因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。
这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。
永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。
根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。
在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。
直线电机的分类
汇报人：XX
• 直线电机概述 • 直线电机分类方法 • 各类直线电机详细介绍 • 直线电机性能参数与选型依据 • 直线电机技术发展趋势与挑战 • 总结回顾与展望未来发展趋势
01
直线电机概述
定义与发展历程
定义
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置，不需要任何中 间转换机构。
U型槽式直线电机
Hale Waihona Puke 结构初级绕组被放置在U型槽内，次级 为直线运动的运动体。
工作原理
当初级绕组通电后，在U型槽内产 生磁场，次级在磁场作用下感应出 电动势并产生电流，从而实现电磁 推力。
应用
U型槽式直线电机具有动态响应快 、推力大、定位精度高等优点，被 广泛应用于高精度定位系统、自动 化生产线等领域。
新能源领域
在新能源汽车、风力发电等新能源领域，直线电机可用于驱动和控制系统，提高能源利用 效率和环保性能。
智能家居与工业自动化
在智能家居、工业自动化等领域，直线电机可用于实现家具、家电等产品的智能化和自动 化控制，提高生活品质和工作效率。
面临挑战及应对策略
技术成熟度不足
当前直线电机技术仍处于发展阶段，技术成熟度有待提高。应加大 研发投入，加强产学研合作，推动技术成熟和应用。
管状型直线电机
结构
初级绕组被放置在管状壳体内壁 上，次级为直线运动的运动体。
工作原理
当初级绕组通电后，在管状壳体 内产生磁场，次级在磁场作用下 感应出电动势并产生电流，从而
实现电磁推力。
应用
管状型直线电机具有结构紧凑、 重量轻、动态响应快等优点，被 广泛应用于自动化设备、机器人
等领域。
04
直线电机性能参数与选型依据
直线电机基本概念
直线电机基本概念直线电机可以看作旋转电机结构上的一种演变，它可以看作将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展开成直线。
直线电机可分为：交流直线感应电动机（LIM），交流直线同步电动机（LSM）、直流直线电动机（LDM）、直线步进电动机（LPM）、混合式直线电动机（LHM）、微特直线电动机。
其中交流直线同步电动机又分电磁式（EM）、永磁式（PM）、可变电阻（VR）、混合式（HB）、超导体（SC）；直线直流电动机分为电磁式、永磁式、无刷；直线步进电动机分为可变电阻型和永磁型。
同步直线电动机的原理：直线同步电动机与直线异步电动机一样也是由旋转电机演化来的，其工作原理与旋转电机一样。
直线同步电动机的磁极一般有直流励磁绕组励磁，或有永磁体励磁。
在定子绕组产生的气隙行波磁场与磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对磁极动子产生电磁推力。
在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就沿着行波磁场的运动方向做直线运动。
磁极运动的速度v就与行波磁场的移动速度一致,且v=2f t单位(m/s),t为极距。
同步直线电机与异步直线电机在性能、使用范畴上有何区别：直线异步电动机具有：成本低，相同容量的异步电动机的体积是同容量的同步电动机的6倍左右,常用变频器做速度控制，用于精度要求不是很高的场合。
直线同步电动机具有更大的驱动力，其控制性能，位置精度更好，体积小，重量轻，且具有发电制动功能。
永磁直线同步电动机可应用于各种精密加工设备上。
但是成本相对较高。
永磁体性能的提高和价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。
动圈式直线电机与动磁式直线电机：永磁直线电动机可以做成动磁型，也可以做成动圈型。
只要使永磁体产生的磁通由绕组通入直流电励磁产生，任何一种永磁式直线电动机都可以改为电磁式（动磁）直线电动机。
