第四章直线电动机

1、第四章第四章 直线电动机直线电动机 直线电机的历史，据有关文献最早可追溯到直线电机的历史，据有关文献最早可追溯到18401840年惠斯登（年惠斯登（WheatstoneWheatstone）开始提出和制作了略）开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线电机，从那时至今，已有具雏形但并不成功的直线电机，从那时至今，已有160160多年的历史了，在这不算短的历史过程当中，直多年的历史了，在这不算短的历史过程当中，直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个时代：个时代： 18401955年为探索实验时期： v从从18401840年到年到19551955

2、年的年的116116年期间，直线电机从设想到实验到年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。自从自从WheatsoneWheatsone提出和试制了直线电机以后，最早明确地提提出和试制了直线电机以后，最早明确地提到直线电机文章的是到直线电机文章的是18901890年美国匹兹堡市的市长，在他所写年美国匹兹堡市的市长，在他所写的一篇文章中，首先明确地提到了直线电机以及它的专利。的一篇文章中，首先明确地提到了直线电机以及它的专利。然而，由于当时的制造技术、工程材料以及控制技术的水平，然而，由于当时的制造技术、

3、工程材料以及控制技术的水平，在经过断断续续在经过断断续续2020多年的顽强努力后，最终却未能获得成功。多年的顽强努力后，最终却未能获得成功。 18401955年为探索实验时期：v至至19051905年，曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进年，曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构，一种建议是将初级放在轨道上，另一种建议是将初级机构，一种建议是将初级放在轨道上，另一种建议是将初级放在车辆底部。这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的放在车辆底部。这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入了科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入

4、了这些研究工作。这些研究工作。19171917年出现了第一台圆筒形直线电动机，事年出现了第一台圆筒形直线电动机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机，人们试实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。 18401955年为探索实验时期：v至此，从至此，从1930194019301940年期间，直线电机进入了年期间，直线电机进入了实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获驭了大量的实验数据，从而对已有理论有了驭了大量的实验数据，从而对已有理论

5、有了更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的应用基础。应用基础。 18401955年为探索实验时期：v从从1940194019551955年期间世界一些发达国家科研人员，在实验的年期间世界一些发达国家科研人员，在实验的基础上，又进行了一些实验应用工作。基础上，又进行了一些实验应用工作。19451945年，美国西屋电年，美国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它以气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它以7400kW7400kW的的直线电动机为动力，成功地用直线电动机为动力，成功地用4.1s4.1s的时间将一架重的时间将一架重4535kg4535k

6、g，的喷气式飞机在的喷气式飞机在165m165m的行程内由静止加速的的行程内由静止加速的188km/h188km/h的速度，的速度，它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视，随后，美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等重视，随后，美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵，为的是核动力中的需要。液态金属的电磁泵，为的是核动力中的需要。19541954年，英国年，英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置，其速度可达导弹的装置，其速度可达

7、1600km/h1600km/h。在这个阶段中，尤需值。在这个阶段中，尤需值得一提的是，直线电机作为高速列车的驱动装置得到了各国得一提的是，直线电机作为高速列车的驱动装置得到了各国的高度重视并计划予以实施。的高度重视并计划予以实施。 18401955年为探索实验时期：v在在1840184019551955年期间，是直线电机探索实验和部分年期间，是直线电机探索实验和部分实验应用时期，在直线电机与旋转电机的相互竞争实验应用时期，在直线电机与旋转电机的相互竞争中，由于直线电机的成本和效率方面没有能够战胜中，由于直线电机的成本和效率方面没有能够战胜旋转电机，或者说，直线电机还没能找到唯独它能旋转电机，

8、或者说，直线电机还没能找到唯独它能解决问题的领域，以及直线电机在设计方面也没有解决问题的领域，以及直线电机在设计方面也没有突破性的成功，所以直线电机在这一时期始终未能突破性的成功，所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。得到真正的应用。 19561970年为开发应用时期： v自自19551955年以来，直线电机进入了全面的开发阶段，特别是该年以来，直线电机进入了全面的开发阶段，特别是该时期的控制技术和材料的惊人发展，更加助长了这种势头。时期的控制技术和材料的惊人发展，更加助长了这种势头。在这段时期，申请直线机的专利件数也开始急速增加，该时在这段时期，申请直线机的专利件数也开始急速增加，该

