Наиболее просто можно представить себе ЛАД, если мысленно разрезать по образующей цилиндра обычный асинхронный двигатель и развернуть его в плоскость. На рис. 1,а условно изображена конструкция асинхронного двигателя, ротор которого представлен в виде полого медного цилиндра. Если из статора вырезать и оставить в конструкции часть, соответствующую некоторому центральному углу α, то получится так называемый дугостаторный или сегментный двигатель (рис. 1,б), который по характеру электромагнитных процессов может рассматриваться как модификация ЛАД. Важной в техническом и эксплуатационном отношениях особенностью дугостаторного двигателя является зависимость частоты вращения ротора не только от полюсного деления и частоты тока в обмотке статора, но и от угла α: при заданном числе пар полюсов р и частоте сети f частота вращения ротора будет тем ниже, чем меньше угол α. Эта возможность редукции частоты вращения оказывается удобной для привода тихоходных вращающихся устройств большого диаметра (шаровые мельницы, поворотные круги и т. п.).
Рис. 1. Конструктивные схемы асинхронных роторных и линейных двигателей:
а - роторный АД нормального исполнения; б - роторный дугостаторный АД; в - ЛАД с коротким индуктором; г - ЛАД с коротким вторичным элементом; д - цилиндрический ЛАД
Если разрезать и развернуть в плоскость асинхронный двигатель, то длины первичной и вторичной частей будут практически одинаковыми и по мере движения их относительно друг друга будет сокращаться активная зона машины и ухудшаться все ее характеристики. Чтобы избежать этого, в зависимости от технических условий поступают двояким образом: либо первичную часть - индуктор ("бывший статор") выполняют коротким, а вторичную часть - бегун ("бывший ротор") - длинным (рис. 1,в), либо индуктор выполняют длинным, а вторичную часть - короткой (рис. 1,г).
Топологической разновидностью ЛАД является цилиндрический (трубчатый) асинхронный двигатель (рис. 1,д).
В этом двигателе цилиндрические катушки обмотки размещаются в индукторе и соединяются друг с другом таким образом, чтобы вдоль оси цилиндра возникло бегущее поле; вторичный элемент имеет вид штока, совершающего поступательное движение.
Плоские ЛАД, в свою очередь, могут иметь две основные конструктивные разновидности: двусторонние (рис. 2,а) и односторонние (рис. 2,б). В двусторонних ЛАД вторичная часть перемещается в зазоре между двумя индукторами, в односторонних ЛАД магнитный поток индуктора замыкается через обратный (пассивный) магнитопровод.
Рис. 2. Двусторонний (а) и односторонний (б) ЛАД
Следующим отличительным признаком является конструкция вторичного элемента (рис. 3). Самым простым является вторичный элемент в виде изотропной проводящей шины (рис. 3,а). Часто встречаются показанные на рис. 3,б вторичные элементы в виде медной или алюминиевой шины, наложенной с одной или с двух сторон на ферромагнитную полосу (в англоязычной литературе такая конструкция получила название "сэндвича"). На рис. 3,в показана конструкция в виде медной или алюминиевой шины, в которой выштамповываются прорези или окна, остающиеся "пустыми" или заполняемые ферромагнитным материалом. Конструкция с "магнитным заполнением" может иметь разновидности: например, ферромагнитные элементы могут иметь вид заклепок, пронизывающих медную или алюминиевую полосу. На рис. 3,г показан развернутый в плоскость ротор с обмоткой в виде беличьей клетки: медные стержни, замыкаемые на торцах шинами. Возможно применение фазной и более сложных обмоток вторичного элемента.
Рис. 3. Конструкции вторичного элемента:
а - проводящая полоса (шина); б - составная полоса ("сэндвич"); в - проводящая полоса с прорезями; г - "развернутая" беличья клетка
Как плоские, так и цилиндрические ЛАД могут иметь еще две разновидности. В одних магнитный поток может замыкаться в плоскостях, совпадающих с направлением движения вторичной части. Это наиболее распространенные двигатели с продольным магнитным потоком (рис. 4,а). В других в целях уменьшения полюсного деления (а, следовательно, и длины лобовых частей обмоток) высокоскоростных двигателей или отдаления обмотки от высокотемпературной зоны в магнитогидро-динамических машинах конструируют индуктор таким образом, что основной магнитный поток замыкается в плоскостях, перпендикулярных к направлению движения вторичной части. Такие двигатели называются машинами с поперечным магнитным потоком (рис. 4,б). Они могут иметь многочисленные конструктивные модификации.
Рис. 4. Конструктивные и поясняющие схемы ЛАД с продольным (а) и с поперечным (б) магнитными потоками:
1 - линии электрического тока; 2 - линии магнитного потока
Возможна классификация и по другим признакам. Например, можно выделить роторные ЛАД (с вращающимся вторичным элементом), к которым следует отнести дугостаторный двигатель, а также конструкцию с дисковым ротором, принцип действия которой ясен из рис. 5. Может быть сконструирован ЛАД с катящимся ротором.
Рис. 5. ЛАД с дисковым ротором:
1 - индуктор; 2 - диск
На рис. 6 представлена схема классификации ЛАД, отражающая их основные конструктивные особенности.
Рис. 6. Классификация ЛАД
В зависимости от области применения линейные двигатели можно разбить на три группы:
1) для получения механической силы ("силовые машины") - это двигатели, в которых определяющим является пусковое или удерживающее усилие; их ход бывает коротким или равным нулю, скорость движения низкой, действие кратковременным, энергетические характеристики менее существенны (КПД равен нулю при работе на упор), чем удельные силовые показатели, т. е. сила, отнесенная к мощности, к массе или к активной поверхности индуктора;
2) для получения механической энергии, т. е. для получения на ограниченном пути максимально возможной энергии ("электропульта", разгон автомобилей при их разрушающих испытаниях, движение моделей судов и т. п.). Как правило, кроме линейных двигателей никакими другими приемлемыми средствами аналогичных результатов достигнуть нельзя;
3) для получения механической мощности - это двигатели транспортных систем и работающих непрерывно или с высокими продолжительностями включения промышленных электроприводов. Для этих двигателей среди прочих существенную роль играют энергетические характеристики (в частности, энергетический фактор - произведение КПД и cosφ).
Источник: О.Н. Веселовский, А.Ю. Коняев, Ф.Н. Сарапулов "Линейные асинхронные двигатели", Москва, Энергоатомиздат, 1991, 256 с.