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直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：********指导教师：***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。
利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。
介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。
关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。
高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。
在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。
在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。
图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。
从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。
1840～1955年为探索实验时期：从1840年到1955年的116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。
直线电机原理、特点及其运用直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。
初级做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动．通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。
设产生涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将（费来明法则）产生连续的推力F。
直线电机的特点：高速响应。
由于系统中取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。
定位精度高。
线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。
通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。
同时传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短行程长度不受限制。
在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
动安静、噪音低。
由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。
效率高。
由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。
直线电机主要应用于三个方面应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
附：直线电机应用实例一、活塞车削数控系统采用直线电机的直线运动机构由于具有响应快、精度高的特点，已成功地应用于异型截面工件的CNC车削和磨削加工中。
国内外直线电机技术的发展与应用综述一、直线电机技术的发展直线电机是一种能够直接产生直线运动的电机，它是融合了电磁学、力学和控制理论的高新技术产品。
随着工业自动化和智能制造的发展，直线电机技术在国内外得到了广泛的应用和推广。
在这样的背景下，直线电机技术的发展也迅速走向成熟，实现了快速、精密、高效的直线运动控制。
1. 直线电机技术的起源直线电机技术的起源可以追溯到20世纪初，当时的工业生产需要更高效的动力传动设备，传统的旋转电机在直线运动控制方面存在较大的局限性。
由此，人们开始研究和开发能够直接产生直线运动的电机，而直线电机应运而生。
2. 直线电机技术的发展历程20世纪50年代，磁悬浮直线电机技术开始初露头角，但由于材料、加工工艺等方面的限制，当时的直线电机技术仍处于萌芽阶段。
随着硬磁材料和控制技术的不断改进，直线电机技术逐渐成熟，应用领域也不断拓展。
3. 直线电机技术在国际上的发展状况在国际上，直线电机技术已经得到了广泛的应用和研究。
欧美国家在直线电机技术方面具有较强的研发实力和生产能力，其在航空航天、高铁、机器人等领域的应用取得了显著的成绩。
而在亚洲地区，日本和韩国也在直线电机技术领域拥有一定的技术积累和市场份额。
二、直线电机技术的应用直线电机技术作为一种先进的动力传动技术，其在工业生产和科学研究领域得到了广泛的应用，并且在特定领域具有独特的优势。
1. 工业自动化领域在工业生产中，直线电机技术可以实现高速、高精度的直线运动控制，广泛应用于数控机床、激光切割设备、半导体生产设备等领域。
