1 緒論
1.1直線電機的簡介
1.1.1直線電機
一般電動機工作時都是轉動的．但是用旋轉的電機驅動的交通工具（比如電動機車和城市中的電車等）需要做直線運動，用旋轉的電機驅動的機器的一些部件也要做直線運動．這就需要增加把旋轉運動變為直線運動的一套裝置．能不能直接運用直線運動的電機來驅動，從而省去這套裝呢？幾十年前人們就提出了這個問題．現在已製成了直線運動的電動機，即直線電機．把一台旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，並且展平，這就成了一台直線感應電動機
直線電機技術是一門新興的專業技術，其應用涉及到機械製造及其自動化、控制工程、機電一體化、工業自動化、機械人等領域，而且隨著直線電機技術的發展，直線電機將會應用於各種需要直線運動的場合。旋轉電機所有的品種,直線電機技術幾乎都有相對應的品種。其應用範圍正在不斷擴大。
在一些它能獨特發揮作用的地方,取得了非常令人滿意得效果。隨著微電子、電力電子技術、永磁材料技術和驅動技術的發展,直線電機系統有了長足的進步,國外著名電器(氣)公司相繼推出並不斷完善、更新各自的直線電機系統。其應用十分廣泛,如列車驅動、物料運送、工具機工作、食品和輕工機械、自動繪圖儀等
1.1.2 直線電機發展歷史
2023年wheatsone開始提出和製作了略具雛形的直線電機。從那時至今，在160多年的歷史中，直線電機經歷了三個時期。
1840～2023年為探索實驗時期：
在1840～2023年期間，是直線電機探索實驗和部分實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭中，由於直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰勝旋轉電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領域，以及直線電機在設計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能得到真正的應用。
1956～2023年為開發應用時期：
自2023年以來，直線電機進入了全面的開發階段，特別是該時期的控制技術和材料的驚人發展，更加助長了這種勢頭。在這段時期，申請直線機的專利件數也開始急速增加，該時期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術領域的平均增長率。
到2023年以後，隨著控制技術和材料效能的顯著提高，應用直線電機的實用裝置被逐步開發出來，例如採用直線電機的mhd幫浦、自動繪圖儀、磁頭定位驅動裝置、電唱機、縫紉機、空氣壓縮機、輸送裝置等。
2023年至今為實用商品時期
從2023年開始到目前的這個階段，直線電機終於進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，製成了許多具有實用價值的裝置和產品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗行程累計已達數十萬千公尺。
在這個時期，我國直線電機的研究和應用發展是從20世紀70年代初開始的。主要成果有工廠行車、電磁錘、沖壓機、摩擦壓力機、磁分選機、玻璃攪拌、拉伸機、送料機、粒子加速器、郵政分揀機、礦山運輸系統、計算機磁碟定位系統、自動繪圖儀、直線電機驅動遙控(電動)窗簾機、直線電機驅動門、炒茶機等，我國直線電機研究雖然也取得了一些成績，但和國外相比，其推廣應用方面尚存在很大差距。
1.2直線電機的原理
1.2.1 直線電機結構
