直线电机实际应用开发设计
电动机在生活中的应用电动机的应用
电动机在生活中的应用电动机的应用直线电动机的应用与展望【摘要】介绍直线电劫机在交通运输、工业设备、家用电器等领域的实际应用, 指出现代的直线电动机是高技术的综合产品,积极开发直线电动机的新产品, 不但可泥进我国电机行业的发展, 而月.还可把我国电机的科学技术提高到一个新水平。
【主题词】直线电动机, 应用, 展望1、引言目前, 世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机, 1 9 7 6 ~ 1 9 8 5 的十年内, 日本出口直线电机38 万多台, 进口n 万多台。
1 9 8 6 年日本信州大学的山田一教授和1 20 多位日本学者, 编纂了《直线电机应用手册》一书, 书中收集了世界各国的20 。
多个直线电机的研究和应用的典型实例, 展示了世界直线电机丰富多彩的发展概况。
我国的直线电机的研究和应用, 近20 年来已取得了较大的进展, 目前已有几十种直线电机通过鉴定, 并得到应用, 取得了较好的经济和社会效益, 其中获国家科技进步二等奖一个, 国家科技发明四等奖三个。
在《直线电机应用手册》一书中, 除对我国的某些直线电机专门介绍外, 还专辟一页介绍了我国直线电机的研究成果和研究项目, 共35 项。
2 、直线电机的实际应用2.1交通运输2.1.1高速磁浮列车一提到直线电机, 人们首先想到的是磁浮列车。
这是很自然的, 因为磁浮列车是直线电机实际应用的最突出的例子。
美、英、日、法、西德、加拿大等国都在研制直线电气机车, 其中日本进展最快, 日本国有铁道总合研究所开发的ML 一5 0 型直线电气机车, 采用同步直线电机驱动。
定子三相绕组装在反“ T ”字形、长7 k m 的铁道上,8 个超导电磁极装在车身上, 车身与地面用8 个超导电磁极悬浮。
车身长1 3m ,宽4In ,高3 m , 自重lo t 。
定子电压3 0 0 o v , 电流1 1 0 0 A。
超导磁极线圈电流4 5 x 2 0 弓A , 超导磁悬浮线圈电流25 x 104A , 设计时速50 0 km, 1 97 9 年12 月试验时创造了时速5 17 km 的记录。
直线电机发展应用综述（一）（一）
直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：********指导教师：***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。
利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。
介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。
关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。
高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。
在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。
在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。
图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史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：从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。
现代直线电机关键控制技术及其应用研究
现代直线电机关键控制技术及其应用研究一、本文概述随着科技的不断进步和工业领域的快速发展，现代直线电机及其关键控制技术已经成为现代工业自动化领域的重要研究内容。
直线电机以其高效、高精度、高速度等显著优点，在高速交通、精密机械、电子设备等多个领域得到了广泛应用。
然而，直线电机的控制技术作为影响其性能的关键因素，一直是研究的热点和难点。
本文旨在深入探讨现代直线电机的关键控制技术，并分析其在实际应用中的研究现状和发展趋势，为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考。
本文首先简要介绍了直线电机的基本原理和分类，阐述了直线电机在现代工业中的重要地位。
随后，重点分析了直线电机的关键控制技术，包括位置控制、速度控制、力控制等方面，并详细探讨了各种控制技术的原理、特点以及适用场景。
在此基础上，本文还综述了直线电机在高速交通、精密机械、电子设备等领域的应用案例，分析了这些应用中的技术难点和解决方案。
本文展望了现代直线电机关键控制技术的发展趋势，探讨了未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为推动现代直线电机控制技术的进步和实际应用的发展提供有益的借鉴和指导。
