直線電機(jī)是一種新型電機(jī)應(yīng)用日益廣泛，磁懸浮列車就是用直線電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。磁懸浮列車是一種全新的列車．一般的列車，由于車輪和鐵軌之間存在摩擦，限制了速度的提高，它所能達(dá)到的最高運(yùn)行速度不超過(guò)300km/n．磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來(lái)，使列車與導(dǎo)軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機(jī)牽引，直線電機(jī)的一個(gè)級(jí)固定于地面，跟導(dǎo)軌一起延伸到遠(yuǎn)處；另一個(gè)級(jí)安裝在列車上，初級(jí)通以交流，列車就沿導(dǎo)軌前進(jìn)。列車上裝有磁體（有的就是兼用直線電機(jī)的線圈），磁體隨列車運(yùn)動(dòng)時(shí)，使設(shè)在地面上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來(lái)，懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有顛簸，噪聲小，所需的牽引力很小，只要幾千kw的功率就能使懸浮列車的速度達(dá)到550km／h．懸浮列車減速的時(shí)候，磁場(chǎng)的變化減小，感應(yīng)電流也減小，磁場(chǎng)減弱，造成懸浮力下降，懸浮列車也配備了車輪裝置，它的車輪像飛機(jī)一樣，在行進(jìn)時(shí)能及時(shí)收入列車，?？繒r(shí)可以放下來(lái)，支持列車。
要使質(zhì)量巨大的列車靠磁力懸浮起來(lái)，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)，實(shí)用中需要用高溫超導(dǎo)線圈產(chǎn)生這樣強(qiáng)大的磁場(chǎng)，直線電機(jī)除了用于磁懸浮列車外，還廣泛地用于其他方面，例如用于傳送系統(tǒng)、電氣錘、電磁攪拌器等，在中國(guó)，直線電機(jī)也逐步得到推廣和應(yīng)用．直線電機(jī)的原理雖不復(fù)雜，但在設(shè)計(jì)、制造方面有它自己的特點(diǎn)，產(chǎn)品尚不如旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣成熟，有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。
直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，它可以看作是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿其徑向剖開(kāi)，然后拉平演變而成。近年來(lái)，隨著自動(dòng)控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，對(duì)各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)再加上一套變換機(jī)構(gòu)組成的直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，為此，近年來(lái)世界許多國(guó)家都在研究、發(fā)展和應(yīng)用直線電機(jī)，使得直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。
直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于直線電機(jī)不需要把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運(yùn)動(dòng)的地方，直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來(lái)的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微機(jī)控制，則還可以大大地提高整個(gè)系統(tǒng)的定位精度；三是反應(yīng)速度快、靈敏度高，隨動(dòng)性好。直線電機(jī)容易做到其動(dòng)子用磁懸浮支撐，因而使得動(dòng)子和定子之間始終保持一定的空氣隙而不接觸，這就消除了定、動(dòng)子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度、快速性和隨動(dòng)性；四是工作安全可靠、壽命長(zhǎng)。直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸傳遞力，機(jī)械摩擦損耗幾乎為零，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽命長(zhǎng)。 在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的穩(wěn)定增長(zhǎng),證明直線電機(jī)可以放心的使用。下面簡(jiǎn)單介紹直線電機(jī)類型和他們與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的不同，最常用的直線電機(jī)類型是平板式，U型槽式和管式。線圈的典型組成是三相，有霍爾元件實(shí)現(xiàn)無(wú)刷換相，直線電機(jī)用HALL換相的相序和相電流。
