直線同步電動機

直線同步電動機根據(jù)其動子勵磁的不同，可分為動子磁極由直流勵磁的常規(guī)直線同步電動機和動子磁極為永磁體的永磁直線同步電動機。前者勵磁磁場的大小由直流電流的大小決定。通過控制勵磁電流可以改變電機的切向牽引力和側(cè)向吸引力。這種結(jié)構(gòu)的電動機使得電機的切向和側(cè)向力可以分別控制。永磁直線同步電動機磁極磁場由永磁體提供，磁極動子無需外加電源勵磁，使電動機的結(jié)構(gòu)得到簡化，電機的整體效率提高，但磁極磁場不可調(diào)。

直線同步電動機也是由相應的旋轉(zhuǎn)電動機演化而成，其工作原理類同于普通的旋轉(zhuǎn)電動機。直線同步電動機的磁極可由直流勵磁繞組勵磁或者由永磁體勵磁，其中永磁式的可靠性和效率更高一些。永磁式A線同步電動機的工作原理如圖1。

在三相定子繞組通入對稱的三相正弦交流電流，在產(chǎn)生的氣隙行波磁場和永磁磁極磁場的共同作用下，氣隙磁場對永磁磁極動子產(chǎn)生電磁推力，如果初級固定不動，則在該電磁推力的作用下磁極就沿著行波磁場運動的方向做直線運動，而且磁極運動的速度與行波磁場的速度相同。

直線同步電動機相對于直線感應電動機而言，具有更大的驅(qū)動力，控制性能和位置精度更好。因此，直線同步電動機在高速地面運輸和直線提升裝置的驅(qū)動系統(tǒng)中的應用更受重視，各種類型的直線同步電動機是直線驅(qū)動的主要選擇。

1、平板型單邊長定子電磁式直線同步電動機

平板型單邊長定子直線同步電動機的動子與定子之間具有切向驅(qū)動力和法向吸引力。電機勵磁可通過調(diào)節(jié)動子磁極繞組的電流大小來改變。運行時，長定子繞組分段切換通電，由于每段通電定子下只有一部分覆蓋有磁極，因此定子繞組的漏抗較大。電源電壓的一部分用于克服漏抗壓降。

2、圓筒型直線同步電動機

圓筒型直線同步電動機是一種外形如旋轉(zhuǎn)電機的圓柱型直線電機。這種直線電機一般均為短初級、長次級型式。

3、永磁直線同步電動機

永磁直線同步電動機以永磁體勵磁，它兼有永磁電機和直線電機的雙重特點。與直線感應電動機相比，永磁直線同步電動機的力學性能指標高，體積小，重量輕，且具有發(fā)電制動功能，缺點主要是造價較高，控制較復雜。

4、混合勵磁直線同步電動機

在直線同步電動機當中，還有采用高性能永磁體與電勵磁線圈混合的勵磁系統(tǒng)，也稱為可控永磁直線同步電動機。其主要特點是基本勵磁由永磁體提供，而動態(tài)調(diào)整由電勵磁來完成，突出了可控性的優(yōu)點。

1、直線同步電動機在磁懸浮列車上的應用

直線同步電動機一個最典型的應用是磁浮列車的牽引。它所具有的高速、舒適、安全、無污染、無噪聲、無振動、節(jié)能等優(yōu)點越來越獲得人們的青睞。圖22是長定子直線同步電動機驅(qū)動磁浮列車的外形圖。

圖中驅(qū)動部分為直線同步電動機。初級(定子組)安裝在線路上，使車輛更輕，供電方便，技術(shù)更為簡單。懸浮線圈產(chǎn)生電磁吸引力，將車輛從下面拉向軌道，并保持一定的垂直距離。導向線圈產(chǎn)生的磁力則使車輛與軌道有一定的側(cè)向距離。這一切均可通過一整套高精度的電子調(diào)整系統(tǒng)保證車輛始終不變地定向懸浮在10～15mm并直線運動。懸浮和導向系統(tǒng)以及車上設備的用電由懸浮直線發(fā)電機供給。如超導懸浮，則可使車輛懸浮到100mm以上。

