直线感应电动机的形式与工业应用

1.结构与分类

直线电动机是一种做直线运动的电动机。它可以看成是从旋转电动机演化而来的，如图4-17所示。从原理上讲，每种旋转电动机都有与之相对应的直线电动机。直线电动机也分异步、同步、步进、有刷直流、无刷直流等各种类型。直线电动机按工作原理可分为直线感应电动机、直线直流电动机、直线无刷直流电动机、直线步进电动机等。

图4-17　直线电动机

（a）旋转感应电动机；（b）直线感应电动机

旋转电动机的定子和转子分别对应直线电动机的初级和次级。直线电动机的运动部分既可以是初级，也可以是次级。按初级运动还是次级运动可以把直线电动机分为动初级和动次级两种。为了在运动过程中始终保持初级和次级耦合，初级侧或次级侧中的一侧必须做得较长。直线感应电动机常见的形式有平板形和圆筒形两种，如图4-18所示。

图4-18　平板形和圆筒形直线感应电动机

（a）平板形；（b）圆筒形

在直线电动机的制造中，既可以是初级短、次级长，也可以是初级长、次级短。前者称为短初级，后者称为短次级。由于短初级的制造成本、运行费用均比短次级低得多，因此，除特殊场合外，一般均采用短初级结构。仅在一边安放初级的直线电动机称为单边型直线电动机。单边平板形直线感应电动机工作时对次级存在着较大的电磁拉力，而双边平板形则可消除对次级的电磁拉力，有利于电动机的工作。短初级直线感应电动机的结构如图4-19所示。

图4-19　短初级直线感应电动机(www.xing528.com)

（a）单边短初级；（b）双边短初级

平板形直线感应电动机的次级形式较多。最常用的是用带状软钢板来作次级或直接用角钢、丁字钢、工字钢等来作次级。平板形直线感应电动机的功率较大，多用在工业生产的传送带和铁路运输上。

圆筒形结构的优点是没有绕组端部，不存在横向边缘效应，次级的支撑也比较方便。缺点是铁芯必须沿圆周叠片，只有这样才能减小由交变磁通在铁芯中感应的涡流，这在工艺上比较复杂；另外其散热条件也比较差。圆筒形直线感应电动机功率较小，它的行程也相对小些，一般只有0.5～2.0 m左右。

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4-20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。

图4-20　直线感应电动机的工作原理

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.用途及特点

直线感应电动机主要应用于各种直线运动的动力驱动系统中，如精密数控机床、加工中心、电磁锤、高速冲压设备、传送带自动搬运装置、带锯、直线打桩机、高速列车和电动门等。

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。