（一）基本结构

绝大部分电机是利用电磁力产生旋转运动的，实际上，利用电磁力亦可以产生直线运动，直线感应电机就是典型的例子。直线电机主要由初级（相当于旋转电机的定子）和次级 （相当于旋转电机的转子）两大部分构成，简单地说，直线电机的初级就好像把普通旋转电机的定子按径向剖开并将它拉直 （见图8-31），次级亦按这种方式处理，作为初级的一列线圈按一定的相序通电流，初、次级之间就会产生电磁力。

图8-31　将旋转电机剖开拉直而得到的直感电动机

依照这一原理可以发展若干不同类型的直线电机，图8-32所示的是两类扁平型直线电机的结构。将普通鼠笼式感应电动机剖开拉直而得到的直线电机只能适用于有限的几种场合，因为允许次级（或初级）运动，就意味着“笼型”在一端出现而使初级线圈在另一端裸露时电动机失去了越来越大的部分，由此可见，如果需要以一定功率运动较长距离，初级或次级就必须延长，由此得到两类不同的直线感应电动机，即 “短初级 （或短定子）电机”和 “短次级（或长定子）电机”。

一般地说，短初级电机的制造成本和运行成本要比短次级低得多。此外，次级在结构可以进一步简化，通常制成为一片导体，整个系统仅在其长度上一小部分有电流流通。图8-32所描述的情况是假设定子和转子均由叠片铁心槽中的导体所组成，这是旋转感应电机的普通结构。在这种结构中，除了电机所产生的切向电磁推力外，在初、次级内表面之间还存在着一种纯磁拉力。为了消除这种因结构不对称而引起的失衡磁拉力，人们设计了一种双边型直线电机，次级导体不再嵌在槽中而是在气隙中工作，在结构上是一片结实的导体，电机的初级有两个，分别对称布置在次级两边，如图8-33所示，这种电机又称为“片状转子”的直线感应电机。

图8-32　扁平型直线感应电动机的两种基本类型

（a）短定子电机；（b）长定子电机

图8-33　“片状转子”的直线感应电机

直线感应电机，按其结构、电源、定子方式可有如表8-2所示的分类。

表8-2　直线感应电动机的分类

所谓直线电机的磁单边结构，指仅在初级一侧装有铁磁材料，次级一侧只有导电体，没有导磁材料；所谓磁双边结构，指既在初级一侧装有铁磁材料，次级一侧除了导电体，也有导磁材料。图8-33所示的 “片状转子”的直线感应电机属于磁双边结构。扁平型磁单边直线感应电机，也是电单边结构，而扁平型磁双边直线感应电机，则有电单边结构和电双边结构之分。一般，扁平型直线感应电机的初级由冲出槽的电工钢片叠压而成，槽中嵌有绕组。

在直线电机领域中，扁平型直线感应电机尤其适用于运输系统，在20世纪50年代以后，直线感应电动机在推进和运输方面的应用取得了很大的进展。直线电机用于牵引应用，把初级装在车上，次级作为轨道本身是最佳方案。如图8-34和图8-35是两种典型的直线感应电机轨道设计方案。还有一种结构如图8-36所示，将次级导体固定在地上，而将定子的初级绕组装在车上，这时次级又称为反应板或反应轨道，初级和次级之间表面之间存在的磁拉力（推力），这种磁拉力有助于减小轮轨之间的压力减小磨损，这种结构的直线感应电机在地铁动车上应用比较广泛。(www.daowen.com)

图8-34　轨道牵引设计方案（一）

图8-35　轨道牵引设计方案（二）

图8-36　用于地铁动车的轨道牵引方案

考虑到经济性、实用性等问题，直线感应电机的次级多用以下形式或材料：①绕线式；②鼠笼式；③铁片；④非铁金属片；⑤铁与非铁金属片的夹层片；⑥非铁金属极中嵌进铁芯。其中用于轨道运输用的短定子电机，以④～⑥材料最为实用，而⑥作为鼠笼式的简化型，可望有优良的特性。

（二）运行原理

直线电机与普通的旋转电机相比，有三点比较特殊：

（1）直线电机有纵向边端效应（包括始端和终端效应）和横向边端效应。

（2）直线电机气隙较大。

（3）电机初级电流产生的磁场不对称。

边端效应和大气隙通常会造成以下后果：电机工作时功率输出减小，在所有场合下效率较低和功率/重量比较小。初级电流产生的不平衡磁场，至使在次级运动方向上，不仅有磁场行波，而且还有恒值驻波，而驻波磁场将会产生制动作用。上述问题必须在设计和运行控制时引起注意。

直线感应电动机的控制方式与旋转式感应电机相比没有本质的差别。在车辆牵引中，采用VVVF控制，采用VVVF控制可以使直线电机达到高效的运行。