轨道交通中的直线感应电机

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1、轨道交通中的直线电机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

2、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，

3、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5轨道交通中的直线电机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。（a）短初级单边电机（b）短次级单边电机（c）短初级双

4、边电机（d）短次级双边电机图2直线电机的结构示意图短初级直线电机的初级安装在车上，和短次级直线电机相比具有一定的优势，主要体现在以下几点：1)短初级电机功率吸收较好；2)短初级电机运行耗能较小；3)短初级电机中，次级可以制作成一块导电金属板，结构简单，造价低，维修方便。在轨道交通的应用上，单边直线电机又相对双边直线电机具有优势，主要体现在以下方面：1)单边直线电机水平安装，在横向上可以自由移动，简化了车辆和轨道间的转辙问题，而双边直线电机为垂直次级（反应轨结构），在道路交叉口和转辙点灵活性较差，活动范围较小。2)单边电机的气隙宽度有一定波动范围，控制相对简单；而双边电机在电机运

5、行时，两边的气隙宽度必须严格控制，以免影响推力等特性量，增加了系统控制的难度。3)单边电机具有导轨垂直方向的作用力，如果有效利用可以抵消部分车体重量，双边电机的结构对称，不存在导轨垂直方向的作用力。因为上述原因，在实际交通系统中，大多采用单边短初级直线电机。3直线电机驱动系统的优势和传统的旋转电机牵引系统相比，直线电机牵引系统具有以下的优势：1)爬坡能力强直线电机牵引属于非粘着驱动，牵引系统的钢轮仅起支撑和导向作用，5轨道交通中的直线电机列车前进靠直线电机的磁力推动，系统具有优良的动力性能和爬坡能力，其线路的最大坡度可达8％，远大于传统轮轨系统的(3-4)％的最大坡度。系统在选

6、线时比较自由，可以直接穿过比较陡的山坡和障碍物，也可以设置较陡的高架，线路大为缩短。1)转弯半径小直线电机牵引系统无需减速齿轮等装置，转向架设计自由度大，系统采用径向转向架，可使得列车的转弯半径大大减小。列车的线路曲线半径可减少到80m，而传统地铁是300m。在温哥华，最小曲线半径达50m。小曲线半径大大增加了线路设计的自由度，可减少地面建筑物的拆迁量。车辆在平面上拐弯自如，可方便地绕过城市地下和地上建筑物。2)隧道盾构面减小，建设成本降低在直线电机牵引机车中，车轮只起车体的支撑作用，轮径较小，使车辆总高度降低，整个系统小型化，减少了行走区间的断面面积。以日本福冈线为例。采用直

7、线电机牵引的3号线（七隈线）系统隧道断面与传统旋转电机牵引的1、2号线（空港线和箱崎线）隧道断面的比较如图4所示。结果表明，3号线的隧道盾构面为22m2，只有1、2号线的隧道断面41m2的53％，土方面积减少了47％。因此在地铁系统中，直线电机系统造价大为减少。3)噪音小和维护简单由于系统的轮轨只起支撑作用，列车靠电磁推力驱动前进，也没有齿轮传动机构的啮合噪声等，所以车辆振动小，噪音低。行车噪音仅有65-74dB，比轻轨低10dB以上。另外系统的次级放在轨道上，结构简单牢固，车轮对轨道的磨损