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直线电机在磁浮交通系统中的应用摘要:本文首先介绍了发展磁浮交通系统的必要性，深入分析了直线电机的 工作原理及独特优势，进而阐述了直线感应电机、常导直线同步电机在轮轨车辆 中低速磁浮及高速磁浮中的应用最后以直线电机应用于TR08型高速磁浮车为 例，介绍其应用领域关键问题及技术关键词：直线电机；磁浮列车；TR08引言:随我国经济社会的快速发展，城镇之间的依赖关系进一步加强，城镇之间的 互联互通建设作用愈发明显鉴于目前我国轨道交通运行现状，发展更高速度等 级的轨道交通运输方式已成为推动社会发展的必然选择［1］目前，我国已掌握高 速客运装备关键技术，已研制出多种型号，速度等级涵盖200kM/h~400 kM/h的 各种型号的动车组产品，若需要进一步提高列车的速度等级，轮轨车辆已不再成 为最佳选择方案［2］磁浮交通系统作为一种新型轨道交通发展模式，除具有较高 的运行速度外，还具有能耗低、启动快及对环境影响小等优点，具有较好的发展 前景［3］截止目前，我国的高速铁路通车里程已达到2.5万公里，“八纵八横” 铁路网规划开始进入收尾阶段未来，磁浮交通系统将会成为轨道交通系统主流 发展方向直线电机作为磁浮列车的牵引机构，其研究已成为发展磁浮交通的关键技术 之一，探讨其在轨道交通中也显得尤为重要。

目前，随着社会经济的快速发展， 直线电机的研发与应用显得愈发迫切本文将介绍直线感应电机及直线同步电机 在高速磁浮系统中的应用1直线电机的工作原理及优势分析1.1原理直线电机的工作原理与传统旋转电机类似，可以将其看作由旋转电机沿半径 方向切开展平得来，旋转电机的定子对应于直线电机的初级，旋转电机的转子对 应于直线电机的次级较之于旋转电机气隙中的圆形旋转磁场，直线电机气隙磁 场为行波磁场，旋转电机转子相对于定子产生旋转运动，而直线电机的次级则相 对于直线电机的初级作直线运动通过改变通入定子绕组电流的大小、相位及频 率，可达到改变气隙磁场同步转速的目的1.2 优势直线电机与传统的旋转电机驱动系统相比，直线电机驱动具有以下优势［5~6］：（1）动力性能好直线电机产生电磁推力直接驱动车辆运行，不再受到轮 轨黏着因素限制车辆可获得较强的启动、加速及制动能力，加速度可达 1.2m/s2尤其具有较强的爬坡能力，线路的最大坡道可达80%°2）系统能耗低直线电机驱动的轨道交通车辆取消了齿轮箱等中间传动 机构，简化了系统结构，其能耗与地铁相当，用电量仅为轻轨车辆的一半3）转弯半径小车辆采用径向转向架，线路转弯半径可低至80m，使选择 线路的灵活性增加，显著提高了列车的曲线通过能力。

2 直线电机在轨道交通中的应用分析直线电机按其工作原理可分为直线感应电机及直线同步电机其中，直线感 应电机在磁浮交通系统中所对应的速度等级列车主要为中低速磁悬浮列车，而直 线同步电机主要应用于高速磁浮列车2.1 直线感应电机的应用按照直线感应电机的初级放置在车辆或轨道上可以将其分为短初级直线感应 电机及长初级直线感应电机短初级直线感应电机结构如图2所示I I —“ d「I X ；■!'图 2 短初级直线感应电机结构短初级直线感应电机初级放置于车辆之上，车载牵引变流器由受电弓或者受 流靴通过接触网或接触轨供电，其结构简单，制造成本低但是较之于长初级直 线感应电机其具有较低的运行效率，且运行中需要地面供电对列车接触供电，不 能实现车和线路之间完全无接触运行，所以比较适合用于直线电机轮轨车辆及低 速磁浮列车2005 年 12月，广州地铁 4号线开始试运营，该线路是我国第一条 采用直线电机驱动的城市轨道交通线路长初级直线感应电机结构如图 3 所示图3长初级直线感应电机结构长初级直线感应电机初级铺设于轨道，由地面牵引变流器供电，无需接触网 或接触轨，但具有较高的建设成本短次级置于车上，结构简单为达到节能及 高效的目的，该长初级可以分段铺设，采用分段分时的控制方式给轨道供电2.2 直线同步电机的应用直线同步电机根据其选用次级材料的不同可以将其分为电励磁直线同步电机 及永磁直线同步电机。

其中，永磁直线同步电机的励磁线圈为永磁体，具有单边 励磁及结构简单等优点，但是永磁体价格昂贵，且其为永久磁性，容易吸附杂物TR08 型磁浮列车牵引系统及悬浮系统均为长定子直线同步电机，该电机结构 紧凑，具有较高的效率及功率因数图 4 为长定子直线同步电机在结构图，其中 图4 (a)为电机剖面图，图4 (b)为电机在车辆中的示意图a）电机切面图（b）电机在磁浮车辆中的应用图 4 直线同步电机结构由图 4 可知，长定子直线同步电机中长定子安装于轨道，其铁芯由 0.5mm 厚 的硅钢片叠压而成，定子绕组均布于定子开口槽内部，转子（电磁铁）则安装于 车上轨道上的长定子绕组通入三相交流电后在气隙中产生“行波磁场”，该磁 场切割励磁绕组线圈后产生推动列车前进的电磁转矩；而对于励磁绕组来说，其 内部通入直流电后产生的磁场与定子铁芯相互作用，进而产生克服列车所受重力 使其起浮的垂向力；另外，电磁铁上还设计有齿谐波发电机，发电绕组切割谐波 磁场产生电能，用以对列车进行无接触供电由上述分析可知，该直线电机可同 时实现列车的悬浮、导向、牵引及发电功能结论本文主要对不同类型的直线电机在磁浮系统中的应用进行介绍，重点阐述了 直线电机的类型、结构及供电方式，共得出如下结论：（1） 直线电机驱动系统产生直线运动而不需要任何中间传动机构，具有动 力性能好、转弯半径小、能耗低及车辆截面小的优点。

2） 短初级直线感应电机的初级部分置于列车上，次级置于轨道，其车载 牵引变流器由受电弓或者受流靴通过接触网或接触轨供电，运行效率较低长初 级直线感应电机的次级部分置于列车上，初级置于轨道由地面牵引变流器供电 无需接触网或接触轨，但具有较高的建设成本3) TR08型高速磁浮列车选用的电机类型为长定子直线同步电机，其初级 安装于轨道，次级安装于列车底部，具有较高的功率因数参考文献[1] 吕刚.直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述[J].中国电机工程学 报,2020,40(17):5665-5675.[2] 黄书荣，徐伟，胡冬.轨道交通用直线感应电机发展状况综述[J].新型工业 化,2015,5(01):15-21.[3] 赵青峰，程晓民.直线电机在城市轨道交通系统中的应用[J].现代城市轨 道交通，2017(10):54-57.[4] 王利.现代直线电机关键控制技术及其应用研究[D].浙江大学,2012.[5] W Xu， G S Sun， Y H Li. Research on tractive characteristics of the single linear induction motor [C]. International Conference of Industry technology， 2006， 1(2): 510-516.[6] H. Soejima. Railway Technology in Japan-Challenges andStrategies[J]. Japan Railway & Transport Review， 2003(9): 4-13。