第四節(jié)直線電動機(jī)

1、第四節(jié)直線電動機(jī)第四節(jié)直線電動機(jī)案例案例4 4：磁懸浮列車：磁懸浮列車：采用磁力懸浮采用磁力懸浮車體，應(yīng)用直車體，應(yīng)用直線電動機(jī)驅(qū)動線電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)，使列車技術(shù)，使列車在軌道上浮起在軌道上浮起滑行。滑行。 長期以來，在各種工程技術(shù)中需要直長期以來，在各種工程技術(shù)中需要直線型驅(qū)動力時，主要是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)并通線型驅(qū)動力時，主要是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)并通過曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動機(jī)構(gòu)來獲得過曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動機(jī)構(gòu)來獲得的。但是，這種傳動形式往往會帶來的。但是，這種傳動形式往往會帶來結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差，且，且工作不可靠等缺點。而采用直線電機(jī)不需工作不

2、可靠等缺點。而采用直線電機(jī)不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，能夠直接產(chǎn)生直線運動。要中間轉(zhuǎn)換裝置，能夠直接產(chǎn)生直線運動。 各種新技術(shù)和需求的出現(xiàn)和拓展推動各種新技術(shù)和需求的出現(xiàn)和拓展推動了直線電機(jī)的研究和生產(chǎn)，目前在交通運了直線電機(jī)的研究和生產(chǎn)，目前在交通運輸、機(jī)械工業(yè)和儀器儀表工業(yè)中，直線電輸、機(jī)械工業(yè)和儀器儀表工業(yè)中，直線電機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。 分類分類 ：直線感應(yīng)電動機(jī)直線感應(yīng)電動機(jī)直線直流電動機(jī)直線直流電動機(jī) 一、一、 直線感應(yīng)電動機(jī)直線感應(yīng)電動機(jī)（一）主要類型和基本結(jié)構(gòu)（一）主要類型和基本結(jié)構(gòu)1 1扁平型扁平型直線感應(yīng)電動機(jī)演變過程直線感應(yīng)電動機(jī)演變過程長一次側(cè)長一次側(cè) 短一次

3、側(cè)短一次側(cè) 為了保證在所需為了保證在所需的行程范圍內(nèi)，的行程范圍內(nèi)，一次側(cè)和二次側(cè)一次側(cè)和二次側(cè)之間的電磁耦合之間的電磁耦合始終不變，實際始終不變，實際應(yīng)用時，必須把應(yīng)用時，必須把一次側(cè)和二次側(cè)一次側(cè)和二次側(cè)制造成不同長度制造成不同長度 單邊型：一次側(cè)和二次側(cè)之單邊型：一次側(cè)和二次側(cè)之間存在著較大的法向吸力間存在著較大的法向吸力 雙邊型雙邊型：二次側(cè)的兩邊都二次側(cè)的兩邊都裝上一次側(cè)，法向吸力裝上一次側(cè)，法向吸力就可以互相抵消就可以互相抵消 鐵心鐵心：硅鋼片硅鋼片繞組：繞組：單相、兩相、單相、兩相、 三相或者多相三相或者多相 柵型結(jié)構(gòu)柵型結(jié)構(gòu) ：尤如旋尤如旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的籠形結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)電動機(jī)的籠形結(jié)構(gòu)

4、。實心結(jié)構(gòu)：實心結(jié)構(gòu)：即采用整即采用整塊均勻的金屬材料，塊均勻的金屬材料，它又分成非磁性二次它又分成非磁性二次側(cè)和鋼二次側(cè)側(cè)和鋼二次側(cè) 2 2圓筒型（管型）圓筒型（管型）電機(jī)還可以做成既有旋轉(zhuǎn)運動又有直線運電機(jī)還可以做成既有旋轉(zhuǎn)運動又有直線運動的旋轉(zhuǎn)直線電動機(jī)，旋轉(zhuǎn)直線的運動體動的旋轉(zhuǎn)直線電動機(jī)，旋轉(zhuǎn)直線的運動體既可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè)既可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè) 圓筒型直線感應(yīng)圓筒型直線感應(yīng)電動機(jī)的形成電動機(jī)的形成 3 3圓盤型圓盤型 圓盤型直線圓盤型直線感應(yīng)電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī) 二次側(cè)做成扁平的圓盤形狀二次側(cè)做成扁平的圓盤形狀并能夠繞經(jīng)過圓心的軸自由并能夠繞經(jīng)過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。

