一、國(guó)內(nèi)外直線電機(jī)的發(fā)展動(dòng)向

　　近些年來，國(guó)內(nèi)外直線電機(jī)的發(fā)展動(dòng)向可總結(jié)為三個(gè)方面，即：一是向高速、高精度方面發(fā)展；二是向大推力、大容量方面發(fā)展；三是向物流設(shè)備方面發(fā)展。

　　1、在高速、高精度方面的發(fā)展

　　1.1直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速、高精度現(xiàn)代機(jī)床

　　直線電機(jī)在高速、高精度方面的發(fā)展首推在現(xiàn)代機(jī)床業(yè)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置依賴絲桿驅(qū)動(dòng)，絲桿驅(qū)動(dòng)本身就具有一系列不利因素，包括：長(zhǎng)度限制、機(jī)械背隙、磨擦、扭曲、螺距一周期誤差、較長(zhǎng)的振動(dòng)衰減時(shí)間、與電機(jī)的耦合慣量以及絲杠的軸向壓縮等。所有這些因素均限制了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的效率和精度。當(dāng)設(shè)備磨損時(shí)，必須進(jìn)行不斷地調(diào)節(jié)以確保所需精度。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以保證相當(dāng)高的性能水準(zhǔn)以及比傳統(tǒng)的將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具備更高的效率和簡(jiǎn)便性，具有傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置無法達(dá)到的高速、高精度。

　　機(jī)床應(yīng)用直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)可簡(jiǎn)單地描述為以下幾點(diǎn)，即：

　　1）高響應(yīng)性

　　一般來講，電氣元器件比機(jī)械傳動(dòng)件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。由于系統(tǒng)中取消了響應(yīng)時(shí)間較大的如絲杠等機(jī)械傳動(dòng)件，使整個(gè)閉環(huán)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高。

　　2）高精度性

　　由于取消了絲杠等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)滯后所帶來的跟蹤誤差。通過高精度直線位移傳感器，進(jìn)行位置檢測(cè)反饋控制，大大提高機(jī)床的定位精度，其精度誤差可達(dá)0.001 μm。

　　3）高傳動(dòng)剛度、推力平穩(wěn)

　　“直接驅(qū)動(dòng)”提高了傳動(dòng)剛度，直線電動(dòng)機(jī)的布局，可根據(jù)機(jī)床導(dǎo)軌的形面結(jié)構(gòu)及其工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況來布置，通常設(shè)計(jì)成均布對(duì)稱，使其運(yùn)動(dòng)推力平穩(wěn)。

　　4）高速度、加減速過程短

　　機(jī)床直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)，能夠滿足60～100 m／min或更高的超高速切削進(jìn)給速度。由于具有高速響應(yīng)性，其加減速過程大大縮短，加速度一般可達(dá)到(2～10)g。

　　5）行程長(zhǎng)度不受限制

　　通過直線電動(dòng)機(jī)的定子鋪設(shè)，就可無限延長(zhǎng)動(dòng)子的行程長(zhǎng)度。

　　6）運(yùn)行時(shí)噪聲低

　　取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，導(dǎo)軌副可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸），使運(yùn)動(dòng)噪聲大大下降。

　　美國(guó)Ingersoll公司是知名的機(jī)床制造商，克萊斯勒汽車公司購(gòu)買了它的6臺(tái)HVM600臥式加工中心，用來生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速20 000 r／min，X／Y／Z三軸由GEFANUC的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這6臺(tái)加工中心每天生產(chǎn)300個(gè)汽缸蓋，相當(dāng)于11臺(tái)非直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的加工中心的生產(chǎn)量。

　　目前，世界上最知名的機(jī)床廠家?guī)缀鯚o一例外地都推出了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床產(chǎn)品，品種覆蓋了絕大多數(shù)機(jī)床類型。

　　國(guó)內(nèi)自1995年以來也開展了直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用研究，如廣東工大研發(fā)的直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的GD-3型高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)給單元，清華研究的長(zhǎng)行程永磁直線伺服單元，北京機(jī)電院研發(fā)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的加工中心，浙江大學(xué)研制的圓筒型直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和扁平永磁直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磨床，北京機(jī)床研究所研發(fā)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電火花成型機(jī)床，國(guó)防科大研發(fā)的活塞非圓切削中采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具以及北航、南航與有關(guān)單位合作研發(fā)的機(jī)床等。此外，一些企業(yè)如杭州機(jī)床集團(tuán)、江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南捷邁數(shù)控公司、深圳市大族激光科技股份有限公司、南京四開公司等也分別在平面磨床、激光劃線機(jī)、激光切割機(jī)、雕銑機(jī)、加工中心等上采用了不同的直線電機(jī)技術(shù)，取得了較好的效果。

