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直線電機的特點及應用

 

1、一般電動機工作時都是轉(zhuǎn)動的．但是用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的交通工具（比如電動機車和城市中的電車等）需要 做直線運動，用旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動的機器的一些部件也要做直線運動．這就需要增加把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的一套裝置．能不能直接運用直線運動的電機來驅(qū)動，從 而省去這套裝呢？幾十年前人們就提出了這個問題．現(xiàn)在已制成了直線運動的電動機，即直線電機．
直線電機的原理并不復雜．設想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應電動機（圖）．在直線電機中，相當 于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級．初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動．這時初級要做得很長，延伸到運動 所需要達到的位置，而次級則不需要那么長．實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初 級移動．
直線電機是一種新型電機，近年來應用日益廣泛．磁懸浮列車就是用直線電機來驅(qū)動的．
磁懸浮列車是一種全新的列車．一般的列車，由于車輪和鐵軌之間存在摩擦，限制了速度的提高，它所能達到的運行速度不超過300km/n．磁懸 浮列車是將列車用磁力懸浮起來，使列車與導軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機牽引．直線電機的一個級固定于地面，跟導軌一起延伸到遠處； 另一個級安裝在列車上．初級通以交流，列車就沿導軌前進．列車上裝有磁體（有的就是兼用直線電機的線圈），磁體隨列車運動時，使設在地面上的線圈（或金屬 板）中產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來．懸浮列車的優(yōu)點是運行平穩(wěn)，沒有顛簸，噪聲小，所需的牽引力很 小，只要幾千kw的功率就能使懸浮列車的速度達到550km／h．懸浮列車減速的時候，磁場的變化減小，感應電流也減小，磁場減弱，造成懸浮力下降．懸浮 列車也配備了車輪裝置，它的車輪像飛機一樣，在行進時能及時收入列車，停靠時可以放下來，支持列車．
要使質(zhì)量巨大的列車靠磁力懸浮起來，需要很強的磁場，實用中需要用高溫超導線圈產(chǎn)生這樣強大的磁場．
直線電機除了用于磁懸浮列車外，還廣泛地用于其他方面，例如用于傳送系統(tǒng)、電氣錘、電磁攪拌器等．在我國，直線電機也逐步得到推廣和應用．直線電機的原理雖不復雜，但在設計、制造方面有它自己的特點，產(chǎn)品尚不如旋轉(zhuǎn)電機那樣成熟，有待進一步研究和改進．
直線電機可以認為是旋轉(zhuǎn)電機在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉(zhuǎn)電機沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。近年來，隨著自動控制技術(shù)和微型計算機的高速發(fā)展，對各類自動控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機再加上一套變換機構(gòu)組成的直線運動驅(qū)動裝置，已經(jīng)遠不能滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，為此，近年來世界許多國家都在研究、發(fā)展和應用直線電機，使得直線電機的應用領域越來越廣。
直線電機與旋轉(zhuǎn)電機相比，主要有如下幾個特點：一是結(jié)構(gòu)簡單，由于直線電機不需要把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)大為簡化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運動的地方，直線電機可以實現(xiàn)直接傳動，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微機控制，則還可以大大地提高整個系統(tǒng)的定位精度；三是反應速度快、靈敏度高，隨動性好。直線電機容易做到其動子用磁懸浮支撐，因而使得動子和定子之間始終保持一定的空氣隙而不接觸，這就消除了定、動子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度、快速性和隨動性；四是工作安全可靠、壽命長。直線電機可以實現(xiàn)無接觸傳遞力，機械摩擦損耗幾乎為零，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽命長。
2、直線電機主要應用于三個方面：一是應用于自動控制系統(tǒng)，這類應用場合比較多；其次是作為長期連續(xù)運行的驅(qū)動電機；三是應用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運動能的裝置中。
——高速磁懸浮列車 磁懸浮列車是直線電機實際應用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進展。
——直線電機驅(qū)動的電梯 一臺使用直線電機驅(qū)動的電梯是1990年4月安裝于日本東京都關(guān)島區(qū)萬世大樓，該電梯載重600kg，速度為105m/min，提升高度為22.9m。由于直線電機驅(qū)動的電梯沒有曳引機組，因而建筑物頂?shù)臋C房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導技術(shù)的直線電機驅(qū)動，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術(shù)控制。
——超高速電動機 在旋轉(zhuǎn)超過某一極*，采用滾動軸承的電動機就會產(chǎn)生燒結(jié)、損壞現(xiàn)象。為此近年來，國外研制了一種直線懸浮電動機（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機的動子懸浮在空中，消除了動子和定子之間的機械接觸和摩擦阻力，其轉(zhuǎn)速可達25000～100000r/min以上，因而在高速電動機和高速主軸部件上得到廣泛的應用。如日本安川公司新近研制的多工序自動數(shù)控車床用5軸可控式電磁高速主軸采用兩個經(jīng)向電磁軸承和一個軸向推力電磁軸承，可在任意方向上承受機床的負載。在軸的中間，除配有高速電動機以外，還配有與多工序自動數(shù)控車床相適應的工具自動交換機構(gòu)。