該直線電機(jī)明確顯示動(dòng)子(forcer,rotor)的內(nèi)部繞組，磁鉄和磁軌動(dòng)子是用環(huán)氧材料把線圈壓成的。而且磁軌是把磁鐵固定在鋼上。直線電機(jī)在過(guò)去的10年。經(jīng)實(shí)踐上引人注目的增長(zhǎng)和工業(yè)應(yīng)用的顯著受益才真正成熟。直線電機(jī)經(jīng)常簡(jiǎn)單描述為旋轉(zhuǎn)電機(jī)被展平，而工作原理相同。動(dòng)子（forcer,rotor)是用環(huán)氧材料把線圈壓縮在一起制成的，而且磁軌是把磁鐵（通常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼上.電機(jī)的動(dòng)子包括線圈繞組，霍爾元件電路板，電熱調(diào)節(jié)器（溫度傳感器監(jiān)控溫度）和電子接口。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，動(dòng)子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動(dòng)子以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的氣隙（airgap）。同樣的，直線電機(jī)需要直線導(dǎo)軌來(lái)保持動(dòng)子在磁軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的位置。和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機(jī)需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測(cè)量負(fù)載的位置從而提高負(fù)載的位置精度。
直線電機(jī)的控制和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣。象無(wú)刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，動(dòng)子和定子無(wú)機(jī)械連接（無(wú)刷），不象旋轉(zhuǎn)電機(jī)的方面，動(dòng)子旋轉(zhuǎn)和定子位置保持固定，直線電機(jī)系統(tǒng)可以是磁軌動(dòng)或推力線圈動(dòng)（大部分定位系統(tǒng)應(yīng)用是磁軌固定，推力線圈動(dòng)）。用推力線圈運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，推力線圈的重量和負(fù)載比很小。然而，需要高柔性線纜及其管理系統(tǒng)。用磁軌運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，不僅要承受負(fù)載，還要承受磁軌質(zhì)量，但無(wú)需線纜管理系統(tǒng)。相似的機(jī)電原理用在直線和旋轉(zhuǎn)電機(jī)上。相同的電磁力在旋轉(zhuǎn)電機(jī)上產(chǎn)生力矩在直線電機(jī)產(chǎn)生直線推力作用。因此，直線電機(jī)使用和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同的控制和可編程配置。直線電機(jī)的形狀可以是平板式，U型槽式和管式。哪種構(gòu)造最適合要看實(shí)際應(yīng)用的規(guī)格要求和工作環(huán)境。
圓柱形動(dòng)磁體直線電機(jī)動(dòng)子是圓柱形結(jié)構(gòu)。沿固定著磁場(chǎng)的圓柱體運(yùn)動(dòng)。這種電機(jī)是最初發(fā)現(xiàn)的商業(yè)應(yīng)用但是不能使用于要求節(jié)省空間的平板式和U型槽式直線電機(jī)的場(chǎng)合。圓柱形動(dòng)磁體直線電機(jī)的磁路與動(dòng)磁執(zhí)行器相似。區(qū)別在于線圈可以復(fù)制以增加行程。典型的線圈繞組是三相組成的，使用霍爾裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)刷換相。推力線圈是圓柱形的，沿磁棒上下運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不適合對(duì)磁通泄漏敏感的應(yīng)用。必須小心操作保證手指不卡在磁棒和有吸引力的側(cè)面之間。
管狀直線電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)潛在的問(wèn)題出現(xiàn)在，當(dāng)行程增加，由于電機(jī)是完全圓柱的而且沿著磁棒上下運(yùn)動(dòng)，唯一的支撐點(diǎn)在兩端。保證磁棒的徑向偏差不至于導(dǎo)致磁體接觸推力線圈的長(zhǎng)度總會(huì)有限制。
U型槽式直線電機(jī)有兩個(gè)介于金屬板之間且都對(duì)著線圈動(dòng)子的平行磁軌。動(dòng)子由導(dǎo)軌系統(tǒng)支撐在兩磁軌中間。動(dòng)子是非鋼的，意味著無(wú)吸力且在磁軌和推力線圈之間無(wú)干擾力產(chǎn)生。非鋼線圈裝配具有慣量小，允許非常高的加速度。線圈一般是三相的，無(wú)刷換相?？梢杂?a class=innerlink title=空氣 jQuery1293689682437="30">空氣冷卻法冷卻電機(jī)來(lái)獲得性能的增強(qiáng)。也有采用水冷方式的。這種設(shè)計(jì)可以較好地減少磁通泄露因?yàn)榇朋w面對(duì)面安裝在U形導(dǎo)槽里。這種設(shè)計(jì)也最小化了強(qiáng)大的磁力吸引帶來(lái)的傷害。
這種設(shè)計(jì)的磁軌允許組合以增加行程長(zhǎng)度，只局限于線纜管理系統(tǒng)可操作的長(zhǎng)度，編碼器的長(zhǎng)度，和機(jī)械構(gòu)造的大而平的結(jié)構(gòu)的能力。
