直线电机牵引传动系统
直线电机发展应用综述（一）（一）
直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：********指导教师：***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。
利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。
介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。
关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。
高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。
在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。
在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。
图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。
从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。
1840～1955年为探索实验时期：从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。
试析直线电机轨道交通牵引传动系统研究
试析直线电机轨道交通牵引传动系统研究摘要：近年来，越来越多的人们开始认识到城市轨道交通的重要性，因此我国大力推进城市轨道交通建设，直线电机轨道交通系统在我国得到了长足的发展。
本文主要研究探讨了直线电机轨道交通中的牵引传动系统。
关键词：直线电机；轨道交通；牵引传动系统近几十年来，世界各国都在不断推进城市化建设进程，其中城市轨道交通系统是建设和发展的重点之一，各国的工程师都对城市轨道交通系统进行了系统深入的研究，采用直线电机传动的城市轨道交通系统就是研究内容之一。
直线电机车辆减少了车辆摩擦和振动噪声，解决了维护运行成本，降低工程造价，因此其在城市轨道交通中的应用越来越广泛，研究其牵引传动系统也存在非常重要的现实意义[1]。
一、直线电机轨道交通系统的发展和现状随着城市化进程的加快，城市的交通问题日益成为城市建设发展的重点研究工作，城市化建设的发展和高新现代科技的研究对城市轨道交通的建设提出了更高的要求。
在城市轨道交通系统中，虽然传统的牵引制动模式技术成熟，应用较多，但是它限制了车辆的速度性能，振动噪声较大，不能适应新的运行特点，所以人们开始研究新的技术模式。
直线感应电机运载系统开始进入人们的视线。
直线感应电机运载系统在城市轨道交通中的应用不同于磁悬浮，这种系统仍然使用铁轨作为支撑导向，只是利用直线感应电机进行驱动[2]。
近几十年来在世界得到了良好的发展。
目前在世界上投入商业运营的直线感应电机驱动线路已有10条（如图1所示），直线感应电机运载系统正逐渐成为城市轨道交通的重要模式。
图1 世界投入商业运营的直线感应电机运载系统线路直线感应电机驱动的城市轨道交通车辆具有以下优点：（1）车辆不受轮轨黏着因素的限制，可以获得较强的起动、加速、减速动力性能，在比较恶劣的轨面条件和环境下也能保持优越的性能。
（2）直线感应电机取代了旋转电机，提高了车辆的运行稳定性和曲线通过性能，便于车辆小型化。
（3）容易避开在建和规划中的施工路线，降低土建工程造价。
★地铁车辆直线电机牵引系统故障的应对探讨
地铁车辆直线电机牵引系统故障的应对探讨1. 引言广州地铁现有两条运营线路使用直线电机牵引系统的L型车，L型车地铁列车在车厂采用受电弓受流，在正线采用集电靴受流，直线电机牵引。
牵引力由电机的定子与安装在轨道中央的感应板之间的电磁力产生，与粘着系数无关。
在牵引能力方面，具有爬坡能力强、可实现径向转向架、粘着系数小、振动和噪声小等特点，能较好的适应广州地铁运营线路在市区运行线路长、区间线路弯道多曲线半径小、高架线路爬坡要求高等特点。
在此，探讨广州地铁5号线直线电机的车辆牵引系统故障情况下的应对措施。
2 牵引系统故障的类型、影响及相应的应对措施探讨2.1 牵引故障类别VVVF(牵引逆变器)电源控制开关跳闸 (VVVF电源1(VFCB 1)或者VVVF电源2(VFCB2)跳闸)。
