直线电动机基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第5部分直线电动机基础一、特点及应用一、特点及应用二、基本结构与工作原理二、基本结构与工作原理三、分类及优、缺点三、分类及优、缺点第1页一、特点及应用1.特点特点是一个将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任是一个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机构装置；何中间转换机构装置；结构多样，能够依据需要制成扁平型、圆筒型或盘型结构多样，能够依据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种形式；等各种形式；能够采取交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源能够采取交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作；进行工作；不一样种类含有截然不一样工作特点，能够依据需要不一样种类含有截然不一样工作特点，能够依据需要选择。能满足高速、大推力驱动要求，也能满足低速、选择。能满足高速、大推力驱动要求，也能满足低速、精细要求，如步进直线电动机。精细要求，如步进直线电动机。第2页2.应用应用应用领域：应用领域：军事领域。利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将军事领域。利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭发射；它用于导弹、火箭发射；交通运输业。利用直线电机制成时速达交通运输业。利用直线电机制成时速达500km以上磁以上磁悬浮列车；悬浮列车；工业领域。用于生产输送线，以及各种横向或垂直运工业领域。用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动机械设备中；动机械设备中；精密仪器设备。比如计算机磁头驱动装置、摄影机快精密仪器设备。比如计算机磁头驱动装置、摄影机快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等；动化仪器设备等；民用装置。如门、窗、桌、椅移动，门锁、电动窗帘民用装置。如门、窗、桌、椅移动，门锁、电动窗帘开、闭等。开、闭等。第3页应用实例：应用实例：直线电机驱动直线电机驱动X-Y工作台工作台 图1 使用直线直流电动机X-Y工作台第4页二、基本结构与工作原理1.基本结构基本结构（1）扁平型结构）扁平型结构图2 旋转电动机和扁平型直线电动机示意图第5页 扁平型直线电机能够认为是旋转电机在结构方面一扁平型直线电机能够认为是旋转电机在结构方面一个演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖开，个演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机周围展成直线。然后将电机周围展成直线。图3 由感应式旋转电机演变为扁平型直线电机过程a)沿径向剖开 b)把圆周展成直线第6页定子演变来一侧称为初级，转子演变来一侧称为定子演变来一侧称为初级，转子演变来一侧称为次级。次级。由旋转电机演变而来最原始直线电机初级和次级由旋转电机演变而来最原始直线电机初级和次级长度相等，运行中初级与次级耦合不定，不能正长度相等，运行中初级与次级耦合不定，不能正常工作。为了确保在所需行程范围内初级与次级常工作。为了确保在所需行程范围内初级与次级之间耦合保持不变，实际应用时，将初级与次级之间耦合保持不变，实际应用时，将初级与次级制造成不一样长度。制造成不一样长度。既可做成短初级长次级型，也可做成长初级短次既可做成短初级长次级型，也可做成长初级短次级型。但短初级在制造成本上、运行费用上均比级型。但短初级在制造成本上、运行费用上均比短次级低得多，所以当前除特殊场所外，普通采短次级低得多，所以当前除特殊场所外，普通采取短初级。