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
[摘要]对于各类的超高速和精密的机床而言，直线电机一直以来都是理想的传动方式，这主要是因为结构简单、动态响应快、速度和加速度大、精度高、振动和噪声小等是直线电机直接驱动系统所具有的优点。

该片文章简单地介绍了直线电机的工作原理以及其在城市轨道交系统中的一些应用情况，并对直线电机的未来发展趋势进行了阐述，了直线感应电动机的应用特点及在国内外各行各业的应用情况，介绍了直线电机的发展方向。

在不久的将来，传统的驱动模式必定会被即将在社会生活各个领域得到广泛的应用直线电机直接驱动模式所代替将替，这是时代发展的趋势所在。

【关键词】直线电机；工作原理；特点；城市轨道交通；应用
近几年来，随着科学技术的发展和进步以及高速发展的自动控制技术和微型计算机的不断应用，进给速度、加速度、快速定位精度等与各类自动控制系统相关的各方面已经不能再满足应用的需求，所以对此提出了更高的要求。

直线电机城市交通在城市的发展过程中得到越来越广泛的应用，变得愈来愈为重要，尤其是在形式变化多样的城市轨道交通中所占据的位置就更为突出。

城市轨道交通主要包括了地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等，各个城市在改善城市交通的时候应该根据自己城市的具体特点选择交通系统，这样会使得选择的范围更为广泛。

从结构和性能上采取通过引入新技术达到节能的措施，城市轨道交通存在的价值就是通过不断保持先进性以及不断进行以求能够保护环境，降低成本，以使车辆能安全、舒适、高密度地运行。

1.直线电机的工作原理和特点
1.1直线电机的工作原理
直线电机的工作原理，简而言之，就是利用电磁的原理将电能转换为直线运动的一个过程。

在实际的应用中直线电机在运行过程中一般将初级和次级制造成不同的长度，这样做主要的原因时为了保证在整个行程初级和次级的耦合不变。

旋转电机电机通入三相交流电后，会在初级和次级的气隙中形成磁场，直线电机通入三相交流电后与旋转点击类似，也能形成磁场如果不考虑端部效应，在直线方向应当是成正弦分布的每个磁场并不是旋转的而是平移的，有的就成为了行波磁场，之所以能产生电磁推力，也正是因为行波磁场与次级的相互作用。

1.2直线电机的特点
直线电机是一种不需要任何中间转换机构就能够将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置。

采用直线电机驱动的装置具有简化了装置和系统的优点，简化的装置和系统起到了能够提高传递效率，降低制造成本的作用，直线电机驱动的传动装置在简化了整个装置和系统的基础上，还做到了取消因为中间传动装置的运行所造成的噪声，保证了运行的可靠性，减少了噪声污染。

没有离心力的存在是直线电机的一大问题，常规旋转电机高速运行时转速和输出功率都受到限制，这主要时由于离心力的作用在运行过程中转子受到了较大的应力，根本不存在离心力问题的直线感应电动机运动部分与固定部分没有机械联系，因为它都是通过电磁感应产生推力来驱动的直线电机的运行的。

直线电机即使是在非常恶劣的条件下也可以正常地进行工作，这都归功于其自身所具有的良好的防护性能，在一系列的通过高科技简化之后，直线电机相对于传统的电机而言结构可以说是很简单的。

它的初级铁心在采取一系列的操作措
施之后能做到防潮、防尘、防油污、防气体腐蚀，但是直接暴露在空气中的传统的电机的初级的铁心和绕组端部就不能做到这一点了，直线电机因为自身的一些优良的散热迅速容易的性能根本就不需要附加冷却装置。

除此之外，直线电机还具备了良好的起动性能。

2.直线电机在城市轨道交通系统中的应用
当今带宽最快的地面客运系统的磁悬浮列车和地铁等可以用于直线电机驱动的城市交通工具具有众多的优点，将在实现新的交通输送工具中发挥它们的重要作用。