动圈型结构具有体积小，成本低和效率高等优点。
「永磁同步电动机的分类和特点」
「永磁同步电动机的分类和特点」1.永磁同步表面磁励磁电动机（SPM）永磁同步表面磁励磁电动机（SPM）是一种常见的永磁同步电动机类型。
在SPM中，永磁体被安装在电机的转子上，通过磁场与定子绕组产生磁耦合作用。
该类型的电动机具有高功率密度、高效率和高转矩密度等优点。
由于永磁体直接与转子接触，因此转矩传递效果较好。
然而，SPM的控制较为复杂，一般需要实时测量转子位置信息。
2.内反磁励永磁同步电动机（IPM）内反磁励永磁同步电动机（IPM）是另一种常见的永磁同步电动机类型。
在IPM中，除了有永磁体外，还在转子上安装了铁芯。
这些铁芯在转子旋转时，会产生一个反磁场，与永磁体的磁场相互作用。
这种结构使得IPM电动机在转速较低时仍然具有高效率。
此外，IPM具有良好的磁场调节能力，能够适应不同工况的需求。
3.外磁励永磁同步电动机（BPM）外磁励永磁同步电动机（BPM）是一种采用了外加励磁的永磁同步电动机。
该类型的电动机通过外部磁场分布来提供额外的磁励磁场，从而实现转子的同步运转。
BPM通常具有较高的控制精度和较低的转速波动率。
然而，由于需要外部磁场的加入，BPM的结构较为复杂，整体成本也较高。
上述是常见的几种永磁同步电动机的分类和特点。
不同类型的永磁同步电动机适用于不同的工况和应用场景。
在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的类型。
无论是哪种类型，永磁同步电动机都具有高效率、高转矩密度和较低的能耗等优点，因此得到了广泛的应用。
未来随着永磁技术的不断发展，我们可以期待永磁同步电动机在各个领域的更广泛应用。
直线电机的特性、现况及其发展趋势
直线电机的特性、现况及其发展趋势班级：机械0804班姓名：何延浩学号：u200810546一、直线电机概述根据当今世界机床制造业的发展趋势和国家中长期科技发展规划，数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。
由于直线电机将电能直接转换为直线运动，取消了传统的从旋转电机到工作台之间的一切机械传动环节，具有高速、高精和“零传动”特性，因此直线电机正在成为高档数控机床的重要功能部件，是高端数控设备未来的发展趋势。
直线电机又称线性马达、推杆马达，是一种将传统的旋转电机沿轴线方向切开后，将旋转电机的初级展开作为直线电机(线性马达)的定子，次级通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动，成为直线电机(线性马达)的动子的新型电机（如图1所示）。
二、直线电机的工作原理直线电机利用电能直接产生直线运动，其原理与相应的旋转式电动机相似，在结构上可以看作是由相应旋转电机沿径向切开，拉直演变而成。
如图2-a 所示为传统旋转式电机，图2-b 为旋转时电机沿径向切开后得到的直线电机。
直线电动机同样包括定子和动子两部分，在电磁力的作用下，动子带动外界负载运动作功。
在需要直线运动的地方，采用直线电动机可使装置的总体结构得到简化。
直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。
大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。
直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电动机、直线步进电动机和交流直线同步电动机，以前三种应用较多。
按结构可分为单边型和双边型两种。
在单边型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。
（1）直流直线电动机 直流供电的直线电动机。
由一套磁极和一组绕组构成。
绕组中的电流有的通过电刷和换向片结构引入，称刷型；有的不经换向器和电刷，直接用导线引入，称无刷型。
直流直线电动机从结构上还可分为动极式和动圈式两种。
图2所示为圆柱式直流动圈式直线电动机，由于其结构与扬声器的音圈相似，故又称为音圈式直线电动机，简称音圈电动机。
直线电机的分类
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
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。
s vs v vs
