直线电机发展概述及应用

摘 要：直线电机具有环境污染少、消耗能源少及噪声污染少等优点，普遍应用在多种领域。本文分析了直线电机的理论研究，简单地叙述了直线电机在一些领域的应用，如交通、办公设备及军事装备等。结合直线电机应用研究新发展动向得出，通过计算机使直线电机具有高度的控制精度，在新原理的基础上研发新型直线电机的新技术，直线电机未来的应用和发展的前景是广阔的。

关键词：直线电机；发展；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.156

直线电机经历了相当长一段时间的发展。从十九世纪末期至二十世纪初期，有人开始对直线电机进行研究，但最终以失败告终。直到二十世纪五十年代中期这种情况才有所改变，因为这期间材料技术和控制技术得到了发展，新控制元器件大量涌现，极大促进了直线电机的理论与应用。特别是这些年来，精密、高速机床进给系统的需要，有效体现了直线电机的显著性能，直线电机的研究成为了研究领域的热点。明确直线电机发展现状及未来发展趋势，有助于研究新型直线电机。

1 直线电机的理论研究

因为直线电机具有特殊的结构，旋转电机的理论并不直接适用直线电机，这样对直线电机的分析就更加困难。所以，开展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。为了解决边界效应问题，提出了直接解法，基于三维Maxwell方程，再做简化，经过推导得出一维方程的解闭。应用有限元法直接根据直线电机内的磁场分布，得出电气参数，改变了以往使用的场简化为路的方法，促使了计算方法的进步。

2 直线电机的应用研究

直线电机因为自身具有独特的优越性，在机械加工、精密控制及交通运输等领域得到了广泛应用[1]。直线电机是一种电子机械装置，借助电能，做直线运动，能够驱动机械负载，进行直线运动；直线电机具有简单的结构、较低的能源消耗及较高的工作效率。在直线电机研究中，直线电机应用研究是重要内容之一。因为直线电机可作往复或者连续单向的直线机械运动，不再需要中间机械传动变换装置，普遍应用于国民经济的相关部门。直线电机多运用于机床、工业机器人和多种直线运动的机械装置中。

其中，浙江大学研发的直线电机驱动的冲压机，改变了传统冲压机的各部件，如连杆、曲轴、飞轮和飞轮等；海电机厂联合研发的直线电机机械手，用作内部自动下料装置；西安交通大学研发了新结构的直线压缩机，应用在一些小型制冷设备，如冰箱和空调等，因为使用了新式的磁阻式直线电机驱动，具有简单的压缩机结构，便于操控，效率高，节能等。

我国已经着手开始使用以直线电机为主要驱动的拖动技术生产的全自动自动分拣系统。直线电机也出色地应用到了交通领域，像磁悬浮列车就是一个很好的例子。直线电机还可应用在搬运传输设备和物料输送的驱动装置上。

直线电机在办公设备的应用主要是打字机、电唱机和计算机磁盘等设备。其中，美国奥基电气公司将圆柱型步进直线电机应用在软盘驱动上，美国BIM公司在X-Y平面仪和打印机上都用到了用步进直线电机等。

直线电机应用在军事领域的一个例子是电磁炮。电磁炮是一种用作军事用途的武器系统，运用了电磁场加速度加速弹丸的原理。

3 直线电机的发展概述

办公机械、工厂自动化得到了快速发展，越来越需求高性能的移动机构的定位及执行元件，直线电机在一些重要领域十分突出。随着新需求的驱动及新材料、技术的推动，直线电机将不断发展。通过计算机实现直线电机高精准的控制，控制启动、定速和加速等运动或者停止，这是直线电机运动的条件，为使直线电机具有更高的性能，控制系统多使用工控机及多CUP处理系统，改变了原有的模拟控制方式，变成了数字控制方式，专业的直线电机新控制理论与控制算法将会有新进展。

在新原理基础上研发的新型直线电机，其中，为使直线电机的应用领域更为广阔，人们采用了新的原理，开始专门应用于直线电机的研发。其中，新型超声直线电机采用了新的复合弹性材料CFRP，利用纤维单向排列时CFRP的正交各向异性特征，在压电振子PZT激励下，CFRP形成倾斜振动，使得导轨表面产生反作用力，驱动电机移动，因为结构简单，所以，较容易制造；直线振荡电机是一种特殊的直线电机，这些年国内外对其的研究较多，各国研究重点集中于开发性能优越的直线振荡电机网；笔者结合自身经验，曾致力于机电共振状态下的直线振荡电机运行，目的是为了实现直线电机大振幅且重负载[2]。

4 结束语

直线电机具有速度快、推力大的特点，人们通过对直线电机进行设计，成功制造了时速高于500knl/h的磁悬浮车，能够在短暂的几秒时间内让重量仅有几千克的直升飞机产生单位小时内几百千米的速度；另外，直线电机还具有精细、低速的特征，其中，步进直线电动机的精确度在微米之间，为此，直线电机被应用在许多高精度仪器中。直线电机制造理论和技术不断发展，直线电机未来应用领域将更广泛，可普遍应用在民用、工业和军事等领域。许多人认为直线电机未来的发展前途是巨大的。尽管和旋转电机比起来，直线电机还有待完善。然而其在自动控制与电力传动中的应用已经显示了极大的灵活性，未来直线电机的应用领域将更为广阔，趋向成熟。

参考文献：

[1]蔡长春，徐志锋，潘晶，庄建平，刘新才.直线电机的发展和应用[J].微电机（伺服技术），2003（02）：47-50.

[2]宋书中，胡业发，周祖德.直线电机的发展及应用概况[J].控制工程，2006（03）：199-201+277.