直线电机是直接产生直线运动的电动机。它可以看成是旋转电机演化而来的。与旋转电机相对应,直线电机按机种分类可分为直线感应电动机、直线同步电动机、直线直流电动机和其它直线电动机(如直线步进电动机等)。旋转电动机的定子和转子,在直线电动机中称为初级和次级。为了在运动过程中始终保持初级和次级耦合,初级侧或次级侧中的一侧必须做得较长。在直线电动机中,直线感应电动机应用最广泛,因为它的次级可以是整块均匀的金属材料,即采用实芯结构,成本较低,适宜于做得较长。
直线电机按结构分类可分为平板型、管型、弧型和盘型。平板型结构是最基本的结构,应用也最广泛。直线电机按初级和次级的相对长度来分为短初级和短次级,按初级运动还是次级运动来分为动初级和动次级。各类直线电动机在工业应用方面得到了迅速发展,制成了不少有使用价值的装置,如用直线电机传动的电动门,电磁搅拌器,传送带,自动绘图仪,计算机磁盘定位机构等。
直线电机的优点是:结构简单。反应速度快,灵敏度高,随动性好。容易密封,不怕污染,适应性强(由于直线电机本身结构简单,又可做到无接触运行,因此容易密封,各部件用尼龙浸渍后,采用环氧树脂加以涂封,这样它就不怕风吹雨打,或有毒气体和化学药品的侵蚀,在核辐射和液体物质中也能应用)。工作稳定可靠寿命长(直线电机是一种直接传动的特种电机,可实现无接触传递力,没有什么机械损耗,故障少,几乎不需要维修,又不怕振动和冲击)。额定值高(直线电机冷却条件好,特别是长次级接近常温状态,因此线负荷和电流密度可以取得很高)。有精密定位和自锁的能力(和控制系统相配合,可做到0.001mm的位移精度和自锁能力)。
直线感应电动机的初级与旋转电动机的定子之间的最大差别是,前者初级铁芯的纵向两端是断开的,形成了两个纵向边缘,铁芯和绕组不象旋转电机那样在两端相互连接,这将对电机的磁场和性能产生一定的影响。当采用双层绕组时,直线感应电机初级的槽数一般要比相应的旋转电机的槽数多一些,才能放下三相绕组。由于初级铁芯的两端开断,三相绕组之间的互感不相等,将使电动机的运行不对称,并引起负序磁场和零序磁场。消除不对称的方法是,同时使用三台相同的电动机,并将第一台电机的第一相绕组和第二台的第二相绕组及第三台的第三相绕组串联,将第一台的第二相绕组和第二台的第三相绕组及第三台的第一相绕组串联,将第一台的第三相绕组与第二台的第一相绕组及第三台的第二相绕组串联,然后接上电源,这样一来就能获得对称的三相电流。对于不是同时使用三台电动机的场合,可以用增加极数的办法来减小各相之间互感的差别。初级铁芯的两端开断还会引起脉振磁场,消除脉振磁场的一个有效办法是安装补偿线圈。此外直线电机初、次级之间的气隙,由于机械结构刚度的限制和工艺水平的影响,一般要比旋转电机的气隙大2~3倍,因而使其功率和效率大大降低。这是直线电机的一个致命弱点。
直线电机能直接产生直线运动,这一点对直线运动机械设计者和使用者有很大的吸引力。不少直线运动的机械是由旋转电机传动的。这时候必须配置由旋转运动变为直线运动的机械传动装置,使得整个装置机构庞大,成本较高和效率较低。采用直线感应电
