第4章LinearMotor

1、大連理工大學(xué)電氣工程系 Linear Motor特種電機(jī)及其控制4.1 直線電動(dòng)機(jī)概述直線電動(dòng)機(jī)概述從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)到直線電機(jī)的演化從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)到直線電機(jī)的演化 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子分旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子分別對(duì)應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)和別對(duì)應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)和次級(jí)次級(jí) 4.1.1 4.1.1 直線電動(dòng)機(jī)的原理與分類直線電動(dòng)機(jī)的原理與分類 特種電機(jī)及其控制直線電動(dòng)機(jī)的原理直線電動(dòng)機(jī)的原理特種電機(jī)及其控制直線電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式的分類直線電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式的分類 （1 1）扁平型直線電機(jī)，即一種扁平的矩形結(jié)構(gòu)的直）扁平型直線電機(jī)，即一種扁平的矩形結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)。線電機(jī)。 它有單邊型和雙邊型之分，每種型式下又它有單

2、邊型和雙邊型之分，每種型式下又分別有短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)。分別有短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)。特種電機(jī)及其控制單邊型直線電動(dòng)機(jī)單邊型直線電動(dòng)機(jī) 短初級(jí)短初級(jí) 短次級(jí)短次級(jí) 特種電機(jī)及其控制 雙邊型直線電動(dòng)機(jī)雙邊型直線電動(dòng)機(jī) 短次級(jí)短次級(jí)短初級(jí)短初級(jí)特種電機(jī)及其控制（2 2）圓筒式直線電機(jī)，）圓筒式直線電機(jī)，即為一種外形如旋轉(zhuǎn)電即為一種外形如旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱形的直線電機(jī)。機(jī)的圓柱形的直線電機(jī)。它的演變過(guò)程如右圖所它的演變過(guò)程如右圖所示。這種直線電機(jī)一般示。這種直線電機(jī)一般為短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，為短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，也可做成既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也可做成既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有直線運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)直又有直線運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)直線電

3、機(jī)。線電機(jī)。特種電機(jī)及其控制（3 3）圓盤(pán)式直線電動(dòng)機(jī)，）圓盤(pán)式直線電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)的次級(jí)是一個(gè)圓盤(pán)，該電機(jī)的次級(jí)是一個(gè)圓盤(pán)，不同形式的初級(jí)驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)不同形式的初級(jí)驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)次級(jí)做圓周運(yùn)動(dòng)。雖然圓次級(jí)做圓周運(yùn)動(dòng)。雖然圓盤(pán)電機(jī)也做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但盤(pán)電機(jī)也做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，具與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：有以下優(yōu)點(diǎn)：特種電機(jī)及其控制（a a）力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通）力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)多臺(tái)初級(jí)組合的方式或通過(guò)過(guò)多臺(tái)初級(jí)組合的方式或通過(guò)初級(jí)在圓盤(pán)上的徑向位置來(lái)調(diào)初級(jí)在圓盤(pán)上的徑向位置來(lái)調(diào)節(jié)。節(jié)。（b b）無(wú)需通過(guò)齒輪減速箱就）無(wú)需通過(guò)齒輪減速箱就能得到較低的轉(zhuǎn)速，因而電機(jī)能得到較低的轉(zhuǎn)速，

4、因而電機(jī)的噪聲和振動(dòng)很小。的噪聲和振動(dòng)很小。特種電機(jī)及其控制（4 4）圓弧式直線電動(dòng)機(jī)，）圓弧式直線電動(dòng)機(jī)，它的運(yùn)動(dòng)形式是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)形式是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，具與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，具有圓盤(pán)式直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。有圓盤(pán)式直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。其與圓盤(pán)式直線電機(jī)的主其與圓盤(pán)式直線電機(jī)的主要區(qū)別，在于次級(jí)的形式要區(qū)別，在于次級(jí)的形式和初級(jí)對(duì)次級(jí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)有和初級(jí)對(duì)次級(jí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)有所不同。所不同。特種電機(jī)及其控制直線電動(dòng)機(jī)功能用途的分類直線電動(dòng)機(jī)功能用途的分類 （1 1）力電機(jī)）力電機(jī) 力電機(jī)是指單位輸入功率所能產(chǎn)生的推力，或力電機(jī)是指單位輸入功率所能產(chǎn)生的推力，或單位體積所能產(chǎn)生的推力，主要用于

5、在靜止物體上單位體積所能產(chǎn)生的推力，主要用于在靜止物體上或低速的設(shè)備上施加一定的推力的直線電機(jī)。它以或低速的設(shè)備上施加一定的推力的直線電機(jī)。它以短時(shí)、低速運(yùn)行為主。例如閥門(mén)的開(kāi)閉，門(mén)窗的移短時(shí)、低速運(yùn)行為主。例如閥門(mén)的開(kāi)閉，門(mén)窗的移動(dòng)，機(jī)械手的操作等。這種電機(jī)效率低，甚至為零。動(dòng)，機(jī)械手的操作等。這種電機(jī)效率低，甚至為零。因此這類電機(jī)不能用效率來(lái)衡量，而是用推力與功因此這類電機(jī)不能用效率來(lái)衡量，而是用推力與功率的比值來(lái)衡量，在一定的電磁推力下，其輸入的率的比值來(lái)衡量，在一定的電磁推力下，其輸入的功率越小，則說(shuō)明其性能越好。功率越小，則說(shuō)明其性能越好。特種電機(jī)及其控制（2 2）功電機(jī)）功電機(jī) 功

6、電機(jī)主要作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的直線電機(jī)，它功電機(jī)主要作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的直線電機(jī)，它的性能衡量指標(biāo)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本一樣，可用效率、的性能衡量指標(biāo)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本一樣，可用效率、功率因數(shù)等指標(biāo)來(lái)衡量其電機(jī)性能的優(yōu)劣。功率因數(shù)等指標(biāo)來(lái)衡量其電機(jī)性能的優(yōu)劣。特種電機(jī)及其控制（3 3）能電機(jī)）能電機(jī) 能電機(jī)是指運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)所能產(chǎn)生的極能電機(jī)是指運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)所能產(chǎn)生的極高能量的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它主要是在短時(shí)間、短距離內(nèi)高能量的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它主要是在短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能。例如導(dǎo)彈、魚(yú)雷的發(fā)射。提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能。例如導(dǎo)彈、魚(yú)雷的發(fā)射。飛機(jī)的起飛等。這類直線電機(jī)的主要性能指標(biāo)是能飛機(jī)的起飛等。這

