淺談直線電機的應用及發展

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電機的差異，然后介紹了如今直線電機在交通運輸行業、數控機床以及許多其它行業的應用，最后提出直線電機未來的發展方向，希望對直線電機的發展有所幫助。

關鍵詞：直線電機；應用；發展

1.概述

直線電機不需要中間傳動，直接將電能轉換為直線運動，驅動機器工作。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、工程材料以及控制技術的發展，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，應用范圍越來越廣泛。在交通運輸、機械工業和儀器工業當中，直線電機已得到推廣和應用。其具有高精度、高速度、響應快速的優點，具有很好的應用和發展前景。

2.直線電機的應用

2.1 在交通運輸中的應用

提到在交通運輸行業中的應用，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動的。列車的懸浮分為兩種方式，一種是常導磁吸式（EMS），另一種是超導磁斥式（EDS）。常導磁吸式利用安裝在車輛兩側轉向架上的懸浮電磁鐵和鋪設在線路導軌上的磁鐵，在磁場作用下，產生吸引力，是列車懸浮起來。超導磁斥式是在車輛底部安裝超導磁體，在軌道兩側鋪設鋁環線圈，當列車運行時，給車上的線圈通電，產生磁場，軌道兩側的鋁環與之相切產生與車輛上超導磁體方向相反的磁場，兩個磁場產生排斥力，這個排斥力使列車懸浮起來。磁懸浮列車運行平穩，噪聲小，沒有顛簸。磁懸浮列車的一系列優點使其擁有廣闊的應用前景。除了在磁懸浮列車上應用了直線電機，在地鐵、高速電力機車中也有直線電機的應用。

2.2 在數控機床中的應用

傳統的數控機床使用旋轉電機，然后再通過傳動機構將旋轉運動轉換位直線運動。由于中間傳動機構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，這種傳統的數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化為直線運動，省略了中間的傳動機構，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，對動態特性與運動精度要求較高的場合，直線電機有很大的應用優勢。目前的機械制造業中，直線電機已經廣泛的應用于高速銑床、激光加工機床、磨床、加工中心等制造設備。如今直線電機的推廣與使用也是數控機床的一個重要發展方向，隨著直線電機的進一步發展，對現代機床制造業的發展會有很好的推動作用。

2.3 在其他方面的應用

在機械工業上，直線電機除了用在數控機床上之外，還應用在沖床、吊車傳動、門閥的開閉與驅動、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勢，如直線電機電梯、升降機、行李分揀輸送線，各種工業加工生產線、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用也有很多，如驅動門、窗子與窗簾、餐桌、椅子等，洗衣機、電驅動晾衣架等電動工具。辦公的數字掃描儀與打印機等也使用了直線電機進行驅動。在軍事方面的應用有電磁炮、潛艇等裝備，衛星和飛船的一些構件的驅動也采用了直線電機。

3.直線電機的發展方向

3.1 完善直線電機的設計理論

直線電機的工作原理大體可以理解為將旋轉電機的定子與轉子展開成直線，分別成為直線電機的初級和次級。給其初級通電產生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度會按通電順序做直線移動，相當于旋轉電機定子繞組產生的旋轉磁場。然后移動的磁場使次級切割磁感線產生感應電動勢和感應電流，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電機有一定程度的相似，但旋轉電機的相關設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構上有很大的不同。因此直線電機的設計還要投入更多的研究，以使其設計理論更加成熟。

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更高效的閉環伺服系統，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性能測試與動態性能測試。目前直線電機的性能測試方法有些參照旋轉電機的試驗方法，有些針對直線電機設計了特定的試驗方法，但一直沒有統一的標準與方法。不能制定出標準對直線電機的發展有一定的限制。因此在直線電機的性能測試方法上也應該投入更多的研究。

4.結語

直線電機結構簡單、重量輕、慣性小、運轉速度快、響應速度快、加速度快、精度高、噪聲低等許多優點，其帶動直線運動的負載還可以省略中間的傳動裝置。直線電機設計理論和制造技術的不斷發展，將會使其性能更好，應用范圍更加廣泛。積極研究開發直線電機，不止使我國電機行業達到更高水平，同時還會帶動交通運輸、機械制造等一系列產業的進步，開辟新一代驅動模式。

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