直線電機(jī)的發(fā)展史

  直線電機(jī)的歷史，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)*早可追溯到1840年惠斯登（Wheatstone）開始提出和制作了略具雛形但并不成功的直線電機(jī)，從那時(shí)至今，已有160多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當(dāng)中，直線電機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和實(shí)用商品化三個(gè)時(shí)代：  
    1840～1955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期：  
 
　　從1840年到1955年的116年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)不斷探索，屢遭失敗的過程。自從Wheatsone提出和試制了直線電機(jī)以后，*早明確地提到直線電機(jī)文章的是1890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機(jī)以及它的專利。然而，由于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)、工程材料以及控制技術(shù)的水平，在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)20多年的頑強(qiáng)努力后，*終卻未能獲得成功。
 
    至1905年，曾有兩人分別建議將直線電動(dòng)機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級(jí)放在軌道上，另一種建議是將初級(jí)放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時(shí)直線電機(jī)研究領(lǐng)域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。1917年出現(xiàn)了第一臺(tái)圓筒形直線電動(dòng)機(jī)，事實(shí)上那是一種具有換接初級(jí)線圈的直流磁阻電動(dòng)機(jī)，人們?cè)噲D把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。  
 
　　至此，從1930~1940年期間，直線電機(jī)進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)研究階段，在這個(gè)階段中，科研人員獲馭了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)已有理論有了更深一層的認(rèn)識(shí)，奠定了直線電機(jī)在今后的應(yīng)用基礎(chǔ)。  
 
　　從1940～1955年期間世界一些發(fā)達(dá)國家科研人員，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用工作。1945年，美國西屋電氣公司首先研制成功的電力牽引飛機(jī)彈射器，它以7400kW的直線電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，成功地用4.1s的時(shí)間將一架重4535kg，的噴氣式飛機(jī)在165m的行程內(nèi)由靜止加速的188km/h的速度，它的試驗(yàn)成功，使直線電動(dòng)機(jī)可靠性好等優(yōu)點(diǎn)受到了應(yīng)有的重視，隨后，美國利用直線電機(jī)制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動(dòng)力中的需要。1954年，英國皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機(jī)制成了發(fā)射導(dǎo)彈的裝置，其速度可達(dá)1600km/h。在這個(gè)階段中，尤需值得一提的是，直線電機(jī)作為高速列車的驅(qū)動(dòng)裝置得到了各國的高度重視并計(jì)劃予以實(shí)施。  
 
　　在1840～1955年期間，是直線電機(jī)探索實(shí)驗(yàn)和部分實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)期，在直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相互競(jìng)爭中，由于直線電機(jī)的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉(zhuǎn)電機(jī)，或者說，直線電機(jī)還沒能找到唯獨(dú)它能解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面也沒有突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時(shí)期始終未能得到真正的應(yīng)用。  
 
　　1956～1970年為開發(fā)應(yīng)用時(shí)期：  
 
　　自1955年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該時(shí)期的控制技術(shù)和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢(shì)頭。在這段時(shí)期，申請(qǐng)直線機(jī)的專利件數(shù)也開始急速增加，該時(shí)期直線電機(jī)專利的增長率超過了所有其他技術(shù)領(lǐng)域的平均增長率。  
 
　　到1965年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機(jī)的MHD泵、自動(dòng)繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。  
 
　　1971年至今為實(shí)用商品時(shí)期：
 
　　從1971年開始到目前的這個(gè)階段，直線電機(jī)終于進(jìn)入了獨(dú)立的應(yīng)用時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動(dòng)門、電動(dòng)窗、電動(dòng)紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗(yàn)行程累計(jì)已達(dá)數(shù)十萬千米。
 
    目前，直線電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：
 
    1.直線電機(jī)在交通與民用方面的應(yīng)用  
 
　　磁懸浮列車改變了傳統(tǒng)軌道車輛靠輪軌摩擦力推進(jìn)的方式，采用磁力懸浮車體、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使列車在軌道上浮起滑行，在交通技術(shù)發(fā)展史上是一個(gè)重大的突破，被譽(yù)為21世紀(jì)一種理想的交通工具，磁懸浮車與現(xiàn)有常規(guī)車相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：速度快（500km/h），安全，無翻車，無噪聲振動(dòng)，占地小，爬坡強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能。國內(nèi)外許多國家如德國、日本、美國、法國、英國、俄羅斯、加拿大、韓國、瑞士、瑞典及中國都已投入了這方面的研制，其中尤以德國、日本*為突出，投入*大，持續(xù)時(shí)間*長。中國目前除上海的磁懸浮列車在外，還有北京、四川等地也在進(jìn)行這方面的工作。  
 
