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篇一:[直线电机工作原理]直线电机的结构及工作原理
直线电机的结构
直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
直线电机的工作原理
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图电动机。
初级做得很长，延伸到运动 所需要达到的位置，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．
通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。
直线电机的特点
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如丝杠等机械传动件，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。
位精度高 线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。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。
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，同时提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短
行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
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。
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。
直线电机的应用
直线电机主要应用于三个方面：应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 U槽无刷直线电机可以直接驱动，无需将转动转为线性运动，机械结构简单可靠。电机运行超平稳，无齿槽效应，动态响应速度极快，惯量小，加速度可达20G，速度达到10-30m/s，低速1μm/s时运动平滑，刚性高，结构紧凑，可选配直线编码器做高精度位置控制，其位置精度取决于所选编码器。 定子轨道可以按需要连接，因而理论上电机长度不限。电机动子与定子不接触运动，没有采用普通丝杆滚珠和皮带等传动的磨损、卡死、背隙问题，因此我们的直线电机可以达到免维护长期工作。我们的U型槽式直线电机分为铁芯和无铁芯两类，铁芯类直线电机单位体积出力更大，非铁芯直线电机无磁滞和涡流效应，运动更加平滑高速，磁损耗少，发热小。 此类直线电机特别适用于：机器人、致动器、直线平台、光学光纤排列定位、精密机床、半导体制造、视觉系统、电子元件接插、工厂自动化等对运动系统 的速度和精度同时要求较高的应用场合。
篇二:[直线电机工作原理]直线电机的基本工作原理
直线电机不仅在结构上相当于是从旋转电机演变而来的，而且其工作原理也与旋转电机相似。
旋转电机的基本工作原理
图1-9表示一台简单的二极旋转电机。图中线圈AX、BY、CZ为定子A、B、C三相绕组。当在其中通入三相对称正弦电流后，便在气隙中产生了一个磁场，这个磁场可看成沿气隙圆周呈正弦分布。当A相电流达到最大值时，B和C相电流都为负的最大值的二分之一，这时磁场波幅处于A相绕组轴线上，如图1-9a所示。经过120电角度后，B相电流达到最大值，这时C和A相都为负的最大值的二分之一，而磁场波幅转到B相绕组轴线上，如图1-9b所示。经过240电角度后，相电流达到最大值时，A和B相电流都为负的最大值的二分之一，磁场波幅又转到C相绕组轴线上，如图1-9c所示。由此可见，电流随时间变化，磁场波幅就按A、B、C相序沿圆周旋转。电流变化一个周期，磁场转过一对极。这种磁场称为旋转磁场，它的旋转速度称为同步转速，用 表示，它与电流的频率f(Hz)成正比，而与电机的极对数p成反比：
（rad／min）
如用表示在定子内圆表面上磁场运动的线速度，则有： （m／s）
式中──极距（m)
通过图1-10可说明旋转磁场对转子的作用，为了简单起见，图中鼠笼转子只画出了两根导条。当气隙中旋转磁场以同步速旋转时，该磁场就会切割转子导条，而在其中感应出电动势。电动势的方向可按右手定则确定，示于图中转子导条上。由于转子导条是通过端环短接的，因此在感应电动势的作用下，便在转子导条中产生电流。当不考虑电动势和电流的相位差时，电流的方向即为电动势的方向。这个转子电流与气隙磁场相互作用便产生切向电磁力。电磁力的方向可按左手定则确定。由于转子是个圆柱体，故转子上每根导条的切向电磁力乘上转子半径，全部加起来即为促使转子旋转的电磁转矩。由此可以看出，转子旋转的方向与旋转磁场的转向是一致的。转子的转速用表示。在电动机运行状态下，转子转速总要比同步转速小一些，因为一旦，转子就和旋转磁场相对静止，转子导条不切割磁场，于是感应电动势为零，不能产生电流和电磁转矩。转子转速与同步转速的差值经常用转差率来表示，
直线电机的基本工作原理
将图1-10所示的旋转电机在顶上沿径向剖开，并将圆周拉直，便成了图1-11所示的直线电机。在这台直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的的分布情况与旋转电机的相似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。这个原理与旋转电机的相似，二者的差异是：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。显然，行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为，称为同步速度，且
(m／s)
再来看行波磁场对次级的作用。假定次级为栅形次级，图1-11中仅画出其中的一根导条。次级导条在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流。而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用表示，转差率用表示，则有：
在电动机运行状态下，在0与1之间。上述就是直线电机的基本工作原理.
