直线电机概述120125145

河南机电高等专科学校

先进制造技术课程论文

论文题目：直线电机概述

系部：机械工程系

专业：起重运输机械设计与制造

班级：起机121

学生姓名：吴燚

学号：120125145

指导教师：安林超

2014年10月20日

绪论

直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达在实际工业应用中的稳定增长，证明直线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同。最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式，和管式。线圈的典型组成是三相，有霍尔元件实现无刷换相。

直线电机动子（forcer,rotor)是用环氧材料把线圈压成的。磁轨是把磁铁固定在钢上。

直线电机在过去的10年，经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。

直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer,rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且，磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙（air gap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。

直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。

相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式，和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。

第1章工作原理

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。

由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。

对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中PID控制蕴涵动态控制过程中的信息，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技术。在对象模型确定、不变化且是线性的以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下，采用传统控制技术是简单有效的。但是在高精度微进给的高性能场合，就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响，运行环境的改变及环境干扰等时变和不确定因数，才能得到满意的控制效果。因此，现代控制技术在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有：自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制及智能控制。主要是将模糊逻辑、神经网络与PID、H∞控制等现有的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。

第2章直线电机的应用

直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。

直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。

直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。

直线电机驱动的电梯世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990年4月安装于日本东京都丰岛区万世大楼，该电梯载重600kg,速度为105m/min,提升高度为22.9m。由于直线电机驱动的电梯没有曳引机组，因而建筑物顶的机房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高温超导技术的直线电机驱动，线圈装在井道中，轿厢外装有高性能永磁材料，就如磁悬浮列车一样，采用无线电波或光控技术控制。

超高速电动机在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象，国外研制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承），采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中，消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力，其转速可达25000～100000r/min以上，因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。如日本安川公司新近研制的多工序自动数控车床用5轴可控式电磁高速主轴采用两个经向电磁轴承和一个轴向推力电磁轴承，可在任意方向上承受机床的负载。在轴的中间，除配有高速电动机以外，还配有与多工序自动数控车床相适应的工具自动交换机构。

第3章分类

3.1圆柱形

圆柱形动磁体直线电机动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。这种结构不适合对磁通泄漏敏感的应用。必须小心操作保证手指不卡在磁棒和有吸引力的侧面之间。

管状直线电机设计的一个潜在的问题出现在，当行程增加，由于电机是完全圆柱的而且沿着磁棒上下运动，唯一的支撑点在两端。保证磁棒的径向偏差不至于导致磁体接触推力线圈的长度总会有限制。

3.2U型槽式

U 型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通泄露因为磁体面对面安装在U 形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害。

这种设计的磁轨允许组合以增加行程长度，只局限于线缆管理系统可操作的长度，编码器的长度，和机械构造的大而平的结构的能力。

3.3平板

有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选择时需要根据对应用要求的理解。

无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由于FOCER 没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常，平板磁轨具有高的磁通泄露。所以需要谨慎操作以防操作者受他们之间和其他被吸材料之间的磁力吸引而受到伤害。

无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。把动子安装到磁轨上时必须小心以免他们之间的吸力造成伤害。无槽有铁芯比无槽无铁芯电机有更大的推力。

有槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。

第4章特点

在实用的和买得起的直线电机出现以前，所有直线运动不得不从旋转机械通过使用滚珠或滚柱丝杠或带或滑轮转换而来。对许多应用，如遇到大负载而且驱动轴是竖直面的。这些方法仍然是最好的。然而，直线电机比机械系统比有很多独特的优势，如非常高速和非常低速，高加速度，几乎零维护（无接触零件），高精度，无空回。完成直线运动只需电机无需齿轮，联轴器或滑轮，对很多应用来说很有意义的，把那些不必要的，减低性能和缩短机械寿命的零件去掉了。

4.1优点

（1）结构简单。管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。它的初次级可以直接成为机构的一部分，这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。

（2）适合高速直线运动。因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙，运动时无机械接触，因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样，传动零部件没有磨损，可大大减小机械损耗，避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声，从而提高整体效率。

（3）初级绕组利用率高。在管型直线感应电机中，初级绕组是饼式的，没有端部绕组，因而绕组利用率高。

（4）无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱，而圆筒型直线电机横向无开断，所以磁场沿周向均匀分布。

（5）容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消，基本不存在单边磁拉力的问题。

（6）易于调节和控制。通过调节电压或频率，或更换次级材料，可以得到不同的速度、电磁推力，适用于低速往复运行场合。

（7）适应性强。直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用；而且可以设计成多种结构形式，满足不同情况的需要。

（8）高加速度。这是直线电机驱动，相比其他丝杠、同步带和齿轮齿条驱动的一个显著优势。

第5章案例

世界上直线伺服电机及其驱动系统的知名供应商主要有：德Siemens公司，Indramat公司；日本FANUC，三菱公司；美国Anorad，科尔摩根公司；瑞士ETEL公司等。

中国科学院电工所、浙江大学、沈阳工业大学等对直线电机开展了多年研究，江苏、哈尔滨、广东等一些公司已有小功率直线电机产品。

清华大学在“十五”攻关项目中研制成功交流永磁同步直线电机及其伺服系统，其最大运动速度60m/min，最大加速度5g，最大推力5000N，已与江苏瑞安特公司开始合作生产。

