特种电机简介之二直线电机——基础原理与应用内容第一章 直线电机基础原理、结构与分类第二章 直线电机基础 第三章 各种直线感应电机及其特性第四章 直线同步电机第五章 直线电机的典型应用与发展参考资料第一章 直线电机基础原理、结构与分类1.1 概述 许多直线驱动装置或系统都是采用旋转电动机通过中间转换装置，例如链条、钢丝绳、皮带、齿条或丝杆等机构转换为直线运动的。由于这些装置或系统有中间转换传动机构，所以整机存在着体积大、效率低、精度差等问题。曲柄滑块机构蜗杆传动机构 齿轮齿条机构滚珠丝杆传动钢丝绳起重机定义：利用电能直接产生直线运动的电动机 直线电机主要是直线电动机，它是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需任何中间转换机构的传动装置。3. 不一样的种类具有截然不同的工作特点，能够准确的通过需要选择。能满足高速、大推力的驱动要求，也能满足低速、精细的要求，如步进直线. 直线电机可广泛地应用于工业、民用、军事及其它各种直线. 电机的结构可以根据自身的需求制成扁平型、圆筒型或盘型等各种型式；2. 能够使用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作。 扁平型U形槽型与其它非直线电机驱动的装置相比，采用直线电机驱动的装置具有以下一些优点：(1) 不需要任何运动转换装置而直接依靠电能产生推力，因此可省去中间转换机构，简化整个装置或系统，运行可靠，传递效率高，制造成本低，且易于维护。 (2) 其零部件和传动装置不会像旋转电机那样会受离心力作用的限制，因而它的直线速度能不受限制，理论上可达极高速或极高加速度。(3) 响应快。由于无中间传动机构的惯性和阻力矩，加速时间短。（4）在驱动装置中，其运动时能做到无机械接触，使传动零部件无磨损，从而大幅度减少机械损耗。 (5) 整个装置或系统噪声很小或无噪声，运行环境好。(6)由于直线电机结构相对比较简单，装配灵活性大，例如其初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封成一个整体，所以能在一些特殊场合中应用。(7) 结构相对比较简单及散热面积大，直线电机的散热效果好，容易冷却。 主要的不足之处：(1)与同容量旋转电机相比，感应直线电机的效率和功率因数比较低。 (2)直线电机特别是直线感应电机的起动推力受电源电压的影响较大。 1.2 基本结构与工作原理?1.2.1 基本结构 直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变。它可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，这样就得到了由旋转电机演变而来的最原始的扁平型直线电机。 由定子演变而来的一侧称为初级或原边，由转子演变而来的一侧称为次级或副边。直线由旋转电机演变而来的最原始直线电机的初级和次级长度相等，运行中初级与次级的耦合长度不定，异常工作。为了能够更好的保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合长度保持不变，在实际应用时，需将初级与次级制造成不同的长度。既可做成短初级长次级型，也可做成长初级短次级型。但短初级在制造成本上、运行的成本上均比短次级低得多，因此目前除特殊场合外，一般都会采用短初级。演变而来的原始直线电机仅一边安放初级，称为单边型直线电机。单边型电机的初级与次级之间有着很大的法向吸力，在钢次级时约为推力的10倍左右，大多数场合下，这个力是不希望存在的。因此在次级两边都装上初级，做成双边型结构，以抵消法向吸力。 