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； 二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。 在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。 本期讨论直线电机的运用 Linear motor: 直线伺服电机应用 昆山佳德锐自动化系统销售中心 交流论坛： www.hilife.me 工业之美
什么是直线电机特点 1.什么是直线电机 直线电动机（或称线性马达）（Linear motor）是电动机的一种，其原理与传统的电动机不同，直线电机是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。直线电机又分为低加速及高加速两大类，当中低加速直线电机适用于磁悬浮列车及 其他地面交通工具，而高加速直线电机能把物件在短时间内加至极高速度，适用于粒子 加速器、制造武器等。2.直线电机是如何工作的 下面简单介绍直线电机类型 和他们与旋转电机的不同，最 常用的直线电机类型是平板式， U型槽式和管式。线圈的典型组 成是三相，有霍尔元件实现无刷 换相，直线电机用HALL换相的 相序和相电流。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer,rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，而且磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固 定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度） 和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙 （airgap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋 转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直 线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 3.直线电机分类 管状直线电机 圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以 增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力 线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。 U型直线电机 U型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统 支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。 非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空 气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通 泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害 平板直线电机 有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选 择时需要根据对应用要求的理解。无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由 于FOCER没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有 助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度 平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常，平板磁轨 具有高的磁通泄露。 无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片 结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸 力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。 无槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。 铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可 以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。 加工产品对比
西门子伺服电机选择手册，SINAMICS S120是一种集V/F、矢量控制和伺服控制于一体的新型驱动控制系统。普通异步电动机不能控制转矩，也不能控制三相异步电动机。 S120系列驱动与伺服电机选型手册第1部分：典型结构的多轴驱动控制单元电机模块与通用直流母线电源模块。带起动机（或scout）和SIMATIC manager软件或s7-300400的书本式柜式PC典型配置图，SIMOTION O/D/P 24 V DL说明：1：主控制模块cu320 2：电源模块SIM 或ALM+24 V电源3：单轴电机模块4：两轴电机模块234电源线终端模块驱动Cliq编码器反馈信号线选项板电抗器功率滤波器传感器模块无编码器电机运动控制，带drivc Cliq接口西门子（中国）自动化传动集团有限公司生产机械SINAMICS S120系列，选自《S120驱动与伺服电机选型手册》第1章多轴传动概述。Sinamics120是一种集V/F、矢量控制和伺服控制于一体的新型驱动控制系统。它不仅可以控制普通的三相异步电动机，还可以控制步进电动机、转矩电动机和直线电动机。其强大的定位功能将实现进给轴的绝对和相对定位。2007年6月发布的DCC（drive control chart）功能将实现逻辑、计算和简单处理功能。SINAMICS S120产品包括：用于普通直流母线的DCAC逆变器和用于单轴的ACAC逆变器。具有公共直流母
