直线电机简介
直线感应电机的线圈 (a)菱形 (b)饼式
管型直线感应电动机的典型结构如下图所示, 它的初级铁心是由硅钢片叠成的一些环形钢盘,初 级多相绕组的线圈绕成饼式,装配时将铁心与线圈 交替叠放于钢管机壳内。管型电机的次级通常由一 根表面包有铜皮或铝皮的实心钢元或厚壁钢管构成。
两相管型直线感应电动机
直线直流电机主要有两种类型:永磁式和 电磁式。前者多用在功率较小的自动记录仪表 中,如记录仪中笔的纵横走向的驱动,摄影机 中快门和光圈的操作机构,电表试验中探测头, 电梯门控制器的驱动等,而后者则用在驱动功 率较大的机构。下面分别对它们作一些介绍。
直线感应电动机 直线自整角机
Hale Waihona Puke 直线直流电动机 直线步进电动机
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(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(b),这就得到了最简单 的平板型直线感应电机。
下图所示的结构是在软铁架两端装有极性同向放置的 两块永久磁铁,称为双永磁体结构,通电线圈可在滑道上 作直线运动。 这种结构具有体积小、成本低、效率高等优 点。国外将它组成闭环系统,用在规格为10英寸录音机中, 得到了良好的效果,在推动2.5N负载的情况下, 最大输入 功率为8W,通过全程只需0.25s,比普通类型闭环系统性能 有很大提高。
下图采用的是强磁铁结构,磁铁产生的磁通经过很小的气隙
被框架软铁所闭合,气隙中的磁场强度分布很均匀。当可动线圈 中通入电流后便产生电磁力,使线圈沿滑轨作直线运动,其 运动方向可由左手定则确定。这种结构的缺点是要求永久磁 铁的长度大于可动线圈的行程。如果记录仪的行程要求很长, 则磁铁长度就更长。因此,这种结构成本高,体积笨重。
在同步联结系统中, 有时还要求直线位移同步, 如雷达直线测量仪(调波段) 中就要求采用直线自整角 机。而过去都采用电位器, 结果精度很差,齿轮装置 复杂,可靠性也较差。
直线自整角机的原理 与传统旋转式自整角机大 致相同,右图表示的就是 这种电机的一种型式。
直线自整角机结构示意图 (a)结构图 (b)印刷绕组
下图所示结构是采用永久磁铁移动的型式。在一个软铁框架 上套有线圈,该线圈的长度要包括整个行程。显然,当这种结构 形式的线圈流过电流时,不工作的部分要白白消耗能量。为了降 低电能的消耗,可将线圈外表面进行加工使铜裸露出来,通过安 装在磁极上的电刷把电流馈入线圈中(如图中虚线所示)。这样, 当磁极移动时,电刷跟着滑动,可只让线圈的工作部分通电。但 由于电刷存在磨损, 故降低了可靠性和寿命。
平板型直线电动机 (a)短初级 (b)短次级
上图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。
双边型直线电机
直线电机
Linear
motor
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。
在许多自动装置中,要 求某些机构快速地作直线运 动,而且要保证精确的定位, 如自动绘图机、自动打印机 等就是这样机构的典型。一 般旋转式的反应式步进电动 机可以完成这样的动作。但 是操作起来比较麻烦,因此, 国内外正在试制性能优良的 直线步进电动机来取代一般 旋转式的步进电机。
目前大部分高精度工业定位 系统都是用旋转式的步进电机来 制成的。但是这种机构需要将步 进电机的旋转运动变成直线运动, 这就使传动装置变得复杂,而且 定位精度也会受到影响,振动和 噪声也将增加,而直线步进电机 恰恰可以弥补这些劣势。直线步 进电机主要可分为反应式和永磁 式两种。这类电机在机床、数控 机械、复制和印刷装置、自动绘 图机和各种量测装置等方面正在 得到应用。
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。
扁平式初级结构
栅型次级结构
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。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。
当功率较大时,上述直线电 机中的永久磁钢所产生的磁通可 改为由绕组通入直流电励磁所产 生,这就成为电磁式直线直流电 机。右图表示这种电机的典型结 构,其中图(a)是单极电机;图(b) 是两极电机。电动机可以看作为 管形的直流直线电动机。这种对 称的圆柱形结构具有若干优点。 例如,它没有线圈端部,电枢绕 组得到完全利用;气隙均匀,消 除了电枢和磁极间的吸力。
除了上述的平板型直线感应电机外,还有管 型直线感应电动机。如果将图(a)所示的平板型直 线电机的初级和次级依箭头方向卷曲,就成为管 型直线感应电动机,如图(b)所示。
(a)平板型 (b)管型
在平板型电机里线圈一般做成菱形,如图 (a)(图中只示出一相线圈的连接),它的端部只起 连接作用。在管形电机里,线圈的端部就不再需要, 把各线圈边卷曲起来,就成为饼式线圈,如图(b) 所示。
随着直线电机技术的出现和不 断完善,用直线电机驱动一些直线 运动装置和系统,可以不需要中间 转换机构,通电后直接产生直线驱 动力,从而使整个装置和系统的结 构显得非常简单,运行可靠,性能 更好,控制更方便。在许多场合, 其装置和系统的成本比原来的机构 更低,且在运行中有节能效果。目 前在交通运输、机械工业和仪器仪 表工业等领域中,直线电机已得到 推广和应用。