直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：介紹了直線電機(jī)工作原理和直線電機(jī)電動(dòng)車特點(diǎn)，以及日本利用直線電機(jī)的地鐵和常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)發(fā)展的概況。城市交通在城市的發(fā)展過程中愈來愈重要，而城市軌道交通占據(jù)突出的位置。由于近年來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，包括地鐵、輕軌交通、單軌交通、新交通系統(tǒng)以及磁懸浮交通系統(tǒng)等城市軌道交通的形式變化多樣。在改善城市交通的時(shí)候，各個(gè)城市根據(jù)自己城市的具體特點(diǎn)選擇交通系統(tǒng)的范用也更寬。安全、舒適、髙密度運(yùn)行，通過引入新技術(shù)達(dá)到節(jié)能，保護(hù)環(huán)境，降低成本，從結(jié)構(gòu)和性能上采取措施，不斷進(jìn)行改進(jìn)，保持先進(jìn)性是城市軌道交通存在的價(jià)值。在城市軌道交通系統(tǒng)中，根據(jù)車輛的特點(diǎn)，采用直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)又提供了一種新的選擇。直線電機(jī)的工作原理通常，電動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)型的。立子包圍著圓筒形的轉(zhuǎn)子，左子形成磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中流過電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。而直線電機(jī)則是將兩個(gè)圓簡(jiǎn)形部件展開成平板狀，而對(duì)而，泄子在相應(yīng)于轉(zhuǎn)子移動(dòng)的長(zhǎng)度方向上延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子通過一左的方式被支承起來，并保持穩(wěn)泄，形成轉(zhuǎn)子和定子之間的空隙。直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、同步電機(jī)等都可做成直線電機(jī)，但是，直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上無法做成無整流子型，所以，直線電機(jī)一般為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。這些交流電動(dòng)機(jī)的 1次側(cè)有作為左子側(cè)的，也有作為轉(zhuǎn)子側(cè)即移動(dòng)體側(cè)的。例如，超導(dǎo)磁懸浮中，同步電動(dòng)機(jī)的泄子（地上）是1次側(cè)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在地上務(wù)動(dòng)；而地鐵的直線電機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝在 車上，2次側(cè)固左在地上。前者的空隙靠左右導(dǎo)向線圈保持，而后者靠車輪保持。產(chǎn)生推進(jìn)力的原理與電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生力矩的原理一樣，在直線電機(jī)地鐵中，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動(dòng)機(jī)沿前進(jìn)方向產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)。讓面對(duì)該磁場(chǎng)、安裝在地上的反作用板（相當(dāng)于2次線圈）中通過2次電流（渦電流），由這個(gè)2次電流切割磁場(chǎng)產(chǎn)生的力作為反作用力，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動(dòng)機(jī)得到推進(jìn)力。直線電機(jī)的基本缺點(diǎn)是很難將左子與轉(zhuǎn)子空隙做成象旋轉(zhuǎn)式電機(jī)那么小，旋轉(zhuǎn)式是無限循環(huán)的，而宜線電動(dòng)機(jī)是有端頭的。為此，泄漏磁通多，電氣一機(jī)械能量轉(zhuǎn)換的效率低，如 果要得到相同的輸岀，逆變器的容量需要比旋轉(zhuǎn)式大。直線電機(jī)電動(dòng)車的特點(diǎn)在使用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)的電動(dòng)車中，一般是通過齒輪減速將旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)換為列車的牽引力，同時(shí)也受到輪軌間粘著的限制。直線電機(jī)電動(dòng)車的推進(jìn)力和制動(dòng)力都利用直線電機(jī)，如上所述，有1次側(cè)在車上和地上2科-1次側(cè)在車上時(shí)，要將VVVF逆變器和直線電機(jī)裝載在車上，使車輛重疑增加，車輛價(jià)格高；但在地而上的設(shè)備僅只有反作用板，又降低了建設(shè)費(fèi)用。1次側(cè)在車上的方式已在一部分地鐵得到了實(shí)際應(yīng)用。