线的DC/AC逆变器也称为多轴驱动。它的结构是电源模块和机器模块分开。电源模块将三个交流电整流成540V或600DC，并将电机模块（一个或多个）连接到直流母线。特别适用于多轴控制，特别适用于造纸、包装、纺织、印刷、钢铁等行业。优点是电机轴间能量共享，接线方便简单●单轴控制交流变频器，俗称单轴交流传动，其结构是功率模块和电机模块的组合，特别适合单轴速度和定位控制。本书第一部分包括第1至4章，主要介绍多轴交流传动。第二部分包括第五章至第八章，主要介绍单轴交流传动。第三部分包括第九章，主要介绍电机电缆和信号电缆。第四部分包括第10章，介绍了同步和异步伺服电机的指令数据。第五部分，包括第11章，简要介绍了运动控制系统的指令数据。这本书中的技术资料基本上是英文的。详情请参阅英文原文。西门子（中国）有限公司自动化与传动集团运动控制部生产的机械系列S120系列，源自《S120驱动与伺服电机选型手册》第二章。功率模块是我们通常所说的整流器或整流器/反馈单元。它将三相交流电整流成直流电，并为每个抑制模块（通常称为逆变器）供电。具有反馈功能的模块还可以向电网提供直流电。根据是否有反馈功能和反馈方式，将功率模块分为以下三类：基本线路模块：整流单元，但无反馈功能。智
小型载货电梯直线电机设计 黑龙江省松花江林业管理局锅炉压力容器检验所刘琪芸摘要:为满足人们生活、生产需要，电梯已成为多层建筑中不可缺少的运输工具。本文所研究的直线电机适用于小型载货电梯，在节省空间和控制噪音方面有很大的优势。 关键词载货电梯直线电机 1.直线电机的发展 直线电机也称线性电机，相比于曳引与强制驱动电梯先将电能转回为转动的机械能后利用曳引轮和曳引绳或卷筒与钢丝绳产生的摩擦力驱动电梯，直线电机驱动电梯利用直线电机可以直接将电能转化为直线运动的机械能，无需中间转换机构的传动装置。这样既可以减少如异物掉入曳引轮引发跳绳，曳引绳老化等风险，还省去机房，对重所占用的空间。而且由于传统电梯运动方向受钢丝绳控制只能沿垂直方向运动，直线电机驱动电梯更有噪声小，可水平运动灵活选择层站,同一井道可存在多部电梯等优势。 早在十九世纪至二十世纪初期，直线电机就经历了一个从想法到实验再到实验性应用的坎坷历程。一些发达国家研究人员在实验的基础上，试图将直线电机应用于导弹发射装置，电磁运动装置等。但由于当时社会生产水平牵制，直线电动机电气控制系统成本高；相对于传统旋转电机，直线电机电磁缝隙与极距比值过大导致激磁电流较大，由于铁芯两端断开，存在其特有结构导致的边缘效应。这些弊端都一度使人们对直线电机的发展应用失去信心。 二十世纪中期以来，随着控制技术提高，直线电机又被应用于如磁头定位驱动装置、空气压缩机、传送装置等。后期各国有出现了许多直线电机产品，如吊车、传送车、电动门、窗帘机、车辆运输系统等。同时线性电机不断发展，广泛应用于扫描式记录设备，自动绘图设备等新的领域。 近年来，微型直线电机，利用当代微型计算机和自动控制体系控制微型直线电机，具有反应灵敏、体积小、结构简单等特点。在直线电机基础上研制的超导直线电机，微步距直线电机，直线当量电机等。更有日本研制的压电驱动式直线电机及超声波直线电机等先进水平直线电机相继问世。 我国自二十世纪七十年代开始在直线电机应用也取得了可喜的成绩，例如直线电机冲床、窗帘机，直线电机驱动的自动门，西南交大的磁悬浮列车；但和国外相比应用推广还存在很大差距，例如德国研制的超导吸浮型磁悬浮列车和日本研制的超导斥浮型磁悬浮列车。 2 直线电机的结构与性能 直线电机是将传统的旋转型电机定转子沿轴向剖开拉直，就形成了平板式直线电机结构，再将初级次级卷绕在一根与磁场运动方向平行的轴上，结构演变过程如下图1所示： 图1 2.1直线电机的基础分类
直线电机基础 编辑本段直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达 在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同. 最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式,和管式。线圈的典型组成是三相,有霍尔元件实现无刷换相.图示直线电机用HALL换相的相序和相电流. 该图直线电机明确显示动子(forcer, rotor)的内部绕组.磁鉄和磁轨.动子是用环氧材料把线圈压成的。而且,磁轨是把磁铁固定在钢上。 直线电机在过去的10年,经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer, rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且,磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙（air gap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。 相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式,和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。 编辑本段圆柱形动磁体直线电机 圆柱形动磁体直线电机动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成
如何进行直线电机选型
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直线电机选型 ——最大推力和持续推力计算
目录 直线电机选型 (3) ——最大推力和持续推力计算 (3) 概述 (5) 三角模式 (5) 梯形模式 (5) 持续推力 (6) 计算公式 (6) 例子 (7)
概述 直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算。 最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。 推力= 总质量x 加速度+ 摩擦力+ 外界应力 例子：当移动负载是2.5千克（包含动子），所需加速度为30m/s2时，那么，电机将产生75N 的力（假设，摩擦力和外界应力忽略不计）。 通常，我们不知道实际加速度需求，但是，我们有电机运行实际要求。给定的运行行程距离和所需要的行程时间，由此可以计算出所需要的加速度。一般来说，对于短行程，推荐使用三角形速度模式，即无匀速运动，长行程的话，梯形速度模式更有效率。在三角形速度模式中，电机的运动是没有匀速段的。 三角模式 加速度为Acceleration = 4 x Distance / Travel_Time2 梯形模式 需要提前设置匀速的速度值，由此可以推算出加速度。 加速度= 匀速/ （运动时间–位移/ 匀速）
