什么是直線電機(jī)？

 

    直線電機(jī)是一種直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的傳動(dòng)裝置，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。我們也叫它直線電機(jī)，直線電機(jī)，直線電機(jī)，推桿電機(jī)。最常用的直線電機(jī)類(lèi)型有平面直線電機(jī)、u型槽直線電機(jī)和圓柱直線電機(jī)。具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磨損少、噪音低、組合體強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)的品種幾乎都有相應(yīng)的品種。

    直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的比較

 

    直線電機(jī)結(jié)構(gòu)

 

    直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括直線電機(jī)的定子、電動(dòng)機(jī)和支承輪。為了保證定子與電動(dòng)機(jī)在行程范圍內(nèi)良好的電磁耦合，定子與電動(dòng)機(jī)的鐵芯長(zhǎng)度不相等。定子可分為短定子和長(zhǎng)定子。由于長(zhǎng)定子結(jié)構(gòu)成本高，運(yùn)行成本高，故很少使用。與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一樣，直線電機(jī)定子鐵芯也是由硅鋼片制成，表面有齒；槽內(nèi)嵌有三相、兩相或單相繞組；單相線性異步電動(dòng)機(jī)可制成復(fù)極式或電容移相式。

 

    直線電機(jī)是伸直的主要傳統(tǒng)的圓柱形電機(jī)的一部分，改變封閉磁場(chǎng)的主要部分開(kāi)放磁場(chǎng)，和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分主要直線電機(jī)的一部分，和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分二級(jí)直線電機(jī)的一部分。如果一次線圈是固定的，二次線圈可以沿行波磁場(chǎng)方向作直線運(yùn)動(dòng)。高速機(jī)床的直線電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給方式，直線電機(jī)的一次和二次直接安裝在高速機(jī)床的工作臺(tái)和床身上。由于這種進(jìn)給傳動(dòng)方式的傳動(dòng)鏈縮短為0，故稱(chēng)為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。

 

    直線電機(jī)的工作原理

 

    在直線電機(jī)中，它被稱(chēng)為初級(jí)電機(jī)，它相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子，而次級(jí)電機(jī)，它相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，它被稱(chēng)為次級(jí)電機(jī)。此時(shí)，初級(jí)需要做很長(zhǎng)一段時(shí)間，延伸到運(yùn)動(dòng)需要達(dá)到的位置，而次級(jí)不需要那么長(zhǎng)。事實(shí)上，直線電機(jī)不僅可以長(zhǎng)時(shí)間做一次電機(jī)，還可以長(zhǎng)時(shí)間做二次電機(jī)；它不僅可以固定主元、移動(dòng)副元，而且可以固定副元、移動(dòng)副元。

    直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)的。將對(duì)稱(chēng)正弦交流電引入一次側(cè)三相（或多相）繞組中，會(huì)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)不考慮芯體兩端斷裂引起的縱向邊緣效應(yīng)時(shí)，氣隙磁場(chǎng)的分布與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，沿直線方向呈正弦分布。

 

    直線電機(jī)的主要分類(lèi)

 

    根據(jù)工作原理，直線電機(jī)可分為：直流電動(dòng)機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)；直線電機(jī)可分為：?jiǎn)蝹?cè)扁型、雙側(cè)扁型、盤(pán)式、缸式（或管式）等。最常用的直線電機(jī)類(lèi)型有平面直線電機(jī)、u型槽直線電機(jī)和圓柱形直線電機(jī)，音圈電機(jī)因其音圈結(jié)構(gòu)類(lèi)似喇叭而得名。具有頻率響應(yīng)高、精度高等特點(diǎn)。這些電機(jī)分為圓柱形音圈電機(jī)和擺動(dòng)音圈電機(jī)。也就是所謂的圓柱形直線電機(jī)。

 

    平面直線電機(jī)

 

