直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)中,直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實(shí)現(xiàn)高精度、響應(yīng)快和高穩(wěn)定的機(jī)電傳動(dòng)和控制開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。
原則上對(duì)于每一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有相應(yīng)的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī),故它的種類(lèi)很多,但一般按工作原理來(lái)區(qū)分,可分為直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)和直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)三種。由于直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原理上基本相同,故下面只簡(jiǎn)單介紹直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī),使讀者對(duì)這類(lèi)電動(dòng)機(jī)有個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。
直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)工作原理完全相同,兩者只是在結(jié)構(gòu)形式上有所差別。圖6.28(b)所示是直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,它相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)(如圖6.28(a)所示)沿徑向剖開(kāi),并將定。轉(zhuǎn)子圓周展開(kāi)成平面。直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的定子一般是初級(jí),而它的轉(zhuǎn)子(動(dòng)子)則是次級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中初級(jí)和次級(jí)不能做成完全相等長(zhǎng)度,而應(yīng)該做成初、次級(jí)長(zhǎng)短不等的結(jié)構(gòu)如圖6.29(a)、(b)所示。
由于短初級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,故一般常采用短初級(jí)。下面以短初級(jí)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明它的工作原理。
直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的,因而當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后,也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 按通電的相序順序作直線(xiàn)移動(dòng),該磁場(chǎng)稱(chēng)為波磁場(chǎng)。顯然行波的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面的線(xiàn)速度是一樣的,這個(gè)速度稱(chēng)之為同步線(xiàn)速,用 表示,且
式中
——極距(cm)
f——電源頻率(hz)
在行波磁場(chǎng)切割下,刺激導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流,所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)互相作用,產(chǎn)生切向電磁力f。如果初級(jí)是固定不動(dòng)的,那么次級(jí)就順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的推力公式與三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式相類(lèi)似。即
式(6.24)表明直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的速度與電機(jī)極距及電源頻率成正比,因此,改變極距或電源頻率都可以改變電動(dòng)機(jī)的速度。
與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)一樣,改變直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組的通電相序,就可改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向,從而可使直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、調(diào)速特性等都與交流伺服電動(dòng)機(jī)相似,因此,直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速以及制動(dòng)方法與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)也相同。
直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)較之旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu),因而使整個(gè)機(jī)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,提高了精度,減少了振動(dòng)和噪聲。
(2)響應(yīng)快速。用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí),由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響,因而加速和減 速時(shí)間短,可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行。
(3)散熱良好,額定值高,電流密度可取很大,對(duì)啟動(dòng)的限制小。
(4)轉(zhuǎn)配靈活性大,往往可將電機(jī)的定子和動(dòng)子分別與其他電機(jī)體合成一體。
直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比較,它存在著效率和功率因數(shù)低、電源功率大及低速性能差等缺點(diǎn)。
直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)主要用于吊車(chē)傳動(dòng)、金屬傳送帶、沖壓鍛壓機(jī)床以及告訴電力機(jī)車(chē)等方面。此外,它還可以 用在懸掛式車(chē)輛傳動(dòng)、工件傳送系統(tǒng)、車(chē)床導(dǎo)軌、門(mén)閥的開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)裝置等處。如將直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)床工 作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置時(shí),則可將初級(jí)(定子)固定在被驅(qū)動(dòng)體(滑板)上,也可以將它固定在基座或床身上。