5、 使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運動使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運動 （1 1）力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多）力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多 臺一次側(cè)組合的方式或通過一次臺一次側(cè)組合的方式或通過一次 側(cè)在圓盤上的徑向位置來調(diào)節(jié)。側(cè)在圓盤上的徑向位置來調(diào)節(jié)。（2 2）無需通過齒輪減速箱就能得）無需通過齒輪減速箱就能得 到較低的速度，因而電動機(jī)的振到較低的速度，因而電動機(jī)的振 動和噪聲很小。動和噪聲很小。與普通旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相比的優(yōu)點：與普通旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相比的優(yōu)點：（二）基本工作原理（二）基本工作原理通入對稱正弦交流電時，產(chǎn)通入對稱正弦交流電時，產(chǎn)生氣隙磁場。分布情況與旋生氣隙磁場。分布情況與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相似，沿著直線方轉(zhuǎn)電動機(jī)相似

6、，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布，但它不向按正弦規(guī)律分布，但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，因此稱為行波磁場。因此稱為行波磁場。 行波磁場移動速度行波磁場移動速度行波磁場切割二次側(cè)導(dǎo)條，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)電動將在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流勢和電流 磁場和電流相互作用，磁場和電流相互作用，產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力（二）基本工作原理（二）基本工作原理如果一次側(cè)是固定不動的，那么如果一次側(cè)是固定不動的，那么二次側(cè)便在這個電磁力的作用下，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順著行波磁場的移動方向作直線運動運動 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s s：0s1 0s1

7、 二次側(cè)的移動速度：二次側(cè)的移動速度：改變電源頻率改變電源頻率改變極距改變極距改變二次側(cè)移動的速度：改變二次側(cè)移動的速度： 改變一次側(cè)繞組中通電相序改變一次側(cè)繞組中通電相序 改變二次側(cè)移動的方向：改變二次側(cè)移動的方向： 一、一、 直線感應(yīng)電動機(jī)直線感應(yīng)電動機(jī)電磁式電磁式永磁式永磁式分類：分類：多用于驅(qū)動功多用于驅(qū)動功率較小的場合率較小的場合多用于驅(qū)動功多用于驅(qū)動功率較大的場合率較大的場合（一）永磁式直線直流電動機(jī)（一）永磁式直線直流電動機(jī)動鐵型動鐵型動圈型動圈型分類：分類：實際中用實際中用得較多得較多改變繞組中直流電流的大小和方向，改變繞組中直流電流的大小和方向，即可改變電磁力的大小和方向。即

8、可改變電磁力的大小和方向。移動繞組中移動繞組中通入直流電通入直流電流時，便產(chǎn)流時，便產(chǎn)生電磁力生電磁力 （二）電磁式直線直流電動機(jī)（二）電磁式直線直流電動機(jī)電磁式動圈型直線電磁式動圈型直線直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 勵磁繞組通電后產(chǎn)勵磁繞組通電后產(chǎn)生磁通與移動繞組生磁通與移動繞組的通電導(dǎo)體相互作的通電導(dǎo)體相互作用產(chǎn)生電磁力，克用產(chǎn)生電磁力，克服滑軌上的靜摩擦服滑軌上的靜摩擦力，移動繞組便作力，移動繞組便作直線運動。直線運動。 三磁極式直線直流電動機(jī)三磁極式直線直流電動機(jī) 磁繞組通電時，產(chǎn)磁繞組通電時，產(chǎn)生磁通，徑向穿過生磁通，徑向穿過氣隙和電樞繞組，氣隙和電樞繞組，在鐵心中由徑向

9、過在鐵心中由徑向過渡到軸向，形成閉渡到軸向，形成閉合回路，如圖中虛合回路，如圖中虛線所示。徑向氣隙線所示。徑向氣隙磁場與通電的電樞磁場與通電的電樞繞組相互作用產(chǎn)生繞組相互作用產(chǎn)生軸向電磁力，推動軸向電磁力，推動磁極作直線運動磁極作直線運動 電流只在電樞繞組電流只在電樞繞組的工作段流過的工作段流過直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)是一種新型的介于磁懸浮直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)是一種新型的介于磁懸浮鐵路交通與傳統(tǒng)輪軌鐵路交通的軌道交通形式。該種鐵路交通與傳統(tǒng)輪軌鐵路交通的軌道交通形式。該種軌道交通利用車輪起支承、導(dǎo)向作用，這與傳統(tǒng)輪軌軌道交通利用車輪起支承、導(dǎo)向作用，這與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)相似。但在牽引方面卻采用了短定子

