[直线电机]直线电动机的结构及其应用需要注意什么原则？

    直线电机是直接产生直线运动的电动机。它以看成是旋转电机演化而来的。与旋转电机相对应，直线电机按机种分类可分为直线感应电动机、直线同步电动机、直线直流电动机和其它直线电动机（如直线步进电动机等）。旋转电动机的定子和转子，在直线电动机中称为初级和次级。为了在运动过程中始终保持初级和次级耦合，初级侧或次级侧中的一侧必须做得较长。在直线电动机中，直线感应电动机应用最广泛，因为它的次级可以是整块均匀的金属材料，即采用实芯结构，成本较低，适宜于做得较长直线电机。

 

    直线电机按结构分可分为平板型、管型、弧型和盘型。平板型结构是最基本的结构，应用也最泛。直线电机按初级和次级的相对长度来分为短初级和短次级，按初级运动还是次级运动来分为动初级和动次级。各类直线电动机在工业应用方面得到了迅速发展，制成了不少有使用价值的装置，如用直线电机传动的电动门，电磁搅拌器，传送带，自动绘图仪，计算机磁盘定位机构等。

 

    直线电机的优点是：结构简单。反应速度快，灵敏度高，随动性好。容易密封，不怕污染，适应性强（由于直线电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，各部件用尼龙浸渍后，采用环氧树脂加以涂封，这样它就不怕风吹雨打，或有毒气体和化学药品的侵蚀，在核辐射和液体物质中也能应用）。工作稳定可靠寿命长（直线电机是一种直接传动的特种电机，可实现无接触传递力，没有什么机械损耗，故障少，几乎不需要维修，又不怕振动和冲击）。额定值高（直线电机冷却条件好，特别是长次级接近常温状态，因此线负荷和电流密度可以取得很高）。有精密定位和自锁的能力（和控制系统相配合，可做到Q001mm的位移精度和自锁能力）。
 

    直线感应电动机的初级与旋转电动机的定子之间的最大差别是，前者初级铁芯的纵向两端是断开的，形成了两个纵向边缘，铁芯和绕组不象旋转电机那样在两端相互连接，这将对电机的磁场和性能产生一定的影响。当采用双层绕组时，直线感应电机初级的槽数一般要比相应的旋转电机的槽数多一些，才能放下三相绕组。由于初级铁芯的两端开断，三相绕组之间的互感不相等，将使电动机的运行不对称，并引起负序磁场和零序磁场。消除不对称的方法是，同时使用三台相同的电动机，并将第一台电机的第一相绕组和第二台的第二相绕组及第三台的第三相绕组串联，将第一台的第二相绕组和第二台的第三相绕组及第三台的第一相绕组串联，将第一台的第三相绕组与第二台的第一相绕组及第三台的第二相绕组串联，然后接上电源，这样一来就能获得对称的三相电流。对于不是同时使用三台电动机的场合，可以用増加极数的办法来减小各相之间互感的差别。初级铁芯的两端开断还会引起脉振磁场，消除脉振磁场的一个有效办法是安装补偿线圈。此外直线电机初、次级之间的气隙，由于机械结构刚度的限制和工艺水平的影响，一般要比旋转电机的气隙大2~3倍。因而使其功率和效率大大降低。这是直线电机的一个致命弱点。

 

    直线电机能直接产生直线运动，这一点对直线运动机械设计者和使用者有很大的吸引力。不少直线运动的机械是由旋转电机传动的。这时候必须配置由旋转运动变为直线运动的机械传动装置，使得柊个装置机构庞大，成本较高和效率较低。采用直线感应电机，不但省去了机械传动机构，而且可因地制宜地将直线感应电机的初级和次级安放在适当的空间位置或直接作为运动机械的一部分，使整个装置紧凑合理，有时还可以降低成本和提高效率。此外在某些场合，直线感应电机有它独特的应用，是旋转电机所不能替代的。但是并不是任何场合使用直线感应电机都能取得良好效果。为此必须首先了解直线电机的应用原则，以便能恰到好处地应用它。其应用原则有以下几个方面。

 

    选择合适的运动速度。直线感应电机的运动速度与同步速度有关，而同步速度又正比于极距。因此极距的选择范围决定了运动速度的选择范围。距太小会降低槽的利用率，增大槽漏抗和减小品质因数，从而降低电动机的效率和功率因数。极距的下限通常取3om。极距可以没有上限，但当电机的输出功率一定时，初级铁芯的纵向长度是有限的同时为了减小纵向边缘效应，电动机的极数不能太少，故极距不可能太大对于工业用直线感应电机极距的上限一般为30um。这样在工供电时，同步速度的选择范围相应地为3-25um/s当运动速度低于这一选择范围下限时，一般不宜使用直线感应电动机，除非使用变频电源，通过降低电源的频率来降低运动速度。

 

    在某些场合，允许用点动的方法来达到很低的速度，这时可以避免使用变频电源要有合适的推力。旋转电机可以适应很大的推力范围。将旋转电机配上不同的变速箱，可以得到不同的转速和转矩。在低速的场合。转矩可以扩大儿十到儿百倍，以至于用一个很小的旋转电机就可以推动一个很大的负载，当然功率是守恒的。直线感应电机则不同，它无法用变速箱改变速度和推力，因此它的推力无法扩大。要得到比较大的推力只有依靠加大电动机的尺寸。这有时是不经济的股来说，在工业应用中，直线感应电机适用于推动轻载。

 

    要有合适的往复频率。在工业应用中，直线感应电动机是往复运动的。为了达到较高的劳动生产率，要求有较高的往复频率。这意味着电动机要在较短的时间内走完行程。在一个行程内，要经历加速和减速的过程，也就是要起动一次和制动一次往复频率越高，电动机的加速度就越大，加速度所对应的推力越大，有时加速度所对应的推力甚至大于负载所需推力。推力的提高导致电动机的尺寸加大，而其质量加大又引起加速度所对应的推力进步提高，有时产生恐性循环。为此在设计电机时，应当充分重视对加速度的控制根据合适的加速度计算出走完行程所需时间，由此决定电机的往返颏率。在整个设计中，应尽量减小运动部分的质量，以便减小加速度所对应的推力。

 

    要有合适的定位精度。在许多应用场合，电动机运行到位时由机械限位使之停止运动为了使在到位时冲击小，可以加上机械缓冲装置。在没有机械限位的场合，比较简单的定位方法是,在到位前通过行程开关控制,对电机做反接制动或能耗制动,使在到位时停下来。但由于直线电机的机械特性是软特性,电源电压变化或负载变化都会影响电动机在开始制动时的初速度,从而影响停止时的位置。因此这种定位方法只能用于电源电压稳定且负协恒定的场合。

 

    直线感应电机的应用面相当宽。例如可用于高速列车、传送车、传送线、传送带、搬运钢材、机械手、电动门、加速器、电磁锤、电磁搅扑器和电磁系、金属分离器、帘幕驱动等。还有一些特殊的直线电机应用在其他领域。例如压电直线电动机（利用压电材料的逆压电效应直接把电能转换成机械能。特点是步距小、推力不大、机构简单、速度易控制）,用于精密测量和计量,也可在定位驱动中作为执行元件,在光学系统的聚焦驱动,激光干涉仪和计量系统中可得到应用,也可应用于光刻机上。