图1-4 单边型直线电机 a) 短初级b) 短次级次级初级a)次级初级b)Single-side LMPrimarySingle-side,short secondary单边短次级长初级型Single-side LMSecondarySingle-side,short primarySingle-side,short secondary单边短初级长次级型初级次级a)初级次级b) 图1-5 双边型直线电机 a) 短初级b) 短次级 为了抵消单边直线电机的法向吸力，可在次级的两边都装上初级，使法向吸力相互抵消，这种结构称为双边直线电机。Double-side LMPrimaryDouble-side,short secondary双边短次级型 一台典型的单边扁平型短初级直线感应电动机的结构如图所示。 单边扁平型短初级直线－初级铁心 5－支架6－固定用角铁 7－绕组端部 8－环氧树脂a) 磁性次级b) 非磁性次级c) 复合次级扁平型直线感应电机的结构直线感应电机的次级，分为磁性次级、非磁性次级和复合次级三种。磁性次级的材料为低碳钢板，非磁性次级的材料为铜或铝，复合次级是二者的复合，如图所示。由于低碳钢板的导电性能不好，所以磁性次级的直线感应电动机效率较低。非磁性次级的直线电动机，由于次级材料的导磁性能差，因此功率因数较低。复合次级的直线感应电动机具备比较好的性能指标。直线感应电机的次级横截面图 由于直线感应电动机的电磁气隙（2~10mm）较旋转电机的（0.2~1mm）大得多，加之边端效应的影响，直线感应电动机的功率因数和效率较同容量旋转电机低。 圆筒型（管型）直线电机可以认为是将扁平型直线电机沿着和直线运动相垂直的方向卷接成筒形而来的。如图所示。圆筒型永磁直线发电机剖面图圆筒型直线电机的绕组端部是卷拢的，整个绕组由一系列圆形线圈构成。这样就取消了绕组的端部，既节省了铜线、降低了铜耗，又简化了绕组的制造工艺。圆筒型直线电机的演变过程 弧型和盘型结构弧型是将扁平型直线电机的初级沿运动方向改成弧型， 并安放于圆柱形次级的柱面外侧。如图所示。弧型直线电动机盘型结构是把次级做成一片圆盘，将初级放在次级圆 盘靠近外缘的平面上，次级可以是双面的也可以是单 面的。 弧型和盘型直线电机的运动其实就是一个圆周运动，但由于它们的运行原理和设计方法与扁平型直线电机相似，所以也归入直线电机范畴。盘型直线 工作原理与旋转电机相似。以直线感应电机为例说明其工作原理在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，这个气隙磁场的分布情况与旋转电机相似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。如图所示。行波磁场次级初级磁场力FB磁场电动势电流I运动力右手定则反电动势E=vBLvNSSSN左手定则力F=BLI直线感应电机基本工作原理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。差异是：这个磁场平移，而不是旋转，因此称为行波磁场。再来看行波磁场对次级的作用。假定次级为栅形次级，次级导条在行波磁场切割下，将产生感应电动势并产生电流。所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。 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一样，称为同步速度Vs (m/s)， Vs=2fτ ，τ为极距(m)， f 为电流的频率(Hz)。 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V表示，转差率用s表示，则有： (1-5) 在电动机运作时的状态下，s在0与1之间。上述就是直线电机的基本工作原理。金属板内电流分布应该指出，直线感应电机的次级大多采用整块金属板或复合金属板构成，并不存在很明显导条。但在分析时，可看成是无限多导条并列放置。图10为假想导条中的感应电流及金属板内电流的分布情况。假想导体中的感应电流分布FvF图10 次级导体板中的电流旋转电机通过对换任意两相的电源线，能轻松实现反向旋转。