自1993年德国Ex-Cell-O公司研发出世界上第一台直线电机驱动工作台的加工中心以来，直线电机已在不同种类的机床上得到应用。2001年、2003年欧洲机床展，2002年、2004年日本机床展及美国机床展上每次都有几十家公司的展品采用直线电机驱动系统。以2002年日本机床展JIMTOF为例，在展的524台数控机床中，有25家公司41台机床采用直线电机进给驱动[3>，其中，加工中心11台（立式8台，卧式3台），电加工机床7台（线切割4台，成形机2台，小孔机1台），磨床6台（一般磨床4台，齿轮磨床1台，坐标磨床1台），非球面加工机和微型微细加工机5台，车床4台，专用机床3台，激光加工机2台，车磨复合机床1台，铣削加工单元（FMC）l台。

世界上最知名的机床厂家几乎无一例外地都推出了直线电机驱动的机床产品，品种覆盖了绝大多数机床类型。此外，在压力机、坐标测量机、水切割机、等离子切割机、快速原型机及半导体设备的X-Y工作台上直线电机都有应用。

第6章发展趋势与建议

6.1技术日益成熟

直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟，已具有传统传动装置无法比拟的优越性能。过去们所担心的直线电机推力小、体积大、温升高、可靠性差、不安全、难安装、难防护等问题，随着电机制造技术的改进，已不再是大问题。而驱动与控制技术的发展又为其性能拓展和安全性提供了保证。选择合适的直线电机及驱动控制系统，配以合理的机床设计，完全可以生产出高性能、高可靠性的机床。

6.2成本不断下降，性能价格比更好

直线电机系统成本不断下降，在机床成本中的比重明显下降。DMG公司的DMC64V linear加工中心（X轴采用直线电机驱动），国内报价仅61.4万元人民币。但采用直线电机驱动仍比传统的传动装置价格要高。因此，直线电机的应用应着眼于高性能机床，特别是精密高速加工机床、特种加工机床、大型机床，解决传统传动方法不能解决的问题。另外，提高加工精度和加工效率也会提升机床的价值。

6.3产业化趋势明显

直线电机在机床上的应用已不是样品，不是个例。近几年已在几十家著名企业的几十类产品上推广应用。据有关资料介绍，1997年直线电机驱动的机床销售量已达300台。2001年，德国DMG公司已在28种机型上采用直线电机，年

产量达1500台（约3000多根直线电机驱动轴），占其总产量的1/3。有专家预测，2005年直线电机驱动的机床将达到3000台，到2010年世界上将有20%的数控机床采用直线电机进给驱动，而这些机床都是高档机床，因此其产业化前景是不言而喻的。

6.4建议

6.4.1在机床基础技术和关键技术研究中，研究直接传动技术应用

(1)直线电机驱动的直线运动部件和力矩电机驱动的旋转部件的设计研究；

(2)高速、高加速度运动下机床刚性及抗冲击结构设计；

(3)吸振、抗振、隔热材料的应用（如聚合物混凝土）；

(4)轻型材料（如碳素纤维）在运动部件中的应用；

(5)直线电机的安装工艺及防护；

(6)控制系统、直线电机驱动系统与机械部件的匹配及合理配置，运动部件的加速度、速度调整及运动特性的优化。

6.4.2开发应用直线电机驱动的高档数控机床

在基础技术和关键技术研究基础上，开发应用直线电机驱动控制的高档数控机床及工艺装备，以满足高速精密复合加工的需求。鼓励机床企业将这类机床做为自己的工作母机，在实际应用中不断改进设计，探索加工工艺，向用户提供展示和服务，并推向市场，逐步实现产业化。

以上工作为少走弯路，可完全选购国际上先进、成熟的直线电机功能部件及其控制系统，以使整机尽快达到国际同类产品水平。

6.4.3开发直线电机产品及相关技术

在数控技术及关键功能部件中，开发直线电机产品（包括相应的驱动系统）。数控技术中应开发与直线电机驱动控制相匹配的软件技术，例如高速及高加速条件下的伺服控制及其调整，高速、高精度的插补技术，复杂加工程序的前瞻控制能力，机床动态特性参数优化模型，故障诊断与保证功能等。同时，相应开发与高速高加速运动相配套的高速导轨、高速防护、高速位置检测装置等。

参考文献

[1] 邵晓强。直线电机现状与发展方向。电气技术，2006（7）：58-60

[2] 陈宏。浅谈直线电机的发展趋势及我国的研发策略。科技信息.

[3]叶云岳.直线电机原理与应用.北京:机械工业出版社,2000

[4]曹桂涛.高功率因数直线感应电机的开发与应用[J].山东建材学院学报, 2001, 15(2).

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[6]张志彬.复合材料超声直线电机的研究[J].仪器仪表学报, 1999, 20(5).

[7]李文卓.提高压电式直线电机推力新技术[J].航空精密制造技术, 2001, 37(3).

[8]陆启建.直线电机直接驱动技术在数控车床中的应用[J].机械工人, 2001(8).

[9] 刘泉,张建民,王先速.直线电机在机床工业中的最新应用及技术分析[J].机床与液压,2X(又,33(6):1一3.

[10] 杨正新,等.直接驱动的发展和未来[J].中国机械工程,2X(X),11(10):1180.1182.

