直線電機------linear motion actuator 一般電動機工作時都是轉(zhuǎn)動的．但是用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的交通工具（比如電動機車和城市中的電車等）需要做直線運動，用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的機器的一些部件也要做直線運動，這就需要增加把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的一套裝置，能不能直接運用直線運動的電機來驅(qū)動，從而省去這套裝，人們就提出了這個問題，現(xiàn)在已制成了直線運動的電動機，即直線電機。 什么是直線電機 直線電機也稱線性電機，線性馬達(dá)，直線馬達(dá)，推桿馬達(dá)。最常用的直線電機類型是平板式和U 型槽式，和管式。 線圈的典型組成是三相，有霍爾元件實現(xiàn)無刷換相。 現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)主要分為兩大類：一類為電磁式的，另一類則為非電磁式的。 電磁類的現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)主要由現(xiàn)代電磁類驅(qū)動器與現(xiàn)代控制系統(tǒng)組成，它的驅(qū)動器包括傳統(tǒng)改進(jìn)型的電磁驅(qū)動器與新發(fā)展型的電磁驅(qū)動器。它們中有旋轉(zhuǎn)的、直線的、磁浮的、電磁發(fā)射的等等。 直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖開，并展成平面而成。 直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能而不需通過中問任何轉(zhuǎn)換裝置的新穎電機，它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、磨損少、噪聲低、組合性強、維護(hù)方便等優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)電機所具有的品種，直線電機幾乎都有相對應(yīng)的品種 直線電機結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。直線電機是將傳統(tǒng)圓筒型電機的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而旋轉(zhuǎn)電機的定子部分變?yōu)橹本€電機的初級，旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子部分變?yōu)橹本€電機的次級。 直流電機結(jié)構(gòu)圖 如果初級是固定不動的，次級就能沿著行波磁場運動的方向做直線運動。即可實現(xiàn)高速機床的直線電機直接驅(qū)動的進(jìn)給方式，把直線電機的初級和次級分別直接安裝在高速機床的工作臺與床身上。由于這種進(jìn)給傳動方式的傳動鏈縮短為0，被稱為機床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動”。 直線電機的工作原理 一般電動機工作時都是轉(zhuǎn)動的。但是用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的交通工具（比如電動機車和城市中的電車等）需要做直線運動，用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的機器的一些部件也要做直線運動。這就需要增加把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的一套裝置。能不能直接運用直線運動的電機來驅(qū)動，從而省去這套裝呢？幾十年前人們就提出了這個問題?，F(xiàn)在已制成了直線運動的電動機，即直線電機。 直線電機的原理并不復(fù)雜．設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應(yīng)電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應(yīng)電動機。在直線電機中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級，初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。 這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達(dá)到的位置，而次級則不需要那么長，實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。 直線感應(yīng)電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來。當(dāng)一次側(cè)的三相(或多相)繞組通入對稱正弦交流電流時，會產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動機相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布。 但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，稱為行波磁場(如圖6中1曲線所示)。顯然行波磁場的移動速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，行波磁場移動的速度稱為同步速度。 式中： D——旋轉(zhuǎn)電動機定手內(nèi)圓周的直徑； t——極距，t=πD/2p； P——極對數(shù)； f1——電源的頻率。 