直線電動(dòng)機(jī)由于特殊的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，既可作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，也可以用于較大功率的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)·下面列舉若干實(shí)際應(yīng)用的例子。
1．作為直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件
(1)機(jī)械手。圖8-12所示為電機(jī)制造中傳遞硅鋼片沖片的機(jī)械手示意圖。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級(jí)端頭裝有電磁鐵，沖片沖好后，直線電機(jī)通電，電磁鐵隨同次級(jí)進(jìn)入沖床，電磁鐵通電把沖好的沖片吸上后，直線電機(jī)反向通電，把沖片從沖床內(nèi)帶出，電磁鐵斷電，沖片靠白重落下，集聚在預(yù)置的框內(nèi)。
(2)電動(dòng)門。圖8-13所示為一扇直線電機(jī)電動(dòng)門示意圖。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級(jí)鋼板作為電動(dòng)門的構(gòu)件，初級(jí)通電后，次級(jí)鋼板中感應(yīng)產(chǎn)生電流·并產(chǎn)生推力，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)門做直線運(yùn)動(dòng)。
2.用于機(jī)械加工產(chǎn)品
（1）電磁錘。圖8 14所示為用于機(jī)械加工的電磁錘示意圖，電磁錘的錘桿用兩根角鋼焊接成空心的鋼桿，在其兩側(cè)各裝一個(gè)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)。初級(jí)通電，錘桿上升，初級(jí)斷電．錘桿自由落下打擊工件。
(2)電磁打箔機(jī)。圖8-15所示為電磁打箔機(jī)示意圖．電磁打箔機(jī)采用圓筒型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。初級(jí)通電后·錘桿向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)錘桿上升到一定高度時(shí)斷電．由于慣性的作用,錘桿繼續(xù)上升,撞擊頂部的彈簧．然后依靠彈簧的儲(chǔ)能和錘桿、錘頭的重力勢(shì)能打擊工件。電動(dòng)機(jī)間歇通電，錘桿即能做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工件為韌性較大的紙包，其中包有金箔。在錘頭頻繁的鍛打下．金箔可被打制成很薄的箔片，其厚度可達(dá)O．2μm。
3.用于自動(dòng)化儀表
(1)筆式記錄儀。筆式記錄儀主要由動(dòng)圈型永磁直線直流電動(dòng)機(jī)、運(yùn)算放大器和平衡電橋組成，如圖8一16所示。電橋平衡時(shí)，沒(méi)有電壓輸出，這時(shí)直線電動(dòng)機(jī)所帶的記錄筆處在儀表的指零位置。當(dāng)外來(lái)信號(hào)Ew不等于零時(shí)．電橋失去平衡，運(yùn)算放大器產(chǎn)生一定的輸出電壓，推動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)的可動(dòng)線圈做直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)記錄筆在記錄紙上把信號(hào)記錄下來(lái).同時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)還帶動(dòng)反饋電位器滑動(dòng)，使電橋重新趨向平衡。
(2)平面電機(jī)與平面繪圖儀。由雙軸組合的直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以構(gòu)成平面式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。圖8 -17所示平面電機(jī)示意圖，它是將兩臺(tái)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組合在一起，其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生x軸方向的運(yùn)動(dòng)，另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生y軸方向的運(yùn)動(dòng)。這樣，平面式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不需要任何機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，就能夠直接產(chǎn)生平面形式的運(yùn)動(dòng)。由于直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和工作原理，使得兩臺(tái)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的組合變得十分簡(jiǎn)便。實(shí)際上，采用三臺(tái)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以做成三軸向的三維電動(dòng)機(jī)。
這種平面電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特點(diǎn)突出．性能優(yōu)良，目前已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)繪圖等領(lǐng)域。圖8一18所示為基于雙軸直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的平面繪圖儀示意圖，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)相互垂直，次級(jí)臺(tái)板上開(kāi)有相互垂直的齒槽，電動(dòng)機(jī)利用氣墊形成初、次級(jí)之間的氣隙，在計(jì)算機(jī)的控制下帶動(dòng)繪圖筆運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)繪圖功能。
4．用于長(zhǎng)距離的直線傳輸裝置
(1)運(yùn)煤車。圖8 19所示為直線電機(jī)運(yùn)煤車示意圖。礦井運(yùn)煤軌道一般很長(zhǎng)，每隔一段距離，在軌道中問(wèn)安置一臺(tái)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)。一列運(yùn)煤車由若干礦車組成。每臺(tái)礦車的底部裝有鋁鋼復(fù)合次級(jí)。直線電機(jī)的初級(jí)依次通電，便可把運(yùn)煤車向前推進(jìn)。