直线电机运用

直线电机主要应用于三个方面： 一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； 二是作为长期连续运行的驱动电机； 三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。 本期讨论直线电机的运用 Linear motor: 直线伺服电机应用 昆山佳德锐自动化系统销售中心 交流论坛： www.hilife.me 工业之美

什么是直线电机特点 1.什么是直线电机 直线电动机（或称线性马达）（Linear motor）是电动机的一种，其原理与传统的电动机不同，直线电机是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。直线电机又分为低加速及高加速两大类，当中低加速直线电机适用于磁悬浮列车及 其他地面交通工具，而高加速直线电机能把物件在短时间内加至极高速度，适用于粒子 加速器、制造武器等。2.直线电机是如何工作的 下面简单介绍直线电机类型 和他们与旋转电机的不同，最 常用的直线电机类型是平板式， U型槽式和管式。线圈的典型组 成是三相，有霍尔元件实现无刷 换相，直线电机用HALL换相的 相序和相电流。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer,rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，而且磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固 定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度） 和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙 （airgap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋 转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直 线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 3.直线电机分类 管状直线电机 圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以 增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力 线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。 U型直线电机 U型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统 支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。 非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空 气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通 泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害 平板直线电机 有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选 择时需要根据对应用要求的理解。无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由 于FOCER没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有 助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度 平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常，平板磁轨 具有高的磁通泄露。 无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片 结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸 力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。 无槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。 铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可 以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。 加工产品对比

线性马达(直线电机)的工作原理

所谓线性马达又称为直线电机，是一种将传统的旋转电机沿轴线方向切开后，将旋转电机的初 级展开作为直线电机（线性马达）的定子，次级通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动，成为直线电机（线性马达）的动子。 我们常说的磁悬浮，往往和直线电机（线性马达）驱动有着很大联系。磁浮运输系统通常采用“线性马达”也就是直线电机作为推进系统的。 线性马达的构成原理 设靠三相交流电力励磁的移动用电磁石 (作为定子)，分左右两排夹装在铝板两旁 (但不接触)，磁力线与铝板垂直相交，铝板即感应而生电流，因而产生驱动力。由于线性感应马达的定子装在列车上，较导轨短，因此线性感应马达又称为“短定子线性马达”(Short-stator Motor)；线性同步马达的原理则是将超导电磁石装于列车上 (当作转子)，轨道上则装有三相电枢线圈 (作为定子)，当轨道上的线圈供应以可变周波数的三相交流电时，即能驱动车辆。由于车辆移动的速度系依与三相交流电周波数成比例的同步速度移动，故称为线性同步马达，而又 由于线性同步马达的定子装于轨道上，与轨道同长，故线性同步马达又称为“长定子线性马 达”(Long-stator Motor)。 传统轨道运输系统由于使用专用轨道，并以钢轮作为支撑与导引，因此随着速度的增加， 行驶阻力会递增，而牵引力则递减，列车行驶阻力大于牵引力时即无法再加速，故一直无法突 破地面运输系统理论上最高速度每小时375公里的瓶颈。虽然法国TGV曾创下传统轨道运输系统时速515.3公里的世界纪录，但因轮轨材料会有过热疲乏的问题，故现今德、法、西、日等 国之高铁商业营运时速均不超过300公里。

因此，如要进一步提升车辆速度，必须放弃传统以车轮行驶之方式，而采用“磁力悬 浮”(Magnetic Levitation，简称“磁浮”Maglev) 的方式，使列车浮离车道行驶，以减少摩 擦力、大幅提高车辆的速度。此一浮离车道的作法，除不会造成噪音或空气污染外，并可增进 能源使用之效率。另外采用“线性马达”(Linear Motor) 亦可加快该磁浮运输系统的速度， 因此使用线性马达的磁浮运输系统应运而生。 所谓磁浮运输系统就是利用磁力相吸或相斥的原理，使列车浮离车道，此磁力的来源可分 为“常电导磁石”(Permanent Magnets) 或“超导磁石”(Super Conducting Magnets, SCM)。所谓的常电导磁石就是一般的电磁铁，即只有通电时才具有磁性，电流一切断则磁性消失，由 于列车在极高速时集电困难，故常电导磁石仅能适用于采用磁力相斥原理、速度相对较慢 (约300kph) 的磁浮列车；至于速度高达500kph以上的磁浮列车 (利用磁力相吸原理)，就非使用 通一次电就永久具有磁性 (因此列车可以不用集电) 之超导磁石不可。 因磁浮运输系统是利用磁力相吸或相斥的原理，故导致其分为“电动悬 浮”(Electrodynamic Suspension, EDS) 与“电磁悬浮”(Electromagnetic Suspension, EMS) 两种型态。电动悬浮 (EDS) 是利用同性相斥的原理，当列车经由外力而移动，装置于列车上的常电导磁石产生移动磁场，而在轨道上的线圈产生感应电流，此电流再生磁场，由于此二磁场 方向相同，故列车与轨道间产生互斥力，列车随即由此互斥力举升而悬浮。因列车的悬浮是靠 两磁场作用力相互平衡而达成，故其悬浮高度可固定不变 (约10 ~ 15mm)，列车即因此具有相 当之稳定性。此外，列车必须先以其他方式启动，其所带之磁场才能产生感应电流与磁场，车 辆才会悬浮；因此，列车必须装置车轮以便“起飞”与“降落”之用，当速度达40kph以上时，列车开始悬浮 (即“起飞”)，车轮自动收起；同理当速度渐减不再悬浮时，车轮自动放下以便滑行 (即“降落”)。通常采用电动悬浮 (EDS) 的系统，只能以“线性同步马达”(Linear Synchronous Motor, LSM) 作为推进系统，且其速度相对较慢 (约300kph)。 电动悬浮系统 (EDS) 与线性同步马达 (LSM) 的组合 电磁悬浮 (EMS) 则是利用异性相吸的原理，列车两侧向导轨环抱 (类似跨座式单轨系统)，列车环抱的下部装有电磁石，导轨的底部装有钢板代替线圈，此时导轨之钢板在上，而列车之 电磁石在下，当通电励磁时，电磁石产生之磁场吸引力吸引列车向上，列车因重力而下沉，两

