直线电机与城市轨道交通 (1)
直线电机及其在城市轨道交通中的应用
采用 双侧 定 子 结构 。两 种结 构如 图
４所 示 。双
审桐ｌ ｎ ｌ Ｊｌ ｌ ｌ ｕ ｚ ｎ ｍ 拽ｌ
■■囡 ■■
（ 双侧定子 ｂ ）
定子 转子
度 ， ３是试验 时的照片。 图
定 子
然而 ， 直线 电机 成 功地 用于轨 道 交通却 是 在磁 悬
浮列车上首先实现 的。由于磁悬 浮列车不能 再依靠 车
子 结 构， 审 绕 为 千 组 了 改 善 磁
定 子 转 子
验， 而仅 仅 是 检 验 直 线 电 机 牵 引 系 统
的可行 性 ， 包 括 感 应 板 安
装 的 难 易 程
图 ３ １７ ９５年英 国直线电机轮轨列车试验
路 、 高 效 提
率 ， 可 以 也
（ 单侧定子 ａ ）
维普资讯
都市快轨交通 ・ １ 卷 第 １ ２ ０ 年 ２ 第 ９ 期 ０６ 月
¨ Ｊ ㈨ Ｉ
《 快轨论坛 ●
直线 电机 及其 一 ～ 德一 一 一馘 要 ～ 一日 ～ 机国 一 催燃 彻骄 回 ～ 道～ 一一 中姒 灿 鲻 几 在城市轨道交通 中的应用
都市快轨交通 ・ １ 卷 第 １ ２ ０ 年 ２ 第 ９ 期 ０６ 月
试验线 ： 铁轨 中间 安装２ ８ ３ 的铝 制感应 板 ， ｍ长 在英 国
ｌ１ Ｍ ０Ｄ Ｕ型 列
线 电机也相继 问世 ， 如永 磁直线 电机 、 双馈直线 异步 电
机、 直线开关磁阻电机等【 。以下主要介绍在轨道交通 中已经得到应用 的或进行了试验 的几种直线 电机 。
的试 验线 ， 对 这 台 轨 道 车 辆模 型（ 直 垂 感应板 ） 进行
了试验 （ 见图
城市轨道交通直线电机车辆通用技术条件
城市轨道交通直线电机车辆通用技术条件一、引言城市轨道交通直线电机车辆是一种以直线电机为驱动装置的城市轨道交通工具，它具有高效、环保、安全等优点，在城市快速交通领域具有广泛的应用前景。
本文将对城市轨道交通直线电机车辆的通用技术条件进行探讨。
二、车辆性能指标1. 极限速度：城市轨道交通直线电机车辆的极限速度通常应在200km/h以上，以满足城市快速交通的需求。
2. 加速度：车辆的加速度应适中，以保证乘客的舒适性和安全性，一般要求在1.2m/s²左右。
3. 制动距离：车辆的制动距离应尽量短，以确保紧急情况下的安全停车。
制动距离要根据车辆的设计速度和制动系统的性能来确定。
4. 容载量：车辆的容载量应根据城市交通需求来确定，一般要求每节车厢的最大乘客数不少于300人。
5. 过载能力：车辆的过载能力应满足城市交通高峰期的需求，以确保乘客能够正常乘坐。
6. 噪音：车辆的噪音应尽量降低，以减少对沿线居民的影响。
7. 能耗：车辆的能耗应尽量低，以提高运营效率和降低运营成本。
三、车辆控制系统1. 速度控制：车辆的速度控制是实现稳定、安全运行的关键。
采用先进的电子控制技术，通过控制直线电机的电流和电压，实现精确的速度控制。
2. 制动控制：车辆的制动控制应具有快速、稳定的特点。
采用电磁制动器和再生制动技术，能够实现快速停车，并将制动能量回馈给电网。
3. 故障诊断：车辆的故障诊断系统应具备自动检测、自动报警和自动处理的功能，能够及时发现并排除故障，提高车辆的可靠性和安全性。
4. 通信系统：车辆的通信系统应能够实现与控制中心和其他车辆的信息交换，以实现列车间的协调运行和故障处理。
四、车辆设计1. 结构设计：车辆的结构设计应符合轻量化、高强度的原则，以提高运行效率和安全性。
车辆的车身采用铝合金材料制造，具有重量轻、强度高的特点。
2. 空调系统：车辆的空调系统应能够满足车内乘客的舒适需求，采用先进的变频技术，能够根据车内温度和人员数量进行自动调节。
城轨交通的一种新模式_直线电机驱动地铁车辆
!"#$$"）
要：文章论述了直线电机驱动方式的原理、 车辆的特点和应用的原则， 为我国城市轨道交通在特定
的线路条件下提供一种新的选择。 关键词：城轨交通； 直线电机； 驱动； 模式 中图分类号： %#&’()； *+&)’(! 文献标识码： , 文章编号： "-.#/""0.（ #$$&） $!/$$$!/$!