2.1.1 故障现象(1)司机主页：显示相应VVVF(牵引逆变器)断闭(显示灰色)。
(2)列车出现保压制动不能缓解，无法动车。
(3)直线电机地铁车辆保压制动的缓解与施加由该节车的VVVF控制。
保压制动指令为高电平，一列列车的四个VVVF中，有一个发出保压制动施加的指令，整列列车的保压制动便会施加，VVVF发出保压制动缓解指令的条件是VVVF检测到牵引电流。
2.2 牵引故障的应对措施调度控制中心的应对措施是维持列车进站后，组织司机检查B／C两车二位端开关控制屏的相应VVVF是否跳闸，若无跳闸或复位不成功，尝试按下单元切除按钮UCOS，重新分合高速断路器即可牵引动车。
若不能缓解，打下故障单元车的VVVF电源1(VFCB 1)和VVVF电源2(VFCB2)的微动开关，动车到终点站退出服务。
若需要组织司机到现场检查VVVF电源微动开关或者打下VVVF电源微动开关，按照广州地铁运营日报统计数据，延误时间在3min左右，则需要行调控制后续一至两台客车的运行时间，以防止在故障列车处理期间，后续客车进入区间等待，影响客运服务质量。
另外，由于故障的处理需要司机到客室检查、处理VVVF电源微动开关，调度控制中心需要及时任命车站的值班站长为事故处理主任，到现场协助司机处理、维持现场乘客秩序；并组织司机做好列车的乘客广播安抚工作，带齐通讯工具后到现场进行处理，以保持中央与现场的信息同步。
城市轨道交通直线电机牵引系统设计规范
城市轨道交通直线电机牵引系统设计规范
一、结构设计
1、电机牵引系统由主车、控制车、牵引电机、轨道轴承、头车、灯光设备等组成。
2、乘客车所用电动机应具有较高的功率、质量轻、噪音低等特点，同时具备良好的空载牵引能力和有效率，并达到最优效率运行。
3、电机牵引系统的设计要求电压范围稳定，电源供应能力充足，电流稳定，电气设备应具备足够的容量，具备自动保护和断路装置。
二、参数设计
1、电动机电流应符合IEC/EN 60034-1标准。
2、电机牵引系统的最大牵引力应满足乘客车辆的运行要求，当乘客车辆质量超载时，牵引电机仍具有动力足以维持车辆的正常运行。
3、电动机牵引力计算时，应考虑乘客车辆的静摩擦转矩及抗滑系数。
4、电机牵引系统应具备能够维护牵引效率的有效自控功能，提高牵引系统的可用性。
5、电动机应考虑头车的空载牵引能力，特别是在坡度较大和无法设置转角护栏的铁路段，牵引电机的最小牵引力应能保证车辆的安全行驶。
三、电路设计
1、电机牵引系统电源系统设计要求稳定可靠，塔立式接触网布置在轨道之上，应配有可靠的故障指示系统。
2、电源系统应采用双相异步电动机，符合电力系统的抗干扰能力，电动机应配有足够的励磁电容器，以确保其动力特性。
3、电源系统的起动方式，采用软启动、硬启动等方式，至少采用两种起动方式，以确保牵引效率。
4、电动机牵引系统的安全防护系统设计应考虑到电气设备的安全隔离及电源系统的抗干扰性能。
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直线电机原理及应用
直线电机原理及应用直线电机（Linear Motor）是一种将电能转化为机械能的装置，利用电磁力产生线性运动。
其工作原理与传统的旋转电机相似，都是基于洛伦兹力（Lorentz force）的作用。
直线电机通常由固定部分和可移动部分组成。
固定部分包括固定磁场和电磁线圈，可移动部分包括电磁激励体和传动机构。
当电流通过电磁线圈时，会产生电磁场，与磁场耦合的电磁激励体受到洛伦兹力的作用，从而产生直线运动。
直线电机的应用非常广泛。
以下是几个常见的应用领域：1.输送系统：直线电机可以用于物料输送、装卸运输线、自动化生产线等，以替代传统的传动机构和传送带。
它可以实现高速、高精度的输送，并且无需维护和保养。
2.交通运输：直线电机可以应用于高速列车、磁悬浮列车和地铁等交通工具的动力系统中，提供高速、平稳的运动。
相较于传统的转子电机，直线电机无需传递动力，减少了传动损耗和噪音。
3.机床：直线电机可用于数控机床、磨床和镗床等工具机的进给系统中。
它具有响应快、加速度高的特点，能够提高加工效率和加工质量。
4.半导体设备：直线电机可以用于半导体设备中的定位和移动系统。
它具有高精度、高稳定性的特点，适用于要求极高位置控制和清洁环境的应用。
5.医疗设备：直线电机可以用于医疗设备中的定位和推动系统。