同理，减速度的计算与加速度的计算是类似的，特殊情况是存在一个不平衡的力（例如重力）作用在电机上。 通常情况下，为了维持匀速过程和停滞阶段，摩擦力和外界应力也要考虑进来，为了维持匀速，电机会对抗摩擦力和外界应力，电机停止时则会对抗外界应力。 持续推力 计算公式 持续推力的计算公式如下： RMSForce = 持续推力 Fa = 加速度力 Fc = 匀速段力 Fd = 减速度力 Fw = 停滞力 Ta = 加速时间 Tc = 匀速时间 Td = 减速时间 Tw = 停滞时间 又最大推力和持续推力进行电机的选择。一般情况下，应该将安全系数设置为20~30%，从而抵消外界应力和摩擦力。
原机XZ轴直线电机型号分别为: X轴：E43H4Q-05-193 厂家海顿科技 Z轴：43F4J-05-072 厂家海顿科技 规格： X轴：外部驱动式电机43000系列 1.8°固定轴式双极性(4 线) 每步移动0.00096英寸 5 VDC 出轴长度：290mm（256mm）。配丝母。 Z轴：43000系列 1.8°贯通轴式双极性(4 线) 每步移动0.00048英寸 5 VDC 出轴长度：88mm。带轴台。 电机安装孔位：31.04*31.04mm M3 台阶轴为Φ22 混合式直线步进电机编号规则 E 前缀 （只有用到时） E = 外部驱动式电机 P = 加近零传感器 S = 加原点位置 T = 高温电机 43 指定的系列数字 21 = 21000 28 = 28000 35 = 35000 43 = 43000 57 = 57000 87 = 87000 H 步距角代码 F = 1.8°贯通轴式 H = 1.8°固定轴式 H = 1.8°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") J = 0.9°贯通轴式 K = 0.9°固定轴式 K = 0.9°固定轴式(用"E" 表示"外部驱动式") L = 1.8°双叠厚,贯通轴式 M = 1.8°双叠厚,固定轴式 M = 1.8°双叠厚(用"E" 表示"外部驱动式") 4 极性 4 = 双极性(4 线) 6 = 极性(6 线) N 步长编码 例如: N = 每步移动0.00012英寸 Q = 每步移动0.00096英寸 J = 每步移动0.00048英寸 05 电压例如: 05 = 5 VDC 12 = 12 VDC 客户可定制电压
材料力学重点及其公式 材料力学的任务 （1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。 变形固体的基本假设 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。 外力分类： 表面力、体积力；静载荷、动载荷。 内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（2）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。 应力： dA dP A P p A = ??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变：线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 （1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲；（5）组合变形。 静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不在变化的载荷动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因：脆性材料在其强度极限 b σ破坏，塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为极限应 力理想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为： []3 n s σσ=， []b b n σσ=，强度条件： []σσ≤??? ??=max max A N ，等截面杆 []σ≤A N m a x 轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为：l l l -=?1，沿轴线方向的应变和横截面上的应力分别为：l l ?= ε，A P A N ==σ。横向应变为：b b b b b -=?=1'ε，横向应变与轴向应变的关系为：μεε-=' 。 胡克定律：当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即 εσE =，这就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得：EA Nl l = ? 静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φ ρ γρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φρ γτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===2 2ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力：t p W T R I T == max τ；圆轴扭转的强度条件： ][max ττ≤=t W T ，可以进行强度校核、截面设计和确