#)+
低效率、 低功率因数的缺点 地铁车辆上工程应用的直线电机，由于车载定子
与地面转子是处在一个相对直线运动的弹性 （ 轴箱垂 向弹性定位）系统间，不可避免地会造成相互间隙变 化，因此气隙设计得不能太小，否则会导致不安全因 素， 一般定在 %! ’’ 左 右 （ 比德国磁悬浮列车的直线 电机气隙 & ’’ 要高一些） 。再加上直线电机是有端部 的（ 旋转电机是闭环） ， 因此漏磁场较大， 机电能量转化 率低， 所以直线电机的效率较低， 一般在 ")+.")& 之间，
城建物的密集， 使线路的水平断面曲线变小； （ #） （ 城市人口的增长， 使运行区间变短， 必须依靠 &） 较高运行速度和较大的加 Y 减速度才能增大运能； 环保的要求更高， 要求车辆的振动和噪声的影 （ !） 响更小； （ 为减少运营成本必须降低土建工程的造价， 要 )） 求地铁车辆重量轻、 体积小， 才能使隧道和高架结构简 单经济。 传统技术模式的地铁车辆是依靠轮轨作用来发挥 由于物理黏着的存在限制了其加 Y 减速 牵引 Y 制动力， 度性能和爬坡能力的提高，还存在全天候运行特性较 差， 运行的机械振动和噪声较大， 车辆结构轻量化和小 型化相对困难等缺点， 不能很好地适应新的运行特点。 因此， 长期以来科技界、 工业界一直在追求研发一种新 的技术模式。
直线电机在城市轨道交通系统中的应用
直线电机在城市轨道交通系统中的应用赵青峰;程晓民【摘要】简要介绍直线电机驱动系统的工作原理,概述其在城市轨道交通系统应用中的优势.根据发展过程,详细阐述直线电机在国内外城市轨道交通中的应用情况.随后,通过分析实际运用情况,探讨直线电机在我国城市轨道交通系统运营中出现的问题及解决办法.最后提出,直线电机城市轨道交通系统作为一种独特的制式,在未来的城市交通中具有一定的应用前景.【期刊名称】《现代城市轨道交通》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】4页(P54-57)【关键词】城市轨道交通;直线电机;优势;应用【作者】赵青峰;程晓民【作者单位】长安大学材料科学与工程学院,陕西西安 710064;宁波工程学院材料工程研究所,浙江宁波 315016【正文语种】中文【中图分类】U264.1+4随着社会的发展，中国城市人口越来越多，引起了严重的交通问题。
由于载客量大、行驶不拥堵、方便等特点，地铁已成为城市中不可缺少的交通工具，也是一种绿色交通[1]。
在传统城市轨道交通系统中，列车采用旋转电动机驱动。
这种驱动模式依赖于轮轨之间的粘着力，因此，列车的速度、加速度及爬坡能力等都受到一定的限制，同时，传统驱动模式还具有车型大、噪声高等一系列缺点，逐渐不能适应新的交通模式[2]。
而直线电机驱动模式取消了中间的传动机构，电磁力直接作为牵引力驱动车辆运行，是一种完全非粘着驱动系统。
因此，相对传统驱动模式，直线电机驱动是一种新型的驱动方式。
直线电机驱动与旋转电机驱动不同，它取消了中间的传动环节，直接将电能转换成运动所需的机械能。
直线电机可分为直线同步电机和直线感应电机（直线异步电机），在城市轨道交通系统中，一般使用直线感应电机作为驱动电机[3]。
直线电机可看作由旋转电机沿圆周方向展平而来[4]，其工作原理与旋转电机相似。
直线电机的电磁铁和绕组作为定子安装在车辆转向架上，感应板则作为转子固定在轨道中间，当电磁铁通电时，产生的行波磁场和感应板相互作用，该作用产生的力即为列车运动所需的牵引力，若改变通入的电流方向，列车则反方向运行[3]。
直线电机在城市轨道交通中的应用
ＣＯＮＳ ＴＲＵＣ￣ ＯＮ
直线 电机在城市轨道交通 中的应用
刘家栋 刘豫 湘 高锋 罗京
南 车株洲 电力机车有 限公司 湖南 株洲 ４ ０ １ １ ０ ２
摘要 ：本文介绍 了直线电机驱动 车辆 的特点 ，在此基础上 ，阐述 了直线电机 运载 系统在我 国城 市轨道 交通的应用前景 关 键 词 ：城 轨 交 通 ；直 线 电 机 ；磁 悬浮 列 车 ；前 景
的 ，弥 补 效 率 低 的 缺 点 。
１ 与其他轨道 系统 的融合பைடு நூலகம்同难 ． ６
直线 电机运 载系统是一个专 用系统 ，不能与传统 的城 市地铁交通 点 ，科技界 和工 界一 直在追求 研发一种 可以降低 工程造价 ，且运行 系统 通用 。冈此 ，能否科学 的规划一个 城市的城 市轨道交通 系统 网是 及维护费用少 、性 价 比高 的城 市轨道交通 系统 。 制 约直线电机驱动 系统 的关键 。
采用 直线电机驱动 的车辆 ，电机 的电磁力直 接作用于线路产 生牵
引力 ，不 管是轮轨 系还是 非轮轨 系（ 如磁悬浮 列车） ，粘 着的概念 都不
复存 在 ，因此 车辆的爬坡能 力强 ，选线 自由度就 大 ，尤其对那些线 路 复杂 的高 架线路或需要地下 、地面和高架进行过 渡的线路 。 ２ 直线 电机在 轮轨式车辆 中的应 用 １
ｕ ｂ ｌ Ｈ ａ ５ ｒｎ ｉ。 ｒ ａｌ ｌ ａ ｓｔ ｓｔ Ｋｅ ｏ ｄ ：Ｕ ｒ ａ ｓ ｔａ ｓｔ ｌ ｅ ｒ ｏ ｏ ； ｍａ ｌｖ ｖ ｈｉｌ ｙＷ ｒ ｓ ｂ ｎ ｍａ ｓ ｒ ｎ ｉ； ｉ ａ ｔ ｒ ｎ ｍ ｇ ｅ ｅ ｃｅ；ｐ ｏ ｐｅ ｔ ｒ ｓ ｃ
