7.2直线异步电动机的结构

1.直线异步电动机的结构型式

直线电机可以认为是由旋转电机在结构方面的一种演变，它可 以看作是将一台旋转电机沿其径向剖开，然后将电机的圆周展开成 直线，如图7-1所示，这样就得到了由旋转电机演变而来的最原始 的直线电机。由定子演变而来的一侧称为初级或原边，由转子演变 而来的一侧称为次级或副边。

在图7-1中演变而来的直线电机，其初级和次级的长度是相等的，由于在运行时初级与次级之间要作相对运动，如果在运动开始 时，初级与次级正巧对齐，那么在运动中，初级与次级之间相互耦 合的部分将越来越少，造成不能正常工作，为了保证在所需的行程范围内，初级与次级之间的耦合始终能保持不变，因此在实际应用

时，必须将初级与次级制造成不同的长度。在直线电机制造时，既可以是初级长、次级短；也可以是初级短、次级长。前者称为长初级短次级，后者称为短初级长次级。由于在制造的成本上，以及运行时的费用上短初级均比短次级低得多，故而，目前除特殊需要外，一般均采用短初级，如图7-2所示。

在图7-2中所示的直线电机仅在一边安放初级，对于这样的结构型式，称为单边型直线电机。这种结构的电机在初级与次级之间存在着一个很大的法向吸力，一般情况下，这个法向吸力，在钢次级时约为推力的10倍左右。在大多数的场合下，这种法向吸力是不希望它存在的。如果在次级的两边都装上初级，那么这个法向吸力可以相互抵消，这种结构型式称为双边型直线电机，如图7-3所亦。

上述介绍的直线电机称为扁平型直线电机，是目前应用最广泛的。除了扁平型直线电机的结构型式外，直线电机还可以做成圆筒型(也称管型）结构，它也是由旋转式交流异步电动机演变而来的，其演变的过程如图7-4所示7K〇图7*4a中表示一台旋转式异步电动机，定子绕组所构成的磁

场极性分布的情况，图7«4b表示演变为扁平型直线电机后初级绕组所产生的磁场极性分布状况，然后将扁平型直线电机沿着和直线电机运动相垂直的方向卷起来，这样就得到了图7Wc所示的圆筒型直线电机。圆筒型直线电机的优点是没有绕组端部，不存在横向边缘效应，次级的支承也比较方便，缺点是铁心必须沿周向叠片，才能减小由交变磁通在铁心中感应的涡流，这在工艺上比较复杂，且散热条件也比较差。

此外，尚可把次级做成一片圆盘（铜、铝或钢），并将初级放在次级圆盘近外缘的平面上，如图7-5所示。次级圆盘在初级移动磁场的作用下，产生感应电动势和感应电流，此电流与磁场作用产生电磁推力，使圆盘绕其轴线作旋转运动，这就是圆盘型直线电机的工作原理，圆盘型直线电机除了以上的典型结构外，尚可将典型的圆盘型直线电机的初级弯成与圆盘曲率相一致的弧型，如图16所示。此种电机也可以看作端面旋转电机的一部分，称它为弧型初级端面次级直线电机，这种电机的制造工艺复杂，除用它作为高速直线电机模型时才有一定价值外，一般在工业上是不采用的。另外，还可以把扁平型直线电机的初级沿磁场运动的方向制成弧形，并安放于次级圆柱面外侧的结构，称为弧型初级柱面次级直线电机，如图7-7

所示。圆盘型和弧型直线电圆盘型直线电机的主要优点是：力矩与旋转速度可以通过多台初级（同样规格的）组合的方式或通过初级在圆盘上径向的位置来调节。无需通过齿轮减速箱就能得到较低的转速，因而无机械噪声和振动。可以持续稳速运行。

(4)维修方便。

总之，直线电机的结构型式，比它所对应的旋转式电机的结构型式要多得多，从而便于灵活选用。从原理上说，任何一种类型的旋转电机，都可以通过上述的演变过程，而变成相对应的直线电机，与旋转电机相对应的直线电机，可分为直线异步电机，直线同步电机，直线直流电机及特种直线电机（例如直线步进电机）四类，本文主要介绍直线异步电机。

7.2.2直线异步电动机的结构特点

(1)初级在扁平型直线电机中，其初级如图7-2中所示。初级铁心也是山硅钢片叠成，一面开有槽，三相（或单相）绕组嵌置于槽内，但直线电机的初级与旋转电机的定子之间一个最大的差别是旋转电机的定子铁心与绕组沿圆周方向是到处连续的，而直线电机的初级铁心是开断的，形成二个端部，铁心和绕组的开断会对电机的气隙磁场产生一定的影响，对移动磁场而言，出现了一个“进口端”和一个“出口端”即后面要讲的纵向边缘效应，使电机的损耗增加，出力减小。对管式电机来说，其初级一般是用硅钢加工成若干具有凹槽的圆环组成，最后装配时四周用螺栓拉紧，如图7-8所示。

(2)次级直线电机的次级相当于旋转电机的转子，与笼型绕组相对应的就是栅型次级，如图7-9所示。它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。栅型次级的直线电机性能较好，但是由于加工困难，因此在短初级的直线电机中很少采用。在短初级直线电机中，常用的次级有三种，第一种是钢板，称为钢次级或磁性次级，此时钢既起导磁作用，又起导电作用，但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)。第二种是在钢板上复合一层铜板（或铝板），称为钢铜（或钢铝）复合次级。在复合次级中钢主要起导磁作用，而导电则主要是

靠铜或铝。第三种是单纯的铜板（或铝板），称为铜(铝）次级或非磁性次级。它主要是用于双边型直线电机中，使用时应注意在任何瞬时一边的N极必须对准另一边的S极，这样做磁路最短，如图7-10所示。尚需指出，在实际使用时，非磁性次级的直线电机是承受不了大的推力或拉力的，因为铜和铝的机械强度及刚度不够，所以在实际应用时，一般均采用复合次级的结构。当复合次级的铜板厚度大于2mm或铝板厚度大于4mm时，这一种复合次级在设计时可以作为非磁性次级来计算。对于管型直线电机，其次级一般是应用厚壁钢管，中间的孔主要是为了冷却和减轻重量，如图7-11所示，有时为了提高单位体积所产生的起动推力，可以在钢管外圆上覆盖一层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，如图7-12所示。

(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相擦，对于复合次级和铜（铝）次级来说，除了通常所说的机械气隙外，还要 引人一个电磁气隙的概念，因为铜或铝均属非磁性材料，其导磁性能和空气相同，因此在磁路计算时，铜板或铝板的厚度应归并到气隙中，总的气隙应由机械气隙（单纯的空气隙）加上铜板（或铝板〉的厚度构成，这总的气隙称为电磁气隙，一般用I表示。