　　1.2直線電機(jī)在機(jī)床領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

　　1）應(yīng)用機(jī)床的直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)日趨成熟

　　應(yīng)用機(jī)床的直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)已日趨成熟，已具有傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置無法比擬的優(yōu)越性能。隨著電機(jī)制造技術(shù)的改進(jìn)，選擇合適的直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，配以合理的機(jī)床設(shè)計(jì)，完全可以生產(chǎn)出高性能、高可靠性的機(jī)床�，F(xiàn)在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給速度100 m／min，加速度1 g～2 g的機(jī)床已很普遍，已有機(jī)床達(dá)到快進(jìn)240 m／min，加速度5 g的指標(biāo)（日本AMADA激光切割機(jī)）。

　　高加速度的直線電機(jī)傳動(dòng)已在加工中心、數(shù)控銑床、車床、磨床、復(fù)合加工機(jī)床、激光加工機(jī)床及重型機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。

　　2）直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床仍以高、特為主，但性價(jià)比不斷看好

　　近年來，直線電機(jī)系統(tǒng)成本不斷下降，在機(jī)床成本中的比重明顯下跌。但目前采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)仍比傳統(tǒng)的傳動(dòng)裝置價(jià)格要高。因此，直線電機(jī)的應(yīng)用仍著眼于高性能機(jī)床，特別是精密高速加工機(jī)床、特種加工機(jī)床、大型機(jī)床，解決傳統(tǒng)傳動(dòng)方法不能解決的問題。

　　3）機(jī)床應(yīng)用直線電機(jī)技術(shù)漸趨產(chǎn)業(yè)化

　　直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用已不是樣品。據(jù)有關(guān)資料介紹，2001年，德國(guó) DMG公司已在28種機(jī)型上采用直線電機(jī)，年產(chǎn)量達(dá)1 500臺(tái)(約3 000多根直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸)，占其總產(chǎn)量的1／3。2003年，意大利JOBS公司LinX系列產(chǎn)品已占全公司總產(chǎn)量的60％(年產(chǎn)50臺(tái)大型龍門加工中心和龍門銑床)，并成為公司的主要利潤(rùn)來源。有專家預(yù)測(cè)，到2010年世界上將有20％~40％的數(shù)控機(jī)床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，而這些機(jī)床都是機(jī)床，因此其產(chǎn)業(yè)化前景是不言而喻的。

　　直線電機(jī)在機(jī)床中的應(yīng)用雖然前景看好，但有些問題仍需不斷解決，注意完善，才能更好地促進(jìn)其應(yīng)用。

　　1.3直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的其它高速、高精度設(shè)備

　　直線電機(jī)在高速、高精度方面的發(fā)展除在機(jī)床領(lǐng)域外，還在其他領(lǐng)域也有發(fā)展，如一些要求高的過程控制系統(tǒng)、精密檢測(cè)系統(tǒng)、直線伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等等。

　　美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等世界上有幾十家公司生產(chǎn)用于高速、高精度設(shè)備的直線伺服電機(jī)。品種、數(shù)量越來越多，性能越來越好。

　　2、在大推力、大容量方面的發(fā)展

　　近些年來，直線電機(jī)除在高速、高精度方面的發(fā)展較快以外，在大推力、大容量方面的發(fā)展也是比較快的。其應(yīng)用領(lǐng)域如：八十年代開始在加拿大、日本、美國(guó)、馬來西亞等應(yīng)用的直線電機(jī)城軌交通(地鐵和輕軌)，現(xiàn)在發(fā)展很快，特別在日本和中國(guó)。應(yīng)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的城軌交通，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)，即：

　　1）同樣容量，降低車體高度，減小隧道面積，成本減少，土地節(jié)約；

　　2）爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑小，土建減少，成本降低，選線、換乘方便；

　　3）非接觸牽引，節(jié)能，噪音低；

　　4）列車加減速度快，效率高；

　　5）維護(hù)量少，運(yùn)營(yíng)成本低；

　　6）與傳統(tǒng)地鐵比，除機(jī)車底部有所變化外，總的建造模式基本不變；

　　7）長(zhǎng)期的安全運(yùn)行紀(jì)錄。溫哥華空中列車在14年的時(shí)間里安全運(yùn)送乘客4.5億人次，運(yùn)行里程超過10億公里。