基于MATLAB的直线电机PID控制器设计 摘要 随着现代工业的飞快发展，控制对象日益复杂，对其的性能控制要求也不断提高，致使人们寻找更好的控制方法，其中以改进PID控制最为典型。PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是目前最稳定的控制方法之一。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。 直线电机是近年来国内外积极研究发展的新型电机之一，凭借自身的特性在以直线运动的工业控制中，有比旋转电机巨大的优越性。可广泛应用于交通运输、起重搬运、物流传输装置、国防及煤矿运输、车床进给等方面，发展前景十分广阔。 传统的比例积分微分( PID) 控制器参数往往因整定不良、性能欠佳,对运行状况的适应性很差。简单的控制又不能很好地适应对象系统特性变化时的最佳控制要求。因此，鉴于控制方法目前仍有广泛应用，对参数整定方法的研究将具有很好的应用价值。本文根据稳定边界法则及Ziegler-Nichol算法,以直线电机控制模型为例介绍如何在MATLAB 工具帮助下整定并验证PID 控制器参数，使参数的整定变得简单、易行，使整定效果更优化。 关键词:直线电机PID控制 MATLAB 控制系统参数整定系统仿真
Abstract: With the fast development of modern industry, more complicated control object, its performance control requirements improve continuously, cause people looking for better control method, which to improve PID control is the most typical example. The PID (Proportional-Integral-Derivative) control is one of the most common control methods at present. Its structure is simple and easy to implement, however, the control effect is perfect and it has a strong robust characteristics. The physical parameters is, meaning of ,theoretical analysis of system is integrity, and it is familiar by the engineering sector, which in the industrial process control has been widely used. Linear motor is one of the studied new motor. Because of its peculiarity, the linear motor performed better than rotary motor in the control systems when the moving route is linear. Its application range extends widely and widely. And it has been applied in many fields. However, the traditional parameter adaptability of proportion-integral-differential (PID) controller to the operating situation is very bad sometimes because the reduction and performance isn't good. Simple control and can't well adapt to changes in the system characteristics of the object of optimal control requirements. Therefore, in view of the control method is currently there are still widely used, to the study of the method of parameter setting will have a good application value. According to the stable boundary principle and Ziegler-Nichol algorithm, this paper introduces how to reduce and validate the PID controller parameter with the help of MATLAB tool taking the linear motor control model as an example. Making the parameters set becomes simple, easy to operate, and make the setting effect more optimization. Key words：Linear motor,PID control, Matlab, Control system, Parameters setting, System simulation
直线电机的安装目录： 一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 1.2 直线电机走线 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 1.4 防撞设计 1.5 直线电机防护设 二、安装工艺 2.1 直线电机安装尺寸和公差 2.2 直线电机装配方法 2.3 装配其它注意事项 2.4 光栅尺安装位置及安装座要求 2.5 光栅尺安装精度要求 2.6 光栅尺的防护 2.7 冷却系统
一、直线电机的安装设计 1.1直线电机结构设计，强度与刚度 直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力。 直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。其它结构上提高刚度的办法有： 1上拱结构 2导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈 3机床的固定部分刚性尽可能高、移动部分的重量尽可能轻，因为直线电机对刚性和移动部分重量比旋转电机更敏感 1.2 直线电机走线 直线电机相对于旋转伺服电机的系统而言，由于其推进动力在移动部件上，所以走线较旋转伺服电机复杂，许多线缆都需要通过拖链来连接。 主要需要通过拖链的线缆有：线圈的动力线、线圈的冷却管路、光栅尺读数头的数据线（如果读数头设计在移动部件上）、导轨润滑油管路。这些走线均需要通过拖链连接，请务必在设计时详尽考虑。 1.3 Z 轴（垂直轴）刹车 直线电机应用在 Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计 Z轴的刹车装置。为增加安全性，建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）。 1.4 防撞设计