　　直線電機(jī)在交通方面的應(yīng)用，除磁懸浮列車外，還被應(yīng)用于電磁推進(jìn)船的驅(qū)動(dòng)，它將像噴氣式飛機(jī)優(yōu)于螺旋槳飛機(jī)一樣優(yōu)于一般螺旋槳推進(jìn)的船舶，美國將其應(yīng)用于軍事艦艇，日本則于1992年6月完成世界上第一艘載人超導(dǎo)直線電磁推進(jìn)船“大和一號(hào)”并在日本神戶港正式試航成功。此外，在交通應(yīng)用方面，直線電機(jī)還被應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)地鐵車和高速公路車等。  
 
　　直線電機(jī)在民用方面，發(fā)展較為迅速，產(chǎn)品較為成熟，應(yīng)用面廣。目前已應(yīng)用的有直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)門，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)窗和窗簾，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的床、柜、桌、椅，盤型直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)，空調(diào)、電冰箱用直線電機(jī)壓縮機(jī)，用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的家用針織機(jī)和縫紉機(jī)、炒茶機(jī)等。特別是用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯，它所具有的結(jié)構(gòu)簡單、省材、省空間、高速、低噪聲、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，引起電梯界的極大關(guān)注。世界各國一些著名電梯公司正在不斷以各種方式進(jìn)廳這方面的試制，并有了少量的產(chǎn)品問世。如日本松下公司與美國奧的斯公司合作的松下奧的斯已生產(chǎn)了千臺(tái)直線電機(jī)電梯。1990年4月，第一臺(tái)使用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯安裝在日本東京豐島萬世大樓。日本三菱公司也曾試制了一臺(tái)直線電機(jī)電梯并曾在國外展出，日立以及富士公司也都在試制這類產(chǎn)品。日本富士、富士達(dá)、川崎重工、石川島播磨和清水建設(shè)5家公司首先推出了一種可同時(shí)垂直、水平、曲線線路和有分支線路運(yùn)行的直線同步電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。我國浙江大學(xué)也已研制了一臺(tái)10m，可模擬三層運(yùn)行的直線電機(jī)電梯樣機(jī)。  
 
　 2.直線電機(jī)在軍事及其他方面的應(yīng)用  
 
　　直線電機(jī)在軍事上也得到了一些應(yīng)用，如前面所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的潛艇，還有直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電磁炮，美國曾在1995年宣布已完成。此外，在一些軍事設(shè)施上，如軍用靶場(chǎng)、軍用仿真系統(tǒng)、軍用戰(zhàn)斗武器和導(dǎo)彈的發(fā)射等等。
 
    直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了不短的歷史和幾起幾落波浪式的發(fā)展，終于選擇了一條適合直線電機(jī)自身發(fā)展的獨(dú)特思路，它不再與旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接對(duì)抗，不以單機(jī)的形式與旋轉(zhuǎn)電機(jī)競(jìng)爭，而以直線電機(jī)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)相比，從而找到適合于自己的系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)展開競(jìng)爭，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)無能為力的地方尋找自己的位置。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新型裝置與非直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，它具有的結(jié)構(gòu)簡單、無接觸、無磨損、噪聲低、速度快、精度高、組合靈活等優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但由于直線電機(jī)本身所具有的磁路開斷所引起的邊端效應(yīng)以及安裝氣隙較大等問題，故在一些直線運(yùn)動(dòng)的裝置或系統(tǒng)中，是否采用新型的直線電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，要權(quán)衡利弊得失，選擇能充分發(fā)揮直線電機(jī)自身優(yōu)勢(shì)的直線運(yùn)動(dòng)裝置或系統(tǒng)中發(fā)展應(yīng)用，在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在一些旋轉(zhuǎn)電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)裝置無能為力或勉強(qiáng)應(yīng)付的地方，尋找直線電機(jī)能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的位置，在滿足人類需求和完善人類美好愿意的進(jìn)程中求得自身的發(fā)展，前景是廣闊的，但選擇是要謹(jǐn)慎的。