一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)是旋轉(zhuǎn)的。但是，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛（如城市中的電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)火車(chē)）需要作直線運(yùn)動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器的某些部分也需要作直線運(yùn)動(dòng)。這需要一套將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)的裝置。你能用直線運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)來(lái)保存工具箱嗎？幾十年前人們就提出過(guò)這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在已經(jīng)做了直線運(yùn)動(dòng)電機(jī)，也就是說(shuō)，直線電機(jī)。

1工作原理。

直線電機(jī)是將電能直接轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以被看作是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)，被徑向切割和壓平。

從定子演化而來(lái)的一側(cè)稱(chēng)為一次側(cè)，從轉(zhuǎn)子演化而來(lái)的一側(cè)稱(chēng)為二次側(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，一次側(cè)和二次側(cè)的長(zhǎng)度不同，以確保一次側(cè)和二次側(cè)之間的耦合在所需的行程范圍內(nèi)保持恒定。直線電機(jī)可以是短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)或長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)?？紤]到制造成本和運(yùn)營(yíng)成本，目前采用的是短一級(jí)二級(jí)。

直線電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)類(lèi)似。以直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例：當(dāng)一次繞組與交流電源連接時(shí)，氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)。在行波磁場(chǎng)的切割下，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在氣隙中產(chǎn)生電流。磁場(chǎng)相位產(chǎn)生電磁推力。如果初級(jí)是固定的，則次級(jí)在推力的作用下線性移動(dòng)；否則，初級(jí)執(zhí)行線性運(yùn)動(dòng)。

 

 

直線電機(jī)的原理并不復(fù)雜。假設(shè)一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著半徑被切割并扁平，這就變成了一個(gè)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（圖）。在直線電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的等效物稱(chēng)為初級(jí)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的等效物稱(chēng)為次級(jí)。一次側(cè)在電磁力的作用下沿一次側(cè)直線移動(dòng)。此時(shí)，初選將很長(zhǎng)，并延伸到運(yùn)動(dòng)需要達(dá)到的位置，而二級(jí)不需要那么長(zhǎng)。實(shí)際上，直線電機(jī)既可以使一次繞組很長(zhǎng)，也可以使二次繞組很長(zhǎng)；它可以是一次固定、二次移動(dòng)、二次固定或一次移動(dòng)。

 

 

 

 

 

 

2.應(yīng)用程序

 

 

直線電機(jī)是一種新型電機(jī)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。磁懸浮列車(chē)由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

 

 

 

 

 

磁懸浮列車(chē)是一種全新的列車(chē)。在一般列車(chē)中，由于車(chē)輪與鋼軌之間的摩擦，速度增加，可達(dá)到的最大運(yùn)行速度不超過(guò)300公里/小時(shí)。磁懸浮列車(chē)通過(guò)磁力懸浮列車(chē)，使列車(chē)脫離導(dǎo)軌，以減少摩擦，提高列車(chē)速度。這列火車(chē)是由直線電機(jī)牽引的。直線電機(jī)的一級(jí)固定在地面上，與導(dǎo)軌一起延伸到遠(yuǎn)側(cè)；另一級(jí)安裝在列車(chē)上。主通道通過(guò)，列車(chē)沿著導(dǎo)軌前進(jìn)。列車(chē)裝有磁鐵（有些是使用直線電機(jī)的線圈）。當(dāng)磁體隨列車(chē)移動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流在地上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和列車(chē)上的磁體（或線圈）之間的電磁力懸掛在列車(chē)上。懸掛式列車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)顛簸、噪音低、牽引力小。只要幾千千瓦的功率就能使懸掛列車(chē)的速度達(dá)到550km/h，當(dāng)懸掛列車(chē)減速時(shí)，磁場(chǎng)的變化減小，感應(yīng)電流也減小，磁場(chǎng)減弱，使懸掛力下降。懸掛列車(chē)還配備有車(chē)輪裝置。它的輪子像飛機(jī)。他們旅行時(shí)能及時(shí)收車(chē)。停靠時(shí)，它們可以放下并支撐列車(chē)。為了使大質(zhì)量的列車(chē)磁懸浮，需要一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)。實(shí)際上，需要高溫超導(dǎo)線圈來(lái)產(chǎn)生如此強(qiáng)大的磁場(chǎng)。

 

 

 

 

 

 

直線電機(jī)除了用于磁浮列車(chē)外，還廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域，如輸送系統(tǒng)、電錘、電磁攪拌器等。在我國(guó)，直線電機(jī)也逐步得到推廣和應(yīng)用。直線電機(jī)的工作原理雖然不復(fù)雜，但在設(shè)計(jì)和制造上有其自身的特點(diǎn)。產(chǎn)品不如旋轉(zhuǎn)電機(jī)成熟，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

 

 

三。直線電機(jī)與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的比較

 

 

在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最大區(qū)別在于，消除了電機(jī)與工作臺(tái)（托架）之間的機(jī)械驅(qū)動(dòng)，機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零。因此，這種類(lèi)型的傳輸也稱(chēng)為“零傳輸”。正是因?yàn)檫@種“零驅(qū)動(dòng)”模式，才帶來(lái)了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)和優(yōu)勢(shì)。

 

 

1）高速響應(yīng)

 

 

由于系統(tǒng)中直接取消了響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)部件（如絲杠等），使得整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，且反應(yīng)靈敏、快速。

 

 

2）準(zhǔn)確度

 

 

該直線傳動(dòng)系統(tǒng)消除了由絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的傳動(dòng)間隙和誤差，減小了由于傳動(dòng)系統(tǒng)在插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中的延時(shí)而引起的跟蹤誤差。通過(guò)線性位置檢測(cè)反饋控制，可以大大提高機(jī)床的定位精度。

 

 

3）動(dòng)剛度高

 

 

由于采用了“直接驅(qū)動(dòng)”，避免了中間傳動(dòng)桿在起動(dòng)、換擋和換向過(guò)程中彈性變形、摩擦磨損和齒隙引起的運(yùn)動(dòng)遲滯，提高了傳動(dòng)剛度。

 

 

4）快速、短加減速

 

 

由于直線電機(jī)主要用于磁懸浮列車(chē)（高達(dá)500公里/小時(shí)），所以它被用于機(jī)器進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，以滿足超高速切削的最大速度（需要達(dá)到60-100M/min或更高）。當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題。由于上述“零傳動(dòng)”的高速響應(yīng)，大大縮短了加減速過(guò)程。為了在起動(dòng)時(shí)達(dá)到高速，可以在高速時(shí)準(zhǔn)停車(chē)。更高的加速度是可用的，通常高達(dá)2至10克（g＝9.8 m/s2），而滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的最大加速度通常僅為0.1至0.5 g。

 

 

5）行程長(zhǎng)度不限

 

 

通過(guò)在導(dǎo)軌上連接直線電機(jī)，行程長(zhǎng)度可以無(wú)限延長(zhǎng)。

 

 

6）動(dòng)作安靜，噪音低。

 

 

由于消除了傳動(dòng)螺桿等部件的機(jī)械摩擦，導(dǎo)軌可與滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌（無(wú)機(jī)械接觸）配合使用，大大降低了運(yùn)動(dòng)時(shí)的噪音。

 

 

7）高效

 

 

由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損失，大大提高了傳動(dòng)效率。