二、直线电机基本原理与分类直线电机，又称线性电机，是一种能够实现直线运动的特殊电机。
其基本原理与传统的旋转电机相似，都是基于电磁感应原理进行工作。
但与传统电机不同的是，直线电机不需要通过旋转运动转化为直线运动，而是直接产生直线运动。
直线电机的基本结构主要包括定子、动子和支撑结构。
定子通常由铁心和绕组构成，负责产生磁场；动子则负责在磁场中运动，其结构形式多样，可以是磁铁，也可以是带有绕组的导体。
当定子中的电流变化时，产生的磁场也会随之变化，进而驱动动子在直线方向上运动。
根据动子与定子之间的相对运动关系，直线电机可以分为动磁式和动圈式两类。
动磁式直线电机中，动子是磁体，定子是线圈，电流在定子线圈中产生磁场，从而驱动动子做直线运动。
而动圈式直线电机则相反，动子是线圈，定子是磁体，电流在动子线圈中产生磁场，与定子磁场相互作用，驱动动子直线运动。
国内外直线电机技术的发展与应用综述
国内外直线电机技术的发展与应用综述一、直线电机技术的发展直线电机是一种能够直接产生直线运动的电机，它是融合了电磁学、力学和控制理论的高新技术产品。
随着工业自动化和智能制造的发展，直线电机技术在国内外得到了广泛的应用和推广。
在这样的背景下，直线电机技术的发展也迅速走向成熟，实现了快速、精密、高效的直线运动控制。
1. 直线电机技术的起源直线电机技术的起源可以追溯到20世纪初，当时的工业生产需要更高效的动力传动设备，传统的旋转电机在直线运动控制方面存在较大的局限性。
由此，人们开始研究和开发能够直接产生直线运动的电机，而直线电机应运而生。
2. 直线电机技术的发展历程20世纪50年代，磁悬浮直线电机技术开始初露头角，但由于材料、加工工艺等方面的限制，当时的直线电机技术仍处于萌芽阶段。
随着硬磁材料和控制技术的不断改进，直线电机技术逐渐成熟，应用领域也不断拓展。
3. 直线电机技术在国际上的发展状况在国际上，直线电机技术已经得到了广泛的应用和研究。
欧美国家在直线电机技术方面具有较强的研发实力和生产能力，其在航空航天、高铁、机器人等领域的应用取得了显著的成绩。
而在亚洲地区，日本和韩国也在直线电机技术领域拥有一定的技术积累和市场份额。
二、直线电机技术的应用直线电机技术作为一种先进的动力传动技术，其在工业生产和科学研究领域得到了广泛的应用，并且在特定领域具有独特的优势。
1. 工业自动化领域在工业生产中，直线电机技术可以实现高速、高精度的直线运动控制，广泛应用于数控机床、激光切割设备、半导体生产设备等领域。
直线电机可以实现电磁直接驱动，避免了传统传动系统中的机械传动链路和间隙，提高了系统的动态响应性能和定位精度。
2. 航空航天领域直线电机技术在航空航天领域的应用也日益广泛。
在卫星姿态控制系统中，直线电机可以实现对姿态控制器的精确调整，提高了卫星的姿态控制精度和灵活性。
在航空器的起落架和飞行控制系统中，直线电机也可以实现更加稳定和精密的动力传递。
基于FLUX的直线电机建模及仿真分析
—பைடு நூலகம்
自动化 、 交通与民用 、 军事及其他行业都有广泛的 用 途 ¨ 。国 内对 直 线 电机 的 研 究 以 中 国科 学
院 电工研 究所 为最 早 ， 国内直 线 电机 的 产品很 少 ，
其 理论研 究还 不 完 善 ， 前都 是 基 于 假 设 的数 学 以
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ Ｌｉ ｅ ｒｍｏ ｏ ＦＬＵＸ ； ｏ ｌｎ ｄｓ ｎ ａ ｔｒ； ｍ ｄｅｉ ｇ
０ 引 言
随 着科技 的 发展 ， 色制 造 理 念 得 到 不 断 深 绿 入 与强 化 ， 直线 电机 即 是 制 造业 近 几十 年 才兴 起 的绿 色产品 之一 ， 它具 备许 多优点 ， 有广阔 的 应 具 用 前景 。其 中在物 流输送 系统 、 工业 设 备 、 息 与 信
—
ｏ
２ 直 线 电机 建 模
参数化 建模 可 以 使 电机 进 行 多种 结 构 参 数 、 电气参 数 以及 不 同物 理 材 料 下 的计 算 ， 而 可 以 从
建模 ， 关于 电磁 场 的分 析 还 不 全面 Ｊ 。只 有通 过 对场 的分析 ， 能较 准确地 计算 其特 性 ， 些年 有 才 近 限 元方法 得到 广 泛应 用 ， 它能 够 很 好 的解 决 电机 电磁 场 分 析 １ 。针 对 电机 的 仿 真 分 析 ，Ｌ Ｘ 司题 ＦＵ
ｓ ｉ ｉ ｏ ｔｉｅ ．Ｔ ｅｒｓ ｌ ｉ ｉｔ ｄ ｃ ｄ ｂ ｅ ｙ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓｏ ａａ ｔ ｃ ｍｏ ｅ ｙ ｕｔ ｓ ｂａｎ ｄ ｈ ｅｕｔ ｓ ｎｒ ｕ ｅ ｒ ｆ ，ｔｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｆｐ ｒｍｅｒ ｄ ｌａｅ ｏ ｉｌ ｉ