7、類直線電機(jī)的主要性能指標(biāo)是能效率。效率。特種電機(jī)及其控制直線電動(dòng)機(jī)工作原理的分類直線電動(dòng)機(jī)工作原理的分類 交流直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流直線同步電動(dòng)機(jī)交流直線同步電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，等直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，等特種電機(jī)及其控制直線電機(jī)的歷史與發(fā)展直線電機(jī)的歷史與發(fā)展 最早可追溯到最早可追溯到18401840年惠斯登開(kāi)始提出和制作了略具雛形年惠斯登開(kāi)始提出和制作了略具雛形但并不成功的直線電機(jī)，至今已有但并不成功的直線電機(jī)，至今已有170170多年的歷史。多年的歷史。特種電機(jī)及其控制直線電機(jī)的歷史與發(fā)展直線電機(jī)的歷史與發(fā)展 一、探索實(shí)驗(yàn)階段（一、探索實(shí)驗(yàn)階段（184

8、0-19551840-1955年）年） 1890 1890年美國(guó)匹茲堡市的市長(zhǎng)，在他所寫(xiě)的一篇文章中，年美國(guó)匹茲堡市的市長(zhǎng)，在他所寫(xiě)的一篇文章中，首次明確地提出了直線電機(jī)以及它的專利。首次明確地提出了直線電機(jī)以及它的專利。 19051905年有兩人分別建議將直線電動(dòng)機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)年有兩人分別建議將直線電動(dòng)機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級(jí)放在軌道上，另一種建議是將初級(jí)放構(gòu)，一種建議是將初級(jí)放在軌道上，另一種建議是將初級(jí)放在車輛底部。在車輛底部。 19171917年出現(xiàn)了第一臺(tái)圓筒型直線電動(dòng)機(jī)。年出現(xiàn)了第一臺(tái)圓筒型直線電動(dòng)機(jī)。 從從19301930年到年到19401940年間，直線電機(jī)進(jìn)

9、入了實(shí)驗(yàn)研究階段。年間，直線電機(jī)進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)研究階段。 特種電機(jī)及其控制 從從19401940年到年到19551955年間，世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家的科研人員年間，世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家的科研人員在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用工作。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用工作。 19451945年美國(guó)西屋電氣公司首先研制成功電力牽引飛機(jī)彈年美國(guó)西屋電氣公司首先研制成功電力牽引飛機(jī)彈射器，以射器，以7400kW7400kW的直線電機(jī)為動(dòng)力，成功地用的直線電機(jī)為動(dòng)力，成功地用4.14.1秒的時(shí)間秒的時(shí)間將一架重量為將一架重量為4535kg4535kg的噴氣飛機(jī)在的噴氣飛機(jī)在165m165m的行程內(nèi)由靜止加速的行

10、程內(nèi)由靜止加速到到188km/h188km/h。 19521952年美國(guó)研制成核工業(yè)用的利用直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理年美國(guó)研制成核工業(yè)用的利用直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理的抽取液態(tài)鈉、鉀的電磁泵的抽取液態(tài)鈉、鉀的電磁泵 19541954年英國(guó)皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線年英國(guó)皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機(jī)制成了導(dǎo)彈發(fā)射裝置，速度可達(dá)電機(jī)制成了導(dǎo)彈發(fā)射裝置，速度可達(dá)1600km/h1600km/h。 在這一時(shí)期，直線電機(jī)沒(méi)有找到唯獨(dú)它能解決問(wèn)題的領(lǐng)在這一時(shí)期，直線電機(jī)沒(méi)有找到唯獨(dú)它能解決問(wèn)題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面沒(méi)有突破性的成功，所以直線域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面沒(méi)有突破性的成功，

11、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。電機(jī)在這一時(shí)期始終未能得到真正的應(yīng)用。 特種電機(jī)及其控制直線電機(jī)的歷史與發(fā)展直線電機(jī)的歷史與發(fā)展 二、開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段（二、開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段（1956-19701956-1970年）年） 在這一時(shí)期內(nèi)，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，在這一時(shí)期內(nèi)，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)的設(shè)備被逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)。例如自動(dòng)繪圖儀、磁應(yīng)用直線電機(jī)的設(shè)備被逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)。例如自動(dòng)繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、電子縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、電子縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。 19561956年英國(guó)的年英國(guó)的LaithwaiteLaithwai

12、te等發(fā)表了有關(guān)直線電動(dòng)機(jī)理論等發(fā)表了有關(guān)直線電動(dòng)機(jī)理論的論文；的論文；19621962年英國(guó)展示了用直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的列車模型年英國(guó)展示了用直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的列車模型( (軌道長(zhǎng)軌道長(zhǎng)914m)914m)；日本的宇佐美等著手研究無(wú)摩擦傳動(dòng)及無(wú)接；日本的宇佐美等著手研究無(wú)摩擦傳動(dòng)及無(wú)接觸懸浮裝置；觸懸浮裝置；19651965年前蘇聯(lián)出版年前蘇聯(lián)出版液態(tài)金屬電磁輸送液態(tài)金屬電磁輸送一書(shū)；一書(shū)；美國(guó)美國(guó)Skineer PreciSkineer Preci公司出售名為公司出售名為PolynoidPolynoid的圓筒形直線電的圓筒形直線電動(dòng)機(jī)，直線電動(dòng)機(jī)正式以商品的形式進(jìn)入市場(chǎng)。動(dòng)機(jī)，直線電動(dòng)機(jī)正式以商

