直线电机原理 ppt课件
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《直线电动机》课件
步进驱动
通过控制电流的相位和幅 度，使直线电动机产生步 进式的运动，适用于定位 精度要求高的场合。
控制策略
PID控制
通过比例、积分、微分三 个环节对误差信号进行控 制，简单易行，但对参数 调整要求较高。
模糊控制
基于模糊逻辑和专家知识 的控制方法，适用于非线 性、时变系统的控制。
神经网络控制
利用神经网络的自学习、 自组织特性对系统进行控 制，适用于复杂系统的控 制。
速度与磁通密度关系
在一定范围内，速度随磁通密度增加而增加，但过高的磁通 密度会导致效率降低。
效率与温升特性
效率与负载关系
在额定负载范围内，直线电动机的效 率较高，超出范围效率会降低。
温升与散热
运行过程中产生的热量需要有效散发 ，以防止过热影响电动机性能和寿命 。
控制特性
位置控制
直线电动机可以实现高精度的位置控制，通过调整输入信号可以精确控制电动机的位置。
《直线电动机》ppt课 件
目录 CONTENT
• 直线电动机简介 • 直线电动机的组成与结构 • 直线电动机的工作特性 • 直线电动机的驱动与控制技术 • 直线电动机的优缺点与选择建议 • 直线电动机的发展趋势与未来展
望
01
直线电动机简介
定义与工作原理
定义
直线电动机是一种将电能直接转 换为直线运动动能的装置，也称 为线性电动机或线性马达。
求。
紧凑化
为了适应空间限制和便携式设备的 需求，直线电动机的设计趋向于更 紧凑、轻巧，同时保持高效率和可 靠性。
智能化
结合传感器和控制系统，直线电动 机趋向于实现智能化控制，能够自 适应调节和优化运行状态，提高运 行效率和稳定性。
应用领域拓展
电机学chap11直线电动机课件
运行无噪声
功率较小，价格比 较高
超声波电机主要应用在汽车、照相机、医疗机械、航空航
天等领域。
10-5 不同结构的直线电动机
a) 双边型短一次长二次 b) 单边型长一次短二次
1—一次侧
2—二次侧
10.直线电动机
➢感应式直线电动机
前者铁心和绕组都是断开的， 而后者铁心为圆筒形,铁心及 设置在上面的绕组是连续的， 无头无尾。
普通感应机
图示三相、14槽、双层叠绕 组，p=2，，y=2。由图可见， 槽1、2和13、14中只有一个 圈边。
② A保留通电状态，B断电，C加电压，C长度因逆压电效 应伸长∆，并使B前移∆
③ B通电吸住在V形槽中 ④ A及C断电，C恢复原长度L，拉住A前移∆ ⑤ A恢复通电，对比①动子前进了∆直线距离。
10.直线电动机
➢ 超声波电动机原理
一端固定的压电陶瓷， 加以高频电源，它纵 向或横向的伸缩便形 成振动这个机械振动 通过种种不同的方法 可以转换成旋转运动。
10-6一个简单的直线感应 电动机一次绕组展开图
10.直线电动机
➢ 边端效应
边端效应是直线电机特有的不良效应，均会影响电机的性能
动态纵向 边端效应
两端和中间的 互电感因铁心 断开，绕组不 对称而不相等
边端效应
静态纵向 边端效应
动子在进入和 离开铁心断开 端时，磁导发 生变化
10.直线电动机
➢ 直线步进电动机
✓ 振荡式直线运动。 两个晶闸管被控制轮流导通，左右两侧磁极相应轮流被激 励磁场，由磁阻拉力使动子左右振荡。
10-4 振荡式直线电机 1—一次侧定子 2—二次侧动子 3—励磁线圈 4—晶闸管
10.直线电动机
➢ 直线电动机结构按工作特点划分
直线电机PPT课件
第12章 直线电机
图 12 - 2 平板型直线电动机 (a) 短初级； (b) 短次级
第12章 直线电机
图12 - 2所示的平板型直线电机仅在次级的一边具 有初级， 这种结构型式称单边型。单边型除了产生切 向力外， 还会在初、 次级间产生较大的法向力， 这在 某些应用中是不希望的。 为了更充分地利用次级和消 除法向力， 可以在次级的两侧都装上初级。 这种结构 型式称为双边型， 如图12 - 3所示。
根据电磁感应定律， 当磁钢相对于线圈以速度v运 动时， 磁通切割线圈边， 因而在两线圈中产生感应电 势E， 其值可用下式表示：
E2Wk
L
第12章 直线电机
式中， W/L为线圈的线密度， Φ为每极磁通。 因而感应 电势与直线运动速度成线性关系。 这就是直线测速机的 基本原理。
从关系式可见， 线圈的线密度决定着测速机的输出 斜率的值。 若线圈绕制不均匀， 排列不整齐， 造成线 圈各处密度不等， 会使电压脉动等指标变坏。 因此， 线圈的绕制需十分精心， 这是决定电机质量的关键之一。
第12章 直线电机
在平板型电机里线圈一般做成菱形， 如图12 - 5(a)(图 中只示出一相线圈的连接)， 它的端部只起连接作用。 在管形电机里， 线圈的端部就不再需要， 把各线圈边 卷曲起来， 就成为饼式线圈， 如图12 - 5(b)所示。 管 型直线感应电动机的典型结构如图12 - 6所示， 它的 初级铁心是由硅钢片叠成的一些环形钢盘， 初级多相 绕组的线圈绕成饼式， 装配时将铁心与线圈交替叠放 于钢管机壳内。 管型电机的次级通常由一根表面包有 铜皮或铝皮的实心钢元或厚壁钢管构成。
第12章 直线电机
与旋转电机传动相比， 直线电机传动主要具有下 列优点：
(1) 直线电机由于不需要中间传动机械， 因而使整 个机械得到简化， 提高了精度， 减少了振动和噪音；
直线电机工作原理
直线机电工作原理直线机电是一种将电能转化为机械运动的装置，其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。
它由线圈、磁场和导轨组成，通过施加电流于线圈产生磁场，进而与导轨上的磁场相互作用，从而产生直线运动。
工作原理如下：1. 线圈产生磁场：直线机电中的线圈通电时，会在其周围产生磁场。
线圈通常由导电材料制成，通过外部电源施加电流，电流在线圈内形成环状磁场。
2. 磁场相互作用：导轨上有一磁场，可以是永磁体或者通过电流产生的磁场。
当线圈内的磁场与导轨上的磁场相互作用时，会产生洛伦兹力。
3. 洛伦兹力产生运动：洛伦兹力是由电流通过导线时在磁场中产生的力。