ｐｏ ｏ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ，ｉ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｔ ｉ ｃ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｋ ｎ ｆｍｏｏ ｓ ｔ ａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｄ ｒ ｔｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｔ ｓ ｉ ｄ ｏ ｔｒ ． ｅ ａ ｈ
直线电机在数控机床中的应用
直线电机在数控机床中的应用直线电机的历史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略现雏形的直线电机，其后的160多年中直线电机经历了探索实验、开发应用和使用商品化三个时期。
1971年至目前，直线电机终于进入独立应用的时期，各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多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、各种电动门、电动窗等。
利用直线电机驱动的磁悬浮列车，速度已超过500km/h，接近了航空飞行的速度。
我国的直线电机的研究和应用是从20世纪70年代初开始的。
目前主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机等。
我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广应用方面尚存在很大的差距。
目前，国内不少研究单位已注意到这一点[1]。
直线电机在数控机床上应用的现状近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热门，其原因是：为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机床发展的一个重大趋势，一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，速度要提高到40～50m/min以上。
传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式所能达到的最高进给速度为30m/min，加速度仅为3m/s2。
直线电机驱动工作台，其速度是传统传动方式的30倍，加速度是传统传动方式的10倍，最大可达10g；刚度提高了7倍；直线电机直接驱动的工作台无反向工作死区；由于电机惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应。
1993年，德国ZxCell-O公司推出了世界上第一个由直线电机驱动的工作台HSC-240型高速加工中心，机床主轴最高速达到24000r/min，最大进给速度为60n/min，加速度达到1g，当进给速度为20m/min时，其轮廓精度可达0.004mm。
美国的Ingersoll公司紧接着推出了HVM-800型高速加工中心，主轴最高转速为20000r/min，最大进给速度为75.20m/min。
PARKER-直线电机
派克的专利化工Tril字ogy型I-结bea构m 设des计ign，在紧凑的Co结mp构eti中tive实de现sig非ns常高的动力性 能。另外，这种设计比传统铁芯设计的热效率更高。
I-Force系列无铁芯电机 型号 页码 横截面 – H x W mm (in) 连续力 – N (lbs) 峰值力 – N (lbs) 最大轨道长度 – mm (in)
110-2
绕组
S串联/P并联/T三联
S
P
S
P
T
峰值电流
A pk sine
15.9
31.8
14.8
29.6
44.4
RMS
11.2
22.5
10.4
20.9
31.4
连续电流
A pk sine
3.6
7.2
3.3
6.6
9.9
RMS
2.5
5.1
2.3
4.7
7.1
力常数 1)
N/A peak
6.8
3.4
13.7
6.8
传统设计
Vacuum encapsulated inronless coil with I-beam shape
acts as heat sink/ adapater plate
Non I-beam (T shaped) coil with larger profile size,
less thermal efficiency and less rigidity
力上升0.393%）。 4) 电感通过电机置于1Kz磁场中测定。 5) 电气时间常量是当电压步进改变后，电机值达到最终电流的63%所花的时间。 6) 电机常数是对电机效率的测定。它的计算通过在最高工作温度时，用力常数除以电机电阻的平方根得到。 7) 同非派克放大器一起使用，请咨询工厂。
例子-永磁直线同步电动机关键技术的研究
永磁直线同步电动机关键技术的研究第1章绪论1.1课题的背景与意义随着科学技术进步，高效率、高精度、高柔化和绿色化成为机械加工的重要发展方向。
