城轨交通的一种新模式_直线电机驱动地铁车辆

轨道交通中的直线电机摘要：近年来城市轨道交通高速发展，对缓解城市交通压力起到了重要作用。

直线电机牵引系统由于结构简单、系统能耗小、造价低等优点，在轨道交通中得到越来越广泛的应用。

本文简单介绍了直线电机的原理和常见种类，对直线电机在轨道交通中的应用情况作了概括。

关键词：轨道交通，直线电机0引言城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，甚至成为制约城市发展的瓶颈。

轨道交通系统作为现代化大都市的标志之一，是城市客运的骨干系统，将引导城市空间布局的演化，在城市交通中占据突出位置。

随着科技的进步，轨道交通不仅在速度、密度、重量等性能方面有了很大提高，而且牵引方式也发生了巨大的变革。

直线电机牵引系统因造价低、线路适用性强、养护维修简单、噪音低等优点，在轨道交通中得到了广泛应用1直线电机的原理直线电机是将旋转电机的定子和转子纵向剖开并横向展平，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。

旋转电机的定子和转子分别对应于直线电机的初级和次级。

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，会在初级和次级的气隙中形成磁场，如果不考虑端部效应，这个磁场在直线方向应当是成正弦分布的，只是每个磁场是平移而不是旋转的，所以有的成为行波磁场，行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力，这就是直线电机的工作原理。

图1直线电机原理示意图2轨道交通中直线电机的主要形式直线电机的初级和次级分别对应着旋转电机的定子和转子。

按初级和次级结构形式等的不同，轨道交通中直线电机的常见结构可以分为4类：短初级单边直线电机、短次级单边直线电机、短初级双边直线电机和短次级双边直线电机。

其中短初级是将电机初级放在车上，次级放在地面上，而短次级则是把电机初级放在地面上，次级放在车上。

单边是指一台电机有一个初级绕组，双边是指一台电机有两个对称的初级绕组。

直线电机交通模式与技术经济特性随着城市化的不断发展，市民的出行需求与日俱增。

交通拥堵和环境污染已成为困扰城市发展的问题之一。

因此，提高城市轨道交通系统的发展和效率，成为了城市可持续发展的重中之重。

在这一过程中，直线电机技术因其卓越的性能和经济特性而逐渐受到市场的关注。

本文将从交通模式和技术经济角度分析直线电机应用于城市轨道交通系统中的优势。

一、交通模式的较优性城市轨道交通分成地铁、轻轨和城市快速交通三种，由于城市快速交通技术相对落后，二者中我们选取地铁和轻轨作为比较对象。

地铁是一种基于轨道的城市地下交通系统，优点是线路长、运量大、人流稳定、运营时间长，但由于隧道长度、土方开挖量、车站数量等因素会带来巨大的建设和运营成本。

轻轨则是基于地面、高架或地下的城市轻型铁路系统。

作为快速、大容量的城市交通系统，轻轨相对于地铁，基建成本较低、建设周期较短，适合城市中、低密度地区。

但由于受地形、交通流量等因素的制约，它的运输能力相对于地铁有一定的局限性，需建设大量系统来完善城市交通网络。

直线电机交通模式的区别在于其线路形状和驱动/制动方式。

直线电机驱动的轨道公司，使用设计合理的外形、结构新颖的车辆，可实现大幅度提升运输能力，适合承接高强度、高效的城市轨道交通需求。

在具体应用中，直线电机技术还可以根据需求灵活设计线路、站点，为城市交通系统提供更加完善的服务。

二、技术经济特性的优越性1、节能性直线电机应用在城市轨道交通系统中具有优秀的节能特性。

根据专家研究数据显示，直线电机驱动的车辆在运行过程中，由于动力系统的优缺点表现迥异，有效能耗比传统轨道交通低约20%。

2、维护成本直线电机使用非接触式线性电机技术，起动扭矩大、启动平稳，具有自愈能力，使得维护成本相对其它轨道交通模式而言极低。

同时，其技术有利于运用现代化信息技术实现故障诊断和监测，以降低事故发生的风险。

3、环保性直线电机的应用使城市轨道交通系统更加环保。

根据国内研究机构提供的统计数据，使用直线电机技术的交通系统，100%从能源、减排、噪音约为传统轨道交通的70%。

直线电机在城市轨道交通系统中的应用摘要：介绍了直线电机工作原理和直线电机电动车特点，以及日本利用直线电机的地铁和常导磁悬浮交通系统发展的概况。

城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要，而城市轨道交通占据突出的位置。

由于近年来科学技术的发展和进步，包括地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等城市轨道交通的形式变化多样。