直線電機的原理並不複雜．設想把一台旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，並且展平，這就成了一台直線感應電動機（圖）．在直線電機中，相當於旋轉電機定子的，叫初級；相當於旋轉電機轉子的，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動．這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那麼長．實際上，直線電機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，也可以次級固定、初級移動。如圖1-1所示：
圖1-1 直線電機的轉變過程
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。在實際應用時，將初級和次級製造成不同的長度，以保證在所需行程範圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級。
考慮到製造成本、執行費用，目前一般均採用短初級長次級。
直線電動機的工作原理與旋轉電動機相似。以直線感應電動機為例：當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢並產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。
如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動；反之，則初級做直線運動。
1.2.2 直線電機工作原理
直線電機不僅在結構上相當於旋轉電機演變而來，而且其工作原理也與旋轉電機相似。故從旋轉電機學的基本工作原理引出直線電機的基本工作原理。
《一》旋轉電機工作原理
圖1-2表示一台簡單的兩極旋轉電機，圖中線圈ax、by、cz有定子a、b、c三相繞組組成，擋在其中通入三相對稱正弦電流後，便在氣隙中產生了乙個磁場，這個磁場可看成沿氣隙圓周星正弦分布。當a相電流達到最大時，b和c相的電流都為負的最大值的1/2，這時磁場波幅處於a相繞組軸線上，如圖所示：經過t=2π/（3ω）時間後。
b相電流達到最大值，這時c和a相都為負的最大值的1/2，而磁場波幅轉到b的軸線上。由此可見，電流隨時間變化，磁場波幅就按a、b、c相序圓周旋轉。電流變化乙個週期，磁場轉過一對極。
這種磁場稱為旋轉磁場，它的需轉速度稱為同步轉速，與電流的頻率f(hz)成正比，而與電機的極對數p成反比。
通過如圖可說明旋轉磁場對轉子的作用，為了簡單起見，圖中1-10籠型轉子只畫出了兩根導條。
當氣隙中旋轉磁場以同步速度n旋轉時，該磁場就會切割轉子導條，而在其中感應出電動勢。電動勢的方向可按右手定則確定，示於圖中轉子導條上。由於
圖1—2旋轉電機的旋轉磁場
轉子導條是通過斷環短接的，因此在感應電動勢的作用下，便在轉子導條中產生電流。當不考慮電動勢和電流的相位差時，電流的方向即為電動勢餓方向。這個轉子電流與氣隙磁場相互作用便產生切向電磁力f。
電磁力的方向可用左手定則確定。 以上就是一般旋轉電機的基本工作原理。
《二》直線電機的基本工作原理
直線電機的三相繞組中通入三相對稱正弦電流後，也會產生氣隙磁場。當不考慮由於鐵心兩端開斷後而引起的縱向邊效應時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉電機的相似。即可看成沿展開的直線方向呈正弦形分布。
當三相電流隨時間變化時，氣隙磁場將按a、b、c相序沿直線移動。這個原理與直線的相似，兩者的差異是「行波磁場的移動速度與旋轉磁場在定子內圓表面上的線速度是一樣的，即為vs，稱為同步速度，且：
vs=2fτ
再來看行波磁場對次級的作用。假定次級為柵極次級，圖1-11中僅畫出其中的一根導條。次級導條在行波磁場切割下，將感應電動勢並產生電流。
而所有導條的電流和氣隙磁場相互作用便產生電磁推力。在這個電磁推力的作用下，如果初級是固定不動的，那末次級就順著行波磁場運動的方向作直線運動。若次級移動的速度用v表示，轉差率用s表示，則有公式
在電機執行狀態下，在0和1之間。上述就是直線電機的基本工作原理。
