
在各種工程技術(shù)中需要直線運動時,可以用旋轉(zhuǎn)電機通過曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動機構(gòu)來獲得。但這種傳動形式往往會帶來結(jié)構(gòu)復雜,重量重,體積大,嚙合精度差且工作不可靠等缺點,采用直線電機則無這些缺點。
直線電機是能直接作直線運動的電動機械,直線電機有多種型式,原則上對于每一種旋轉(zhuǎn)電機都有其相應(yīng)的直線電機。若按照工作原理來區(qū)分,可分為直線感應(yīng)電機、直線直流電機和直線同步電機(包括直線步進電機)三種。
直線感應(yīng)電機主要有兩種型式,即平板型和管型。平板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。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,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。
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。
平板型直線感應(yīng)電動機
顯然初級與次級長度相同是不能正常運行的,實際平板型直線感應(yīng)電動機初級長度和滑子長度并不相等。
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。
圓筒型直線電機
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。
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。
一些動初級直線電動機的初級采用無鐵芯結(jié)構(gòu),大大減小了運動慣量。
與旋轉(zhuǎn)電機傳動相比,直線電機傳動主要具有下列優(yōu)點:
直線電機由于不需要中間傳動機械,因而使整個機械得到簡化,提高了精度,減少了振動和噪音; 用直線電機驅(qū)動時,由于不存在中間傳動機構(gòu)的慣量和阻力矩的影響,因而加速和減速時間短,可實現(xiàn)快速啟動和正反向運行。
圓弧型直線電機
一些設(shè)備不需要連續(xù)旋轉(zhuǎn),僅在一定的角度內(nèi)往復擺動,可采用圓弧型直線電動機。圓弧型直線電機的次級(轉(zhuǎn)子)是圓柱形狀,能繞通過軸心的軸自由轉(zhuǎn)動,定子為弧形,與轉(zhuǎn)子柱面有很小的氣隙,像旋轉(zhuǎn)電機定子的一小段。
圓弧型直線電機的運行原理和設(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。
圓盤型直線電機
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。
圓盤型直線電機與普通旋轉(zhuǎn)電動機相比,它具有以下優(yōu)點:
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。
可以通過移動定子在圓盤上的徑向位置來可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度。
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