直线电机参数计算 直线电机业专家------内最齐全的产品线-------上舜直线电机模组。 1.直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算以及加速度的相关计算。 2.最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。 推力=总质量*加速度+摩擦力+外界应力 例子：（假定摩擦力和外界应力忽略不计）当移动负载是2.5千克（包括动子），所需加速度为30m/s2时，那么电机将产生75N的力。 3.通常，我们不知道实际加速度需求。但是，我们有直线电机运行时间要求。给定运动行程距离和所需行程时间，便可以此计算出所需的加速度。一般，对于短行程来说，我们推荐使用三角型速度模式（无匀速），长行程的话，梯形速度模式会更有效率。在三角型速度模式中，电机的运动无匀速段。 4.三角模式，加速度为A = 4 * S/ T2 5.梯形模式，预设匀速度可以帮助决定加速度。 加速度=匀速/（运动时间--位移/匀速） 6.相类似的，计算减速度大小与计算加速度相类似。除非存在一个不平衡的力（重力）作用在直线电机上。 7.通常为了要维持匀速过程 (cruising)和停滞阶段 (dwelling)，摩擦力和外界应力的施力也需要计算。注：为了维持匀速，直线电机会对抗摩擦力和外界应力。直线电机上伺服停滞时则会对抗外界应力。 8.计算持续推力公式如下：
RMSForce=持续推力 Fa = 加速度力 Fc = 匀速段力 Fd = 减速度力 Fw =停滞力 Ta = 加速时间 Tc = 匀速时间 Td = 减速时间 Tw = 停滞时间 9.根据最大推力和持续推力选择一个电机。客户应该将安全系数设为20-30%以便将摩擦力和外界应力抵消为0,即总值正常应*1.3来保证安全性。 10.举个例子，一个应用中，直线电机需要在三角模式下让电机在0.2秒内，让4KG的负载移动0.3米。直线电机在同行程中返程前停滞时间为0.15秒。假设摩擦力和其他不平衡力不存在。 加速度=减速度=4*0.3、（0.2）^2=30m/s2 最大推力=加速度力=减速度力=负载*加速度=4*30=120N 持续推力= 假如安全缓冲系数设为30%，通过选型，合适的直线电机电机就可以选出来了 11.电机选型软件自动计算处理过程。
直线电机基本概念 直线电机可以看作旋转电机结构上的一种演变，它可以看作将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展开成直线。直线电机可分为：交流直线感应电动机（LIM），交流直线同步电动机（LSM）、直流直线电动机（LDM）、直线步进电动机（LPM）、混合式直线电动机（LHM）、微特直线电动机。其中交流直线同步电动机又分电磁式（EM）、永磁式（PM）、可变电阻（VR）、混合式（HB）、超导体（SC）；直线直流电动机分为电磁式、永磁式、无刷；直线步进电动机分为可变电阻型和永磁型。 同步直线电动机的原理：直线同步电动机与直线异步电动机一样也是由旋转电机演化来的，其工作原理与旋转电机一样。直线同步电动机的磁极一般有直流励磁绕组励磁，或有永磁体励磁。在定子绕组产生的气隙行波磁场与磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对磁极动子产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就沿着行波磁场的运动方向做直线运动。磁极运动的速度v就与行波磁场的移动速度一致,且v=2f t单位(m/s),t为极距。 同步直线电机与异步直线电机在性能、使用范畴上有何区别：直线异步电动机具有：成本低，相同容量的异步电动机的体积是同容量的同步电动机的6倍左右,常用变频器做速度控制，用于精度要求不是很高的场合。直线同步电动机具有更大的驱动力，其控制性能，位置精度更好，体积小，重量轻，且具有发电制动功能。永磁直线同步电动机可应用于各种精密加工设备上。但是成本相对较高。永磁体性能的提高和价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。 动圈式直线电机与动磁式直线电机：永磁直线电动机可以做成动磁型，也可以做成动圈型。只要使永磁体产生的磁通由绕组通入直流电励磁产生，任何一种永磁式直线电动机都可以改为电磁式（动磁）直线电动机。动圈型结构具有体积小，成本低和效率高等优点。用于计算机硬盘驱动器的音圈电机（VCM）就是一种动圈型永磁直线直流电动机。动磁式直线电机没有线圈端部，电枢绕组得到完全利用；气隙均匀，消除电枢和磁极间的吸力。动圈式直线电机的动子惯量小，响应快；由于有导线连结，行程一般较小。动磁式与上述刚好相反。 圆筒型直线电机和平板型直线电机的本质区别：直线电机是从普通旋转电机演变来的，如果将普通旋转电机的圆筒型定子，转子剖开拉直，就成了平板型结构的直线电机，如果再把这种扁平的初级，次级卷绕在一根与磁场运动方向平行的轴上，即可得到一种与平板型直线电机完全不同的圆筒型直线电机。圆筒型直线电机的工作原理与直线电机的原理相似，当在初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动。反之，则初级作直线运动。它把电能直接转变为直线运动的机械能而无中间变换装置。圆筒型直线电机也可分为同步式和感应式两类（也有步进式）。