直线电机也能够最终靠同样的方法实现反向运动。根据这一原理，可使直线 直线电机的分类 直线电机的分类在不同的场合有不同的分类型式。例如在考虑外形结构时，往往以结构型式将其进行分类；当考虑其功能用途时，则又以其功能用途进行分类；而在分析或阐述电机的性能或机理时，则是以其工作原理进行分类。长初级短初级扁平型单边型双边型圆盘型圆弧型短初级圆筒型1.3.1 结构型式的分类 直线电机按其结构型式主要可分为扁平型、圆筒型（或管型）、圆盘型和圆弧型四种，此外，还有一些特殊结构，这里不再介绍。圆筒型直线电机：外形如旋转电机的圆柱形直线电机，需要时可做成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电机。圆盘型直线电机虽也做旋转运动，但与普通旋转电机相比有两个突出优点：力矩与旋转速度能通过多台初级组合的方法或通过初级在圆盘上的径向位置来调节；无需通过齿轮减速箱就能得到较低的转速，电机噪声和振动很小。圆弧型直线电机也具有圆盘型的特点，两者的主要不同之处在于次级的形式和初级对次级的驱动点不一样。1.3.2 功能用途的分类 直线电机，特别是直线感应电机，按其功能用途主要可分为力电机、功电机和能电机。种类衡量指标应用力电机推力/功率比阀门开闭，门窗移动，机械手操作，推车等功电机效率、功率因数高速磁悬浮列车，高速运行的输送线能电机能效率（输出动能/电源提供的电能）导弹、鱼雷的发射，飞机的起飞，冲击、碰撞等试验机的驱动1.力电机 力电机是指单位输入功率所能产生的推力，或单位体积所能产生的推力，大多数都用在在静止物体上或低速的设备上施加一定的推力的直线电机。它以短时运行、低速运行为主 。2.功电机 功电机主要作为长期连续运行的直线电机，它的性能衡量的指标与旋转电机基本一样，即可用效率、功率因数等指标来衡量其电机性能的优劣。3.能电机 能电机是指运动构件在短时间内所能产生的极高能量的驱动电机，它主要是在短时间、短距离内提供巨大的直线 工作原理的分类 从原理上讲，每种旋转电机都有与之相对应的直线电机，然而从使用角度来看，直线电动机得到了更广泛的应用。直线电机按其工作原理可分为两个大的方面，即直线电动机和直线驱动器。 直线电动机包括交流直线感应电动机（Linear Induction Motors，简称LIM）、交流直线同步电动机（Linear synchronous Motors，简称LSM）、直线直流电动机（Linear DC Motors，简称LDM）和直线步进（脉冲）电动机（Linear Stepper(Pulse) Motors，简称LPM）、混合式直线电动机（Linear Hybrid Motors，简称LHM）等。 直线驱动器包括直线振荡电机（Linear Oscillating Motors，简称LOM）、直线电磁螺线管电机（Linear Electric Solenoid，简称LES）、直线电磁泵（Linear Electromagnetic Pump，简称LEP）、直线超声波电动机（Linear Ultrasonic Motors，简称LUM）等。以上这些直线电机又可分成许多不同的种类。 电磁式磁浮直线电机通用直线电机弹射直线电机交流直线感应电动机（LIM）电磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM交流直线同步电动机（LSM）可变阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超导体（SC）LSM直线电动机电磁式LDM直线直流电动机（LDM）永磁式LDM无刷LDMVR形LPM直线步进电动机（LPM）PM形LPM混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（LES）直线驱动器直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（LUM）直线发电机（LG）通用直线电机直线电机种类非电磁直线电机驱动静 