1、 直线电动机直线电动机12.直线电动机直线电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机直线电动机简介直线电动机简介 直线电动机是一种直接将电能转换为直线运动的驱动机械。省却了中间转换机构，并具有速度范围宽、推力大、精度高等特点。广泛应用于生活生产、交通运输以及军事等领域。从工作原理来看，前面介绍过的直流电动机感应电动机或同步电动机、步进电动机等均可改制成直线电机。现以应用较广的交流感应直线电动机为例来说明直线电动机的形成、工作原理和基本构造。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机直线
2、感应电动机工作原理直线感应电动机工作原理图12 1 直线电动机的形成a)笼型转子感应电动机 b)直线电动机从工作原理来看，前面介绍过的直流电动机感应电动机或同步电动机、步进电动机等均可改制成直线电机。图10 1a所示为笼型感应电动机的原理结构剖面图，如想像将它径向切开，并展成如图10 1b的直线状，即为一直线电动机。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机(续)a.原来的定子一侧现改称一次侧，原来转子一侧改称为二次侧。转子的名称不能再用了，因为它不转动。一次侧和二次侧中任一侧可以是固定不动的称为定子，另一可以直线运动的称为“动子”。b.图中
3、的定子三相分布绕组中通以三相电流时，与普通感应电动机相似，将激励一个从电流领前相转向电流滞后相的磁场。在普通感应电动机中即为圆形旋转磁场，而今定子绕组沿直线敷设磁场便是等幅的行波磁场，其平移速度为vs，其单位是m/s。式中，为极距(m)。ssn2p=2f60普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机(续)c.图中动子为二次侧，可以与笼型转子相似，动子为直线运动，故支撑的为平面滑动轴承。行波磁场在二次侧感应电动势和电流，电流与行波磁场作用在动子上产生电磁力，使动子作直线运动。设动子运动的速度为v(单位为m/s)，v与vs之差以vs的百分数表示称
4、为速差率，与感应电动机中的转差率相似，亦以s表示，则有 显然，与普通感应电动机一样，直线感应电动机的工作范围为0s1。sss普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机直线电机的结构直线电机的结构与其与其运动规律密切相关运动规律密切相关 在有限长度内往复运动，可以水平或垂直运动12-2 有限长度内往复运动的直线电动机举例a)电动大门b)电锤 1一次侧定子 2二次侧动子 3弹簧 4支架 5模具普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机 无限制直线运动。带金属的传输带为动子。12-3 传输带上的直
5、线电机1二次侧 2一次侧 3滑轮普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 振荡式直线运动。两个晶闸管被控制轮流导通，左右两侧磁极相应轮流被激励磁场，由磁阻拉力使动子左右振荡。12.直线电动机直线电动机12-4 振荡式直线电机1一次侧定子 2二次侧动子 3励磁线圈 4晶闸管普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材直线电动机结构按工作特点划分直线电动机结构按工作特点划分 一次侧为动子、二次侧为动子 长一次短二次、短一次长二次 单边型和双边型 扁平型和管道型12.直线电动机直线电动机12-5 不同结构的直线电动机a)双边型短一次长二次 b)单边
6、型长一次短二次1一次侧2二次侧普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机感应式直线电动机感应式直线电动机 普通感应机普通感应机12-6一个简单的直线感应电动机一次绕组展开图前者铁心和绕组都是断开的，而后者铁心为圆筒形,铁心及设置在上面的绕组是连续的，无头无尾。图示三相、14槽、双层叠绕组，p=2，y=2。由图可见，槽1、2和13、14中只有一个圈边。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材边端效应边端效应边端效应是直线电机特有的不良效应，均会影响电机的性能12.直线电动机直线电动机动态纵向边端效应静态纵向边端效应边
7、端效应边端效应两端和中间的互电感因铁心断开，绕组不对称而不相等动子在进入和离开铁心断开端时，磁导发生变化普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机直线步进电动机直线步进电动机由单个脉冲控制，其作用原理与普通反应式步进电动机一样。12-7 步进直线电动机(两相)a)单边一次 b)双边一次c)管形1一次铁心 2一次线圈 3二次铁心普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机混合式步进直线电动机混合式步进直线电动机工作原理工作原理一次侧为永久磁铁PM加上绕有励磁线圈的软铁，信号电源为正负脉冲轮流向线
8、圈供电，每拍定子与动子移过1/4个齿距的直线距离。图12 8 混合式步进直线电动机工作原理图a)B加正脉冲信号 b)A加负脉冲信号 c)B加负脉冲信号普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机平面型步进电动机平面型步进电动机 上述两台混合式步进直线电动机正交组合在一起，便成为如图所示的动子可作平面运动的步进电动机。图12 9 平面型步进电动机示意图1齿2槽3x方向直线步进电动机 4y方向直线步进电动机普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机微动直线电机微动直线电机微动直线电机利用一种特殊的
9、陶瓷材料，利用其逆压电效应，用于电机中，当压电陶瓷外加电压，在电场作用下，陶瓷晶体会发生变形。图12 10 一种利用压电陶瓷制成的微动直流电动机a)换型 b)工作程序普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机微动直线电机微动直线电机工作原理工作原理 A、B通电，C不加电压，保持原长度L，并吸住在V形槽中 A保留通电状态，B断电，C加电压，C长度因逆压电效应伸长，并使B前移 B通电吸住在V形槽中 A及C断电，C恢复原长度L，拉住A前移 A恢复通电，对比动子前进了直线距离。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.
10、直线电动机直线电动机超声波电动机超声波电动机原理原理一端固定的压电陶瓷，加以高频电源，它纵向或横向的伸缩便形成振动这个机械振动通过种种不同的方法可以转换成旋转运动。按此原理构成的电动机，因为压电陶瓷的工作频率可大于20kHz，故称它为超声波电动机。12-11 最简单的将振动转换为旋转的原理 1压电陶瓷 2金属块 3振动片4转子摩擦片普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机超声波电动机优缺点超声波电动机优缺点 超声波电机主要应用在汽车、照相机、医疗机械、航空航天等领域。优点优点转速转速低，直接驱动负载低，直接驱动负载动作动作响应响应控制性能好
11、控制性能好运行无噪声运行无噪声缺点缺点需要高频电源需要高频电源不能常期连续工作不能常期连续工作功率功率较小，较小，价格比价格比较高较高普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材12.直线电动机直线电动机思考题1.家用电器如吸尘器、粉碎搅拌机等的转速往往高于3000r/min，家庭电源均为220V 50Hz的单相电源。试问同步、异步电动机能有这样高的转速吗?查看它们的产品说明书，有图10 12所示的接线图，试分析这种电动机（单相串励换向器式电动机）的工作原理。这种电动机能接成并励吗？为什么？2.一般电机的转子、铁心和绕组是合成一体的，空心杯形转子却将二者分离，试分析其可能性及目的，并比较交流和直流杯形转子电机内定子的铁心损耗。3.试比较直流伺服电动机的两种控制方法的优缺点。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材
