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直线电机在城市轨道交通系统中的应用

赵青峰;程晓民

【摘要】简要介绍直线电机驱动系统的工作原理,概述其在城市轨道交通系统应用

中的优势.根据发展过程,详细阐述直线电机在国内外城市轨道交通中的应用情况.随

后,通过分析实际运用情况,探讨直线电机在我国城市轨道交通系统运营中出现的问

题及解决办法.最后提出,直线电机城市轨道交通系统作为一种独特的制式,在未来的

城市交通中具有一定的应用前景.

【期刊名称】《现代城市轨道交通》

【年(卷),期】2017(000)010

【总页数】4页(P54-57)

【关键词】城市轨道交通;直线电机;优势;应用

【作者】赵青峰;程晓民

【作者单位】长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710064;宁波工程学院材料

工程研究所,浙江宁波315016

【正文语种】中文

【中图分类】U264.1+4

随着社会的发展，中国城市人口越来越多，引起了严重的交通问题。由于载客量大、

行驶不拥堵、方便等特点，地铁已成为城市中不可缺少的交通工具，也是一种绿色

交通[1]。在传统城市轨道交通系统中，列车采用旋转电动机驱动。这种驱动模式

依赖于轮轨之间的粘着力，因此，列车的速度、加速度及爬坡能力等都受到一定的

限制，同时，传统驱动模式还具有车型大、噪声高等一系列缺点，逐渐不能适应新

的交通模式[2]。而直线电机驱动模式取消了中间的传动机构，电磁力直接作为牵

引力驱动车辆运行，是一种完全非粘着驱动系统。因此，相对传统驱动模式，直线

电机驱动是一种新型的驱动方式。

直线电机驱动与旋转电机驱动不同，它取消了中间的传动环节，直接将电能转换成

运动所需的机械能。直线电机可分为直线同步电机和直线感应电机（直线异步电

机），在城市轨道交通系统中，一般使用直线感应电机作为驱动电机[3]。

直线电机可看作由旋转电机沿圆周方向展平而来[4]，其工作原理与旋转电机相似。

直线电机的电磁铁和绕组作为定子安装在车辆转向架上，感应板则作为转子固定在

轨道中间，当电磁铁通电时，产生的行波磁场和感应板相互作用，该作用产生的力

即为列车运动所需的牵引力，若改变通入的电流方向，列车则反方向运行[3]。

直线电机驱动系统依靠电磁力直接驱动，是一种完全非粘着驱动系统，与传统粘着

系统相比，具有以下一系列优势。

直线电机驱动的城市轨道交通车辆不再受轮轨粘着限制，电磁力直接作为列车运行

的牵引力，具有较好的启动、制动及加速等特性，爬坡能力更强。直线电机城市轨

道交通系统的坡度可达60%～80%，是传统城市轨道交通坡度的2倍，这有利于

线路设计，大大减少工程造价[3，5-7]。

由于直线电机驱动便于采用径向转向架，使线路曲线半径从传统的300m降低到

80m，这可避开地上及地下设施，有利于线路选择。采用直线电机驱动的径向转

向架还具有磁迫导作用，电磁场使得直线电机定子时刻对正感应板，有效抑制了车

辆的蛇形运动，车辆可更快速地通过曲线[8-9]。

直线电机驱动的城市轨道交通，车轮与钢轨间的粘着作用噪声减少，而且直线电机

驱动系统没有中间传动环节，也消除了这部分噪声，所以，城市轨道交通可以穿过

人口密集区而不会引起噪声污染[6，10]。

由于直线电机车辆轻，所需车轮小，因此，其车辆高度可比传统车辆降低60cm。

此外，其他装置经过小型设计，总体可将车辆横断面积减少到原来的60%，这可

以减小隧道横断面积，降低工程费用[2，10]。

直线电机驱动的城市轨道交通系统是一种全天候运载系统，对环境依赖性低。电磁

力的分力使车轮与钢轨之间产生一定的附加压力，该压力限制了车轮的摆动，使车

辆的运动性能更加可靠。此外，直线电机驱动由于没有中间传动装置，因此会降低

磨耗，提高可靠性，检修量也大大降低[3，5]。

直线电机车辆启停性能好，停靠位置准确，具有良好的编组灵活性；由于车辆依旧

采用传统的轮轨技术，所以，仍可运用已经运行成熟的轨道电路信号系统，且运营

适应性较好[5]。

直线电机驱动方式最早源于日本和德国磁悬浮列车的研发，但2个国家研究方向

有所不同，日本研发的是超导型，而德国是常导型。后来，日本研制出了短定子直

线感应电机驱动的高速地面运输系统，德国研制的称为超高速系统[11-12]。1985

年，世界上首条直线电机驱动的城市轨道交通系统在加拿大多伦多开通[13]。随后

底特津、纽约、大阪、东京、福冈、吉隆坡等城市也相继开通了直线电机线路。国

外直线电机城市轨道交通系统情况如表1所示[14]。

我国是世界上第5个拥有直线电机轮轨交通的国家。2005年12月