(2)新型電梯。圖8—10所示的永磁式直線同步電動(dòng)機(jī)礦井提升系統(tǒng)同樣可以應(yīng)用于電梯這種垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。同傳統(tǒng)的繩索電梯和液壓電梯相比，基于直線電機(jī)的新型電梯具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)節(jié)約場(chǎng)地。因?yàn)橹本�電機(jī)電梯的軌道即是直線電機(jī)的定子，沒(méi)有必要專門鋪設(shè)垂直軌道，具有增加有效面積的優(yōu)點(diǎn)。
2)節(jié)省電力。新型直線電機(jī)電梯的****速度可達(dá)1．75m／s．這樣的速度．繩索電梯的曳引機(jī)必須采用齒輪減速器變速，電梯升降系統(tǒng)的傳動(dòng)效率會(huì)明顯降低。而直線電機(jī)因其是非接觸的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以沒(méi)有傳動(dòng)效率降低的情況。和液壓電梯相比，電力消耗的差別更大，它比液壓電梯可節(jié)約60％以上的能量。
3)可靠性高。繩索電梯的曳引機(jī)由齒輪減速器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)曳引輪、防振機(jī)構(gòu)等組成，液壓電梯的動(dòng)力部分是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)、液壓油泵控制閥、油箱和油冷卻器組成，都比較復(fù)雜。而直線電機(jī)電梯的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，而且由于自動(dòng)保持一定的氣隙，沒(méi)有零件的摩擦，因年德國(guó)采用直線同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)高速列車，車速達(dá)到335．5公里／小時(shí)，線路長(zhǎng)31．4公里。日本于1985年進(jìn)行了高速列車載人試驗(yàn)運(yùn)行，車速達(dá)408公里／小時(shí)，并于20世紀(jì)90年代初把直線電機(jī)成功應(yīng)用于地鐵運(yùn)輸，車速為40公里／小時(shí)。美國(guó)也在1999年修建了一條時(shí)速達(dá)500公里的高速磁懸浮試驗(yàn)線路。我國(guó)也已組織人力開(kāi)展這方面的研究和應(yīng)用工作。
圖8-20所示為直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高速磁懸浮列車模型。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)繞組裝在車廂底部，次級(jí)反應(yīng)軌由鋁鋼復(fù)合板制成，固定在路基上。反應(yīng)軌下面還裝有電磁鐵，電磁鐵從側(cè)面與車廂連接在…起，依靠電磁鐵的吸力使車廂上浮．這樣車廂與路軌之間沒(méi)有機(jī)械接觸，消除了一般列車車輪與
路軌之間的摩擦阻力及損耗，提高了列車的運(yùn)行效率。這是一種常導(dǎo)吸浮型高速列車。
圖8—21所示為直線同步電動(dòng)機(jī)高速磁懸浮列車模型。直線同步電動(dòng)機(jī)電樞繞組埋在路基中間．勵(lì)磁繞組采用超導(dǎo)線圈，安裝在車廂底部。由于超導(dǎo)線圈能提供極強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此這種電機(jī)不需要鐵心。車廂底部?jī)蓚?cè)還裝有供磁懸浮用的超導(dǎo)磁浮線圈，在其下方的地基中鋪有導(dǎo)電鋁板，磁浮線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在鋁板中感生電流，它們相互作用產(chǎn)生推斥力，使列車懸浮。這是一種超導(dǎo)斥浮型高速列車。
上述兩種方案各有利弊。超導(dǎo)斥浮型直線同步電動(dòng)機(jī)初、次級(jí)之間的氣隙可以設(shè)計(jì)得比較大，易于控制．但由于采用超導(dǎo)，且全程都必須設(shè)置電樞繞組，因此總體成本高；常導(dǎo)吸浮型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙不能做得過(guò)大，否則電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都偏低，所以它對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高，但成本要低不少。因此，目前各國(guó)普遍傾向于發(fā)展常導(dǎo)吸浮型高速列車。
直線電動(dòng)機(jī)是一種做直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，作為小功率控制電機(jī)使用時(shí)，可以將輸入的電壓信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成輸出的直線位移。直線電機(jī)是在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，因此其工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，而結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要制成扁平型、圓筒型或弧型等。本章主要對(duì)具有代表性的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)、直線同步電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了介紹。
直線電動(dòng)機(jī)由于不需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)．整個(gè)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，精度提高，振動(dòng)和噪音減��；電機(jī)加速和減速的時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)和正反向運(yùn)行；其部件不受離心力的影響·因而它的直線速度可以不受限制；可以承受較高的電磁負(fù)荷，容量定額較高；可以在一些特殊場(chǎng)合中應(yīng)用。
直線電動(dòng)機(jī)由于運(yùn)動(dòng)方式的特殊性，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，既可作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件使用，也可以作為較大功率直線負(fù)載的驅(qū)動(dòng)源。本章列舉了直線電動(dòng)機(jī)多方面的應(yīng)用情況，其中引人注目的是直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直線同步電動(dòng)機(jī)用于高速列車的驅(qū)動(dòng)。
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