次级移动速度 v (1 s)vs 2 f (1 s)
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
1-3行波磁场
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s
2
T
2f
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
直线电动机 直线驱动器
永磁游标直线电机磁场解析计算
永磁游标直线电机磁场解析计算作者：王明杰李彦彦焦留成杨存祥李从善来源：《电机与控制学报》2017年第10期摘要：永磁游标直线电机（linear permanent magnet vernier motor，LPMVM）依靠磁场调制原理工作，其电枢开槽引起气隙磁导变化，为考虑齿槽效应的影响，将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。
用气隙磁导波法分析其基本工作机理，给出结构关系式。
用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型，推导出各区域磁场解析表达式。
结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型，计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。
解析解与有限元解结果表明：无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确，考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量，且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。
关键词：永磁游标直线电机；磁场调制；气隙相对磁导；解析模型；有限元法DOI：10.15938/j.emc.2017.10.008中图分类号：TM 359.4文献标志码：A文章编号：1007-449X（2017）10-0054-08传统永磁直线同步电机（permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）以其优异性能在直驱场合具有广阔的应用前景[1-3]，其不可避免也存在一些缺点，如直线电机行程有限，人们希望电机动子速度更低一些，常降低电源频率使电机低速运行，但在低频情况下电机性能变差[2]，而增加电机定子绕组极对数降速时电机体积又会增大。
为了在较高频率下获得低速大推力，提高电机性能，需对电机结构进行改进。
为了获得低速大转矩，AkioToba等[4]最早提出一种表面转子式永磁游标电机（permanent magnet vernier motor，PMVM），它基于磁场调制理论。
近几年来，一些学者已将其应用于电动汽车、风力发电等低速直驱系统中[5-7]。
电机种类性能及特点比较
.各种电机列表比较电机分类构造工作原理起动反转调速机械特性及应用励磁方式三相异步电动机1、定子：定子铁芯、定子绕组、机座。
2、转子：转子铁芯、转子绕组、转轴。
分为鼠笼式转子和绕线式转子。
（绕线式转子绕组接成Y型；可将附加电阻入转子电路，改善起动性能和调节转速。
）通入三相异步电动机定子绕组的三相电流共同产生合成磁场，该磁场随着电流的交变在空间不断地旋转，故称为旋转磁场。
旋转磁场切割转子导体，产生感应电动势，进而在闭合导体中产生电流，转子导体电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩而使转子旋转。
1、直接起动：在供电变压器容量较大，电动机容量较小（额定功率在7.5kW以下）时，三相异步电动机可以直接起动。
常使用的电器有:组合开关(刀开关)、熔断器、交流接触器、热继电器和按钮等。
组合开关多用于电源的引入。
2、鼠笼式三相异步电动机降压起动：当鼠笼式三相异步电动机容量较大，而电源容量不够大时，为了限制起动电流，避免电网电压显著下降，需采用降压起动，降压起动只适用于空载与轻载起动。
如采用星形一三角形起动或自耦变压器降压起动。
（如果电动机在工作时其定子绕组为三角形联接方式，那么在起动时把它联成星形，等到转速接近额定值时再改接成三角形，就是Y-△起动。
）；自耦变压器起动适用于⑴、正常运行定子连成星形；⑵、容量较大；⑶、较大起动转矩；3、绕线式三相异步电动机常采用转子回路串接变电阻起动或转子回路串接频敏变阻器起动。