表１ 国外直线电机轮 轨运载系统应用情况统计 线路名称 开通 年份 线路长度 车站个数 车辆数 Ｅ客流量 最小发车 ｌ
直线电机在轨道交通系统中的应用
直线电机在轨道交通系统中的应用Ap I a in on a o o b nMasT「n ipitfLie「MtriU「asastco nZ e gL n hn o g Abta t W i n ito u t no h m il n p la in src t a rd ci ft epicpea da pi t h n o c o on a tri h n h iMa IvDe o sr t n Liea du——fl ermoo Saga gemn tai nrinonbn masta s。
t i pp rdsu sst epo I so c le n a S「n i hs a e icse h rbe c ut d i t mtep we u py ssea a d te p emiay s It n frd - h o rs p I y t, n h rl n r oui o e n i o cesn h n eia c n eli n h ta u「n . raig tel er s n ea drcamigt esryc ret i s t Ke r s I e rmoo, u b n n ywod i a tr ra ® ns se a yt nta st p we u py rn i, o r sp IAuh r sa d es S a g a i TrfcEq ime tDe dO一to1 d rs h n h i I af up n v pRa imei C丄d,2 0 4, h n h i hn r o, t. 0 0 1 S a g a.C ia t图2同步长定子直线电机原理示意图直线电机如同将旋转电机的转子与定子展开成直线形状，相当予把一个旋转电机沿旋转方向切开后平铺而成，在理论上，可以把它看成具有无限大半径的传统的旋转电机。
直线电机的驱动根据定子、转子安装的位置可分为两种应用方式：一种为长定子直线电机，定子安装在轨道上，转子安装在车辆上；另一种为短定子直线电机，转子安装在轨道上，定子安装在车辆上。
《直线电机轨道交通》课件
社会影响
促进城市可持续发展
直线电机轨道交通的建设将有力推动城市可持续发展，缓解城市 交通拥堵，降低空气污染。
提升城市形象
新型直线电机轨道交通将成为城市的新名片，提升城市的形象和 国际影响力。
带动相关产业发展
直线电机轨道交通的建设和运营将带动相关产业的发展，如装备 制造、电子信息、新能源等产业。
05 直线电机轨道交通的案例 分析
优势
高效节能
直线电机直接驱动列车，减少机械损耗，提 高能源利用效率。
高速度与大载客量
直线电机技术使得列车运行速度更快，且能 承载更多乘客。
低噪音
采用非接触式驱动方式，减少机械摩擦和振 动，降低噪音污染。
维护成本低
由于减少了机械部件，使得维护工作量减少 ，降低长期运营成本。
挑战
技术成熟度
相较于传统轮轨技术，直线电机轨道 交通技术仍需进一步成熟和验证。
上海磁悬浮列车
案例介绍
上海磁悬浮列车是中国第一条商业化运营的磁悬 浮线路，具有高速、安全、舒适的特点。
技术特点
磁悬浮技术通过磁场力使列车悬浮于轨道上，减 少了摩擦和阻力，实现了高速运行。
应用情况
上海磁悬浮列车连接了浦东国际机场和龙阳路地 铁站，为旅客提供了便捷的出行选择。
日本新干线
案例介绍
日本新干线是全球第一条高速铁路，具有高速度、高安全、高舒适 的特点。
起源
起源于20世纪初，但直到最近几十年才得到广 泛应用。
应用阶段
20世纪末至21世纪初，多个城市开始建设直线 电机轨道交通系统。
ABCD
初期探索
20世纪初，人们开始探索直线电机技术。
未来展望
随着技术的进步和环保需求的增加，直线电机轨 道交通有望在未来得到更广泛的应用。
城市轨道交通制式分类及适用性探讨
城市轨道交通制式分类及适用性探讨摘要：多制式轨道交通的协调发展是我国未来城市轨道交通发展的一个重要方向。
因此，本文将对各种制式进行精确地划分，并根据城市的发展情况对各种制式的轨道交通进行合理、科学地选择，以达到多制式轨道交通协同发展的目的。
关键词：城市轨道交通；制式分类；适用性城市轨道交通的现有制式和既有制式的分类存在一定的差异性，现有制式的分类较既有相比有了很大的创新与变化，所以在选择具体的轨道交通制式时应当根据城市的实际地理环境以及公交交通现状等多个方面予以综合考量，然后再进行科学的选择，使轨道交通制式能够与城市的发展相契合。
1.新型城市轨道交通制式分类1.1直线电机轨道交通（1）磁浮铁路磁浮铁路使用的是直线电机牵引、电磁导向、电磁悬浮或电力悬浮技术，从而让列车能够在轨道上实现非接触式地移动，现在它的主要类型有两种，一种是超高速磁浮，另一种是中低速磁浮交通。
目前，我国的超高速磁悬浮车辆普遍使用的是长定子线式同步电动机，其适用于长距离、城市间的轨道交通中。
