Matlab电动直线负载模拟器的控制系统建模与联合仿真(2)
1.2 直线电机研究现状1.2.1 直线电机简介直线电机是一种可以将电能直接转换成直线运动，而不需要通过任何中间转换机构的电机。简单来说，直线电机可以看成是展开的旋转电机[1]，如图1.1 所示。图 1.1 直线电机是展开的旋转电机直线电机在结构上可以分为扁平型等各种行式[2]。它可以采用多种电源进行工作，如交流电源、直流电源、脉冲电源等。直线电机的用途非常广泛[3]。在军事上，电磁炮就用到了直线电机的技术，在火箭与导弹的发射中也可以看到它的身影；在交通运输业，直线电机最大的成就就是磁悬浮列车；在工业方面，主要用于生产输送线上，很多横向和垂直运动的机械设备中用到了直线电机；直线电机不仅具有高速推力大的特点，精细也是它的一大特点，因此，很多精密的仪器设备中也用到了直线电机，如照相机快门、医疗仪器、航天航空仪器等。除了这些，在很多民用装置中，我们也能发现直线电机的身影，如电动窗帘、门锁等[4]。综上所述，直线电机可以应用于很多直线运动的场合，直线电机跟旋转电机相比具有以下一些优点：（1）使用直线电机的传动装置，可以直接产生推力，而并不需要其他转换装置，这样的话就省去了中间转换机构，使整个系统得到了简化，使运行的可靠性得到了保证，传递效率得到了提高，也降低了制造的成本，并且易于文护。（2）旋转电机在运动的过程中会产生离心力，旋转速度不能太快；而直线电机在运动时，因为它做直线运动，不会产生离心力，所以运动速度不会受到限制。（3）直线电机产生的推力是由电能产生的，在设计的时候，可以设计成无机械接触，这样传动零件不会受到磨损，也就很大程度的减少了机械损耗，磁悬浮列车就是依据这个原理制造出来的。（4）旋转电机是通过机械传动的方式输出力的，在这个过程中，不可避免的会产生噪音，而直线电机则依靠电磁推力驱动运行的，所以噪音会小很多。（5）由于直线电机的结构跟旋转电机相比要简单的多，固它的散热性能很好，在运行过程中不需要加冷却装置[5]。以上简单介绍了直线电机相比较于旋转电机的一些优点，但是，任何事物都是利伴随着弊的，直线电机也一样，它也有缺点，比如：相比于旋转电机，由于直线电机的气隙一般要比旋转电机大，需要的磁化电流也比较大，导致损耗增加；其次，由于直线电机的两端不是连着的，容易产生边段效应，也会导致损耗增加[6]。再者，直线电机的推力是由电流提供的，故要使电源的稳定性得到保证[7]。根据以上分析，可以知道，并不是每种直线运动都需要使用直线电机。以下是直线电机的发展过程及研究现状。
1.2.2 直线电机的发展及现状直线电机的发展经历了非常漫长的历史，1840 年惠斯登就提出了直线电机的概念，并尝试了制作，但最终未能获得成功。从那时至今已有 170 年的历史了，在如此漫长的历史过程中，大致可以分为三个阶段，分别是探索试验、开发应用和商品化阶段。1905 年有人提出用直线电机对火车进行推动，不过当时因为很多因素而没有实施，比如经济性和可靠性，但是目前地铁和高铁已经很广泛的使用了直线电机。1917年出现了第一台圆筒型直线电机，原本是想拿它来作为导弹的发射装置，但最终也没能实现，当时的直线电机仍处于模型阶段。在这段时间，很多科学家都针对直线电机尝试过很多的设想和研究，为直线电机的发展提供了宝贵的经验。1930 年到 1955 年，直线电机正式进入了试验阶段。在这段时间内，研究人员通过大量的试验对前辈们的理论有了进一步的理解。1945 年，电力牵引飞机弹射器由美国西屋公司研制成功，它的主要部件就是大功率的直线电机，它的成功让直线电机受到了很大的重视。但是在这段时间，电机的主流还是旋转电机，直线电机并没有得到广泛的应用。从 1955年以来，直线电机进入了一个新的开发阶段，这种发展趋势很大程度上来自于先进控制技术和新材料技术的发展。对于直线电机来说，可以说是进入了“文艺复兴时期”。1966 年，莱斯文特系统的对直线电机进行了分析并出版了《Iuduction Machines for SpecialPurposes》,对直线电机的发展做出了巨大的贡献。从 20 世纪 70年代开始，直线电机开始大规模的被使用，直线电机的理论研究跟实验研究得到了很大的完善。从这时开始，不再是旋转电机一家独大的状态，很多时候，旋转电机在使用过程中会产生许多问题，而直线电机刚好可以完美的解决这些问题。在这里必须要再次提到磁悬浮列车，它可以说是运用直线电机原理最成功的产物[8]。
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