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1、海南风光第7章控制电机 第7章 控制电机 概述概述步进电动机步进电动机1结构结构2工作方式工作方式3小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机伺服电动机1交流伺服电动机交流伺服电动机2直流伺服电动机直流伺服电动机微微 控控 电电 机机 微控电机由驱动微电机和控制电机构成，简称为微控电机。在本质上和前面所讲的普通电机并没有区别,只是他们的侧重点不同而已。普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标；而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，如要求反应快、精度高、运行可靠等等。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。1.驱动微

2、电机驱动微电机：用来拖动各种小型负载，功率一般都在750W以下，最小的不到1W，外形尺寸较小，功率也小。2.控制电机控制电机：在自动控制系统中对信号进行传递和变换，用做执行元件或信号元件。要求有较高的控制性能，如：反应快、精度高、运行可靠等等。主要有伺服电动机、步进电动机、旋转变压器、自整角机和测速发电机等。前前面面介介绍绍的的异异步步电电动动机机、直直流流电电动动机机等等都都是是作作为为动动力力使使用用的的，其其主主要要任任务务是是能能量量转转换换，例例如如将将电电能能转换为机械能。本章介绍控制电机。转换为机械能。本章介绍控制电机。概述概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；如：伺服机将电

3、压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的种类很多，本章主要介绍控制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。步进机、伺服机。对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。1步进电动机步进电动机机理机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，

4、电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。动一小段距离。特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变方向。改变脉冲顺序，改变方向。种类种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。上没有励磁线圈。应用：应用：步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动

5、绘图仪等设备中都得到应用。绘图仪等设备中都得到应用。下下面面以以反反应应式式步步进进电电机机为为例例说说明明步步进进电电机机的的结结构构和和工作原理。工作原理。结构结构 步步进进机机主主要要由由两两部部分分构构成成：定定子子和和转转子子。它它们们均均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。定子定子转子转子定子绕组定子绕组 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。组成一相。注意：注意：这里的相和三相交流电中的这里的相和三相交流电中的“相相”的概念的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图不同

6、。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。的联接和组数的区别。ABC定子定子转子转子IAIBIC工作方式工作方式步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。双六拍、三相双三拍等。1.1 1.1 三相单三拍三相单三拍（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相B 相相C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为：A 相相 C 相相 B 相相 （3）工作过程）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通

7、电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁场的作用下，转子被磁A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA3412CABBCA3412同理，同理，B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相轴线对齐，相相轴线对齐，相对对A相通电位置转相通电位置转30；C相通电再转相通电再转30。1C342CABBA这种工作方式，因三相绕组中

8、每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过30。此角称为。此角称为步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。三相单双六拍三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电

9、，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对2、4齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412总总之之，每每个个循循环环周周期期，有有六六种种通通电电状状态态，所所以以称称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了

10、相对齐，又转了15。三、三相双三拍三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工工作作方方式式为为三三相相双双三三拍拍时时，每每通通入入一一个个电电脉脉冲冲，转转子子也也是是转转30，即，即 S=30。CA通电通电CABBCA34121.3小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距

11、角多为3度和度，度和度，步距角越小，机加工的精度越高。步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是6个磁极，但每个磁极个磁极，但每个磁极上也有五个齿。上也有五个齿。转子的齿距转子的齿距等于等于360/40=9 ，齿宽、齿槽各，齿宽、齿槽各4.5。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。齿宽和齿槽和转子相同。工作原理：工作原理：假设是单三拍通电工作方式。假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子相通电时，定子A 相的五

12、个小齿和转子对相的五个小齿和转子对齐。此时，齐。此时，B 相和相和 A相空间差相空间差120120，含，含 120 120/9/9 =齿齿 A 相和相和 C 相差相差240240，含，含240240/9 9 =个齿。所以，个齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿相的转子、定子的五个小齿对齐时，对齐时，B 相、相、C 相不能对齐，相不能对齐，B相的转子、相的转子、定子相差定子相差 1/3 1/3 个齿（个齿（3 3），），C相的转子、相的转子、定子相差定子相差2/32/3个齿（个齿（6 6）。）。若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转转子只转