当线圈内的电流与导轨上的磁场相互作用时，会产生一个力，使得线圈受到推动或者拉动，从而产生直线运动。
4. 反向运动控制：直线机电的运动方向可以通过改变电流的方向来控制。
改变电流方向会改变线圈内的磁场方向，从而改变洛伦兹力的方向，进而改变直线运动的方向。
直线机电的优点：1. 高速和高加速度：直线机电具有快速响应和高加速度的优势，适合于需要快速运动的应用。
2. 高精度和高重复性：直线机电具有较高的精度和重复性，可以实现精确的位置控制。
3. 高效率：直线机电的能量转换效率较高，可以将电能转化为机械能的效率接近100%。
4. 无磨擦和无磨损：直线机电的运动是通过线圈与导轨之间的磁场相互作用实现的，没有机械接触，因此没有磨擦和磨损。
直线机电的应用领域：1. 工业自动化：直线机电广泛应用于自动化生产线、机器人和加工设备中，用于实现高速、高精度的定位和运动控制。
2. 医疗设备：直线机电在医疗设备中的应用包括手术机器人、医疗床和影像设备等，可以提供精确的位置控制和平稳的运动。
3. 航空航天：直线机电在航空航天领域中用于推进系统、舵机和起落架等，可以提供快速、精确的运动。
4. 交通运输：直线机电可以应用于高速列车、磁悬浮列车和电动汽车等交通工具中，实现高速、高效的运动。
总结：直线机电是一种基于电磁感应和洛伦兹力的装置，通过施加电流于线圈产生磁场，与导轨上的磁场相互作用，从而产生直线运动。
【最全PPT】直线电机的工作原理
直线电机主要应用场合：
▪ 一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； ▪ 其次是作为长期连续运行的驱动电机； ▪ 三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
▪ 直线电机可以在几秒钟内把一架几千公斤重的直升飞机拉到每小时几百公 里的速度，它在真空中运行时，其时速可达几千上万公里。
海关承担着大量物品的进出分拣，过去也和邮政分拣相类似，现在有些海关，如国内深圳海关就采用了由浙江大学提供直线电机驱动 的物流分拣线，使用效果很好。 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反 应异常灵敏快捷。 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪 音将大大降低。 直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较
直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向 剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中 定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机 的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙 中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用 下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。 近 几年来，世界上一些发达国家开始将直线电机技术 应用于数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的 伺服电机+滚珠丝杠副驱动系统，取得了巨大的成功 。
直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较
▪ 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最 大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机 床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。 正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性 能指标和优点。
直线电机工作原理
三、三相電機的工作原理
圖1. 三相電機結構示意圖 圖2. 旋轉磁場形成原理
定子繞組通入三相交流電流
旋轉磁場
切割轉子繞組
轉子繞組產生感應電動勢
閉合轉子回路產生感應電流
轉子在磁場中受到電磁轉矩4
四、直線電機原理
在初級中通入三相正弦電流後，產生磁場，當三相電流隨時 間變化時，磁場將按A、B、C相序沿直線運動。這個磁場是平移 的，而不是旋轉的，因此稱為行波磁場。
直線電機學習報告
一、簡介
直線電機是一種作直線運動的電機，是DD（Direct Driver） 電機的一種。直線電機和執行機構之間沒有中間傳動機構，使 得傳動結構簡單，可實現快速啟動和正反向運動。磁悬浮列车 是直线电机实际应用的最典型的例子。
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二、結構
旋轉電機
直線電機
直線電機可以看成是一台旋轉電機按徑向剖開，並展成平面 而成。由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側 稱為次級。
在磁場推力的作用下假設初級是固定不動的，那麼次級就 順著行波磁場運動的方向做直線運動。
五、保養維護
光 柵 尺
清潔滑塊并打油
用干無塵布清潔 切忌使用酒精清潔
由於直線電機是無接觸的，故電機的保養主要保養滑塊 及光柵尺。
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Thank You
直线电机原理
直线电机原理
直线电机是一种电动机类型，其工作原理基于洛伦兹力和直流电磁铁的相互作用。
它由线圈和磁场组成。
线圈是通电的导线，磁场则由一个或多个永久磁铁或电磁铁提供。
当通电时，线圈内的电流会产生一个磁场。