中、低速的磁悬浮主要用短定子直线感应电机进行牵引，所以一般多用于城轨、机场等交通领域中。
电磁悬浮是利用车体上安装的电磁铁与铁轨（或电磁铁）之间的相互吸引实现的，垂直电磁力受钢轨不平顺的作用，需要通过对空气间隙及悬浮力进行调节。
电力悬浮是指在车体上安装了电磁铁，在轨道上设置了悬浮感应线圈，凭借着感应磁场和车上电磁铁同性相斥原理，产生了一种悬浮力。
在车辆的速度达到120-150 km/h之后，车辆才能获得充足的悬浮力，在低速范围中需要车轮支撑，无须采用复杂的空气间隙主动调节可实现自动悬浮。
（2）直线电机单轨交通东北单轨道由直线感应电机带动，由胶轮和横向引导轮组成。
东北是一个寒冷的地方，而且所有的单轨基本都是高架的，在冬季，铁轨上的积雪很多，轮胎很容易打滑，但是，直线发动机的驱动却不会受到这种情况的影响。
（3）直线电机气浮轨道交通直线电机气浮轨道交通使用直线电机驱动，气垫支撑，引导轮引导。
直线电机与城市地铁列车
直线电机城轨车辆性能特点
采用直线电机牵引技术，具有优良的动力性能和爬 坡能力 ，车轮仅起承载的作用，列车的牵引力不受 轮轨之间豁着条件的影响，所以能获得优良的动力性 能和爬坡能力。
线路的最大坡度理论上 可达到10%，目前可实 现8%。有利于线路纵断 面设计，减少隧道及高 架的过渡段，减少拆迁 工作量，隧道断面小， 大大降低工程投资 ‹车 轮只起车体的支撑作用， 轮径较小，使车辆总高 度降低，减少行走区间 的断面面积，整个系统 小型化，降低工程投资。
低效率、低功率因数的缺点
由于车载定子与地面转子是处在一个相对直线运动的弹性（ 轴箱垂向弹性定位）系统间，不可避免地会造成相互间隙变化 ，因此气隙设计得不能太小，否则会导致不安全因素，一般定 在12mm左右（比德国磁悬浮列车的气隙8mm要高一些）；再加上 直线电机是有端部的（旋转电机是闭环），因此漏磁场较大， 机电能量转化率低，所以直线电机的效率较低，一般在 0.70.8之间，功率因数也较低，一般在0.5-0.6之间；对于直线电 机气隙的安装、运行、 保养、维护较困难，如何确保运行中气 隙的精度是直线电机驱动地铁应给予高度关注的技术难题，为 此所需的工作量和维护成本较高，也容易引发安全性问题。 为了保证一定的牵引力和减少能耗，直线电机车载电磁铁与 轨道感应板之间的距离应控制在一定的范围内。
从旋转电动机到直线电机电动机的演化
直线电动机的工作原理与旋转电动机相 似。以直线感应电动机为例：当初级绕 组通入交流电源时，便在气隙中产生行 波磁场，次级在行波磁场切割下，将感 应出电动势并产生电流，该电流与气隙 中的磁场相作用就产生电磁推力。如果 初级固定，则次级在推力作用下做直线
运动；反之，则初级做直线运动。
直线电机城轨车辆及线于直线电机驱动的车辆具有比传统车辆更强的加减 速性能，有更高的停车位置控制精度，因此更易实现小 编组，高密度，自动驾驶的运行模式。它可以2-6辆灵活 编组，适应不同的客运量需要。 由于直线电机驱动地铁车辆仍采用钢轮和钢轨来支撑 和引导车辆运行，所以仍可采用长期运用成熟的、安全 可靠的轨道电路信号系统来实行对列车的信号传输、运 行监控和集中调度，运营适应性较好。 采用径向转向架，使运行性能大大改善 由于采用直线电机系统，没有了旋转动力源和机械变 速传动系统，因此有利于采用径向转向架。小而轻的车 辆，使转向架的结构简单轻巧，是该系统除直线感应电 机外，另一种具有革新性的走行机械设计。
直线电机及其在城市轨道交通中的应用
一
２ ２直 线电机 工作原理 ．
所 谓 的 直线 电机 就 是 利 用 电磁 原 理 ，将 电能 转 换 为直 线
运 动 的 过 程 。在 实 际 应用 中 ， 为 了 保 证 在 整 个 行 程 初 级 和 次 级 的 耦 合 不 变 ，一 般 将 初 级 和 次 级 制 造 成 不 同 的长 度 。与 旋 转 电机 类 似 ，直 线 电机 通 入 三 相 交 流 电后 ， 会 在 初 级 和 次 级
ａ ｐｉａｉ ｎｐ ｏ ｐ ｃ ｓｉ ｈ ｏ ｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｅ ｍ ｅｒ ｎ ｓ ｐ ｌ ｔｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｔ ｅｃ ｎ ｒｂ ｔ ｆ ｗ ｔｏｌ ｅ ． ｃ ｎ ｏ ｎ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｕｒ ａ ａ ｓｔａ ｓｔＬｉ ｅ ｒｍ ｏ ｏ ； ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂ ｎ ｍ ｓ ｒ ｎ ｉ； ｎ ａ ｔ ｒ Ａｐ ｌ ｔｏ ｃ
