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直线电机——应用


第 4 章 直线电动机 Linear Motor

大连理工大学电气工程系
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4.1 直线电动机概述
4.1.1 直线电动机的原理与分类 从旋转电动机到直线电机的演化

旋转电动机的定子和转子分 别对应直线电动机的初级和 次级
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单边型直线电动机
短 初 级
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短 次 级
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双边型直线电动机
短 次 级
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短 初 级
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圆筒式结构

从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化

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圆弧式直线电动机

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圆盘式直线电动机

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4.1.2

直线电动机传动的特点

(1) 省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换 机构,节约了成本,缩小了体积。 (2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响,直 线电动机直接传动反应速度快,灵敏度高,随动性 好,准确度高。 (3) 直线电动机容易密封,不怕污染,适应性强。 由于电机本身结构简单,又可做到无接触运行,因 此容易密封,可在有毒气体、核辐射和液态物质中 使用。

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4.1.2

直线电动机传动的特点

(4) 直线电机散热条件好,温升低,因此线负荷和 电流密度可以取得较高,可提高电机的容量定额。 (5) 装配灵活性大,往往可以将电机与其他机件合 成一体。 (6) 某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点, 如大气隙导致功率因数和效率降低,存在单边磁拉 力等等。

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4.2

直线感应电动机

4.2.1 直线感应电动机的基本原理

行波磁场
在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。
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如电机极距为 ,电源频率为f,磁场移动速度为

vs = 2 f
次级速度为v , 则滑差率为

s =

vs vs

v

次级移动速度

v = (1 s)v s = 2 f (1 s)
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4.2.2 直线感应电动机的结构特点 1. 初级 直线电机的初级相当于旋转电机的定子。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。 2)圆筒式初级:一般由用 1)扁平式初级结构 硅钢加工成具有凹槽的 圆环组成,装配时四周 用螺栓拉紧。

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2. 次级 1)扁平型直线电机 栅型次级:一般是在钢板上 栅型次级: 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. 钢次级或磁性次级: 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)。 复合次级: 铜(铝)次级或非磁性次级:用于双边型直线电机中
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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
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3. 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 次级: 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 直线感应电动机的缺点:
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4.3 直线直流电动机
4.3.1 永磁式直线直流电动机

动铁型 线圈绕在一个软铁框架上, 线圈的长度要包括整个行程

动圈型
软铁架两端装有极性同向放 置的两块永磁体,通电线圈 可在滑道上作直线运动

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4.3.2 电磁式 直线电动机

单极电机

两极电机

圆筒式直线直流电动机优点:没有线圈端部,电 圆筒式直线直流电动机优点: 枢绕组得到完全利用;气隙均匀,消除了电枢和 磁极间的吸力。
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