根据洛伦兹力的原理，磁场和电流相互作用会在线圈中产生一个力。
这个力的方向取决于线圈中电流的方向和磁场的方向。
力的大小与电流的大小成正比。
当磁场和电流的方向相互平行时，线圈受到的力会使其运动。
由于电流的改变导致磁场方向的变化，线圈也会跟随此变化而移动。
这使得直线电机能够实现线性运动。
直线电机可用于多种应用，如自动化机械、交通运输和工业设备。
它们具有高效率、快速响应和精确控制等优点。
直线电机的工作原理被广泛研究和应用，以满足各种工程需求。
直线电机应用以和伺服控制PPT课件
11/8/2019
优质
7
变增益交叉耦合控制： 以减小轨迹误差为目标的控制算法
2019/11/8
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Y
圆心（X0，Y0）
θ
R
P* (Rx，Ry)
Ey
ε
Ex
P
(Px，Py)
θ
X
2019/11/8
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• 直线电机优点（无铁芯无刷直线电机）
– 高精度：（无传动误差，高分辨率光栅尺，全闭环控制）定位 精度（±4um）、重复定位精度（±1um）
2019/11/8
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11/8/2019
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11/8/2019
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减小单轴跟随误差对减小轮廓误差有作用，
但是也有很多限制。例如上图中，同时减小 XY的跟随误差后，其轮廓误差并没有明显减 少，反倒有可能增大。平且一味的减少单轴 跟随误差还有可能导致系统太灵敏而不稳定。
2019/11/8
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2019/11/8
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直线电机选型（引用华嶺机电资料）
2019/11/8
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2019/11/8
• 直线电机选型还要注意 – 温升（冷却） – 工作电流 – 行程
– 霍尔元器件（没有霍尔，上电需要驱动器 寻找磁场相序）
• 然后优化驱动器速度环
• 最后调整FSCUT4000的PID参 数，使用“PID自动调整”
• 自动调整时使用“高级自动 调整”，尽量使用高一些的 刚性等级
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电磁悬浮系统（EMS）
是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁 铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。
常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的 悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧 的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部 的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与 轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向 和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。
圆弧式直线电动机
圆盘式直线电动机
4.1.2 直线电动机传动的特点
(1) 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。
(2) 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，随动性好， 准确度高。
(3) 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。
上海磁浮列车为此类
超导型 以日本为代表
利用超导磁体产生的强磁场，列车运 行时与布置在地面上的线圈相互作用， 产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙 较大，一般为100毫米左右，速度可 达每小时500公里以上。
磁悬浮列车主要 由悬浮系统、 推进系统和导向 系统 三大部分组成
一、悬浮系统：
电磁悬浮系统（EMS） 电力悬浮系统（EDS）
二、推进系统：
磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理
车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直 线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移 动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步 直线电动机的长定子绕组。
从电动机的工作原理可以知道，当作为定子 的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电 机的转子转动。
4.2.1 直线感应电动机的基本原理
行波磁场 在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生 一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波
