[科普中国]-直线同步电动机

直线同步电动机在原理上，与相应的旋转同步电机完全一样。六十年代后，由于它作为高速地面运输的推进装置以及八十年代后作为提升装置的动力而变得重要起来。与普通同步电机一样，它具有多相电枢绕组和直流激磁的磁场。直流磁场的激磁方式可以是常规式的，也可以由超导体激磁绕组来激磁，还可以采用永磁体。虽然从原理上看，直线同步电动机作为电枢移动式或是磁场移动式都可以，但似乎后一种型式更实用些。

直线同步电动机简介直线同步电动机也是由相应的旋转电动机演化而成，其工作原理类同于普通的旋转电动机。直线同步电动机的磁极可由直流励磁绕组励磁或者由永磁体励磁，其中永磁式的可靠性和效率更高一些。永磁式A线同步电动机的工作原理如下图。

在三相定子绕组通入对称的三相正弦交流电流，在产生的气隙行波磁场和永磁磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对永磁磁极动子产生电磁推力，如果初级固定不动，则在该电磁推力的作用下磁极就沿着行波磁场运动的方向做直线运动，而且磁极运动的速度与行波磁场的速度相同。

直线同步电动机相对于直线感应电动机而言，具有更大的驱动力，控制性能和位置精度更好。因此，直线同步电动机在高速地面运输和直线提升装置的驱动系统中的应用更受重视，各种类型的直线同步电动机是直线驱动的主要选择。1

分类直线同步电动机根据其动子励磁的不同，可分为动子磁极由直流励磁的常规直线同步电动机和动子磁极为永磁体的永磁直线同步电动机。前者励磁磁场的大小由直流电流的大小决定。通过控制励磁电流可以改变电机的切向牵引力和侧向吸引力。这种结构的电动机使得电机的切向和侧向力可以分别控制。永磁直线同步电动机磁极磁场由永磁体提供，磁极动子无需外加电源励磁，使电动机的结构得到简化，电机的整体效率提高，但磁极磁场不可调。

结构1、平板型单边长定子电磁式直线同步电动机

平板型单边长定子直线同步电动机的动子与定子之间具有切向驱动力和法向吸引力。电机励磁可通过调节动子磁极绕组的电流大小来改变。运行时，长定子绕组分段切换通电，由于每段通电定子下只有一部分覆盖有磁极，因此定子绕组的漏抗较大。电源电压的一部分用于克服漏抗压降。

2、圆筒型直线同步电动机

圆筒型直线同步电动机是一种外形如旋转电机的圆柱型直线电机。这种直线电机一般均为短初级、长次级型式。

3、永磁直线同步电动机

永磁直线同步电动机以永磁体励磁，它兼有永磁电机和直线电机的双重特点。与直线感应电动机相比，永磁直线同步电动机的力学性能指标高，体积小，重量轻，且具有发电制动功能，缺点主要是造价较高，控制较复杂。

4、混合励磁直线同步电动机

在直线同步电动机当中，还有采用高性能永磁体与电励磁线圈混合的励磁系统，也称为可控永磁直线同步电动机。其主要特点是基本励磁由永磁体提供，而动态调整由电励磁来完成，突出了可控性的优点。

直线同步电动机应用实例1、直线同步电动机在磁悬浮列车上的应用

直线同步电动机一个最典型的应用是磁浮列车的牵引。它所具有的高速、舒适、安全、无污染、无噪声、无振动、节能等优点越来越获得人们的青睐。下图是长定子直线同步电动机驱动磁浮列车的外形图。

图中驱动部分为直线同步电动机。初级(定子组)安装在线路上，使车辆更轻，供电方便，技术更为简单。悬浮线圈产生电磁吸引力，将车辆从下面拉向轨道，并保持一定的垂直距离。导向线圈产生的磁力则使车辆与轨道有一定的侧向距离。这一切均可通过一整套高精度的电子调整系统保证车辆始终不变地定向悬浮在10～15mm并直线运动。悬浮和导向系统以及车上设备的用电由悬浮直线发电机供给。如超导悬浮，则可使车辆悬浮到100mm以上。

2、永磁直线同步电动机在精密加工中的应用

为了提高生产力和改善加工质量，超高速、超高精度加工是关键。目前对数控机床的进给速度要求已从6～8m/min提高到大于50～60m/min，加速度要求达到1～5g。这个指标对具有中间传动和变换环节的传统进给驱动系统是无法实现的，因而需要寻找一种新的执行机构。这就使得新一代直线电动机进给驱动系统应运而生。20世纪末以来，从世界四大国际机床展表明，直线电动机直接驱动不断应用于数控机床、加工中心、压力机等是一种趋势。

直线电动机驱动具有高推力、高速、高精度、平滑进给运动等特性。机床进给系统采用直线同步电动机直接驱动。与原旋转电动机传动方式的最大区别是，取消了从电动机到工作台(拖板)之间的机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零，故这种传动方式称为“直接驱动”，也称“零传动”。直接驱动避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点，带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

3、永磁直线同步电动机在垂直升降系统中的应用

现代高层建筑越建越高，地下开采越采越深，传统有绳提升系统的缺陷越来越明显，其提升钢绳的机械强度也有个极限范围。采用永磁直线同步电机的提升系统是无绳提升系统，有提升高度(深度)不受设备限制、设备数量少、占用空间少、提升系统简化、提高系统效率、降低施工成本以及节约电能等特点。直线电机提升系统较钢绳提升系统还有一个最大优点是可以达到后者无法达到的高速提升，缩短提升周期，提高工作效率。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学