旋转电机与直线电机结构差异及工作原理

　　传统旋转电机想要实现直线运动，需要配合滚珠丝杠结构：限制了运动行程、结构刚度有限、传统过程中损耗大、速度和加速度低。

　　一、电机结构

　　图1.1为感应电动机，将其沿径向剖开并拉直得到图1.2的原始直线电机。由定子演变而来的一侧成为初级或原边，由转子演变而来的一边成为次极或副边。

　　

　　现将三相交流电通入图1.2初级三相绕组上，气隙中产生直线移动的磁场，次极感应电流与磁场相互作用产生电磁推力，次极沿着磁场移动方向做直线运动。通常情况下，原始直线电机不满足电机运行需求，常采用延长次极或初级的方式进行结构改进。

　　结论：旋转电机与直线电机基本原理相同，结构有所差异。

　　二、直线电机

　　直线电机两端开断结构的存在，使之具有旋转电机没有的独特现象和问题。

　　初级电流固有不平衡：

　　互感不相等引起的电流不平衡

　　纵向端面磁通：

　　由于直线电机铁心开断，磁力线从下端铁心端面到达上铁心两个端面，经气隙闭合，如图2.1所示。

　　

　　电瞬态现象：

　　次极在入端处磁场变化，感生瞬态电流，使的气隙磁场减小，又称“纵向动态端部效应”。

　　绕组特点和“半填充槽”：

　　旋转电机剖开、展开成为直线电机，要求初级绕组改变，结构形式主要有图2.2和图2.3两种。

　　

　　垂直力问题

　　三、初级绕组串并联

　　绕组采用串、并联连接，电机阻抗（电压与电流比）不同。

　　1.初级绕组串联

　　

　　以二相二极电机旋转电机（图3.1）为例，分析初级绕组串、并联对于电机性能影响的步骤：Step1.忽略初级绕组电阻和漏抗，得到电压方程

　　

　　Step5.对时间积分，得到电压、电流、磁通的向量关系，如图3.3所示

　　

　　直线电机与旋转电机计算不同之处在于：在图3.2中，线圈1产生的磁通由齿a、b发出经过气隙到达次极，再通过气隙回到齿c、d、e形成闭合回路。回路的长度相等、面积不同（2：3）的空气隙串联组成，它的磁导相对于3.1来说增加到1.2倍，由此将步骤2中的磁路方程修改如下。

　　

　　2.初级绕组并联

　　对于旋转电机，磁路和电路对称。与串联相比，除了电压、电流比不同，电机内部电流和磁场都一样。因此，并联时电机的性能与串联时完全相同。

　　下面以二相二级电机为例，对初级绕组并联的感应直线电机进行分析，图3.5为二相二级直线感应电动机初级绕组并联展开图。

　　

　　Step1.四个线圈的电压方程

　　

　　结论：

　　旋转电机中：串、并联不影响电机性能。

　　直线电机中：串、并联影响电机性能。