直线电机实际应用开发设计

直线电机实际应用开发设计

1 绪论

1.1 直线电机的简介

1.1.1 直线电机

一般电动机工作时都是转动的．但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动．这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置．能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢？几十年前人们就提出了这个问题．现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机．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电动机

直线电机技术是一门新兴的专业技术，其应用涉及到机械制造及其自动化、控制工程、机电一体化、工业自动化、机器人等领域，而且随着直线电机技术的发展，直线电机将会应用于各种需要直线运动的场合。旋转电机所有的品种,直线电机技术几乎都有相对应的品种。其应用范围正在不断扩大。在一些它能独特发挥作用的地方,取得了非常令人满意得效果。随着微电子、电力电子技术、永磁材料技术和驱动技术的发展,直线电机系统有了长足的进步,国外著名电器（气）公司相继推出并不断完善、更新各自的直线电机系统。其应用十分广泛,如列车驱动、物料运送、机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪等

1.1.2 直线电机发展历史

1840 年Wheatsone 开始提出和制作了略具雏形的直线电机。从那时至今，

在160 多年的历史中，直线电机经历了三个时期。

1840〜1955年为探索实验时期：

在1840〜1955年期间，是直线电机探索实验和部分实验应用时期，在直线电机与旋转电机的相互竞争中，由于直线电机的成本和效率方面没有能够战胜旋转电机，或者说，直线电机还没能找到唯独它能解决问题的领域，以及直线电机在设计方面也没有突破性的成功，所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。

1956〜1970年为开发应用时期：

自1955 年以来，直线电机进入了全面的开发阶段，特别是该时期的控制技术和材料的惊人发展，更加助长了这种势头。在这段时期，申请直线机的专利件数也开始急速增加，该时期直线电机专利的增长率超过了所有其他技术领域的平均增长率。

到1965年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用直线电机的实用设备被逐步开发出来，例如采用直线电机的MHD泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。

1971年至今为实用商品时期

从1971年开始到目前的这个阶段，直线电机终于进入了独立的应用时代，在这个时代，各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超500km/h，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。

在这个时期，我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始

的。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、

拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系

统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但和国外相比，其推广应用方面尚存在很大差距。

1.2直线电机的原理

1.2.1直线电机结构

直线电机的原理并不复杂.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电动机（图）•在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级.初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动. 这时初级要做得很长，延伸到运

动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长.实际上，直线电机既可以把初级做得很长，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。如图1-1所示：

图1-1 直线电机的转变过程

由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。

直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。

122直线电机工作原理

直线电机不仅在结构上相当于旋转电机演变而来，而且其工作原理也与旋转电机相似。故从旋转电机学的基本工作原理引出直线电机的基本工作原理。

< 一>旋转电机工作原理

图1-2表示一台简单的两极旋转电机，图中线圈AX BY CZ有定子A、B、C三相绕组组成，挡在其中通入三相对称正弦电流后，便在气隙中产生了一个磁场，这个磁场可看成沿气隙圆周星正弦分布。当A相电流达到最大时，B和C相

的电流都为负的最大值的1/2，这时磁场波幅处于A相绕组轴线上，如图所示：经过T=2n / (3®)时间后。B相电流达到最大值，这时C和A相都为负的最大值的

1/2，而磁场波幅转到B的轴线上。由此可见，电流随时间变化，磁场波幅就按A、B、C相序圆周旋转。电流变化一个周期，磁场转过一对极。这种磁场称为旋转磁场，它的需转速度称为同步转速，与电流的频率f(Hz)成正比，而与电

机的极对数P成反比。

通过如图可说明旋转磁场对转子的作用，为了简单起见，图中1-10笼型转子只画出了两根导条。

图1-10 施转电机的基本工作據理

1 一定了2—于场方向