直线电机可以实现电磁直接驱动，避免了传统传动系统中的机械传动链路和间隙，提高了系统的动态响应性能和定位精度。
2. 航空航天领域直线电机技术在航空航天领域的应用也日益广泛。
在卫星姿态控制系统中，直线电机可以实现对姿态控制器的精确调整，提高了卫星的姿态控制精度和灵活性。
在航空器的起落架和飞行控制系统中，直线电机也可以实现更加稳定和精密的动力传递。
直线电机应用场景直线电机是一种将电能转换为机械能的装置，其特点是具有高速度、高精度和高效率。
直线电机的运动方式是直线运动，与传统的旋转电机相比，直线电机具有更大的功率密度和更快的响应速度，因此在许多应用场景中得到了广泛的应用。
一、工业自动化领域在工业自动化领域，直线电机具有快速、准确的特点，可以广泛应用于自动化生产线的装配、搬运、分拣等工作。
例如，在汽车生产线上，直线电机可以用于汽车零部件的装配，可以实现高速、高精度的定位，提高生产效率和产品质量；在电子产品生产线上，直线电机可以用于电子元器件的分拣，可以实现快速、准确的分选，提高生产效率和降低成本。
二、医疗设备领域在医疗设备领域，直线电机可以应用于医疗器械的定位、搬运、注射等工作。
例如，直线电机可以用于医疗机器人的关节驱动，实现精确的运动控制，可以用于手术机器人的操作，实现高精度的手术；直线电机还可以用于医疗设备的搬运，可以实现轻松、快速地搬运医疗设备，提高医疗服务效率。
三、航空航天领域在航空航天领域，直线电机可以应用于飞机、卫星等航空器的姿态控制、推进系统等工作。
例如，直线电机可以用于飞机的飞行控制系统，实现飞行器的稳定性和精确控制；直线电机还可以用于卫星的姿态控制系统，实现卫星的定位和姿态调整。
四、智能家居领域在智能家居领域，直线电机可以应用于智能家居设备的控制和调节。
例如，直线电机可以用于智能窗帘的控制，实现窗帘的开合和调节；直线电机还可以用于智能家居设备的定位和调节，例如智能家居设备的升降、伸缩等功能。
五、交通运输领域在交通运输领域，直线电机可以应用于高速列车、磁悬浮列车等交通工具的推进系统。
例如，直线电机可以用于高速列车的推进系统，实现高速列车的高速、平稳运行；直线电机还可以用于磁悬浮列车的推进系统，实现磁悬浮列车的高速、低噪音运行。
总的来说，直线电机具有快速、准确、高效的特点，可以广泛应用于工业自动化、医疗设备、航空航天、智能家居、交通运输等各个领域，为人类生活带来便利和效益。
直线电机的特点及应用直线电机是一种将电能转化为机械运动的电机。
与传统的转子电机相比，直线电机具有以下特点：1. 直线运动：直线电机主要产生直线运动，因为其电磁系统与运动部件是沿直线排列的。
这使其在一些特定的应用中具有较大的优势，尤其在需要大范围、高速度的直线运动时。
2. 高速度和加速度：由于直线电机不需要通过转子转动，可以直接转化为运动，因此可以实现较高的速度和加速度。
这在一些需要快速运动的应用，如包装机械、数字打印机等中非常有用。
3. 精确定位和控制：直线电机可以通过电流的调节来实现对运动的精确控制。
结合传感器和控制系统，可以实现高精度的定位和轨迹控制。
这使其在一些需要高精度定位的应用中具有较大的优势，如半导体制造设备、光刻机等。
4. 高效能：由于直线电机将电能转化为线性运动而不需要传递转矩，所以相比传统的转子电机具有更高的能量转换效率。
这使其在一些对能量效率要求较高的应用中得到广泛应用，如电动汽车、太阳能跟踪系统等。
5. 静音运行：直线电机不需要机械传动装置，因此减少了传统电机的噪音来源。
这使其在一些对噪音要求较高的应用中得到广泛应用，如医疗设备、光学设备等。
直线电机的应用非常广泛，包括以下几个方面：1. 自动化生产：直线电机可以应用在自动化生产线上，如流水线机械、机器人等。
其高速度和精确控制的特点使其能够快速完成复杂的生产任务。
2. 交通运输：直线电机可以应用在交通运输领域，如高速列车、磁悬浮列车等。
其高速度和能量效率的特点使其能够提供更快、更高效的交通服务。
3. 医疗器械：直线电机可以应用在医疗器械中，如MRI扫描仪、手术器械等。
其精确定位和静音运行的特点使其能够提供高精度和舒适的医疗服务。
4. 光学设备：直线电机可以应用在光学设备中，如光刻机、平移台等。
其高速度和精确控制的特点使其能够实现高精度的光学加工和定位。
5. 能源设备：直线电机可以应用在能源设备中，如风力发电机、太阳能跟踪系统等。
直线电机原理及应用直线电机（Linear Motor）是一种将电能转化为机械能的装置，利用电磁力产生线性运动。
其工作原理与传统的旋转电机相似，都是基于洛伦兹力（Lorentz force）的作用。
直线电机通常由固定部分和可移动部分组成。
固定部分包括固定磁场和电磁线圈，可移动部分包括电磁激励体和传动机构。
当电流通过电磁线圈时，会产生电磁场，与磁场耦合的电磁激励体受到洛伦兹力的作用，从而产生直线运动。
直线电机的应用非常广泛。
以下是几个常见的应用领域：1.输送系统：直线电机可以用于物料输送、装卸运输线、自动化生产线等，以替代传统的传动机构和传送带。
它可以实现高速、高精度的输送，并且无需维护和保养。
2.交通运输：直线电机可以应用于高速列车、磁悬浮列车和地铁等交通工具的动力系统中，提供高速、平稳的运动。
相较于传统的转子电机，直线电机无需传递动力，减少了传动损耗和噪音。
3.机床：直线电机可用于数控机床、磨床和镗床等工具机的进给系统中。
