直线电机与城市地铁列车

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

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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。第2页/共30页第二页，共31页。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

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第3页/共30页第三页，共31页。

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。第4页/共30页第四页，共31页。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。

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感应板安置在轨道道床上第6页/共30页第六页，共31页。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，带动转向架和列车向前运行。第7页/共30页第七页，共31页。短初级短次级双边型直线电动机短次级短初级单边型直线电动机直线电机分类（1）按结构（5种）第8页/共30页第八页，共31页。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机第9页/共30页第九页，共31页。（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；第10页/共30页第十页，共31页。（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：导轨驱动、列车驱动第11页/共30页第十一页，共31页。(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。

直线电动机传动的特点第12页/共30页第十二页，共31页。(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。第13页/共30页第十三页，共31页。（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。第14页/共30页第十四页，共31页。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。第15页/共30页第十五页，共31页。直线电机在列车中应用

第16页/共30页第十六页，共31页。直线电机城轨车辆及线路（广铁四号线）第17页/共30页第十七页，共31页。第18页/共30页第十八页，共31页。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通的分类第19页/共30页第十九页，共31页。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。第20页/共30页第二十页，共31页。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ML、德国常导磁浮技术TR、上海磁浮线。第21页/共30页第二十一页，共31页。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。第22页/共30页第二十二页，共31页。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。轨道上敷设感应板，使其与安装在车上的定子相互作用产生电磁力，驱动列车运行。第23页/共30页第二十三页，共31页。

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。第24页/共30页第二十四页，共31页。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。第25页/共30页第二十五页，共31页。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。第26页/共30页第二十六页，共31页。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。第27页/共30页第二十七页，共31页。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。第28页/共30页第二十八页，共31页。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。第29页/共30页第二十九页，共31页。感谢您的观看！第30页/共30页第三十页，共31页。内容总结直