行波磁場切割二次側(cè)導(dǎo)條，將在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，導(dǎo)條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。如果一次側(cè)固定不動，則二次側(cè)便在這個電磁力的作用下，順著行波磁場的移動方向作直線運動。若二次側(cè)移動的速度用v表示，轉(zhuǎn)差率用s表示，則有： 電動狀態(tài)時，s在0~1之間。 二次側(cè)移動速度為： 可見，改變極距或電源頻率，均可改變二次側(cè)移動的速度;改變一次繞組中通電相序，可改變二次側(cè)移動的方向。 直線電機的分類及結(jié)構(gòu) 直線感應(yīng)電機主要有扁平型、圓筒型和圈盤型3種類型，其中扁平型應(yīng)用最為廣泛。 1.扁平型 扁平型電機可以看作是由普通的旋轉(zhuǎn)異步電動機直接演變而來的。圖1左圖表示一臺旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動機，設(shè)想將它沿徑向剖開，并將定、轉(zhuǎn)子圓周展成直線，如圖1右圖，這就得到了最簡單的平板型直線感應(yīng)電機。 在旋轉(zhuǎn)電機中轉(zhuǎn)子是繞軸做旋轉(zhuǎn)運動的，見綠色箭頭線；在直線電機中動子是做直線移動的，見綠色箭頭線。 圖1—旋轉(zhuǎn)電動機與直線電動機 對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機定子的一邊嵌有三相繞組，稱為初級（定子）；對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)子的一邊稱為次級（動子或滑子）。直線電機的運動方式可以是固定初級，讓次級運動，此稱為動次級；相反，也可以固定次級而讓初級運動，則稱為動初級。 顯然初級與次級長度相同是不能正常運行的，實際扁平型直線感應(yīng)電動機初級長度和滑子長度并不相等，在圖2上圖是短初級長次級結(jié)構(gòu)；圖2下圖是長初級短次級結(jié)構(gòu)。 圖2—扁平型直線電動機 為了抵消定子磁場對動子的單邊磁吸力，平板型直線感應(yīng)電動機通常采用雙邊結(jié)構(gòu)，即用兩個定子將動子夾在中間的結(jié)構(gòu)型式。 圖3--雙邊扁平型直線電動機 扁平型直線感應(yīng)電機的—次側(cè)鐵芯由硅鋼片疊成，與二次側(cè)相對的一面開有槽，槽中放置繞組。繞組可以是單相、兩相、三相或多相的。二次側(cè)有兩種結(jié)構(gòu)類型：一種是柵型結(jié)構(gòu)，鐵芯上開槽，槽中放置導(dǎo)條；并用端部導(dǎo)條連接所有槽中導(dǎo)條;另一種是實心結(jié)構(gòu)，采用整塊均勻的金屬材料，可分為非磁性二次側(cè)和鋼二次側(cè)。非磁性二次側(cè)的導(dǎo)電性能好，一般為銅或鋁。 2.圓筒型 圓筒型直線電機也稱為管型直線電機，把平板型直線電動機沿著直線運動相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圓筒型直線電動機，見下圖。 將上圖中a所示的扁平型直線感應(yīng)電動機沿著和直線運動相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圓筒型直線感應(yīng)電動機(如圖4所示圓筒型直線感應(yīng)電機的演變)。在特殊場合，這種電動機還可以制成既有旋轉(zhuǎn)運動又有直線運動的旋轉(zhuǎn)直線電動機。旋轉(zhuǎn)直線的運動體可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè)。 直線感應(yīng)電動機的動子一般是低碳鋼板敷銅板或鑲銅條，也可以用導(dǎo)電良好的金屬板（銅板或鋁板）；圓筒型直線電機動子多采用厚壁鋼管，在管外壁覆蓋1至mm厚的銅管或鋁管。 如果動子由永磁材料制作就組成直線同步電動機。 3.圓盤型 圓盤型直線電機的次級（轉(zhuǎn)子）做成扁平的圓盤形狀，能繞通過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動：將兩個初級放在圓盤靠外邊緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運動。由于其運行原理和設(shè)計方法與平板型直線感應(yīng)電動機相同，故仍屬直線電動機。 圓盤型直線感應(yīng)電機如上圖所示，它的二次側(cè)做成扁平的圓盤形狀，能繞通過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動：將一次側(cè)放在二次側(cè)圓盤靠外邊緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運動。但其運行原理和設(shè)計方法與扁平型直線感應(yīng)電機相同，故仍屬直線電機范疇。與普通旋轉(zhuǎn)電機相比，它具有以下優(yōu)點： a) 轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多臺一次側(cè)組合或者通過一次側(cè)在圓盤上的徑向位置來調(diào)節(jié)。 b) 無需經(jīng)過齒輪減速箱就能得到較低的轉(zhuǎn)速，因而電動機的振動和噪聲很小。 直線電機的發(fā)展 1840年 Wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機。 1905年 曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進(jìn)機構(gòu)，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時直線電機研究領(lǐng)域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。1917年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。 1940年-1955年