ｔ ａ ｉ ｔ ｒ ｕ ｈ ｉ ｔ ｏ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔａ ｈ ｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ｂ ｎ ｍ ａ ｓｔ ａ ｉ． ｎ ｌ ｉ ｔ ｈｅ ｌ ｅ ｒ ｍｏ ｏ ｒ ａ ｒ ｎｓｔ ｈ ｏ ｇ ｎ ｒ ｄ ｃ ｎ ｈ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｎｄ ｃ ａ ｇ ｓｉ ｈ ｒ ａ ｓ ｒ ｎｓｔ Ｆｉ ａ ｌ ｐｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｒｂ ｏ ｄ ｙ ｎ
的 气 隙 中形 成 磁 场 ， 如果 不考 虑 端 部 效 应 ，这 个 磁 场 在 直 线
，
是 城 市 客 运 的 骨 干 系 统 ， 将 引 导 城 市 窄 『 局 的 演 日 ｊ
化 。 随 着 科 技 的 进 步 ， 轨 道 交 通 运 输 方 式 不 仅 在 诸 如 速 度 、密 度 、莺 量 等性 能 方 面 有 了很 人 提 高 ， 而 且轨 道 交 通 方 式 本 身 也 发 牛 了 巨 大 的 变 革 。牵 引 方 式 历经 蒸汽 牵 引 、
《新型城市轨道交通》第五讲-直线电机轨道交通
新型城市轨道交通主讲刘景军2010年3月上海工程技术大学城市轨道交通学院新型城市轨道交通第五讲直线电机轨道交通1、直线电机的发展历史2、直线电机的基本原理3、直线电机轨道交通的特点4、直线电机轨道交通的应用情况直线电机的由来o一般电动机工作时都是转动的．但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动，这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置，能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装置，人们就提出了这个问题，现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。
概述o直线电机结构可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种型式。
它与其他非直线电机驱动的装置相比，具有以下优点：Ø采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生推力。
它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，而且运行可靠、效率提高、易于维护、降低成本。
Ø普通旋转电机由于受离心力的作用，其圆周速度受到限制，而直线电机运行时，它的直线速度可以不受限制。
Ø直线电机是通过电能直接产生电磁推力的，其运动可以无机械接触，大大减小了机械损耗。
Ø旋转电机通过钢绳、齿条、传动带等转换机构转换成直线运动，噪声是不可避免的，而直线电机是靠电磁力驱动装置运行的，噪声很小或无噪声。
Ø直线电机结构简单，初级铁心在嵌线后可用环氧树脂等密封成整体，可在潮湿、腐蚀或有害和高低温环境中使用。
Ø直线电机散热效果好，特别是常用的扁平型短初级直线电机，初级的铁心和绕组端部，直接暴露在空气中，同时次级很长，热量容易散发，热负荷可取较高值，不需要附加冷却装置。
o直线电机主要有两方面不足：Ø与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率要素要低，尤其是在低速时比较明显。
主要原因：一是直线电机初、次级气隙一般比旋转电机的气隙要大，因此所需的磁化电流较大，使损耗增加；二是由于直线电机初级铁心两端开断，产生了所谓的边端效应，从而引起波形畸变等问题，也导致损耗增加，但从整个系统来看，直线电机省去中间传动装置，系统的效率有时还会比旋转电机的系统高。
城轨车辆直线牵引电动机原理和案例分析
4)噪声低。直线电机电梯没有减速器、旋转 电机及液压油泵运转时所产生的噪音，也没有钢 丝绳和曳引轮之间摩擦所产生的噪声，而且钢丝 绳的寿命也会大大提高。
3、 结构与原理
（1）直线异步电动机结构 定子：带齿槽的电工钢片叠成，槽里嵌有绕组 转子：非磁性体(铜板或铝板)和磁性体(钢板)构成的复合金属板。
直线牵引电动机原理分析
一、直线牵引电机工作原理
直线电机可认为是旋转电机在结构方面的一种演变
图2-50 直线异步电动机结构原理图
由于用直线运动取代了旋转运动，因此称之为直线电动机。
1、直线电机特点：
（1） 无旋转部件，呈扁平形，可降低城轨车辆的高度。 （2） 能够非接触式的直接实现直线运行，因此可不受粘着的
3.4 用于长距离的直线传输装置
(1)运煤车
图3.27所示为直线电机运煤车示意图。矿井 运煤轨道一般很长，每隔一段距离，在轨道中间 安置一台直线感应电动机的初级。一列运煤车由 若干矿车组成，每台矽车的底部装有铝钢复合次 级。直线电机的初级依次通电，便可把运煤车向 前推进。
(2)新型电梯 图3.16所示的永磁式直线同步电动机矿井提
5、边缘效应
直线电机是长直、两端开断的结构，存在 始端和终端，引起了边缘效应(端部效应)。
① 静态纵向边缘效应 ② 动态纵向边缘效应 ③ 横向边缘效应
