3--直线电机与城市地铁列车

1、直线电机与城轨列车直线电机与城轨列车直线电动机的定义利用电能直接产生直线运动的电动机称为利用电能直接产生直线运动的电动机称为直线电机直线电机 传统的电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来传统的电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传统的自于传统的旋转电机旋转电机，它是依靠电动机的，它是依靠电动机的定子定子中产生的中产生的旋转磁场旋转磁场使得其中的使得其中的转子转子转动起来，再依靠转动起来，再依靠传动装置传动装置将将动力传递到动力传递到车轮车轮从而使列车获得从而使列车获得牵引动力牵引动力。驱动装置都在驱动装置都在车上车上，车辆产生动力之后传递到，车辆产生动力之后传递到车轮车轮上，依靠车轮与钢轨的

2、黏着力驱动车辆向前行驶。上，依靠车轮与钢轨的黏着力驱动车辆向前行驶。与旋转电动机不同，直线电动机是能够直接产生直线运动的电动机，它可以看成是从旋转电动机演化而来，如图所示。设想把旋转电动机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，就得到了直线电动机。旋转电动机的径向、周向和轴向径向、周向和轴向，在直线电动机中对应地称为法向、法向、纵向和横向纵向和横向；旋转电机的定子、转定子、转子子在直线电机中称为初级和次级初级和次级 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直线电动机的工作原理 直线电机如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。直线电机如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。 直线电机牵引的轮轨

3、交通车辆将电机的直线电机牵引的轮轨交通车辆将电机的定子定子部分安装部分安装在车辆的在车辆的转向架转向架上，将上，将转子转子沿线路铺设在沿线路铺设在轨道中间轨道中间。旋转电机：旋转电机：结构复杂，重量重，体积大，啮合精度结构复杂，重量重，体积大，啮合精度差差，且工作不可靠工作不可靠直线电机：直线电机：不需要中间转换装置，能够直接产生直不需要中间转换装置，能够直接产生直线运动。线运动。 各种新技术和需求的出现和拓展推动了直线电机的研究和生产，目前在交通运输、机械工业和仪器仪表工业交通运输、机械工业和仪器仪表工业中，直线电机已得到推广和应用。 感应板安置在轨道道床上感应板安置在轨道道床上 当电流通过

4、定子电磁铁线圈时，会产生当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场向前方向的磁场，通过与，通过与轨道感应板的相互作用产生轨道感应板的相互作用产生牵引力牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由。列车靠车轮支撑在轨道上，由于感应板固定在轨道上，于感应板固定在轨道上，反作用力推动定子反作用力推动定子，带动转向架和列车向，带动转向架和列车向前运行。前运行。短初级短初级 短次级短次级 双边型直线电动机短次级短次级短初级短初级单边型直线电动机直线电机分类（1）按结构（按结构（5种）种）圆筒式直线电动机 从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化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

5、机（2）按定子长度：）按定子长度： 长定子、短定子、分段长定子和双侧式直长定子、短定子、分段长定子和双侧式直线电机；线电机；（3）按磁场是否同步：）按磁场是否同步： 直线同步电机、直线感应电机；直线同步电机、直线感应电机；（4）按电机磁铁种类：）按电机磁铁种类： 电磁电机（常导磁铁与超导磁铁）、电磁电机（常导磁铁与超导磁铁）、 永磁电机；永磁电机；（5）按初级线圈的安设位置不同：）按初级线圈的安设位置不同： 导轨驱动、列车驱动导轨驱动、列车驱动(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

6、动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高反应速度快，灵敏度高，准确度高。(3) 直线电动机容易密封容易密封，不怕污染，适应性强适应性强。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。直线电动机传动的特点直线电动机传动的特点(4) 直线电机散热条件好散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。(5) 装配灵活性大装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。(6) 某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉力等等。（7）直线电机的功率和功率因数功率和功率因数较旋转电机低，

7、尤其在低速时较明显；（8）对直线电机的设计与安装精度要求高设计与安装精度要求高。气隙 指直线电机指直线电机初级与次级初级与次级之间的间距。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812mm。 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。直线电机在列车中应用直线电机在列车中应用直线电机城轨车辆及线路（广铁四号线）直线电机城轨车辆及线路（广铁四号线）磁浮交通直线电机轮轨交通直线电机单轨交通直线电机气浮轨道交通直线电机轨道交

8、通的分类磁浮交通磁浮交通 采用直线电机牵引、电磁导向、电磁悬浮或电动悬浮技术，使列车沿着轨道无接触运行。 简称磁浮交通、磁轨交通、磁轨，磁轨铁路磁浮交通、磁轨交通、磁轨，磁轨铁路。 目前主要包括：超高速磁浮、中低速磁浮交通。超高速磁浮、中低速磁浮交通。超高速磁浮交通：超高速磁浮交通：长定子直线同步电机牵引、导轨驱动技术。 日本超导磁浮技术日本超导磁浮技术ML、德国常导磁浮技术、德国常导磁浮技术TR 、上海磁浮线。上海磁浮线。中低速磁浮交通：中低速磁浮交通：短定子直线感应电短定子直线感应电机牵引。机牵引。 日本东部丘陵线。日本东部丘陵线。直线电机轮轨交通直线电机轮轨交通 采用短定子直线电机感应驱

9、动、依靠钢轮与钢轨系统进行支撑和导向的轨道交通。 简称直线电机地铁、直轨交通、直轨。直线电机地铁、直轨交通、直轨。 轨道上敷设轨道上敷设感应板感应板，使其与安装在车上的，使其与安装在车上的定子定子相互作用产生相互作用产生电磁力电磁力，驱动列车运行。，驱动列车运行。 目前，国外正在研究分段长定子直线电机驱动的轮轨交通，已在美国国会地铁、休斯顿机场线、美国国会地铁、休斯顿机场线、加州迪斯尼乐园内加州迪斯尼乐园内建起了相应的运营线，但是由于线路比较短、列车长度短、载客量少、速度较线路比较短、列车长度短、载客量少、速度较低且大都不对外开放低且大都不对外开放，目前不是直线电机轮轨交通的主流技术，因此，我

10、们通常所说的直线电机轮轨交通，一般是指短定子直线感应电机短定子直线感应电机驱动的轮轨交通。直线电机单轨交通直线电机单轨交通 依靠直线电机驱动、气垫支撑的轨道交通，也称为直线电机气垫轨道交通直线电机气垫轨道交通，简称气轨气轨。工作原理工作原理 气垫悬浮采用气垫船气垫船的原理，用压缩机将空气吹向地面，通过提高出口处空气流速得到浮力，使车辆悬浮起来。 由于气垫自身具有支撑功能，所以没有必要再装备支撑车轮，导轨断面为槽形槽形，导轨侧壁可以作为导向轨。 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，北京曾对西直门西直门至颐和园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。 广州广州地铁4