直線電機(jī)與城市地鐵列車匯編資料

1、制作(zhzu)：范林 楊建輝 胡春新直線電機(jī)(dinj)與城軌列車共二十一頁(yè) 長(zhǎng)期以來(lái)，在各種工程技術(shù)中需要直線型驅(qū)動(dòng)力時(shí)，主要是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)并通過(guò)曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)獲得的。但是，這種傳動(dòng)形式往往會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差，且工作不可靠等缺點(diǎn)。而采用直線電機(jī)不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，能夠直接產(chǎn)生(chnshng)直線運(yùn)動(dòng)。 各種新技術(shù)和需求的出現(xiàn)和拓展推動(dòng)了直線電機(jī)的研究和生產(chǎn)，目前在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器儀表工業(yè)中，直線電機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。 共二十一頁(yè)直線(zhxin)電動(dòng)機(jī)的定義利用電能直接(zhji)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī) 共二十一頁(yè)短初級(jí) 短次級(jí) 雙邊(shu

2、ngbin)型直線電動(dòng)機(jī)短次級(jí)短初級(jí)單邊直線(zhxin)電動(dòng)機(jī)直線電機(jī)分類（1）按結(jié)構(gòu)（5種）共二十一頁(yè)圓筒式結(jié)構(gòu)(jigu) 從旋轉(zhuǎn)(xunzhun)電動(dòng)機(jī)到圓筒式直線電動(dòng)機(jī)的演化 圓弧式直線電動(dòng)機(jī)圓盤式直線電動(dòng)共二十一頁(yè)1.力電機(jī)力電機(jī)是指單位(dnwi)輸入功率所能產(chǎn)生的推力，或單位(dnwi)體積所能產(chǎn)生的推力，主要用于在靜止物體上或低速的設(shè)備上施加一定的推力的直線電機(jī)。它以短時(shí)運(yùn)行、低速運(yùn)行為主，例如閥門的開閉，門窗的移動(dòng)，機(jī)械手的操作、推車等等。這種電機(jī)效率較低，甚至為零（如對(duì)靜止物體上施加推力時(shí)，效率為零），因此，對(duì)這類電機(jī)不能用效率這個(gè)指標(biāo)去衡量它，而是用推力功率的比來(lái)衡量，

3、即在一定的電磁推力下，其輸入的功率越小則說(shuō)明其性能越好。2.功電機(jī) 功電機(jī)主要作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的直線電機(jī)，它的性能衡量的指標(biāo)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本一樣，即可用效率、功率因數(shù)等指標(biāo)來(lái)衡量其電機(jī)性能的優(yōu)劣。例如高速磁懸浮列車用直線電機(jī)，各種高速運(yùn)行的輸送線等等。 3.能電機(jī)能電機(jī)是指運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)所能產(chǎn)生的極高能量的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它主要是在短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能，例如導(dǎo)彈、魚雷的發(fā)射，飛機(jī)的起飛以及沖擊、碰撞等試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)等等。這類直線電機(jī)的主要性能指標(biāo)是能效率（能效率輸出的動(dòng)能電源所提供的電能）。 （2）按功能(gngnng)用途共二十一頁(yè)直線電機(jī)按其工作(gngzu)原理可分為兩個(gè)大的方

4、面，即直線電動(dòng)機(jī)和直線驅(qū)動(dòng)器，直線電動(dòng)機(jī)包括：交流直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流直線同步電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)（脈沖）電動(dòng)機(jī)混合式直線電動(dòng)機(jī)直線驅(qū)動(dòng)器包括：直線振蕩電機(jī)直線電磁螺線管電機(jī)直線電磁泵直線超聲波電動(dòng)機(jī)等。（3）按工作(gngzu)原理共二十一頁(yè)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)不同，直線電動(dòng)機(jī)是能夠直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，但它卻可以看成是從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演化而來(lái)，如圖7-1所示。設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開，并將圓周(yunzhu)展開成直線，就得到了直線電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的徑向、周向和軸向，在直線電動(dòng)機(jī)中對(duì)應(yīng)地稱為法向、縱向和橫向；旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子在直線電機(jī)中稱為初級(jí)和次級(jí) 從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)到直線電機(jī)電動(dòng)機(jī)的演