13、。异步机的转动方向仍由相序决定。异步机的转动方向仍由相序决定。同理，同理，C 相通电再转相通电再转3（2）A 相相断断电电、B 相相通通电电后后，转转子子只只需需转转过过1/3个个齿（齿（3），使），使B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。f：电脉冲的频率电脉冲的频率转速转速步进机通过一个电脉冲步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度转子转过的角度,称为称为步距角。步距角。m:一个周期的运行拍数一个周期的运行拍数Zr：转子齿数：转子齿数如：如：Zr=40,m=3时时步距角步距角三、相关概念：三、相关概念：1、静转矩静转矩T：2、步距角步距角：在静转矩的作用下，转子齿每前进一步在电机圆周上所跨过的

14、距离，我们用一个角度来表示，叫做步距角。3、拍拍(N)：每改变一次通电方式叫做一拍，常用为三拍。4、通电循环通电循环：控制绕组各完成一次通电形成一个通电循环，通过后面的分析，我们可以发现，每经过一个通电循环，（即对应一个2的空间电角度）转子齿前进一个齿距的距离，因此，转子一个齿距对应一个2的空间电角度。5、单单：每次改变通电方式只有一个绕组通电6、双双：每改变一次通电方式有两相绕组同时通电.7、三相单三拍三相单三拍：三相单，双六拍三相单，双六拍；三相双三拍三相双三拍。因此,它的通电顺序为A-B-C-A,如果反向,即为A-C-B-A四、步进电机的应用四、步进电机的应用 步进电动机是用脉冲信号控制

15、的，一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。7.3伺服电动机伺服电动机伺服电动机的作用伺服电动机的作用 伺服电动机（执行电动机），它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电

16、动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为100瓦。交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类伺服电动机分类：一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机 直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上：若把控制信号加到电枢绕组上，通过改变控制信号的大小和极性来控制转子转速的大小和方向，这种方式叫电枢控制；若把控制信号加到励磁绕组上进行控制，这种方式叫磁场控制。二、交流伺服电动机：二、交流伺服电动机

17、：交流伺服电动机就是两相异步电动机，定子侧绕组在空间相差90度摆放，转子是鼠笼式的。可通过幅值、相位或幅-相控制法实现对其转速和转向的控制。交流伺服电动机交流伺服电动机原理原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组绕组励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组转子转子励磁绕组中串联电容励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转的目的是为了产生两相旋转磁场。磁场。接线：接线：励磁绕组的接线励磁绕组的接线放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制

18、信号控制信号 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近相位差接近9090，因此便产生旋转磁场，在旋转磁，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。场的作用下，转子便转动起来。1例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线励磁绕组的接线放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流和和的相的相位差近位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场因此便产生旋

19、转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。的作用下，转子转动起来。控制电压控制电压与与电源电压电源电压两两者频率相同，相者频率相同，相位相同或反相。位相同或反相。（1）U2=0=0 时，转子停止。时，转子停止。这时，虽然这时，虽然U2=0V，U1仍存在，似乎仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。成单相运行状态，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。交流伺服电动机的特点：交流伺服电动机的特点：原因：原因：交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大。所以设计得较

20、大。所以在在U2=0时，交流伺服电机的时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下曲线如下页图：页图：当当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距的转距T、T 的合成转矩的合成转矩 T 与单相异步机不同。与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电有控制电压时转动，无控制电压时不转压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。，以免失控。交流伺服电动机的交流伺服电动机的T=f(s)T=f(s)曲线（曲线（U U2

21、2=0=0时）时）sT210sTTT021反转反转正转正转（3 3）控制电压）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压化，转速与电压 U2 成正比。成正比。U2 的极性改变的极性改变时，转子的转向改变。时，转子的转向改变。（2）交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大，使设计得较大，使Sm1，Tst大，大，启动迅速，稳定运行范围大。启动迅速，稳定运行范围大。交流伺服电动机的机械特性曲线交流伺服电动机的机械特性曲线(U1=const)nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，

22、电，电源频率分源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。如用在自动控制、温度自动记录等系统中。应用应用2.2直流伺服电动机直流伺服电动机结构：结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。得细长一些。工作原理：工作原理：与直流电动机相同。与直流电动机相同。供电方式：供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：源供电：MU1IfIaU2放放大大器器UU1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压。为电枢电压。由机械特性可知：由机械特性可知：(1

23、)U1（即磁通（即磁通）不变时，一定的负载下，）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。反转：反转：电枢电压的极性改变，电机反转。电枢电压的极性改变，电机反转。直流伺服电机的机械特直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机性公式与他励直流电机一样：一样：机械特性曲线机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控。它的用途很多，如随动系统中的位置

