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1.3 直线电机的发展和应用
直线电机出现于20世纪下半叶， 1890年便有人公开发表了有关直线电机的专利，
就在5 年之后，用直线电机驱动的纺织梭子就问世了，从此以后直线电机便引起了人
们极大兴趣。
在 20世纪初期，曾经有人设想过将直线电机应用于火车了推动上，但是由于当时
的火车推动系统能够满足当时的速度及稳定性要求，这样的设想就没有实现。直到
次世界大战结束之前，日本、美国开始了电磁炮的研究，终于，美国的西屋公司成功
研制出了一台用直线电机推动的飞机弹射器，该弹射器在速度和推力方面都较为出色，
但是由于当时的制作成本过高，因此该飞机弹射器未能得到实际的使用。
自从 1955年，随着电子器件的飞速发展，以及新型材料的快速发展，直线电机的
研究进入了实验开发阶段，各式各样的直线电机都相继研制出来并且纷纷投入了应用
领域。由于直线电机的突出优势，因此国外更加重视对直线电机的研究，比如，英国、
德国等国家都建立了直线电机实验室，世界上的一些非常著名的公司，比如美国的
westinghouse、德国的 siemens公司、日本的松下公司都纷纷研制直线电机。
由于现代的交通运输的需要，人们开始研究用直线电机驱动火车，直线电机在该
方面的应用主要分为高速与低速两类，我国的广州地铁四号线和五号线便是低速应用
的例子，而正处于研制中的磁悬浮则是高速应用的例子，磁悬浮列车具有安全舒适的
特点，日本、德国等许多国家在这方面的研究处于前列，并且已经开始向实用化过度，
我国在这方面也已经取得了不小的进展。上海市与德国合作成功建设的世界上第一条
商业运营磁悬浮列车示范线，已经于 2003年开始了运营[5]
。
1.4 直线电机的国内外研究现状
在日本以及西方的一些工业发达国家，动圈式的直线电机已经大量投入生产，美
国的SMAC 公司研制的动圈式电机的行程为 150mm,推力最高可以达到150N，该电机可
以应用于机械手指、继电器、阀类等等应用场合。德国、日本等国家也相继研制出了
动圈式直线电机，这些电机主要是应用于电液比例系统的研制开发，而且这些电机的
动态响应时间仅仅为 18ms[6]
。由此看来国外的永磁动圈式电机研究水平目前已经达到
了一个很高的水准。
我国的动圈式直流电机的研制起步较晚，浙江大学与 1972年翻译了一本《直线感
应电动机》的资料，从而将直线电机这项技术引进了国内，在我国，从事直线电机的
研制的主要是各大高校，比如浙江大学、上海大学、西安交大、太原理工以及中科研
等。浙江大学曾经对动圈式直线电机的磁场以及磁场力进行过详细的研究，并且推出
了影响电磁推力的一系列相关参数，最终的出了这样一个结论：通过调整尺寸就可以
减小推力的不均匀性。
目前，我国对永磁动圈式电机的研究还处于起步阶段，因为缺少该类电机的自主
知识产权，因此动圈式直流电机在我国至今未能实现产业化。国内对于该电机的控制
系统的研究尚且处于试验阶段，该项技术还很不成熟，相比而言，发达国家在该领域
内已经达到了批量生产的水平，这些国家生产电机的成本要远远低于我国的生产成本，
而且国内生产的电机在性能等方面也不如发达国家所生产的电机。
1.5 本论文的主要工作
本课题中用于驱动无人驾驶机器人的五个直线电机共有两种行程，因此本文中设
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