5、化直線電動(dòng)機(jī)的工作(gngzu)原理共二十一頁(yè)直線電動(dòng)機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相似。以直線感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)機(jī)為例：當(dāng)初級(jí)繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，次級(jí)在行波磁場(chǎng)切割下，將感應(yīng)(gnyng)出電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場(chǎng)相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級(jí)固定，則次級(jí)在推力作用下做直線運(yùn)動(dòng)；反之，則初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)。 共二十一頁(yè)式中，為極距(cm)； 如電機(jī)(dinj)極距為，電源頻率為f，磁場(chǎng)移動(dòng)速度為次級(jí)速度(sd)為v ，則滑差率為: 次級(jí)移動(dòng)速度:共二十一頁(yè)(1) 省去了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，節(jié)約了成本，縮小了體積。(2) 不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的

6、慣量和阻力的影響，直線電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)反應(yīng)速度快，靈敏度高，準(zhǔn)確度高。(3) 直線電動(dòng)機(jī)容易密封，不怕污染，適應(yīng)性強(qiáng)。由于電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可做到無(wú)接觸運(yùn)行，因此容易密封，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)中使用。(4) 直線電機(jī)散熱條件好，溫升低，因此線負(fù)荷和電流密度可以取得較高，可提高電機(jī)的容量定額。(5) 裝配靈活性大，往往可以將電機(jī)與其他機(jī)件合成一體。(6) 某些特殊(tsh)結(jié)構(gòu)的直線電動(dòng)機(jī)也存在一些缺點(diǎn)，如大氣隙導(dǎo)致功率因數(shù)和效率降低，存在單邊磁拉力等等。直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(chundng)的特點(diǎn)共二十一頁(yè)直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)是一種新型的介于磁懸浮鐵路交通與傳統(tǒng)輪軌鐵路交通的軌道交通形式。

7、該種軌道交通利用(lyng)車輪起支承、導(dǎo)向作用，這與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)相似。但在牽引方面卻采用了短定子列車驅(qū)動(dòng)直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)初級(jí)線圈通以三相交流電時(shí)，由于感應(yīng)(gnyng)而產(chǎn)生電磁力，直接驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，改變磁場(chǎng)移動(dòng)方向，車輛運(yùn)動(dòng)的方向也隨之改變。車輛平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，定子與感應(yīng)(gnyng)軌之間的間隙一般保持在10mm左右。直線電機(jī)在列車中應(yīng)用共二十一頁(yè)采用直線電機(jī)牽引技術(shù)，具有優(yōu)良的動(dòng)力性能和爬坡能力 ，車輪僅起承載的作用，列車的牽引力不受輪軌之間豁著條件的影響，所以能獲得優(yōu)良的動(dòng)力性能和爬坡能力。 線路的最大坡度理論上可達(dá)到10%，目前可實(shí)現(xiàn)8%。有利于線路縱斷面設(shè)計(jì)，減少隧道及高架的過(guò)渡

8、段，減少拆遷工作量，隧道斷面小，大大降低工程投資 車輪只起車體的支撐作用，輪徑較小，使車輛總高度降低，減少行走區(qū)間的斷面面積(min j)，整個(gè)系統(tǒng)小型化，降低工程投資。直線電機(jī)城軌車輛性能(xngnng)特點(diǎn) 共二十一頁(yè)直線電機(jī)城軌車輛(chling)及線路（廣鐵四號(hào)線）共二十一頁(yè)良好的編組靈活性和運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性 由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛具有比傳統(tǒng)車輛更強(qiáng)的加減速性能，有更高的停車位置控制精度，因此更易實(shí)現(xiàn)小編組，高密度，自動(dòng)駕駛的運(yùn)行模式。它可以2-6輛靈活 編組，適應(yīng)不同的客運(yùn)量需要。 由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)地鐵車輛仍采用鋼輪和鋼軌來(lái)支撐和引導(dǎo)車輛運(yùn)行，所以仍可采用長(zhǎng)期運(yùn)用成熟的、安全可靠的軌道電路