电 直 线 驱 动 器超 导 直 线 驱 动 器 光 直 线 驱动 器金属 氢化物 直线驱动器磁 致 伸 缩直线电机 压 电直线电机橡 胶 直 线 驱 动 器形状记忆合金直线直线电机的发展历史 直线 年惠斯登（Wheatstone ）开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线多年的历史，直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个阶段。 探索实验：1840~1955 开发应用：1956~1970 实用商品化：1971~至今 我国的直线年代，目前处于开发应用和实用商品化阶段，但与世界领先水平还有差距。第二章 直线电机基础 一、分析方法有两种：（1）集中参数的电路理论法；（2）分布参数的电磁场理论法对某些类型的直线电机，采用电磁场理论法更方便。二.基本电磁场方程式三. 行波电流层的概念四、关于直线电机的品质因数 如何评价电机的“性能好坏”不同的使用场合不同的使用目的不同的使用上的要求评价的结论不同 对于普通旋转电动机，可采用效率、功率因数等作为评价该机“性能好坏”的指标。 但对于直线电机，特别是力电机，当它作为推力器使用时（速度几乎为零），效率接近零，但不能说它无用，因为它产生了有用的推力。因此应该有它自己的衡量指标。 这就是由莱斯韦特(Laithwaite)提出的品质因数，用G表示。品质因数是说明电机将一种能量转换成另一种能量的能力。（如将电能转换为机械能） 有若干种方法来定义品质因数： 根据磁场的有功分量 依照结构与材料根据等效电路，确定次级的品质因数为 激磁电抗次级电阻初步设计直线电机时，品质因数是一个有用的指标。然而对高速直线感应电动机来说，品质因数大，不一定可以得到最大推力和效率。 五. 两个理想直线所示的直线感应电动机的模型是由以下三层组成的： 第一层：初级 12第二层：气隙3移动方向第三层：次级图1 次级厚度为无限的理想 直线感应电动机模型次级为无限厚的理想直线 次级为无限厚的理想直线感应电动机为了简化分析，作如下的假设： (1)各层在±轴方向无限延伸； (2)次级在y轴方向无限延伸；(3)激磁绕组嵌在初级的槽里。为简便计，认为初级是光滑的， 以便用只有宽度没有厚度的电流层表示电机的励磁； (4)次级只在x方向运动；(5)各层的物理常数是均质的、各向同性的，并且是线)铁磁材料没有饱和（因为次级铁心无限厚）；(7)忽略z轴方向的变化；(8)各电流仅在z轴方向流动；(9)初级是由硅钢片叠成，从而能够忽略z方向的导电率；(10)时间量和空间量都是按正弦规律变化的。 实 开槽际 是不理想的边界条件情 有绕组况用光滑表面 代替 开槽结构用假想薄电流层 代替 载流绕组用等效气隙 代替 实际气隙根据以上假设，从麦克斯韦方程出发，并考虑运动介质的欧姆定律：可建立矢量磁位的微分方程：为方便求解，可将（2-10）式改写为：可得：并可求出磁密、磁场强度及推力、法向力。5.2 次级为有限厚的理想直线的解与上节相同。并可求出磁密、磁场强度及推力、法向力。力密度为：六. 直线 纵向边端效应及其改善1）三相绕组不对称引起的负序和零序磁场 与旋转电机不同，由于直线电机的铁心两端是开断的，铁心及安置在其槽中的绕组在两端不连续，所以各相之间的互感就不相等，即使在初级绕组加三相对称的电压，各相绕组中的电流也不对称。利用对称分量法可以把不对称的电流分解成正序、负序和零序分量。对应这三种电流将产生正向行波磁场、反向行波磁场和脉振磁场。后两类磁场在次级运行过程中将产生阻力并产生附加损耗。六. 直线）铁心开断引起的脉振磁场 即使三相电流对称，而直线电机由于铁心开断仍然会产生相对于初级不移动的脉振磁场。t=0时电密和磁动势的分布t=0时磁密的分布t=T/4时磁动势和磁密的分布图10 直线电机中脉振磁场的形成六. 