秒懂直线电机的工作原理3D动画

提到电动机,你肯定会想到这种旋转的结构,而用在数控机床上的却是这种左右来回做直线运动的电机,我们来看看它是如何实现直线运动的。首先我们先看这个实验,在两条轨道的两侧各放置一个永磁体,然后在轨道之间再放一个永磁体,此时由于磁铁同性相斥的排斥力,中间的永磁体会向左移动。理解完这个原理,我们再来看三相直线电机,其中中间正在运动的是长条形的导体轴,而固定不动的部分是一个可通电的线圈装置。那为什么给中间的线圈通电,这条轴就能左右滑动呢?为了方便理解,我们从这红、蓝、黄三个绕组结构来分析,这时给绕组接通三相交流电,标准的三相交流电方向变化如图所示。我们知道变化的电流一定会产生磁场,比如当电流方向处于第一个时刻,根据右手定则可以。可以判断得出此时它的磁场方向,忘记怎么分辨也没关系,我们先将此刻的磁场保存,如图1所示,接下来再取第二个时刻,同理还有第三个时刻。我们来看看这三个图的磁场规律,从中对比可以看出南北极磁场是向右移动,用软件仿真也可以验证出这一点。接下来把整个过程串起来一直循环,可以很清楚的看到磁场正在向右移动,当移动一段距离后,左侧会逐渐出现一个新的南北极,然后继续运动,右侧南北极又会逐渐消失,所以一直通三相交流电就能实现这么一直循环向右移动。这个过程就像一根绳子上传播一个波浪,绳子本身并没有移动,但是上面的波浪正在向右传播。同理,对于这个结构来说,整个大的磁场并不移动,只有磁场内的南北极正在向其中一个方向移动。现在。将一个铝块放在这个线性移动的磁场当中,根据法拉第电磁感应定律,变化的磁场会在铝块产生感应电动势,所以铝块会产生电涡流,而铝块的电涡流又会再次产生磁场,这个磁场正好和下边南北极之间产生异性相吸,那么铝块就会被吸引做直线运动。注意看这个过程,铝块的移动速度始终会慢于南北极移动的速度,它们之间的速度差被称为滑叉。那现在只做到了从左向右移动,想要改为从右向左移动的话也很简单,只要改变三三交流电的相序,相应的磁场方向也会跟着改变,就会产生向左的吸引力。现在铝块就可以实现一直往复的直线运动了。下一步升级改造一下,用多节铝块组合成一条长杆,同样放上多组线圈,就可以实现整体左右直线运动了。最后把初级线圈改为环绕的方式。然后外轴再固定一个金属外壳,就是一个直线电机了。像工厂的包装线和线控机床,还有滑动门、过山车和无线电梯,甚至是磁悬浮列车,都是用的类似原理。

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