切削加工的发展方向是高速切削加工。
一方面，高速加工不仅极大提高了机械加工生产效率，而且可降低切削力 30%以上，尤其径向切削力大幅度减小，同时 95%-98%的切削热被切屑带走，加工零件的热变形小，振荡频率高，工作平稳，有利于提高加工零件的光洁度，从而极大地提高了加工零件的质量及互换性;另一方面，超微细加工及科学实验对精密加工提出了越来越高的要求。
实现高速、精密加工的基本条件是:要有性能优良的高速精密机床。
为了保证进给量不变，确保零件的加工精度，表面质量和刀具耐用度，驱动系统的速度也必须相应提高;同时，进给系统的行程一般比较小，也要求驱动系统具有高的加(减)速度，以缩短启动、变速、停止的过渡时间。
因此，研制新型高速精密驱动系统是国内外的研究热点。
在工业发达国家，高速切削技术正成为切削加工的主流技术。
根据 1992年国际生产工程研究会(CLRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。
目前，多数数控机床的进给系统，采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠。
为了适应高速精密加工的要求，一些厂商采用了不同的措施不断改进滚珠丝杠的结构和性能，如日本MAZAK公司的FF66O卧式加工中心采用高速滚珠丝杠副驱动系统，其速度达 1.5m/s，加速度为1.5g，重复精度达0.002mm 。
但滚珠丝杠驱动系统需中间环节(如联轴器、滚珠丝杠、螺母等)传动，存在很多缺点，如存在反向死区、螺距误差引起误差传递、由于摩擦磨损而导致的精度渐变、附加惯量大、弹性变形引起爬行，以及位置、速度、加速度受限于丝杠的机械特性(刚度、临界速度)等，进一步改进高速精密滚珠丝杠驱动系统，有着不可克服的困难。
所以机床上传统的“旋转电机+滚珠丝杠”进给传动方式，由于受自身结构的限制，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高，已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。
直线电机的发展及其在电梯行业的应用
直线电机的发展及其在电梯行业的应用作者：朱广慧来源：《中国机械》2014年第02期摘要：直线电机可以不用借助任何中间转换结构把电能转变成直线运动，与传统的方式相比，具有噪音低、无磨损、无接触、结构简单、速度快、精度高等方面的优点。
基于此本文对直线电机的发展及其在电梯行业的应用进行探讨，阐述了直线电机在电梯中驱动系统、门机系统的应用前景，为工程技术人员对直线电机的研发指明了方向。
关键词：直线电机；电梯；应用传统的电梯曳引系统和门机利用交流旋转电机进行工作，为了实现电梯门的开和关，需要借助一些比较复杂的转动机构来把旋转运动的电机转变成直线运动。
就电梯的曳引驱动系统而言，无论是交流电机蜗轮蜗杆驱动系统或是交流调速系统、或是永磁马达调速系统，因为交流电机响应速度慢，控制起来比较复杂，无法满足未来对电梯性能的要求。
而直线电机因为其结构的特殊性，不易被环境影响，受到了行业的广泛关注，正逐渐成为主流的电梯产品。
1.直线电机的发展和研究情况1.1.直线电机的发展史直线电机的概念是在1840年被提出来的，距今有一百多年的历史。
可以将其发展史大致分成三个阶段，分别为：探索实验阶段、开发应用阶段和实用商品化阶段。
其中第一个阶段指的是直线电机的探索和实验阶段，在这个阶段直线电机的设计还存在一定的问题，也没有找到直线电机合适的应用领域，因此直线电机一直没有被广泛使用。
在开发阶段科学家在直线电动机研究的基础上，取得了非常大的研究成果，发表了一些比较系统的电机类著作和文章，极大的推进了直线电机的发展，同时也引起了广大研究人员对直线电机的重视[1]。
从1971年开始对直线电机进行了独立应用，在这个阶段，研究人员选择了出了适合直线电机使用的途径，各种各样的直线电机被广泛的推广，研究出了非常多的具有使用价值的产品，比如冲压机、空压机、煤机等。
1.2.近年来国内外对直线电机的研究情况近年来，直线电机得到了迅速的发展，很多人都开始对直线电机进行研究。
直线电机设计及其控制技术研究
直线电机设计及其控制技术研究随着科技的不断发展，直线电机已经成为现代机械工业不可或缺的一部分。
直线电机主要应用在各种机动装置中，例如高速平面，精密定位等等。
直线电机的设计与极化方式作为电机的一种工业开发方向，已经受到了越来越多技术专家的关注。
在这篇文章中，我们将探讨直线电机的设计和控制技术。
一、直线电机的设计直线电机一般是由磁场线圈和移动部件组成。
在磁场带中心时，可以是线圈产生等力线，但线圈之前的空间间隔较大时就不能产生等力线。
在这种情况下，直线电机的性能就会受到影响。
因此，为了更好地解决这个问题，我们需要对直线电机进行设计。
直线电机的设计中，需要特别关注线圈的制造。
目前，常用的生产设备有线圈拉伸机，是许多制造商所使用的主要工具。
使用线圈拉伸机，可以生产出更加优质的线圈，提高直线电机的整体性能。
