齒條電動機及在彈射器上的應用＊

史 炎

（西南交通大學牽引動力國家重點實驗室 成都 610031）

1 引言

齒條電動機是一項創新設計，借助齒輪齒條機構既能做旋轉運動又能做直線運動，能實現旋轉運動與直線運動互換。目前同步電機不論是有刷電機還是無刷電機都需要控制器完成電流換向，而齒條電動機的轉子和齒輪同軸心安裝、固定，轉子隨齒輪邊旋轉邊平移，轉子作直線旋轉運動能同時兼顧磁場翻轉和電流換向。

2.5.4 術后LUTS/OAB 推薦意見：①對可疑不穩定性膀胱患者術前應行尿動力學檢查；②術前服用α受體阻滯劑和抗膽堿藥物，減少術后膀胱痙攣和急迫性尿失禁的發生；③拔除導尿管后，如患者仍存在尿頻、尿急或者急迫性尿失禁，可服用α受體阻滯劑和抗膽堿藥物治療。

2 齒條電機原理

依電磁感應定律，可推論出電流方向與磁極同步變化，則電磁力矩方向保持不變，以永磁直流齒條電機闡述的原理同樣適用于交流齒條電機。用一個實例闡述本電機的工作原理，圖1中齒輪齒數為20，轉子為永磁體4極，轉子每極占5個齒。定子繞組通直流電，分成2極，將定子劃分成兩個區域A、B。圖1中示出轉子運行的兩個瞬時位置，后續運動方式相同。

在圖1（1）初始位置，轉子S極對應定子繞組的電流流向紙內，S極對應整個A區，轉子受到電磁力矩作用有順時針轉動的趨勢，同時在齒輪齒條嚙合處受到齒條給齒輪的一個反作用力，于是齒輪與轉子在此反作用力的推動下旋轉并沿齒條方向移動。磁場隨轉子旋轉而翻轉，S極逐漸遠離定子繞組，N極逐漸接近定子繞組，轉子及齒輪旋轉5個齒90°、平移5個齒距后，轉子跨過A、B區域分界線進入B區，此時轉子N極對應定子繞組的電流流出紙外，電磁力矩方向保持不變，到圖1（2）位置，N極中心位置對應B區中心。重復上述過程，轉子旋轉了一圈，轉子及齒輪回到初始位置準備下次循環。

母親逝世后,父親已邁入老年(父親大母親12歲),養兒防老的道德觀念和靠體力生存的農村，再次使二哥挺身而出獨撐家業，把走出農村的機會留給妹妹弟弟，并幫助他們成立家庭。同時還當上了村干部，他組織力量發展了村里的林業和水利，贏得民心，自籌資金打深水井，率先解決全村人吃水難的問題，因此受到地級黨報的示范宣傳，從而也使父親的晚年生活十分快樂和幸福。

圖1 齒條電機原理

由此引入單極齒數的概念，既轉子每極對應的齒數。齒條電機的工作特點為：轉子及齒輪作直線旋轉運動，既一邊繞齒輪中心旋轉，一邊沿齒條長度方向移動，每轉過1個單極齒數，轉子磁極極性改變一次，每平移1個單極齒數的距離，對應定子繞組電流方向改變一次。轉子旋轉實現磁場翻轉，平移選擇電流方向。定子磁極分界點是電機啟動死點。

3 多轉子永磁直流齒條電機結構

圖2是三轉子永磁直流齒條電機基本結構示意圖，理論上三轉子電機輸出功率是單轉子電機的三倍。

轉子是齒輪的軸向延伸部分，其運行規律受控于齒條機構，齒輪齒條機構主要由齒輪、齒條及構架組成。設置上下二個定子及繞組，二個定子繞組采用串聯方式連接，視為同一組繞組。單轉子齒條電機存在啟動死點，而多轉子齒條電機在結構設計上能保證任意時刻至少有一個轉子不在啟動死點上。

陽光從倉庫大門的鐵鎖上反射出一道耀眼的光芒，甲洛洛用背擋住這刺眼的光芒，瞇縫起眼，看著昨天丁主任交給他的失物清單：

圖2 多轉子永磁直流齒條電機

4 直流勵磁齒條電機彈射器

圖2永磁直流齒條電機可視做彈射器的基礎結構，通過增加轉子數量增大輸出功率，但是靠這種方法增加功率有限，而且永磁體對溫度比較敏感，存在退磁臨界溫度，一般在100～200℃之間，彈射器在工作時會產生高溫，因此只適合中、小負荷工況。設計要求彈射器在很短時間內起飛更多架次的飛機，電磁彈射器的電源容量在5～8萬KVA左右，這么大的功率對直線感應電機不是問題，但如果是永磁直線電機則必須是無刷直流電機，否則滑環的強大電流會灼傷換向器。直線感應電機因發熱量大，功率損失可能會超過永磁直線電機，對電能的利用率不如直流電機高，此外直流電機調速性能好。這是一個兩難的選擇，而用直流勵磁齒條電機則能很好地解決這個難題。電力機車通過受電弓由接觸網引入電流，再經鋼軌接地，受此啟發，引入二根電纜與各轉子構成回路，圖3所示為多轉子直流勵磁齒條電機彈射器基本構造，各轉子與電網并聯連接，串聯電路結構要復雜些，本文不作探討。直流勵磁齒條電機主要由構架、齒輪、齒條、轉子、上、下定子及繞組、電纜、電刷、車輪等組成，為圖示清晰隱藏了上定子及繞組。構架是一個搭載平臺，車輪支承整機全部重量，齒輪、齒條之間只傳遞嚙合力不受重力干擾，電網由左右二條電纜組成，轉子勵磁電流通過電刷上網獲取。上述齒條電機彈射器只是一個內核結構，離實用還有一段距離，尚需借鑒現有成熟的技術加以完善。

圖3 齒條電機彈射器內核結構

5 結語

齒條電機屬于同步電機，無專門的換相控制器，轉子依附在齒輪上，利用一套機構同時完成二個毫不相干的任務，齒輪齒條機構既是電磁換向控制者又是目的執行者。齒條電機操控簡單，通電即能運行，非常適用于大電流、高電壓、強干擾的場合，彈射器只是其一種應用。

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