直线电机电梯设计

小型载货电梯直线电机设计 黑龙江省松花江林业管理局锅炉压力容器检验所刘琪芸摘要:为满足人们生活、生产需要，电梯已成为多层建筑中不可缺少的运输工具。本文所研究的直线电机适用于小型载货电梯，在节省空间和控制噪音方面有很大的优势。 关键词载货电梯直线电机 1.直线电机的发展 直线电机也称线性电机，相比于曳引与强制驱动电梯先将电能转回为转动的机械能后利用曳引轮和曳引绳或卷筒与钢丝绳产生的摩擦力驱动电梯，直线电机驱动电梯利用直线电机可以直接将电能转化为直线运动的机械能，无需中间转换机构的传动装置。这样既可以减少如异物掉入曳引轮引发跳绳，曳引绳老化等风险，还省去机房，对重所占用的空间。而且由于传统电梯运动方向受钢丝绳控制只能沿垂直方向运动，直线电机驱动电梯更有噪声小，可水平运动灵活选择层站,同一井道可存在多部电梯等优势。 早在十九世纪至二十世纪初期，直线电机就经历了一个从想法到实验再到实验性应用的坎坷历程。一些发达国家研究人员在实验的基础上，试图将直线电机应用于导弹发射装置，电磁运动装置等。但由于当时社会生产水平牵制，直线电动机电气控制系统成本高；相对于传统旋转电机，直线电机电磁缝隙与极距比值过大导致激磁电流较大，由于铁芯两端断开，存在其特有结构导致的边缘效应。这些弊端都一度使人们对直线电机的发展应用失去信心。 二十世纪中期以来，随着控制技术提高，直线电机又被应用于如磁头定位驱动装置、空气压缩机、传送装置等。后期各国有出现了许多直线电机产品，如吊车、传送车、电动门、窗帘机、车辆运输系统等。同时线性电机不断发展，广泛应用于扫描式记录设备，自动绘图设备等新的领域。 近年来，微型直线电机，利用当代微型计算机和自动控制体系控制微型直线电机，具有反应灵敏、体积小、结构简单等特点。在直线电机基础上研制的超导直线电机，微步距直线电机，直线当量电机等。更有日本研制的压电驱动式直线电机及超声波直线电机等先进水平直线电机相继问世。 我国自二十世纪七十年代开始在直线电机应用也取得了可喜的成绩，例如直线电机冲床、窗帘机，直线电机驱动的自动门，西南交大的磁悬浮列车；但和国外相比应用推广还存在很大差距，例如德国研制的超导吸浮型磁悬浮列车和日本研制的超导斥浮型磁悬浮列车。 2 直线电机的结构与性能 直线电机是将传统的旋转型电机定转子沿轴向剖开拉直，就形成了平板式直线电机结构，再将初级次级卷绕在一根与磁场运动方向平行的轴上，结构演变过程如下图1所示： 图1 2.1直线电机的基础分类

直线电机原理

，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 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。

轨道交通中的直线感应电机

轨道交通中的直线电机 摘要：近年来城市轨道交通高速发展，对缓解城市交通压力起到了重要作用。直线电机牵引系统由于结构简单、系统能耗小、造价低等优点，在轨道交通中得到越来越广泛的应用。本文简单介绍了直线电机的原理和常见种类，对直线电机在轨道交通中的应用情况作了概括。 关键词：轨道交通，直线电机 0 引言 城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，甚至成为制约城市发展的瓶颈。轨道交通系统作为现代化大都市的标志之一，是城市客运的骨干系统，将引导城市空间布局的演化，在城市交通中占据突出位置。随着科技的进步，轨道交通不仅在速度、密度、重量等性能方面有了很大提高，而且牵引方式也发生了巨大的变革。直线电机牵引系统因造价低、线路适用性强、养护维修简单、噪音低等优点，在轨道交通中得到了广泛应用。 1 直线电机的原理 直线电机是将旋转电机的定子和转子纵向剖开并横向展平，定子在相应于转子移动的长度方向上延长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。旋转电机的定子和转子分别对应于直线电机的初级和次级。在实际应用中，为了保证在整个行程初级和次级的耦合不变，一般将初级和次级制造成不同的长度。与旋转电机类似，直线电机通入三相交流电后，会在初级和次级的气隙中形成磁场，如果不考虑端部效应，这个磁场在直线方向应当是成正弦分布的，只是每个磁场是平移而不是旋转的，所以有的成为行波磁场，行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力，这就是直线电机的工作原理。 图1 直线电机原理示意图

2 轨道交通中直线电机的主要形式 直线电机的初级和次级分别对应着旋转电机的定子和转子。按初级和次级结构形式等的不同，轨道交通中直线电机的常见结构可以分为4类：短初级单边直线电机、短次级单边直线电机、短初级双边直线电机和短次级双边直线电机。其中短初级是将电机初级放在车上，次级放在地面上，而短次级则是把电机初级放在地面上，次级放在车上。单边是指一台电机有一个初级绕组，双边是指一台电机有两个对称的初级绕组。 （a）短初级单边电机（b）短次级单边电机 （c）短初级双边电机（d）短次级双边电机 图2 直线电机的结构示意图 短初级直线电机的初级安装在车上，和短次级直线电机相比具有一定的优势，主要体现在以下几点：1)短初级电机功率吸收较好；2)短初级电机运行耗能较小； 3) 短初级电机中，次级可以制作成一块导电金属板，结构简单，造价低，维修方便。 在轨道交通的应用上，单边直线电机又相对双边直线电机具有优势，主要体现在以下方面：1) 单边直线电机水平安装，在横向上可以自由移动，简化了车辆和轨道间的转辙问题，而双边直线电机为垂直次级（反应轨结构），在道路交叉口和转辙点灵活性较差，活动范围较小。2) 单边电机的气隙宽度有一定波动范围，控制相对简单；而双边电机在电机运行时，两边的气隙宽度必须严格控制，以免影响推力等特性量，增加了系统控制的难度。3) 单边电机具有导轨垂直方向的作用力，如果有效利用可以抵消部分车体重量，双边电机的结构对称，不存在导轨垂直方向的作用力。因为上述原因，在实际交通系统中，大多采用单边短初级直线电机。 3直线电机驱动系统的优势 和传统的旋转电机牵引系统相比，直线电机牵引系统具有以下的优势： 1)爬坡能力强 直线电机牵引属于非粘着驱动，牵引系统的钢轮仅起支撑和导向作用，