在气隙中出现脉振磁场 在横向的边缘区域磁场削弱， 和反向行波磁场，运行过程 造成空载气隙磁场横向分布的不 中将产生阻力和增大附加损 均匀，这是第一类横向边缘效应。 耗。这种效应当初、次级相 次级导体板对电流分布及气隙 对静止时也存在，因而称为 磁场密度沿横向分布的影响，称 静态纵向边缘效应，纵向即 为第二类图横2-向61直边线缘电机效行应波磁场 磁场移方向动上的的涡方流向分布。
3直线电机与城市地铁列车
气隙
• 指直线电机初级与次级之间的间距。 • 气隙越大，电磁效率越低；但是气隙太小，容
易导致在使用过程中由于列车运动或震动使得 定子、转子接触，因此，气隙也不能太小。 • 在轨道交通中，通常将气隙设计为8~12mm。
• 直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得 多，主要是为了保证在长距离运动中，初级与 次级之间不致摩擦。
• 美国运输部主导开发了气垫悬浮，1973年 实现了480km/h的运行速度记录。
• 英、法、意大利也进行过类似系统的计划 和试验车辆运行试验。
直线电机轮轨交通在中国的运用
• 20世纪80年代，北京曾对西直门至颐和园线采 用直线电机轮轨交通方式进行过初步研究，但 当时条件限制，其研究不够深入，在线路设计、 施工、运营中的许多关键技术问题没有完全解 决，最终未选用。
• 导轨驱动、列车驱动
直线电动机传动的特点
(1) 省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构， 节约了成本，缩小了体积。
(2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电 动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高。
(3) 直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于 电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密 封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。
从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化
圆弧式直线电动机 圆盘式直线电动
（2）按定子长度：
• 长定子、短定子、分段长定子和双侧式直 线电机；
（3）按磁场是否同步：
• 直线同步电机、直线感应电机；
（4）按电机磁铁种类：
• 电磁电机（常导磁铁与超导磁铁）、 • 永磁电机；
（5）按初级线圈的安设位置不同：
城市轨道交通车辆电机
绪论一、城市轨道交通车辆电气系统就像人的心脏和神经系统对于人体的作用一样，城市轨道交通车辆的电气系统直接影响着车辆运行的可靠性、舒适性、安全性和经济性等。
城市轨道交通车辆电气系统由电力牵引供电系统供电，电能从直流牵引变电所经馈电线、接触网(架空式1500V或接触轨式750 V )输送给电动列车，再从电动列车经钢轨、回流线流回直流牵引变电所，如图0.1所示。
城市轨道交通车辆电气系统是一个统一的总体，车辆从接触网获得电能，由牵引电动机将电能转变为机械能而驱动车辆运行。
采用电传动技术的城轨电动列车，为了实现能量的传输与变换，电气系统不可缺少的硬件设备有三个部分:①高压设备，包括受电弓…第三轨受流器)、高速断路器、防止大气过电压的装臵(如避雷器、放电间隙)和电流检测装臵。
这部分设备的基本功能是保证通过触网(轨)动态接触，使电动车组从牵引变电所获得可靠供电。
②变流设备，主要包括直一交逆变器，以及相关的附加设备。
如通风机、压缩机、泵等。
它们的任务是实现电能形式的变换。
以满足变频变压的要求。
③转向架中的机电能量变换装臵。
也就是牵引电动机。
一般地.在转向架中还装力的传递机构。
如齿轮减速器、万向节空心轴传递装臵等，直线电机牵引系统除外。
二、城轨动车电力驱动用于干线铁路机车车辆与城轨动车车辆的电机，通常称之为牵引电机。
它包括驱使机车或动车行驶的牵引电动机及供给牵引电动机电能的主发电机和其他辅助用电设备牵引电动机有许多类型.如直流牵引电动机、脉流牵引电动机、单向整流子牵引电动机、交流异步旋转牵引电动机、交流同步旋转牵引电动机、直线异步电动机及直线同步电机等。
早期的城市轨道交通车辆中应用较广泛的是直流牵引电动机，因为其具有优良的牵引和制动性能。
而调节端电压和励磁电流，就可以方便地进行调速。
但是，直流牵引电动机的换向器结构尚存在一些缺点:电机换向困难和电位条件恶化、结构复杂、工作可靠性较差、制造成本高和维修麻烦。
特别是在高电压大功率时，换向变得困难，电位条件恶化，使电机的工作可靠性降低。
直线电机系统在城市轨道交通中的应用研究
3
直线 电机 系统在城市轨道交通中
的应 用
在地铁建设 中，采用直线电机列车可降低开凿
[2l 吴俊泉. 直线电 机在温哥华Skytrain 系统中的应用及发
展. 《 机车电传动》. 2/ 2003. [3l 张振生. 直线电机城市轨道交通车辆综述. 《 变流技术
与电力牵引》. 4/ 2003.
