直线电机技术在轨道交通中的应用

Ｊ ．Ｗｅ ａ ｖ ｅ ｒ 等研 究 人员 获 得 。２ Ｏ世 纪初 ， 德 国的 Ｚ ｅ ｈ —
ｄ ｅ ｎ提 出 了单侧 定子 三相 直 线 电机 的 方 案 。几 乎 同 时 期， 英 国的 Ｈ．ｗ ｉ ｌ ｓ ｏ ｎ获得 了 由直线 电动 机 作 为 火 车 的推 进机 构 的专利 ； 几 年后 ， 美国的 Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ也 提 出 用 直线 电机 驱 动单轨 列 车 的设 想 。在 此之 后 的很长 一段 时间内， 由于 直线 电机 的经 济性 和调 速性 、 可 靠性 等 与 旋 转 电机相 比还 有很 大 的差距 ， 因此 ， 基 本停 留在理 论 研 究和 实 验 室 研 究 阶 段 ， 未有 合适 的产 品应 用。 自 １ ９ ６ ５年 以来 ， 伴 随 着新 材料 的发 现 、 智 能 控 制 技 术 的
直 线 电机 技 术 在 轨 道 交通 中的应 用
郭 燕 强 尹 志春
，
（ １ ． 新 会 双 水 发 电 Ｂ厂 有 限公 司 ，广 东 江门 ５ ２ ９ １ ０ ０ ； ２ ． 中 车广 东 轨道 交 通 车 辆 有 限公 司 ，广 东 江 门 ５ ２ ９ １ ０ ０ ）
轨 道 交通作 为 缓解 城 市 拥 堵 的有 效 手 段 ， 正 逐 步 取 代路 面交 通 系统 成 为城 市 客 运 的主 力 ， 对 城 市 规 划 和空 间布局 都有 着 重要 影 响 ， 城 市 轨道 交 通 在 城 市 建 设 中已 占据突 出 的位 置 。伴 随着 科 技 的发 展 ， 轨 道 交 通 运输 方 式 的技 术 含 量也 在 不 断 地 提 高 和 创 新 ， 牵 引 技术 也随 之发 展 。牵 引 方式 经 历 了从 蒸 汽 机 牵 引 、 内 燃 机 牵引 到 电力牵 引 ３个 阶段 的变 革 ， 目前 在 世 界 范 围内， 研究 的热 点 又转 移 到直 线 电机 （ Ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ） 牵 引 的方式 上来 ＿ １ ］ ， 该 技术 已广泛 应 用 于磁 悬 浮 列车 、
摘 要 ：概 述 了直 线 电机 的发 展 历 史 、 工作 原 理 及 其 分 类 ，并 对 直 线 电 机 的 优 、缺 点 进 行 了分 析 。 对 直 线 电 机
轨 道 交 通 和 传 统 轨 道 交通 系 统进 行 了对 比 分 析 ，介 绍 了直 线 电机 轨 道 交 通 系统 在 国 内外 的 实 际 运 营 情况 。 关 键 词 ：直 线 电机 ；轨 道 交 通 ；应 用
级
直 线 电机并 不算 新 鲜 事 物 ， 早 期 的研 究 可 追 溯 到 １ ８世 纪 中期 ， 科 学 家惠 斯 顿 （ Ｗｈ ｅ ａ ｔ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ） 最 早 提 出直 线 电机 的概 念并 制作 了原 型机 ， 但 运行 的并 不成 功 ＿ ３ ］ 。 １ ９ 世纪晚期 ， 法 国 的科 学 家 首 次 提 出直 线 电 机 的定
第 ３期 （ 总第 ２ ０ ２ 期）
２ ０ １ ７年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡｌ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎ ｏ． ３
Ｊ ｕ ｎ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ２ ２ ２ — ０ ３
轮轨 交通 和 磁 悬 浮 飞 机 等 方 面 。２ ０ ０ ８年 开 通 运 营 的 北京 机 场线 ， 标 志着 采 用直 线 电机 技 术 的轨 道 交 通 系 统 在我 国 的应用 又迈 进 了一 步 ， 目前 直 线 电机 轨 道 交 通 系统 正在 快速 发展 。
１ 直 线 电 机 简 介
义， 美 国 的 布 莱 德 利 则 提 出 利 用 行 进 磁 场 驱 动 的 直 线 电机 。１ ８ ９ ５年 ， 直线 磁阻 电机 织 机梭 子 专 利 由美 国 的
（ ａ ） 旋 转 电机
Ｌ ． ， — Ｅ ： ： ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ＿＿Ｊ
级／ （ ｂ）直 线 电 机
图 １ 直 线 电机 的演 变 过 程
图 ２为 直线 电机 工 作原 理示 意 图 。当初 级 线 圈 中 通 过交 流 电流 时 ， 在 初 级 与 次 级 之 间 的气 隙 中产 生 运 动 磁场 ， 称 之为 行波 磁 场 ； 次 级 线 圈可 以通 过 自身励 磁 或 者通 过感 应 电动 势 励 磁 ， 当次 级 线 圈 的励 磁 磁 场 和 行 波磁 场相 互耦 合 时 ， 就会 产生 电磁 作 用力 ； 把 初级 或 者 次级 固定 ， 则 另外 一 极 会 在 电磁 作 用 力 的推 动 下 做 直 线运 动 ， 通过 电磁 作 用 力 的大 小 和 方 向就 可 以控 制 直 线 电机 动 子 的前 进 和 制 动 ， 实 现 电能 到机 械 能 的转
机驱 动 的输送 机 、 空 压机 、 拉 伸机 、 各 种 电动 门等 ， 特 别 是利 用直 线 电机 驱 动 的磁 悬 浮 列 车 ， 其 速 度 可 以 超 过
５ ０ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。 １ ． １ 直 线 电机 的 构 造 和 原 理
直线 电机是 在 旋 转 电机 的基 础 上 发 展 而 来 的 ！ ， 其演 变 过程 如 图 １所示 。如 图 １ （ ａ ） 所示 ， 沿 着 旋 转 电 机 的径 向展开 ， 将 圆 弧形 的动 子 和 定 子 剖 开 成 直 线 则 是 直线 电机 的模 型 （ 如图 １ （ ｂ ） 所示 ） ， 其 功 能 模块 与原 来 的旋 转 电机 相对 应 。
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ３ ５ ９ ． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
发展 和新 型控 制元 器 件 的技 术 变 革 ， 直线 电机 性 能 上 的技 术瓶 颈被 突破 ， 使 其 进入 了快 速发 展 的阶段 ， 各 类 直线 电机 得 到 了广 泛 的研 究 和 实 际 的应 用 ， 直 线 电