第四章直線電動機(jī)

1、第四章第四章 直線電動機(jī)直線電動機(jī) 直線電機(jī)的歷史，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)最早可追溯到直線電機(jī)的歷史，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)最早可追溯到18401840年惠斯登（年惠斯登（WheatstoneWheatstone）開始提出和制作了略）開始提出和制作了略具雛形但并不成功的直線電機(jī)，從那時(shí)至今，已有具雛形但并不成功的直線電機(jī)，從那時(shí)至今，已有160160多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當(dāng)中，直多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當(dāng)中，直線電機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和實(shí)用商品化三線電機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和實(shí)用商品化三個時(shí)代：個時(shí)代： 18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期： v從從18401840年到年到19551955

2、年的年的116116年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。自從自從WheatsoneWheatsone提出和試制了直線電機(jī)以后，最早明確地提提出和試制了直線電機(jī)以后，最早明確地提到直線電機(jī)文章的是到直線電機(jī)文章的是18901890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機(jī)以及它的專利。的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機(jī)以及它的專利。然而，由于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)、工程材料以及控制技術(shù)的水平，然而，由于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)、

3、工程材料以及控制技術(shù)的水平，在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)2020多年的頑強(qiáng)努力后，最終卻未能獲得成功。多年的頑強(qiáng)努力后，最終卻未能獲得成功。 18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期：v至至19051905年，曾有兩人分別建議將直線電動機(jī)作為火車的推進(jìn)年，曾有兩人分別建議將直線電動機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時(shí)直線電機(jī)研究領(lǐng)域的放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時(shí)直線電機(jī)研究領(lǐng)域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入

4、了這些研究工作。這些研究工作。19171917年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機(jī)，事年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機(jī)，事實(shí)上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機(jī)，人們試實(shí)上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機(jī)，人們試圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。 18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期：v至此，從至此，從1930194019301940年期間，直線電機(jī)進(jìn)入了年期間，直線電機(jī)進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)研究階段，在這個階段中，科研人員獲實(shí)驗(yàn)研究階段，在這個階段中，科研人員獲馭了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對已有理論有了馭了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對已有理論

5、有了更深一層的認(rèn)識，奠定了直線電機(jī)在今后的更深一層的認(rèn)識，奠定了直線電機(jī)在今后的應(yīng)用基礎(chǔ)。應(yīng)用基礎(chǔ)。 18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期：v從從1940194019551955年期間世界一些發(fā)達(dá)國家科研人員，在實(shí)驗(yàn)的年期間世界一些發(fā)達(dá)國家科研人員，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用工作?；A(chǔ)上，又進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用工作。19451945年，美國西屋電年，美國西屋電氣公司首先研制成功的電力牽引飛機(jī)彈射器，它以氣公司首先研制成功的電力牽引飛機(jī)彈射器，它以7400kW7400kW的的直線電動機(jī)為動力，成功地用直線電動機(jī)為動力，成功地用4.1s4.1s的時(shí)間將一架重的時(shí)間將一架重4535kg4535k

6、g，的噴氣式飛機(jī)在的噴氣式飛機(jī)在165m165m的行程內(nèi)由靜止加速的的行程內(nèi)由靜止加速的188km/h188km/h的速度，的速度，它的試驗(yàn)成功，使直線電動機(jī)可靠性好等優(yōu)點(diǎn)受到了應(yīng)有的它的試驗(yàn)成功，使直線電動機(jī)可靠性好等優(yōu)點(diǎn)受到了應(yīng)有的重視，隨后，美國利用直線電機(jī)制成的、用作抽汲鉀、鈉等重視，隨后，美國利用直線電機(jī)制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動力中的需要。液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動力中的需要。19541954年，英國年，英國皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機(jī)制成了發(fā)射皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機(jī)制成了發(fā)射導(dǎo)彈的裝置，其速度可達(dá)導(dǎo)彈的裝置，其速度可達(dá)

7、1600km/h1600km/h。在這個階段中，尤需值。在這個階段中，尤需值得一提的是，直線電機(jī)作為高速列車的驅(qū)動裝置得到了各國得一提的是，直線電機(jī)作為高速列車的驅(qū)動裝置得到了各國的高度重視并計(jì)劃予以實(shí)施。的高度重視并計(jì)劃予以實(shí)施。 18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期：v在在1840184019551955年期間，是直線電機(jī)探索實(shí)驗(yàn)和部分年期間，是直線電機(jī)探索實(shí)驗(yàn)和部分實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)期，在直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相互競爭實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)期，在直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相互競爭中，由于直線電機(jī)的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝中，由于直線電機(jī)的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉(zhuǎn)電機(jī)，或者說，直線電機(jī)還沒能找到唯獨(dú)它能旋轉(zhuǎn)電機(jī)，

8、或者說，直線電機(jī)還沒能找到唯獨(dú)它能解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面也沒有解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面也沒有突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時(shí)期始終未能突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時(shí)期始終未能得到真正的應(yīng)用。得到真正的應(yīng)用。 19561970年為開發(fā)應(yīng)用時(shí)期： v自自19551955年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該時(shí)期的控制技術(shù)和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢頭。時(shí)期的控制技術(shù)和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢頭。在這段時(shí)期，申請直線機(jī)的專利件數(shù)也開始急速增加，該時(shí)在這段時(shí)期，申請直線機(jī)的專利件數(shù)也開始急速增加，該

