由于直線電機(jī)不需要任何傳動(dòng)裝置，就能直接產(chǎn)生連續(xù)單向或往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，直線電機(jī)的應(yīng)用研究也是現(xiàn)今一個(gè)重要的研究課題，直線電機(jī)再制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、航天航空業(yè)等都有廣泛的應(yīng)用。

一直線電機(jī)的應(yīng)用

01直線電機(jī)在傳統(tǒng)制造業(yè)的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置依賴絲杠驅(qū)動(dòng)，絲杠驅(qū)動(dòng)本身就具有磨擦、扭曲及較長(zhǎng)的振動(dòng)衰減時(shí)間等一系列不利因素，限制了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的效率和精度。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)法比擬的高效率、高精度，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

　　自1993年德國(guó)Ex-CELL-o公司研發(fā)出世界上第一臺(tái)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的加工中心以來(lái)，直線電機(jī)已在不同種類的機(jī)床上得到應(yīng)用。目前，世界上知名的機(jī)床制造商幾乎無(wú)一例外地都推出了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床產(chǎn)品，覆蓋了絕大多數(shù)機(jī)床類型。

　　直線電機(jī)應(yīng)用在電子設(shè)備中，具有定位精度高、噪聲低、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，如打印機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)器、掃描儀等等常用電子設(shè)備中均有應(yīng)用。

　　由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的物料傳輸裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低、效率與智能化程度高等優(yōu)勢(shì)，目前主要應(yīng)用在升降機(jī)、分揀傳輸線、電子產(chǎn)品加工生產(chǎn)線、食品加工線及制藥生產(chǎn)線等各種工業(yè)物料傳輸裝置等。

02直線電機(jī)在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用

　　與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力機(jī)車相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)車具有造價(jià)低、振動(dòng)小、噪聲低、爬坡能力強(qiáng)、牽引能力優(yōu)越、通過曲線半徑小、能耗低、污染小、安全性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，直線電機(jī)在交通運(yùn)輸行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。各國(guó)都在大力促進(jìn)諸如高、低速磁浮直線電機(jī)以及非磁浮類型直線電機(jī)直驅(qū)技術(shù)的研究，多種多樣的智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)正在投入開發(fā)。

03直線電機(jī)在航天航空業(yè)應(yīng)用

　　直線電機(jī)在航天航空業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在軍事上。2003 年，美國(guó)研制用于航空母艦上推動(dòng)飛機(jī)起飛的永磁直線同步電機(jī)可使飛機(jī)在極短時(shí)間內(nèi)加速到起飛速度，增加了單位時(shí)間起飛飛機(jī)數(shù)量，具有重要的軍事意義。2005 年，美國(guó)南卡羅萊納州立大學(xué)對(duì)航空母艦上運(yùn)載的航空器發(fā)射平臺(tái)用永磁直線同步電機(jī)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并采用虛擬試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證。日本九州大學(xué)正在研究直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的火箭發(fā)射裝置，主要對(duì)火箭的動(dòng)力性能進(jìn)行控制仿真的研究。

　　在航空動(dòng)力系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是重要的流量調(diào)節(jié)裝置之一，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力改變及精確控制的實(shí)現(xiàn)都在很大程度上依賴于調(diào)節(jié)閥的特性。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥體積大、效率低，且控制難度大。直線步進(jìn)電機(jī)與閥本體相結(jié)合的新型調(diào)節(jié)閥可靠性高、定位精度高、性能優(yōu)越，具有極大的應(yīng)用前景。

04直線電機(jī)在海洋

　　波浪能發(fā)電是直線電機(jī)作為發(fā)電機(jī)應(yīng)用的典型代表。波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能，是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種的能源。直線電機(jī)式波浪能裝置不依賴機(jī)械或液壓轉(zhuǎn)換裝置，效率更高，多年來(lái)，國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)在此方面進(jìn)行了大量的研究。例如，英國(guó) Trident Energy 公司設(shè)計(jì)的水翼艇裝漂浮平臺(tái)內(nèi)部裝有直線發(fā)電機(jī)，每個(gè)平臺(tái)最高可以發(fā)生1MW電量，試驗(yàn)安裝于2009年進(jìn)行。荷蘭研制的阿基米德( Archimedes Wave Swing)波能轉(zhuǎn)換裝置，利用波峰和波谷對(duì)轉(zhuǎn)換裝置的壓力差產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)直線發(fā)電機(jī)發(fā)電。美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)已開發(fā)了一套基于海洋能的永磁直線發(fā)電浮標(biāo)。瑞典也正在開發(fā)漂浮直驅(qū)點(diǎn)吸收式波浪能發(fā)電機(jī)，同樣采用直線發(fā)電機(jī)。