10、列車驅(qū)動直系統(tǒng)相似。但在牽引方面卻采用了短定子列車驅(qū)動直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動， 當(dāng)初級線圈通以三相當(dāng)初級線圈通以三相交流電時，由于感應(yīng)而產(chǎn)交流電時，由于感應(yīng)而產(chǎn)生電磁力，直接驅(qū)動車輛生電磁力，直接驅(qū)動車輛前進(jìn)，改變磁場移動方向，前進(jìn)，改變磁場移動方向，車輛運動的方向也隨之改車輛運動的方向也隨之改變。車輛平穩(wěn)運行時，定變。車輛平穩(wěn)運行時，定子與感應(yīng)軌之間的間隙一子與感應(yīng)軌之間的間隙一般保持在般保持在10mm10mm左右。左右。直線電機(jī)在列車中應(yīng)用 感應(yīng)板要安置在軌道道床上，其與鋼軌、道床以及三感應(yīng)板要安置在軌道道床上，其與鋼軌、道床以及三軌的尺寸鏈關(guān)系至為重要。軌的尺寸鏈關(guān)系至為重要。懸

11、浮原理：懸浮原理：驅(qū)動原理：驅(qū)動原理： 通俗的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的通俗的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電，能將線圈變?yōu)槟軐⒕€圈變?yōu)殡姶朋w。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動起來。列車前進(jìn)是因為列車頭的相互作用，就使列車開動起來。列車前進(jìn)是因為列車頭部的電磁體（部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電極）所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體（磁體（N極）所排斥。當(dāng)列車前進(jìn)時，在線圈里流動的電極）所排斥。當(dāng)列車前進(jìn)時，在線

12、圈里流動的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個S極線圈，變?yōu)闃O線圈，變?yōu)镹極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動的交流電的頻率和電壓。線圈里流動的交流電的頻率和電壓。 導(dǎo)向原理：導(dǎo)向原理：在列車側(cè)面安裝一在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時，列車左右偏移時，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生

13、排斥力，作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運行在置。列車如運行在曲線或坡道上時，曲線或坡道上時，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制行控制，達(dá)到控制運行目的。運行目的。 良好的編組靈活性和運營適應(yīng)性 由于直線電機(jī)驅(qū)動的車輛具有比傳統(tǒng)車輛更強(qiáng)的加由于直線電機(jī)驅(qū)動的車輛具有比傳統(tǒng)車輛更強(qiáng)的加減速性能，有更高的停車位置控制精度，因此更易實現(xiàn)減速性能，有更高的停車位置控制精度，因此更易實現(xiàn)小編組，高密度，自動駕駛的運行模式。它可以小編組，高密度，自動駕駛的運行模式。它可以2-62-6輛靈輛靈活活 編組，適應(yīng)不同的客運量需要。編組，適

14、應(yīng)不同的客運量需要。 由于直線電機(jī)驅(qū)動地鐵車輛仍采用鋼輪和鋼軌來支撐由于直線電機(jī)驅(qū)動地鐵車輛仍采用鋼輪和鋼軌來支撐和引導(dǎo)車輛運行，所以仍可采用長期運用成熟的、安全和引導(dǎo)車輛運行，所以仍可采用長期運用成熟的、安全可靠的軌道電路信號系統(tǒng)來實行對列車的信號傳輸、運可靠的軌道電路信號系統(tǒng)來實行對列車的信號傳輸、運行監(jiān)控和集中調(diào)度，運營適應(yīng)性較好。行監(jiān)控和集中調(diào)度，運營適應(yīng)性較好。 采用徑向轉(zhuǎn)向架，使運行性能大大改善 由于采用直線電機(jī)系統(tǒng)，沒有了旋轉(zhuǎn)動力源和機(jī)械由于采用直線電機(jī)系統(tǒng)，沒有了旋轉(zhuǎn)動力源和機(jī)械變速傳動系統(tǒng)，因此有利于采用徑向轉(zhuǎn)向架。小而輕的變速傳動系統(tǒng)，因此有利于采用徑向轉(zhuǎn)向架。小而輕的車輛