技术装备 18 MODERN U RBAN TRANSIT 3/2006现代城市轨道交通 目前，世界上只有加拿大和日本拥有直线电机车辆的核心技术和相关运营经验。整体上看，加拿大车辆注重技术的先进性和良好的景观效应，而日本车辆性能指标一般，更板进行分析。 １．１直线电机车辆的主要技术特点 目前，加拿大庞巴迪共推出过ＭＫⅠ和ＭＫⅡ两种车型的直线电 机车辆。ＭＫⅡ车型在１９９８年在吉隆坡ＰＵＴＲＡ的首次应用以来，各项技术不断完善，已成为庞巴迪直线电机车辆的主流产品。日本各公司曾先后开发过１２ｍ、１６ｍ和 ２０ｍ三种车型，但仅有１６ｍ车型投入商业运营。表１为国内外９种直线电机车辆的主要技术参数。 从表１可知如下几个特点。（１）车辆容量不断增大。最初 李志远 文龙贤王 毅 摘 要：通过对比的方式，对国外的直线电机车辆技术特点进行分析， 结合国内广州地铁４号、５号线的应用，提出一些关于我国直线电机车辆技术选型的建议。 关键词：轨道交通；直线电机车辆；直线电机；反应板 李志远：北京交通大学电气学院，硕士研究生，北京１０００４４ 表１ 直线电机车辆的主要技术参数 追求经济实用。国内广州地铁４、５号线是加拿大和日本２种车辆技术的组合。 １国内外车辆 的技术分析 转向架、直线电机和反应板是直线电机轨道交通的３项核心技术。加之ＶＶＶＦ、制动和列车控制等主要设备，构成了一套完整的直线电机车辆系统。下面对车辆的主要技术特点、直线牵引电机和反应 直线电机车辆技术选型分析
技术装备 19 现代城市轨道交通3/2006 MODERN U RBAN TRANSIT 表２４种直线牵引电机的主要技术参数 图２ ＭＫⅡ车辆使用的直线牵引电机 直线电机车辆技术选型分析李志远等 图１国外车辆重量比较 庞巴迪车辆 日本车辆 大阪７号线 东京１２号线 神户海岸线 福冈３号线 温哥华ＭＫＩ吉隆坡ＭＫＩＩ 温哥华ＭＫＩＩ 肯尼迪机场ＭＫＩＩ 人均车重／ｔ．人－１ ０．３０．２５０．２ ０．１５０．１０．０５０ 直线电机车辆被定位在中小运量的等级，一般每辆车１２０～１５０人。ＭＫⅡ车型载客量提高到每辆车１７０～２２０人。广州４号、５号线的每辆车载客量可达２４２人，已经达到大中型客运量。 （２）全动车配置。传统城轨的每辆动车可同时配备４台旋转电机，每台电机容量可达２００～３００ｋＷ；而每辆直线电机车辆最多只能安装２台直线电机，每台电机容量为１００～２００ｋＷ，单车的牵引容量明显低于传统城轨车辆。因而为了满足大坡道时所需的牵引力，目前的直线电机车辆均采用全动车配置。 （３）车辆的供电方式不同。庞巴迪最初生产的车辆采用双轨道供电方式，供电系统复杂，后来逐渐采用传统ＤＣ７５０Ｖ第三轨供电。日本车辆则一直延续着ＤＣ１５００Ｖ上部柔性接触供电的特点。第三轨供电可以减小隧道截面，降低工程造价，并具有良好的景观效应等优点；ＤＣ１５００Ｖ电压等级则可以减少牵引变电所的数量，降低工程成本。综合考虑二者优点，广州４号、５号线车辆在国际上首次采用ＤＣ１５００Ｖ钢铝复合第三轨供电（车辆段采用上部受电弓受电）。 （４）车辆相对重量减轻。 从数据上看，车辆的自重是增加的，但车辆载客量也是增加的。因此引入人均车重，人均车重＝车辆自重／ 定员数。 由图１可知，日本直线电机车辆的人均车重保持在０．２５ｔ／人左右；庞巴迪车辆的人均车重０．１～０．１５ｔ／人，而且ＭＫⅡ车型在控制车重方面优势明显。 １．２直线牵引电机 直线牵引电机（ＬＩＭ）的技术选型应满足机械、电气、热力学和环境 等多方面的要求。表２列出了３种车辆上使用的直线牵引电机的主要技术参数。严格地说，图３ 日本车辆使用的直线牵引电机 这里所指的直线牵引电机只是直线感应电动机的初级。 正常工况时强迫冷却和自然冷却均能满足温控要求；超载条件下，采用自然冷却的电机达到温度上限的时间较长，电机过载余量较大，因而采用自然冷却优势较大。但自然冷却方式的应用受到直线电机重量和 功率的限制。国外厂商研究认为，自然冷却的电机达到小时制１５０ｋＷ已经到限，如要再增加功率必须采用强迫风冷，否则其重量将急剧上升。 从庞巴迪和日本的直线电机实 际运行情况来看，采用强迫冷却的 表２中，庞巴 迪和日本所生产的直线电机最大的不同在于冷却方式，前者采用强迫冷却，后者采用自然冷却。图４ 给出了这两种冷却方式下电机的温升特点。 相同电机功率下，
直线电机参数
介绍直线电机参数和选型 1.最大电压( max. voltage ph-ph) ———最大供电线电压，主要与电机绝缘能力有关；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 2.最大推力(Peak Force) ———电机的峰值推力，短时，秒级，取决于电机电磁结构的安全极限能力；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 3.最大电流(Peak Current) ———最大工作电流，与最大推力想对应，低于电机的退磁电流； 4.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗，反映电机的热设计水准； 5.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电线电压下的最高运行速度，取决于电机的反电势线数，反映电机电磁设计的结果； 6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比，单位N/A或 KN/A，反映电机电磁设计的结果，在某种意义上也可以反映电磁设计水平； 7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势（系数），单位Vs/m，反映电机电磁设计的结果，影响电机在确定供电电压下的最高运行速度； 8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值，单位N/√W，是电机电磁设计和热设计水平的综合体现；
9.磁极节距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离，基本不反映电机设计水平，驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角度； 10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻，下给出的往往是线电阻，即Ph－Ph，与电机发热关系较大，在意义下可以反映电磁设计水平；11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感，下给出的往往是线电感，即Ph－Ph，与电机反电势有关系，在意义下可以反映电磁设计水平； 12.电气时间常数(Electrical time constant) ———电机电感与电阻的比值，L/R； 13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电机的散热能力有关，反映电机的散热设计水平； 14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机，尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级铁心的法向吸引力，高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 直线电机的选型首选推力速度，然后看连续消耗功率、热阻和散热方式和条件等，再次看供电电压和电流，对快速性有要求还要看电气时间常数。个人意见，最最反映直线电机性能水平的是推力平稳性、电机常数和热阻，不过推力平稳性指标多数厂家未必会直接给出。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》