2、永磁直線同步電動機在精密加工中的應用

為了提高生產(chǎn)力和改善加工質(zhì)量，超高速、超高精度加工是關(guān)鍵。目前對數(shù)控機床的進給速度要求已從6～8m/min提高到大于50～60m/min，加速度要求達到1～5g。這個指標對具有中間傳動和變換環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)進給驅(qū)動系統(tǒng)是無法實現(xiàn)的，因而需要尋找一種新的執(zhí)行機構(gòu)。這就使得新一代直線電動機進給驅(qū)動系統(tǒng)應運而生。20世紀末以來，從世界四大國際機床展表明，直線電動機直接驅(qū)動不斷應用于數(shù)控機床、加工中心、壓力機等是一種趨勢。

直線電動機驅(qū)動具有高推力、高速、高精度、平滑進給運動等特性。機床進給系統(tǒng)采用直線同步電動機直接驅(qū)動。與原旋轉(zhuǎn)電動機傳動方式的最大區(qū)別是，取消了從電動機到工作臺(拖板)之間的機械中間傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，故這種傳動方式稱為“直接驅(qū)動”，也稱“零傳動”。直接驅(qū)動避免了絲杠傳動中的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點，帶來了原旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。

3、永磁直線同步電動機在垂直升降系統(tǒng)中的應用

現(xiàn)代高層建筑越建越高，地下開采越采越深，傳統(tǒng)有繩提升系統(tǒng)的缺陷越來越明顯，其提升鋼繩的機械強度也有個極限范圍。采用永磁直線同步電機的提升系統(tǒng)是無繩提升系統(tǒng)，有提升高度(深度)不受設備限制、設備數(shù)量少、占用空間少、提升系統(tǒng)簡化、提高系統(tǒng)效率、降低施工成本以及節(jié)約電能等特點。直線電機提升系統(tǒng)較鋼繩提升系統(tǒng)還有一個最大優(yōu)點是可以達到后者無法達到的高速提升，縮短提升周期，提高工作效率。

由于同步電機可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流使它在超前功率因數(shù)下運行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此，大型設備，如大型鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等，常用同步電動機驅(qū)動。低速的大型設備采用同步電動機時，這一優(yōu)點尤為突出。此外，同步電動機的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻率。頻率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速也就一定，它不隨負載而變。這一特點在某些傳動系統(tǒng)，特別是多機同步傳動系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。同步電動機的運行穩(wěn)定性也比較高。同步電動機一般是在過勵狀態(tài)下運行，其過載能力比相應的異步電動機大。異步電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而同步電動機的轉(zhuǎn)矩決定于電壓和電機勵磁電流所產(chǎn)生的內(nèi)電動勢的乘積，即僅與電壓的一次方成比例。當電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%左右時，異步電動機轉(zhuǎn)矩往往下降為64%左右，并因帶不動負載而停止運轉(zhuǎn)；而同步電動機的轉(zhuǎn)矩卻下降不多，還可以通過強行勵磁來保證電動機的穩(wěn)定運行。

利用鋼絲和激光束等測量直線度。利用鋼絲測量車床導軌的直線度誤差時，移動溜板，可從安裝在溜板上的讀數(shù)顯微鏡中讀出導軌各點偏離鋼絲的數(shù)值。利用激光束測量直線度誤差時，激光束相當于鋼絲，四象限光電傳感器和指示表相當于讀數(shù)顯微鏡，沿被測導軌移動滑塊，若四象限光電傳感器中的 4個光電池所接收的光強信號相等，表示導軌直線度好；否則表示存在誤差。誤差大小可以直接從指示表中讀出。利用激光束測量直線度誤差的測量工具稱為激光準直儀。