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。

关键词：直线电机；城市轨道交通；地铁；磁悬浮；电动车

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웃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น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。 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—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。

2 直线电机电动车的特点

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。 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ด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，所以，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。

3 直线电机电动车在日本的应用和发展

3.1 直线电机地铁

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，从而对降低整个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，见图1。可以估算，后者隧道工程的开凿量可比前者减少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。3.2 常导磁悬浮交通系统

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、转弯曲线半径小、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。

参考 文献

1 事务局 リニア地下铁车辆机械ソヮンポイント·レッスン讲座69Rm2001.2

2 长野秀洋 常电导磁气浮上式交通システムHSSTの最近の动向についてJREA2001