只要将接到电源的任意二根线对调即可。
有两种控制电路：1、触头联锁电路；2、复式按钮和触头联锁电路；n=60f／P（1-S）三种调速方案：改变电源频率f、改变绕组磁极对数P以及改变转差率S。
其中改变电源频率调速其调速范围宽，技术成熟，具体方法有：变频机组、交一直一交变频和交一交变频。
改变转差率S的调速方法只能在绕线式转子电动机中使用。
在转子回路中串接附加电阻。
当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大，称为硬机械特性。
永磁电机绕组
永磁电机绕组
永磁电机绕组是永磁电机的重要组成部分，它是将电能转化为机械能的关键部分。
永磁电机绕组是由导线绕制而成的，通常采用铜线或铝线，通过绕制不同的线圈和排列方式，可以实现不同的电机性能。
永磁电机绕组的设计和制造需要考虑多个因素，如电机的功率、转速、电压、电流等。
在设计绕组时，需要根据电机的工作条件和要求，选择合适的导线规格和绕制方式，以确保电机的性能和可靠性。
永磁电机绕组的绕制方式有多种，如单层绕组、双层绕组、交错绕组等。
其中，双层绕组是一种常用的绕制方式，它可以提高绕组的填充系数，减小电机的体积和重量。
交错绕组则可以减小电机的电磁噪声和振动。
在永磁电机绕组的制造过程中，需要注意绕线的质量和绕制的精度。
绕线质量的好坏直接影响电机的性能和寿命，而绕制精度则决定了电机的运行稳定性和噪声水平。
因此，在绕制过程中需要严格控制绕线的张力、绕线的间隙和绕线的压实度等参数，以确保绕制质量的稳定性和一致性。
永磁电机绕组是永磁电机的重要组成部分，它的设计和制造对电机的性能和可靠性有着重要的影响。
在未来，随着永磁电机技术的不断发展和应用，永磁电机绕组的设计和制造将会更加精细化和智能
化，为电机的高效、节能和环保运行提供更好的支持和保障。
直线电机简介
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通 工具，它通过电磁力实现列车与轨道之 间的无接触的悬浮和导向，再利用直线 电机产生的电磁力牵引列车运行。
德国的TR型磁悬浮列车无接触式的牵引技术要求采用长定子同 步直线电机驱动电机定子铁心由015mm厚的电工钢片叠压而成, 被固定在导轨的下部;定子三相绕组由防护电缆组成,预先成形, 并由敷线车将其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（励磁）磁铁 相互作用,实现牵引。其工作原理如图所示 一般的列车，由于车轮和铁轨之间存在摩擦，限制了速度的 提高，它所能达到的最高运行速度不超过300km/n．磁悬浮 列车是将列车用磁力悬浮起来，使列车与导轨脱离接触，以 减小摩擦，提高车速。列车由直线电机牵引．直线电机的一 个级固定于地面，跟导轨一起延伸到远处；另一个级安装在 列车上．初级通以交流，列车就沿导轨前进．列车上装有磁 体（有的就是兼用直线电机的线圈），磁体随列车运动时， 使设在地面上的线圈（或金属板）中产生感应电流，感应电 流的磁场和列车上的磁体（或线圈）之间的电磁力把列车悬 浮起来．悬浮列车的优点是运行平稳，没有颠簸，噪声小， 所需的牵引力很小，只要几千kw的功率就能使悬浮列车的速 度达到550km／h．悬浮列车减速的时候，磁场的变化减小， 感应电流也减小，磁场减弱，造成悬浮力下降．悬浮列车也 配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收 入列车，停靠时可以放下来，支持列车．
Thanks !
在电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，在初级 和次级间产生气隙磁场，气隙磁场的分布情况与旋转电 机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。当三相电流随 时问变化时，使气隙磁场按定向相序沿直线移动，这个 气隙磁场称为行波磁场。当次级的感应电流和气隙磁场 相互作用便产生了电磁推力，如果初级是固定不动的， 次级就能沿着行波磁场运动的方向做直线运动。
直线电机基本概念
直线电机基本概念直线电机可以看作旋转电机结构上的一种演变，它可以看作将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展开成直线。
