淺談直線電機的應(yīng)用及發(fā)展

楊世強

摘 要：本文首先介紹了直線電機在工作原理上與旋轉(zhuǎn)電機的差異，然后介紹了如今直線電機在交通運輸行業(yè)、數(shù)控機床以及許多其它行業(yè)的應(yīng)用，最后提出直線電機未來的發(fā)展方向，希望對直線電機的發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：直線電機；應(yīng)用；發(fā)展

1.概述

直線電機不需要中間傳動，直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動，驅(qū)動機器工作。早在170多年前，直線電機的想法就被提出，并且制作出了雛形。直到二十世紀初期，直線電機的研究一直沒有太大的進展。從二十世紀五十年代中期，隨著制造技術(shù)、工程材料以及控制技術(shù)的發(fā)展，直線電機的研究狀況才有了很大的改善。如今直線電機越來越成熟，應(yīng)用范圍越來越廣泛。在交通運輸、機械工業(yè)和儀器工業(yè)當中，直線電機已得到推廣和應(yīng)用。其具有高精度、高速度、響應(yīng)快速的優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

2.直線電機的應(yīng)用

2.1 在交通運輸中的應(yīng)用

提到在交通運輸行業(yè)中的應(yīng)用，最先要說的則是如今熱門的磁懸浮列車。一般的列車由于存在車輪與鐵軌的摩擦，限制了其速度的提高。而磁懸浮列車是利用磁力將列車懸浮起來，使列車與軌道沒有接觸，減小了摩擦，從而提高了車速。這種列車的運動就是由直線電機驅(qū)動的。列車的懸浮分為兩種方式，一種是常導(dǎo)磁吸式（EMS），另一種是超導(dǎo)磁斥式（EDS）。常導(dǎo)磁吸式利用安裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場作用下，產(chǎn)生吸引力，是列車懸浮起來。超導(dǎo)磁斥式是在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體，在軌道兩側(cè)鋪設(shè)鋁環(huán)線圈，當列車運行時，給車上的線圈通電，產(chǎn)生磁場，軌道兩側(cè)的鋁環(huán)與之相切產(chǎn)生與車輛上超導(dǎo)磁體方向相反的磁場，兩個磁場產(chǎn)生排斥力，這個排斥力使列車懸浮起來。磁懸浮列車運行平穩(wěn)，噪聲小，沒有顛簸。磁懸浮列車的一系列優(yōu)點使其擁有廣闊的應(yīng)用前景。除了在磁懸浮列車上應(yīng)用了直線電機，在地鐵、高速電力機車中也有直線電機的應(yīng)用。

2.2 在數(shù)控機床中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的數(shù)控機床使用旋轉(zhuǎn)電機，然后再通過傳動機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換位直線運動。由于中間傳動機構(gòu)一定會存在傳動誤差，使機床的加工精度受到影響。在對加工精度要求較高的場合，這種傳統(tǒng)的數(shù)控機床已無法滿足加工要求。而直線電機可以將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運動，省略了中間的傳動機構(gòu)，減小了傳動誤差和機械磨損，從而保證了機床的高精度和使用壽命。直線電機擁有很大的加速度，因此在加工時，可以很快到達高切削速度對工件進行切削。在對加工切削力要求不大，對動態(tài)特性與運動精度要求較高的場合，直線電機有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。目前的機械制造業(yè)中，直線電機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速銑床、激光加工機床、磨床、加工中心等制造設(shè)備。如今直線電機的推廣與使用也是數(shù)控機床的一個重要發(fā)展方向，隨著直線電機的進一步發(fā)展，對現(xiàn)代機床制造業(yè)的發(fā)展會有很好的推動作用。

2.3 在其他方面的應(yīng)用

在機械工業(yè)上，直線電機除了用在數(shù)控機床上之外，還應(yīng)用在沖床、吊車傳動、門閥的開閉與驅(qū)動、螺旋壓力機等。因為直線電機的特點使其在物料的搬運與輸送方面也很有優(yōu)勢，如直線電機電梯、升降機、行李分揀輸送線，各種工業(yè)加工生產(chǎn)線、裝配線、檢查線，商場的貨物輸送，倉庫的物料搬運等。直線電機在民用方面的應(yīng)用也有很多，如驅(qū)動門、窗子與窗簾、餐桌、椅子等，洗衣機、電驅(qū)動晾衣架等電動工具。辦公的數(shù)字掃描儀與打印機等也使用了直線電機進行驅(qū)動。在軍事方面的應(yīng)用有電磁炮、潛艇等裝備，衛(wèi)星和飛船的一些構(gòu)件的驅(qū)動也采用了直線電機。

3.直線電機的發(fā)展方向

3.1 完善直線電機的設(shè)計理論

直線電機的工作原理大體可以理解為將旋轉(zhuǎn)電機的定子與轉(zhuǎn)子展開成直線，分別成為直線電機的初級和次級。給其初級通電產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應(yīng)強度會按通電順序做直線移動，相當于旋轉(zhuǎn)電機定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。然后移動的磁場使次級切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，又受洛侖茲里的作用使次級順著磁場的移動方向移動。雖然直線電機與旋轉(zhuǎn)電機有一定程度的相似，但旋轉(zhuǎn)電機的相關(guān)設(shè)計理論不能直接用在直線電機上，因為兩種電機在性能與結(jié)構(gòu)上有很大的不同。因此直線電機的設(shè)計還要投入更多的研究，以使其設(shè)計理論更加成熟。

3.2 提高直線電機的精度、速度與推力

精度的提高可以通過使用和研發(fā)更高效的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，以反饋的方式提高精度。提高電機的速度，同時保證擁有較高的推力是研究直線電機的一個重要方向。機械加工中高速和超高速切削以及交通運輸行業(yè)都要求直線電機要提高其速度與推力。

3.3 研究直線電機的性能測試方法

直線電機的性能測試包括靜態(tài)性能測試與動態(tài)性能測試。目前直線電機的性能測試方法有些參照旋轉(zhuǎn)電機的試驗方法，有些針對直線電機設(shè)計了特定的試驗方法，但一直沒有統(tǒng)一的標準與方法。不能制定出標準對直線電機的發(fā)展有一定的限制。因此在直線電機的性能測試方法上也應(yīng)該投入更多的研究。

4.結(jié)語

直線電機結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣性小、運轉(zhuǎn)速度快、響應(yīng)速度快、加速度快、精度高、噪聲低等許多優(yōu)點，其帶動直線運動的負載還可以省略中間的傳動裝置。直線電機設(shè)計理論和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，將會使其性能更好，應(yīng)用范圍更加廣泛。積極研究開發(fā)直線電機，不止使我國電機行業(yè)達到更高水平，同時還會帶動交通運輸、機械制造等一系列產(chǎn)業(yè)的進步，開辟新一代驅(qū)動模式。

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