它具有响应快、加速度高的特点，能够提高加工效率和加工质量。
4.半导体设备：直线电机可以用于半导体设备中的定位和移动系统。
它具有高精度、高稳定性的特点，适用于要求极高位置控制和清洁环境的应用。
5.医疗设备：直线电机可以用于医疗设备中的定位和推动系统。
例如，它可以用于手术机器人或医疗床的控制，提供精确的定位和平滑的运动。
直线电机相较于传统的机械传动系统具有许多优势。
首先，直线电机工作原理简单，结构紧凑，具有较高的功率密度。
其次，它可以实现高速、高精度的控制，具有良好的动态响应特性。
另外，直线电机无需传递动力，减少了传动损耗和噪音，提高了效率和可靠性。
此外，直线电机具有自整定、自动保护和自动检测等功能，可提高系统的智能化程度。
尽管直线电机有很多优点，但也存在一些局限性。
首先，直线电机的制造和维护成本较高，因为其结构较为复杂。
其次，直线电机在工作过程中会产生较大的磁场和电磁干扰，可能对周围设备和人员产生一定的影响。
国内外直线电机技术的发展与应用综述摘要：直线电机的历史可以追溯到十九世纪四十年代，在1840年左右，英国著名的物理学家惠斯通开始提出探索直线电机，但那时由于各种设备因素的约束，那时的直线电机并不是很成功。
但在后来的历史过程中，直线电机经历了三个时期的发展，并且在发展过程中越来越成熟。
关键词：直线电机；时期发展；应用直线电机自发明以来，为人们的生活带来了极大的便利，在三个不同时期，直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个阶段，对不同种类的直线电机或不同的国家和地区，三个不同阶段的经历的年份和经历也使不一样的。
本文就国内外直线电机技术的发展与应用进行综合叙述，希望能够在直线电机技术方面为相关专业者提供可靠的资料。
直线电机的历史发展探索实验时期（1840年~1955年）自惠斯通开始探索直线电机，丛1840年开始一直到1955年，这一百六十六年间，直线电机技术发展的越来越成熟，也经历了屡遭失败的过程，但好在对其感兴趣的社会人士一直没有放弃对它的探索。
当时美国匹兹堡市的市长就对直线电机十分感兴趣，在他的一篇文章中，明确提出了直线电机及直线电机的专利。
这个专利把直线电机更加深度的带入到了人们的生活中，越来越多的人对其有着深厚的兴趣，甚至很多这方面的科学家也对此十分热情。
在此后相当长的一段时间里，一些科学家也为研究直线电机技术付出了很多的努力。
但由于当时的制造技术等各个方面技术不够完善，很多科学家一生都在为之努力的直线电机技术都未能成功。
但并不是说科学家的努力完全付之东流，他们在研究的过程中为了获得点梭子应用而巧妙构思的多种形式直线电机，虽然在当时无法做出更大的成绩，但是也为直线电机在其他场合的使用也奠定了基础。
在1930年~1940年期间，直线电机被各国科学家推入了实验研究阶段，在这个阶段中，相关科研人员在前人经验的基础上获得了大量的有效实验数据，也正是因为如此，将这十年作为一个分界点，科学家对直线电机技术有了更深一层的认识，奠定了日后直线电机在今后的应用基础。
直线电机的特点及发展趋势（谭铭志湖南大学、湖南、长沙）概要：概述了直线电机的发展史及特点，相对传统旋转电机的优势，以及直线电机的原理及控制的概述，最后还介绍了直线电机的发展趋势。
关键词：直线电机、现状、发展趋势一、引言直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。
由于采用了“零传动”，从而较传统传动方式有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。
近年，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的不断提高，直线电机受到了广泛的关注。
在国外，直线电机驱动技术已进入工业化阶段，但国内尚处于起步阶段。
二、直线电机的发展历程直线电机的历史，最早可追溯到1840年惠斯登(Wheatstone)提出和制作雏形但不成功的直线电机，从那时至今已有160多年。
在这个发展历程中，大致可分为以下三个阶段：探索实验阶段（1840—1955）、开发应用阶段（1956—1970）和实用商品化阶段(1971至今)。
第一阶段是直线电机探索实验和部分实验应用阶段，由于当时直线电机的理论还只是雏形、设计不够完善、且受到材料的性能、制造技术的限制，使得直线电机效率较低，可靠性不高，所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。
第二阶段是直线电机的全面开发阶段。
由于自动控制技术、制造技术及材料技术的突飞猛进给直线电机的研究应用奠定的坚实的基础。
这时期主要以英国莱恩苇特（E·Laithwaiter）教授为首的一些人在强调直线电动机基础研究的情况下，取得了不少研究成果，公开发表了直线电机理论分析的文章，并出版了比较系统的介绍直线电机的专著《Induction Machines for Special Purpose》，这给直线电机领域作出了开创性贡献，也鼓励着世界各地的科学家继续努力。
第三阶段是直线电机的独立应用时代，在这个阶段直线电机找到一条适合自身发展的道路，在旋转电机无能为力的领域大展身手。