在改善城市交通的时候，各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。

安全、舒适、高密度运行，通过引入新技术达到节能，保护环境，降低成本，从结构和性能上采取措施，不断进行改进，保持先进性是城市轨道交通存在的价值。

在城市轨道交通系统中，根据车辆的特点，采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。

1 直线电机的工作原理通常，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。

- 1 - 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

: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  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。 - 2 -

概述  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：  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。  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。

 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。  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。  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。  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。

 直线电机主要有两方面不足：  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。  直线电机特别是直线感应电动机的起动推力，受电源电压的影响较大，故需采取有关措施保证电源灯的稳定或改变电机的有关特性来减少或消除这种影响。 1、直线电机的发展历史

城市轨道交通车辆的分类引言城市轨道交通作为现代城市重要的公共交通工具之一，发展迅速，逐渐成为人们出行的首选方式。

而轨道交通车辆作为轨道交通系统的核心组成部分，对乘客的安全、舒适以及运营效率有着重要影响。

本文将从不同角度对城市轨道交通车辆进行分类，并分析各类车辆的特点、优缺点等。

传统地铁车辆传统地铁车辆是最常见的城市轨道交通车辆，根据动力来源以及车辆结构等因素，可将传统地铁车辆分为以下几类：1. 直流电力驱动车辆直流电力驱动车辆采用直流电动机作为驱动力源，通常以第三轨供电。

这类车辆具有传统的设计和结构，成熟可靠，广泛运用于早期地铁系统。

但由于其电气设计相对简单，能效较低，且无法实现调速控制，因此不适合长距离、高速运营。

2. 交流电力驱动车辆交流电力驱动车辆采用交流电动机作为驱动力源，通常以架空线供电。

这类车辆的设计和结构相对较新，能够实现调速控制，具备更高的能效和运营效率。

许多现代地铁系统已经采用交流电力驱动车辆，以提高系统的性能和可靠性。

3. 线性电机驱动车辆线性电机驱动车辆采用线性电动机作为驱动力源，通过轨道上的电磁场与车辆上的线性电机相互作用来推动车辆运动。

这类车辆的特点是无需牵引线，减少了建设成本和环境污染，并且能够实现更高的加速度和制动效果。

线性电机驱动车辆在高速磁悬浮列车等新型城市轨道交通系统中得到广泛应用。

轻轨车辆轻轨车辆是介于传统地铁车辆和有轨电车之间的一类城市轨道交通车辆。

根据设计和使用需求的不同，轻轨车辆可分为以下几类：1. 快速轻轨车辆快速轻轨车辆通常采用交流电力驱动，具备较高的运营速度和能效。

这类车辆通常在城市快速交通系统中应用，能够满足乘客长距离、高速出行的需求。

快速轻轨车辆在大城市的联通线路和郊区快速交通系统中得到广泛使用。

2. 城市短距离轻轨车辆城市短距离轻轨车辆通常采用直流电力驱动，适用于城市内的短距离交通需求。

这类车辆相对较小、灵活，能够在城市狭窄的区域内运行，并且可以与其他交通方式进行接驳。

直线电机交通模式及技术经济特性1、引言从1825年世界第一条铁路出现算起，轨道交通已有近180年的历史。

特别是上个世纪中叶以来，随着科技的进步，轨道交通运输方式不仅在诸如速度、密度、重量等性能方面有了很大提高，而且轨道交通方式本身也发生了巨大的变革。

快速轨道交通有地铁、轻轨、单轨等多种方式。

牵引方式历经蒸汽牵引、内燃牵引、电力牵引等阶段，目前在世界范围内又发展出直线电机牵引的交通方式，包括磁悬浮铁路、直线电机轮轨交通、磁悬浮飞机等。

该交通方式目前正在迅速发展，将来会成为本世纪的主要交通方式之一。

本文介绍以直线电机作为牵引方式的新型客运交通方式，主要包括技术原理和技术经济分析，最后对我国发展轨道交通系统提出发展建议。

2. 直线电机及分类2.1 直线电机原理传统的轮轨接触式铁路，车辆所获得的牵引力（或称驱动力）、导向力和支承力均依靠轮轨相互作用获得，电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传统的旋转电机。