地下隧道的成本， 从而对降低整个地铁的建设成本
盘制动作为进一步的停车制动。每辆车还安装有 4
装在地上的反作用板 (相当于二次线圈) 中通过二 次电流 (涡电流) 转向架上的直线电机得到
个磁轨制动器，通电后 ， 产生巨大吸力与轨道吸附，
与旋转电机相比，直线电机的形状平坦，因而可以
可提供紧急制动。避免了采用空气压缩机带来的价
1985
19 86 ~
20 02
加拿大多伦多
加拿大温哥华
5 1.4
半径可减少到为80m， 有利于选线， 避开地下和地
面建筑物， 减少拆迁工作量， 降低工程造价。
1987
1990 1991
美国底特律
日本大阪市营地铁 7 号线 日本东京都营地铁 12 号线
4.8
52 38.7
2 . 5 直线电机与感应板之间气隙高度的控
格高、噪声大的缺点， 也减少了对制动闸瓦的维护。
降低车辆地板面高度和减少整个车辆尺寸， 但这并
不影响车辆内部的空间，即不会对旅客带来不便。
2 .4 采用径向转向架，使运行性能大大改善
由于采用直线电机系统，没有了旋转动力源和 机械变速传动系统，因此有利于采用径向转向架。
小而轻的车辆，使转向架结构简单轻巧 ，是该系统
动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安
直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述
直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述摘要：轨道交通目前已经成为改善城市交通拥堵的有效方式，在大规模建设和发展的同时，也涌现出很多新的技术问题。
作为轨道交通中重要组成部分，直线电机的应用结构较为复杂，实际运行中容易受到诸多因素影响和干扰，进而威胁到轨道交通的安全运行。
因此，本文重点探究轨道交通中直线电机的应用原理，并分析其中的关键技术，积累经验进一步推动直线电机的实践应用。
关键词：轨道交通；直线电机轮轨；直线电机；交通安全城市化进程加快带动了交通事业发展，作为交通事业发展的重要组成部分，轨道交通凭借其快速、安全、稳定的优势特点，受到了人们的青睐和支持。
在轨道交通中，其中集合了诸多复杂、先进的技术，为了保证轨道交通列车安全行驶，应进一步加强核心技术的管控力度。
由于轨道交通列车运行速度提升和运行安全的要求不断提升，因此要求轨道交通车辆具备更强的爬坡能力和全天候运行能力。
由于直线电机结构简单，呈现非黏着驱动的优势特点，更适合磁悬浮列车的发展需要，有助于进一步增强列车的爬坡和转弯能力。
因此，1轨道交通车辆中直线感应电机的应用直线感应电机多呈现为单边型，铝板和钢板构成了结构的复合次级。
初级置于车上或沿轨道铺设，具体划分为长初级以及短初级两种。
1.1短初级直线感应电机对于轨道交通车辆而言，选择短初级直线感应电机，具有鲜明的特点：①初级在车辆上，其供电原理为受流靴经过接触网供电；②刺激属于复合型，结构简单，直接敷设在轨道上，总体造价不高；③接触轨供电方式一定程度上限制轨道交通车辆运行速度。
1.1.1直线电机轮轨车辆直线电机轮轨车辆行驶中，在转向架上设置初级悬挂，配备两台电机，一台逆变器供电，有别于旋转电机配合齿轮箱传动形式，优势更为突出[1]。
传递牵引力，可以规避钢轨和车轮黏着因素不良影响，提升车辆整体运行性能，具体表现在爬坡性能和转弯性能；精简轴箱定位结构，基于柔性定位方式赋予轨道交通车辆灵活的线路规划能力；直线电机不需要齿轮箱传动装置支持，因此结构约束适当的宽松，隧道断面是以往轨道车辆60%左右，土建工程造价可以大幅度下降。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直线电机与城市轨道交通
通常，电动机是旋转型的。
定子包围着圆筒形的转子，定子形成磁场，在转子中流过电流，使转子产生旋转力矩。
而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状，面对面，定子在相应于转子移动的长度方向上延长，转子通过一定的方式被支承起来，并保持稳定，形成转子和定子之间的空隙。
直流电机、感应电机、同步电机等都可做成直线电机，但是，直流电机在结构上无法做成无整流子型，所以，直线电机一般为感应电动机和同步电动机。
这些交流电动机的1次侧有作为定子侧的，也有作为转子侧即移动体侧的。
例如，超导磁悬浮中，同步电动机的定子(地上)是1次侧，旋转磁场在地上移动；而地铁的直线电机，感应电动机的旋转磁场装在车上，2次侧固定在地上。
前者的空隙靠左右导向线圈保持，而后者靠车轮保持。
产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样，在直线电机地铁中，安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。
让面对该磁场、安装在地上的反作用板(相当于2次线圈)中通过2次电流(涡电流)，由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力，安装在转向架上的直线电动机得到推进力。
