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发表于：2005-07-01 21:00:00
3楼
国内外直线电机技术的发展与应用综述
---直线电机的应用
浙江大学 叶云岳
二、直线电机的应用
目前，直线电机在世界各国的应用大致可分为五个方面，即物流系统、工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事及其它。
1.直线电机在物流输送系统中的应用
我国目前邮政系统的邮包、印刷品的物流分拣、输送线绝大部分通过旋转电机采用链传动或连杆等方式。国外一些发达国家则逐步采用了直线电机驱动的，由计算机控制的新型邮政物流分拣输送系统。如日本东京多摩邮局的大型邮政分拣机；丹麦CRISPLANT公司生产的高速包刷分拣机；瑞士、意大利等国的邮袋吊挂推式悬挂机等。与传统的链传动或连杆方式相比，直线电机驱动的物流系统具有高效、低噪、安全可靠、维护方便等优点而获得应用者青睐。我国贵阳普天通信机械厂与浙江大学研制成功的直线电机包刷分拣机，其性能优于国外，其价格仅为国外的1/3。海关承担着大量物品的进出分拣，过去也和邮政分拣相类似，现在有些海关，如国内深圳海关就采用了由浙江大学提供直线电机驱动的物流分拣线，使用效果很好。目前许多行业如电工、电子、机械、化工、医药等生产流水线和装配线，一般常采用钢丝绳或链传动，这些传动方式往往噪声大、速度慢、控制不方便，现在世界上已有不少单位开始采用直线电机驱动，包括一些汽车生产线。在一些新颖的立体化仓库的搬运系统和新型的自动化车库，也开始采用了直线电机，其中采用直线电机的自动化车库是在库地上安装一系列纵向和横向的直线电机初级，而载车板为次级。通过计算机，利用直线电机初次级作用移动汽车进或出。效率和利用率都很高。此外，直线电机还在水果和蔬菜的分类线上，商场的商品流动线上，餐馆的食品流动线，医院的药品、器械的输送以及银行、商场的票据传送方面得到了应用。
2.直线电机在工业设备中的应用
直线电机在工业设备中的应用，主要在机床业方面比较突出，近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热，究其原因是，传统机床的驱动装置依赖丝杆驱动，丝杆驱动本身具有一系列不利因素，如：长度限制、机械间隙、磨擦、扭曲、螺距一周期误差等，而直线电机不仅无此缺陷，且结构简单、精度可以是丝杆的10倍甚至100倍，加速度可以是传统机床的20倍以上。日本SODICK公司早在1996年就开始在电火花成形机上采用直线电机，他们自行研制了专用的直线电机及与其相配的NC系统；1999年投放市场时，不仅二轴，还有 、 、 三轴均采用了直线电机。在19届JIMTOF上，其展出8台采用直线电机作进给传动的机床，它们是森精机制作所的HVM600卧式加工中心，新日本工机的80L超高速多轴加工中心（multicenter），大阪的超高速卧式加工中心，丰田工机的高速加工机床Linea · M、松浦机械制作所的LX-1超高速小型加工中心、Taylor Mobson的两轴小型超精密镜面加工机床，AID ENGINEERING和山田DOBBY公司的高速成形机床等。除此之外，世界上还有许多公司生产直线电机驱动的机床，如Ingersoll，Kingburg，EX-cell-o，Grob system，Precitech，Renault Automation，Gildemeistre，Deckel Maho和Forest Line等，除一般机床、加工中心采用直线电机外，其它机床如磨床、锯床、激光切割机、等离子切割机、坐标测量机等机床设备上，也采用了直线电机技术。我国浙江大学、广东工大、清华大学、沈阳工大及南京、宁波、杭州、温州等地一些机床厂也已研制了一些直线电机驱动的机床样机。直线电机在工业设备中的应用还体现在一些锻压设备上，如浙江大学研制的直线电机驱动的冲压机，它取消了传统冲压机的各种大小皮带轮、齿轮、飞轮、曲轴、联杆等，从而使新的冲压机结构简单、体积小、重量轻、噪声极小、节能、智能化程度高。还有西安交大研制的用弧形直线电机驱动的摩擦压力机、效率和成品率、工效均提高10%，节电、且维修、操作方便。直线电机还在一些新的冶金工业设备中得到应用，诸如金属自动浇铸，电磁搅拌、铁磁分离、金属拉伸以及金属加工过程中的输送系统等。焦作矿业学院的直线电机驱动的矿用提升机，也是很有前景的矿用提升设备。
3.直线电机在信息与自动化方面的应用
直线电机在信息设备方面的应用主要在计算机设备以及它的输入输出设备方面，在计算机主机上，在硬盘装置方面，直线伺服电动机首先在 IBM2314 主光驱上使用，后来又在 IBM333 上采用，日本松下公司，在 3.5 英寸的磁盘装置上也采用了直线伺服电动机，日本神钢电机公司、富士通公司等也制造了供软驱装置用的直线步进电动机，采用直线电机后，计算机有效地缩短了存取时间，提高了工作效率。此外直线电机也在计算机的输入输出设备中得到了应用。如日本神钢电机公司，富士通公司分别将直线步进电动机和直线直流电动机用于打印机，取得了分辩能力和停止精度提高，加速特性更好的效果。日本松下公司则将直线伺服电动机用于驱动数字扫描仪，使扫描仪总重减轻，启动推力提高，图象波动减少，扫描速度提高近 5 倍。至于国内外现有高精度的平面绘图仪，几乎均采用了平面直线步进电动机，它实现了绘图机的高速、高精度、高可靠性及耐久性。这种绘图机，中科院电工所和上海 21 所早在 20 世纪 80 年代就已试制成功。直线电机在自动化设备方面的应用有如新型的笔式记录仪、自动绕线机、照相机电磁快门、条形码自动读出器等等。
