直線電機(jī)------linear motion actuator 一般電動(dòng)機(jī)工作時(shí)都是轉(zhuǎn)動(dòng)的．但是用旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的交通工具（比如電動(dòng)機(jī)車和城市中的電車等）需要做直線運(yùn)動(dòng)，用旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器的一些部件也要做直線運(yùn)動(dòng)，這就需要增加把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的一套裝置，能不能直接運(yùn)用直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，從而省去這套裝，人們就提出了這個(gè)問題，現(xiàn)在已制成了直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，即直線電機(jī)。 什么是直線電機(jī) 直線電機(jī)也稱線性電機(jī)，線性馬達(dá)，直線馬達(dá)，推桿馬達(dá)。最常用的直線電機(jī)類型是平板式和U 型槽式，和管式。 線圈的典型組成是三相，有霍爾元件實(shí)現(xiàn)無刷換相。 現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要分為兩大類：一類為電磁式的，另一類則為非電磁式的。 電磁類的現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要由現(xiàn)代電磁類驅(qū)動(dòng)器與現(xiàn)代控制系統(tǒng)組成，它的驅(qū)動(dòng)器包括傳統(tǒng)改進(jìn)型的電磁驅(qū)動(dòng)器與新發(fā)展型的電磁驅(qū)動(dòng)器。它們中有旋轉(zhuǎn)的、直線的、磁浮的、電磁發(fā)射的等等。 直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(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。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。 直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需通過中問任何轉(zhuǎn)換裝置的新穎電機(jī)，它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、磨損少、噪聲低、組合性強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)所具有的品種，直線電機(jī)幾乎都有相對應(yīng)的品種 直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。直線電機(jī)是將傳統(tǒng)圓筒型電機(jī)的初級展開拉直，變初級的封閉磁場為開放磁場，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的初級，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的次級。 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 如果初級是固定不動(dòng)的，次級就能沿著行波磁場運(yùn)動(dòng)的方向做直線運(yùn)動(dòng)。即可實(shí)現(xiàn)高速機(jī)床的直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給方式，把直線電機(jī)的初級和次級分別直接安裝在高速機(jī)床的工作臺與床身上。由于這種進(jìn)給傳動(dòng)方式的傳動(dòng)鏈縮短為0，被稱為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。 直線電機(jī)的工作原理 一般電動(dòng)機(jī)工作時(shí)都是轉(zhuǎn)動(dòng)的。但是用旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的交通工具（比如電動(dòng)機(jī)車和城市中的電車等）需要做直線運(yùn)動(dòng)，用旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器的一些部件也要做直線運(yùn)動(dòng)。這就需要增加把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的一套裝置。能不能直接運(yùn)用直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，從而省去這套裝呢？幾十年前人們就提出了這個(gè)問題?，F(xiàn)在已制成了直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，即直線電機(jī)。 直線電機(jī)的原理并不復(fù)雜．設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在直線電機(jī)中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的，叫初級；相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的，叫次級，初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運(yùn)動(dòng)。 這時(shí)初級要做得很長，延伸到運(yùn)動(dòng)所需要達(dá)到的位置，而次級則不需要那么長，實(shí)際上，直線電機(jī)既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動(dòng)，也可以次級固定、初級移動(dòng)。 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來。當(dāng)一次側(cè)的三相(或多相)繞組通入對稱正弦交流電流時(shí)，會產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時(shí)，這個(gè)氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布。 但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，稱為行波磁場(如圖6中1曲線所示)。顯然行波磁場的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，行波磁場移動(dòng)的速度稱為同步速度。 式中： D——旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定手內(nèi)圓周的直徑； t——極距，t=πD/2p； P——極對數(shù)； f1——電源的頻率。 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(dòng)勢和電流，導(dǎo)條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。如果一次側(cè)固定不動(dòng)，則二次側(cè)便在這個(gè)電磁力的作用下，順著行波磁場的移動(dòng)方向作直線運(yùn)動(dòng)。若二次側(cè)移動(dòng)的速度用v表示，轉(zhuǎn)差率用s表示，則有： 電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，s在0~1之間。 