直线感应电机的边端效应 跟着时间的变化，磁动势曲线相对于初级铁心是移动的，因此在上、下铁心的端面之间所作用的磁动势将随时间做正弦变化。与此相对应，分路磁通Φsh和磁通密度Bsh随时间按正弦规律脉振。这种磁场在有效区域内与空间位置无关，因此，它与通常的行波磁场不同，常被称为脉振磁场。3）静态纵向边端效应 铁心开断所产生的脉振磁场、反向磁场存在的现象，称为直线感应电机的静态纵向边端效应（或称第一类纵向边端效应）。六. 直线）动态纵向边端效应（第二类纵向边端效应） 对于旋转电机，转子以同步速旋转时，转子绕组的感应电动势和电流等于0。 而对于直线电动机，次级以同步速移动，当时间为t0、t1、t2、t3和t4时，次级导体上电路C的相应位置是C0，C1，C2，C3和C4。当C在C0、C2和C4位置时，电路中没有感应电动势；但是当C在C1和C3位置时，在电路C中就有感应电动势和电流产生。图11 直线感应电机的纵向边端效应这种感生电流称为动态纵向边端效应电流，它会产生附加损耗和附加力。六. 直线）削弱纵向边端效应的方法方法1：三相绕组换位接法图12 消除负序和零序电流的一种方法a) 第一台电机；b) 第二台电机；c) 第三台电机；c）三相绕组换位的Y接； e) 三相绕组换位的Δ接六. 直线感应电机的边端效应方法2：增加极数 当电机的极数大于6时，脉振磁通可忽略不计。与旋转电机不同，直线电机的极数可以是奇数。方法3：装补偿元件 由于直线电机两端是断开的，实际槽数必须大于极数要求的槽数，对于双层绕组，边端有单层的槽，为减小边端效应的影响，可在相应的半槽中安放补偿元件。六. 直线感应电机的边端效应为削弱第一类边缘效应引起的脉振磁场，极数小于6时的双层绕组电机使用。可削弱三相之间互感的不对称。 图13 补偿元件安装的地方示意图纵向边端效应上图为vx=33.56m/s时LIM的磁场分布。由图可知，进入端的磁场较弱，离开端磁场较强，而且漏磁很严重，在距离初级尾部较远的距离仍有较强磁场存在。。，vx =28m/s次级涡流密度波形图2-11 计及纵向边端效应 的等效电路图边端效应影响与等效电路对于动态纵向边端效应对直线电机的影响，我们将由于动态边端效应所产生的附加损耗和附加力对应的有效功率，在传统旋转感应电机的等效电路图上，我们用增添一条电阻支路来表示。（后面讲）第一类横向边端效应当次级板与初级铁芯宽度相等时，横向边缘磁通密度分布不均匀，使进入次级的磁通总量发生明显的变化，称为第一类横向边端效应。正常的情况下，直线感应电机的次级导体板宽度常大于初级铁心叠片厚度，通常可不考虑。例外：电磁泵一类的直线电机，其次级宽等于初级叠片厚，且电磁气隙与初级铁心厚度的比值也大，需考虑。第二类横向边端效应 一般直线感应电机的次级是导电板，而不是鼠笼条，电机运行时，次级板中的电流如图所示，电流不但有横向分量，还有纵向分量。纵向分量的存在，对空载气隙磁场有去磁作用，使合成气隙磁通密度沿横轴呈马鞍状分布，即产生第二类横向边端效应。横向边端效应使电机的平均气隙磁密降低，及次级的等效电阻增大。次级电流路径削弱横向边端效应的措施适当加大次级板的宽度，如图所示。次级伸出的双边直线感应电机的横截面图 七. 关于等效电路例如普通旋转感应电机（T型等效电路）而直线感应电机与旋转电机类似，直线感应电动机的等效电路如右图所示。由于直线感应电动机铁心中磁密一般较低，铁耗可忽略不计，次级板的漏电抗较小也可忽略不计。Re为纵向边端效应在次级上消耗功率的等效电阻初级折算值；Rf为纵向边端效应附加力对应的有功功率部分的等效电阻初级折算值；RL为纵向边端效应无效部分功率等效电阻初级折算值。由该等效电路可进行各种定量计算。 另一种等效电路：（龙遐令书中）直线感应电机的T型等效电路 ① 直线感应电机三相对称条件不存在，不能直接采用旋转电机T型等效电路来计算特性，必须加以修正。 ② 由直线感应电机物理模型，将电机初级电流等效成行波电流层，从电磁场基本方程出发，建立场量满足的拉氏方程或泊松方程。