9、时期直线电机专利的增长率超过了所有其他技术领域的平均增期直线电机专利的增长率超过了所有其他技术领域的平均增长率。长率。 v到到19651965年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用直线电机的实用设备被逐步开发出来，例如采用直线电机的直线电机的实用设备被逐步开发出来，例如采用直线电机的MHDMHD泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。空气压缩机、输送装置等。 1971年至今为实用商品时期： v从从19711971年开始到目前的这个阶段，直线电机终于进入了年开

10、始到目前的这个阶段，直线电机终于进入了独立的应用时代，在这个时代，各类直线电机的应用得独立的应用时代，在这个时代，各类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和产到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超列车，其速度已超500km/h500km/h，接近了航空的飞行

11、速度，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。且试验行程累计已达数十万千米。 目前直线电机被广泛应用于各个领域： v1.1.直线电机在交通与民用方面的应用直线电机在交通与民用方面的应用 磁悬浮列车改变了传统轨道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式，磁悬浮列车改变了传统轨道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式，采用磁力悬浮车体、直线电机驱动技术，使列车在轨道上浮采用磁力悬浮车体、直线电机驱动技术，使列车在轨道上浮起滑行，在交通技术发展史上是一个重大的突破，被誉为起滑行，在交通技术发展史上是一个重大的突破，被誉为2121世纪一种理想的交通工具，磁悬浮车与现有常规车相比，主世纪一种理想的交通工具，磁悬浮车与

12、现有常规车相比，主要优点是：速度快（要优点是：速度快（500km/h500km/h），安全，无翻车，无噪声振），安全，无翻车，无噪声振动，占地小，爬坡强，结构简单，节能。国内外许多国家如动，占地小，爬坡强，结构简单，节能。国内外许多国家如德国、日本、美国、法国、英国、俄罗斯、加拿大、韩国、德国、日本、美国、法国、英国、俄罗斯、加拿大、韩国、瑞士、瑞典及中国都已投入了这方面的研制，其中尤以德国、瑞士、瑞典及中国都已投入了这方面的研制，其中尤以德国、日本最为突出，投入最大，持续时间最长。中国目前除上海日本最为突出，投入最大，持续时间最长。中国目前除上海的磁悬浮列车在外，还有北京、四川等地也在进行这

13、方面的的磁悬浮列车在外，还有北京、四川等地也在进行这方面的工作。工作。 v2.2.直线电机在军事及其他方面的应用直线电机在军事及其他方面的应用 直线电机在军事上也得到了一些应用，如前面直线电机在军事上也得到了一些应用，如前面所述的直线电机驱动的潜艇，还有直线电机驱动的所述的直线电机驱动的潜艇，还有直线电机驱动的电磁炮，美国曾在电磁炮，美国曾在19951995年宣布已完成。此外，在一年宣布已完成。此外，在一些军事设施上，如军用靶场、军用仿真系统、军用些军事设施上，如军用靶场、军用仿真系统、军用战斗武器和导弹的发射等等。战斗武器和导弹的发射等等。 第四章第四章 直线电动机直线电动机7.1 直线直流

14、电动机直线直流电动机7.1.1 工作原理工作原理v磁场中的磁场中的載載流导线受力作用，或磁场（极）相互作流导线受力作用，或磁场（极）相互作用。用。v动圈式动圈式v音圈式音圈式v1.1.静态特性静态特性7.1.2直线直流电动机静、动态特性FlBRBlUFlBRBlUvBlKKFFBlvIREIRUvKBlvEIKBlIFacatecaaet2222 v2.2.动态特性动态特性1)()( 111)()( dddd 0 0 dddd , 22222222sKsUsVssKslBmRslBmLBlsUsVBlvtvBlmRtvBlmLuFFvtvmfEtiLiRuBlvEBlifmvmemvaaaaccaa，设7.2 直线感应电动机7.2.1 工作原理v旋转磁场旋转磁场 行波磁场行波磁场)1 (2 22 sfvvvvsTfvsss滑差率同步速度7.2.2 结构形式v平板形平板形v圆筒形圆筒形7.2.3 特性与控制方式v与异步电动机相似。与异步