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直線電機

日期:2016/11/7 23:13:56
摘要:直線電動機由于不需要任何中間轉換機構就能產生直線運動,驅動直線運動的生產機械,所以使整個裝置或系統結構簡單、運行可靠、精度高、效率高等,因此是近年來國內外積極研究開發的電動機之一。
關鍵詞:直線電機

直線電動機由于不需要任何中間轉換機構就能產生直線運動,驅動直線運動的生產機械,所以使整個裝置或系統結構簡單、運行可靠、精度高、效率高等,因此是近年來國內外積極研究開發的電動機之一。

直線電動機的類型很多,從原理上講,每一種旋轉電動機都有與之相對應的直線電動機。直線電動機按其工作原理分為:直線感應電動機、直線直流電動機等。

一、直線感應電動機

(一)主要類型和基本結構

直線感應電動機主要有扁平型、圓筒型和圓盤型三種型式,其中扁平型應用最為廣泛。

1.扁平型

直線電動機可以看作是由旋轉電動機演變而來的。設想把旋轉的感應電動機沿著徑向剖開,并將圓周展開成直線,即可得到扁平型直線感應電動機,如圖4—15所示。由定子演變而來的一側稱為一次側,由轉子演變而來的一側稱為二次側。

圖4—15所示演變而來的直線感應電動機,其一次側和二次側長度是相等的。由于在運行時一次側與二次側之間要做相對運動,假定在運動開始時,一次側和二次側正好對齊,那么在運動過程中,一次側和二次側之間相互電磁耦合的部分就越來越少,影響正常的運行。為了保証在所需的行程范圍內,一次側和二次側之間的電磁耦合始終不變,實際應用時,必須把一次側和二次側制造成不同長度。當然既可以是一次側短、二次側長,也可以是一次側長、二次側短。前者稱為短一次側,后者稱為長一次側。如圖4—16所示。由于短一次側結構比較簡單,制造成本和運行費用均較低,一般均采用短一次側。

圖4—16所示的扁平型直線感應電動機,僅在二次側的一邊具有一次側,這種結構型式稱為單邊型。它的最大特點是在一次側和二次側之間存在著較大的法向吸力,這在大多數場合下是不希望的。若在二次側的兩邊都裝上一次側,那么這個法向吸力就可以互相抵消,這種結構型式稱為雙邊型,如圖4—17所示。

扁平型直線感應電動機的一次側鐵心由硅鋼片疊成,與二次側相對的一面開有槽,槽中放置繞組。一次側繞組可以是單相、兩相、三相或者多相的。二次側有兩種結構類型,一種是柵型結構,尤如旋轉電動機的籠形結構;二次側鐵心上開槽,槽中放置導條,并在兩端用端部導體連接所有槽中導條。另一種是實心結構,即采用整塊均勻的金屬材料,它又分成非磁性二次側和鋼二次側,非磁性二次側的導電性能好,一般為銅或鋁。

圖4—15   直線感應電動機的演變過程

a)旋轉式感應電動機;b)直線感應電動機

圖4—16    扁平型直線感應電動機圖

 

 圖4—17    雙邊型直線感應電動機

a)短一次側;b)長一次側

2.圓筒型(管型)

圖4—18(a)所示為扁平型直線感應電動機,將它沿著和直線運動相垂直的方向卷成筒形,就形成圓筒型直線感應電動機,如圖4—18(b)所示。在某些特殊的場合,這種電機還可以做成既有旋轉運動又有直線運動的旋轉直線電動機,旋轉直線的運動體既可以是一次側,也可以是二次側。

圖4—18   圓筒型直線感應電動機的形成          圖4—19   圓盤型直線感應電動機

a)扁平型;b)圓筒型

3.圓盤型

圓盤型直線感應電動機,如圖4—19所示。它的二次側做成扁平的圓盤形狀,并能夠繞經過圓心的軸自由轉動,將一次側放在二次側圓盤靠近外緣的平面上,使圓盤受切向力作旋轉運動。一次側可以是單面的,也可以是雙面的。雖然它也作旋轉運動,但運行原理和設計方法與扁平型直線感應電動機相同,故仍屬于直線電動機的范疇。與普通旋轉電動機相比,具有以下一些優點:

(1)力矩與旋轉速度可以通過多台一次側組合的方式或通過一次側在圓盤上的徑向位置來調節。

(2)無需通過齒輪減速箱就能得到較低的速度,因而電動機的振動和噪聲很小。

(二)基本工作原理

直線感應電動機是由旋轉電動機演變而來的,當一次側的三相(或多相)繞組通入對稱正弦交流電時,會產生氣隙磁場。當不考慮由于鐵心兩端開斷而引起的縱向邊緣效應時,這個氣隙磁場的分布情況與旋轉電動機相似,沿著直線方向按正弦規律分布,但它不是旋轉而是沿著直線平移,因此稱為行波磁場,如圖4—20中曲線1所示。顯然,行波磁場的移動速度與旋轉磁場在定子內圓表面上的線速度是一樣的。行波磁場移動的速度稱為同步速度,即

式中,