此外，在设计直线电机时，还需要考虑其散热问题，合理规划空间结构，以降低温度，同时保证电机运行的可靠性和稳定性。
除此之外，直线电机的设计还需要考虑各种电气元件的选配，例如传感器、控制器等。
在设计中，还要采用优化设计方式，不断完善设计流程，提高其性能和可靠性。
二、直线电机控制技术的研究在直线电机的控制技术研究中，我们首先要考虑如何精确地控制电机的运动。
直线电机电动力学的研究表明，当磁极以直线运动时，电机有效电动力矢量的大小与方向会随着其位置改变而发生变化。
如何克服这一问题，需要对电机的控制进行研究。
在直线电机的控制技术中，我们还需要考虑如何有效地防止电机的“抖动”现象。
这个问题的解决需要运用复杂的控制技术和算法，例如模糊控制算法、神经网络控制算法等等。
在实际应用中，这些技术可以有效地减少电机的抖动现象，提高其运行效率和稳定性。
在直线电机的控制中还需要考虑如何有效地监测和控制电机的温度。
随着电机的运行，温度会逐渐升高，如果超过一定的范围就会影响电机的性能和寿命。
因此，在控制技术中，需要考虑如何通过温度传感器实时检测电机的温度，并通过控制器进行准确的控制，保证电机的稳定运行。
基于DSP的交流永磁同步直线电机矢量控制系统设计
基于DSP的交流永磁同步直线电机矢量控制系统设计
于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、
对磁体的作用力或力矩皆源于此。
[全文]
中直接产生的，可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度和快速响应速度[1]。
目前，美国、日本、德国、瑞士等是直线直接驱动系统研究水平相对较高的国家，Siemens、Kollmorgen 等公司的产品已经商品化[2]。
国内对直线电机的研究开发非常重视，很多科研院所都开展了实验研究，但没有实现产业化。
本文
是在我系研制的交流永磁同步直线电机基础上进行基于矢量变换控制的驱动系
统设计应用。
2. 交流永磁同步直线电机工作原理
直线电机的工作原理上相当于沿径向展开后的旋转电机。
交流永磁同步直线电机通入三相交流电流后，会在气隙中产生磁场磁场
电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。
由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运
动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。
，若不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布。
行波磁场与次级相互作用产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动。
图1 所示为开发设计的交流永磁同步直线电机。
3. 永磁同步直线电机矢量控制原理
由于矢量控制动态响应快，相比较标量控制，在很快的时间内就能达到。
直线电机运动控制系统设计与实现
直线电机运动控制系统设计与实现随着机器人技术的不断发展和应用领域的不断扩展，直线电机运动控制系统的应用越来越广泛。
在机械加工、物流、医疗、安防等领域，直线电机运动控制系统可以提高生产效率、降低成本、增加安全保障等方面发挥重要作用。
1. 直线电机的基本原理直线电机是一种特别的电机，它与传统的旋转式电机不同，它的转子是直线形的，转子和定子之间的相互作用力在直线上，因此可以实现直线运动。
直线电机可以分为平移式直线电机和旋转式直线电机两种。
平移式直线电机是指直线电机的运动方向和转子的方向平行；旋转式直线电机是指直线电机的运动方向与转子相垂直，有时也可以被称为“轴向直线电机”。
直线电机的工作原理是通过电流和磁场的相互作用来实现电机的运动。
在直线电机中，将磁场沿着直线方向排列，电流在磁场中就会发生运动，因此直线电机可以将电能转换为机械能，实现直线运动。
2. 直线电机运动控制系统的组成直线电机运动控制系统主要由以下几个部分组成：（1）直线电机：直线电机作为系统的关键部分之一，承担着将电能转换为机械能的重要任务。
（2）导轨：导轨是直线电机运动控制系统中的另一个重要组成部分，它可以为直线电机提供运动的支撑和方向控制。
（3）控制器：控制器是直线电机运动控制系统中的核心组成部分，它可以实现直线电机的运动控制、位置控制、速度控制、力控制等功能。
（4）编码器：编码器是直线电机运动控制系统中的重要传感器，它可以实时检测直线电机的位置和速度信息，并将其反馈给控制器。
（5）驱动器：驱动器是直线电机运动控制系统的另一个重要组成部分，它可以实现对直线电机的电能输入和输出控制。
3. 直线电机运动控制系统的设计设计直线电机运动控制系统需要考虑多个因素，其中包括电机的选型、导轨的选型、控制器的配置、编码器的配置和驱动器的调试等多个环节。
（1）电机的选型：需要根据实际的应用需求选取合适的电机规格，包括电机的功率、扭矩、转速等参数。
（2）导轨的选型：需要根据实际的应用需求选取合适的导轨类型，包括单轴、双轴、三轴等不同类型的导轨，并需要考虑导轨的滑动方式和阻力等因素。