9、時(shí)期直線電機(jī)專利的增長率超過了所有其他技術(shù)領(lǐng)域的平均增期直線電機(jī)專利的增長率超過了所有其他技術(shù)領(lǐng)域的平均增長率。長率。 v到到19651965年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機(jī)的直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機(jī)的MHDMHD泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。 1971年至今為實(shí)用商品時(shí)期： v從從19711971年開始到目前的這個階段，直線電機(jī)終于進(jìn)入了年開

10、始到目前的這個階段，直線電機(jī)終于進(jìn)入了獨(dú)立的應(yīng)用時(shí)代，在這個時(shí)代，各類直線電機(jī)的應(yīng)用得獨(dú)立的應(yīng)用時(shí)代，在這個時(shí)代，各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)到了迅速的推廣，制成了許多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機(jī)驅(qū)動的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、品，例如直線電機(jī)驅(qū)動的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動門、電動窗、電動空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動門、電動窗、電動紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直線電機(jī)驅(qū)動的磁懸浮紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直線電機(jī)驅(qū)動的磁懸浮列車，其速度已超列車，其速度已超500km/h500km/h，接近了航空的飛行

11、速度，接近了航空的飛行速度，且試驗(yàn)行程累計(jì)已達(dá)數(shù)十萬千米。且試驗(yàn)行程累計(jì)已達(dá)數(shù)十萬千米。 目前直線電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域： v1.1.直線電機(jī)在交通與民用方面的應(yīng)用直線電機(jī)在交通與民用方面的應(yīng)用 磁懸浮列車改變了傳統(tǒng)軌道車輛靠輪軌摩擦力推進(jìn)的方式，磁懸浮列車改變了傳統(tǒng)軌道車輛靠輪軌摩擦力推進(jìn)的方式，采用磁力懸浮車體、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，使列車在軌道上浮采用磁力懸浮車體、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，使列車在軌道上浮起滑行，在交通技術(shù)發(fā)展史上是一個重大的突破，被譽(yù)為起滑行，在交通技術(shù)發(fā)展史上是一個重大的突破，被譽(yù)為2121世紀(jì)一種理想的交通工具，磁懸浮車與現(xiàn)有常規(guī)車相比，主世紀(jì)一種理想的交通工具，磁懸浮車與

12、現(xiàn)有常規(guī)車相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：速度快（要優(yōu)點(diǎn)是：速度快（500km/h500km/h），安全，無翻車，無噪聲振），安全，無翻車，無噪聲振動，占地小，爬坡強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能。國內(nèi)外許多國家如動，占地小，爬坡強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能。國內(nèi)外許多國家如德國、日本、美國、法國、英國、俄羅斯、加拿大、韓國、德國、日本、美國、法國、英國、俄羅斯、加拿大、韓國、瑞士、瑞典及中國都已投入了這方面的研制，其中尤以德國、瑞士、瑞典及中國都已投入了這方面的研制，其中尤以德國、日本最為突出，投入最大，持續(xù)時(shí)間最長。中國目前除上海日本最為突出，投入最大，持續(xù)時(shí)間最長。中國目前除上海的磁懸浮列車在外，還有北京、四川等地也在進(jìn)行這

13、方面的的磁懸浮列車在外，還有北京、四川等地也在進(jìn)行這方面的工作。工作。 v2.2.直線電機(jī)在軍事及其他方面的應(yīng)用直線電機(jī)在軍事及其他方面的應(yīng)用 直線電機(jī)在軍事上也得到了一些應(yīng)用，如前面直線電機(jī)在軍事上也得到了一些應(yīng)用，如前面所述的直線電機(jī)驅(qū)動的潛艇，還有直線電機(jī)驅(qū)動的所述的直線電機(jī)驅(qū)動的潛艇，還有直線電機(jī)驅(qū)動的電磁炮，美國曾在電磁炮，美國曾在19951995年宣布已完成。此外，在一年宣布已完成。此外，在一些軍事設(shè)施上，如軍用靶場、軍用仿真系統(tǒng)、軍用些軍事設(shè)施上，如軍用靶場、軍用仿真系統(tǒng)、軍用戰(zhàn)斗武器和導(dǎo)彈的發(fā)射等等。戰(zhàn)斗武器和導(dǎo)彈的發(fā)射等等。 第四章第四章 直線電動機(jī)直線電動機(jī)7.1 直線直流

14、電動機(jī)直線直流電動機(jī)7.1.1 工作原理工作原理v磁場中的磁場中的載載流導(dǎo)線受力作用，或磁場（極）相互作流導(dǎo)線受力作用，或磁場（極）相互作用。用。v動圈式動圈式v音圈式音圈式v1.1.靜態(tài)特性靜態(tài)特性7.1.2直線直流電動機(jī)靜、動態(tài)特性FlBRBlUFlBRBlUvBlKKFFBlvIREIRUvKBlvEIKBlIFacatecaaet2222 v2.2.動態(tài)特性動態(tài)特性1)()( 111)()( dddd 0 0 dddd , 22222222sKsUsVssKslBmRslBmLBlsUsVBlvtvBlmRtvBlmLuFFvtvmfEtiLiRuBlvEBlifmvmemvaaaaccaa，設(shè)7.2 直線感應(yīng)電動機(jī)7.2.1 工作原理v旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 行波磁場行波磁場)1 (2 22 sfvvvvsTfvsss滑差率同步速度7.2.2 結(jié)構(gòu)形式v平板形平板形v圓筒形圓筒形7.2.3 特性與控制方式v與異步電動機(jī)相似。與異步