取短初级。演变而来原始直线电机仅一边安放初级，称为单演变而来原始直线电机仅一边安放初级，称为单边型直线电机。单边型电机初级与次级之间存在边型直线电机。单边型电机初级与次级之间存在着很大法向吸力，在钢次级时约为推力着很大法向吸力，在钢次级时约为推力10倍左右，倍左右，大多数场所下，这个力是不希望存在。所以在次大多数场所下，这个力是不希望存在。所以在次级两边都装上初级，做成双边型结构，以抵消法级两边都装上初级，做成双边型结构，以抵消法向吸力。向吸力。第7页图4 单边型直线电机a)短初级 b)短次级第8页图5 双边型直线电机a)短初级 b)短次级第9页1.基本结构基本结构一台经典单边扁平型短初级直线感应电动机结构如图所一台经典单边扁平型短初级直线感应电动机结构如图所表示。表示。图图6 单边扁平型短初级直线感应电动机单边扁平型短初级直线感应电动机1次级铁心次级铁心 2次级导电板次级导电板 3三相绕组三相绕组 4初初级铁心级铁心 5支架支架6固定用角铁固定用角铁 7绕组端部绕组端部 8环氧树脂环氧树脂第10页 能够认为是能够认为是将扁平型直将扁平型直线电机沿着线电机沿着和直线运动和直线运动相垂直方向相垂直方向卷接成筒形卷接成筒形而来。如图而来。如图6所表示。所表示。（2）圆筒型（管型）结构）圆筒型（管型）结构图7 圆筒型直线电机演变过程第11页（3）弧型和盘型结构）弧型和盘型结构弧型是将扁平型直线电机初级沿运动方向改成弧型，弧型是将扁平型直线电机初级沿运动方向改成弧型，并安放于圆柱形次级柱面外侧。如图并安放于圆柱形次级柱面外侧。如图7所表示。所表示。图7 弧型直线电动机第12页盘型结构是把次级做成一片圆盘，将初级放在次级圆盘型结构是把次级做成一片圆盘，将初级放在次级圆盘靠近外缘平面上，次级能够是双面也能够是单盘靠近外缘平面上，次级能够是双面也能够是单面。如图面。如图8所表示。所表示。图8 盘型直线电机第13页弧型和盘型直线电机运动实际上是一个圆周运动，弧型和盘型直线电机运动实际上是一个圆周运动，然而因为它们运行原理和设计方法与扁平型直线然而因为它们运行原理和设计方法与扁平型直线电机相同，所以也归入直线电机范围。电机相同，所以也归入直线电机范围。2.工作原理工作原理与旋转电机相同。与旋转电机相同。在直线电机三相绕组中通入三相对称正弦电流后，在直线电机三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑因为铁心两端开断也会产生气隙磁场。当不考虑因为铁心两端开断而引发纵向边端效应时，这个气隙磁场分布情况而引发纵向边端效应时，这个气隙磁场分布情况与旋转电机相同，即可看成沿展开直线方向呈正与旋转电机相同，即可看成沿展开直线方向呈正弦形分布。如图弦形分布。如图9所表示。所表示。第14页三相电流随时间改变时，气隙磁场将按三相电流随时间改变时，气隙磁场将按A、B、C相相序沿直线移动。这个原理与旋转电机相同。差异是：序沿直线移动。这个原理与旋转电机相同。差异是：这个磁场平移，而不是旋转，所以称为行波磁场。这个磁场平移，而不是旋转，所以称为行波磁场。行波磁场移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上线速行波磁场移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上线速度一样。称为同时速度度一样。称为同时速度 (m/s)，且，且 ，为极，为极距距(m)，为电流频率为电流频率(Hz)。图10直线电机基本工作原理行波磁场次级初级NSF力磁场电流BI运动力磁场电动势右手定则右手定则反电动势反电动势E=vBLvSSN第15页假定次级为栅形次级，次级导条在行波磁场切割假定次级为栅形次级，次级导条在行波磁场切割下，将产生感应电动势并产生电流。全部导条电下，将产生感应电动势并产生电流。全部导条电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。直线电机次级大多采取整块金属板或复合金属板，直线电机次级大多采取整块金属板或复合金属板，并不存在显著导条。