傳統旋轉電機想要實現直線運動，需要配合滾珠絲杠結構：限制了運動行程、結構剛度有限、傳統過程中損耗大、速度和加速度低。
一、電機結構
圖1.1為感應電動機，將其沿徑向剖開並拉直得到圖1.2的原始直線電機。由定子演變而來的一側成為初級或原邊，由轉子演變而來的一邊成為次極或副邊。
圖 1.1 普通旋轉電機 圖 1.2 最原始的直線感應電機
現將三相交流電通入圖1.2初級三相繞組上，氣隙中產生直線移動的磁場，次極感應電流與磁場相互作用產生電磁推力，次極沿着磁場移動方向做直線運動。通常情況下，原始直線電機不滿足電機運行需求，常采用延長次極或初級的方式進行結構改進。
結論：旋轉電機與直線電機基本原理相同，結構有所差異。
二、直線電機
直線電機兩端開斷結構的存在，使之具有旋轉電機沒有的獨特現象和問題。
- 初級電流固有不平衡：
互感不相等引起的電流不平衡
- 縱向端面磁通：
由於直線電機鐵心開斷，磁力線從下端鐵心端面到達上鐵心兩個端面，經氣隙閉合，如圖2.1所示。
圖 2.1 縱向端面磁通
- 電瞬態現象：
次極在入端處磁場變化，感生瞬態電流，使的氣隙磁場減小，又稱“縱向動態端部效應”。
- 繞組特點和“半填充槽”：
旋轉電機剖開、展開成為直線電機，要求初級繞組改變，結構形式主要有圖2.2和圖2.3兩種。
圖 2.2 偶數極直線電機 圖 2.3 奇數極半填充端部槽直線電機
- 垂直力問題
三、初級繞組串並聯
繞組采用串、並聯連接，電機阻抗（電壓與電流比）不同。
1.初級繞組串聯
圖 3.1 二相二極旋轉電機初級繞組串聯展開 圖 3.2 二相二極直線電機初級繞組串聯展開
以二相二極電機旋轉電機(圖3.1)為例，分析初級繞組串、並聯對於電機性能影響的步驟：
Step1.忽略初級繞組電阻和漏抗，得到電壓方程
$\frac{d}{d t}\left(\phi_{a}+\phi_{b}-\phi_{c}-\phi_{d}\right)=e_{x}$
$\frac{d}{d t}\left(\phi_{b}+\phi_{c}-\phi_{d}-\phi_{a}\right)=e_{y}$
其中，$\phi_{a}, \phi_{b}, \phi_{c}, \phi_{d}$為通過齒a、b、c、d的磁通。
Step2.得到磁路方程
$\phi_{\mathrm{a} 1}+\phi_{\mathrm{b} 1}=k i_{\mathrm{x}}$
$-\left(\phi_{\mathrm{c} 1}+\phi_{\mathrm{d} 1}\right)=k i_{x}$
其中，$\phi_{a i}, \phi_{b i}, \phi_{c i}, \phi_{d i}$為線圈i的磁勢再齒a、b、c、d中產生的磁通；
k為磁路常數（由氣隙和其他尺寸決定）。
Step3.求線圈共同作用在不同齒中的磁通
因為$\phi_{a 1}=\phi_{b 1}, \phi_{c 1}=\phi_{d 1}, \phi_{b 2}=\phi_{c 2}, \phi_{a 2}=\phi_{d 2}, \phi_{c 3}=\phi_{d 3}, \phi_{a 3}=\phi_{b 3}, \phi_{d 4}=\phi_{a 4},\phi_{b 4}=\phi_{c 4}$
$\phi_{a}=\phi_{a 1}+\phi_{a 2}+\phi_{a 3}+\phi_{a 4}=k\left(i_{x}-i_{y}\right)$
$\phi_{b}=\phi_{b 1}+\phi_{b 2}+\phi_{b 3}+\phi_{b 4}=k\left(i_{x}+i_{y}\right)$
}+\phi_{c 2}+\phi_{c 3}+\phi_{c 4}=k\left(-i_{x}+i_{y}\right)$
$\phi_{d}=\phi_{d 1}+\phi_{d 2}+\phi_{d 3}+\phi_{d 4}=k\left(-i_{x}-i_{y}\right)$
Step4.將步驟3中計算得到的磁通帶入步驟1
$\frac{\mathrm{d} i_{x}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{4 k} e_{x}$ $\frac{\mathrm{d} i_{y}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{4 k} e_{y}$