直线电机可分为：交流直线感应电动机（LIM），交流直线同步电动机（LSM）、直流直线电动机（LDM）、直线步进电动机（LPM）、混合式直线电动机（LHM）、微特直线电动机。
其中交流直线同步电动机又分电磁式（EM）、永磁式（PM）、可变电阻（VR）、混合式（HB）、超导体（SC）；直线直流电动机分为电磁式、永磁式、无刷；直线步进电动机分为可变电阻型和永磁型。
同步直线电动机的原理：直线同步电动机与直线异步电动机一样也是由旋转电机演化来的，其工作原理与旋转电机一样。
直线同步电动机的磁极一般有直流励磁绕组励磁，或有永磁体励磁。
在定子绕组产生的气隙行波磁场与磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对磁极动子产生电磁推力。
在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就沿着行波磁场的运动方向做直线运动。
磁极运动的速度v就与行波磁场的移动速度一致,且v=2f t单位(m/s),t为极距。
同步直线电机与异步直线电机在性能、使用范畴上有何区别：直线异步电动机具有：成本低，相同容量的异步电动机的体积是同容量的同步电动机的6倍左右,常用变频器做速度控制，用于精度要求不是很高的场合。
直线同步电动机具有更大的驱动力，其控制性能，位置精度更好，体积小，重量轻，且具有发电制动功能。
永磁直线同步电动机可应用于各种精密加工设备上。
但是成本相对较高。
永磁体性能的提高和价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。
动圈式直线电机与动磁式直线电机：永磁直线电动机可以做成动磁型，也可以做成动圈型。
只要使永磁体产生的磁通由绕组通入直流电励磁产生，任何一种永磁式直线电动机都可以改为电磁式（动磁）直线电动机。
动圈型结构具有体积小，成本低和效率高等优点。
直线电机的原理及特点
直线电机的原理及特点-综欣科技发表日期：2010-3-22 已经有182位读者读过此文一、直线电机的工作原理直线电机的工作原理与旋转电机相比，并没有本质的区别，可将其看作为将旋转电机沿圆周方向拉开展平的产物。
对应于旋转电机的定子部分，称为直线电机的初级，而对应于旋转电机的转子部分，称为直线电机的次级。
当多相交变电流通入多相对称绕组时，会在直线电机初级和次级之间的气隙中产生一个行波磁场，从而使初级和次级之间产生相对移动。
当然，在初级和次级之间还存在垂直力，它可以是吸引力，也可以是推斥力。
直线电机有直流直线电机、步进直线电机和交流直线电机三大类，在机床上主要使用交流直线电机。
在励磁方式上，交流直线电机又可分为永磁（同步）式和感应（异步）式两种。
由于感应式直线电机在不通电时没有磁性，有利于机床的安装、使用和维护，其性能也已接近永磁式直线电机的水平，因而其在机械行业的应用受到欢迎。
二、直线电机驱动的进给系统特点1）速度高。
由于工作台由电机直接驱动，没有中间的机械传动元件，因而可达到很高的进给速度，其值可达到80~180m/min；2）加速度大。
由于直线电机结构简单、重量轻、响应速度快，因而可灵敏实现加速和减速，其加速度可达2~10g(g为重力加速度)；3）定位精度高。
由于直线电机进给系统一般采用光栅尺作为工作台的位置测量元件，且为闭环控制，因而定位精度高，可达0.1~0.01μm；4）行程不受限制。
由于直线电机的次级是通过一段段连续拼接安装在机床床身上的，因而不论多长，初级(即工作台)都可到达，且对整个系统的刚度没有影响；5）动态刚度高。
由于系统在动力传动中没有低效率的中间传动部件，因而可获得很好的动态刚度。
当然，直线电机在机床上的应用也存在一些问题，比如：当负荷变化大时，需要重新整定系统；用于垂直进给轴时，由于没有机械连接或啮合，需外加平衡块或制动器；磁铁（或线圈）对电机部件的吸力很大，应注意选择导轨和设计滑架。
双边初级永磁型游标直线电动机优化设计
４ ０２
第 ４２卷
通过式（３）可以发现，空载气隙磁密 Ｂａｇ由 ３部 分组成：第 １部分由永磁体直接产生，由于电枢绕组
和永磁体均位于初级，因此永磁体与电枢绕组的相
对运动速度为 ０，所以气隙磁密的第 １部分分量无
法在电枢绕组中产生感应电势；第 ２、３部分气隙磁
密分量均由初级永磁体所产生的磁场经由次级齿
引文格式：杜 怿，尹 雯．双边初 级 永 磁 型 游 标 直 线 电 动 机 优 化 设 计 ［Ｊ］．江 苏 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），２０２１，４２（４）：４００－
