第13章 直线电机.ppt

13.1 概述 13.2 直线感应电动机 13.3 直线直流电动机 13.4 直线自整角机 13.5 直线和平面步进电动机 13.1 概 述 直线电机是近年来国内外积极研究发展的新型电机之一。 它是一种不需要中间转换装置， 而能直接作直线运动的电动机械。 过去， 在各种工程技术中需要直线运动时， 一般是用旋转电机通过曲柄连杆或蜗轮蜗杆等传动机构来获得的。 但是， 这种传动形式往往会带来结构复杂， 重量重， 体积大， 啮合精度差且工作不可靠等缺点。 近十几年来， 科学技术的发展推动了直线电机的研究和生产， 目前在交通运输、 机械工业和仪器仪表工业中， 直线电机已得到推广和应用。 在自动控制系统中， 采用直线电机作为驱动、 指示和信号元件也更加广泛， 例如在快速记录仪中， 伺服电动机改用直线电机后， 可以提高仪器的精度和频带宽度； 在雷达系统中， 用直线自整角机代替电位器进行直线测量可提高精度，简化结构； 在电磁流速计中， 可用直线测速机来量测导电液体在磁场中的流速； 另外，在录音磁头和各种记录装置中， 也常用直线电机传动。 与旋转电机传动相比， 直线电机传动主要具有下列优点： (1) 直线电机由于不需要中间传动机械， 因而使整个机械得到简化， 提高了精度， 减少了振动和噪音； (2) 快速响应： 用直线电机驱动时， 由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响， 因而加速和减速时间短， 可实现快速启动和正反向运行； (3) 仪表用的直线电机， 可以省去电刷和换向器等易损零件， 提高可靠性， 延长使用寿命； (4) 直线电机由于散热面积大， 容易冷却， 所以允许较高的电磁负荷， 可提高电机的容量定额； (5) 装配灵活性大， 往往可将电机和其它机件合成一体。 直线电机有多种型式， 原则上对于每一种旋转电机都有其相应的直线电机。 一般， 按照工作原理来区分， 可分为直线感应电机、 直线直流电机和直线同步电机(包括直线步进电机)三种。 在伺服系统中， 和传统元件相应， 也可制成直线运动形式的信号和执行元件。 由于直线电机与旋转电机在原理上基本相同， 所以下面不一一罗列各种电机， 而只介绍其中典型的几种， 使大家对这类电机有个基本的了解。 13.2.1 主要类型和结构 直线感应电机主要有两种型式， 即平板型和管型。平板型电机可以看作是由普通的旋转感应(异步)电动机直接演变而来的。图13-1(a)表示一台旋转的感应电动机，设想将它沿径向剖开，并将定、转子圆周展成直线，如图13-1(b)，这就得到了最简单的平板型直线感应电机。由定子演变而来的一侧称作初级， 由转子演变而来的一侧称作次级。直线电机的运动方式可以是固定初级， 让次级运动，此称为动次级； 相反， 也可以固定次级而让初级运动，则称为动初级。 图13 - 1中直线电机的初级和次级长度相等， 这在实用中是行不通的。 因为初、 次级要作相对运动， 假定在开始时初次级正好对齐， 那末在运动过程中， 初次级之间的电磁耦合部分将逐渐减少， 影响正常运行。 因此， 在实际应用中必须把初、 次级做得长短不等。 根据初、 次级间相对长度， 可把平板型直线电机分成短初级和短次级两类， 如图13-2所示。 由于短初级结构比较简单， 制造和运行成本较低， 故一般常用短初级， 只有在特殊情况下才采用短次级。 图13-2所示的平板型直线电机仅在次级的一边具有初级， 这种结构型式称单边型。单边型除了产生切向力外， 还会在初、 次级间产生较大的法向力， 这在某些应用中是不希望的。 为了更充分地利用次级和消除法向力， 可以在次级的两侧都装上初级。 这种结构型式称为双边型， 如图13-3所示。 与旋转电机一样， 平板型直线电机的初级铁心也由硅钢片叠成， 表面开有齿槽， 槽中安放着三相、 两相或单相绕组； 单相直线感应电机也可做成罩极式的， 也可通过电容移相。 它的次级形式较多， 有类似鼠笼转子的结构， 即在钢板上(或铁心叠片里)开槽， 槽中放入铜条或铝条， 然后用铜带或铝带在两侧端部短接。 但由于其工艺和结构比较复杂， 故在短初级直线电机中很少采用。 最常用的次级有三种：第一种是整块钢板， 称为钢次级或磁性次级， 这时， 钢既起导磁作用， 又起导电作用； 第二种为钢板上覆合一层铜板或铝板， 称为覆合次级， 钢主要用于导磁， 而导电主要靠