3 直线电机与城市地铁列车

感应板安置在轨道道床上
当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过 与轨道感应板的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上， 由于感应板固定在轨道上，反作用力推动定子，带动转向架和列车
直线电机分类
（1）按结构（5种）
短 初 级 短 次 级
单边型直线电动机
短 次 级 短 初 级
双边型直线电动机
直线电动机的工作原理
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， 在直线电动机中对应地称为法向、 纵向和横向；旋转电机的定子、转 子在直线电机中称为初级和次级
(4) 直线电机散热条件好，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，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较旋转电机 低，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。
当时条件限制，其研究不够深入，在线路设计、 决，最终未选用。
• 广州地铁4号线、5号线和6号线采用直线电机
轮轨交通，是我国第一个应用直线电机轮轨交
通的城市。
• 首都机场线2006年1月地面段开工，8月地下段
隧道开通，2008年4月1日试运行，7月19日在
奥运会开幕之前正式运营，是我国第二个应用
直线电机轮轨交通的城市。
导轨驱动技术。
• 日本超导磁浮技术ML、德国常导磁浮技术TR 、 上海磁浮线。
中低速磁浮交通：短定子直线感应电
机牵引。 • 日本东部丘陵线。
直线电机轮轨交通
• 采用短定子直线电机感应驱动、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。
• 轨道Βιβλιοθήκη Baidu敷设感应板，使其与安装在车上的定子
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）
直线电机轨道交通的分类
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。
• 目前主要包括：超高速磁浮、中低速磁浮交通。
超高速磁浮交通：长定子直线同步电机牵引、
• 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
• 20世纪80年代，北京曾对西直门至颐和园线采
用直线电机轮轨交通方式进行过初步研究，但 施工、运营中的许多关键技术问题没有完全解
气隙
• 指直线电机初级与次级之间的间距。 • 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8~12mm。
• 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，简称气轨。
工作原理
• 气垫悬浮采用气垫船的原理，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，导 轨侧壁可以作为导向轨。
• 导轨驱动、列车驱动
直线电动机传动的特点
(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。 (2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电
动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高。 (3) 直线电动机容易密封，不怕污染，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。
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
圆弧式直线电动机
圆盘式直线电动
（2）按定子长度：
• 长定子、短定子、分段长定子和双侧式直 线电机；
（3）按磁场是否同步：
• 直线同步电机、直线感应电机；
（4）按电机磁铁种类：
• 电磁电机（常导磁铁与超导磁铁）、 • 永磁电机；
（5）按初级线圈的安设位置不同：
从旋转电动机到直线电机电动机的演化
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交通车辆将电机的定子部分安装 在车辆的转向架上，将转子沿线路铺设在轨道中间。
旋转电机：结构复杂，重量重，体积大，啮合精度
差，且工作不可靠
直线电机：不需要中间转换装置，能够直接产生直
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中， 直线电机已得到推广和应用。
相互作用产生电磁力，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、 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 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驱动的 轮轨交通。
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直线电机
工作原理
传统的电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来 自于传统的旋转电机，它是依靠电动机的定子中产生的 旋转磁场使得其中的转子转动起来，再依靠传动装置将 动力传递到车轮从而使列车获得牵引动力。
驱动装置都在车上，车辆产生动力之后传递到车轮 上，依靠车轮与钢轨的黏着力驱动车辆向前行驶。