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王璐

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直线电机的分类,如何选择直线电机的类型?

  直线电机的分类
  直线电机又名直驱电机,力矩马达等多种叫法,直线电机的分类也各不相同, 直线感应电机 直线感应电机是单边激磁电机,结构非常简单,因此在中低速轨道交通系统中应用直线电机又名直驱电机,力矩马达等多种叫法,直线电机的分类也各不相同。
  1、 直线感应电机
  直线感应电机是单边激磁电机,结构非常简单,因此在中低速轨道交通系统中应用早,也广。常见的直线感应电机是单侧定子结构的,为了改善磁路,提高效率,也可以采用双侧定子直线感应电机。 直线感应电机的特点是单边激磁,一般动子采用感应板(实心、无绕组),结构简单,经济。
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  2、 直线同步电机
  同步电机是双边激磁电机,不论采用长定子或短定子,结构都较复杂。但是在高速磁悬浮列车中的直线同步电机几乎无例外地采用长定子,这是因为:同步电机转子激磁功率远小于定子,所以把功率较小的励磁绕组(转子)安装在车上,可以由谐波发电机与电池给转子励磁线圈供电或采用超导线圈,避免了接触网/轨,从而可实现高速运行。
  同步直线电机的优点之一是功率因数好,效率较高,因而比较适合大气隙、大功率电机,所以,高速磁浮列车主要采用直线同步电机。同步电机用于磁浮列车时有一个突出的优点:由于转子激磁后就是一个电磁铁,所以在磁浮列车上可以用做磁浮磁铁,这样就可以一机两用——既是牵引系统,又是磁浮系统,从而减轻了车辆的重量。
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  3、 永磁直线电机
  永磁直线电机也是直线同步电机的一种,只是其转子不再用电激磁,而是采用永磁磁极。永磁直线电机的优点是单边激磁而且磁密较高,所以体积小,效率高。但是,由于永磁不像电磁那样容易调节磁通,所以永磁直线电机弱磁控制性能较差。而且,毕竟永磁材料成本较高,所以更适合于轨道较短或封闭环境的场合,如导弹或分机发射架,在车辆上的应用比较少。
  近年来,由于体积较小,控制精度高,圆筒型直线永磁电机在伺服系统中的应用越来越多,特别是数控设备等需要高精度定位的场合,基本上采用的都是永磁交流直线同步电机。
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  4、 双馈直线异步电机
  同步电机是双边激磁,所以转子直流励磁电流是可以调整的;而普通直线感应电机转子电流是感应产生的,不能人为调整,这也正是感应电机调速性能与功率因数较差的原因。双馈异步电机则可以独立调整转子电流,不过与同步电机不同的是转子也是交流电流。这种直线电机主要用于车辆上,因为可以通过调节转子电流调整列车速度。
  5、 直线开关磁阻电机
  直线开关磁阻电机的与旋转开关磁阻电机一样,优点是单边激磁,转子是实心钢而不需要绕组,成本比直线感应电机还要低,所以是很有前途的一种驱动方案。但是,在大气隙的情况下,这种电机磁路的磁阻变化较小,影响了功率密度的提高,所以在车辆上的应用较少。直线开关磁阻电机在磁路结构上可以分为纵向磁通与横向磁通两类。
  近年来,直线开关磁阻电机在伺服系统、作动系统中叶开始应用。 出现的压电式静电直线电机虽然也属于直线电机,但其工作原理与普通直线电机完全不同。
  与旋转电机一样,直线电机也有两个主要应用领域:驱动和控制。驱动电机主要用于磁悬浮列车、轮轨列车、升降机、电磁发射等,控制电机则主要用于机床、飞行器、汽车等伺服系统中的作驱动器。
  如何选择直线电机的类型
  1、运动的速度
  首先,我们知道直线电机的速度与同步速度有关系,同步速度与极距成正比。所以,极距的范围决定了运动速度的范围。过小的极距会减少槽的利用率,增加槽的泄露阻力,减少品质因数,从而减少电机的效率和功率。极坐标距离的下限通常为3cm 磁极距离没有上限。与此同时,为了减少纵向边缘效应,电机的极数不宜过小,所以极距不宜过大。
  2、推力
  直线电机可以适应更大的推力范围。当电动机配备不同的齿轮箱时,可以实现不同的速度和扭矩,在低速时,扭矩可以增加几十到数百倍,所以它们非常小,直线电机肯定可以驱动大负载,节省电力。不像线性电机,它不能改变速度和通过齿轮箱的推力,推力是不能延长的,如果想要获得更多的推力,只要增加马达的尺寸就可以了。
  3、往复频率
  在工业应用中,直线电机是往复的。为了能实现更高的劳动生产率,需要更高的往复频率。这意味着直线
  电机应该在很短的时间内运行。在行驶过程中,它应该经历一个加减速的过程,即启动和制动一次。往复频率越高,直线电机的加速度越大,与加速度对应的推力也越大。有时与加速度相对应的推力甚至比负载所需的推力还要大。直线电机的尺寸随着推力的增加而增大,加速度所对应的推力随着质量的增加而增大,有时会导致恶性循环。
  4、定位精度
  在某些应用中,当直线电机到位并运行时,会因为设备的限制而停止。可增加设备缓冲器以减少冲击。在没有设备约束的情况下,简单的定位方法是在放置前利用行程开关控制电机的反向连接制动或能耗制动,从而在放置过程中停止。

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