专业常识之直线电机的工作原理及应用

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一般电动机工作时都是转动的．
但是用旋转的电机驱动的交通工具
（比如电动机车和城市中的电车等）
需要做直线运动，
用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动．
这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置．
能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢？
几十年前人们就提出了这个问题．
现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机．

1、直线电机的工作原理

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.  

直线电机的结构原理并不复杂．
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电动机。

在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；
相当于旋转电机转子的，叫次级．
初级中通以交流，
次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动．
这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，
而次级则不需要那么长．
实际上，直线电机既可以把初级做得很长，
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．

直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。
以直线感应电动机为例：
当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，
次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，
该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。
如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；
反之，则初级做直线运动。

为了能更好的理解直线电机的原理，
可以观看下面这个视频：
视频展示了直线电机的两种结构形式，套筒式和平板式。

下面这个视频是专门介绍套筒型直线电机的（这种结构形式类似国外所称的音圈电机）

2、直线电机的应用

直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛．
磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的．

磁悬浮列车是一种全新的列车．
一般的列车，由于车轮和铁轨之间存在摩擦，
限制了速度的提高，
它所能达到的最高运行速度不超过300km/n．
磁悬浮列车是将列车用磁力悬浮起来，
使列车与导轨脱离接触，以减小摩擦，提高车速。
列车由直线电机牵引．
直线电机的一个级固定于地面，跟导轨一起延伸到远处；
另一个级安装在列车上．
初级通以交流，列车就沿导轨前进．
列车上装有磁体（有的就是兼用直线电机的线圈），
磁体随列车运动时，
使设在地面上的线圈（或金属板）中产生感应电流，
感应电流的磁场和列车上的磁体（或线圈）
之间的电磁力把列车悬浮起来．
悬浮列车的优点是运行平稳，没有颠簸，噪声小，
所需的牵引力很小，
只要几千kw的功率就能使悬浮列车的速度达到550km／h．
悬浮列车减速的时候，磁场的变化减小，
感应电流也减小，磁场减弱，造成悬浮力下降．
悬浮列车也配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，
在行进时能及时收入列车，停靠时可以放下来，支撑列车．
要使质量巨大的列车靠磁力悬浮起来，需要很强的磁场，
实用中需要用高温超导线圈产生这样强大的磁场．

直线电机除了用于磁悬浮列车外，
还广泛地用于其他方面，
例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等．
在我国，直线电机也逐步得到推广和应用．
直线电机的原理虽不复杂，
但在设计、制造方面有它自己的特点，
产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进．

来源：机械工程师

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