直線電動(dòng)機(jī)由于不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，所以使整個(gè)裝置或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、精度高、效率高等，因此是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外積極研究開(kāi)發(fā)的電動(dòng)機(jī)之一。
直線電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型很多，從原理上講，每一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有與之相對(duì)應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)。直線電動(dòng)機(jī)按其工作原理分為：直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)等。
一、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
（一）主要類(lèi)型和基本結(jié)構(gòu)
直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要有扁平型、圓筒型和圓盤(pán)型三種型式，其中扁平型應(yīng)用最為廣泛。
1．扁平型
直線電動(dòng)機(jī)可以看作是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的。設(shè)想把旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著徑向剖開(kāi)，并將圓周展開(kāi)成直線，即可得到扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如圖4—15所示。由定子演變而來(lái)的一側(cè)稱(chēng)為一次側(cè)，由轉(zhuǎn)子演變而來(lái)的一側(cè)稱(chēng)為二次側(cè)。
圖4—15所示演變而來(lái)的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其一次側(cè)和二次側(cè)長(zhǎng)度是相等的。由于在運(yùn)行時(shí)一次側(cè)與二次側(cè)之間要做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，假定在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，一次側(cè)和二次側(cè)正好對(duì)齊，那么在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一次側(cè)和二次側(cè)之間相互電磁耦合的部分就越來(lái)越少，影響正常的運(yùn)行。為了保證在所需的行程范圍內(nèi)，一次側(cè)和二次側(cè)之間的電磁耦合始終不變，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把一次側(cè)和二次側(cè)制造成不同長(zhǎng)度。當(dāng)然既可以是一次側(cè)短、二次側(cè)長(zhǎng)，也可以是一次側(cè)長(zhǎng)、二次側(cè)短。前者稱(chēng)為短一次側(cè)，后者稱(chēng)為長(zhǎng)一次側(cè)。如圖4—16所示。由于短一次側(cè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造成本和運(yùn)行費(fèi)用均較低，一般均采用短一次側(cè)。
圖4—16所示的扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，僅在二次側(cè)的一邊具有一次側(cè)，這種結(jié)構(gòu)型式稱(chēng)為單邊型。它的最大特點(diǎn)是在一次側(cè)和二次側(cè)之間存在著較大的法向吸力，這在大多數(shù)場(chǎng)合下是不希望的。若在二次側(cè)的兩邊都裝上一次側(cè)，那么這個(gè)法向吸力就可以互相抵消，這種結(jié)構(gòu)型式稱(chēng)為雙邊型，如圖4—17所示。
扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次側(cè)鐵心由硅鋼片疊成，與二次側(cè)相對(duì)的一面開(kāi)有槽，槽中放置繞組。一次側(cè)繞組可以是單相、兩相、三相或者多相的。二次側(cè)有兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，一種是柵型結(jié)構(gòu)，尤如旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的籠形結(jié)構(gòu)；二次側(cè)鐵心上開(kāi)槽，槽中放置導(dǎo)條，并在兩端用端部導(dǎo)體連接所有槽中導(dǎo)條。另一種是實(shí)心結(jié)構(gòu)，即采用整塊均勻的金屬材料，它又分成非磁性二次側(cè)和鋼二次側(cè)，非磁性二次側(cè)的導(dǎo)電性能好，一般為銅或鋁。
圖4—15 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的演變過(guò)程
a）旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；b）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
圖4—16 扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)圖
圖4—17 雙邊型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
a）短一次側(cè)；b）長(zhǎng)一次側(cè)
2．圓筒型（管型）
圖4—18（a）所示為扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，將它沿著和直線運(yùn)動(dòng)相垂直的方向卷成筒形，就形成圓筒型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如圖4—18（b）所示。在某些特殊的場(chǎng)合，這種電機(jī)還可以做成既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有直線運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)直線電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)直線的運(yùn)動(dòng)體既可以是一次側(cè)，也可以是二次側(cè)。
圖4—18 圓筒型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的形成 圖4—19 圓盤(pán)型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
a）扁平型；b）圓筒型
3．圓盤(pán)型
圓盤(pán)型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如圖4—19所示。它的二次側(cè)做成扁平的圓盤(pán)形狀，并能夠繞經(jīng)過(guò)圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，將一次側(cè)放在二次側(cè)圓盤(pán)靠近外緣的平面上，使圓盤(pán)受切向力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一次側(cè)可以是單面的，也可以是雙面的。雖然它也作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與扁平型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，故仍屬于直線電動(dòng)機(jī)的范疇。與普通旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
（1）力矩與旋轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)多臺(tái)一次側(cè)組合的方式或通過(guò)一次側(cè)在圓盤(pán)上的徑向位置來(lái)調(diào)節(jié)。
（2）無(wú)需通過(guò)齒輪減速箱就能得到較低的速度，因而電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲很小。
（二）基本工作原理
直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的，當(dāng)一次側(cè)的三相（或多相）繞組通入對(duì)稱(chēng)正弦交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)不考慮由于鐵心兩端開(kāi)斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時(shí)，這個(gè)氣隙磁場(chǎng)的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布，但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，因此稱(chēng)為行波磁場(chǎng)，如圖4—20中曲線1所示。顯然，行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的。行波磁場(chǎng)移動(dòng)的速度稱(chēng)為同步速度，即
式中，