直线电机发展概述及应用
直线电机发展概述及应用直线电机具有环境污染少、消耗能源少及噪声污染少等优点，普遍应用在多种领域。
本文分析了直线电机的理论研究，简单地叙述了直线电机在一些领域的应用，如交通、办公设备及军事装备等。
结合直线电机应用研究新发展动向得出，通过计算机使直线电机具有高度的控制精度，在新原理的基础上研发新型直线电机的新技术，直线电机未来的应用和发展的前景是广阔的。
标签：直线电机；发展；应用直线电机经历了相当长一段时间的发展。
从十九世纪末期至二十世纪初期，有人开始对直线电机进行研究，但最终以失败告终。
直到二十世纪五十年代中期这种情况才有所改变，因为这期间材料技术和控制技术得到了发展，新控制元器件大量涌现，极大促进了直线电机的理论与应用。
特别是这些年来，精密、高速机床进给系统的需要，有效体现了直线电机的显著性能，直线电机的研究成为了研究领域的热点。
明确直线电机发展现状及未来发展趋势，有助于研究新型直线电机。
1 直线电机的理论研究因为直线电机具有特殊的结构，旋转电机的理论并不直接适用直线电机，这样对直线电机的分析就更加困难。
所以，开展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。
为了解决边界效应问题，提出了直接解法，基于三维Maxwell 方程，再做简化，经过推导得出一维方程的解闭。
应用有限元法直接根据直线电机内的磁场分布，得出电气参数，改变了以往使用的场简化为路的方法，促使了计算方法的进步。
2 直线电机的应用研究直线电机因为自身具有独特的优越性，在机械加工、精密控制及交通运输等领域得到了广泛应用[1]。
直线电机是一种电子机械装置，借助电能，做直线运动，能够驱动机械负载，进行直线运动；直线电机具有简单的结构、较低的能源消耗及较高的工作效率。
在直线电机研究中，直线电机应用研究是重要内容之一。
因为直线电机可作往复或者连续单向的直线机械运动，不再需要中间机械传动变换装置，普遍应用于国民经济的相关部门。
直线电机多运用于机床、工业机器人和多种直线运动的机械装置中。
直线步进电机在航空行业中的运用
简单 、成 本低 的优 点 ：缺 点 则是磁 力数 值小 、不 对 称 、力矩波 动较大。后者混合式直线步进 电机是在前
者基 础上 加入 了永 磁体 ，因而 即使是 在 断 电的情况 下 ，永磁体还能够产生一定 的力矩 ，可 以继续直线运 行一段距离 。由于永磁体 的存在 ，因而在单位体积上 能够形成 比磁 阻式更 大的推 力，能够较 为轻易完 成微 步控制 ，并且其控制距 离对 于参数 的依赖 性弱，一致 性较好。为了提高直线运动的平稳性、减小推力带来 的波动 ，在混合式 电机中通 常使用细分技术 。 直线步进 电机的基本结构主要是由动子、定子以及 线圈组成。动子主要组成是永久磁铁和电磁铁 ；定子则
线位置上 的传感器后 能够做到位置 的精确定位 以及具
有较强 的断电力矩 。然而 ，不 是每样 东西都是十全十
景 。总之 ，直线 步进 电机在航空行业 中有些很大 的发
展潜力以及大力推广的前景 。《 ： 》
参考文献 ［ 宋立伟 ， １ 】 崔淑梅 ， 张千帆， 程树康．错 片结构微型直线步进
式步进 电机完成精确 的直 线移 动。在 这里，要特别介
绍两 种： （ ）刚开始 的直线 式步进 电机 是采用滚 珠 １ 螺母配合着丝杆来完成 的。电机 的转 子在磁场 的作用 下 开始 转动 ，与 转子 一体 的滚 珠螺 母也 随着 开始 转 动 ，丝杆很 自然地被 带动产 生需要的直线运动 。但是 滚珠螺母对校验 的要求 高，丝杆通常其螺距 比较大， 这 导致造 的缺 点主要有 ：制造 困难、费用过 于 昂贵、 机械分辨率低 、生产周 期长 。所 以这 种方法在诸多领
是由等距离的齿槽叠片贴心构成的。通常用细分技术来
控制这种电机，能够实现高分辨率和精密定位。
直线电机地铁列车牵引计算软件的开发
的车载定 子与地面感应 板的直接 电磁 作用来产生牵 引 ／ 制动力 ， 全不需要借助 轮轨相互作用 ， 完 因此是一种非黏
着驱动系统。 从牵引 的角度来 看 ， 这种驱动方式具有 以下 优点 ：
质， 节约能源 ， 必须对直线电机车辆进行牵 引计算 的仿真 研究。在 国内， 列车牵引计算已开发出多种 实用软件 ， 但 是这些传 统软件 不能满 足 直线 电机列 车实 际运 用 的要
求； 我们 在 Ｗｉｄｗ Ｐ和 Ｖｓａ ｃ ＋ ． 台上 ， ｎｏ ｓ Ｘ ｉ ｌ＋６ ｕ ０平 开发 了
一
１牵引力不受黏着限制 ， ） 其起动能力将 变得很 强 ， 同
时爬 坡能力 也较传 统车辆 有了较大 的提高 。传统车辆的 爬坡 能力一 般不大于 ３％ ，而直线电机 车辆可达 ８％ ， ０。 ０。 远远 高于传统车辆。 ２ 直线 电机 比较传 统的 鼠笼式 电动机 的强度大大提 ） 高， 可以承受反接制动对 电机 的冲击 ， 使制动效率更高。
Ｊ１２ ｔ ２ ０ ｕ ． ０ ｈ， ０ ７
・计 算机 应 用 ・