B 是直线移动的，故称为行波磁场。
如电机极距为，电源频率为f，磁场移动速度为
vs 2 f
s 次级速度为v ，
则滑差率为
vs
v
vs
次级移动速度
v(1s)vs2f(1s)
4.2.2 直线感应电动机的结构特点 1. 初级 直线电机的初级相当于旋转电机的定子。初级铁心 也是由硅钢片叠成的，—面开有槽，三相(或单相) 绕组嵌置于槽内。
1)扁平式初级结构
2. 次级 1）扁平型直线电机 栅型次级：一般是在钢板上 开槽，在槽中嵌入铜条(或 铸铝)，然后用铜带在两端 短接而成。
根据车速，通过电能转换器调整在线列车原理
磁悬浮列车实际上是依靠电 磁吸力或电动斥力将列车悬浮 于空中并进行导向，实现列车 与地面轨道间的无机械接触， 再利用直线电机驱动列车运行 。
磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。
常导型 德国高速常导磁浮列车为代表
利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理 将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般 为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列 车的速度可达每小时400～500公里， 适合于城市间的长距离快速运输。
即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
电力悬浮系统（EDS）
将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。 由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从 而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。
最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下 所具有的完全导电性和完全抗磁性。
机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮
钢次级或磁性次级：钢既起导磁作用，又起导电作用. 由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能 较差，且法向吸力也大(约为推力的10倍左右)。
复合次级：钢板上复合一层铜板(或铝板)。
铜(铝)次级或非磁性次级:用于双边型直线电机中
2）圆筒型直线电机 圆筒式直线电机，次级一般是厚壁钢管，为了提 高单位体积所产生的起动推力，可以在钢管外圆 覆盖一层1~2mm厚的铜管或铝管，成为复合次 级，或者在钢管上嵌置铜环或浇铸铝环，成为类 似于笼型的次级。
4.1.2 直线电动机传动的特点
(4) 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。
(5) 装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合 成一体。
(6) 某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点， 如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉 力等等。
4.2 直线感应电动机
第 4 章 直线电动机 Linear Motor
4.1 直线电动机概述
4.1.1 直线电动机的原理与分类 从旋转电动机到直线电机的演化
旋转电动机的定子和转子分 别对应直线电动机的初级和 次级
单边型直线电动机
短 初 级 短 次 级
双边型直线电动机
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
嵌置铜环或铝环的圆筒式次级
3. 气隙
直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，主 要是为了保证在长距离运动中，初级与次级之间不致 摩擦。
复合次级和铜(铝)次级：因为铜或铝均属非磁性材 料，其导磁性能和空气相同，故：
+ 电磁气隙=机械气隙(单纯的空气隙)
铜板或铝板厚度
直线感应电动机的缺点：气隙大，功率因数低
当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提 供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承 载系统连同列车一起就像电机的"转子"一样被 推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可 以完全实现非接触的牵引和制动。
在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将 线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁 体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进 是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前 一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同 时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极） 所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流 流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线 圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。