24、控制等。制等。应用：应用：3 3 微型同步电动机微型同步电动机 微型同步电动机的定子结构与一般的同步电动机相同，可微型同步电动机的定子结构与一般的同步电动机相同，可以是三相的也可是单相的，但转子结构不同。根据转子结构的以是三相的也可是单相的，但转子结构不同。根据转子结构的不同，微型同步电动机不同，微型同步电动机主要分为永磁式、反应式、磁滞式主要分为永磁式、反应式、磁滞式等，等，另外为了提高力能指标，还将磁滞式与其他形式结合起来。另外为了提高力能指标，还将磁滞式与其他形式结合起来。一、永磁式微型同步电动机一、永磁式微型同步电动机 永磁式同步电动机功率小，结构简单，在电气仪表中应用较多。二、反应式

25、微型同步电动机二、反应式微型同步电动机 反应式微型同步电动机的转子用磁极材料和非磁极材料拼镶而成，使其直轴方向的磁阻小而交轴方向的磁阻大。当反应式同步电动机定子绕组接交流电源，由于直轴和交轴的磁阻不同，从而形成磁阻转矩（也叫反应转矩），拖动负载同步运行。三、磁滞式微型同步电动机三、磁滞式微型同步电动机 转子磁滞材料层用硬磁材料制成，凭借磁滞转矩而能自行起动，在起动过程中，磁滞角的大小仅仅取决于硬磁材料的磁化特性，而与旋转磁通势和转子转速无关，转子的硬磁材料在旋转磁化下，磁滞角是恒定的。4 4 旋转变压器旋转变压器一、定义：一、定义：当旋转变压器的定子绕组施加单相交流电时，其转子绕组输出的电压与

26、转子转角成正弦余弦关系或线性关系等函数关系。二、分类：二、分类：根据输出的函数关系的不同，旋转变压器可分为很多类，其中正余弦旋转变压器，线性旋转变压器较为常用。常在自动控制系常在自动控制系统中作解算元件统中作解算元件可进行矢量求解、可进行矢量求解、坐标变换、加减坐标变换、加减乘除运算微分积乘除运算微分积分运算，也可在分运算，也可在角度传输系统中角度传输系统中作自整角机使用。作自整角机使用。旋转变压器是一种输出电压随转子转角按一定的函数旋转变压器是一种输出电压随转子转角按一定的函数关系变化的精密信号元件，在计算解答装置和自动控关系变化的精密信号元件，在计算解答装置和自动控制装置中作座标变换、三角

27、运算和角度信号传输之用，制装置中作座标变换、三角运算和角度信号传输之用，也可用作比例调整。也可用作比例调整。在同步传动系统中，可作四线控制式自整角机使用。在同步传动系统中，可作四线控制式自整角机使用。有正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转有正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器及旋变发送机等多种类型。双通道旋转变压器变压器及旋变发送机等多种类型。双通道旋转变压器具有很高的电气精度，采用粗机与精机共磁路和精确具有很高的电气精度，采用粗机与精机共磁路和精确正弦绕组的特殊设计，特别适于系统的高精度角度信正弦绕组的特殊设计，特别适于系统的高精度角度信号传输之用。号传输之用。旋转变压

28、器旋转变压器是一种常用的转角检测元件，旋转变压器旋转变压器是一种常用的转角检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此被广泛应用在数控机床上。检测要求，因此被广泛应用在数控机床上。旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可分为定子和转子两大部分。定子和转子的铁心由铁可分为定子和转子两大部分。定子和转子的铁心由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。它们的镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。它们的绕组分别嵌入各自的槽状铁心内。定子绕组通过固定绕组分别嵌入各自的槽状

29、铁心内。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。常见的旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结常见的旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则有两对磁极，主要用于高精度的检磁极，四极绕组则有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，

30、用于高测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。精度绝对式检测系统。5 5 自整角机自整角机一、定义：一、定义：在自动控制系统中，常常需要指示位置和角度的数值，或者需要远距离调节执行机构的速度，或者需要某一根或多根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动，这样，就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同步传输角度的一类控制电机。二、分类：二、分类：自整角机按自整角输出量可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两种。三、应用：三、应用：常用于位置和角度的远距离指示，如在飞机、舰船中用于角度位置、高度的指示，雷达系统中用于无线定位等等；另一方面常用于远距离控制系统中，如轧钢机轧

31、辊控制和指示系统、核反应堆的控制棒指示等等。6 6 测速发电机测速发电机测速发电机是一种测量转速的微型发电机，它把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号与转速成正比：U2=Cn测速发电机分直流和交流两大类。直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位然后拉平演变而成。近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这