例如，它可以用于手术机器人或医疗床的控制，提供精确的定位和平滑的运动。
直线电机相较于传统的机械传动系统具有许多优势。
首先，直线电机工作原理简单，结构紧凑，具有较高的功率密度。
其次，它可以实现高速、高精度的控制，具有良好的动态响应特性。
另外，直线电机无需传递动力，减少了传动损耗和噪音，提高了效率和可靠性。
此外，直线电机具有自整定、自动保护和自动检测等功能，可提高系统的智能化程度。
尽管直线电机有很多优点，但也存在一些局限性。
首先，直线电机的制造和维护成本较高，因为其结构较为复杂。
其次，直线电机在工作过程中会产生较大的磁场和电磁干扰，可能对周围设备和人员产生一定的影响。
超速磁悬浮列车原理
超速磁悬浮列车系统主要由直线电机、导向系统、悬浮系统、驱动与控制系统等部分构成。
其工作原理如下：
1. 直线电机驱动：超速磁悬浮列车采用抱索牵引方式，这种牵引方式通过直线电机来产生牵引力。
直线电机由定子、动子以及一套控制系统组成。
定子是固定的，而动子上有粘着重量，当两子靠近时，它们之间的磁场相互作用，产生向上的推力。
这个推力大小与动子的重量和速度有关。
2. 悬浮：超速磁悬浮列车通过导向系统将列车导向直线电机前端安装的导向轮上运行。
利用电磁感应原理使列车悬浮于离铁轨约10厘米的高度，从根本上消除了传统的铁路机车车辆与钢轨之间的摩擦传动和牵引力传动的机械性损耗。
3. 导向：导向轮上的导向片根据直线电机的反馈信号控制列车的行进方向。
由于悬浮高度极低，所以导向轮上的导向片只能贴着轨道面运行，不允许有任何变形和磨损，以保证列车运行的正确性和安全性。
4. 驱动与控制：超速磁悬浮列车采用四台转向架，每台转向架上装有两组独立的悬浮线圈和驱动线圈。
列车前进的动力是由直线电机产生的动力反馈到列车的驱动轮上，再通过轮轴传给列车转向架，从而实现列车的驱动。
同时，列车的驱动控制系统通过控制线圈的电流来实现列车的加速、减速和停车。
此外，超高速磁悬浮列车还具有许多优点，如运行速度高、运输量大、节能环保、牵引效率高等。
这些优点使得超高速磁悬浮列车在未来的交通领域中具有广阔的应用前景。
以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关文献。
直线电机(直线马达)在机床中可能会出现的问题
直线电机(直线马达)在机床中可能会出现的问题直线电机(直线马达)在机床中可能会出现的问题，近年来，驱动技术和控制系统的进步和应用是大家有目共睹的，直线电机(直线马达)推动了加工中心结构的不断创新和性能的不断提高。
直线电机(直线马达)和快速数控系统的应用对提高加工中心的高速、高动态和高加工精度起了决定性的作用。
但同时直线电机在加工机床中也会出现一系列问题，主要有以下四种问题：1.发热问题，由于直线电机(直线马达)直接处于散热条件较差的机床内部，其初、次级绕组在进行电磁能量转换过程中所产生的热量，极易使温度T升高；并且T的升高又将引起电机绕组阻值R增大，该时为确保驱动力输出不变，就要增大其电流I，反过来I的增大又将使T升高，从而形成恶性循环的正反馈过程。
又由于直线电机(直线马达)的绕组、铁芯就贴在机床导轨上，其结果将严重引起机床导轨热变形。
2.负载干扰问题。
直线电机(直线马达)传动控制只能是全闭环控制。
其工作台负载（工件重量、切削力等）的变化，对一个稳定系统来说就是外界干扰，若自动调节不好就会引起系统震荡而失稳。
3.隔磁及防护问题。
旋转电机磁场是封闭式的，而直线电机(直线马达)磁场是敞开式的，并且就在机床工作台附近，其工件、切屑和工具等磁性材料很容易被该磁场吸住，而妨碍其正常工作。
为此，虽然采用电磁式要比永磁式好一点，但其隔磁防护仍不能忽视。
并且还需考虑对机床冷却液、润滑油等的防护。
4.垂直进给中的自重问题。
当直线步进电机应用于垂直进给机构时，由于存在拖板自重，因此得解决好直线电机(直线马达)断电时的自锁问题和通电工作时重力加速度对其影响问题。
为此，除了增加合适的平衡配重块（或用液压支承），断电时采取机械自锁装置外，还得在伺服驱动控制模块上采取相应的措施。
第八章直线电机
第八章直线电机本章基本要求•掌握直线电动机的工作原理•理解直线电机在工程中的应用以工程应用背景为引导，掌握直线的基本知识！一直线电机的概述二直线感应电动机三直线直流电动机四直线步进电动机五应用举例六小结直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。