　　日本自1990年3月，在大阪7號(hào)線采用了直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地鐵，1991年在東京12號(hào)線采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)地鐵后，神戶、橫濱、福岡、仙臺(tái)和其它一些城市也引入直線電機(jī)地鐵。我國(guó)廣州地鐵的4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線、7號(hào)線，有的已用，有的將要用。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)與上海南洋電機(jī)集團(tuán)合作的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)地鐵車正在調(diào)試中。

　　直線電機(jī)在大推力、大容量方面的發(fā)展除在地鐵和輕軌的應(yīng)用領(lǐng)域外，在磁浮交通方面的應(yīng)用也是令人注目的一部分。目前一些在磁浮交通驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面仍在不斷向前發(fā)展，如日本、德國(guó)、美國(guó)以及其他一些以不同的方式開展研發(fā)和推進(jìn)應(yīng)用。中國(guó)的滬杭磁浮交通線仍在進(jìn)行工作。

　　直線電機(jī)在大推力、大容量方面的發(fā)展還體現(xiàn)在諸如油田抽油機(jī)類的大型設(shè)備上，其中油田采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)比傳統(tǒng)的抽油機(jī)在同樣時(shí)間內(nèi)抽取同樣油量時(shí)，可節(jié)電20％~40％。此外，大推力、大容量直線電機(jī)還在大型化工設(shè)備、建筑設(shè)備以及其他大型工業(yè)、民用設(shè)備中得到應(yīng)用，效果明顯。

　　3、在物流設(shè)備方面的發(fā)展

　　在現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)過程之中，物流技術(shù)已經(jīng)被提到了前所未有的高度，而物流設(shè)備的先進(jìn)與否將直接影響到物流技術(shù)的發(fā)展�，F(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展的一個(gè)鮮明的特點(diǎn)是以現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等為代表的高新技術(shù)的應(yīng)用。發(fā)達(dá)企業(yè)的物流設(shè)備占項(xiàng)目總投資的比例一般都在20％以上，從而使得物流設(shè)備不斷地改進(jìn)發(fā)展，其中由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的物流傳輸設(shè)備代表了現(xiàn)代先進(jìn)物流傳輸技術(shù)的一種應(yīng)用和一種潮流。一些發(fā)達(dá)（如美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利、丹麥等），在物流傳輸領(lǐng)域，如機(jī)場(chǎng)行包輸送，郵政自動(dòng)化分揀、報(bào)刊書籍配送中心，工廠流水線等系統(tǒng)中，已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。這些設(shè)備普遍采用具有國(guó)際水平的直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，適應(yīng)多批量靈活安排的需求，代表著目前世界物流傳輸技術(shù)的發(fā)展水平。

　　直線電機(jī)在各種物料傳輸和搬運(yùn)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低、效率與智能化程度高等。目前在垂直傳輸方面如直線電機(jī)電梯、升降機(jī)；在平面?zhèn)鬏敺矫嫒玎]政包件分揀傳輸線，各種行李分揀傳輸線，鋼材生產(chǎn)傳輸線，電氣、電子、機(jī)械加工生產(chǎn)線，食品加工線，制藥生產(chǎn)線等各種工業(yè)加工線和各種檢測(cè)線；還有商場(chǎng)、醫(yī)院等場(chǎng)合的物料傳輸、搬運(yùn)以及立體倉(cāng)庫(kù)的搬運(yùn)，汽車庫(kù)的搬運(yùn)調(diào)度等等，不一而舉。

　　二、國(guó)內(nèi)外直線電機(jī)的技術(shù)趨勢(shì)

　　1、電機(jī)本體的技術(shù)趨勢(shì)

　　1）直線感應(yīng)電機(jī)技術(shù)向大容量方面發(fā)展(如交通、物流業(yè)等)；

　　2）直線永磁同步電機(jī)向高精度方面發(fā)展(如機(jī)床、自動(dòng)化業(yè)等)；

　　3）直線永磁電機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛；

　　4）直線伺服電機(jī)技術(shù)將會(huì)有大的發(fā)展；

　　5）直線振蕩電機(jī)與非電磁類直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展看好。

　　2、電機(jī)控制技術(shù)趨勢(shì)

　　1）直線感應(yīng)電機(jī)的控制仍然以矢量控制為主；

　　2）直線永磁同步電機(jī)向直接轉(zhuǎn)距控制技術(shù)方向發(fā)展；

　　3）無位置傳感器技術(shù)正在得到人們的重視。