15、，使轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)簡單輕巧，是該系統(tǒng)除直線感應(yīng)車輛，使轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)簡單輕巧，是該系統(tǒng)除直線感應(yīng)電機(jī)外，另一種具有革新性的走行機(jī)械設(shè)計。電機(jī)外，另一種具有革新性的走行機(jī)械設(shè)計。 降低振動和噪聲 由于直線電機(jī)驅(qū)動的地鐵車輛，沒有齒輪傳動機(jī)構(gòu)的嚙合振由于直線電機(jī)驅(qū)動的地鐵車輛，沒有齒輪傳動機(jī)構(gòu)的嚙合振動和噪聲；動和噪聲； 其次，車輪也不是驅(qū)動輪，沒有動力輪對與鋼軌蠕滑滾動產(chǎn)其次，車輪也不是驅(qū)動輪，沒有動力輪對與鋼軌蠕滑滾動產(chǎn)生的振動和噪聲；生的振動和噪聲； 再加上徑向轉(zhuǎn)向架良好的曲線通過性能，避免了過曲線時輪再加上徑向轉(zhuǎn)向架良好的曲線通過性能，避免了過曲線時輪軌沖角帶來的振動和噪聲。故該型地鐵車輛具有

16、振動小，噪聲軌沖角帶來的振動和噪聲。故該型地鐵車輛具有振動小，噪聲 低低的優(yōu)點，有利于環(huán)境保護(hù)。的優(yōu)點，有利于環(huán)境保護(hù)。 良好的安全性和可靠性 由于直線電機(jī)驅(qū)動地鐵車輛是典型的非黏由于直線電機(jī)驅(qū)動地鐵車輛是典型的非黏 著驅(qū)動方式，牽引著驅(qū)動方式，牽引- -制動性能發(fā)揮不依賴于制動性能發(fā)揮不依賴于 環(huán)境，是一種全天候的運載工具。環(huán)境，是一種全天候的運載工具。 直線電機(jī)驅(qū)動的電磁力的分力使輪軌間產(chǎn)生一定的附加壓力直線電機(jī)驅(qū)動的電磁力的分力使輪軌間產(chǎn)生一定的附加壓力，有利于提高輪軌運動，有利于提高輪軌運動 的穩(wěn)定性，因此其安全性指標(biāo)較高。的穩(wěn)定性，因此其安全性指標(biāo)較高。 再加上取消了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動所必

17、須的滾動再加上取消了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動所必須的滾動 軸承、傳動齒輪，軸承、傳動齒輪，磨耗小，大大提高了車磨耗小，大大提高了車 輛運行的可靠性和可維護(hù)性，維修工作量輛運行的可靠性和可維護(hù)性，維修工作量 較小，維護(hù)成本較低。較小，維護(hù)成本較低。 低效率、低功率因數(shù)的缺點低效率、低功率因數(shù)的缺點 由于車載定子與地面轉(zhuǎn)子是處在一個相對直線運動的由于車載定子與地面轉(zhuǎn)子是處在一個相對直線運動的彈性（軸箱垂向彈性定位）系統(tǒng)間，不可避免地會造成相彈性（軸箱垂向彈性定位）系統(tǒng)間，不可避免地會造成相互間隙變化，因此氣隙設(shè)計得不能太小，否則會導(dǎo)致不安互間隙變化，因此氣隙設(shè)計得不能太小，否則會導(dǎo)致不安全因素，一般定在全因素，一般定在12mm12mm左右（比德國磁懸浮列車的氣隙左右（比德國磁懸浮列車的氣隙8mm8mm要高一些）；再加上直線電機(jī)是有端部的（旋轉(zhuǎn)電機(jī)是閉要高一些）；再加上直線電機(jī)是有端部的（旋轉(zhuǎn)電機(jī)是閉環(huán)），因此漏磁場較大，機(jī)電能量轉(zhuǎn)化率低，所以直線電環(huán)），因此漏磁場較大，機(jī)電能量轉(zhuǎn)化率低，所以直線電機(jī)的效率較低，一般在機(jī)的效率較低，一般在 0.7-0.80.7-0.8之間，功率因數(shù)也較低，之間，功率因數(shù)也較低，一般在一般在0.5-0.