直線電機發(fā)展概述及應用

郭　輝（杭州致格智能控制技術(shù)有限公司，杭州　310015　）

直線電機發(fā)展概述及應用

郭輝
（杭州致格智能控制技術(shù)有限公司，杭州310015）

直線電機具有環(huán)境污染少、消耗能源少及噪聲污染少等優(yōu)點，普遍應用在多種領(lǐng)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(lǐng)域的應用，如交通、辦公設備及軍事裝備等。結(jié)合直線電機應用研究新發(fā)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(chǔ)上研發(fā)新型直線電機的新技術(shù)，直線電機未來的應用和發(fā)展的前景是廣闊的。

直線電機；發(fā)展；應用

直線電機經(jīng)歷了相當長一段時間的發(fā)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(shù)和控制技術(shù)得到了發(fā)展，新控制元器件大量涌現(xiàn)，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(tǒng)的需要，有效體現(xiàn)了直線電機的顯著性能，直線電機的研究成為了研究領(lǐng)域的熱點。明確直線電機發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)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(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)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(jīng)過推導得出一維方程的解閉。應用有限元法直接根據(jù)直線電機內(nèi)的磁場分布，得出電氣參數(shù)，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(yōu)越性，在機械加工、精密控制及交通運輸?shù)阮I(lǐng)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(qū)動機械負載，進行直線運動；直線電機具有簡單的結(jié)構(gòu)、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(nèi)容之一。因為直線電機可作往復或者連續(xù)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(jīng)濟的相關(guān)部門。直線電機多運用于機床、工業(yè)機器人和多種直線運動的機械裝置中。

其中，浙江大學研發(fā)的直線電機驅(qū)動的沖壓機，改變了傳統(tǒng)沖壓機的各部件，如連桿、曲軸、飛輪和飛輪等；海電機廠聯(lián)合研發(fā)的直線電機機械手，用作內(nèi)部自動下料裝置；西安交通大學研發(fā)了新結(jié)構(gòu)的直線壓縮機，應用在一些小型制冷設備，如冰箱和空調(diào)等，因為使用了新式的磁阻式直線電機驅(qū)動，具有簡單的壓縮機結(jié)構(gòu)，便于操控，效率高，節(jié)能等。

我國已經(jīng)著手開始使用以直線電機為主要驅(qū)動的拖動技術(shù)生產(chǎn)的全自動自動分揀系統(tǒng)。直線電機也出色地應用到了交通領(lǐng)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(qū)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(qū)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(lǐng)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(tǒng)，運用了電磁場加速度加速彈丸的原理。

3　直線電機的發(fā)展概述

辦公機械、工廠自動化得到了快速發(fā)展，越來越需求高性能的移動機構(gòu)的定位及執(zhí)行元件，直線電機在一些重要領(lǐng)域十分突出。隨著新需求的驅(qū)動及新材料、技術(shù)的推動，直線電機將不斷發(fā)展。通過計算機實現(xiàn)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(tǒng)多使用工控機及多CUP處理系統(tǒng)，改變了原有的模擬控制方式，變成了數(shù)字控制方式，專業(yè)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(chǔ)上研發(fā)的新型直線電機，其中，為使直線電機的應用領(lǐng)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(fā)。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(chǎn)生反作用力，驅(qū)動電機移動，因為結(jié)構(gòu)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(nèi)外對其的研究較多，各國研究重點集中于開發(fā)性能優(yōu)越的直線振蕩電機網(wǎng)；筆者結(jié)合自身經(jīng)驗，曾致力于機電共振狀態(tài)下的直線振蕩電機運行，目的是為了實現(xiàn)直線電機大振幅且重負載［2］。

4　結(jié)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(nèi)讓重量僅有幾千克的直升飛機產(chǎn)生單位小時內(nèi)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(shù)不斷發(fā)展，直線電機未來應用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V泛，可普遍應用在民用、工業(yè)和軍事等領(lǐng)域。許多人認為直線電機未來的發(fā)展前途是巨大的。盡管和旋轉(zhuǎn)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(jīng)顯示了極大的靈活性，未來直線電機的應用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V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(fā)展和應用［J］.微電機（伺服技術(shù)），2003（02）：47-50.

［2］宋書中，胡業(yè)發(fā)，周祖德.直線電機的發(fā)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(jīng)濟師，主要研究方向：機械自動化。

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