直線電機發展概述及應用

郭　輝（杭州致格智能控制技術有限公司，杭州　310015　）

直線電機發展概述及應用

郭輝
（杭州致格智能控制技術有限公司，杭州310015）

直線電機具有環境污染少、消耗能源少及噪聲污染少等優點，普遍應用在多種領域。本文分析了直線電機的理論研究，簡單地敘述了直線電機在一些領域的應用，如交通、辦公設備及軍事裝備等。結合直線電機應用研究新發展動向得出，通過計算機使直線電機具有高度的控制精度，在新原理的基礎上研發新型直線電機的新技術，直線電機未來的應用和發展的前景是廣闊的。

直線電機；發展；應用

直線電機經歷了相當長一段時間的發展。從十九世紀末期至二十世紀初期，有人開始對直線電機進行研究，但最終以失敗告終。直到二十世紀五十年代中期這種情況才有所改變，因為這期間材料技術和控制技術得到了發展，新控制元器件大量涌現，極大促進了直線電機的理論與應用。特別是這些年來，精密、高速機床進給系統的需要，有效體現了直線電機的顯著性能，直線電機的研究成為了研究領域的熱點。明確直線電機發展現狀及未來發展趨勢，有助于研究新型直線電機。

1　直線電機的理論研究

因為直線電機具有特殊的結構，旋轉電機的理論并不直接適用直線電機，這樣對直線電機的分析就更加困難。所以，開展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。為了解決邊界效應問題，提出了直接解法，基于三維Maxwell方程，再做簡化，經過推導得出一維方程的解閉。應用有限元法直接根據直線電機內的磁場分布，得出電氣參數，改變了以往使用的場簡化為路的方法，促使了計算方法的進步。

2　直線電機的應用研究

直線電機因為自身具有獨特的優越性，在機械加工、精密控制及交通運輸等領域得到了廣泛應用［1］。直線電機是一種電子機械裝置，借助電能，做直線運動，能夠驅動機械負載，進行直線運動；直線電機具有簡單的結構、較低的能源消耗及較高的工作效率。在直線電機研究中，直線電機應用研究是重要內容之一。因為直線電機可作往復或者連續單向的直線機械運動，不再需要中間機械傳動變換裝置，普遍應用于國民經濟的相關部門。直線電機多運用于機床、工業機器人和多種直線運動的機械裝置中。

其中，浙江大學研發的直線電機驅動的沖壓機，改變了傳統沖壓機的各部件，如連桿、曲軸、飛輪和飛輪等；海電機廠聯合研發的直線電機機械手，用作內部自動下料裝置；西安交通大學研發了新結構的直線壓縮機，應用在一些小型制冷設備，如冰箱和空調等，因為使用了新式的磁阻式直線電機驅動，具有簡單的壓縮機結構，便于操控，效率高，節能等。

我國已經著手開始使用以直線電機為主要驅動的拖動技術生產的全自動自動分揀系統。直線電機也出色地應用到了交通領域，像磁懸浮列車就是一個很好的例子。直線電機還可應用在搬運傳輸設備和物料輸送的驅動裝置上。

直線電機在辦公設備的應用主要是打字機、電唱機和計算機磁盤等設備。其中，美國奧基電氣公司將圓柱型步進直線電機應用在軟盤驅動上，美國BIM公司在X-Y平面儀和打印機上都用到了用步進直線電機等。

直線電機應用在軍事領域的一個例子是電磁炮。電磁炮是一種用作軍事用途的武器系統，運用了電磁場加速度加速彈丸的原理。

3　直線電機的發展概述

辦公機械、工廠自動化得到了快速發展，越來越需求高性能的移動機構的定位及執行元件，直線電機在一些重要領域十分突出。隨著新需求的驅動及新材料、技術的推動，直線電機將不斷發展。通過計算機實現直線電機高精準的控制，控制啟動、定速和加速等運動或者停止，這是直線電機運動的條件，為使直線電機具有更高的性能，控制系統多使用工控機及多CUP處理系統，改變了原有的模擬控制方式，變成了數字控制方式，專業的直線電機新控制理論與控制算法將會有新進展。

在新原理基礎上研發的新型直線電機，其中，為使直線電機的應用領域更為廣闊，人們采用了新的原理，開始專門應用于直線電機的研發。其中，新型超聲直線電機采用了新的復合彈性材料CFRP，利用纖維單向排列時CFRP的正交各向異性特征，在壓電振子PZT激勵下，CFRP形成傾斜振動，使得導軌表面產生反作用力，驅動電機移動，因為結構簡單，所以，較容易制造；直線振蕩電機是一種特殊的直線電機，這些年國內外對其的研究較多，各國研究重點集中于開發性能優越的直線振蕩電機網；筆者結合自身經驗，曾致力于機電共振狀態下的直線振蕩電機運行，目的是為了實現直線電機大振幅且重負載［2］。

4　結束語

直線電機具有速度快、推力大的特點，人們通過對直線電機進行設計，成功制造了時速高于500knl/h的磁懸浮車，能夠在短暫的幾秒時間內讓重量僅有幾千克的直升飛機產生單位小時內幾百千米的速度；另外，直線電機還具有精細、低速的特征，其中，步進直線電動機的精確度在微米之間，為此，直線電機被應用在許多高精度儀器中。直線電機制造理論和技術不斷發展，直線電機未來應用領域將更廣泛，可普遍應用在民用、工業和軍事等領域。許多人認為直線電機未來的發展前途是巨大的。盡管和旋轉電機比起來，直線電機還有待完善。然而其在自動控制與電力傳動中的應用已經顯示了極大的靈活性，未來直線電機的應用領域將更為廣闊，趨向成熟。

［1］蔡長春，徐志鋒，潘晶，莊建平，劉新才.直線電機的發展和應用［J］.微電機（伺服技術），2003（02）：47-50.

［2］宋書中，胡業發，周祖德.直線電機的發展及應用概況［J］.控制工程，2006（03）：199-201+277.

作者姓名：郭輝（1968-），男，浙江杭州人，碩士，工程師，經濟師，主要研究方向：機械自動化。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.156