４０５，４１３．
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅｓｉｄｅｄｌｉｎｅａｒｐｒｉｍａｒｙ ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｖｅｒｎｉｅｒｍｏｔｏｒ
图 １ ＤＳＬＰＰＭＶ电动机结构示意图
电动机采用双侧平板结构，为典型的短初级长
次级结构，电 枢 绕 组 和 永 磁 体 都 位 于 短 初 级 上，次 级仅由带有凸极齿的硅钢片叠压而成．
初级齿为 Ｉ型，均匀分散排列，形成初级部分的 齿槽结构．永磁体贴装于初级齿表面，每个初级齿同 一竖直方向的永磁体充磁方向相同，同一初级齿上相 邻永磁体的充磁方向相反．电枢绕组安装于半闭口槽 内．电动机次级包括次级轭部和次级凸极，上下两侧 的次级为轴对称结构，电动机初级和上下两侧的电动 机次级之间均设有气隙．电动机内的磁场通过电动机 初级和电动机上下两个次级形成串联闭合回路． １２ 运行原理分析
ｍｅｔｈｏｄ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ；ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
直线电动机无需机械传动部件即可直接提供 直线推力，故采用直线电动机的直线驱动系统具有
结构简单可靠、运行效率高等优点［１－３］．文献［４］提 出了一 种 新 型 双 边 初 级 永 磁 型 游 标 直 线 （ｄｏｕｂｌｅ
电动机的永磁与感应两种驱动
电动机的永磁与感应两种驱动电动机是将电能转换为机械能的一种设备，广泛应用于各个领域。
在电动机的驱动方式中，永磁和感应是最常见的两种方式。
本文将对电动机的永磁和感应两种驱动方式进行探讨和比较。
一、永磁驱动永磁驱动是利用永磁体产生的磁场直接驱动电动机转动的一种方式。
其原理是在电动机中安装永磁体，产生一个稳定的磁场，与电感绕组产生旋转力矩，从而驱动电动机转动。
永磁驱动具有以下优点：1. 高效率：永磁体驱动的电动机由于没有电磁绕组的损耗，能够更高效地将电能转换为机械能，相对于感应驱动的电动机具有更高的效率。
2. 紧凑性：永磁体致磁后保持一定的磁化状态，不需要外部电源供电，使得电动机结构相对简单，体积更加紧凑。
3. 起动性能好：由于永磁体本身的磁化特性，永磁驱动的电动机在启动过程中能够迅速达到额定转速，起动性能更好。
但是，永磁驱动也存在一些缺点：1. 稳定性差：永磁体易受到外界磁场的影响，容易发生磁化状态的改变，从而影响电动机的驱动性能。
2. 成本高：永磁体的制造成本较高，加上永磁驱动的电动机需要更复杂的控制电路，导致整体成本较高。
二、感应驱动感应驱动是利用感应电动势和感应电流来产生转动力矩，从而驱动电动机转动的一种方式。
其原理是通过交流电流在电动机的绕组中感生出电磁场，与感应绕组相互作用，产生力矩从而驱动转子运动。
感应驱动具有以下优点：1. 稳定性好：感应电动机不受外界磁场的影响，感应绕组的磁场产生相对稳定，能够更稳定地驱动电动机转动。
2. 成本较低：感应驱动不需要额外的永磁体，减少了制造成本。
相对于永磁驱动的电动机，感应驱动的控制电路更为简单，降低了整体成本。
3. 可调性好：感应驱动的电动机可以通过控制电源的频率和电压来实现转速调节，具有较好的可调性。
然而，感应驱动也存在一些缺点：1. 效率稍低：相对于永磁驱动的电动机，感应驱动的电动机由于电磁绕组存在一定的电阻和损耗，因此效率稍低。
2. 起动性能较差：感应驱动的电动机在启动过程中需要通过外部设备提供起动电流，起动性能相对较差。
磁链 绕组 永磁
磁链 绕组 永磁
磁链、绕组和永磁是与电磁学相关的重要概念：
1. 磁链：磁链是指磁通与电路交链的数量，通常用于描述电磁场中的磁通量。
它是一个矢量，其大小和方向与磁通量的大小和方向有关。
2. 绕组：绕组是由许多线圈组成的电气元件，用于在电磁场中产生磁通或感应电动势。
在电动机和发电机等设备中，绕组被用来产生旋转磁场或感应电动势。
3. 永磁：永磁是指具有永久磁性的材料或物体。
永磁体可以产生恒定的磁场，常用于电动机、发电机、扬声器等设备中。
常见的永磁材料包括铁氧体、钕铁硼等。
这些概念在电磁学和电机工程中具有重要应用。
了解它们的特性和相互关系对于设计和分析电磁设备非常重要。
直线电机的分类.