直线电机发展概述及应用直线电机具有环境污染少、消耗能源少及噪声污染少等优点，普遍应用在多种领域。
本文分析了直线电机的理论研究，简单地叙述了直线电机在一些领域的应用，如交通、办公设备及军事装备等。
结合直线电机应用研究新发展动向得出，通过计算机使直线电机具有高度的控制精度，在新原理的基础上研发新型直线电机的新技术，直线电机未来的应用和发展的前景是广阔的。
标签：直线电机；发展；应用直线电机经历了相当长一段时间的发展。
从十九世纪末期至二十世纪初期，有人开始对直线电机进行研究，但最终以失败告终。
直到二十世纪五十年代中期这种情况才有所改变，因为这期间材料技术和控制技术得到了发展，新控制元器件大量涌现，极大促进了直线电机的理论与应用。
特别是这些年来，精密、高速机床进给系统的需要，有效体现了直线电机的显著性能，直线电机的研究成为了研究领域的热点。
明确直线电机发展现状及未来发展趋势，有助于研究新型直线电机。
1 直线电机的理论研究因为直线电机具有特殊的结构，旋转电机的理论并不直接适用直线电机，这样对直线电机的分析就更加困难。
所以，开展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。
为了解决边界效应问题，提出了直接解法，基于三维Maxwell 方程，再做简化，经过推导得出一维方程的解闭。
应用有限元法直接根据直线电机内的磁场分布，得出电气参数，改变了以往使用的场简化为路的方法，促使了计算方法的进步。
2 直线电机的应用研究直线电机因为自身具有独特的优越性，在机械加工、精密控制及交通运输等领域得到了广泛应用[1]。
直线电机是一种电子机械装置，借助电能，做直线运动，能够驱动机械负载，进行直线运动；直线电机具有简单的结构、较低的能源消耗及较高的工作效率。
在直线电机研究中，直线电机应用研究是重要内容之一。
因为直线电机可作往复或者连续单向的直线机械运动，不再需要中间机械传动变换装置，普遍应用于国民经济的相关部门。
直线电机多运用于机床、工业机器人和多种直线运动的机械装置中。
直线电机的主要特点和应用方面有哪些直线电机是一种特殊形式的电机，不同于传统的旋转电机，它的动作是沿着直线方向运动。
由于其独特的运动方式和紧凑的结构设计，直线电机在工业、交通等领域具有广泛的应用。
本文将介绍直线电机的主要特点和应用方面。
直线电机的主要特点1. 无接触、无摩擦传统的旋转电机需要使用转子和定子之间的接触来传递动力，而直线电机则可以实现无接触、无摩擦的运动。
这意味着直线电机的运动更加平稳，可以减少能耗和维护成本。
2. 高精度、高速度直线电机是一种可以控制运动速度和位置的精密设备，具有非常高的动态响应度和定位精度。
因此，它适用于需要高精度、高速度定位和运动控制的领域。
3. 紧凑结构、轻便传统的旋转电机往往需要复杂的传动装置和结构设计，而直线电机则可以通过设计更简单的结构来实现相同的功效。
这种特性使得直线电机具有更紧凑、更轻便的结构，更易于集成和安装。
4. 高效、环保直线电机的动力传输效率更高，因为没有传统电机中因接触和摩擦而带来的能量损耗。
而且使用直线电机可以减少机械传动部件的使用，从而降低噪音和振动，有利于环保。
直线电机的应用方面1. 工业生产自动化直线电机可以广泛应用于工业生产自动化领域，用于输送、印刷、拼接、加工和包装等生产工序的控制和操作。
由于直线电机可以实现高精度、高效率和高速度运动控制，因此可以提高生产效率和产品质量，降低成本。
2. 交通运输直线电机在交通运输领域也有广泛的应用，例如高速列车和城市轨道交通的驱动装置，机场行李收发系统和邮件分拣系统的操作装置等等。
这些应用都需要高效、精确、可靠的控制和运动控制，而直线电机正是最适合的选择。
3. 医疗设备直线电机也可以应用于医疗设备领域。
例如，在医疗成像仪器中，直线电机可以控制扫描精度和速度，确保成像精度和清晰度。
此外，直线电机还可以用于手术机器人、床位调节系统和心脏起搏器的驱动操作等方面。
4. 其他领域除了上述领域外，直线电机还可以在各种其他领域中得到应用。
直线电机应用场景
直线电机是一种能够将电能转换为直线运动的电动机，它与传统的旋转电机相比具有更大的灵活性和精度。
直线电机在工业生产、交通运输、医疗设备等领域有着广泛的应用场景，为各行各业提供了更高效、更可靠的解决方案。
1. 工业生产领域
在工业生产领域，直线电机被广泛应用于自动化生产线、包装线等设备中。
直线电机的高速、高精度、高效率的特点，使其能够实现对产品的快速定位、装配和运输。
比如，在半导体制造领域，直线电机可以精确控制半导体芯片的定位和移动，保证生产线的高效运转。
2. 交通运输领域
直线电机在交通运输领域也有着重要的应用。
例如，在高铁列车中，直线电机被用于驱动列车的车门、车窗等部件，实现快速、平稳的开闭操作。
此外，直线电机还可以应用于电梯、自动扶梯等设备中，提升运输效率和安全性。
3. 医疗设备领域
医疗设备的精准性和稳定性要求非常高，直线电机正是满足这一需求的理想选择。
直线电机可以用于手术机器人、影像设备等医疗设备中，实现对器械的精确控制和定位。
例如，在手术机器人中，直
线电机可以精确控制手术器械的移动，帮助医生完成更加精准的手术操作。
4. 智能家居领域
随着智能家居的普及，直线电机也逐渐进入人们的生活。