可看成无限多导条并列安置并不存在显著导条。可看成无限多导条并列安置进行分析。图进行分析。图10为假想导条中感应电流及金属板为假想导条中感应电流及金属板内电流分布情况。内电流分布情况。图10 次级导体板中电流 假想导条中感应电流金属板内电流分布金属板内电流分布SSFFv第16页次级两种结构类型：栅型结构和实心结构。次级两种结构类型：栅型结构和实心结构。栅型结构（图栅型结构（图4），相当于旋转电动机笼型结构。次级铁心上开槽，），相当于旋转电动机笼型结构。次级铁心上开槽，槽中放置导条，并在两端用端部导条连接全部槽中导条。槽中放置导条，并在两端用端部导条连接全部槽中导条。实心结构，采取整块均匀金属材料。又可分为非磁性次级和钢次级。实心结构，采取整块均匀金属材料。又可分为非磁性次级和钢次级。从电动机性能来说，采取栅型结构时，效率和功率因数最高，非磁从电动机性能来说，采取栅型结构时，效率和功率因数最高，非磁性次级次之，钢次级最差。性次级次之，钢次级最差。从成原来说，相反。从成原来说，相反。端部导条端部导条槽内导条槽内导条图4 栅型结构次级第17页旋转电机经过对换任意两相电源线，能够实现反旋转电机经过对换任意两相电源线，能够实现反向旋转。直线电机也能够经过一样方法实现反向向旋转。直线电机也能够经过一样方法实现反向运动。依据这一原理，可使直线电机做往复直线运动。依据这一原理，可使直线电机做往复直线运动。运动。第18页三、分类1.分类分类按结构型式分按结构型式分圆筒型直线电机圆筒型直线电机外形如旋转电机圆柱形直线电机，需要时外形如旋转电机圆柱形直线电机，需要时可做成现有旋转运动又有直线运动旋转直线电机。可做成现有旋转运动又有直线运动旋转直线电机。圆盘型直线电机虽也做旋转运动，但与普通旋转电机相比有圆盘型直线电机虽也做旋转运动，但与普通旋转电机相比有两个突出优点：力矩与旋转速度能够经过多台初级组合方法两个突出优点：力矩与旋转速度能够经过多台初级组合方法或经过初级在圆盘上径向位置来调整；无需经过齿轮减速箱或经过初级在圆盘上径向位置来调整；无需经过齿轮减速箱就能得到较低转速，电机噪声和振动很小。就能得到较低转速，电机噪声和振动很小。圆弧型直线电机也含有圆盘型特点，二者主要区分在于次级圆弧型直线电机也含有圆盘型特点，二者主要区分在于次级形式和初级对次级驱动点有所不一样。形式和初级对次级驱动点有所不一样。长初级长初级短初级短初级短初级短初级单边型单边型双边型双边型扁平型扁平型圆盘型圆盘型圆弧型圆弧型圆筒型圆筒型第19页按功效用途分按功效用途分按工作原理分按工作原理分每种旋转电机都有与之相对应直线电机。按工作原理每种旋转电机都有与之相对应直线电机。按工作原理能够分两大方面：直线电动机和直线驱动器。详细分能够分两大方面：直线电动机和直线驱动器。详细分类见图类见图11。种种类类衡量指衡量指标标应应用用力力电电机机推力推力/功率比功率比阀门阀门开开闭闭，门门窗移窗移动动，机械手操作，推，机械手操作，推车车等等功功电电机机效率、功率因数效率、功率因数高速磁悬浮列车，高速运行输送线能能电电机机能效率（输出动能/电源提供电能）导弹、鱼雷发射，飞机起飞，冲击、碰撞等试验机驱动第20页直线电动机直线电动机直线驱动器直线驱动器交流直线感应电动机（交流直线感应电动机（LIM）交流直线同时电动机（交流直线同时电动机（LSM）电磁式（电磁式（EM）LSM永磁式（永磁式（PM）LSM可变阻抗（可变阻抗（VR）LSM混合式（混合式（HB）LSM超导体（超导体（SC）LSM直线直流电动机（直线直流电动机（LDM）电磁式电磁式LDM永磁式永磁式LDM无刷无刷LDMVR形形LPMPM形形LPM直线步进电动机（直线步进电动机（LPM）混合式直线电动机（混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（直线电磁螺线管电动机（LES）直线电磁泵（直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（直线超声波电动机（LUM）直线发电机（直线发电机（LG）图11 直线电机按工作原理分类第21页