二次側(cè)移動(dòng)速度為： 可見，改變極距或電源頻率，均可改變二次側(cè)移動(dòng)的速度;改變一次繞組中通電相序，可改變二次側(cè)移動(dòng)的方向。 直線電機(jī)的分類及結(jié)構(gòu) 直線感應(yīng)電機(jī)主要有扁平型、圓筒型和圈盤型3種類型，其中扁平型應(yīng)用最為廣泛。 1.扁平型 扁平型電機(jī)可以看作是由普通的旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)直接演變而來的。圖1左圖表示一臺旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，設(shè)想將它沿徑向剖開，并將定、轉(zhuǎn)子圓周展成直線，如圖1右圖，這就得到了最簡單的平板型直線感應(yīng)電機(jī)。 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中轉(zhuǎn)子是繞軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，見綠色箭頭線；在直線電機(jī)中動(dòng)子是做直線移動(dòng)的，見綠色箭頭線。 圖1—旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)與直線電動(dòng)機(jī) 對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定子的一邊嵌有三相繞組，稱為初級（定子）；對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一邊稱為次級（動(dòng)子或滑子）。直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式可以是固定初級，讓次級運(yùn)動(dòng)，此稱為動(dòng)次級；相反，也可以固定次級而讓初級運(yùn)動(dòng)，則稱為動(dòng)初級。 顯然初級與次級長度相同是不能正常運(yùn)行的，實(shí)際扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級長度和滑子長度并不相等，在圖2上圖是短初級長次級結(jié)構(gòu)；圖2下圖是長初級短次級結(jié)構(gòu)。 圖2—扁平型直線電動(dòng)機(jī) 為了抵消定子磁場對動(dòng)子的單邊磁吸力，平板型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常采用雙邊結(jié)構(gòu)，即用兩個(gè)定子將動(dòng)子夾在中間的結(jié)構(gòu)型式。 圖3--雙邊扁平型直線電動(dòng)機(jī) 扁平型直線感應(yīng)電機(jī)的—次側(cè)鐵芯由硅鋼片疊成，與二次側(cè)相對的一面開有槽，槽中放置繞組。繞組可以是單相、兩相、三相或多相的。二次側(cè)有兩種結(jié)構(gòu)類型：一種是柵型結(jié)構(gòu)，鐵芯上開槽，槽中放置導(dǎo)條；并用端部導(dǎo)條連接所有槽中導(dǎo)條;另一種是實(shí)心結(jié)構(gòu)，采用整塊均勻的金屬材料，可分為非磁性二次側(cè)和鋼二次側(cè)。非磁性二次側(cè)的導(dǎo)電性能好，一般為銅或鋁。 2.圓筒型 圓筒型直線電機(jī)也稱為管型直線電機(jī)，把平板型直線電動(dòng)機(jī)沿著直線運(yùn)動(dòng)相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圓筒型直線電動(dòng)機(jī)，見下圖。 將上圖中a所示的扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著和直線運(yùn)動(dòng)相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圓筒型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(如圖4所示圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)的演變)。在特殊場合，這種電動(dòng)機(jī)還可以制成既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有直線運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)直線電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)直線的運(yùn)動(dòng)體可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè)。 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子一般是低碳鋼板敷銅板或鑲銅條，也可以用導(dǎo)電良好的金屬板（銅板或鋁板）；圓筒型直線電機(jī)動(dòng)子多采用厚壁鋼管，在管外壁覆蓋1至mm厚的銅管或鋁管。 如果動(dòng)子由永磁材料制作就組成直線同步電動(dòng)機(jī)。 3.圓盤型 圓盤型直線電機(jī)的次級（轉(zhuǎn)子）做成扁平的圓盤形狀，能繞通過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)：將兩個(gè)初級放在圓盤靠外邊緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于其運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與平板型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，故仍屬直線電動(dòng)機(jī)。 圓盤型直線感應(yīng)電機(jī)如上圖所示，它的二次側(cè)做成扁平的圓盤形狀，能繞通過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)：將一次側(cè)放在二次側(cè)圓盤靠外邊緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但其運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與扁平型直線感應(yīng)電機(jī)相同，故仍屬直線電機(jī)范疇。與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： a) 轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過多臺一次側(cè)組合或者通過一次側(cè)在圓盤上的徑向位置來調(diào)節(jié)。 b) 無需經(jīng)過齒輪減速箱就能得到較低的轉(zhuǎn)速，因而電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲很小。 直線電機(jī)的發(fā)展 1840年 Wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機(jī)。 1905年 曾有兩人分別建議將直線電動(dòng)機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時(shí)直線電機(jī)研究領(lǐng)域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。1917年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動(dòng)機(jī)，事實(shí)上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動(dòng)機(jī)，人們試圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。 1940年-1955年