直线电机可以应用于智能窗帘、智能门锁等设备中，实现对家居产品的自动控制。
例如，通过直线电机驱动的智能窗帘可以根据光线和温度自动开合，提升居住体验。
总的来说，直线电机在各个领域的应用场景越来越广泛，为人们的生产生活带来了便利和效率提升。
随着科技的不断发展，相信直线电机将会在更多领域展现出其强大的应用潜力，为人类创造更加美好的未来。
直线电机的特点及发展趋势（谭铭志湖南大学、湖南、长沙）概要：概述了直线电机的发展史及特点，相对传统旋转电机的优势，以及直线电机的原理及控制的概述，最后还介绍了直线电机的发展趋势。
关键词：直线电机、现状、发展趋势一、引言直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。
由于采用了“零传动”，从而较传统传动方式有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。
近年，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的不断提高，直线电机受到了广泛的关注。
在国外，直线电机驱动技术已进入工业化阶段，但国内尚处于起步阶段。
二、直线电机的发展历程直线电机的历史，最早可追溯到1840年惠斯登(Wheatstone)提出和制作雏形但不成功的直线电机，从那时至今已有160多年。
在这个发展历程中，大致可分为以下三个阶段：探索实验阶段（1840—1955）、开发应用阶段（1956—1970）和实用商品化阶段(1971至今)。
第一阶段是直线电机探索实验和部分实验应用阶段，由于当时直线电机的理论还只是雏形、设计不够完善、且受到材料的性能、制造技术的限制，使得直线电机效率较低，可靠性不高，所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。
第二阶段是直线电机的全面开发阶段。
由于自动控制技术、制造技术及材料技术的突飞猛进给直线电机的研究应用奠定的坚实的基础。
这时期主要以英国莱恩苇特（E·Laithwaiter）教授为首的一些人在强调直线电动机基础研究的情况下，取得了不少研究成果，公开发表了直线电机理论分析的文章，并出版了比较系统的介绍直线电机的专著《Induction Machines for Special Purpose》，这给直线电机领域作出了开创性贡献，也鼓励着世界各地的科学家继续努力。
第三阶段是直线电机的独立应用时代，在这个阶段直线电机找到一条适合自身发展的道路，在旋转电机无能为力的领域大展身手。
直线电机的发展与应用概述综述?REVIEW 直线电机的发展与应用概述收稿日期:2003-08-06王伟进(浙江大学,浙江杭州310028)摘要:概述了直线电机的特点、发展历史,介绍了国内外的直线电机研究近况,最后评述了直线电机广阔的应用前景。
关键词:直线电机;发展;应用中图分类号:T M359.4 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2004)01-0045-02The Development and Application of Linear MotorWANG Wei-jin(Zhejiang U niv er sity,Hang zho u310028,China)Abstract:T his paper summ arizes t he char acter istics o f linear moto r,the co ur se o f dev elo pment.T he domestic and for eig n dev elo pm ent st atus is intr oduced t oo.F inally the w ide applicat ion fo reg r ound in some v ar ious fields is de-scr ibed.Key words:linear mo tor;development;applicatio n1 引言直线电机是一种将电能直接转化成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。
由于采用了“零传动”,从而较传统传动方式有明显的优势,如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。
近年,随着工业加工质量和运动定位精度等要求的提高,直线电机受到了广泛的关注。
在国外,直线电机驱动技术已进入工业化阶段,但国内尚处于起步阶段。
基于此,文中就直线电机的特点、研究历史、近况和应用前景作简要介绍。
2 直线电机在结构上,直线电机相当于旋转电机在顶上沿径向剖开并将其圆周拉直,工作原理同旋转电机相似。
直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：12847920指导教师：董颖怀天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。
利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。