32、种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。得直线电机的应用领域越来越广。直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：1、结构简单、结构简单由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量由于

33、直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；和体积大大地下降；2、定位精度高、定位精度高在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；3、反应速度快、灵敏度高，随动性好、反应速度快、灵敏度高，随动性好直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的

34、空气隙而不接触，直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；4、工作安全可靠、寿命长、工作安全可靠、寿命长直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。寿命长。7 7 直线电机直线电机直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比

35、较多；其次是作为长直线电机主要应用于三个方面：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。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。高速磁悬浮列车高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。直线电机驱动的电梯直线电机驱动的电梯世界上第一台使用直线电机驱动的

36、电梯是世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990年年4月安装于日本东京都关岛区万世大楼，该电梯月安装于日本东京都关岛区万世大楼，该电梯载重载重600kg，速度为，速度为105m/min，提升高度为。由于直线电机驱动的电梯没有曳引机组，因而建筑物，提升高度为。由于直线电机驱动的电梯没有曳引机组，因而建筑物顶的机房可省略。如果建筑物的高度增至顶的机房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高米左右，就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高温超导技术的直线电机驱动，线圈装在井道中，轿厢外装有高性能永磁材料，就如磁悬浮列车一样，温超导技术的直线电机驱动，线圈装在

37、井道中，轿厢外装有高性能永磁材料，就如磁悬浮列车一样，采用无线电波或光控技术控制。采用无线电波或光控技术控制。超高速电动机超高速电动机在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象。为此近年来，国外研在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象。为此近年来，国外研制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承），采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中，消除了动子和定制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承），采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中，消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力，其转速可达子之间的机械接触和摩擦阻力，其转速可达25000100000r/min以上，因而在高速电

38、动机和高速主以上，因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。如日本安川公司新近研制的多工序自动数控车床用轴部件上得到广泛的应用。如日本安川公司新近研制的多工序自动数控车床用5轴可控式电磁高速轴可控式电磁高速主轴采用两个经向电磁轴承和一个轴向推力电磁轴承，可在任意方向上承受机床的负载。在轴的中主轴采用两个经向电磁轴承和一个轴向推力电磁轴承，可在任意方向上承受机床的负载。在轴的中间，除配有高速电动机以外，还配有与多工序自动数控车床相适应的工具自动交换机构间，除配有高速电动机以外，还配有与多工序自动数控车床相适应的工具自动交换机构圆弧插补结束。圆弧插补结束。直线电动机（直线电动机（linear

39、motor）直线电动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。它可以省去大量中间直线电动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。它可以省去大量中间传动机构，加快系统反映速度，提高系统精确度，所以得到广泛的应用。传动机构，加快系统反映速度，提高系统精确度，所以得到广泛的应用。直线异步电动机的工作原理和旋转式异步电动机一样，定子绕组与交流电源相连接，通以多直线异步电动机的工作原理和旋转式异步电动机一样，定子绕组与交流电源相连接，通以多相交流电流后，则在气隙中产生一个平稳的行波磁场（当旋转磁场半径很大时，就成了直线运动相交流电流后，则在气隙中产生一个平稳的行波磁场（当旋转磁

40、场半径很大时，就成了直线运动的行波磁场）。该磁场沿气隙作直线运动，同时，在动子导体中感应出电动势，并产生电流，这的行波磁场）。该磁场沿气隙作直线运动，同时，在动子导体中感应出电动势，并产生电流，这个电流与行波磁场相互作用产生异步推动力，使动子沿行波方向作直线运动。若把直线异步电动个电流与行波磁场相互作用产生异步推动力，使动子沿行波方向作直线运动。若把直线异步电动机定子绕组中电源相序改变一下，则行波磁场移动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线异机定子绕组中电源相序改变一下，则行波磁场移动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线异步电动机作往复直线运动。步电动机作往复直线运动。直线异步电动机主要用

41、于功率较大场合的直线运动机构，如门自动开闭装置，起吊、传递和直线异步电动机主要用于功率较大场合的直线运动机构，如门自动开闭装置，起吊、传递和升降的机械设备，驱动车辆，尤其是用于高速和超速运输等。由于牵引力或推动力可直接产生，升降的机械设备，驱动车辆，尤其是用于高速和超速运输等。由于牵引力或推动力可直接产生，不需要中间连动部分，没有摩擦，无噪声，无转子发热，不受离心力影响等问题。因此，其应用不需要中间连动部分，没有摩擦，无噪声，无转子发热，不受离心力影响等问题。因此，其应用将越来越广。直线同步电动机由于性能优越，应用场合与直线异步电动机相同，有取代趋势。直将越来越广。直线同步电动机由于性能优越，

