1、第四章第四章 直線電動機直線電動機 直線電機的歷史，據有關文獻最早可追溯到直線電機的歷史，據有關文獻最早可追溯到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，從那時至今，已有具雛形但并不成功的直線電機，從那時至今，已有160160多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當中，直多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當中，直線電機經歷了探索實驗、開發應用和實用商品化三線電機經歷了探索實驗、開發應用和實用商品化三個時代：個時代： 18401955年為探索實驗時期： v從從18401840年到年到19551955

2、年的年的116116年期間，直線電機從設想到實驗到年期間，直線電機從設想到實驗到部分實驗性應用，經歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。部分實驗性應用，經歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。自從自從WheatsoneWheatsone提出和試制了直線電機以后，最早明確地提提出和試制了直線電機以后，最早明確地提到直線電機文章的是到直線電機文章的是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以及它的專利。的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機以及它的專利。然而，由于當時的制造技術、工程材料以及控制技術的水平，然而，由于當時的制造技術、

3、工程材料以及控制技術的水平，在經過斷斷續續在經過斷斷續續2020多年的頑強努力后，最終卻未能獲得成功。多年的頑強努力后，最終卻未能獲得成功。 18401955年為探索實驗時期：v至至19051905年，曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進年，曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進機構，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級機構，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時直線電機研究領域的放在車輛底部。這些建議無疑是給當時直線電機研究領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年出現了第一臺圓筒形直線電動機，事年出現了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導彈發射裝置，但其發展并沒有超出模型階段。圖把它作為導彈發射裝置，但其發展并沒有超出模型階段。 18401955年為探索實驗時期：v至此，從至此，從1930194019301940年期間，直線電機進入了年期間，直線電機進入了實驗研究階段，在這個階段中，科研人員獲實驗研究階段，在這個階段中，科研人員獲馭了大量的實驗數據，從而對已有理論有了馭了大量的實驗數據，從而對已有理論

5、有了更深一層的認識，奠定了直線電機在今后的更深一層的認識，奠定了直線電機在今后的應用基礎。應用基礎。 18401955年為探索實驗時期：v從從1940194019551955年期間世界一些發達國家科研人員，在實驗的年期間世界一些發達國家科研人員，在實驗的基礎上，又進行了一些實驗應用工作。基礎上，又進行了一些實驗應用工作。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彈射器，它以氣公司首先研制成功的電力牽引飛機彈射器，它以7400kW7400kW的的直線電動機為動力，成功地用直線電動機為動力，成功地用4.1s4.1s的時間將一架重的時間將一架重4535kg4535k

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

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，直線電機作為高速列車的驅動裝置得到了各國得一提的是，直線電機作為高速列車的驅動裝置得到了各國的高度重視并計劃予以實施。的高度重視并計劃予以實施。 18401955年為探索實驗時期：v在在1840184019551955年期間，是直線電機探索實驗和部分年期間，是直線電機探索實驗和部分實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭中，由于直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰勝中，由于直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰勝旋轉電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能旋轉電機，

8、或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領域，以及直線電機在設計方面也沒有解決問題的領域，以及直線電機在設計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能得到真正的應用。得到真正的應用。 19561970年為開發應用時期： v自自19551955年以來，直線電機進入了全面的開發階段，特別是該年以來，直線電機進入了全面的開發階段，特別是該時期的控制技術和材料的驚人發展，更加助長了這種勢頭。時期的控制技術和材料的驚人發展，更加助長了這種勢頭。在這段時期，申請直線機的專利件數也開始急速增加，該時在這段時期，申請直線機的專利件數也開始急速增加，該

9、時期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術領域的平均增期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術領域的平均增長率。長率。 v到到19651965年以后，隨著控制技術和材料性能的顯著提高，應用年以后，隨著控制技術和材料性能的顯著提高，應用直線電機的實用設備被逐步開發出來，例如采用直線電機的直線電機的實用設備被逐步開發出來，例如采用直線電機的MHDMHD泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅動裝置、電唱機、縫紉機、泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅動裝置、電唱機、縫紉機、空氣壓縮機、輸送裝置等。空氣壓縮機、輸送裝置等。 1971年至今為實用商品時期： v從從19711971年開始到目前的這個階段，直線電機終于進入了年開

10、始到目前的這個階段，直線電機終于進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮列車，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，且試驗行程累計已達數十萬千米。且試驗行程累計已達數十萬千米。 目前直線電機被廣泛應用于各個領域： v1.1.直線電機在交通與民用方面的應用直線電機在交通與民用方面的應用 磁懸浮列車改變了傳統軌道車輛靠輪軌摩擦力推進的方式，磁懸浮列車改變了傳統軌道車輛靠輪軌摩擦力推進的方式，采用磁力懸浮車體、直線電機驅動技術，使列車在軌道上浮采用磁力懸浮車體、直線電機驅動技術，使列車在軌道上浮起滑行，在交通技術發展史上是一個重大的突破，被譽為起滑行，在交通技術發展史上是一個重大的突破，被譽為2121世紀一種理想的交通工具，磁懸浮車與現有常規車相比，主世紀一種理想的交通工具，磁懸浮車與

12、現有常規車相比，主要優點是：速度快（要優點是：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，結構簡單，節能。國內外許多國家如動，占地小，爬坡強，結構簡單，節能。國內外許多國家如德國、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，持續時間最長。中國目前除上海日本最為突出，投入最大，持續時間最長。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、四川等地也在進行這方面的工作。工作。 v2.2.直線電機在軍事及其他方面的應用直線電機在軍事及其他方面的應用 直線電機在軍事上也得到了一些應用，如前面直線電機在軍事上也得到了一些應用，如前面所述的直線電機驅動的潛艇，還有直線電機驅動的所述的直線電機驅動的潛艇，還有直線電機驅動的電磁炮，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，在一些軍事設施上，如軍用靶場、軍用仿真系統、軍用些軍事設施上，如軍用靶場、軍用仿真系統、軍用戰斗武器和導彈的發射等等。戰斗武器和導彈的發射等等。 第四章第四章 直線電動機直線電動機7.1 直線直流

14、電動機直線直流電動機7.1.1 工作原理工作原理v磁場中的磁場中的載載流導線受力作用，或磁場（極）相互作流導線受力作用，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.靜態特性靜態特性7.1.2直線直流電動機靜、動態特性FlBRBlUFlBRBlUvBlKKFFBlvIREIRUvKBlvEIKBlIFacatecaaet2222 v2.2.動態特性動態特性1)()( 111)()( dddd 0 0 dddd , 22222222sKsUsVssKslBmRslBmLBlsUsVBlvtvBlmRtvBlmLuFFvtvmfEtiLiRuBlvEBlifmvmemvaaaaccaa，設7.2 直線感應電動機7.2.1 工作原理v旋轉磁場旋轉磁場 行波磁場行波磁場)1 (2 22 sfvvvvsTfvsss滑差率同步速度7.2.2 結構形式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與異步電動機相似。與異步