$\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{a}}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{4}\left(e_{x}-e_{y}\right)$
$\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{b}}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{4}\left(e_{x}+e_{y}\right)$
$\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{c}}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{4}\left(-e_{x}+e_{y}\right)$
$\frac{\mathrm{d} \phi_{\mathrm{d}}}{\mathrm{d} t}=-\frac{1}{4}\left(e_{x}+e_{y}\right)$
Step5.對時間積分，得到電壓、電流、磁通的向量關系，如圖3.3所示
圖 3.3 旋轉電機繞組串聯電流、磁通向量圖 圖 3.4 直線電機繞組串聯電流、磁通向量圖
直線電機與旋轉電機計算不同之處在於：在圖3.2中，線圈1產生的磁通由齒a、b發出經過氣隙到達次極，再通過氣隙回到齒c、d、e形成閉合回路。回路的長度相等、面積不同（2：3）的空氣隙串聯組成，它的磁導相對於3.1來說增加到1.2倍，由此將步驟2中的磁路方程修改如下。
$\phi_{\mathrm{a} 1}+\phi_{\mathrm{b} 1}=\frac{6}{5} k i_{x} ; \quad \phi_{\mathrm{cl}}+\phi_{\mathrm{d} 1}+\phi_{e 1}=-\frac{6}{5} k i_{x}$
$\phi_{\mathrm{b} 2}+\phi_{\mathrm{c} 2}=\frac{6}{5} k i_{\mathrm{y}} ; \quad \phi_{\mathrm{d} 2}+\phi_{\mathrm{e} 2}+\phi_{a 2}=-\frac{6}{5} k i_{\mathrm{y}}$
$\phi_{c 3}+\phi_{\mathrm{d} 3}=-\frac{6}{5} k i_{x} ; \quad \phi_{\mathrm{e} 3}+\phi_{\mathrm{a} 3}+\phi_{\mathrm{b} 3}=\frac{6}{5} k i_{x}$
$\phi_{d 4}+\phi_{e 4}=-\frac{6}{5} k i_{y} ; \quad \phi_{a 4}+\phi_{\mathrm{b} 4}+\phi_{\mathrm{c 4}}=\frac{6}{5} k i_{\mathrm{y}}$
式中，
$\phi_{\mathrm{a} 1}=\phi_{\mathrm{b} 1} ; \phi_{\mathrm{b} 2}=\phi_{\mathrm{c} 2} ; \phi_{\mathrm{c} 3}=\phi_{\mathrm{d} 3} ; \phi_{\mathrm{d} 4}=\phi_{\mathrm{e} 4}$
$\phi_{\mathrm{c} 1}=\phi_{\mathrm{e} 1}=\phi_{\mathrm{e} 1} ; \phi_{\mathrm{d} 2}=\phi_{\mathrm{e} 2}=\phi_{\mathrm{a} 2} ; \phi_{\mathrm{e} 3}=\phi_{\mathrm{a} 3}=\phi_{\mathrm{b} 3} ; \phi_{\mathrm{a 4}}=\phi_{\mathrm{b} 4}=\phi_{\mathrm{c} 4}$
其余步驟相同，最終得到向量圖3.4。
2.初級繞組並聯
對於旋轉電機，磁路和電路對稱。與串聯相比，除了電壓、電流比不同，電機內部電流和磁場都一樣。因此，並聯時電機的性能與串聯時完全相同。
下面以二相二級電機為例，對初級繞組並聯的感應直線電機進行分析，圖3.5為二相二級直線感應電動機初級繞組並聯展開圖。
圖 3.5 直線電機初級繞組並聯展開圖 圖 3.6 直線電機繞組並聯電流和磁通矢量圖
Step1.四個線圈的電壓方程
$$
