直线电机原理及应用

　　一般电动机工作时都是转动的.但是用旋转的电机驱动的交通工具(比如电动机车和城市中的电车等)需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动.这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置.能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢?几十年前人们就提出了这个问题.现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。

　　1工作原理.

　　直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。

　　由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。

　　直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动;反之，则初级做直线运动。

　　直线电机的原理并不复杂.设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机(图).在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级;相当于旋转电机转子的，叫次级.初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动.这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长.实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动。

　　2.应用

　　直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛.磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的.

　　直线电机除了用于磁悬浮列车外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等.在我国，直线电机也逐步得到推广和应用.直线电机的原理虽不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进。

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　　3.直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较

　　在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

　　1)高速响应

　　由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等)，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

　　2)精度

　　直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

　　3)动刚度高

　　由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

　　4)速度快、加减速过程短

　　由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500Km/h)，所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度(要求达60～100M/min或更高)当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g(g=9.8m/s2)，而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

　　5)行程长度不受限制

　　在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度。

　　6)运动动安静、噪音低

　　由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触)，其运动时噪音将大大降低。

　　7)效率高

　　由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。