動(dòng)子可以從上面或側(cè)面安裝以適合大多數(shù)應(yīng)用。這種電機(jī)對(duì)要求控制速度平穩(wěn)的應(yīng)用是理想的。如掃描應(yīng)用，但是平板磁軌設(shè)計(jì)產(chǎn)生的推力輸出最低。通常，平板磁軌具有高的磁通泄露。所以需要謹(jǐn)慎操作以防操作者受他們之間和其他被吸材料之間的磁力吸引而受到傷害。
無(wú)槽有鐵芯：無(wú)槽有鐵芯平板電機(jī)結(jié)構(gòu)上和無(wú)槽無(wú)鐵芯電機(jī)相似。除了鐵芯安裝在鋼疊片結(jié)構(gòu)然后再安裝到鋁背板上，鐵疊片結(jié)構(gòu)用在指引磁場(chǎng)和增加推力。磁軌和動(dòng)子之間產(chǎn)生的吸力和電機(jī)產(chǎn)生的推力成正比，迭片結(jié)構(gòu)導(dǎo)致接頭力產(chǎn)生。把動(dòng)子安裝到磁軌上時(shí)必須小心以免他們之間的吸力造成傷害。無(wú)槽有鐵芯比無(wú)槽無(wú)鐵芯電機(jī)有更大的推力。
無(wú)槽有鐵芯：這種類型的直線電機(jī)，鐵心線圈被放進(jìn)一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)里以產(chǎn)生鐵芯線圈單元。鐵芯有效增強(qiáng)電機(jī)的推力輸出通過(guò)聚焦線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。鐵芯電樞和磁軌之間強(qiáng)大的吸引力可以被預(yù)先用作氣浮軸承系統(tǒng)的預(yù)加載荷。這些力會(huì)增加軸承的磨損，磁鐵的相位差可減少接頭力。 直線電機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)方面：一是應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場(chǎng)合比較多；其次是作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；三是應(yīng)用在需要短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能的裝置中。
高速磁懸浮列車磁懸浮列車是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等國(guó)都在研制直線懸浮列車，其中日本進(jìn)展最快。
直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯世界上第一臺(tái)使用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯是1990年4月安裝于日本東京都關(guān)島區(qū)萬(wàn)世大樓，該電梯載重600kg，速度為105m/min，提升高度為22.9m。由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯沒(méi)有曳引機(jī)組，因而建筑物頂?shù)臋C(jī)房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無(wú)鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無(wú)線電波或光控技術(shù)控制。
超高速電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)超過(guò)某一極限時(shí)，采用滾動(dòng)軸承的電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)、損壞現(xiàn)象。為此近年來(lái)，國(guó)外研制了一種直線懸浮電動(dòng)機(jī)（電磁軸承），采用懸浮技術(shù)使電機(jī)的動(dòng)子懸浮在空中，消除了動(dòng)子和定子之間的機(jī)械接觸和摩擦阻力，其轉(zhuǎn)速可達(dá)25000～100000r/min以上，因而在高速電動(dòng)機(jī)和高速主軸部件上得到廣泛的應(yīng)用。如日本安川公司新近研制的多工序自動(dòng)數(shù)控車床用5軸可控式電磁高速主軸采用兩個(gè)經(jīng)向電磁軸承和一個(gè)軸向推力電磁軸承，可在任意方向上承受機(jī)床的負(fù)載。在軸的中間，除配有高速電動(dòng)機(jī)以外，還配有與多工序自動(dòng)數(shù)控車床相適應(yīng)的工具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)。
在實(shí)用的的和買(mǎi)的起的直線電機(jī)出現(xiàn)以前，所有直線運(yùn)動(dòng)不得不從旋轉(zhuǎn)機(jī)械通過(guò)使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉(zhuǎn)換而來(lái)。對(duì)許多應(yīng)用，如遇到大負(fù)載而且驅(qū)動(dòng)軸是豎直面的。
這些方法仍然是最好的。然而，直線電機(jī)比機(jī)械系統(tǒng)比有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如非常高速和非常低速，高加速度，幾乎零維護(hù)（無(wú)接觸零件），高精度，無(wú)空回。完成直線運(yùn)動(dòng)只需電機(jī)無(wú)需齒輪，聯(lián)軸器或滑輪，對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)很有意義的，把那些不必要的，減低性能和縮短機(jī)械壽命的零件去掉了。[1]