根据边界条件求解方程，得出气隙及导体板中各场量包含端部效应影响的解析表达式，然后求出由行波电流层传至次级和气隙中的复功率。 ③ 利用“场路复量功率相等”的关系推导出虚拟的初级对称相电势、次级电流、次级电阻、次级漏抗、励磁电抗的求解公式。在这些公式中，用等效的“端部影响系数” 来体现纵、横向端部效应的影响，用集肤效应系数体现集肤效应，而“半填充槽”影响用等效极对数取代实际极对数考虑。修正系数：① 次级相电阻纵向动态端部效应修正系数：② 每相磁化电抗纵向动态端部效应修正系数：③ 次级相电阻第二种横向端部效应修正系数：④ 次级磁化电抗第二种横向端部效应修正系数：⑤ 集肤效应系数：旋 转 电 动 机直 线 电 动 机 转速 速度 同步转速 同步速度 转差率 移差率 转矩 牵引力 特性曲线特性曲线 最大力矩 最大牵引力八. 旋 转 电 动 机 与 直 线 电 动 机 对 比V—FN—T表2-1 直线电动机与旋转异步电动机的参数和公式的比较表2-1 直线电动机与旋转异步电动机的参数和公式的比较 电压 电流 功率因数 效率 功率 直径 长度 极数 铁心长度 L L 第三章 各种直线感应电机及其特性直线感应电动机量大面广,应用最多.研究较深入,设计较成熟结构相对比较简单,制造方便,成本低,易维护单边短初级长次级长初级短次级单一次级复合次级扁平型 直 线感应电动机双边轴向磁通横向磁通圆筒型单边单一次级复合次级盘型双边弧型图3-1 直线 直线感应电动机与旋转感应 电动机的推力-速度特性的比较图18 近似直线的推力-速度特性 Fst为起动推力，Vs为同步速度，Fu为摩擦力，Vf为空载速度2）推力-气隙特性3）电流-气隙特性图20 电流-气隙特性图19 推力-气隙特性随气隙的增加，电流增加，推力减小。4）推力-电压特性5）推力-功率特性图22 推力-线 推力-输入功率特性采用等效电路，可对直线感应电动机的各种特性进行计算1.初级电流和驱动力 (1)初级电流 (3-21) (3-22)(2)驱动力直线感应电动机的驱动力为中心区域驱动力和边端区域驱动力之和，可按下式表示： (3-23) 式中 ── 中心区域驱动力(N)； ── 边端区域驱动力(N)； ── 总驱动力(N)。可从图3-12等效电路中的 ，和(3-18)、(3-19)两式得出如下： (3-24)根据式(3-21)、(3-23)、(3-24)，总驱动力 可用初级端电压 表示成式(3-25) (3-25)最大驱动力 (3-27) 令s=1，求得起动时的驱动力 (3-28)3.4 扁平型直线感应电动机特性推力／输入比单边型直线感应电动机的特性 双边型直线感应电动机的特性推力、输入功率、功率因数、定子电流与转差（即速度）的关系大型双边型电机推力、输入功率、功率因数、定子电流与转差（即速度）的关系双边型不同气隙三相电机的推力─速度特性 3.5 圆筒型直线 圆筒型直线 圆筒型直线─圆环铁心6─饼式绕组 7─螺栓 图3-26 窗式初级圆筒型直线电机 a)初级铁心b)总体结构1－初级铁心2－初级绕组3－次级 3.5.2 圆筒型直线感应电动机的特性 圆筒型直线感应电动机的推力可用下式表示： (3-31) 特性曲线初级转动圆盘（次级）初级图3-29 圆盘型直线 弧型初级柱面次级直线盘型与弧型直线感应电动机?次级初级图3-31 弧型初级端面次级直线 直线感应电动机的次级及其影响 金属材料 铜 1.69×10-8 1 铝 2.69×10-8 1 黄铜 5×10-8 1 铁 10×10-8 10～1003.7.1 关于渗透深度 表3-1 金属材料的电阻率和导磁率3.7.2 关于次级材料的影响F铜次级推力铝次级铁次级移动率Sa)b)驱动c) 图3-36 次级改变阻抗的三种办法a)变更厚度b)变更高度c)开凹槽3.7.3 关于次级结构的影响第四章 直线 直线同步电动机的分类与结构电励直线同步电动机永磁直线同步电动机电励永磁混合直线同步电动机定子绕组定子铁心NSSN励磁绕组悬浮磁铁轨道部分（初级）车辆部分（次级） a) 