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直线电机作用原理

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点击次数:更新时间:2018-01-11 16:01:05

一、直线电机是指一种利用电磁作用原理,将电能直接转换成直线运动动能的驱动装置,它是一种能实现往复直线运动的电动机。
  直线电机无论是从结构上还是工作原理上看,都是从旋转电机而来的。首先从结构上来讲,可以认为直线电机是将旋转电机沿其轴向剖开,然后将其定子和转子展开,变成如图1所示的由定子和动子组成的直线电机。在数控机床上实际使用的直线电机如图2所示。
电动推杆推杆电机
其次从电动推杆原理来讲,在旋转电机中,当三相绕组中通入三相对称正弦电流后,会在气隙中产生按正弦分布的旋转磁场。与此类似,在直线电机中通入三相电流后,也会在气隙中产生磁场,如果不考虑端部效应,磁场在直线方向也呈正弦分布,只是这个磁场是平移而不是旋转的,因此称为行波磁场。行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力,驱动动子沿定子作往复直线运动。这就是直线电机运行的基本原理电动推杆原理
 
二、直线电机是一种新型电机应用日益广泛,磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。磁悬浮列车是一种全新的列车.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。
 
要使质量巨大的列车靠磁力悬浮起来,需要很强的磁场,实用中需要用高温超导线圈产生这样强大的磁场,直线电机除了用于磁悬浮列车外,还广泛地用于其他方面,例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等,在中国,直线电机也逐步得到推广和应用.电动推杆原理虽不复杂,但在设计、制造方面有它自己的特点,产品尚不如旋转电机那样成熟,有待进一步研究和改进。
 
直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形,它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开,然后拉平演变而成。近年来,随着自动控制技术和微型计算机的高速发展,对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求,在这种情况下,传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置,已经远不能满足现代控制系统的要求,为此,近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机,使得直线电机的应用领域越来越广。
 
直线电机与旋转电机相比,主要有如下几个特点:一是结构简单,由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置,因而使得系统本身的结构大为简化,重量和体积大大地下降;二是定位精度高,在需要直线运动的地方,直线电机可以实现直接传动,因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差,故定位精度高,如采用微机控制,则还可以大大地提高整个系统的定位精度;三是反应速度快、灵敏度高,随动性好。直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑,因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触,这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力,因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性;四是工作安全可靠、寿命长。直线电机可以实现无接触传递力,机械摩擦损耗几乎为零,所以故障少,免维修,因而工作安全可靠、寿命长
 
 
三、直线电机的分类及特点
 
 直线电机的分类 
   由于直线电机和旋转电机之间存在上述对应关系,因此每种旋转电机都有相应的直线电机,但直线电机的结构形式比旋转电机更灵活,另外,由于直线电机的某些性能参数与应用场合密切相关,所以直线电机除了可按电动推杆原理分类外,还可按结构形式分类和性能分类。
  按电动推杆原理分类
    如上所述,每种旋转电机都有相应的直线电机与之对应,即有:直线直流电机、直线感应电机、直线同步电机、直线磁阻电机、直线压电电机等。
  按结构形式分类
    根据不同的使用场合,直线电机的结构形式和分为:平板式、U 形、圆筒式,如图1所示,图中红色为动子,蓝色为定子。
 
 直线运动动能的驱动装置
  按性能参数分类 
    根据不同应用场合对性能参数的要求不同,直线电机还可分为:
    ①高推力(高推力、大位移)直线电机:其典型应用行业有高速、高精数控机床、高速加工中心和并联(杆机构)机床等;数控机械如传输机械、冶金机械、纺织机械等;及其他高速、高精且需要高推力、大位移的场合,如飞行模拟器、弹射器,加速滑轨等。
    ②高响应(高频响、小位移)直线电机:其典型应用行业有往返频率高、位移小、推力不高的各类精密机床,如非圆截面加工机床、高速磨床、电火花成型加工机床等;快速成形、图像传递、光电医疗、激光加工等设备或装置上的三维振镜扫描动态聚焦系统;电子制造行业的装备:插件机、线路板检测和钻孔、半导体行业:芯片加工、切片、连线、离子注入、光刻、芯片检验等装备;计算机外围驱备:X-Y绘图机、高速打印机、扫描仪、数控坐标测量仪、软盘驱动设备等。
 直线电机的特点 
   直线电机的特点在于直接产生直线运动,与间接产生直线运动的“旋转电机+滚珠丝杠”相比,其优点在于:(具体性能见表1):
   没有机械接触,传动力是在气隙中产生的,因此没有金属和金属的接触,除了导轨外没有其它摩擦;
   结构简单,体积小,以最少的零部件数量实现直线驱动,而且是只有一个运动的部件;
   行程理论上不受限制,而且性能不会因为行程的改变而受到影响;
   可以提供很宽的速度范围,从每秒几微米到数米,特别是高速是其一个突出的优点;
   加速度很大,最大可达10g;
   运动平稳,这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外,没有其它机械连接或转换装置的缘故;
   精度和重复精度高,因为消除了影响精度的中间环节,系统的精度取决于位置检测元件,有合适的反馈装置可达亚微米级;
   维护简单,由于部件少,运动时无机械接触,从而大大降低了零部件的磨损,只需很少甚至无需维护,使用寿命更长。
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