直线电机工作原理,特点及应用(数控大作业)

《数控技术》大作业二 1．综述 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，在初次级线圈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。设产生涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将（费来明法则）产生连续的推力F。 2．工作原理 直线电动机的初级三相绕组通入三相交流电后，就会在气隙中产生一个沿直线移动的正弦波磁场，其移动方向由三相交流电的相序决定，如图所示。显然该行波磁场的移动速度与普通电机旋转磁场在定子内圆表面的线速度相等。 行波磁场切割次级上的导体后，在导体中感应出电动势和电流，该电流与气隙磁场作用，在次级中产生电磁力，驱动次级沿着行波磁场移动的方向作直线运行，或者利用反作用力驱动初级朝相反的方向运动。如果改变直线电动机初级绕组的通电相序，即可改变电动机的运行方向。因此直线电动机可实现往返直线运动。 3．直线电机的特点 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。旋转电机所具有的品种，直线电机几乎都有相对应的品种，其应用范围正在不断扩大，并在一些它所能独特发挥作用的地方取得了令人满意的效果。 直线感应电动机的特点是：结构简单，维护方便；散热条件好，额定值高；适宜于高速运行；能承担特殊任务，如液态金属的运输、加工等。其缺点是气隙大，功率因数低，力能指标差，低速运行时需采用低频电源，使控制装置复杂。 4．直线电机的应用

直线电机在城市轨道交通系统中的应用

直线电机在城市轨道交通系统中的应用 摘要：介绍了直线电机工作原理和直线电机电动车特点，以及日本利用直线电机的地铁和常导磁悬浮交通系统发展的概况。 城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，而城市轨道交通占据突出的位置。由于近年来科学技术的发展和进步，包括地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等城市轨道交通的形式变化多样。在改善城市交通的时候，各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。安全、舒适、高密度运行，通过引入新技术达到节能，保护环境，降低成本，从结构和性能上采取措施，不断进行改进，保持先进性是城市轨道交通存在的价值。在城市轨道交通系统中，根据车辆的特点，采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。 1 直线电机的工作原理 通常，电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子，定子形成磁场，在转子中流过电流，使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状，面对面，定子在相应于转子移动的长度方向上延长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。 直流电机、感应电机、同步电机等都可做成直线电机，但是，直流电机在结构上无法做成无整流子型，所以，直线电机一般为感应电动机和同步电动机。这些交流电动机的1次侧有作为定子侧的，也有作为转子侧即移动体侧的。例如，超导磁悬浮中，同步电动机的定子（地上）是1次侧，旋转磁场在地上移动；而地铁的直线电机，感应电动机的旋转磁场装在车上，2次侧固定在地上。前者的空隙靠左右导向线圈保持，而后者靠车轮保持。 产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样，在直线电机地铁中，安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板（相当于2次线圈）中通过2次电流（涡电流），由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力，安装在转向架上的直线电动机得到推进力。 直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小，旋转式是无限循环的，而直线电动机是有端头的。为此，泄漏磁通多，电气—机械能量转换的效率低，如果要得到相同的输出，逆变器的容量需要比旋转式大。 2 直线电机电动车的特点 在使用旋转式电机的电动车中，一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力，同时也受到轮轨间粘着的限制。 直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机，如上所述，有1次侧在车上和地上2种。1次侧在车上时，要将VVVF逆变器和直线电机装载在车上，使车辆重量增加，车辆价格高；但在地面上的设备仅只有反作用板，又降低了建设费用。1次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。 在直线电机的电动车中，推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递，所以不受粘着的限制，有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来，有利于通过大坡道（最大坡度可达60‰～80‰）和小半径曲线（最小半径为50 m）的线路。此外，由于直线电机无转动部件，所以不需要轴承和润滑机构，使之结构简单，延长寿命，这是其最大的特点。 在旋转电动机中，旋转力矩与其直径的平方成正比，所以要得到大的旋转力矩，电动机的直径就要增大，在直线电机中，这相当于将相应的部分在长度方向延长，而高度方向可以减小。在大型电机中，如果是1级齿轮减速，车轮直径也必须加大；而在直线电机驱动中，则不必如此，所以，可以减小车轮的直径，这将使车辆的地板面的高度降低。

如何进行直线电机选型

如何进行直线电机选型

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直线电机选型 ——最大推力和持续推力计算

目录 直线电机选型 (3) ——最大推力和持续推力计算 (3) 概述 (5) 三角模式 (5) 梯形模式 (5) 持续推力 (6) 计算公式 (6) 例子 (7)