\begin{array}{c}{\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t}\left(\phi_{\mathrm{a}}+\phi_{\mathrm{b}}\right)=e_{x}} \\ {\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t}\left(\phi_{\mathrm{b}}+\phi_{\mathrm{c}}\right)=e_{\mathrm{y}}} \\ {\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t}\left(-\phi_{\mathrm{c}}-\phi_{\mathrm{d}}\right)=e_{x}} \\ {\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t}\left(-\phi_{\mathrm{d}}-\phi_{\mathrm{e}}\right)=e_{y}}\end{array}
$$
Step2.寫出四個線圈磁路方程
$$
\phi_{\mathrm{a} 1}+\phi_{\mathrm{b} 1}=\frac{6}{5} k i_{x 1} ;-\left(\phi_{\mathrm{c} 1}+\phi_{\mathrm{d} 1}+\phi_{\mathrm{e} 1}\right)=\frac{6}{5} k i_{x_{1}}
$$
2.3.4線圈同理
Step3.推導五個齒中磁通
$$
\phi_{\mathrm{a} 1}=\phi_{\mathrm{b} 1} ; \phi_{\mathrm{b} 2}=\phi_{\mathrm{c} 2} ; \phi_{\mathrm{c} 3}=\phi_{\mathrm{d} 3} ; \phi_{\mathrm{d} 4}=\phi_{\mathrm{e4}}
$$
$$
\(\phi_{\mathrm{c1}}=\phi_{\mathrm{d} 1}=\phi_{\mathrm{e1}} ; \phi_{\mathrm{d} 2}=\phi_{\mathrm{e} 2} =\phi_{\mathrm{a} 2}; \phi_{\mathrm{e} 3}=\phi_{\mathrm{a3}}=\phi_{\mathrm{b} 3} ; \phi_{\mathrm{a4}}=\phi_{\mathrm{b} 4}=\phi_{\mathrm{c} 4}\)
$$
因此
$$
\phi_{\mathrm{a1}}=\frac{3}{5} k i_{x 1} ; \phi_{\mathrm{a} 2}=-\frac{2}{5} k i_{y 1} ; \phi_{\mathrm{a3}}=\frac{2}{5} k i_{x 2} ; \phi_{\mathrm{a4}}=\frac{2}{5} k i_{y 2}
$$
1、2、3、4線圈在b、c、d、e齒產生的磁通同理
於是有
$$
\phi_{\mathrm{a}}=\Sigma \phi_{\mathrm{ai}}=\frac{6}{5} k\left(\frac{1}{2} i_{x 1}-\frac{1}{3} i_{\mathrm{y} 1}+\frac{1}{3} i_{x 2}+\frac{1}{3} i_{\mathrm{y2}}\right)
$$
Step4.將步驟3中計算得到的磁通帶入步驟1
$$
\begin{aligned}
&\frac{\mathrm{d} i_{x 1}}{\mathrm{d} t}=\frac{2}{k}\left(e_{x}-e_{y}\right) ; \quad \frac{\mathrm{d} i_{y 1}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{k} e_{x}\\
&\frac{\mathrm{d} i_{x 2}}{\mathrm{d} t}=\frac{1}{k} e_{y} ; \quad \frac{\mathrm{d} i_{y 2}}{\mathrm{d} t}=\frac{2}{k}\left(e_{y}-e_{x}\right)
\end{aligned}
$$
結論：
- 旋轉電機中：串、並聯不影響電機性能。
- 直線電機中：串、並聯影響電機性能。