9、信號(hào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)行對(duì)列車的信號(hào)傳輸、運(yùn)行監(jiān)控和集中調(diào)度，運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性較好。采用徑向轉(zhuǎn)向架，使運(yùn)行性能大大改善 由于采用直線電機(jī)系統(tǒng)，沒(méi)有了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源和機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)，因此有利于采用徑向轉(zhuǎn)向架。小而輕的車輛，使轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，是該系統(tǒng)除直線感應(yīng)電機(jī)外，另一種具有革新性的走行機(jī)械設(shè)計(jì)。 共二十一頁(yè)降低振動(dòng)和噪聲 由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛，沒(méi)有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的嚙合振動(dòng)和噪聲； 其次，車輪也不是驅(qū)動(dòng)輪，沒(méi)有動(dòng)力輪對(duì)與鋼軌蠕滑滾動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲； 再加上徑向轉(zhuǎn)向架良好的曲線通過(guò)性能，避免了過(guò)曲線時(shí)輪軌沖角帶來(lái)的振動(dòng)和噪聲。故該型地鐵車輛具有振動(dòng)小，噪聲 低的優(yōu)點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)。良好的安全性和可靠性

10、 由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)地鐵車輛是典型的非黏 著驅(qū)動(dòng)方式，牽引-制動(dòng)性能發(fā)揮不依賴于 環(huán)境，是一種全天候的運(yùn)載工具。 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電磁力的分力使輪軌間產(chǎn)生一定的附加壓力，有利于提高輪軌運(yùn)動(dòng) 的穩(wěn)定性，因此其安全性指標(biāo)較高。 再加上取消了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所必須的滾動(dòng) 軸承、傳動(dòng)齒輪，磨耗小，大大提高了車 輛運(yùn)行的可靠性和可維護(hù)性，維修工作量 較小，維護(hù)成本較低。 共二十一頁(yè)低效率、低功率因數(shù)的缺點(diǎn) 由于車載定子與地面轉(zhuǎn)子是處在一個(gè)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的彈性（軸箱垂向彈性定位）系統(tǒng)間，不可避免地會(huì)造成相互間隙變化，因此氣隙設(shè)計(jì)得不能太小，否則會(huì)導(dǎo)致不安全因素，一般定在12mm左右（比德國(guó)磁懸浮列車的氣隙8mm要高

11、一些）；再加上直線電機(jī)是有端部的（旋轉(zhuǎn)電機(jī)是閉環(huán)），因此漏磁場(chǎng)較大，機(jī)電能量轉(zhuǎn)化率低，所以直線電機(jī)的效率較低，一般在 0.7-0.8之間，功率因數(shù)也較低，一般在0.5-0.6之間；對(duì)于直線電機(jī)氣隙的安裝、運(yùn)行、 保養(yǎng)、維護(hù)較困難，如何確保運(yùn)行中氣隙的精度是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)地鐵應(yīng)給予高度關(guān)注的技術(shù)難題，為此所需的工作量和維護(hù)成本較高，也容易引發(fā)安全性問(wèn)題。為了保證一定的牽引力和減少能耗，直線電機(jī)車載電磁鐵與軌道感應(yīng)板之間的距離應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。 共二十一頁(yè)共二十一頁(yè)共二十一頁(yè)Thanks！共二十一頁(yè)內(nèi)容摘要制作：范林 楊建輝 胡春新。長(zhǎng)期以來(lái)，在各種工程技術(shù)中需要直線型驅(qū)動(dòng)力時(shí)，主要是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)并通過(guò)曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)獲得的。但是，這種傳動(dòng)形式往往會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差，且工作不可靠等缺點(diǎn)。直線直流電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)（脈沖）電