直线电机的概述

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1、第一章直线电机的概述1.1直线电机的基本结构与工作原理1.1.1直线电机的基本结构图1-1所示的a和b分别表示了一台旋转电机和一台直线电机。图1-1旋转电机和直线电机示意图a)旋转电机b）直线电机直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线，如图1-2所示。这样就得到了由旋转电机演变而来的最原始的直线电机。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧成为次级。图1-2由旋转电机演变为直线电机的过程a）沿径向剖开b)把圆周展成直线

2、图1-2中演变而来的直线电机，其初级和次级长度是相等的，由于在运行时初级和次级之间要做相对运动，如果在运动开始时，初级与次级正巧对齐，那么在运动中，初级与次级之间互相耦合的部分越来越少，而不能正常运动。为了保证在所需的行程范围内，初级和次级之间的耦合能保持不变，因此世界应用时，是将初级与次级制造成不同的长度。由于段初级在制造成本上，运行的费用上均比短次级低得多，因此一般采用短初级长次级。如图1-3所示。图1-3单边型直线电机a）短初级b）短次级在图1-3中所示的直线电机中仅在一边安放初级，对于这样

3、的结构型式称为单边型直线电机。特点是在初级与次级之间存在着很大的法向吸力，一般这个法向吸力在钢次级时约为推力的10倍左右，大多数场合这种吸力是不希望存在的。图1-4双边型直线电机a)短初级b)短次级在图1-4中所示的直线电机在次级的两边都装上了初级。这样这个法向吸力就可以相互抵消，这种结构型式称为双边型。上述介绍的直线电机称为扁平型直线电机，是目前应用最为广泛的，除此之外直线电机还可以做成圆筒型（也称管型）结构，它也可以看作是由旋转电机演变过来的，演变过程如图1-5所示。图1-5旋转电机演变成圆筒

4、型直线电机的过程a）旋转电机b)扁平型单边直线电机c)圆筒型（管型）直线电机图1-5a表示一台旋转电机以及由定子绕组所构成的磁场极性分布情况；图1-5b表示转变为扁平型直线电机后，初级绕组所构成的磁场极性分布情况，然后将扁平型直线电机沿着和直线运动相垂直的方向卷接成筒形。这样就构成图1-5c所示的圆筒型直线电机。直线电机还有圆弧型和圆盘型结构。所谓圆弧型结构，就是将平板型直线电机的初级沿运动方向改成圆弧型，并安放于圆柱次级的柱面外侧，如图1-6所示。图1-6圆弧型直线电动机图1-7圆盘型直线电机图

5、1-7是圆盘型直线电机，该电机把次级做成一片圆盘，将初级放在次级圆盘靠近边缘的平原上，圆盘型直线电机的初级可以是双面的，也可以是单面的。圆弧型和圆盘型直线电机的运动实际上是一个圆周运动。1.1.2直线电机的工作原理直线电机不仅在结构上相当于是从旋转电机演变而来的，而且其工作原理也与旋转电机相似。图1-8旋转电机的基本工作原理1-定子2-转子3-磁场方向将图1-10所示的旋转电机在顶上沿径向剖开，将圆周拉直，变成了图1-9所示的直线电机。在直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场

6、。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电机的相似，可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。这个原理与旋转电机的相似，差异在于：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为Vs（m/s），称为同步速度，且Vs=2fτ（1.1）再来看行波磁场对次级的作用。假定次级为栅形次级，图1-9中仅画出其中的一根导条。次级导条在行波磁场切割下，将

7、感应电动势并产生电流。而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就是顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用V表示，转差率用S表示，则有Vs-vS=VsVs-V=SVs（1.2）V=(1-S)Vs图1-9直线电机的基本工作原理在电动机运行状态下，S在0与1之间。上述就是直线电机的基本工作原理。1.2直线电机的分类概述1.2.1按结构形式分类直线电机的分类在不同的场合下有不同的分类型式。按其结构型式主要可分为扁平型、圆筒型（管

8、型）、圆盘型和圆弧型四种。扁平型直线电机，即为一种扁平的矩形结构的直线电机，如图1-1b，它有单边型和双边型之分。每种型式下又分别由短初级长次级或长初级短次级。圆筒型直线电机，即为一种外形如旋转电机的圆柱形的直线电机如图1-5所示。这种直线电机一般均为短初级长次级型式。圆盘型直线电机，即为电机的次级是一个圆盘，不同型式的初级驱动圆盘次级做圆周运动，如图1-7所示。其初级可以是单边型也可以是双边型。圆弧型直线电机，如图1-6所示，它的运动形式是旋转运动，且与普通旋转电机非常接近。圆弧