概述 直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算。 最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。 推力= 总质量x 加速度+ 摩擦力+ 外界应力 例子：当移动负载是2.5千克（包含动子），所需加速度为30m/s2时，那么，电机将产生75N 的力（假设，摩擦力和外界应力忽略不计）。 通常，我们不知道实际加速度需求，但是，我们有电机运行实际要求。给定的运行行程距离和所需要的行程时间，由此可以计算出所需要的加速度。一般来说，对于短行程，推荐使用三角形速度模式，即无匀速运动，长行程的话，梯形速度模式更有效率。在三角形速度模式中，电机的运动是没有匀速段的。 三角模式 加速度为Acceleration = 4 x Distance / Travel_Time2 梯形模式 需要提前设置匀速的速度值，由此可以推算出加速度。 加速度= 匀速/ （运动时间–位移/ 匀速）

同理，减速度的计算与加速度的计算是类似的，特殊情况是存在一个不平衡的力（例如重力）作用在电机上。 通常情况下，为了维持匀速过程和停滞阶段，摩擦力和外界应力也要考虑进来，为了维持匀速，电机会对抗摩擦力和外界应力，电机停止时则会对抗外界应力。 持续推力 计算公式 持续推力的计算公式如下： RMSForce = 持续推力 Fa = 加速度力 Fc = 匀速段力 Fd = 减速度力 Fw = 停滞力 Ta = 加速时间 Tc = 匀速时间 Td = 减速时间 Tw = 停滞时间 又最大推力和持续推力进行电机的选择。一般情况下，应该将安全系数设置为20~30%，从而抵消外界应力和摩擦力。

直线电机与城市轨道交通 (1)

直线电机与城市轨道交通 通常，电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子，定子形成磁场，在转子中流过电流，使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状，面对面，定子在相应于转子移动的长度方向上延长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。直流电机、感应电机、同步电机等都可做成直线电机，但是，直流电机在结构上无法做成无整流子型，所以，直线电机一般为感应电动机和同步电动机。这些交流电动机的1次侧有作为定子侧的，也有作为转子侧即移动体侧的。例如，超导磁悬浮中，同步电动机的定子(地上)是1次侧，旋转磁场在地上移动；而地铁的直线电机，感应电动机的旋转磁场装在车上，2次侧固定在地上。前者的空隙靠左右导向线圈保持，而后者靠车轮保持。产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样，在直线电机地铁中，安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板(相当于2次线圈)中通过2次电流(涡电流)，由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力，安装在转向架上的直线电动机得到推进力。直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小，旋转式是无限循环的，而直线电动机是有端头的。为此，泄漏磁通多，电气一机械能量转换的效率低，如果要得到相同的输出，逆变器的容量需要比旋转式大。 直线电机如同将旋转电机的转子与定子展开成直线形状，相当予把一个旋转电机沿旋转方向切开后平铺而成，在理论上，可以把它看成具有无限大半径的传统的旋转电机。直线电机的驱动根据定子、转子安装的位置可分为两种应用方式：一种为长定子直线电机，定子安装在轨道上，转子安装在车辆上；另一种为短定子直线电机，转子安装在轨道上，定子安装在车辆上。 在使用旋转式电机的电动车中，一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力，同时也受到轮轨间粘着的限制。直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机，如上所述，有1次侧在车上和地上2种。1次侧在车上时，要将VVVF逆变器和直线电机装载在车上，使车辆重量增加，车辆价格高；但在地面上的设备仅只有反作用板，又降低了建设费用。1次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。在直线电机的电动车中，推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递，所以不受粘着的限制，有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来，有利于通过大坡道(最大坡度可达60％～80％)和小半径曲线(最小半径为50 m)的线路。此外，由于直线电机无转动部件，所以不需要轴承和润滑机构，使之结构简单，延长寿命，这是其最大的特点。在旋转电动机中，旋转力矩与其直径的平方成正比，所以要得到大的旋转力矩，电动机的直径就要增大，在直线电机中，这相当于将相应的部分在长度方向延长，而高度方向可以减小。在大型电机中，如果是1级齿轮减速，车轮直径也必须加大；而在直线电机驱动中，则不必如此，所以，可以减小车轮的直径，这将使车辆的地板面的高度降低。以上的优点就是小断面地铁采用直线电机电动车的理由。但是，直线电机的效率低，与相同的地铁比，电力的消耗量多，除这个缺点外，上述的优点也有不能充分发挥的时候。因为不受粘着限制，所以在牵引时，线路的坡度可以取大；但是，在制动时，如果电气制动失效，就必须依赖于机械制动，这受粘着控制，所以，线路的坡度又不能太大。此外，由于直线电机是扁平状的设备，车辆地板面的高度可以降低，这时车轮的直径也可以减小。但直径小的车轮磨耗会加快，所以实际上不能太小。由于扁平状直线电机的长度可以加长，一台转向架装一台电机即可，这就是现在的直线电机地铁为全动车编组的理由之一。

直线电机安装

直线电机的安装目录： 一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 1.2 直线电机走线 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 1.4 防撞设计 1.5 直线电机防护设 二、安装工艺 2.1 直线电机安装尺寸和公差 2.2 直线电机装配方法 2.3 装配其它注意事项 2.4 光栅尺安装位置及安装座要求 2.5 光栅尺安装精度要求 2.6 光栅尺的防护 2.7 冷却系统