直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小，旋转式是无限循环的，而直线电动机是有端头的。
为此，泄漏磁通多，电气一机械能量转换的效率低，如果要得到相同的输出，逆变器的容量需要比旋转式大。
直线电机如同将旋转电机的转子与定子展开成直线形状，相当予把一个旋转电机沿旋转方向切开后平铺而成，在理论上，可以把它看成具有无限大半径的传统的旋转电机。
直线电机的驱动根据定子、转子安装的位置可分为两种应用方式：一种为长定子直线电机，定子安装在轨道上，转子安装在车辆上；另一种为短定子直线电机，转子安装在轨道上，定子安装在车辆上。
在使用旋转式电机的电动车中，一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力，同时也受到轮轨间粘着的限制。
直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机，如上所述，有1次侧在车上和地上2种。
1次侧在车上时，要将VVVF逆变器和直线电机装载在车上，使车辆重量增加，车辆价格高；但在地面上的设备仅只有反作用板，又降低了建设费用。
1次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。
在直线电机的电动车中，推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递，所以不受粘着的限制，有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来，有利于通过大坡道(最大坡度可达60％～80％)和小半径曲线(最小半径为50 m)的线路。
此外，由于直线电机无转动部件，所以不需要轴承和润滑机构，使之结构简单，延长寿命，这是其最大的特点。
在旋转电动机中，旋转力矩与其直径的平方成正比，所以要得到大的旋转力矩，电动机的直径就要增大，在直线电机中，这相当于将相应的部分在长度方向延长，而高度方向可以减小。
在大型电机中，如果是1级齿轮减速，车轮直径也必须加大；而在直线电机驱动中，则不必如此，所以，可以减小车轮的直径，这将使车辆的地板面的高度降低。
以上的优点就是小断面地铁采用直线电机电动车的理由。
但是，直线电机的效率低，与相同的地铁比，电力的消耗量多，除这个缺点外，上述的优点也有不能充分发挥的时候。
因为不受粘着限制，所以在牵引时，线路的坡度可以取大；但是，在制动时，如果电气制动失效，就必须依赖于机械制动，这受粘着控制，所以，线路的坡度又不能太大。
此外，由于直线电机是扁平状的设备，车辆地板面的高度可以降低，这时车轮的直径也可以减小。
但直径小的车轮磨耗会加快，所以实际上不能太小。
由于扁平状直线电机的长度可以加长，一台转向架装一台电机即可，这就是现在的直线电机地铁为全动车编组的理由之一。
在建设地铁的成本中，开凿地下隧道的成本占了很大一块，采用直线电机电动车对降低开凿地下隧道的成本，从而对地铁的建设成本非常有利。
以日本为例，普通地下铁隧道的直径为5．8 m，而直线电机地铁隧道的直径为4．0-4．3 m．可以估算，后者隧道工程的开凿量可比前者减1/3左右，这意味着地铁的成本将大大下降。
此外，与旋转电机相比，直线电机的形状平坦，因而可以降低车辆地板面高度和减少整个车辆尺寸，但这并不影响车辆内部的空间，即不会对旅客带来不便。
直线电机只是产生车辆的驱动力，车辆仍使用钢制车轮和钢轨作为支承和导向系统。
在日本，直线电机地铁已在东京和大阪投入运用，直线电机地铁车辆的控制系统均为带再生制动的VVVF逆变器控制，并均采用铝合金车体，车辆定员为90～l00人。
横滨、神户、福冈的直线电机地铁也正在建设或规划中。
与现行的铁道相比，常导磁悬浮交通系统是全新的交通系统。
由于走行装置与轨道不接触，所以，噪声与振动很小，基本上不发生磨耗，在环境保护、经济性和维修方面都较为优越，利用其可通过大坡道和小半径曲线线路的特点，作为一种新型城市轨道交通是可行的，经过多年的开发研究，最高速度为100km/h的HSST一100型车辆将在名古屋等城市得到应用。
在名古屋采用HSST的线路称作东部丘陵线，总投资额1 000亿日元，全长9 km，设9个车站，预估客流量3万人/日，最大坡度60‰，最小曲线半径75m，无人驾驶，每列3辆编组，共8列，高峰时每编组乘车人员约40人，供电电源为DCl500V，由梁两侧刚性接触网供电，在线路中间地点设置1个变电所，另外，还设有车辆检修基地。
这条线路预计2005年3月开业通车。
直线电机地铁虽然有不少优点，如建设成本低、通过大坡道能力强、弯曲线半径小、维修少、运行平稳等，并已经在一些城市得到运用，但其载客量少，所以，目前只能作为现有地铁的补充。
常导磁悬浮交通系统与现行的铁道相比是全新的交通系统，其所具有的优点将会使之在城市轨道交通系统中占有一席之地。
随着科学技术的进步，直线电机以及它在地铁与其他方面的应用都会有良好的发展前景。