13、品的形式進(jìn)入市場(chǎng)。特種電機(jī)及其控制直線電機(jī)的歷史與發(fā)展直線電機(jī)的歷史與發(fā)展 三、實(shí)用商品階段（三、實(shí)用商品階段（19711971年至今）年至今） 在這一時(shí)期內(nèi)，直線電機(jī)領(lǐng)域的研究人員選擇了一條適在這一時(shí)期內(nèi)，直線電機(jī)領(lǐng)域的研究人員選擇了一條適合自身發(fā)展的獨(dú)特思路，它不再與旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接對(duì)抗，不以合自身發(fā)展的獨(dú)特思路，它不再與旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接對(duì)抗，不以單機(jī)的形式與旋轉(zhuǎn)電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，而是以直線電機(jī)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)電單機(jī)的形式與旋轉(zhuǎn)電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，而是以直線電機(jī)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)相比，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)能為力的地方，例如磁懸浮列車、機(jī)系統(tǒng)相比，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)能為力的地方，例如磁懸浮列車、電子縫紉機(jī)等，一展身手。電子縫紉機(jī)等，一展

14、身手。 因此各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許因此各類直線電機(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)品，例如運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)品，例如運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、搬運(yùn)鋼管、拉伸機(jī)、電動(dòng)門(mén)窗、電動(dòng)編織機(jī)等。機(jī)、沖壓機(jī)、搬運(yùn)鋼管、拉伸機(jī)、電動(dòng)門(mén)窗、電動(dòng)編織機(jī)等。特種電機(jī)及其控制直線電機(jī)的歷史與發(fā)展直線電機(jī)的歷史與發(fā)展 中國(guó)直線電機(jī)的發(fā)展中國(guó)直線電機(jī)的發(fā)展 我國(guó)直線電機(jī)的研究和應(yīng)用發(fā)展是從上個(gè)世紀(jì)我國(guó)直線電機(jī)的研究和應(yīng)用發(fā)展是從上個(gè)世紀(jì)7070年代開(kāi)年代開(kāi)始的。始的。19721972年浙江大學(xué)在國(guó)內(nèi)首先翻譯了一本年浙江大學(xué)在國(guó)內(nèi)首先翻譯了一本

15、直線感應(yīng)電直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)譯文集，這是但是國(guó)內(nèi)唯一的一本有關(guān)直線電機(jī)的中譯文集，這是但是國(guó)內(nèi)唯一的一本有關(guān)直線電機(jī)的中文出版書(shū)籍。接下來(lái)，中國(guó)科學(xué)院電工研究所、西安交通大文出版書(shū)籍。接下來(lái)，中國(guó)科學(xué)院電工研究所、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)等高校和科研機(jī)構(gòu)先后開(kāi)展了深入研究，取得學(xué)、浙江大學(xué)等高校和科研機(jī)構(gòu)先后開(kāi)展了深入研究，取得了一些研究成果，例如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)遙控窗簾機(jī)、直線電機(jī)了一些研究成果，例如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)遙控窗簾機(jī)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)門(mén)、炒茶機(jī)、粒子加速器、郵政分揀機(jī)等。驅(qū)動(dòng)門(mén)、炒茶機(jī)、粒子加速器、郵政分揀機(jī)等。 但與國(guó)外相比，其推廣應(yīng)用方面尚存在很大差距。但與國(guó)外相比，其推廣應(yīng)用方面尚存在很大

16、差距。特種電機(jī)及其控制(1) (1) 采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，不需要任何轉(zhuǎn)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，不需要任何轉(zhuǎn)換裝置而直接產(chǎn)生推力，因此可以省去中間轉(zhuǎn)換機(jī)換裝置而直接產(chǎn)生推力，因此可以省去中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，保證了運(yùn)行可靠性，提高了效率，構(gòu)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，保證了運(yùn)行可靠性，提高了效率，降低了制造成本，易于維護(hù)。降低了制造成本，易于維護(hù)。(2) (2) 普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于受到離心力的作用，其圓周普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于受到離心力的作用，其圓周速度受到限制，而直線電機(jī)速度可以不受限制。速度受到限制，而直線電機(jī)速度可以不受限制。(3) (3) 直線電機(jī)是通過(guò)電能直接產(chǎn)生直線電磁推力的，直線電機(jī)是通

17、過(guò)電能直接產(chǎn)生直線電磁推力的，它在驅(qū)動(dòng)裝置中，其運(yùn)動(dòng)可以無(wú)機(jī)械接觸，使傳動(dòng)它在驅(qū)動(dòng)裝置中，其運(yùn)動(dòng)可以無(wú)機(jī)械接觸，使傳動(dòng)零部件無(wú)磨損，大大減少了機(jī)械損耗。零部件無(wú)磨損，大大減少了機(jī)械損耗。直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的特點(diǎn)直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的特點(diǎn)特種電機(jī)及其控制(4) (4) 直線電機(jī)散熱條件好，溫升低，因此線負(fù)荷和直線電機(jī)散熱條件好，溫升低，因此線負(fù)荷和電流密度可以取得較高，可提高電機(jī)的容量定額。電流密度可以取得較高，可提高電機(jī)的容量定額。(5)(5)由于直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它的初級(jí)鐵心在嵌線由于直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它的初級(jí)鐵心在嵌線后可以用環(huán)氧樹(shù)脂等密封成整體，所以可以在一些后可以用環(huán)氧樹(shù)脂等密封成整體，所以可以

18、在一些特殊場(chǎng)合中應(yīng)用，例如可在潮濕甚至水中使用，可特殊場(chǎng)合中應(yīng)用，例如可在潮濕甚至水中使用，可在有腐蝕性氣體或有毒、有害氣體中應(yīng)用，亦可在在有腐蝕性氣體或有毒、有害氣體中應(yīng)用，亦可在幾千度的高溫下或零下幾百度的低溫下使用幾千度的高溫下或零下幾百度的低溫下使用。(6) (6) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)鋼繩、齒條等轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)鋼繩、齒條等轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，其噪聲是不可避免的，而直線電機(jī)依靠電線運(yùn)動(dòng)，其噪聲是不可避免的，而直線電機(jī)依靠電磁推力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，噪音很小或無(wú)噪聲，運(yùn)行環(huán)磁推力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，噪音很小或無(wú)噪聲，運(yùn)行環(huán)境好。境好。直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的特點(diǎn)直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的特點(diǎn)特種電機(jī)及其控制