长定子直线同步电机的侧向剖面图 直线发电机b) 磁悬浮列车中长定子直线同步电机的结构示意图 图3-1长定子直线同步电机的结构电励直线同步电动机以大为主，如磁浮列车用电励直线同步电动机（德国TR系统）直线同步电动机的功率 直线电机理论与应用直线同步电动机的主漏磁场的分布 沿定子分布的单位长度电流及其一次基波直线电机理论与应用 定子磁场气隙磁密直线电机理论与应用 合成气隙磁密直线电机理论与应用永磁直线同步电动机直线电机理论与应用以中、小为主，如工业设施，加工机床等特点：同体积下，比电励增大几倍，几十倍的推力 但励磁不能调槽距初级槽宽绕组槽高气隙永磁体次级永磁体极 距图4-3 单边扁平型永磁直线同步电动机结构直线电机理论与应用单边扁平型永磁直线同步电动机电励永磁混合直线同步电动机直线电机理论与应用综合了永磁电机和普通电励磁电机的优点。电励永磁混合式直线同步电机的主要优点表现在：1）励磁功率大幅度减少，2）在同样励磁功率下，推力可增加几倍以上；3）同样励磁功率下，体积大大减小，重量减轻；4）气隙磁场可调，可方便地调速，跟踪负荷控制。长定子直线（传统吸引式电磁磁极）长定子直线（一种混合励磁磁极）第五章 直线电机的典型应用与发展直线电机应用场景范围很广主要有五个应用领域：物流输送系统：邮政分拣系统，电梯，自动生产线搬运系统，竖井提升机等。工业设施：数字控制机床，真空断路器，冲压机，电磁锤，电磁搅拌机等。信息与自动化设备：计算机磁头定位装置，自动绘图仪，直线电机笔式记录仪，扫描仪，扬声器等。交通与民用设备：磁悬浮列车，直线电机轨道交通，自动门，窗帘机，电子缝纫机等。军事与其它行业：导弹、鱼雷发射器，舰载飞机弹射装置等。 加拿大庞巴迪公司生产的直线电机运载系统（Skytrain）直线电机轮轨交通系统示例国内外有关技术与产品现状 加拿大、日本、美国、马来西亚和中国等 已应用直线电机驱动城轨交通加拿大，温哥华---地下直线电机初级直线电机次级北京首都机场线号线 直线电机轮轨交通系统结构与技术特点旋转电机驱动是粘着驱动结构： 短初级：车上 长次级：复合感应板，沿线铺设单边直线感应电机驱动是非粘着驱动 直线电机轮轨交通系统的优点：无粘着驱动，加速快，爬坡能力强可采用径向转向架，转弯半径小，线路选择灵活无轴承、变速箱、联轴器等传动结构，车辆高度和横截面降低，地铁中可缩小盾构面，减少实际工程成本 目前世界上商业线条。SLIM是系统的核心之一，其特性研究和电磁设计意义重大。图1 爬坡能力比较图3 车体横截面比较图2 转弯半径比较用于轨道交通的大功率直线感应电机及其驱动控制管理系统试验线m）车载监控系统主界面 装在模型车上的直线感应电机大功率直线感应电机初级试验车往返工作速度曲线直线轨道交通国产化样车电机正在装车国产化样车大功率直线感应电动机国产化样车在500m试验线上正在总装的国产化样车直线电机管轨运输系统实验线（局部） 实验车 航空航天器模拟实验用直线异步电机的研制该电机可产生420公斤推力，最高工作速度为65公里/小时，为国内已运行的最高速度直线电机。已可靠运行二十多年。直线发射实验装置管型直线月，第一辆磁悬浮的原理车MBB和一段660m长试验线 直线电机磁浮交通系统示例德国TR运捷磁悬浮车（直线同步电动机驱动）日本HSST中低速磁浮列车系统（直线感应电机驱动）悬浮车悬浮导向线圈推进用直线同步电机线圈超导线圈 变电所 电力系统开关位置信号 运行命令 驱动控制管理系统日本超导磁悬浮系统示意图山梨试验线实验车 德国TR系统和日本超导磁悬浮系统的走行部特点比较 德国ＴＲ系统日本超导磁悬浮系统电磁吸引式悬浮悬浮气隙8~10mm侧壁电动式悬浮 悬浮气隙100mm以上低速和停车仍悬浮低速时车轮支承和导向悬浮导向需闭环控制悬浮导向不需要控制，具有稳定性车对线路荷载连续分散车对线路荷载相对集中常导电磁铁有安全冗余超导电磁铁无安全冗余最高试验速度450km/h应用最高速度430km/h最高试验速度550公里/时应用最高速约500公里/时车内外磁场相对较弱, 