直线 电机地铁 列车牵 引计算软件 的开发 党一纵 柳 拥军ｔFra bibliotek文龙 贤 ， ，
（． １ 北京 交通 大学 机械与电子控制 工程 学院 ， 北京
２ 长春轨道客 车股份有 限公 司 城轨开发部，吉林 长春 ． 摘
１０４ ； ００４
Ｏ 引言
直线 电机 车辆突破 了传统车辆 的牵引力和制动力受 制于轮轨黏着力 的限制 ， 具有爬坡 能力强 、 加速 快 、 面 平 曲线通过能力强等特点 。由于采用了新 型的直线 电机牵 引技术 ， 为了能够充分发挥车辆 的牵引能力 ， 提高运行 品
直线电机的发展及其在电梯行业的应用(2021新版)
( 安全管理 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改直线电机的发展及其在电梯行业的应用(2021新版)Safety management is an important part of production management. Safety and production are inthe implementation process直线电机的发展及其在电梯行业的应用(2021新版)直线电机可以不用借助任何中间转换结构把电能转变成直线运动，与传统的方式相比，具有噪音低、无磨损、无接触、结构简单、速度快、精度高等方面的优点。
基于此本文对直线电机的发展及其在电梯行业的应用进行探讨，阐述了直线电机在电梯中驱动系统、门机系统的应用前景，为工程技术人员对直线电机的研发指明了方向。
传统的电梯曳引系统和门机利用交流旋转电机进行工作，为了实现电梯门的开和关，需要借助一些比较复杂的转动机构来把旋转运动的电机转变成直线运动。
就电梯的曳引驱动系统而言，无论是交流电机蜗轮蜗杆驱动系统或是交流调速系统、或是永磁马达调速系统，因为交流电机响应速度慢，控制起来比较复杂，无法满足未来对电梯性能的要求。
而直线电机因为其结构的特殊性，不易被环境影响，受到了行业的广泛关注，正逐渐成为主流的电梯产品。
直线电机的发展和研究情况1.1.直线电机的发展史直线电机的概念是在1840年被提出来的，距今有一百多年的历史。
可以将其发展史大致分成三个阶段，分别为：探索实验阶段、开发应用阶段和实用商品化阶段。
其中第一个阶段指的是直线电机的探索和实验阶段，在这个阶段直线电机的设计还存在一定的问题，也没有找到直线电机合适的应用领域，因此直线电机一直没有被广泛使用。
在开发阶段科学家在直线电动机研究的基础上，取得了非常大的研究成果，发表了一些比较系统的电机类著作和文章，极大的推进了直线电机的发展，同时也引起了广大研究人员对直线电机的重视。
直线感应电机及其应用
馈电的一侧称为初级，无馈电的一侧称为次级。静止 的一侧称为定子，运动的一侧称为动子。
2.直线感应电机的结构和基本原理
直线感应电机根据其形状不同可分为扁平型、圆筒型、
圆弧型和圆盘型4类。
1）扁平型直线感应电机
图2 由旋转电机演变为直线电机的过程
a）沿径向剖开 b）把圆周展成直线
2.直线感应电机的结构和基本原理
材料为铜或铝，复合次级是二者的复合，
如图5所示。由于低碳钢板的导电性能 不磁性次级
b) 非磁性次级
效率较低。非磁性次级的直线电动机，
由于次级材料的导磁性能差，因此功率 因数较低。复合次级的直线感应电动机 具有较好的性能指标。
c) 复合次级
图5 直线感应电机的次级横截面图
因此，车辆可以获得很强的起动、加速和减速动力性能，尤其具有突 出的爬坡能力，线路最大坡度可以允许在8%以上，传统的地铁车辆最 大允许3%，并能在恶劣的环境和轨面条件下保持良好的性能。
图28 爬坡能力的比较
5. 直线感应电动机应用及发展趋势
2) 转弯半径小 由于直线电机驱动方式，车 轮不再传递牵引/制动力，所以轴 箱定位结构可以大大简化，这样 就很容易实现结构简单的径向转 向架，提高了车辆的曲线通过性 能和运行平稳性。由于转向架具 有径向功能且轴距小，使地铁运 营线路的最小曲线半径可低到
4. 直线感应电动机的等效电路和基本特性
4）推力-电压特性 5）推力-功率特性
图22 推力-线电压特性
图23 推力-输入功率特性
5. 直线感应电动机应用及发展趋势
5.1 轨道交通 由直线电机驱动的轨道交通称为直线电机轨道交通。
磁悬浮轨道交通
直线电机轮轨交通
直线电机轨道交通 直线电机单轨交通
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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—于场方向当气隙中旋转磁场以同步速度n旋转时，该磁场就会切割转子导条，而在其中感应出电动势。
电动势的方向可按右手定则确定，示于图中转子导条上。
由于图1—2旋转电机的旋转磁场转子导条是通过断环短接的，因此在感应电动势的作用下，便在转子导条中产生电流。
当不考虑电动势和电流的相位差时，电流的方向即为电动势饿方向。
这个转子电流与气隙磁场相互作用便产生切向电磁力F。
电磁力的方向可用左手定则确定。
以上就是一般旋转电机的基本工作原理。