19、(1)(1)與同容量旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)的效率和功與同容量旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)的效率和功率因數(shù)要低，尤其在低速時(shí)比較明顯。其原出主要率因數(shù)要低，尤其在低速時(shí)比較明顯。其原出主要是由兩個(gè)方面引起的；一是直線電機(jī)的初次級(jí)氣隙是由兩個(gè)方面引起的；一是直線電機(jī)的初次級(jí)氣隙一般比旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙大，因此所需的磁化電流較一般比旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙大，因此所需的磁化電流較大，使損耗增加；二是由于直線電機(jī)初級(jí)鐵心兩端大，使損耗增加；二是由于直線電機(jī)初級(jí)鐵心兩端開(kāi)斷，產(chǎn)生了所謂的邊端效應(yīng)，從而引起波形畸變開(kāi)斷，產(chǎn)生了所謂的邊端效應(yīng)，從而引起波形畸變等問(wèn)題，其結(jié)果也導(dǎo)致?lián)p耗增加。但從整個(gè)裝置或等問(wèn)題，其結(jié)果也導(dǎo)致?lián)p耗

20、增加。但從整個(gè)裝置或系統(tǒng)來(lái)看，由于采用直線電機(jī)后可省去中間傳動(dòng)裝系統(tǒng)來(lái)看，由于采用直線電機(jī)后可省去中間傳動(dòng)裝置，因此，系統(tǒng)的效率有時(shí)還是比采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的置，因此，系統(tǒng)的效率有時(shí)還是比采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高。高。直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的不足之處直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的不足之處特種電機(jī)及其控制 (2) (2)直線電機(jī)特別是直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)推力受直線電機(jī)特別是直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)推力受電源電壓的影響較大，故需采取有關(guān)措施保證電源電源電壓的影響較大，故需采取有關(guān)措施保證電源的穩(wěn)定或改變電機(jī)的有關(guān)特性來(lái)減少或消除這種影的穩(wěn)定或改變電機(jī)的有關(guān)特性來(lái)減少或消除這種影響。響。直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的不足之處直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的不足之處特種

21、電機(jī)及其控制4.2 4.2 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 4.2.1 4.2.1 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本原理直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本原理 行波磁場(chǎng)行波磁場(chǎng) 在初級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙在初級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙基波磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)的磁通密度波基波磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)的磁通密度波B B 是直線移動(dòng)的，是直線移動(dòng)的，故稱為行波磁場(chǎng)。故稱為行波磁場(chǎng)。 特種電機(jī)及其控制如電機(jī)極距為如電機(jī)極距為 ，電源頻率為，電源頻率為f，磁場(chǎng)移動(dòng)速度為磁場(chǎng)移動(dòng)速度為2svfssvvsv)1 (2)1 (sfvsvs次級(jí)速度為次級(jí)速度為v ，則則滑差率為滑差率為 次級(jí)移動(dòng)速度次級(jí)

22、移動(dòng)速度特種電機(jī)及其控制4.2.2 4.2.2 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直線電機(jī)的初級(jí)相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子。初級(jí)鐵心直線電機(jī)的初級(jí)相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子。初級(jí)鐵心也是由硅鋼片疊成的，表面開(kāi)有槽，三相也是由硅鋼片疊成的，表面開(kāi)有槽，三相( (或單相或單相) )繞組嵌置于槽內(nèi)。繞組嵌置于槽內(nèi)。 1)1)扁平式初級(jí)結(jié)構(gòu)扁平式初級(jí)結(jié)構(gòu)初級(jí)初級(jí) 特種電機(jī)及其控制次級(jí)次級(jí) 一般是在鋼板上一般是在鋼板上開(kāi)槽，在槽中嵌入銅條開(kāi)槽，在槽中嵌入銅條( (或或鑄鋁鑄鋁) )，然后用銅帶在兩端，然后用銅帶在兩端短接而成。短接而成。 鋼既起導(dǎo)磁作用，又起導(dǎo)電作用鋼既起導(dǎo)磁作用，又起導(dǎo)電作用. .

23、由于鋼的電阻率較大，故鋼次級(jí)直線電機(jī)的電磁性能由于鋼的電阻率較大，故鋼次級(jí)直線電機(jī)的電磁性能較差，且法向吸力也大較差，且法向吸力也大( (約為推力的約為推力的1010倍左右倍左右) )。1）扁平型直線感應(yīng)電機(jī)）扁平型直線感應(yīng)電機(jī)鋼板上復(fù)合一層銅板鋼板上復(fù)合一層銅板( (或鋁板或鋁板) )。特種電機(jī)及其控制初級(jí)初級(jí): :一般由用硅鋼加工成具有凹槽的圓環(huán)一般由用硅鋼加工成具有凹槽的圓環(huán)組成，裝配時(shí)四周用螺栓拉緊。組成，裝配時(shí)四周用螺栓拉緊。 2）圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)）圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)特種電機(jī)及其控制放射形疊片初級(jí)結(jié)構(gòu)放射形疊片初級(jí)結(jié)構(gòu) 方形疊片初級(jí)結(jié)構(gòu)方形疊片初級(jí)結(jié)構(gòu) 窗式初級(jí)直線電動(dòng)機(jī)窗式初級(jí)直

