直线电机交通模式及技术经济特性

摘要：直线电机已开始在磁悬浮铁路、城市轨道交通中应用。介绍了直线电机的分类、3 种
典型的磁悬浮铁路和直线电机驱动的轮轨交通，对上述交通方式的技术经济特征进行了
对比，总结了上述交通方式的适用范围。
1、引言
    从 1825 年世界第一条铁路出现算起，轨道交通已有近 180 年的历史。特别是上个世纪
中叶以来，随着科技的进步，轨道交通运输方式不仅在诸如速度、密度、重量等性能方面
有了很大提高，而且轨道交通方式本身也发生了巨大的变革。快速轨道交通有地铁、轻轨、
单轨等多种方式。牵引方式历经蒸汽牵引、内燃牵引、电力牵引等阶段，目前在世界范围内
又发展出直线电机牵引的交通方式，包括磁悬浮铁路、直线电机轮轨交通、磁悬浮飞机等。
该交通方式目前正在迅速发展，将来会成为本世纪的主要交通方式之一。
    本文介绍以直线电机作为牵引方式的新型客运交通方式，主要包括技术原理和技术经
济分析，最后对我国发展轨道交通系统提出发展建议。
2. 直线电机及分类
2.1 直线电机原理
    传统的轮轨接触式铁路，车辆所获得的牵引力（或称驱动力）、导向力和支承力均依靠
轮轨相互作用获得，电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传统的旋转电机。直线
电机交通系统不使用传统的旋转电机而使用直线电机(liner motor)来获得牵引动力。可以想
象将传统的旋转电机从转子中心向一侧切开并且展直，这样旋转电机则变为直线电机。或
者认为直线电机是半径无限大的旋转电机。这时定子中的旋转磁场将变为直线移动磁场，
车辆将随着直线电机磁场的移动而向前运动。
2.2 直线电机分类
    直线电机可以根据磁场是否同步、定子长度及驱动方式等因素进行分类。
2.2.1 按直线电机定子长度划分
    根据定子长度的不同，直线电机可以划分为长定子直线电机和短定子直线电机。
    长定子直线电机的定子（初级线圈）设置在导轨上，其定子绕组可以在导轨上无限长

“

”

地铺设，故称为 长定子 。长定子直线电机通常用在高速及超高速磁悬浮铁路中，应用在
长大干线及城际铁路领域。

“

”

短定子直线电机的定子设置在车辆上。由于其长度受列车长度的限制，故称为 短定子 。
短定子直线电机通常用在中低速磁悬浮铁路及直线电机轮轨交通中，用在城市轨道交通
领域。
2.2.2 按直线电机的磁场是否同步划分
    导轨磁场与车辆磁场可以同步运行，也可以不同步运行。据此可以将直线电机划分为直
线同步电机和直线感应电机两大类型。
    直线同步电机 LSM(Liner Synchronous Motor)一般采用长定子技术，定子线圈（初级线
圈）安装在导轨上，而转子线圈（次级线圈）安装在车辆上。导轨上的转子磁场与车辆上
的定子磁场同步运行，控制定子磁场的移动速度就可以准确控制列车的运行速度。高速、
超高速磁悬浮铁路一般使用该种长定子直线同步电机。德国的运捷 TR 和日本的 MLX 系
统均使用这种直线同步电机。
    直线感应电机 LIM(Liner Induction Motor) 一般采用短定子技术，与 LSM 正好相反，定
子线圈（初级线圈）安装在车辆上，而转子部分则安装在导轨上。转子磁场与定子磁场不
同步运行，故也称为直线异步电机。中低速磁悬浮铁路（如 HSST）及直线电机轮轨交通