    扁平直線電機(jī)芯安裝在鋼疊合結(jié)構(gòu)上，然后安裝在鋁背板上。鐵層壓結(jié)構(gòu)是用來(lái)引導(dǎo)磁場(chǎng)和增加推力的。軌道與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的吸力與電機(jī)產(chǎn)生的推力成正比，疊層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了合力。在磁性軌道上安裝移動(dòng)裝置時(shí)，必須小心，避免因它們之間的吸力而造成傷害。

 

    平直式直線電動(dòng)機(jī)

 

    U-slot直線電機(jī)

 

    u型槽直線電機(jī)有兩個(gè)平行的磁性軌道，分別位于金屬板和線圈移動(dòng)器之間。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌系統(tǒng)支撐在兩個(gè)磁性導(dǎo)軌中間。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為非鋼結(jié)構(gòu)，這意味著磁軌和推力線圈之間沒(méi)有吸力和干擾。非鋼卷裝配有一個(gè)小慣性和允許非常高的加速度。線圈一般是三相的，沒(méi)有電刷換向?？刹捎蔑L(fēng)冷方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻，以提高電機(jī)的性能。水冷也被使用。這種設(shè)計(jì)可以更好地減少漏磁，因?yàn)榇盆F是面對(duì)面安裝在u形導(dǎo)向槽。這種設(shè)計(jì)也最大限度地減少了由強(qiáng)磁吸引造成的損害。

 

    U-slot直線電機(jī)

 

    這種設(shè)計(jì)允許軌道的組合增加行程的長(zhǎng)度，限制在電纜管理系統(tǒng)的可操作長(zhǎng)度、編碼器的長(zhǎng)度以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的大而平的能力。

    圓柱直線電機(jī)

 

    圓柱形直線電機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是圓柱形結(jié)構(gòu)。在具有固定磁場(chǎng)的圓柱上運(yùn)動(dòng)。這種電機(jī)是第一個(gè)商業(yè)應(yīng)用，但它不能用于平面和u型槽直線電機(jī)，需要節(jié)省空間。圓柱形動(dòng)磁直線電機(jī)的磁路與動(dòng)磁致動(dòng)器的磁路相似。不同的是，線圈可以復(fù)制，以增加旅行。典型的線圈繞組由三相組成。采用霍爾器件實(shí)現(xiàn)無(wú)刷換相。推力線圈是圓柱形的，在磁棒上上下移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不適合漏磁敏感的應(yīng)用。必須小心，以確保手指不被困在磁鐵和有吸引力的一面。

 

    音圈直線電機(jī)

 

    管狀直線電機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)潛在的問(wèn)題是，當(dāng)行程增加時(shí)，由于電機(jī)完全是圓柱形的，并且在磁棒上上下移動(dòng)，所以在兩端是唯一的支撐點(diǎn)。確保磁棒的徑向偏差不會(huì)導(dǎo)致磁體與推力線圈接觸的長(zhǎng)度受到限制。

 

    直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

 

    1。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。直線電機(jī)不需要經(jīng)過(guò)中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了運(yùn)動(dòng)的慣性，大大提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和定位精度；同時(shí)，提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護(hù)更加簡(jiǎn)單。它的初級(jí)階段可以直接成為機(jī)制的一部分，這種獨(dú)特的組合使這種優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步體現(xiàn)。

    2。高加速度。這是一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與其他絲杠、同步帶和齒條驅(qū)動(dòng)相比有顯著的優(yōu)勢(shì)。

 

    3。適用于高速直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闆](méi)有離心力的約束，普通材料也可以達(dá)到更高的速度。如果使用氣墊或磁墊來(lái)保持一次和二次之間的間隙，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)有機(jī)械接觸，所以在運(yùn)動(dòng)部件中不會(huì)有摩擦和噪音。這樣既不磨損傳動(dòng)部件，又能大大降低機(jī)械損耗，避免由拖纜、電纜、齒輪、滑輪等引起的噪音，從而提高整體效率。

 

    4。一次繞組利用率高。在管式直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，一次繞組為餅形，無(wú)端部繞組，故繞組利用率高。