介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。
关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。
高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。
在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。
在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。
图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。
从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。
1840～1955年为探索实验时期：从1840年到1955年的116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。
自从Wheatsone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1890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。
然而，由于当时的制造技术、工程材料以及控制技术的水平，在经过断断续续20多年的顽强努力后，最终却未能获得成功。
至1905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这些研究工作。
1917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，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。
至此，从1930~1940年期间，直线电机进入了实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获驭了大量的实验数据，从而对已有理论有了更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的应用基础。
从1940～1955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。
1945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7400kW的直线电动机为动力，成功地用4.1s的时间将一架重4535kg，的喷气式飞机在165m的行程内由静止加速的188km/h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。
1954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导弹的装置，其速度可达1600km/h。
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的高度重视并计划予以实施。
在1840～1955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得到真正的应用。
1956～1970年为开发应用时期：自1955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。
在这段时期，申请直线机的专利件数也开始急速增加，该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长率。
到1965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MHD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。
1971年至今为实用商品时期从1971年开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、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列车，其速度已超500km/h，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。
1.1 直线电机工作原理直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。
它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。
对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。
在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。
在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
图1直线电机的转变过程引用于长沙一派数控机床有限公司图2 旋转电机的基本工作原理图3 直线电机的基本工作原理1－定子2－转子3－磁场方向1－初级2－次级3－行波磁场将图2的旋转电机在顶上沿径向剖开，并将圆周拉直，便成了图四的直线电机。
当通往三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。
当不考虑横向、纵向的端部效应时，这个气隙磁场也和旋转电机非常相似，也可看成是沿展开的直线方向呈正弦分布。
当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。
在原理上与旋转电机类似，不同之处在于：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因称为行波磁场。
显然，行波磁场的移动速度与旋转磁场的的线速度是一样的，即为v ft s = 2 (m/s)也称为同步速度。
在次级中为简便起见，图中只画出一根导条，次级导条在行波磁场的切割下，将产生感应电动势并产生电流。
而所有导条上的电流和气隙磁场的相互作用便产生电磁推力。
1.2直线电机的特点主要表现在以下几个方面：（1）高响应性一般来讲，电气元器件比机械传动件的动态响应时间要小几个数量级。
由于系统中取消了响应时间较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环伺服系统动态响应性能大大提高。
（2）高精度性由于取消了丝杠等机械传动机构，因而减少了传动系统滞后所带来的跟踪误差。
通过高精度直线位移传感器（如μ级），进行位置检测反馈控制，大大提高机床的定位精度。
（3）速度快、加减速过程短机床直线电机进给系统，能够满足60m/m i n~200m/m i n或更高的超高速切削进给速度。
由于具有高速响应性，其加减速过程大大缩短，加速度一般可达到2g~20g。
（4）传动刚度高、推力平稳“直接驱动”提高了传动刚度。
直线电动机的布局，可根据机床导轨的形面结构及其工作台运动时的受力情况来布置，通常设计成均布对称，使其运动推力平稳。
（5）行程长度不受限制通过直线电动机的定子的铺设，就可无限延长动子的行程长度。
（6）运行时噪声低取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，导轨副可采用滚动导轨或磁悬浮导轨（无机械接触），使运动噪声大大下降。
（7）效率高由于无中间传动环节，也就取消了其机械摩擦时的能量损耗，系统效率大大提高。
直线电动机系统的开发应用，将引起机床行业的传统进给机械结构发生变革。
通过先进的电气控制，不仅简化了进给机械结构，更重要的是使机床的性能指标得到很大提高。
1.3直线电机的分类1、直线感应电机直线感应电机（LIM,linear induction motor）是单边激磁电机，结构非常简单，因此在中低速轨道交通系统中应用最早，也最广。
最常见的直线感应电机是单侧定子结构的，为了改善磁路，提高效率，也可以采用双侧定子直线感应电机。
直线感应电机的特点是单边激磁，一般动子采用感应板（实心、无绕组），结构简单，经济。
2、直线同步电机同步电机是双边激磁电机，不论采用长定子或短定子，结构都较复杂。
但是在高速磁悬浮列车中的直线同步电机几乎无例外地采用长定子，这是因为：同步电机转子激磁功率远小于定子，所以把功率较小的励磁绕组（转子）安装在车上，可以由谐波发电机与电池给转子励磁线圈供电或采用超导线圈，避免了接触网/轨，从而可实现高速运行。
同步直线电机（LSM,linear Synchronous Motor）的优点之一是功率因数好，效率较高，因而比较适合大气隙、大功率电机，所以，高速磁浮列车主要采用直线同步电机。
同步电机用于磁浮列车时有一个突出的优点：由于转子激磁后就是一个电磁铁，所以在磁浮列车上可以用做磁浮磁铁，这样就可以一机两用——既是牵引系统，又是磁浮系统，从而减轻了车辆的重量。
3、永磁直线电机永磁直线电机（PLLM., permanent magnet linear motors）也是直线同步电机的一种，只是其转子不再用电激磁，而是采用永磁磁极。
永磁直线电机的最大优点是单边激磁而且磁密较高，所以体积小，效率高。
但是，由于永磁不像电磁那样容易调节磁通，所以永磁直线电机弱磁控制性能较差。
而且，毕竟永磁材料成本较高，所以更适合于轨道较短或封闭环境的场合，如导弹或分机发射架，在车辆上的应用比较少。
近年来，由于体积较小，控制精度高，圆筒型直线永磁电机在伺服系统中的应用越来越多，特别是数控设备等需要高精度定位的场合，基本上采用的都是永磁交流直线同步电机。
4、双馈直线异步电机同步电机是双边激磁，所以转子直流励磁电流是可以调整的；而普通直线感应电机转子电流是感应产生的，不能人为调整，这也正是感应电机调速性能与功率因数较差的原因。
双馈异步电机（dual-feed linear induction motor）则可以独立调整转子电流，不过与同步电机不同的是转子也是交流电流。
这种直线电机主要用于车辆上，因为可以通过调节转子电流调整列车速度。
5、直线开关磁阻电机直线开关磁阻电机（LRM.linear swiyched reluctance motor）的与旋转开关磁阻电机一样，优点是单边激磁，转子是实心钢而不需要绕组，成本比直线感应电机还要低，所以是很有前途的一种驱动方案。