<二> 直线电机的基本工作原理直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。
当不考虑由于铁心两端开断后而引起的纵向边效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电机的相似。
即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。
当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。
这个原理与直线的相似，两者的差异是“行波磁场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Vs，称为同步速度，且：Vs=2f再来看行波磁场对次级的作用。
假定次级为栅极次级，图 1-11中仅画出其 中的一根导条。
次级导条在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流。
叫厂!©□田厂诂厂I ❽厂——工/匸 X B z \A图1-li 直线电机的基本王作原理1—初级 A-欢级 —材液册场而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。
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，转差率用S 表示，则有公式在电机运行状态下，在0和1之间。
上述就是直线电机的 基本工作原理。
应该指出，直线电机的次级大多采用整块金属板或复合金 属板，因此并不存在明显的导条。
但在分析时，不妨把整块看 成是无限多的导条并列安置，这样仍可以应用上述原理进行讨论。
分别画出了假象导条中的感应带脑瘤及金属板内电流的分布，图中心的叠片厚度，C 为次级在I s 长度方向伸出初级铁心的宽度，它用来作为次级 感应电流的端部通路，C 的大小就影响次级的电阻。
忧川匸打口!门图1-3金属板内电流的分布我们知道，旋转电机通过对换任意两相的电源线，可以实现反向旋转。
这是 因为三相绕组的相序反了，旋转磁场的转向也随之反了，使转子转向跟着反过来， 根据这一原理。
可以使直线电机做往复直线运动。
在图 1-3中, I s 为初级铁■ ■ q N ■■ ■ N F J--" » ■*- -9-VB ■» n - 尸rf. ■ q ■ v _1.3 直线电机的优缺点1.3.1 直线电机的优点直线电机广泛的应用于工业、民用、军事及其它各种直线运动场合，采用直线电机驱动的装置和其他非直线电机驱动的装置相比，它具有以下一些优点：（1）采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生推力，因此，它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，保证了运行的可靠性，曾经有台直线电机驱动的洗衣机，每天24h连续不停的工作了7年，而没有做任何维修。
（2）普通旋转电机由于受到离心力的作用，其圆周速度受到限制，而直线电机运行时，它的零部件和传动装置不像旋转电机那样会受到离心力的作用，因而它的直线速度可以不受限制。
（3）直线电机是通过电能直接产生直线电磁推力的，它在驱动装置中，其运动可以无机械接触，使传动零部件无磨损，从而大大减少了机械损耗，例如直线电机驱动的磁悬浮列车就是如此。
（4）旋转电机通过钢绳、齿条、传动带等转换机构转换成直线于东，这些转换机构在运行中，其噪声是不可避免的；而直线电机是靠电磁推力驱动装置运行的，故整个装置或系统的噪声很小或无噪声，运行环境好。
（5）由于直线电机结构简单，且他的初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封成整体，所以可以再一些特殊场合中应用，例如可在潮湿甚至水中使用，可在有腐蚀性气体或有毒、有害气体中应用，亦可在几千度的高温下或零下几百度的低温下使用。
（6）由于直线电机结构简单，其散热效果也比较好，特别是常用的扁平型短初级直线电机，初级的铁心和绕组端部，直接暴露在空气中，所以这一类直线电机的热负荷可以取得较高，并且不需要附加冷却装置。
1.3.2 直线电机的缺点当然，任何事物都是一分为二的，直线电机也不例外，它也存在着一些不足之处，主要表现在以下两个方面：（1）与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率因数要低，尤其在低速时比较明显。
其原因主要是由两个方面引起的：一是直线电机的初次级气隙一般比旋转电机的气隙大，因此所需的磁化电流比较大，使损耗增加；二是由于直线电机初级铁心两端开端，产生了所谓的边端效应，从而引起波形畸变等问题，其结果也导致损耗增加。
但从整个装置或系统来看，由于采用直线电机后可省去中间传动装置，因此，系统的效率有时还是比采用旋转电机的高。
（2）直线电机特别是直线感应电动机的启动推力受电源电压的影响较大，故需要采取有关措施保证电源的稳定或改变电机的有关特性来减少活消除这种影响。