1、 Linear Motor4.1 直线电动机概述直线电动机概述从旋转电动机到直线电机的演化从旋转电动机到直线电机的演化 旋转电动机的定子和转子分旋转电动机的定子和转子分别对应直线电动机的初级和别对应直线电动机的初级和次级次级 4.1.1 4.1.1 直线电动机的原理与分类直线电动机的原理与分类 单边型直线电动机单边型直线电动机 短初级短初级 短次级短次级 双边型直线电动机双边型直线电动机 短次级短次级短初级短初级从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化 圆筒式结构圆筒式结构 圆弧式直线电动机圆弧式直线电动机 圆盘式直线电动机圆盘式直线电动机(1) (1) 省去了
2、把旋转运动转换为直线运动的中间转换省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。机构，节约了成本，缩小了体积。(2) (2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性好，准确度高。好，准确度高。(3) (3) 直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中此容易密封，可在有毒气体、
3、核辐射和液态物质中使用。使用。4.1.2 4.1.2 直线电动机传动的特点直线电动机传动的特点(4) (4) 直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。(5) (5) 装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。成一体。(6) (6) 某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉力等等。力等等。4.1.2
4、 4.1.2 直线电动机传动的特点直线电动机传动的特点4.2 4.2 直线感应电动机直线感应电动机 4.2.1 4.2.1 直线感应电动机的基本原理直线感应电动机的基本原理 行波磁场行波磁场 在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波B B 是直线移动的，故称为行波磁场。是直线移动的，故称为行波磁场。 如电机极距为如电机极距为 ，电源频率为，电源频率为f，磁场移动速度为磁场移动速度为2svfssvvvs)1 (2)1 (sfvsvs次级速度为次级速度为v ，则则滑差率为
5、滑差率为 次级移动速度次级移动速度4.2.2 4.2.2 直线感应电动机的结构特点直线感应电动机的结构特点 直线电机的初级相当于旋转电机的定子。初级铁心直线电机的初级相当于旋转电机的定子。初级铁心也是由硅钢片叠成的，也是由硅钢片叠成的，面开有槽，三相面开有槽，三相( (或单相或单相) )绕组嵌置于槽内。绕组嵌置于槽内。 1. 初级初级1)1)扁平式初级结构扁平式初级结构 2. 2. 次级次级 一般是在钢板上一般是在钢板上开槽，在槽中嵌入铜条开槽，在槽中嵌入铜条( (或或铸铝铸铝) )，然后用铜带在两端，然后用铜带在两端短接而成。短接而成。 钢既起导磁作用，又起导电作用钢既起导磁作用，又起导电作
6、用. .由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能较差，且法向吸力也大较差，且法向吸力也大( (约为推力的约为推力的1010倍左右倍左右) )。1）扁平型直线电机）扁平型直线电机钢板上复合一层铜板钢板上复合一层铜板( (或铝板或铝板) )。圆筒式直线电机，次级一般是厚壁钢管，为了提圆筒式直线电机，次级一般是厚壁钢管，为了提高单位体积所产生的起动推力，可以高单位体积所产生的起动推力，可以在钢管外圆在钢管外圆覆盖一层覆盖一层12mm2mm厚的铜管或铝管，成为复合次级厚的铜管或铝管，成为复合次级，或者或者在钢管上嵌置铜环或浇铸铝环，成为类似于在钢管上
7、嵌置铜环或浇铸铝环，成为类似于笼型的次级笼型的次级。 2）圆筒型直线电机）圆筒型直线电机嵌置铜环或铝环的圆筒式次级嵌置铜环或铝环的圆筒式次级 气隙大，功率因数低气隙大，功率因数低3. 气隙气隙 直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，主主要是为了保证在长距离运动中，初级与次级之间不致要是为了保证在长距离运动中，初级与次级之间不致摩擦。摩擦。因为铜或铝均属非磁性材因为铜或铝均属非磁性材料，其导磁性能和空气相同，故：料，其导磁性能和空气相同，故：电磁气隙电磁气隙= =机械气隙机械气隙( (单纯的空气隙单纯的空气隙) )+ +铜板或铝板厚度铜板或铝板厚
8、度磁悬浮列车磁悬浮列车原理原理 磁悬浮列车实际上是依靠磁悬浮列车实际上是依靠电电磁吸力磁吸力或或电动斥力电动斥力将列车悬浮将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，与地面轨道间的无机械接触，再利用再利用直线直线电机电机驱动列车运行。驱动列车运行。磁悬浮列车分为磁悬浮列车分为常导型常导型和和超导型超导型两大类。两大类。常导型常导型德国高速常导磁浮列车德国高速常导磁浮列车为代表为代表利用普通利用普通直流电磁铁电磁吸力直流电磁铁电磁吸力的原理的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列毫米左右
9、。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时车的速度可达每小时400500公里，公里，适合于城市间的长距离快速运输。适合于城市间的长距离快速运输。上海上海磁浮列车磁浮列车为为此类此类超导型超导型以日本为代表利用超导磁体产生的强磁场，列车运利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为较大，一般为100毫米左右，速度可毫米左右，速度可达每小时达每小时500公里以上公里以上。磁悬浮列车主要磁悬浮列车主要由由悬浮系统悬浮系统、推进系统推进系统和和导向导向系统系统三大部分组成三大
10、部分组成一、一、悬浮系统：悬浮系统：电磁悬浮系统（电磁悬浮系统（EMS）电力悬浮系统（电力悬浮系统（EDS）电磁悬浮系统（电磁悬浮系统（EMS） 是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。 常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与的导向
11、电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。电力悬浮系统（电力悬浮系统（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。最主要特征就是其超导元
12、件在相当低的温度下最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性所具有的完全导电性和完全抗磁性。机车速度低于大约机车速度低于大约25英里英里/小时无法保证悬浮小时无法保证悬浮二、二、推进系统推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。直线电动机的长定子绕组。从电动机
13、的工作原理可以知道，当作为定子从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。机的转子转动。当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的载系统连同列车一起就像电机的转子转子一样被一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。以完全实现非接触的牵引和制动。在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将在位于轨道两
14、侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线极线圈，现在变为圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。极线圈了，反之亦然。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。的交流电的频率和电压。
