什么是直線電機？

 

直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。我們也稱其為線性電機，線性馬達，直線馬達，推桿馬達。最常用的直線電機類型是平板式直線電機、U型槽式直線電機和圓柱型直線電機。它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、磨損少、噪聲低、組合性強、維護方便等優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)電機所具有的品種，直線電機幾乎都有相對應(yīng)的品種。

 

 

直線電機的結(jié)構(gòu)組成

 

直線的結(jié)構(gòu)主要包括定子、動子和直線運動的支撐輪三部分。為了保證在行程范圍內(nèi)定子和動子之間具有良好的電磁場耦合，定子和動子的鐵心長度不等。定子可制成短定子和長定子兩種形式。由于長定子結(jié)構(gòu)成本高、運行費用高，所以很少采用。直線電動機與旋轉(zhuǎn)磁場一樣，定子鐵心也是由硅鋼片疊成，表面開有齒槽；槽中嵌有三相、兩相或單相繞組；單相直線異步電動機可制成罩極式，也可通過電容移相。

 

直線電機是將傳統(tǒng)圓筒型電機的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而旋轉(zhuǎn)電機的定子部分變?yōu)橹本€電機的初級，旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子部分變?yōu)橹本€電機的次級。如果初級是固定不動的，次級就能沿著行波磁場運動的方向做直線運動。即可實現(xiàn)高速機床的直線電機直接驅(qū)動的進給方式，把直線電機的初級和次級分別直接安裝在高速機床的工作臺與床身上。由于這種進給傳動方式的傳動鏈縮短為0，被稱為機床進給系統(tǒng)的“零傳動”。

 

 

 

直線電機的工作原理

 

在直線電機中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級，初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長，實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。

 

直線感應(yīng)電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來。當(dāng)一次側(cè)的三相(或多相)繞組通入對稱正弦交流電流時，會產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動機相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布。

 

 

 

直線電機的主要分類

 

直線電機按工作原理可分為：直流、異步、同步和步進等；直線電機按結(jié)構(gòu)形式可分為；單邊扁平型、雙邊扁平型、圓盤型、圓筒型（或稱為管型）等。最常用的直線電機類型是平板式直線電機、U型槽式直線電機和圓柱型直線電機。 音圈電機因其結(jié)構(gòu)類似于喇叭的音圈而得名。具有高頻響、高精度的特點。此類電機分為圓柱型音圈電機和擺動型音圈電機。也就是所謂的圓柱型直線電機。

 

平板直線電機

 

平板式直線電機鐵芯安裝在鋼疊片結(jié)構(gòu)然后再安裝到鋁背板上，鐵疊片結(jié)構(gòu)用在指引磁場和增加推力。磁軌和動子之間產(chǎn)生的吸力和電機產(chǎn)生的推力成正比，疊片結(jié)構(gòu)導(dǎo)致接頭力產(chǎn)生。把動子安裝到磁軌上時必須小心以免他們之間的吸力造成傷害。

 

 

 

U型槽直線電機

 

U 型槽式直線電機有兩個介于金屬板之間且都對著線圈動子的平行磁軌。動子由導(dǎo)軌系統(tǒng)支撐在兩磁軌中間。動子是非鋼的，意味著無吸力且在磁軌和推力線圈之間無干擾力產(chǎn)生。非鋼線圈裝配具有慣量小，允許非常高的加速度。線圈一般是三相的，無刷換相?？梢杂每諝饫鋮s法冷卻電機來獲得性能的增強。也有采用水冷方式的。這種設(shè)計可以較好地減少磁通泄露因為磁體面對面安裝在U形導(dǎo)槽里。這種設(shè)計也最小化了強大的磁力吸引帶來的傷害。

 

這種設(shè)計的磁軌允許組合以增加行程長度，只局限于線纜管理系統(tǒng)可操作的長度，編碼器的長度，和機械構(gòu)造的大而平的結(jié)構(gòu)的能力。

 

圓柱型直線電機

 

圓柱形動磁體直線電機動子是圓柱形結(jié)構(gòu)。沿固定著磁場的圓柱體運動。這種電機是最初發(fā)現(xiàn)的商業(yè)應(yīng)用但是不能使用于要求節(jié)省空間的平板式和U 型槽式直線電機的場合。圓柱形動磁體直線電機的磁路與動磁執(zhí)行器相似。區(qū)別在于線圈可以復(fù)制以增加行程。典型的線圈繞組是三相組成的，使用霍爾裝置實現(xiàn)無刷換相。推力線圈是圓柱形的，沿磁棒上下運動。這種結(jié)構(gòu)不適合對磁通泄漏敏感的應(yīng)用。必須小心操作保證手指不卡在磁棒和有吸引力的側(cè)面之間。

 

 

 

管狀直線電機設(shè)計的一個潛在的問題出現(xiàn)在，當(dāng)行程增加，由于電機是完全圓柱的而且沿著磁棒上下運動，唯一的支撐點在兩端。保證磁棒的徑向偏差不至于導(dǎo)致磁體接觸推力線圈的長度總會有限制。

 

直線電機的優(yōu)點

 

1.結(jié)構(gòu)簡單。直線電機不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運動，使結(jié)構(gòu)大大簡化，運動慣量減少，動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度大大提高；同時也提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護更加簡便。它的初次級可以直接成為機構(gòu)的一部分，這種獨特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進一步體現(xiàn)出來。

 

2.高加速度。這是直線電機驅(qū)動，相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅(qū)動的一個顯著優(yōu)勢。

 

3.適合高速直線運動。因為不存在離心力的約束，普通材料亦可以達到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙，運動時無機械接觸，因而運動部分也就無摩擦和噪聲。這樣，傳動零部件沒有磨損，可大大減小機械損耗，避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲，從而提高整體效率。

 

4.初級繞組利用率高。在管型直線感應(yīng)電機中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。

 

5.無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱，而圓筒型直線電機橫向無開斷，所以磁場沿周向均勻分布。

 

6.容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問題。

 

7.易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復(fù)運行場合。

 

8.適應(yīng)性強。直線電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體，具有較好的防腐、防潮性能，便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用；而且可以設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式，滿足不同情況的需要。