 

    5。無(wú)側(cè)緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指橫向斷開(kāi)所引起的邊界磁場(chǎng)的減弱，而圓柱直線電機(jī)沒(méi)有橫向斷開(kāi)，所以磁場(chǎng)沿圓周均勻分布。

 

    6?？朔蝹?cè)磁引力的問(wèn)題是很容易的。徑向拉力相互抵消，基本不存在單邊磁力問(wèn)題。

 

    7。易于調(diào)節(jié)和控制。通過(guò)調(diào)節(jié)電壓或頻率，或改變二次材料，可以得到不同的速度和電磁推力，適用于低速往復(fù)運(yùn)行。

 

    8。適應(yīng)性強(qiáng)。直線電機(jī)一次鐵芯采用環(huán)氧樹(shù)脂密封，耐腐蝕、防潮性能好，在潮濕、粉塵、有害氣體環(huán)境中使用方便；此外，它可以設(shè)計(jì)成各種結(jié)構(gòu)形式，以滿足不同的情況下的需要。

 

    直線電機(jī)的發(fā)展

 

    1840

 

    Wheatsone開(kāi)始提出并制作一個(gè)初級(jí)的直線電機(jī)。

 

    1905

 

    有兩個(gè)人提出用直線電機(jī)作為列車(chē)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一個(gè)是把主電機(jī)放在軌道上，另一個(gè)是把主電機(jī)放在車(chē)底上。這些建議無(wú)疑是對(duì)當(dāng)時(shí)直線電機(jī)研究領(lǐng)域的研究者的一種激勵(lì)，因此許多國(guó)家的研究者都對(duì)這些研究工作進(jìn)行了投入。1917年，第一個(gè)圓柱形直線電機(jī)出現(xiàn)。實(shí)際上，它是一種帶初級(jí)線圈的直流磁阻電機(jī)。人們?cè)噲D用它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但它的發(fā)展并沒(méi)有超出模型階段。

 

    1940-1955

 

    在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的研究人員進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。1945年，西屋電氣公司首次成功研制出一種用于電動(dòng)牽引飛機(jī)的彈射器。以7400kw直線電機(jī)為動(dòng)力，在4。1秒內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了一架重量4535kg的噴氣式飛機(jī)從靜止速度188km/h加速到165m行程時(shí)間。其成功的試驗(yàn)使直線電機(jī)可靠等優(yōu)點(diǎn)受到了應(yīng)有的重視。電磁泵是由直線電機(jī)制成，用于泵送鉀、鈉等液態(tài)金屬，是為滿足核動(dòng)力的需要而設(shè)計(jì)的。1954年，英國(guó)皇家飛機(jī)制造公司做了一個(gè)導(dǎo)彈發(fā)射裝置使用一個(gè)兩國(guó)平直流直線電機(jī)，1600km/h的速度。在這個(gè)階段，值得一提的是，LIM，高速列車(chē)的傳動(dòng)裝置，高度重視并計(jì)劃被所有國(guó)家實(shí)現(xiàn)。

 

    1965

 

    隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，采用直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備逐漸發(fā)展起來(lái)，如采用直線電機(jī)的MHD泵、自動(dòng)繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、唱機(jī)、縫紉機(jī)、空壓機(jī)、輸送裝置等。

 

    自1971年以來(lái)

 

    從1971年到現(xiàn)在，Lim終于進(jìn)入了一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代，應(yīng)用各種LIM一直在快速提升，和許多設(shè)備和產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值，如鋼管輸送機(jī)由LIM，煤炭傳送帶，起重機(jī)，空壓機(jī)，燙金機(jī)，擔(dān)架，各種電動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)的窗戶，電動(dòng)紡織機(jī)械等。尤其令人欣慰的是，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車(chē)速度已超過(guò)500km/h，接近航空飛行速度，總測(cè)試距離已達(dá)幾十萬(wàn)公里。