應該指出，直線電機的次級大多採用整塊金屬板或復合金屬板，因此並不存在明顯的導條。但在分析時，不妨把整塊看成是無限多的導條並列安置，這樣仍可以應用上述原理進行討論。在圖1-3中，分別畫出了假象導條中的感應帶腦瘤及金屬板內電流的分布，圖中iδ為初級鐵心的疊片厚度，c為次級在iδ長度方向伸出初級鐵心的寬度，它用來作為次級感應電流的端部通路，c的大小就影響次級的電阻。
圖1-3金屬板內電流的分布
我們知道，旋轉電機通過對換任意兩相的電源線，可以實現反向旋轉。這是因為三相繞組的相序反了，旋轉磁場的轉向也隨之反了，使轉子轉向跟著反過來，根據這一原理。可以使直線電機做往復直線運動。
1.3 直線電機的優缺點
1.3.1 直線電機的優點
直線電機廣泛的應用於工業、民用、軍事及其它各種直線運動場合，採用直線電機驅動的裝置和其他非直線電機驅動的裝置相比，它具有以下一些優點：
（1）採用直線電機驅動的傳動裝置，不需要任何轉換裝置而直接產生推力，因此，它可以省去中間轉換機構，簡化了整個裝置或系統，保證了執行的可靠性，曾經有台直線電機驅動的洗衣機，每天24h連續不停的工作了7年，而沒有做任何維修。
（2）普通旋轉電機由於受到離心力的作用，其圓周速度受到限制，而直線電機執行時，它的零部件和傳動裝置不像旋轉電機那樣會受到離心力的作用，因而它的直線速度可以不受限制。
（3）直線電機是通過電能直接產生直線電磁推力的，它在驅動裝置中，其運動可以無機械接觸，使傳動零部件無磨損，從而大大減少了機械損耗，例如直線電機驅動的磁懸浮列車就是如此。
（4）旋轉電機通過鋼繩、齒條、傳動帶等轉換機構轉換成直線於東，這些轉換機構在執行中，其雜訊是不可避免的；而直線電機是靠電磁推力驅動裝置執行的，故整個裝置或系統的雜訊很小或無雜訊，執行環境好。
（5）由於直線電機結構簡單，且他的初級鐵心在嵌線後可以用環氧樹脂等密封成整體，所以可以再一些特殊場合中應用，例如可在潮濕甚至水中使用，可在有腐蝕性氣體或有毒、有害氣體中應用，亦可在幾千度的高溫下或零下幾百度的低溫下使用。
（6）由於直線電機結構簡單，其散熱效果也比較好，特別是常用的扁平型短初級直線電機，初級的鐵心和繞組端部，直接暴露在空氣中，所以這一類直線電機的熱負荷可以取得較高，並且不需要附加冷卻裝置。
1.3.2 直線電機的缺點
當然，任何事物都是一分為二的，直線電機也不例外，它也存在著一些不足之處，主要表現在以下兩個方面：
（1）與同容量旋轉電機相比，直線電機的效率和功率因數要低，尤其在低速時比較明顯。其原因主要是由兩個方面引起的：一是直線電機的初次級氣隙一般比旋轉電機的氣隙大，因此所需的磁化電流比較大，使損耗增加；二是由於直線電機初級鐵心兩端開端，產生了所謂的邊端效應，從而引起波形畸變等問題，其結果也導致損耗增加。
但從整個裝置或系統來看，由於採用直線電機後可省去中間傳動裝置，因此，系統的效率有時還是比採用旋轉電機的高。
直流電機設計開發培訓
一 馬達型號介紹 二 微型dc馬達之應用 一般地,微型dc馬達的使用範圍相當之廣泛.根據其使用用途,大致可分為以下幾方面 三 成品編號系統 四 dc馬達效能曲線圖之理解方法 4.1 從dc馬達之效能曲線圖,可確定在不同工作點上之馬達效能,現簡述其專用符號 no 空載轉速 rpmts 堵轉力矩 io ...
應用最大公因數解決實際問題教學設計
最大公因數的應用教學設計 設計說明 1 創設問題情境，體會數學的應用價值。以實際生活中的問題情境匯入新課，有利於激發學生的學習興趣，便於學生掌握新知。以鋪地磚的實際問題為切入點，要鋪邊長為整分公尺數的地磚而且要求是整塊數，引出求兩個數的公因數的重要性，揭示數學與現實生活的聯絡，體會數學的應用價值，同...
石油化工儲罐液位儀表的設計與實際應用
摘要 通過介紹石油化工儲罐雷達液位表的設計作為例項，著重對其設計的原理 特點以及實際安裝應用進行論述。為我國石油化工儲罐液位儀表的設計與實際應用提供一定的實踐經驗。關鍵詞 石油化工儲罐液位儀表設計與實際應用 中圖分類號 te972.07 文獻標識碼 a文章編號 1672 3791 2012 08 c...