42、应用场合与直线异步电动机相同，有取代趋势。直线步进电动机应用于数控绘图仪、记录仪、数控制图机、数控裁剪机、磁盘存储器、精密定位机线步进电动机应用于数控绘图仪、记录仪、数控制图机、数控裁剪机、磁盘存储器、精密定位机构等设备中。构等设备中。直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。装备中。直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电动机、直线步进电动机和交直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电

43、动机、直线步进电动机和交流直线同步电动机。以前流直线同步电动机。以前3种应用较多。按结构可分为单边型和双边型两种。在单边种应用较多。按结构可分为单边型和双边型两种。在单边型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕组构成。绕组中的电流有的通过电直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕组构成。绕组中的电流有的通过电刷和换向片结构引入，称刷型；有的不经换向器和电刷，直接用导线引

44、入，称无刷型。刷和换向片结构引入，称刷型；有的不经换向器和电刷，直接用导线引入，称无刷型。直流直线电动机由于推力与电枢电流成正比，速度与电枢电压成正比，故具有良直流直线电动机由于推力与电枢电流成正比，速度与电枢电压成正比，故具有良好的线性控制特性，它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和控制，适用于自好的线性控制特性，它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和控制，适用于自动控制系统，例如计算机磁盘驱动器的磁头定位系统。动控制系统，例如计算机磁盘驱动器的磁头定位系统。交流直线异步电动机交流直线异步电动机由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式异由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋

45、转式异步电动机相同。主要由原边和副边两部分组成，嵌有线圈的部分为原边。当多相绕组步电动机相同。主要由原边和副边两部分组成，嵌有线圈的部分为原边。当多相绕组中通入电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割副边的导体而感生电流。此电中通入电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割副边的导体而感生电流。此电流与磁场作用产生电磁力使原边和副边发生相对运动。直线异步电动机可以做成原边流与磁场作用产生电磁力使原边和副边发生相对运动。直线异步电动机可以做成原边固定、副边可动的短副边型和副边固定、原边可动的短原边型两种结构。短原边型所固定、副边可动的短副边型和副边固定、原边可动的短原边型两种结构。短原边型所用

46、线圈数量少，比较经济，应用较多用线圈数量少，比较经济，应用较多;短副边型常用于金属物体的投射。直线异步电短副边型常用于金属物体的投射。直线异步电动机常在工业自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门动机常在工业自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。直线步进电动机 作直线步进运动的电动机。按其电磁推力产生的原理可以分为反应式和永磁感应子式两大类。反应式直线步进电动机：其定子是一条开有均匀齿槽的导轨，动子是一个绕有三相绕组的E形铁心。每

47、个铁心柱上都开有和定子齿距相等的齿槽，且各相铁心柱上的齿槽相对于定子齿槽依次错开13齿距。如果输入三相绕组电脉冲的顺序依次为ABCA，则动子就会向左作步进运动。如果通电顺序改为ACBA，则动子就向右作步进运动。在结构上也可以把 E形铁心固定，让齿条作为动子。齿条的运动将与上述运动方向相反。永磁感应子式直线步进电动机：定子由软铁材料制成，上面铣有均匀间隔的齿槽；动子由永久磁铁加上两个带齿的形电磁铁组成。两个电磁铁上的齿相互错开一定距离。在电磁铁线圈不通电时，动子位置由永久磁铁决定。而在两个电磁铁按一定顺序轮流通电时，将使动子以一定齿距作步进运动。如果对两个电磁铁不是轮流通电，而是使其中的电流一个按正弦变化，一个按余弦变化，则可使动子运动平滑，步距很小。其步距（位置）分辨率可以达到以下。在要求高精度定位的场合，例如绘图仪、磁头定位机构、激光定位器和数控系统中得到较多的应用。TZ1采用一枚寸大的500万有效像素CCD。搭载的全新莱卡镜通过折射光路设计实现了10倍光学变焦。其结构为10组12片，内含3片非球面镜片，相当于35mm相机焦距的35-350mm，最大光圈，最小微距5cm。另外机器的自动对焦系统还采用了直线电动机驱动，能够实现更快、更安静、更精确的自动对焦。