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直线电机的发展历程

直线电机的历史,据有关文献最早可追溯到1840年惠斯登(Wheatstone)开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线电机,从那时至今,已有160多年的历史了,在这不算短的历史过程当中,直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个时代: 
    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。

    目前,直线电机被广泛应用于各个领域:

    1.直线电机在交通与民用方面的应用 

  磁悬浮列车改变了传统轨道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式,采用磁力悬浮车体、直线电机驱动技术,使列车在轨道上浮起滑行,在交通技术发展史上是一个重大的突破,被誉为21世纪一种理想的交通工具,磁悬浮车与现有常规车相比,主要优点是:速度快(500km/h),安全,无翻车,无噪声振动,占地小,爬坡强,结构简单,节能。国内外许多国家如德国、日本、美国、法国、英国、俄罗斯、加拿大、韩国、瑞士、瑞典及中国都已投入了这方面的研制,其中尤以德国、日本最为突出,投入最大,持续时间最长。中国目前除上海的磁悬浮列车在外,还有北京、四川等地也在进行这方面的工作。 

  直线电机在交通方面的应用,除磁悬浮列车外,还被应用于电磁推进船的驱动,它将像喷气式飞机优于螺旋桨飞机一样优于一般螺旋桨推进的船舶,美国将其应用于军事舰艇,日本则于1992年6月完成世界上第一艘载人超导直线电磁推进船“大和一号”并在日本神户港正式试航成功。此外,在交通应用方面,直线电机还被应用于驱动地铁车和高速公路车等。 

  直线电机在民用方面,发展较为迅速,产品较为成熟,应用面广。目前已应用的有直线电机驱动门,直线电机驱动窗和窗帘,直线电机驱动的床、柜、桌、椅,盘型直线电机驱动的洗衣机,空调、电冰箱用直线电机压缩机,用直线电机驱动的家用针织机和缝纫机、炒茶机等。特别是用直线电机驱动的电梯,它所具有的结构简单、省材、省空间、高速、低噪声、节能等优点,引起电梯界的极大关注。世界各国一些著名电梯公司正在不断以各种方式进厅这方面的试制,并有了少量的产品问世。如日本松下公司与美国奥的斯公司合作的松下奥的斯已生产了千台直线电机电梯。1990年4月,第一台使用直线电机驱动的电梯安装在日本东京丰岛万世大楼。日本三菱公司也曾试制了一台直线电机电梯并曾在国外展出,日立以及富士公司也都在试制这类产品。日本富士、富士达、川崎重工、石川岛播磨和清水建设5家公司首先推出了一种可同时垂直、水平、曲线线路和有分支线路运行的直线同步电机运输系统。我国浙江大学也已研制了一台10m,可模拟三层运行的直线电机电梯样机。 

  2.直线电机在军事及其他方面的应用 

  直线电机在军事上也得到了一些应用,如前面所述的直线电机驱动的潜艇,还有直线电机驱动的电磁炮,美国曾在1995年宣布已完成。此外,在一些军事设施上,如军用靶场、军用仿真系统、军用战斗武器和导弹的发射等等。

    直线电机技术的发展,经历了不短的历史和几起几落波浪式的发展,终于选择了一条适合直线电机自身发展的独特思路,它不再与旋转电机直接对抗,不以单机的形式与旋转电机竞争,而以直线电机系统与旋转电机系统相比,从而找到适合于自己的系统与旋转电机展开竞争,在旋转电机无能为力的地方寻找自己的位置。采用直线电机驱动的新型装置与非直线电机驱动相比,它具有的结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高、组合灵活等优点是明显的,但由于直线电机本身所具有的磁路开断所引起的边端效应以及安装气隙较大等问题,故在一些直线运动的装置或系统中,是否采用新型的直线电机来驱动,要权衡利弊得失,选择能充分发挥直线电机自身优势的直线运动装置或系统中发展应用,在科学技术飞速发展的今天,在一些旋转电机或其他驱动装置无能为力或勉强应付的地方,寻找直线电机能充分发挥优势的位置,在满足人类需求和完善人类美好愿意的进程中求得自身的发展,前景是广阔的,但选择是要谨慎的。 

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