直线电机交通系统不使用传统的旋转电机而使用直线电机(liner motor)来获得牵引动力。

可以想象将传统的旋转电机从转子中心向一侧切开并且展直，这样旋转电机则变为直线电机。

或者认为直线电机是半径无限大的旋转电机。

这时定子中的旋转磁场将变为直线移动磁场，车辆将随着直线电机磁场的移动而向前运动。

2.2直线电机分类直线电机可以根据磁场是否同步、定子长度及驱动方式等因素进行分类。

2.2.1 按直线电机定子长度划分根据定子长度的不同，直线电机可以划分为长定子直线电机和短定子直线电机。

长定子直线电机的定子（初级线圈）设置在导轨上，其定子绕组可以在导轨上无限长地铺设，故称为“长定子”。

长定子直线电机通常用在高速及超高速磁悬浮铁路中，应用在长大干线及城际铁路领域。

短定子直线电机的定子设置在车辆上。

由于其长度受列车长度的限制，故称为“短定子”。

短定子直线电机通常用在中低速磁悬浮铁路及直线电机轮轨交通中，用在城市轨道交通领域。

直线电机地铁转向架的若干方面思考1 直线电机系统的工作特点直线电机系统的工作原理是将旋转电机展开，转子展开后安装在轨道上，形成感应板；定子展开后安装在车辆转向架上，形成直线电机。

通过感应电流磁化的车载磁铁产生排斥和吸引，对车辆实现驱动和制动[ 1]。

直线电机系统是介于磁悬浮与轮轨系统之间的一种轨道系统，并区别于传统轨道交通牵引模式。

它既有传统轮轨系统的安全可靠性，又有磁悬浮系统非粘着的特点，非常适合城轨车辆。

直线电机的驱动具有如下特点：（1）直线电机与传统的旋转电机不同，是由直线运动来代替旋转，因此它是一种非粘着的驱动方式，不受粘着系数的限制。

具有较强的爬坡能力（最大坡度可达80%），有利于线路断面设计，有利于选线和避开地下建筑物，同时有利于地下至地面、高架线的过渡，降低线路制造成本。

（2）取消了旋转电机和齿轮箱，减少了噪声，转向架内部空间可用来安置自导向或迫导向机构，使转向架更趋于简化。

（3）圆形电机取消后，轮径可以减小，从而提高轮对的蠕滑导向能力，有效地降低车辆地板高度，实现车辆的小型化，进而减小隧道的空间。

（4）取消旋转电机后，可以实现构架内置，从而减小转向架重量。

（5）直线电机对气隙要求高，气隙是指直线电机与感应板之间的间隙，间隙小会引起碰撞，间隙大会导致传动效率降低。

从直线电机的特性上来看，励磁无功功率与气隙成正比，其功率和功率因数也要比普通电机稍差些，所以希望气隙要小一些；但考虑到感应板的制造、铺设施工精度和运行中的变动，气隙不可能太小，一般多设定在10 mm ～12 mm 。

2 直线电机转向架的基本结构地铁车辆转向架为二轴转向架，每台转向架由1台直线电机驱动，转向架结构示于图1。

直线电机通过悬挂梁采用全悬挂方式安装在转向架轴箱上，悬挂结构如图2所示。

直线电机与转向架之间以及车体和转向架之间的纵向作用力的传递通过纵向牵引杆来实现。

构架俯视呈“目”形结构，采用箱形全钢板焊接结构。

构架侧梁由U 形断面压型的上下盖板组焊而成，为中间下凹的鱼腹箱形结构，以保证侧梁的抗弯、抗扭性能。

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。