Konstrukcję pierwszego silnika liniowego opatentowano w 1890 roku. W
latach 1895 - 1905 pojawiły się napędy czółek tkackich w przemyśle
włókienniczym z zastosowaniem silników liniowych. W 1902 roku wydano
patent Alfredowi Zehdenerowi na zastosowanie silnika liniowego z
dwustronnym induktorem do napędów trakcji kolejowej. W 1923 roku
zaprojektowano w Nowym Jorku ruchomy chodnik przemieszczający się wzdłuż
ulic od stacji kolejowej Grand Central Terminal do Times Square
napędzany silnikiem liniowym.
Podczas drugiej wojny światowej w Stanach Zjednoczonych firma
Westinghouse Electric zastosowała silnik liniowy w elektrycznej
katapulcie do nadawania przyśpieszeń samolotom wojskowym na
lotniskowcach. Był to silnik jednoinduktorowy o mocy 7460 kW, którego
część pierwotna znajdowała się na wózku i była zasilana z generatora
trójfazowego przez przewody ślizgowe. Umieszczony na wózku samolot o
masie 5000 kg mógł byćprzyspieszany do prędkości 350 km/h. Przy końcu
toru część pierwotna była odłączana od sieci trójfazowej i hamowana
dynamicznie prądem stałym. W latach sześćdziesiątych XX wieku opracowano
napęd urządzenia do symulacji zderzeń samochodów z zastosowaniem
silnika liniowego.
budowa i właściwości silników liniowych
W
silniku o strukturze liniowej część pierwotna zasilana z sieci
elektrycznej nazywana jest induktorem, a część wtórna – bieżnikiem.
Induktor to ferromagnetyczny rdzeń stalowy z umieszczonym w żłobkach
uzwojeniem wytwarzającym strumień magnetyczny. Druga część silnika,
zwana bieżnikiem, jest wykonana w postaci płaskiej szyny, zazwyczaj
dłuższej od induktora.
W silniku wirującym uzwojenie stojana zasilane prądem przemiennym
wytwarza poprzez strukturę cylindryczną pole magnetyczne wirujące, a w
silniku liniowym uzwojenie induktora poprzez strukturę liniową wytwarza
pole magnetyczne wędrujące. Pole magnetyczne wędrujące indukuje prądy w
części wtórnej. W wyniku oddziaływania prądów części wtórnej na pole
magnetyczne wędrujące powstaje siła pociągowa powodująca ruch liniowy
części ruchomej silnika. Częścią ruchomą może być zarówno induktor, jak i
bieżnik.
Dla zapewnienia korzystnej konfiguracji rozpływu indukowanych prądów, bieżnik powinien mieć wymiar poprzeczny większy od induktora. Prądy indukowane w bieżniku zamykają się wzdłuż linii równoległych do kierunku ruchu i leżących przy krawędzi bieżnika. Przy bieżniku węższym od induktora uzyskuje się dobrą dynamikę silnika, ale małą sprawność. Efektywna rezystancja bieżnika jest zbyt duża, a część strumienia magnetycznego induktora pozostaje niewykorzystana. Badania praktyczne wykazały, że najkorzystniejszym rozwiązaniem jest, gdy szerokość bieżnika jest 1,3 razy większa od szerokości induktora.
Silnik liniowy jako silnik indukcyjny posiada stałą prędkość liniową synchroniczną zależną od częstotliwości napięcia zasilania. Charakterystyka elektromechaniczna F(s) silnika liniowego jest w zakresie małych poślizgów bardziej nachylona niż charakterystyka M(s) zwykłego obrotowego silnika indukcyjnego. Prędkość silnika liniowego w dużym stopniu zależy od siły obciążenia i różni się od prędkości synchronicznej o wartość poślizgu:
gdzie:
v – prędkość silnika liniowego,
vo – prędkość synchroniczna silnika liniowego,
s – poślizg.