河南机电高等专科学校 先进制造技术课程论文 论文题目：直线电机概述 系部：机械工程系 专业：起重运输机械设计与制造 班级：起机121 学生姓名：吴燚 学号：120125145 指导教师：安林超 2014年10月20日
绪论 直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达在实际工业应用中的稳定增长，证明直线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同。最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式，和管式。线圈的典型组成是三相，有霍尔元件实现无刷换相。 直线电机动子（forcer,rotor)是用环氧材料把线圈压成的。磁轨是把磁铁固定在钢上。 直线电机在过去的10年，经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer,rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且，磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙（air gap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。 相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式，和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。
介绍直线电机参数和选型 1.最大电压( max. voltage ph-ph) ———最大供电线电压，主要与电机绝缘能力有关；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 2.最大推力(Peak Force) ———电机的峰值推力，短时，秒级，取决于电机电磁结构的安全极限能力；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 3.最大电流(Peak Current) ———最大工作电流，与最大推力想对应，低于电机的退磁电流； 4.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗，反映电机的热设计水准； 5.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电线电压下的最高运行速度，取决于电机的反电势线数，反映电机电磁设计的结果； 6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比，单位N/A或KN/A，反映电机电磁设计的结果，在某种意义上也可以反映电磁设计水平； 7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势（系数），单位Vs/m，反映电机电磁设计的结果，影响电机在确定供电电压下的最高运行速度； 8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值，单位N/√W，是电机电磁设计和热设计水平的综合体现； 9.磁极节距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离，基本不反映电机设计水平，驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角度； 10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻，下给出的往往是线电阻，即Ph －Ph，与电机发热关系较大，在意义下可以反映电磁设计水平； 11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感，下给出的往往是线电感，即Ph －Ph，与电机反电势有关系，在意义下可以反映电磁设计水平； 12.电气时间常数(Electrical time constant) ———电机电感与电阻的比值，L/R； 13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电机的散热能力有关，反映电机的散热设计水平； 14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机，尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级铁心的法向吸引力，高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 直线电机的选型首选推力速度，然后看连续消耗功率、热阻和散热方式和条件等，再次看供电电压和电流，对快速性有要求还要看电气时间常数。个人意见，最最反映直线电机性能水平的是推力平稳性、电机常数和热阻，不过推力平稳性指标多数厂家未必会直接给出。《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 电机的推力系数以出力电流比来标示，比如N/A，Nm/A《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》 反电势系数用电压速度比来标示，比如V/(m/s)，V/(rpm)等《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》