24、線電動(dòng)機(jī) 特種電機(jī)及其控制圓筒式直線感應(yīng)電機(jī)，次級(jí)一般是厚壁鋼管，為圓筒式直線感應(yīng)電機(jī)，次級(jí)一般是厚壁鋼管，為了提高單位體積所產(chǎn)生的起動(dòng)推力，可以了提高單位體積所產(chǎn)生的起動(dòng)推力，可以在鋼管在鋼管外圓覆蓋一層外圓覆蓋一層12mm2mm厚的銅管或鋁管，成為復(fù)合厚的銅管或鋁管，成為復(fù)合次級(jí)次級(jí)，或者，或者在鋼管上嵌置銅環(huán)或澆鑄鋁環(huán)，成為在鋼管上嵌置銅環(huán)或澆鑄鋁環(huán)，成為類似于籠型的次級(jí)類似于籠型的次級(jí)。 2）圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)）圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)嵌置銅環(huán)或鋁環(huán)的圓筒式次級(jí)嵌置銅環(huán)或鋁環(huán)的圓筒式次級(jí) 特種電機(jī)及其控制直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的支承方式直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的支承方式 低速直線感應(yīng)電機(jī)通常采用滾輪支承和導(dǎo)向

25、，滾低速直線感應(yīng)電機(jī)通常采用滾輪支承和導(dǎo)向，滾輪一般安裝在初級(jí)和次級(jí)中較短的一側(cè)。輪一般安裝在初級(jí)和次級(jí)中較短的一側(cè)。 高速運(yùn)行的直線感應(yīng)電機(jī)，由于粘著力和其他機(jī)高速運(yùn)行的直線感應(yīng)電機(jī)，由于粘著力和其他機(jī)械原因，采用滾輪結(jié)構(gòu)是不理想的，應(yīng)采用無(wú)接觸的械原因，采用滾輪結(jié)構(gòu)是不理想的，應(yīng)采用無(wú)接觸的氣懸浮或磁懸浮支承。氣懸浮或磁懸浮支承。特種電機(jī)及其控制1）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)縱向邊緣效應(yīng) 4.2.3 4.2.3 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 特種電機(jī)及其控制2）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)縱向邊緣效應(yīng) 特種電機(jī)及其控制3）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的橫向邊緣效應(yīng) 特種電機(jī)及其控制 主要作為高速地

26、面運(yùn)輸?shù)耐七M(jìn)裝置和提升裝置主要作為高速地面運(yùn)輸?shù)耐七M(jìn)裝置和提升裝置的動(dòng)力使用。的動(dòng)力使用。用于地面運(yùn)輸車的凸極直線同步電動(dòng)機(jī)用于地面運(yùn)輸車的凸極直線同步電動(dòng)機(jī)特種電機(jī)及其控制 永磁直線同步電動(dòng)機(jī)兼有永磁電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)永磁直線同步電動(dòng)機(jī)兼有永磁電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)的雙重重點(diǎn)。與直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，永磁直線同步的雙重重點(diǎn)。與直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)高、體積小、重量輕且具有發(fā)電制電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)高、體積小、重量輕且具有發(fā)電制動(dòng)功能。因而不斷在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。例如垂直動(dòng)功能。因而不斷在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。例如垂直升降輸送系統(tǒng)，高速地面運(yùn)輸系統(tǒng)，往復(fù)式空氣壓縮升降輸送系統(tǒng)，

27、高速地面運(yùn)輸系統(tǒng)，往復(fù)式空氣壓縮機(jī)等等。但永磁同步電動(dòng)機(jī)也存在著一些缺點(diǎn)，主要機(jī)等等。但永磁同步電動(dòng)機(jī)也存在著一些缺點(diǎn)，主要是造價(jià)較高，控制較復(fù)雜等。是造價(jià)較高，控制較復(fù)雜等。特種電機(jī)及其控制單邊扁平型永磁直線同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)單邊扁平型永磁直線同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特種電機(jī)及其控制4.3.1 4.3.1 永磁式永磁式 線圈繞在一個(gè)軟鐵框架上，線圈繞在一個(gè)軟鐵框架上，線圈的長(zhǎng)度要包括整個(gè)行程線圈的長(zhǎng)度要包括整個(gè)行程 軟鐵架兩端裝有極性同向放軟鐵架兩端裝有極性同向放置的兩塊永磁體，通電線圈置的兩塊永磁體，通電線圈可在滑道上作直線運(yùn)動(dòng)可在滑道上作直線運(yùn)動(dòng) 特種電機(jī)及其控制4.3.2 電磁式電磁式 直線電動(dòng)機(jī)直

28、線電動(dòng)機(jī)單極電機(jī)單極電機(jī) 兩極電機(jī)兩極電機(jī) 沒(méi)有線圈端部，電沒(méi)有線圈端部，電樞繞組得到完全利用；氣隙均勻，消除了電樞和樞繞組得到完全利用；氣隙均勻，消除了電樞和磁極間的吸力。磁極間的吸力。 特種電機(jī)及其控制 輸入直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的電流既不是直流輸入直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的電流既不是直流電，也不是正弦交流電，而是脈沖電流。所以有電，也不是正弦交流電，而是脈沖電流。所以有人稱它為直線脈沖電動(dòng)機(jī)。人稱它為直線脈沖電動(dòng)機(jī)。特種電機(jī)及其控制三相變磁阻式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)三相變磁阻式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)特種電機(jī)及其控制雙軸向直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雙軸向直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)( (平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)) )

29、特種電機(jī)及其控制三軸向直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三軸向直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特種電機(jī)及其控制 所謂直線超聲波電動(dòng)機(jī)所謂直線超聲波電動(dòng)機(jī)就是利用超聲波振動(dòng)作為驅(qū)就是利用超聲波振動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。機(jī)。特種電機(jī)及其控制 該電機(jī)可以有直線、旋轉(zhuǎn)和螺旋三種運(yùn)動(dòng)方式，從而使該電機(jī)可以有直線、旋轉(zhuǎn)和螺旋三種運(yùn)動(dòng)方式，從而使該電機(jī)適用于多種不同使用要求的設(shè)備。它可以省去相應(yīng)的該電機(jī)適用于多種不同使用要求的設(shè)備。它可以省去相應(yīng)的中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制、維護(hù)方便。例中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制、維護(hù)方便。例如，該電機(jī)可在自動(dòng)鉆床、各種鉆機(jī)、繞線機(jī)、機(jī)器人等方如，該電