一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力。 直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。其它结构上提高刚度的办法有： 1上拱结构 2导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈 3机床的固定部分刚性尽可能高、移动部分的重量尽可能轻，因为直线电机对刚性和移动部分重量比旋转电机更敏感 1.2 直线电机走线 直线电机相对于旋转伺服电机的系统而言，由于其推进动力在移动部件上，所以走线较旋转伺服电机复杂，许多线缆都需要通过拖链来连接。 主要需要通过拖链的线缆有：线圈的动力线、线圈的冷却管路、光栅尺读数头的数据线（如果读数头设计在移动部件上）、导轨润滑油管路。这些走线均需要通过拖链连接，请务必在设计时详尽考虑。 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 直线电机应用在 Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计 Z轴的刹车装置。为增加安全性，建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）。 1.4 防撞设计

XZ 轴直线电机型号

原机XZ轴直线电机型号分别为: X轴：E43H4Q-05-193 厂家海顿科技 Z轴：43F4J-05-072 厂家海顿科技 规格： X轴：外部驱动式电机43000系列 1.8°固定轴式双极性(4 线) 每步移动0.00096英寸 5 VDC 出轴长度：290mm（256mm）。配丝母。 Z轴：43000系列 1.8°贯通轴式双极性(4 线) 每步移动0.00048英寸 5 VDC 出轴长度：88mm。带轴台。 电机安装孔位：31.04*31.04mm M3 台阶轴为Φ22 混合式直线步进电机编号规则 E 前缀 （只有用到时） E = 外部驱动式电机 P = 加近零传感器 S = 加原点位置 T = 高温电机 43 指定的系列数字 21 = 21000 28 = 28000 35 = 35000 43 = 43000 57 = 57000 87 = 87000 H 步距角代码 F = 1.8°贯通轴式 H = 1.8°固定轴式 H = 1.8°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") J = 0.9°贯通轴式 K = 0.9°固定轴式 K = 0.9°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") L = 1.8°双叠厚,贯通轴式 M = 1.8°双叠厚,固定轴式 M = 1.8°双叠厚(用"E" 表示"外部驱动式") 4 极性 4 = 双极性(4 线) 6 = 极性(6 线) N 步长编码 例如: N = 每步移动0.00012英寸 Q = 每步移动0.00096英寸 J = 每步移动0.00048英寸 05 电压例如: 05 = 5 VDC 12 = 12 VDC 客户可定制电压

直线电动机工作原理

直线电动机 linear motor 直线电动机 利用电能直接产生直线运动的电动机。其原理与相应的旋转式电动机相似，在结构上可看作是由相应旋转电机沿径向切开，拉直演变而成（图1）。直线电动机包括定子和动子两个主要部分。在电磁力的作用下，动子带动外界负载运动作功。在需要直线运动的地方，采用直线电动机可使装置的总体结构得到简化。直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。 直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电动机、直线步进电动机和交流直线同步电动机。以前3种应用较多。按结构可分为单边型和双边型两种。在单边型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。 直线电动机 直流直线电动机直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕组构成。绕组中的电流有的通过电刷和换向片结构引入，称刷型；有的不经换向器和电刷，直接用导线引入，称无刷型。直流直线电动机从结构上还可分为动极式和动圈式两种。图2所示为圆柱式直流

动圈式直线电动机，由于其结构与扬声器的音圈相似，故又称为音圈式直线电动机，简称音圈电动机。其中图2a为短线圈音圈电动机，图2b为长线圈音圈电动机。 直流直线电动机由于推力与电枢电流成正比，速度与电枢电压成正比，故具有良好的线性控制特性，它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和控制，适用于自动控制系统，例如计算机磁盘驱动器的磁头定位系统。 交流直线异步电动机由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式异步电动机相同。主要由原边和副边两部分组成，嵌有线圈的部分为原边。当多相绕组中通入电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割副边的导体而感生电流。此电流与磁场作用产生电磁力使原边和副边发生相对运动。直线异步电动机可以做成原边固定、副边可动的短副边型和副边固定、原边可动的短原边型两种结构。短原边型所用线圈数量少，比较经济，应用较多;短副边型常用于金属物体的投射。直线异步电动机常在工业自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。 直线步进电动机作直线步进运动的电动机。按其电磁推力产生的原理可以分为反应式和永磁感应子式两大类。 ①反应式直线步进电动机：其定子是一条开有均匀齿槽的导轨，动子是一个绕有三相绕组的E形铁心。每个铁心柱上都开有和定子齿距相等的齿槽，且各相铁心柱上的齿槽相对于定子齿槽依次错开1／3齿距。如果输入三相绕组电脉冲的顺序依次为A→B→C→A，则动子就会向左作步进运动。如果通电顺序改为A→C→B→A，则动子就向右作步进运动。在结构上也可以把E形铁心固定，让齿条作为动子。齿条的运动将与上述运动方向相反。 ②永磁感应子式直线步进电动机：定子由软铁材料制成，上面铣有均匀间隔的齿槽；动子由永久磁铁加上两个带齿的形电磁铁组成。两个电磁铁上的齿相互错开一定距离。在电磁铁线圈不通电时，动子位置由永久磁铁决定。而在两个电磁铁按一定顺序轮流通电时，将使动子以一定齿距作步进运动。如果对两个电磁铁不是轮流通电，而是使其中的电流一个按正弦变化，一个按余弦变化，则可使动子运动平滑，步距很小。其步距（位置）分辨率可以达到0.01mm以下。在要求高精度定位的场合，例如绘图仪、磁头定位机构、激光定位器和数控系统中得到较多的应用。 线性马达(直线电机)的工作原理 所谓线性马达又称为直线电机，是一种将传统的旋转电机沿轴线方向切开后，将旋转电机的初级展开作为直线电机(线性马达)的定子，次级通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动，成为直线电机(线性马达)的动子。 我们常说的磁悬浮，往往和直线电机(线性马达)驱动有着很大联系。磁浮运输系统通常采用“线性马达”也就是直线电机作为推进系统的。 线性马达的构成原理 设靠三相交流电力励磁的移动用电磁石(作为定子)，分左右两排夹装在铝板两旁(但不接触)，磁力线与铝板垂直相交，铝板即感应而生电流，因而产生驱动力。由于线性感应马达的定子装在列车上，较导轨短，因此线性感应马达又称为“短定子线性马达”(Short-stator

直线电机在城市轨道交通系统中的应用!!

