直 线 电 机.

吸引力由气隙主磁通产生，它的大小与励磁电 流有效值的平方及励磁电感的乘积成正比； 排斥力有二次侧涡流产生，其大小与二次侧等 效电流有效值的平方成正比，而与一次侧中点 至二次侧反应板电流层之间的距离成反比。 电机法向力大小最终取决于上述吸引力与排 斥力的综合作用。
磁悬浮系统中电机法向力的研究
• 如果在结构上初级和次级设计得一样长，当初 级和次级作相对直线运动后。则它们相对着的 部分逐渐减少，相对作用力也越来越小，以致 最后消失。 • 因而产生了长初级或短初级型直线电机。
长定子与短定子
长定子方案由于沿线铺设电机定子绕组，其造价 必然很高。地面同步电机的优点是功率大，功率因 数高，适用于高速、超高速磁悬浮铁路。 日本的超导超高速磁浮列车（MLX）和德国的常 导超高速磁浮列车（TR）采用的都是驱动方式。
单边型与双边型
仅在一边安放初级的结构形式称 为单边型直线电机。
• 在初级与次级之间存在着一个很大的 法向吸力，在钢次级时约为推力的10倍 左右。 • 法向吸力是不希望存在的，如果在次 组的两边都装上初级，那么这个法向吸 力可以相互抵消，这种结构型式称为双 边型。 • 双边型电动机的电枢在磁场中所受的 总控力大于(F1+F2)，所以一般实用的 直线电动机都做成双边型的。
长定子与短定子
短定子磁悬浮线路的造价远低于长定子磁悬浮线路。 电机绕组在车内，动力电源也装在车内，动力电源从 地面供电轨取得电能，地面与磁悬浮列车之间必须安 装受流器。
由于在高速时受流性能恶化，所以这种磁悬浮列车 的运行速度不能很高，一般在中低速范围内运行。日 本的中低速磁浮列车（HSST）采用了这种驱动方式
直线电机
概 述
• • • • • • • 发展历史 基本工作原理 分类 在磁浮列车上的应用 磁悬浮系统中电机法向力的研究 边缘效应 应用于轨道交通的评价
发展历史
直线电机经历了三个时期：
• (1)1840~1955年的116年间，直线电机经历了从设想 到实验到部分实验性应用的过程。其中最著名的是英 国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直线电机制成了 发射导弹的装置，其速度达到1600km/h。 • (2) 1956~1970年是直线电机的开发应用阶段。这一时 期的直线电机的实用设备有 MHD泵、自动绘图仪、磁 头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输 送装置等。 • (3) 1971年以后，进入了实用商品阶段。这一时期直 线电机应用于磁浮列车、液态金属的输送和搅拌等项 目，终于在满足人类需求的过程中求得自己的发展。
在磁悬浮列车中的应用
根据吸引力与排斥力的基本原理，目前世界上 存在两种磁悬浮列车：
• 一种是德国的常导吸浮型。其采用电磁悬浮，用一般电 导线圈，以异性磁极相吸的原理，把列车吸引上来，悬 浮运行。一般由同步或异步直线电机驱动。
• 一种是日本的超导斥浮型，其列车的悬浮方式采用电动 悬浮，用低温超导线圈，以同性磁极相斥原理，使车轮 和钢轨之间产生排斥力，使列车悬浮。
悬浮原理
• 如图2所示，在导轨两侧边墙上安装8字形悬浮线圈பைடு நூலகம் 当载有超导磁铁的列车通过时，在这些线圈上产生感 应电流，使列车受到向上的拉力的同时又受到向上的 斥力，从而使磁悬浮列车始终垂直悬浮于100mm高度 上。
导向原理
• 如图3所示，在导轨下悬浮线圈相互面对面连接组成闭 合回路，当磁悬浮列车通过时，在闭合回路中感应出 电流，超导磁铁使得侧部移位，导致悬浮线圈靠近车 的近端产生排斥力，另一端悬浮线圈靠近车的远端产 生吸引力。从而使磁悬浮列车总是运行在导轨的中心 位置。
超导推斥型
• 在超导磁浮系统中，超导线圈装在车上，而与其相互 作用产生推进、悬浮、导向功能的各种线圈都装在地 面轨道内。借助这些线圈的作用，使车上超导线圈产 生推进、悬浮、导向力。
驱动原理
如图所示：作用于磁场之间的感应排斥力和吸引力驱 动载有超导磁铁的列车。安装在导轨两侧边墙上的驱 动线圈由牵引变电所提供三相交流电，导轨驱动线圈 产生移动的磁场，车载超导磁铁被移动的磁场吸引和 排斥，从而驱动磁悬浮列车。
常导吸浮型
图中驱动部分是直线同步 电动机 列车下部装有悬浮磁铁， 相当于同步直线电机的励磁 线圈，安装在轨道上的三相 驱动绕组相当于同步直线电 机的定子绕组，起到电枢的 作用。
常导吸浮型
当沿线布置的变电所向驱动绕组提供三相调频调幅 电力时，悬浮磁铁与定子绕组产生移动磁场。
在移动磁场的作用下，悬浮线圈中产生感应电流， 感应电流和移动磁场相互作用产生电磁推力，驱动列 车运行。
基本工作原理
• 旋转电机在顶上沿径向剖开，并将 圆周拉直，便成了直线电机。直线 电机的三项绕组中通入三相对称正 弦电流后，即产生气隙磁场。
• 当三相电流随时间变化时，气隙磁 场将按A、B、C相序沿直线移动。 这个磁场是平移的，而不是旋转的， 因此称为行波磁场。
基本工作原理
• 在电磁推力的作用下假设初级是固定不动的，那么 次级就顺着行波磁场运动的方向做直线运动。 • 次级移动的速度用v表示，转差率用s表示，则有：
分 类
• 按结构型式分类，主要分为扁 平型、圆筒型、圆盘型和圆弧 型。其中扁平型直线电机有单 边型和双边型之分，每种型式 下又分别有短初级长次级或长 初级短次级。 • 按功能用途分，主要分为力电 机、功电机、能电机。 • 按工作原理分，主要分为两个 大的方面，即直线电动机和直 线驱动器。
长定子与短定子
磁悬浮系统中电机法向力的研究
电机法向力即牵引用直线电机一次侧、二次侧 之间的相互作用力，它是影响列车稳定悬浮的 不利因素。
消除电机法向力影响，或将法向力影响降到最 小，有助于磁悬浮列车的稳定悬浮运行。
磁悬浮系统中电机法向力的研究
• （1）电流与法向力的关系
在同样气隙、频率情况下，电机一次侧绕组 电流增加，电机法向力表现为吸引力，且减小。 当频率增高时，这种变化趋势更明显。 电机一次侧、二次侧之间的法向作用力大小 与两个因素有关：一是一次侧与二次侧钢板作 用力，该力为吸引力；二是一次侧与二次侧铝 反应板的作用力，该力为排斥力。