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。20世紀(jì)60年代以來，隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，采用交流調(diào)速技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動的高速磁浮列車應(yīng)運(yùn)而生，列車不再通過黏著力牽引，而且爬坡能力更強(qiáng)。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(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(jī)作為驅(qū)動電機(jī)又提供了一種新的選擇。

直線電機(jī)地鐵采用直線感應(yīng)電機(jī)牽引，輪軌系統(tǒng)支撐導(dǎo)向，具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理以及綠色環(huán)保的特點，是一種新型的城市軌道交通系統(tǒng)。與普通地鐵相比，其能避開建筑物及基礎(chǔ)、地下管線和其他地下構(gòu)筑物，車輛段占地面積也小，適應(yīng)山區(qū)城市已無大面積平地可供利用的現(xiàn)狀。

直線電機(jī)具有造價低、振動小、噪聲低、爬坡能力強(qiáng)、牽引能力優(yōu)越、通過曲線半徑小、污染小、安全性能好等諸多優(yōu)點，但也存在電機(jī)效率較低、感應(yīng)板養(yǎng)護(hù)維修要求較高等不足?？傮w來說，它非常適合大中城市中等運(yùn)量交通發(fā)展的要求，值得在中國廣泛推廣采用。直線電機(jī)的普遍適用情況如下：

1）綜合造價比較低，可以在很多想要建設(shè)地鐵而又資金不足的城市進(jìn)行推廣；

2）中運(yùn)量、小編組，適用于中等城市；

3）良好的選線性能，非常適用于地形條件比較復(fù)雜的城市；

4）可以穿越既有線路，避開城市建筑物，可作為線網(wǎng)中的支線或加密線；

5）低噪聲、低振動，可以修建在一些城市中心區(qū)，既疏散客流又作為城市景觀線；

6）在不良天氣條件下可以安全行駛，適合在雨雪較多的城市修建高架軌道交通系統(tǒng)。

1.直線電機(jī)的工作原理

通常，電動機(jī)是旋轉(zhuǎn)型的。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(jī)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(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)電動機(jī)和同步電動機(jī)。這些交流電動機(jī)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(jī)的定子（地上）是1次側(cè)，旋轉(zhuǎn)磁場在地上移動；而地鐵的直線電機(jī)，感應(yīng)電動機(jī)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(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)向架上的直線電動機(jī)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(jī)得到推進(jìn)力。

直線電機(jī)的基本缺點是很難將定子與轉(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，而直線電動機(jī)是有端頭的。為此，泄漏磁通多，電氣—機(jī)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.直線電機(jī)電動車的特點

在使用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)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。

直線電機(jī)電動車的推進(jìn)力和制動力都利用直線電機(jī)，如上所述，有1次側(cè)在車上和地上2種。1次側(cè)在車上時，要將VVVF逆變器和直線電機(jī)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(fèi)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(jī)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50m）的線路。此外，由于直線電機(jī)無轉(zhuǎn)動部件，所以不需要軸承和潤滑機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單，延長壽命，這是其最大的特點。

在旋轉(zhuǎn)電動機(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)的部分在長度方向延長，而高度方向可以減小。在大型電機(jī)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(jī)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低。

以上的優(yōu)點就是小斷面地鐵采用直線電機(jī)電動車的理由。

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(jī)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(jī)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(jī)的長度可以加長，所以，一臺轉(zhuǎn)向架裝一臺電機(jī)即可，這就是現(xiàn)在的直線電機(jī)地鐵為全動車編組的理由之一。

3直線電機(jī)電動車在日本的應(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5.8m，而直線電機(jī)地鐵隧道的直徑為4.0～4.3m，見圖1?？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(jī)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)。

在日本，直線電機(jī)地鐵已在東京和大阪投入運(yùn)用，這2個直線電機(jī)地鐵的概況見表1。表中直線電機(jī)地鐵車輛的控制系統(tǒng)均為帶再生制動的VVVF逆變器控制，并均采用鋁合金車體，車輛定員為90～100人。圖2為東京都營12-000型直線電機(jī)地鐵動車的外形照片。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。

鄭州微納科技有限公司是專業(yè)研究和生產(chǎn)直線電機(jī)的高新科技企業(yè)，在直線電機(jī)領(lǐng)域已獲得多項國家專利，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。微納科技為高校研發(fā)的教學(xué)直線電機(jī)系列，已成功應(yīng)用于多所高校，取得了良好的效果。