楊世強(qiáng)

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

關(guān)鍵詞：直線電機(jī)；應(yīng)用；發(fā)展

1.概述

直線電機(jī)不需要中間傳動(dòng)，直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器工作。早在170多年前，直線電機(jī)的想法就被提出，并且制作出了雛形。直到二十世紀(jì)初期，直線電機(jī)的研究一直沒有太大的進(jìn)展。從二十世紀(jì)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(jī)的研究狀況才有了很大的改善。如今直線電機(jī)越來越成熟，應(yīng)用范圍越來越廣泛。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)當(dāng)中，直線電機(jī)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(diǎn)，具有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

2.直線電機(jī)的應(yīng)用

2.1 在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用

提到在交通運(yùn)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(yùn)動(dòng)就是由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，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(gè)磁場產(chǎn)生排斥力，這個(gè)排斥力使列車懸浮起來。磁懸浮列車運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，沒有顛簸。磁懸浮列車的一系列優(yōu)點(diǎn)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(jī)，在地鐵、高速電力機(jī)車中也有直線電機(jī)的應(yīng)用。

2.2 在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

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

2.3 在其他方面的應(yīng)用

在機(jī)械工業(yè)上，直線電機(jī)除了用在數(shù)控機(jī)床上之外，還應(yīng)用在沖床、吊車傳動(dòng)、門閥的開閉與驅(qū)動(dòng)、螺旋壓力機(jī)等。因?yàn)橹本€電機(jī)的特點(diǎn)使其在物料的搬運(yùn)與輸送方面也很有優(yōu)勢，如直線電機(jī)電梯、升降機(jī)、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(yùn)等。直線電機(jī)在民用方面的應(yīng)用也有很多，如驅(qū)動(dòng)門、窗子與窗簾、餐桌、椅子等，洗衣機(jī)、電驅(qū)動(dòng)晾衣架等電動(dòng)工具。辦公的數(shù)字掃描儀與打印機(jī)等也使用了直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。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(dòng)也采用了直線電機(jī)。

3.直線電機(jī)的發(fā)展方向

3.1 完善直線電機(jī)的設(shè)計(jì)理論

直線電機(jī)的工作原理大體可以理解為將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子展開成直線，分別成為直線電機(jī)的初級和次級。給其初級通電產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場，這個(gè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)按通電順序做直線移動(dòng)，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。然后移動(dòng)的磁場使次級切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)方向移動(dòng)。雖然直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)有一定程度的相似，但旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)理論不能直接用在直線電機(jī)上，因?yàn)閮煞N電機(jī)在性能與結(jié)構(gòu)上有很大的不同。因此直線電機(jī)的設(shè)計(jì)還要投入更多的研究，以使其設(shè)計(jì)理論更加成熟。

3.2 提高直線電機(jī)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(jī)的速度，同時(shí)保證擁有較高的推力是研究直線電機(jī)的一個(gè)重要方向。機(jī)械加工中高速和超高速切削以及交通運(yùn)輸行業(yè)都要求直線電機(jī)要提高其速度與推力。

3.3 研究直線電機(jī)的性能測試方法

直線電機(jī)的性能測試包括靜態(tài)性能測試與動(dòng)態(tài)性能測試。目前直線電機(jī)的性能測試方法有些參照旋轉(zhuǎn)電機(jī)的試驗(yàn)方法，有些針對直線電機(jī)設(shè)計(jì)了特定的試驗(yàn)方法，但一直沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與方法。不能制定出標(biāo)準(zhǔn)對直線電機(jī)的發(fā)展有一定的限制。因此在直線電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣性小、運(yùn)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(diǎn)，其帶動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的負(fù)載還可以省略中間的傳動(dòng)裝置。直線電機(jī)設(shè)計(jì)理論和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)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(jī)，不止使我國電機(jī)行業(yè)達(dá)到更高水平，同時(shí)還會(huì)帶動(dòng)交通運(yùn)輸、機(jī)械制造等一系列產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，開辟新一代驅(qū)動(dòng)模式。

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