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。
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。
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
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。
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Comparison of Winding Arrangements and Electromagnetic Characteristics of a Linear Primary Permanent Magnet Vernier Machine
Du Yi Zou Chunhua Z hu Xiaoyong Xiao Feng Sun Yuxin Zhenjiang 212013 China)
Keywords ： Primary permanent magnet machine, linear machine, vernier machine, winding arrangement
〇 引言
永磁直线电机具有结构简单、推力密度高及效率 高等优点，在诸如轨道交通、无绳电梯以及波能转换 等直驱领域受到了广泛关注[1’ 2]。与传统旋转电机驱
动系统相比，基于直线电机的直线直驱系统省去了齿 轮箱以及旋转-直 线 转 换 设 备 [3]，具 有 能 量 转 换 步 骤 少 、效率高、维护成本低等优点。然 而 ，由于直驱电 机的运行速度通常较低，往往导致直线直驱电机存在 功 率 密 度 低 、极 对 数 多 等 缺 点 。因 此 ，研 究 具 有 低 速 、大推力输出特性的永磁直线电机逐渐成为该领域 的热点。 横向磁通永磁直线（ Transverse-Flux Permanent
( School of Electrical and Information Engineering
Jiangsu University
Abstract
The linear primary permanent magnet vernier ( L P P M V ) machine, which possesses the
2 0 17 年 2
月
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA E L E C T R O T E C H N I C A L SOCIETY
第 32 卷 第 3 期
Vd.32 Feb.
No. 3 2017
初级永磁型游 春 花 朱 孝 勇 肖 凤 孙 宇 新
特 性 ，包括空载感应电动势、 电感，并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、 电枢电流、推力、铁 心磁通密度以及铁耗等，以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率；最后折中选择了一种绕组 连接方式，制造了样机，并通过实验验证了电机的性能。
关键词 ：初级 永 磁 型 电 机 直 线 电 机 游 标 电 机 绕 组 连 接 中图分类号： TM35
国家自然科学基金项目（ 51307072, 51477069, 61174055 ) 、江苏省 高校优势学科项目、江苏大学高级人才启动基金项目（ 14JDG169 ) 和 江苏大学 “ 青年骨干教师培养工程 ” 项目资助。 收 稿 日 期 2 0 1 5 - 0 7 - 1 6 改 稿 日 期 2015-09-30
(江 苏 大 学 电 气 信 息 工 程 学 院 镇 江 212013)
摘 要 初级永磁型游标直线（ LPPMV) 电机具有低速、大推力输出特性，特别适用于直线直驱系统。 设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理，针 对 一 台 6 / 2 极 LPPMV电 机提出了 4 种不同的绕组连接方式；其次通过有限元法，比较了 LPPMV电机在不同绕组连接方式下的
advantages of low speed and high thrust force, is very suitable for linear direct-drive applications. Reasonable design of winding arrangement can substantially improve the machine performances. Firstly, four types of winding arrangement were presented for a 6/2 pole L P P M V machine based on the machine operation principle. Secondly, the characteristics of the L P P M V machine with different winding arrangements were analyzed by finite element method, including the no-load E M F and inductance. A n d the total winding weight, armature current, average thrust force and iron loss were compared in the condition of the same copper loss. Then the efficiency parameters of four winding arrangements were obtained. Finally, one of the winding arrangements was selected to build a L P P M V prototype machine. A n d the performances of the machine were verified by experiments.
Magnet Linear, T F P M L ) 电机是在永磁同步电机的基础
第 32卷 第 3 期
杜怿等初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较
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上发展而来的，兼具横向磁通和直线传动的特点，特 别适合低速、大 转 矩 等 应 用 场 合 一 度 被 认 为 是 重 驱 系统的責选之一 然 而 ，T F P M L 电机特有的三维结 构大大增加了电机设计的难度，x 艺复 杂 ，力 囲 m 将直线永磁电机和直线磁齿轮[51结合在一起构成的磁齿 轮复合永磁直线电机可以同时实现高速电机设计与控制 以及低速、大转矩输出要求。但该电机具有三层气隙和 两个动子’给电机设计与制造增加了难度。 文献 [6]提 出了一种初级永磁3!游 标 直 线 ( Linear