30、機(jī)可在自動(dòng)鉆床、各種鉆機(jī)、繞線機(jī)、機(jī)器人等方面得到廣泛的應(yīng)用。面得到廣泛的應(yīng)用。特種電機(jī)及其控制 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(dòng)技術(shù)，使列車在軌道式，采用磁力懸浮車體，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使列車在軌道上浮起滑行，在交通技術(shù)發(fā)展上是一個(gè)重大突破，被譽(yù)為上浮起滑行，在交通技術(shù)發(fā)展上是一個(gè)重大突破，被譽(yù)為2121世紀(jì)一種理想的交通工具。磁懸浮列車與現(xiàn)有的常規(guī)列車相世紀(jì)一種理想的交通工具。磁懸浮列車與現(xiàn)有的常規(guī)列車相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：比，其突出的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為： (1)(1)速度快，時(shí)速可達(dá)速度

31、快，時(shí)速可達(dá)500km500km以上：以上： (2)(2)安全，無(wú)翻車或脫軌的危險(xiǎn)；安全，無(wú)翻車或脫軌的危險(xiǎn)； (3)(3)無(wú)污染，乘坐舒適，無(wú)輪軌接觸的噪聲和振動(dòng)；無(wú)污染，乘坐舒適，無(wú)輪軌接觸的噪聲和振動(dòng)； (4)(4)占地小，可高架且對(duì)軌道承重要求低，因而占地較少；占地小，可高架且對(duì)軌道承重要求低，因而占地較少； (5)(5)對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性較強(qiáng)，爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑?。粚?duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性較強(qiáng)，爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑??； (6)(6)造價(jià)不高，整體結(jié)構(gòu)易維修，節(jié)能。造價(jià)不高，整體結(jié)構(gòu)易維修，節(jié)能。 特種電機(jī)及其控制 磁懸浮列車按其機(jī)理可分兩類：磁懸浮列車按其機(jī)理可分兩類： (1)(1)常導(dǎo)

32、吸浮型。利用異性磁極相吸原理，使用一般導(dǎo)體常導(dǎo)吸浮型。利用異性磁極相吸原理，使用一般導(dǎo)體線圈，一般由同步或異步直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車，常線圈，一般由同步或異步直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車，常稱為常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車，日前這種類型磁懸浮列車的研稱為常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車，日前這種類型磁懸浮列車的研究及試用以德國(guó)為主要代表。這類磁懸浮列車時(shí)速可根據(jù)需究及試用以德國(guó)為主要代表。這類磁懸浮列車時(shí)速可根據(jù)需要設(shè)計(jì)為要設(shè)計(jì)為100km100kmh h或或500km500kmh h，磁懸浮高度一般般在，磁懸浮高度一般般在10mm 10mm 特種電機(jī)及其控制 (2) (2)超導(dǎo)斥浮型。利用同性磁極相斥原理，使

33、用低溫超導(dǎo)超導(dǎo)斥浮型。利用同性磁極相斥原理，使用低溫超導(dǎo)線圈，一般由同步直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車常稱為超線圈，一般由同步直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車常稱為超導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車。目前這類磁懸浮列車的研究與試用以導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車。目前這類磁懸浮列車的研究與試用以日本為主要代表。這類磁懸浮列車時(shí)速一般以高速為多，即日本為主要代表。這類磁懸浮列車時(shí)速一般以高速為多，即在在500km500kmh h以上，磁懸浮高度可達(dá)以上，磁懸浮高度可達(dá)100mm100mm以上：以上： 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 磁懸浮列車的研制方向，可分為低速、中速和高速三種方磁懸浮列車的研制方向，可分為低速、中速和高速三種

34、方式，。開(kāi)發(fā)低速磁懸列車的原因，一是傳統(tǒng)地鐵系統(tǒng)的造價(jià)急式，。開(kāi)發(fā)低速磁懸列車的原因，一是傳統(tǒng)地鐵系統(tǒng)的造價(jià)急劇上升：一是電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展。劇上升：一是電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展。低速：低速：125km/h125km/h以下，用于市內(nèi)交通。以下，用于市內(nèi)交通。中速：中速：250km/h250km/h左右，市郊運(yùn)輸，機(jī)場(chǎng)路。左右，市郊運(yùn)輸，機(jī)場(chǎng)路。高速：高速：500km/h500km/h以上，城間干線，旅客運(yùn)輸。以上，城間干線，旅客運(yùn)輸。 特種電機(jī)及其控制常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車 對(duì)于常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)、懸浮和導(dǎo)向是磁對(duì)于常導(dǎo)吸浮型磁懸浮列車來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)、

35、懸浮和導(dǎo)向是磁懸浮列車的三大重要關(guān)鍵因素而它們組成的基礎(chǔ)就是直線同懸浮列車的三大重要關(guān)鍵因素而它們組成的基礎(chǔ)就是直線同步電動(dòng)機(jī)。步電動(dòng)機(jī)。 特種電機(jī)及其控制 驅(qū)動(dòng)部分為直線同步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)初級(jí)驅(qū)動(dòng)部分為直線同步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)初級(jí)( (定子組定子組) )安裝在線路上，安裝在線路上，從而使車輛更輕、供電方便、技術(shù)更為簡(jiǎn)申。圖中懸浮線圈產(chǎn)生電磁吸從而使車輛更輕、供電方便、技術(shù)更為簡(jiǎn)申。圖中懸浮線圈產(chǎn)生電磁吸引力，將車輛從下面拉向軌道，并保持一定的垂向距離。圖中的導(dǎo)向線引力，將車輛從下面拉向軌道，并保持一定的垂向距離。圖中的導(dǎo)向線圈產(chǎn)生的磁力則使其車輛與軌道有一定的側(cè)向距離。這一切均可通過(guò)一圈產(chǎn)