•结构多样，可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种形式；•多电源工作，可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作；•满足多类需求，能满足高速、大推力的驱动要求，也能满足低速、精细的要求。
直线电机按其工作原理可分为直线电动机和直线驱动器直线电动机直线驱动器交流直线感应电动机（LIM）交流直线同步电动机（LSM）电磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可变阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超导体（SC）LSM 直线直流电动机（LDM）电磁式LDM永磁式LDM无刷LDMVR形LPMPM形LPM直线步进电动机（LPM）混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（LES）直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（LUM）直线发电机（LG）直线电机按其结构主要分为五类短初级短次级单边直线电动机双边直线电动机短次级短初级圆筒式结构从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化圆弧式直线电动机圆盘式直线电动机优点•省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。
•不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高。
•直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。
由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。
•直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。
•装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。
•大气隙导致功率因数和效率降低，功率因数和效率比同容量的旋转电机低；•启动推力受电源影响大，需要采取保护措施保证电源的稳定或改变电动机的有关特性来改善；缺点应用•军事领域：利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；•交通运输业：利用直线电机制成时速达500km以上的磁悬浮列车；•工业领域：用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的机械设备中；•精密仪器设备：例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等；•民用装置：如门、窗、桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等。
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直线电机牵引传动系统
直线电机可认为是旋转电机的结构的转变，即将旋转电机沿轴向切开，按水平方向展开，从而使旋转电机的定子演变为初级，转子演变为次级，以直线运动取代旋转运动。
由于直线电机无旋转部件，因此可大大降低城轨车辆的高度，缩小隧道直径，降低工程成本。
直线电机环保性能好，车辆运行噪声小。
直线电机在城轨道车辆上应用时，初级既可设在车上，也可设在地面，这两种形式分别称为车载初级式和地面初级式。
目前，城轨车辆多采用车载初级式异步的方式，初级安装在动车的转向架上，从受电轨受电，电源的变换和控制设备安装在车上；次级是沿线路敷设的两根走行钢轨之间的导体板，建设费用低。
广州地铁4号线车辆和北京机场线地铁车辆均采用直线电机牵引传动系统，该系统采用一台VVVF逆变器向两台三项八极的直线感应电机供电，采用绝缘栅双极晶体管（insulated-gate bipolar transistor，IGBT）器件和脉冲调制技术的牵引逆变器，实现牵引、再生制动控制。