　　在國(guó)內(nèi)，中科院廣州能源所在“十一五”期間還開展了浮子直線電機(jī)式波浪能裝置的研發(fā)，目前10kW浮子直線電機(jī)式波浪能裝置“哪吒一號(hào)”已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)海況發(fā)電試驗(yàn)。

二直線電機(jī)的發(fā)展

　　直線電機(jī)具有高動(dòng)態(tài)性、高精度和基本無(wú)需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，其制造技術(shù)及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)日趨成熟，目前直線電機(jī)的研究和發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面：

01加強(qiáng)基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)研究

　　由于直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相關(guān)理論不能直接應(yīng)用到直線電機(jī)上，使得直線電機(jī)的分析變得更為復(fù)雜。為此，相關(guān)專家進(jìn)行了大量的研究工作，提出了各種理論分析方法。為保證電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大推力和最高效率，應(yīng)不斷加強(qiáng)理論方法研究，并引入各種優(yōu)化算法，對(duì)直線電機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)。

02研究開發(fā)新技術(shù)和新材料

　　為了擴(kuò)大直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)根據(jù)新的原理不斷開發(fā)專用直線電機(jī)。薄膜直線電機(jī)利用庫(kù)侖力原理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電場(chǎng)由電壓產(chǎn)生，電壓的開關(guān)特性比電流好，可應(yīng)用在需精密定位的設(shè)備上。近幾年國(guó)外對(duì)直線振蕩電機(jī)研究比較多，各國(guó)的研究者都在力求開發(fā)力能指標(biāo)更好的直線振蕩電機(jī)。

03提高直線電機(jī)的性能，向大推力、高速度方面發(fā)展

　　直線電機(jī)在技術(shù)性能上應(yīng)提高推力和速度。通過磁路優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)等所造成的推力波動(dòng)，同時(shí)提高速度和加速度以適應(yīng)高速和超高速切削的要求。不斷提高直線電機(jī)的容量，以滿足交通運(yùn)輸業(yè)的要求。

04創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，向功能部件方向發(fā)展

　　目前，直線電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的單一化，限制了直線電機(jī)的應(yīng)用。因此，直線電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化發(fā)展，形成功能部件，以便易于安裝和調(diào)整。

05研究直線電機(jī)的控制精度，提高動(dòng)態(tài)性能

　　直線電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)伺服單元，需要控制起動(dòng)停止、加速及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等過程中的技術(shù)參數(shù)，控制系統(tǒng)是其不可分割的部分。在控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)及多CPU處理系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，更使直線電機(jī)系統(tǒng)的綜合性能發(fā)生了根本性的變化?？刂撇呗砸彩欠浅Ｖ匾?，在 PID 控制的基礎(chǔ)上，前饋控制、重復(fù)學(xué)習(xí)控制和非線性控制等技術(shù)不斷在控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，使得控制精度越來(lái)越高。

06研究開發(fā)相應(yīng)的性能測(cè)試系統(tǒng)

　　目前關(guān)于直線電機(jī)性能測(cè)試的研究還不是很多，有的研究靜態(tài)性能測(cè)試，有研究的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。有些參照旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)方法，有些設(shè)計(jì)了針對(duì)特定系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備，沒有統(tǒng)一的方法與標(biāo)準(zhǔn)。因此直線電機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的研制迫在眉睫，對(duì)其靜( 動(dòng)) 態(tài)推力、速度、加速度、位移等重要特性都應(yīng)有相應(yīng)的測(cè)試方法，不同類型直線電機(jī)應(yīng)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

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