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直线电机的特点及发展趋势 （谭铭志 湖南大学、湖南、长沙） 概 要：概述了直线电机的发展史及特点，相对传统旋转电机的优势，以及直线电机的原理及控制的概述，最后还介绍了直线电 机的发展趋势。 关键词：直线电机、现状、发展趋势 一、引言 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。由于 采用了“零传动”，从而较传统传动方式有明显的优势，如结构简单、无接 、无磨损、噪声低、速度 快、精度高等。近年，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的不断提高，直线电机受到了广泛的关 注。在国外，直线电机驱动技术已进入工业化阶段，但国内尚处于起步阶段。 二、直线电机的发展历程 直线电机的历史，最早可追溯到1840 年惠斯登(Wheatstone)提出和制作雏形但不成功的直线电机，从 那时至今已有160 多年。在这个发展历程中，大致可分为以下三个阶段：探索实验阶段 1840—1955）、 开发应用阶段 1956—1970 ）和实用商品化阶段(1971 至今) 。 第一阶段是直线电机探索实验和部分实验应用阶段，由于当时直线电机的理论还只是雏形、设计不够 完善、 受到材料的性能、制造技术的限制，使得直线电机效率较低，可靠性不高，所以直线电机在这 一时期始终未能得到真正的应用。 第二阶段是直线电机的全面开发阶段。由于自动控制技术、制造技术及材料技术的突飞猛进给直线电 机的研究应用奠定的坚实的基础。这时期主要以英国莱恩苇特 E ·Laithwaiter ）教授为首的一些人在强 调直线电动机基础研究的情况下，取得了不少研究成果，公开发表了直线电机理论分析的文章，并出版 了比较系统的介绍直线电机的专著《Induction Machines for Special Purpose》，这给直线电机领域作出了 开创性贡献，也鼓励着世界各地的科学家继续努力。 第三阶段是直线电机的独立应用时代，在这个阶段直线电机找到一条适合自身发展的道路，在旋转电 机无能为力的领域大展身手。从此直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置 与产品，如运用直线电机驱动的磁悬浮列车时速达到了 500Km/h ，接近了航空飞行速度，电子缝纫机、 磁头定位装置以及应用音圈直线电机加工活塞的中凸变椭圆的数控车床等。 三、简述直线电机的结构、原理及优缺点 直线电机在结构上可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖 开，然后将电机的圆周展开成直线，如图一所示： 图一 旋转电机和直线电机示意图 图二 旋转电机演变为直线电机的过程 a) 旋转电机 b) 直线电机 a) 沿径向剖开 b) 把圆周展成直线 这样就得到了由旋转电机演变而来的最原始的直线电机。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演 变而来的一侧称为次级。图二所示为演变而来的直线电机，后在结构上作了优化与改进，一般为双边型 短初级长次级直线电机，这是扁平直线电机的一种，是目前应用最广泛的结构形式，除此以外，直线电 机还可以做圆筒型 也称管型），圆弧型和圆盘型。 直线电机不仅结构上由旋转电机演变而来，而 工作原理也与旋转电机非常类似。如下图三所示为旋 转电机的基本工作原理，图中线圈AX、BY 、CZ 为定子A、B、C 三相绕组。当在其中通往三相对称正 弦电流后，便在气隙中产生旋转磁场，这个磁场可看成沿气隙圆周呈正弦分布。电流变化一个周期，旋 转磁场转过一对磁极，它的旋转速度称为同步转速n (r/min)表示，它与电流的频率f (Hz)成正比，而与 s 60f ns 电极对数p 成反比，如下所示：ns 。用vs 2p t 2f t (m/s)(t 为极距)表示定子内圆表 p 60 面上磁场运动的线速度。为简便起见，图中笼型转子只 出了两根导条。当气隙中旋转磁场以同步