直线电机车体具有明显的导向效果，可以通过一些实验数据来证明，它的自导向转向架比轮对冲角增加了百分之八十，有利于城市轨道交通选线的小半径曲线线路的采用还可以在困难地段减少拆迁量，一次来达到降低工程造价的结果。

直线电机与旋转电机相比在不影响车辆内部的空间的基础上，还可以降低车辆地板面高度和使得整个车辆尺寸减少。

直线电机地铁非常适合小曲线、大坡度城市轨道交通的需要，特别适于对线位和站位选择困难、水文地质条件复杂和沿线有密集建筑物的城市，最适合于中大运量城市快速线路。

但是，成为制约直线电机轨道交通进一步普及的最大瓶颈就是直线电机的地铁牵引能耗比旋转电机要多耗百分之二十和百分之三十之间。

3.直线电机在地铁轨道交通系统中的优势
传统的地铁车辆技术和现今还在不断发展的直线地铁还是存在着较多的不同的，其中最为主要的则是体现在转向架以车辆的牵引和制动的技术方面。

在曲线半径很小的线路上车辆也可以平稳运行，如同在平地上运行一样，这都主要得益于既简化了结构，又提高了车辆通过小半径曲线的能力的自导式的径向转向架在车辆上的应用；采用直线感应电机进行牵引直线电机地铁车辆主要是由定子和感应板组成的，钉子是安装在转向架上的，而感应板则是沿轨道铺设在钢轨中间的。

在选取直线感应电机推力动作点时必须兼顾垂直方向的力和侧面方向力对直线感应电机的支承装置的影响，这是因为工作时直线感应电机不仅产生列车牵引所需的推力，还产生垂直方向力以及侧向力；再生制动和反接制动是直线电机地铁车辆常用制动时所使用的两种电动方式，这两种方式都对直线电机地铁车辆的非粘着制动特性进行了极为充分的利用，将它的特点应用的淋漓尽致。

传统地铁车辆采用空气制动和电制动相配合，是其在常用制动和快速制动时的一大特点；采用空气制动则一般应用在紧急制动上，直线电机地铁系统相对于传统的轮轨地铁系统，主要有以下优点，直线电机在牵引时属于非粘着驱动，也就是说在其牵引的过程中不受轮轨之间的粘着限制，非粘着驱动使得直线电机具有良好的爬坡能力，直线电机地铁坡度可达百分之六到百分之八之间，在转入地下和爬升地面时就能体现出它的这一特点，在行驶的过程中显得相当灵活；直线电机在牵引的过程中便于采用径向转向架，根本就不需要减速齿轮等装置，这是因为转向架设计有着很大的自由度，轮性能指标也大大得到了降低。

直线电机车辆在小半径曲线线路上行驶极为容易，缩短了线路建设长度的小半径曲线线路设计，使得线路设计的自由度也得到了增加；直线电机的隧道断面积小。

充当车体的支撑部分的就是车轮，行走区间的断面面积的减少可以通过降低车辆的总高度和小型化整个城市地铁轨道交通的系统，这些都是主要靠较小的车轮直径来实行的。

4.结语
拥有技术先进和爬坡能力强等优点的直线电机系统在城市交通轨道中的作用与常规轮轨系统相比较，孰轻孰重是显而易见的，所以不仅在技术上要大力支
持直线电机系统的研发，还应该应从政策上鼓励发展直线电机在多种轨道交通模式中的全面应用，现如今，交通的拥挤已将严重地影响到了人们的出行，而作为在当今社会受到了广大的乘客的青睐的地铁成为解决城市交通矛盾的有效手段，成为了城市的一种必不可少的交通工具，这主要是因为它集快捷、安全、舒适、大运量、低能耗、少污染等优点于一身，由此可以预见地铁在交通运输业中将会继续蓬勃发展下去。

直线电机在地铁等城市交通轨道系统中也将会因为自身独特的优势得到更为广泛的应用，会拥有一个欣欣向荣的明天。

参考文献
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[2]宋彤菊.直线电机的应用与发展方向[J].山西煤炭管理干部学院学报. 2008(04)
[3]刘晓玮.直线电机驱动技术和应用[J].科技创新导报.2008(06)。