直線電機在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要：介紹了直線電機工作煤礦輸送機原理和直線電機電動車特點，以及日本利用直線電機的地鐵和常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)發(fā)展的概況。
關(guān)鍵詞：直線電機；城市軌道交通；地鐵；磁懸浮粉碎機；電動車
城市交通在城市的發(fā)展過程砂石生產(chǎn)線中愈來愈重要，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候，各個城市根據(jù)自己城市的具體特點選擇交通系統(tǒng)的范圍也更寬。安全、舒適、高密度運行，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值。在城市軌道交通系統(tǒng)中，根據(jù)車輛的特點，采用直線電機作為驅(qū)動電機又提供了一種新的選擇。
1粉料機 直線電機的工作原理
通常，電動機是旋轉(zhuǎn)型的。皮帶給料機定子包圍著圓筒形的轉(zhuǎn)子，定子形成磁場，在轉(zhuǎn)子中流過電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。而直線電機則是將兩個圓筒形部件展開成平板狀，面對面，定子在相應(yīng)于轉(zhuǎn)子移動的長度方向上延長，轉(zhuǎn)子通過一定的方式被支承起來，并保持穩(wěn)定，形成轉(zhuǎn)子和定子之間的空隙。
直流電機、感應(yīng)電機、同步電機等都可做成直線電機，但是，直流電機在結(jié)構(gòu)上無法做成無整流子型，所以，直線電機一般為感應(yīng)電動機和同步電動機。這些交流電動機的1次側(cè)有作為定子側(cè)的，也有作為轉(zhuǎn)子側(cè)即移動體側(cè)的。例如，超導(dǎo)磁懸浮中，同步電動機的定子（地上）是1次側(cè)，旋轉(zhuǎn)篩沙機械磁場在地上移動；而地鐵的直線電機，感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)磁場裝在車上，2次側(cè)固定在地上。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)力的原理與電動機產(chǎn)生力矩的原理一樣，在直線電振動輸送機機地鐵中，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動機沿前進(jìn)方向產(chǎn)生移動磁場。讓面對該磁場、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2次電流切割磁場產(chǎn)生的力作為反作用力，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動機得到推進(jìn)力。
直線電機的基本缺點是很難將定子與轉(zhuǎn)子水泥螺旋輸送機空隙做成象旋轉(zhuǎn)式電機那么小，旋轉(zhuǎn)式是無限循環(huán)的，而直線電動機是有端頭的。為此，泄漏磁通多，電氣—機械能量轉(zhuǎn)換的效率低，如果要得到相同的輸出，逆變器的容量需要比旋轉(zhuǎn)式大。
2 直線電金屬輸送帶機電動車的特點
在使用旋轉(zhuǎn)式電機的電動車中，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，同時也受到輪軌間粘著的限制雙輥式破碎機。
直線電機電動車的推進(jìn)力和制動力都利擋邊輸送機用直線電機，如上所述，有1次側(cè)在車上和地上2種。1次側(cè)在車上時，要將VVVF逆變器和直線電機裝載在車上，使車輛重量增加，車輛價格高；但在地面上的設(shè)備僅只有反作用板，又降低了建設(shè)費用。1次側(cè)在車上的方式已在一部分地鐵得到了實際應(yīng)用。
在直線電機的電動車中，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50 m）的線路。此外，由于直線電機無轉(zhuǎn)動部件，所以不需要軸承和潤滑機構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單，延長壽命，這NE系列板鏈斗提升機是其最大的特點。
在旋轉(zhuǎn)電動機中，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，電動機的直徑就要增大，在直線電機中，這相當(dāng)于將相應(yīng)的部分在長度方向延長，而高度方向可以減小。在大型電機中，如果是1級齒輪減速，車輪直徑也必須加大；而在直線電機驅(qū)動中，則不必如此，所以，可以減小車輪的直徑，這將使車輛的地板面的高度降輸煤皮帶機低。
以上的優(yōu)點就是小斷面地鐵采用直線電機電動車的重型板式給料機理由。
但是，直線電機的效率低，與相同的地鐵比，電力的螺旋式洗砂機消耗量多，除這個缺點外，上述的優(yōu)點也有不能充分發(fā)揮的時候。因為不受粘著限制，所以在牽引時，線路的坡度可以取大；但是，在制動時，如果電氣制動失效，就必須依賴于機械制動，這受粘著控制，所以，線路的坡度又不能太大。此外，由于直線電機是扁平狀的設(shè)備，車輛地板面的高度可以降低，這時車輪的直徑也可以減小。但直徑小的車輪磨耗會加快，所以實際上不能太小。由于扁平狀直線電機的長度可以加長，所以，一臺轉(zhuǎn)向架裝一臺電機即可，這就是現(xiàn)在的直線電機地鐵為全動車編組的理由之一。
3 直線電機電動車在日本的應(yīng)用和發(fā)展
3.1 直線電機地鐵
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，采用直線電機電動車對降低開鑿地下隧道的成本，從而對降低整個地鐵的建設(shè)成本非常有利。以日本為例，普通地下鐵隧道的直徑為5.8 m，而直線電機地鐵隧道的直徑為4.0～4.3 m，見圖1?？梢怨浪?，后者隧道工程的開鑿量可比前者減少1/3左右，這意味著地鐵的成本將大大下降。此外，與旋轉(zhuǎn)電機相比，直線電機的形狀平坦，因而可以降低車輛地板面高度和減少整個車輛尺寸，但這并不影響車輛內(nèi)部的空間，即不會對旅客帶來不便。直線電機只是產(chǎn)生車輛的驅(qū)動力，車輛仍使用鋼制車輪和鋼軌作為支承和導(dǎo)向系統(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，作為一種新型城市軌道交通是可行的，經(jīng)過多年的開發(fā)研究，最高速度為100km/h的HSST-100型車輛將在名古屋等城市得到應(yīng)用。表2是HSST-100S型和HSST-100L型2種試驗車輛的主要參數(shù)。圖3是HSST-100L型試驗車輛系統(tǒng)斷面圖。 在名古屋采用HSST的線路稱作東部丘陵線，總投資額1 000億日元，全長9 km，設(shè)9個車站，預(yù)估客流量3萬人/日，最大坡度60‰，最小曲線半徑75 m，無人駕駛，每列3輛編組，共8列，高峰時每編組乘車人員約400人，供電電源為DC1500V，由梁兩側(cè)剛性接觸網(wǎng)供電，在線路中間地點設(shè)置1個變電所，另外，還設(shè)有車輛檢修基地。這條線路預(yù)計2005年3月開業(yè)通車。
直線電機地鐵雖然有不少優(yōu)點，如建設(shè)成本低、通過大坡道能力強、轉(zhuǎn)彎曲線半徑小、維修少、運行平穩(wěn)等，并已經(jīng)在一些城市得到運用，但其載客量少，所以，目前只能作為現(xiàn)有地鐵的補充。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)點將會使之在城市軌道交通系統(tǒng)中占有一席之地。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直線電機以及它在地鐵與其他方面的應(yīng)用都會有良好的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
1 事務(wù)局 リニア地下鐵車輛機械ソヮンポイント·レッスン講座69Rm2001.2
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