直线电动机的工作原理

2019-09-26作者：电工小雨我要评论

直线电动机的工作原理

可以用电磁力直接产生直线运动，这样就出现了直线电动机。原则上，每种旋转电动机都有与之相应的一种直线电动机，然而目前使用的主要是分别与旋转感应电动机和同步电动机相对应的直线感应电动机和直线同步电动机。过去，工业生产中应用的直线电动机主要以感应电动机为主，而且最初主要作为动力转换装置使用。随着矢量控制技术、微电子技术和电力电子技术的进步，直线感应电动机逐渐开始应用于高精度伺服系统中。与此同时，由于永磁同步电动机在功率密度和发热等方面的诸多优越性以及高性能永磁材料的发展和价格的降低，永磁同步直线电动机也得到了广泛的应用，尤其是在高速、高精加工的数控机床进给驱动系统中的应用有着非常好的前景。在数控机床中用永磁同步直线电动机直接驱动机床工作台或刀具，这样就取消了从电动机到工作台的一切中间环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零，故这种传动方式称为“直接驱动”。这种传动方式主要有以下优点： 1)速度高，可达60~200 m/min。 2)动态特性好，推力／质量比可做得很大，因而加速度特性好；理论空载加速度很大，用于机床伺服驱动，可做到1～2 g，此外其刚性也较好。 3)无中间传动环节，可靠性高。 4)消除了中间环节，也就消除了相应的各种非线性环节，使得控制精度提高。 5)无行程限制。因为采用永磁同步电动机驱动与传统的“旋转电机+滚珠丝杆”产生直线运动的方法相比有很多优越性，因而在高档数控机床中将有很好的应用前景。同时还应看到，直线电动机驱动是直接驱动，对来自外界的扰动，如工件或刀具的质量、切削力及它们的变化等，都直接作用在直线电动机上，这就给控制增加了难度。此外，永磁同步直线电动机还存在着散热、隔磁及垂直应用时需加平衡制动器等问题，而且目前的价格偏高。永磁同步直线电动机除应用于数控机床外，其他任何需要产生直线运动的场合均可应用，尤其是需要高速度、高精度和高动态响应的场合。由以上控制电机结合适当的导向*（如导轨）、执行器（如机械夹持器、特种末端执行器、万能手等）便构成了完整的电动式驱动执行*。

直线感应电动机的工作原理

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。

直线电机原理

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．

1工作原理.

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换*的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成.

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．

2.应用

直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛．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．在我国，直线电机也逐步得到推广和应用．直线电机的原理虽不复杂，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．

其他可参考中国软启动网

3.直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较

在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为零传动。正是由于这种零传动方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

1）高速响应

由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），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。

2）精度

直线驱动系统取消了由于丝杠等机械*产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。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。

3）动刚度高

由于直接驱动，避免了启动、变速和换向时因中间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，同时也提高了其传动刚度。

4）速度快、加减速过程短

由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述零传动的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5）行程长度不受限制

在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度。

6）运动动安静、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。

7）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，传动效率大大提高

参考资料：http://blog.163.com/jingss_888/blog/static/2090523520087712123266/

电动机的工作原理及分类

电动机的工作原理：电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。

电动机的分类：

1.按工作电源分类

根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2．按结构及工作原理分类

根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

3.同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

4.异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

4.直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

5．按起动与运行方式分类根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

6．按用途分类可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。