在直線電機(jī)的電動(dòng)車中，推進(jìn)力由鋪設(shè)在鋼軌間的反作用板直接傳遞，所以不受粘著的限制，有可能從滑行和空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的各種問題中解脫出來，有利于通過大坡道（最大坡度可達(dá) 60%。?80%。）和小半徑曲線（最小半徑為50m）的線路。此外，由于直線電機(jī)無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，所以不需要軸承和潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，延長(zhǎng)壽命，這是貝最大的特點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)力矩與其直徑的平方成正比，所以要得到大的旋轉(zhuǎn)力矩，電動(dòng)機(jī) 的直徑就要增大，在直線電機(jī)中，這相當(dāng)于將相應(yīng)的部分在長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)，而高度方向可以減小。在大型電機(jī)中，如果是1級(jí)齒輪減速，車輪直徑也必須加大；而在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)中， 則不必如此，所以，可以減小車輪的宜徑，這將使車輛的地板面的髙度降低。以上的優(yōu)點(diǎn)就是小斷而地鐵采用直線電機(jī)電動(dòng)車的理由。但是，直線電機(jī)的效率低，與相同的地鐵比，電力的消耗量多，除這個(gè)缺點(diǎn)外，上述的優(yōu)點(diǎn)也有不能充分發(fā)揮的時(shí)候。因?yàn)椴皇苷持拗疲栽跔恳龝r(shí)，線路的坡度可以取大：但是，在制動(dòng)時(shí)，如果電氣制動(dòng)失效，就必須依賴于機(jī)械制動(dòng)，這受粘著控制，所以，線路 的坡度又不能太大。此外，由于直線電機(jī)是扁平狀的設(shè)備，車輛地板而的髙度可以降低，這 時(shí)車輪的直徑也可以減小。但直徑小的車輪磨耗會(huì)加快，所以實(shí)際上不能太小。由于扁平狀 直線電機(jī)的長(zhǎng)度可以加長(zhǎng)，所以，一臺(tái)轉(zhuǎn)向架裝一臺(tái)電機(jī)即可，這就是現(xiàn)在的直線電機(jī)地鐵 為全動(dòng)車編組的理由之一。直線電機(jī)電動(dòng)車在日本的應(yīng)用和發(fā)展3.1直線電機(jī)地鐵在建設(shè)地鐵的成本中，開鑿地下隧道的成本占了很大一塊，采用直線電機(jī)電動(dòng)車對(duì)降低開鑿地下隧道的成本，從而對(duì)降低整個(gè)地鐵的建設(shè)成本非常有利。以日本為例，普通地下鐵 隧道的直徑為5.8m,而直線電機(jī)地鐵隧道的直徑為4.0?4.3m?？梢怨浪悖笳咚淼拦こ痰拈_鑿量可比前者減少1/3左右，這意味著地鐵的成本將大大下降。此外，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比,直線電機(jī)的形狀平坦，因而可以降低車輛地板而高度和減少整個(gè)車倆尺寸，但這并不影響車輛內(nèi)部的空間，即不會(huì)對(duì)旅客帶來不便。直線電機(jī)只是產(chǎn)生車輛的驅(qū)動(dòng)力，車輛仍使用鋼制 車輪和鋼軌作為支承和導(dǎo)向系統(tǒng)。在日本，直線電機(jī)地鐵已在東京和大阪投入運(yùn)用，直線電機(jī)地鐵車輛的控制系統(tǒng)均為帶再生制動(dòng)的VVVF逆變器控制，并均采用鋁合金車體，車輛泄員為90?100人。橫濱、神戶、福岡的直線電機(jī)地鐵也正在建設(shè)或規(guī)劃中。3.2常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)與現(xiàn)行的鐵道相比，是全新的交通系統(tǒng)。由于走行裝置與軌道不接觸，所以，噪聲與振動(dòng)很小，基本上不發(fā)生磨耗，在環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性和維修方面都較為優(yōu)越，利用其可通過大坡道和小半徑曲線線路的特點(diǎn)，作為一種新型城市軌逍交通是可行的， 經(jīng)過多年的開發(fā)研究，最髙速度為100km/h的HSST-100型車倆將在名古屋等城市得到應(yīng)用。在劃古屋采用HSST的線路稱作東部丘陵線，總投資額1000億日元，全長(zhǎng)9km,設(shè)9個(gè)車站，預(yù)估客流量3萬人/日，最大坡度60%。，最小曲線半徑75m,無人駕駛，每列3輛編組，共8列，高峰時(shí)每編組乘車人員約400人，供電電源為DC1500V,由梁兩側(cè)剛性接觸網(wǎng)供電，在線路中間地點(diǎn)設(shè)置1個(gè)變電所，另外，還設(shè)有車輛檢修基地。這條線路預(yù)計(jì)2005年3月開業(yè)通車。直線電機(jī)地鐵雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，如建設(shè)成本低、通過大坡道能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎曲線半徑小、維修少、運(yùn)行平穩(wěn)等，并已經(jīng)在一些城市得到運(yùn)用，但其載客捲少，所以，目前只能作為現(xiàn)有地鐵的補(bǔ)充。常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)與現(xiàn)行的鐵道相比是全新的交通系統(tǒng)，其所具有的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)使之在城