36、生的磁力則使其車輛與軌道有一定的側(cè)向距離。這一切均可通過(guò)一整套高精度的電子調(diào)整系統(tǒng)保證車輛始終不變地定向懸浮在整套高精度的電子調(diào)整系統(tǒng)保證車輛始終不變地定向懸浮在1015mm1015mm并并直線運(yùn)動(dòng)。懸浮和導(dǎo)向系統(tǒng)以及車上設(shè)備的用電由懸浮直線發(fā)電機(jī)供給。直線運(yùn)動(dòng)。懸浮和導(dǎo)向系統(tǒng)以及車上設(shè)備的用電由懸浮直線發(fā)電機(jī)供給。 特種電機(jī)及其控制 安裝在線路上的電動(dòng)機(jī)繞組產(chǎn)生一移動(dòng)電磁場(chǎng)，車輛通過(guò)作為勵(lì)磁安裝在線路上的電動(dòng)機(jī)繞組產(chǎn)生一移動(dòng)電磁場(chǎng)，車輛通過(guò)作為勵(lì)磁部分的懸浮磁鐵與其相互作用，實(shí)現(xiàn)牽引。在這種情況下，可通過(guò)改變部分的懸浮磁鐵與其相互作用，實(shí)現(xiàn)牽引。在這種情況下，可通過(guò)改變?nèi)嘟涣麟娏鞯念l率，從

37、靜止到達(dá)運(yùn)行速度的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整驅(qū)動(dòng)力。三相交流電流的頻率，從靜止到達(dá)運(yùn)行速度的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整驅(qū)動(dòng)力?？刂拼艌?chǎng)作用力極性的變化來(lái)改變推力的方向，可使磁懸浮列車由驅(qū)動(dòng)控制磁場(chǎng)作用力極性的變化來(lái)改變推力的方向，可使磁懸浮列車由驅(qū)動(dòng)工況轉(zhuǎn)為同樣為非接觸的制動(dòng)工況。為避免能量損失將線路中的長(zhǎng)定工況轉(zhuǎn)為同樣為非接觸的制動(dòng)工況。為避免能量損失將線路中的長(zhǎng)定子直線驅(qū)動(dòng)裝置分成了獨(dú)立的區(qū)段，只在車輛所在區(qū)段接通電源。子直線驅(qū)動(dòng)裝置分成了獨(dú)立的區(qū)段，只在車輛所在區(qū)段接通電源。 特種電機(jī)及其控制 德國(guó)人是經(jīng)過(guò)了四年的試驗(yàn)和比較才于德國(guó)人是經(jīng)過(guò)了四年的試驗(yàn)和比較才于19791979年暫年暫停了超導(dǎo)系統(tǒng)的研究，而把資

38、金集中用于常導(dǎo)吸浮型的停了超導(dǎo)系統(tǒng)的研究，而把資金集中用于常導(dǎo)吸浮型的磁懸浮列車開(kāi)發(fā)上，他們的理由主要基于以下幾點(diǎn)：磁懸浮列車開(kāi)發(fā)上，他們的理由主要基于以下幾點(diǎn)： (a)(a)基于渦流效應(yīng)的超導(dǎo)懸浮能耗大；基于渦流效應(yīng)的超導(dǎo)懸浮能耗大； (b)(b)超導(dǎo)懸浮低速區(qū)制動(dòng)運(yùn)行條件不好；超導(dǎo)懸浮低速區(qū)制動(dòng)運(yùn)行條件不好； (c)(c)起浮及落地系統(tǒng)，超導(dǎo)裝置及冷卻系統(tǒng)要占車起浮及落地系統(tǒng)，超導(dǎo)裝置及冷卻系統(tǒng)要占車輛重量的相當(dāng)比重；輛重量的相當(dāng)比重； (d)(d)全速范圍內(nèi)的舒適度控制技術(shù)尚未解決；全速范圍內(nèi)的舒適度控制技術(shù)尚未解決； (e)(e)強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體及其行包的電氣影響尚不清楚。強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體及其

39、行包的電氣影響尚不清楚。 特種電機(jī)及其控制超導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車超導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車 在超導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車方面的研究，世界上首推日本。日在超導(dǎo)斥浮型磁懸浮列車方面的研究，世界上首推日本。日本人研究超導(dǎo)懸浮技術(shù)的理由主要有以下幾點(diǎn)；本人研究超導(dǎo)懸浮技術(shù)的理由主要有以下幾點(diǎn)； (a)(a)列車懸浮高度高，一般為列車懸浮高度高，一般為100mm100mm以上，因而對(duì)軌道的加以上，因而對(duì)軌道的加工精度和整修工作要求不高；工精度和整修工作要求不高； (b)(b)排斥式自穩(wěn)定懸浮系統(tǒng)，無(wú)需全域控制；排斥式自穩(wěn)定懸浮系統(tǒng)，無(wú)需全域控制； (c)(c)外部停電，只要有速度，車輛就不會(huì)突然停下來(lái)；外部停電，只要

40、有速度，車輛就不會(huì)突然停下來(lái)； (d)(d)無(wú)須車載勵(lì)磁電源；無(wú)須車載勵(lì)磁電源； (e)(e)超導(dǎo)線圈是空心的，因此車輛重量輕。超導(dǎo)線圈是空心的，因此車輛重量輕。 特種電機(jī)及其控制 在超導(dǎo)磁懸浮在超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)中，超導(dǎo)線圈系統(tǒng)中，超導(dǎo)線圈裝在車上，而與其裝在車上，而與其相互作用產(chǎn)生推進(jìn)、相互作用產(chǎn)生推進(jìn)、懸浮、導(dǎo)向功能的懸浮、導(dǎo)向功能的各種線圈都裝在地各種線圈都裝在地面軌道內(nèi)。借助這面軌道內(nèi)。借助這些線圈的作用，使些線圈的作用，使車上超導(dǎo)線圈產(chǎn)生車上超導(dǎo)線圈產(chǎn)生推進(jìn)、懸浮、導(dǎo)向推進(jìn)、懸浮、導(dǎo)向力。懸浮線圈設(shè)在力。懸浮線圈設(shè)在地面上，推進(jìn)與導(dǎo)地面上，推進(jìn)與導(dǎo)向兩用線圈設(shè)在軌向兩用線圈設(shè)在軌道內(nèi)側(cè)