对人体无碍磁场相对来说比较强, 但经测试对生物无害，仅使用心脏起搏器者不亦乘车车辆重车辆轻德国与日本磁悬浮系统长定子牵引/制动系统比较德国TR系统日本超导磁悬浮系统长定子有铁心长定子无铁心长定子开关站分段长度300~2000m长定子开关站分段长度 456m长定子铁心还用于悬浮另设悬浮、导向共用的8字形感应线km正常制动: 直线电机再生制动正常制动:直线电机再生制动，低速时通过车轮盘形制动紧急制动: 涡流制动器紧急制动:空气动力制动(高速时)/通过车轮盘形制动(低速时)紧急制动停车点:预定的有救援和疏散设施的停车点紧急制动停车点:任意位置, 乘员从双线之间的通道疏散永磁－电磁混合励磁的磁浮模型车双轨结构，四组混合磁浮磁极。直线同步电机驱动。我国研制的中低速磁浮轨道交通实验线 直线电机在军事中的应用示例NASA的实验装置航天飞机弹射装置采用双边直线感应电机驱动助推发射的技术参数：加速重量：100吨加速度：20m/s2末速度：200 m/s输出功率：200 MW输出能量：1 GJ（278 kWh）电磁发射飞机、导弹 电磁驱动喷水推进舰艇电磁炮 拖靶 导弹仿真系统等美国海军EMALS美国核动力航母“福特号”CVN-21弹射电机示意图EMALS组成GA公司仿照舰载系统在赫斯特湖海军航空工程站建造了全尺寸的试验场美国海军EMALS美国核动力航母“福特号”CVN-21弹射电机示意图EMALS组成GA公司仿照舰载系统在赫斯特湖海军航空工程站建造了全尺寸的试验场直线电机在机床上的应用示例1）直线）驱动电源直线电机驱动的机床导轨直线电机驱动与旋转电机驱动的比较永磁直线电机旋转电机加滚珠丝杠直线电机直接驱动系统优点：无物理运动变换环节，响应速度快，定位精度高，行程长度不受限制等。是现代高速数字控制机床进给系统的理想部件之一。 旋转电机及滚珠丝杠驱动方式缺点：弹性变形大、响应速度慢，存在反向间隙、易磨损等。采用直线电机的机床实物机床应用直线、高速度、加减速过程短（2～10）g4、高效、低噪直线电机驱动的物流系统用于真空断路器的直线电机（永磁保持电磁铁）优点：结构相对比较简单，体积减小能够使用交流电，使用场合扩大响应快。直线电机驱动的吊挂式邮政物料输送线 食品加工用直线电机直线电机抽油机定子 气隙 永磁体 铁 圆筒型永磁直线同步电动机 圆筒型直线永磁同步电动机驱动的切肉机 自动绘图机直线电机研制采用平面直线步进电机沿X、Y两方向运动压缩空气气垫悬浮定位精度高，10μm直线电机电磁锤直线电机冲压机? 电磁式 机械式冲力 （KN）1010冲压频率 （次/分）5050冲压钮扣数（颗）212507500消耗电能 （kW·h）0.853重量 （kg）6589体积 （mm3）270×250×480480×320×540噪音 （dB）＜50＞75 电磁冲压机与机械冲压机性能对比表?直线电机驱动的X-Y工作台直线电机驱动的游乐场海盗船用于激光机械、半导体制造设备，对速度及定位精度要求高，可达±2μm。上海磁浮列车简介上海磁悬浮 线min 沿线设站 龙阳路站、浦东机场站 车辆配置3列5节（平均定员： 100 人/节） 美式磁悬浮飞机（Magplane） 报

  第2课 祖父的园子（习题）-五年级语文下册同步备课系列（部编）.docx

  第19课《一只窝囊的大老虎》（第二课时）（分层作业）-四年级语文上册同步高效课堂系列（ 统编版）.docx

  专题 10习作训练 -2022-2023学年三年级语文下册期末专项复习（部编）.docx

  【经典阅读】六年级语文阅读理解之内容概括（知识梳理+技法点拨+例文分析）（）.docx

  龙思思-新媒体产品设计与项目管理-第6章 新媒体产品竞争分析.pptx

  牛津上海版小学英语5年级下册 Module 2 Unit 2 Films 公开课PPT课件13.ppt

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者