应该指出，直线电机的次级大多采用整块金属板或复合金属板，因此并不存在明显的导条。但在分析时，不妨把整块看成是无限多的导条并列安置，这样仍可以应用上述原理进行讨论。在图1-12中，分别画出了假想导条中的感应电流及金属板内电流的分布，图中为初级铁心的叠片厚度，c为次级在长度方向伸出初级铁心的宽度，它用来作为次级感应电流的端部通路，c的大小将影响次级的电阻。旋转电机通过对换任意两相的电源线，可以实现反向旋转。这是因为三相绕组的相序相反了，旋转磁场的转向也随之反了，使转子转向跟着反过来。同样，直线电机对换任意两相的电源线后，运动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线电机作往复直线运动。
篇三:[直线电机工作原理]什么是直线电动机？
所谓直线电动机就是利用电磁作用原理，将电能直接转换直线运动动能的设备。在实际的应用中，为了保证在整个行程之内初级与次级之间的耦合保持不变，一般要将初级与次级制造成不同的长度。直线电动机与旋转电动机类似，通入三相电流后，也会在气隙中产生磁场，如果不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布，只是这个磁场是平移而不是旋转的，因此称为行波磁场。
行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力，这就是直线电动机运行的基本原理。由于直线电动机和旋转电动机之间存在以上对应关系，因此每种旋转电动机都有相对应的直线电动机，但直线电动机的结构形式比旋转电动机更灵活。直线电动机按工作原理可分为：直线直流电动机、直线感应电动机、直线同步电动机、直线步进电动机、直线压电电动机及直线磁阻电动机：按结构形式可分为平板式、U形及圆筒式。
直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。它可以省去大量中间传动机构，加快系统反映速度，提高系统精确度，所以得到广泛的应用。直线电动机的种类按结构形式可分为；单边扁平型、双边扁平型、圆盘型、圆筒型（或称为管型）等；按工作原理可分为：直流、异步、同步和步进等。下面仅对结构简单，使用方便，运行可靠的直线异步电动机做简要介绍。
直线异步电动机的结构主要包括定子、动子和直线运动的支撑轮三部分。为了保证在行程范围内定子和动子之间具有良好的电磁场耦合，定子和动子的铁心长度不等。定子可制成短定子和长定子两种形式。由于长定子结构成本高、运行费用高，所以很少采用。直线电动机与旋转磁场一样，定子铁心也是由硅钢片叠成，表面开有齿槽；槽中嵌有三相、两相或单相绕组；单相直线异步电动机可制成罩极式，也可通过电容移相。直线异步电动机的动子有三种形式：
(1)磁性动子 动子是由导磁材料制成（钢板），既起磁路作用，又作为笼型动子起导电作用。
(2)非磁性动子 ，动子是由非磁性材料（铜）制成，主要起导电作用，这种形式电动机的气隙较大，励磁电流及损耗大。
(3)动子导磁材料表面覆盖一层导电材料，导磁材料只作为磁路导磁作用；覆盖导电材料作笼型绕组。
因磁性动子的直线异步电动机结构简单，动子不仅作为导磁、导电体，甚至可以作为结构部件，其应用前景广阔。
直线异步电动机的工作原理和旋转式异步电动机一样，定子绕组与交流电源相连接，通以多相交流电流后，则在气隙中产生一个平稳的行波磁场（当旋转磁场半径很大时，就成了直线运动的行波磁场）。该磁场沿气隙作直线运动，同时，在动子导体中感应出电动势，并产生电流，这个电流与行波磁场相互作用产生异步推动力，使动子沿行波方向作直线运动。若把直线异步电动机定子绕组中电源相序改变一下，则行波磁场移动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线异步电动机作往复直线运动。
直线异步电动机主要用于功率较大场合的直线运动机构，如门自动开闭装置，起吊、传递和升降的机械设备，驱动车辆，尤其是用于高速和超速运输等。由于牵引力或推动力可直接产生，不需要中间连动部分，没有摩擦，无噪声，无转子发热，不受离心力影响等问题。因此，其应用将越来越广。直线同步电动机由于性能优越，应用场合与直线异步电动机相同，有取代趋势。直线步进电动机应用于数控绘图仪、记录仪、数控制图机、数控裁剪机、磁盘存储器、精密定位机构等设备中。
