Лінійний електродвигун — електрична машина, яка перетворює електричну енергію на момент сили спрямований на поступальне лінійне зміщення рухомого якоря двигуна відносно нерухомого статора. В лінійних двигунах відсутні елементи, що здійснюють обертальний рух.

Існує багато різних видів лінійних двигунів, які можуть працювати в широких діапазонах характеристик. Цей тип двигунів застосовується в багатьох галузях. Від конвеєрів, верстатів, промислових роботів і транспортних засобів, до виготовлення зброї, яка діє за принципом гармати Гаусса.

Історія

Двигуни низького прискорення Історію лінійних електродвигунів можна простежити щонайменше з 1840-х років, коли Чарльз Вітстон в Королівському коледжі Лондона запропонував власну модель асинхронного лінійного двигуна, яка втім була дуже неефективною, щоб знайти їй практичне застосування. Модель тягового лінійного асинхронного двигуна, призначеного для використання на поїздах або підйомниках, описана у патенті US782312A опублікованому в США в лютому 1905 року. Власником патенту зазначено німецького винахідника Альфреда Цедена. Ще один німецький інженер , 1922 року опублікував перші ідеї поїзда з використанням магнітної левітації, а згодом 1935 року побудував першу відому, діючу модель такого пристрою.

Починаючи з 1963 року, група науковців Київського політехнічного інституту спільно з представниками Київського заводу електротранспорту почали дослідження електроприводів з лінійними двигунами. 1966 року ними було створено вагон, розрахований на 6 пасажирів і одного водія, оснащений двома асинхронними лінійними двигунами, потужністю по 5 кВт кожен. Згодом уряд УРСР виділив кошти на побудову демонстраційного полігону і в результаті цих зусиль 1967 року, на території ВДНГ УРСР, було збудовано кільцеву монорейкову естакаду, якою курсували два невеличких вагночики, зі швидкістю до 50 км/год. Київська монорейка проіснувала з 1967 по 1972 рік, вона вважається першою в світі монорейковою трасою оснащеною лінійними двигунами. 1969 року, вищезгаданий Герман Кемпер, за фінансування уряду ФРН, представив свій повністю функціональний проєкт «Transrapid 01», який являв собою вагончик з лінійними двигунами і використанням ефекту магнітної левітації. Далі протягом 10 років проєкт вдосконалювався, були створені моделі від «Transrapid 02» до «Transrapid 05» який курсував замкненим колом довжиною 908 метрів, на . Транспортна система продовжувала розвиватися тривалий час. Остання версія «Transrapid 09» була створена 2007 року після чого компанія припинила своє існування.

Двигуни високого прискорення Окрема гілка розвитку технологій лінійних електродвигунів, пов'язана з двигунами які здатні забезпечувати екстремально високі прискорення об'єкту. Через надвисокі прискорення подібні пристрої отримали такі назви як «електромагнітна катапульта» чи «електромагнітна гармата». Першу діючу гармату, що приводить металевий заряд у рух за допомогою котушки зі струмом створив норвезький фізик Крістіан Біркелан з Університету Крістіанії. 1901 року він випадково помітив, що дрібні металеві частики, потрапляючи в соленоїдну котушку, розганяються до великих швидкостей. За його розрахунками, пристрій із низки котушок міг би надати снаряду масою 0,45 кг швидкість до 600 м/с. Вже за 10 днів він створив перший діючий прототип і 16 вересня 1901 року, отримав патент на свій винахід під назвою «новий метод стрільби снарядами з використанням електромагнітних сил». Альтернативний метод створення електромагнітної гармати запропонував французький винахідник Андре Луї Октав Фошон-Вільпле, створивши 1917 року перший робочий зразок гармати, яка в майбутньому отримає назву Рейкотрон. Андре Луї Октав Фошон-Вільпле подав заявку на патент США 1 квітня 1919 року і у липні 1922 року патент під назвою «Електричний апарат для запуску снарядів» було отримано. У його пристрої дві паралельні шини з'єднані крилами снаряда, а весь апарат оточений магнітним полем. Електричний струм проходячи через шини та снаряд, індукує силу, яка рухає снаряд вздовж цих шин (рейок) у політ.

Класифікація Існує багато різних видів лінійних двигунів, пристосованих для використання в широкому спектрі умов і задач. Поділити їх можна або за їх типом (конструкцією), або за принциповими відмінностями їхніх робочих характеристик. Електростатичні Електромагнітні Асинхронні Синхронні Безколекторні П'єзоелектричні Магнітострикційні На поточний момент часу переважна більшість практичних реалізацій лінійних двигунів, використовують конструкцію синхронних або асинхронних двигунів змінного струму. Двигуни постійного струму, були побудовані, проте їх реалізація виявилася значно більш дороговартісною і тому вони не знайшли широкого вжитку.

за прискоренням двигуни низького прискорення двигуни високого прискорення

Застосування Використання лінійних двигунів включають: промислове верстатобудування і робототехніку, де потрібні високі швидкість та точність; транспортні системи, де вони забезпечують ефективне рушійне зусилля та рух; медичне обладнання, де важлива точність та надійність роботи. Такі переваги лінійних двигунів, як їхня висока швидкість, точність та надійність, роблять їх незамінними в цих та багатьох інших галузях. Пристрої з високим прискоренням, станом на 2025 рік, ще не увійшли в масовий вжиток, оскільки для досягнення практичних цілей, які перед ними ставляться, вони потребуються доволі складної реалізації і потужних джерел енергії. Лише окремі зразки таких пристроїв дійшли до стадії серійного виробництва чи практичного застосування.

Компанія BAE Systems та ВМС США проводили дослідження новітнього озброєння, створили прототип рейкотрона та здійснили перші постріли зі створеного прототипу в 2010 році. Створений прототип дозволив запускати сталевий снаряд масою близько 10,4 кг з початковою швидкістю близько 7200 км/год. ВМС поставили завдання довести ефективну дальність вогню до близько 160 км. Установка споживає 32 МДж за один постріл. На початку 2018 року з'явились фотографії незвичного озброєння на десантному кораблі проекту Type 072 III Haiyang Shan (бортовий номер 936) встановленого замість зенітної гармати на носу. На думку багатьох дослідників дане озброєння може бути прототипом морського рейкотрона. Десантний корабель міг бути обраним через наявність великого простору на палубі та в трюмах для встановлення необхідного обладнання. За непідтвердженими чутками, гармата-рейкотрон буде встановлюватися на нові кораблі Type055 DDG.

Примітки