41、，超導(dǎo)線圈道內(nèi)側(cè)，超導(dǎo)線圈裝在車輛框架的外裝在車輛框架的外側(cè)。側(cè)。 特種電機(jī)及其控制 超導(dǎo)懸浮也叫電動(dòng)懸浮。在車輛超導(dǎo)線圈旁邊放置有地面短路線圈超導(dǎo)懸浮也叫電動(dòng)懸浮。在車輛超導(dǎo)線圈旁邊放置有地面短路線圈( (也稱懸浮線圈也稱懸浮線圈) )。車輛由直線同步電機(jī)推進(jìn)。當(dāng)車輛有了速度時(shí)，則與懸浮線圈相交鏈的磁通必有所變車輛由直線同步電機(jī)推進(jìn)。當(dāng)車輛有了速度時(shí)，則與懸浮線圈相交鏈的磁通必有所變化，如同發(fā)電機(jī)原理一樣，磁通變化在懸浮線圈內(nèi)產(chǎn)生電流與超導(dǎo)線圈間發(fā)生作用，化，如同發(fā)電機(jī)原理一樣，磁通變化在懸浮線圈內(nèi)產(chǎn)生電流與超導(dǎo)線圈間發(fā)生作用，從而產(chǎn)生排斥力即產(chǎn)生懸浮力。同時(shí)，懸浮線圈也由于流過(guò)感應(yīng)電流而產(chǎn)

42、生焦耳熱，從而產(chǎn)生排斥力即產(chǎn)生懸浮力。同時(shí)，懸浮線圈也由于流過(guò)感應(yīng)電流而產(chǎn)生焦耳熱，從而消費(fèi)能量。對(duì)車輛來(lái)說(shuō)，這種能量消耗將以運(yùn)行阻力從而消費(fèi)能量。對(duì)車輛來(lái)說(shuō)，這種能量消耗將以運(yùn)行阻力( (磁阻力磁阻力) )的形式表現(xiàn)出來(lái)。的形式表現(xiàn)出來(lái)。懸浮力隨速度的增大而增大，達(dá)到一定的速度幾乎成為定值，作為運(yùn)行阻力的磁阻力懸浮力隨速度的增大而增大，達(dá)到一定的速度幾乎成為定值，作為運(yùn)行阻力的磁阻力卻在某一速度下達(dá)到最大值，然后隨速度的提高反比下降，一定時(shí)間后相應(yīng)的阻力及卻在某一速度下達(dá)到最大值，然后隨速度的提高反比下降，一定時(shí)間后相應(yīng)的阻力及電能消耗成為定值。電能消耗成為定值。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及

43、其控制 船舶推進(jìn)系統(tǒng)多數(shù)采用螺旋槳推進(jìn)器，但螺旋槳推進(jìn)器在船舶推進(jìn)系統(tǒng)多數(shù)采用螺旋槳推進(jìn)器，但螺旋槳推進(jìn)器在水下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生水下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生“空泡空泡”現(xiàn)象，大大降低了推進(jìn)器效率現(xiàn)象，大大降低了推進(jìn)器效率并限制了船速的進(jìn)一步提高。另外，一般螺旋槳都采用柴油機(jī)并限制了船速的進(jìn)一步提高。另外，一般螺旋槳都采用柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，因此產(chǎn)生較大機(jī)械振和燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，因此產(chǎn)生較大機(jī)械振動(dòng)、磨損和噪聲，較大噪聲破壞了軍用艦艇隱蔽性，尤其是水動(dòng)、磨損和噪聲，較大噪聲破壞了軍用艦艇隱蔽性，尤其是水下潛艇在高速航行時(shí)較大的機(jī)械振動(dòng)和噪聲，容易被對(duì)方聲納下潛艇在高

44、速航行時(shí)較大的機(jī)械振動(dòng)和噪聲，容易被對(duì)方聲納發(fā)現(xiàn)，于是世界各國(guó)正在尋求一種高速、無(wú)聲安靜的船用推進(jìn)發(fā)現(xiàn)，于是世界各國(guó)正在尋求一種高速、無(wú)聲安靜的船用推進(jìn)裝置。裝置。 特種電機(jī)及其控制 直線電磁推進(jìn)器就是其中一直線電磁推進(jìn)器就是其中一例，它根據(jù)電學(xué)上的弗萊明左手例，它根據(jù)電學(xué)上的弗萊明左手定則，利用海水是導(dǎo)體，通電海定則，利用海水是導(dǎo)體，通電海水在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力的水在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力的基本原理，讓受力海水由船尾直基本原理，讓受力海水由船尾直接高壓噴水推動(dòng)船舶高速、無(wú)聲接高壓噴水推動(dòng)船舶高速、無(wú)聲航行。直線電磁推進(jìn)器具有無(wú)振航行。直線電磁推進(jìn)器具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)磨損、無(wú)噪聲和控制靈活動(dòng)、無(wú)磨損、無(wú)噪聲和控制靈活等特點(diǎn)，特別應(yīng)該指出的是由于等特點(diǎn)，特別應(yīng)該指出的是由于沒(méi)有螺旋槳，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就不沒(méi)有螺旋槳，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就不存在存在“空泡空泡”現(xiàn)象，從而運(yùn)行速現(xiàn)象，從而運(yùn)行速度可大大超過(guò)目前常規(guī)海輪的速度可大大超過(guò)目前常規(guī)海輪的速度。度。 目前船用直線電磁推進(jìn)器結(jié)構(gòu)，可歸納成四種基本型式：目前船用直線電磁推進(jìn)器結(jié)構(gòu)，可歸納成四種基本型式：直線通道推進(jìn)器，外磁式推進(jìn)器，螺旋通道推進(jìn)器和環(huán)形通道直線通道推進(jìn)器，外磁式推進(jìn)器，螺旋通道推進(jìn)器和環(huán)形通道推進(jìn)器。推進(jìn)器。 特種電機(jī)及其控制（1 1）直線通道推進(jìn)器）直線通道推進(jìn)器 電極安放在通道上下兩邊，磁