4.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、日、美、法、英、俄、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、日最为突出，投入最大，持续时间最大。中国目前除上海的磁浮列车外，还有北京、四川等地也正在进行这方面的工作。直线电机在交通方面的应用，除磁浮列车外，还被应用于电磁推进船的驱动，它将象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、驱动高速公路车等。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冼衣机。空调、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、节能的优点，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行这方面的试制，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。浙江大学与哈尔滨泰富公司合作，也已于 2001 年试制了两台用直线电机驱动、微机控制的电梯样机，目前正在向产品化方向发展。
5.直线电机在军事及其它方面的应用
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、军用战斗武器如导弹的发射等等。有人曾提出，建立地下机场，采用直线电机发射飞机。但如采用直线电机发射火箭，笔者认为有三点优势是明显的，即 ①地面无污染；②可重复使用；③易于控制。此外，直线电机还可用于天文观测系统中驱动摆镜和反观镜（中科院电工所研制）；直线电机驱动人工心脏（日本山田一先生研制）；直线电机驱动的盲人触觉摸拟器（日本）；直线电机在医院设备、电动工具、玩具以及建筑用打桩机等方面得到应用。
发表于：2005-08-28 20:44:00
12楼
什么是“磁悬浮铁路”
铁道部科学技术信息研究所 谢贤良
传统的轮轨系列车的支撑、导向以及牵引、制动等功能都是靠轮轨之间的相互作用：车轮支撑在钢轨上，列车在横向的导向是靠轮缘与钢轨内侧之间的作用，而火车启动加速和制动减速时的作用力是靠车轮与钢轨之间的摩擦力。
而磁悬浮铁路上的磁悬浮列车，顾名思义是利用列车与轨道之间的磁力（吸力或斥力）把车体支撑在轨道上方，车体与轨道并不接触。
目前国外正在试验中的磁悬浮列车按其悬浮的原理可分成电磁悬浮和电动悬浮两种。电磁悬浮列车以德国的TR-08和日本的HSSTl00L为代表，而电动悬浮列车则以日本的MLX为代表。
德国的TR-08磁悬浮列车是靠列车上安装的电磁铁和轨道下方的铁磁反应导向轨之间产生的吸力使车体悬浮在轨道上，电子控制系统保证车体与轨道间的间隙在10mm左右；而安装在车体两侧的导向磁铁与安装在轨道梁两侧的导向和制动轨使车体保持在线路上的定位。
日本的MLX磁悬浮列车是靠安装在车体上的磁体，当它随车运动时它的运动磁场在安装在线路上的固定不动悬浮线圈内产生感应电流，它们互相作用产生磁力使车体悬浮在轨道上方约l00—l50mm。与电磁悬浮列车不同的是，电动悬浮列车在静止时没有悬浮力，必须在列车速度达到大约150km／h左右时，才会产生足够的悬浮力使列车悬浮起来。所以日本的MLX列车具有橡胶车轮，在静止和低速时支撑车体用。而德国的TR-08列车，只要一通电，车体就能悬浮起来，所以不需要车轮。
德国的TR-08磁悬浮列车采用普通常导磁铁产生电磁吸力起到车体的悬浮和导向作用，又称为常导吸引型磁悬浮列车，而日本的MLX磁悬浮列车是用低温超导磁铁产生排斥力起车体悬浮和导向作用，又称为超导排斥型磁悬浮列车。
它们前进和制动的作用力的产生则都是依靠直线电机原理。所谓“直线电机”是相当于把一台交流感应电动机沿轴线方向剖开，然后把定子和转子展开成直线。原先的感应电动机通电以后在转子和定子之间产生的旋转磁场现在变成了沿直线方向移动的磁场。原先推动转子旋转的电磁力现在变成直线的作用力。
转子和定子是相对运动的，可以把转子安排在列车上，而把定子安排在轨道上（长定子直线电机），也可以把转子安排在轨道上而把定子安排在列车上（短定子直线电机）。德国的TR一08和日本的MLX磁悬浮列车采用的是长定子电机方式，而日本另一种磁悬浮列车HSST采用了短定子直线电机方式。
因为磁悬浮列车不是靠车轮和轨道之间的作用力前进和制动的，不存在车轮打滑而失去牵引力和制动力的问题，所以它的速度可以很高。德国的磁悬浮列车在试验中多次达到450km／h，日本的磁悬浮列车在试验中达到了550km／h，超过了采用轮轨技术的法国TGV高速列车的试验速度。
与传统轮轨系统列车相比较，磁悬浮列车没有轮轨之间的摩擦阻力，也没有轮轨间的滚动噪声和振动，也没有受电弓和接触网之间的摩擦声。但是沿线路要铺设大量线圈绕组，电磁悬浮列车对轨道精度要求非常高，线路建设成本也必然较高。它最大的问题是与现有的轮轨系统铁路不兼容，自成体系。与现有铁路系统之间的运输组织工作产生新的课题。
引进德国TR-08磁悬浮列车技术，正在建设中的上海浦东机场磁悬浮铁路将是世界第1条正式商业运行的磁悬浮铁路。
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