中　国　铁　路 城 市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，而城市轨道交通占 据突出的位置。由于近年来科学技术的发展和进步，包括地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等城市轨道交通的形式变化多样。在改善城市交通的时候，各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。安全、舒适、高密度运行，通过引入新技术达到节能，保护环境，降低成本，从结构和性能上采取措施，不断进行改进，保持先进性是城市轨道交通存在的价值。在城市轨道交通系统中，根据车辆的特点，采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。 １ 直线电机的工作原理 通常，电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子，定子形成磁场，在转子中流过电流，使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状，面对面，定子在相应于转子移动的长度方向上延 直线电机 在城市轨道交通系统中的应用 俞展猷：铁道科学研究院工程咨询有限公司，研究员，北京，１０００８１ 摘 要：介绍了直线电机工作原理和直线电机电动车特点，以及日本利用直线电机的地铁和常导磁悬浮交通系统发展的概况。关键词：直线电机；城市轨道交通；地铁；磁悬浮；电动车 长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。 直流电机、感应电机、同步电机等都可做成直线电机，但是，直流电机在结构上无法做成无整流子型，所以，直线电机一般为感应电动机和同步电动机。这些交流电动机的１次侧有作为定子侧的，也有作为转子侧即移动体侧的。例如，超导磁悬浮中，同步电动机的定子（地上）是１次侧，旋转磁场在地上移动；而地铁的直线电机，感应电动机的旋转磁场装在车上，２次侧固定在地上。前者的空隙靠左右导向线圈保持，而后者靠车轮保持。 产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样，在直线电机地铁中，安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板（相当于２次线圈）中通过２次电流（涡电流），由这个２次电流切割磁场产生的力作为反作用力，安装在转向架上的直线 电动机得到推进力。 直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小，旋转式是无限循环的，而直线电动机是有端头的。为此，泄漏磁通多，电气—机械能量转换的效率低，如果要得到相同的输出，逆变器的容量需要比旋转式大。 ２ 直线电机电动车的特点 在使用旋转式电机的电动车中，一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力，同时也受到轮轨间粘着的限制。 直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机，如上所述，有１次侧在车上和地上２种。１次侧在车上时，要将ＶＶＶＦ逆变器和直线电机装载在车上，使车辆重量增加，车辆价格高；但在地面上的设备仅只有反作用板，又降低了建设费用。１次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。 在直线电机的电动车中， 推进力 直线电机在城市轨道交通系统中的应用 俞展猷 城市轨道与交通

直线电机的PID控制器设计

基于MATLAB的直线电机PID控制器设计 摘要 随着现代工业的飞快发展，控制对象日益复杂，对其的性能控制要求也不断提高，致使人们寻找更好的控制方法，其中以改进PID控制最为典型。PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是目前最稳定的控制方法之一。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。 直线电机是近年来国内外积极研究发展的新型电机之一，凭借自身的特性在以直线运动的工业控制中，有比旋转电机巨大的优越性。可广泛应用于交通运输、起重搬运、物流传输装置、国防及煤矿运输、车床进给等方面，发展前景十分广阔。 传统的比例积分微分( PID) 控制器参数往往因整定不良、性能欠佳,对运行状况的适应性很差。简单的控制又不能很好地适应对象系统特性变化时的最佳控制要求。因此，鉴于控制方法目前仍有广泛应用，对参数整定方法的研究将具有很好的应用价值。本文根据稳定边界法则及Ziegler-Nichol算法,以直线电机控制模型为例介绍如何在MATLAB 工具帮助下整定并验证PID 控制器参数，使参数的整定变得简单、易行，使整定效果更优化。 关键词:直线电机PID控制 MATLAB 控制系统参数整定系统仿真

Abstract: With the fast development of modern industry, more complicated control object, its performance control requirements improve continuously, cause people looking for better control method, which to improve PID control is the most typical example. The PID (Proportional-Integral-Derivative) control is one of the most common control methods at present. Its structure is simple and easy to implement, however, the control effect is perfect and it has a strong robust characteristics. The physical parameters is, meaning of ,theoretical analysis of system is integrity, and it is familiar by the engineering sector, which in the industrial process control has been widely used. Linear motor is one of the studied new motor. Because of its peculiarity, the linear motor performed better than rotary motor in the control systems when the moving route is linear. Its application range extends widely and widely. And it has been applied in many fields. However, the traditional parameter adaptability of proportion-integral-differential (PID) controller to the operating situation is very bad sometimes because the reduction and performance isn't good. Simple control and can't well adapt to changes in the system characteristics of the object of optimal control requirements. Therefore, in view of the control method is currently there are still widely used, to the study of the method of parameter setting will have a good application value. According to the stable boundary principle and Ziegler-Nichol algorithm, this paper introduces how to reduce and validate the PID controller parameter with the help of MATLAB tool taking the linear motor control model as an example. Making the parameters set becomes simple, easy to operate, and make the setting effect more optimization. Key words：Linear motor,PID control, Matlab, Control system, Parameters setting, System simulation