直线电动机小百科

直线电动机(linear motor)是电动机的一种,不同于传统的扭力及旋转动能的电动机,直线电动机可直接把输入的电力转化为线性动能。

直线电动机分为低加速和高加速两大类,低加速直线电动机适用于制造磁悬浮列车及其他地面交通运输工具;高加速直线电动机可在极短的时间内将物体加速至极高速度,可用于制造粒子加速器、航空母舰的弹射器以及部分过山车的弹射装置等。

原理

将转子式电动机的定子展开并无限延伸后,就是直线电动机的运作原理。实际运行过程中,分为固定磁石和可动磁石两部分,固定磁石部分通常置于地铁列车的底部,可动磁石部分通常安装于地铁线路轨道之上。当静止时,可动磁石与固定磁石互相吸引,列车静止。当移动时,底部的可动磁石朝前运动(交替变换自身磁石结构),便可吸引顶上的固定磁石部分朝同一方向运动。

直线电动机原理 直线电动机原理
↑ 静止状态
直线电动机原理
↑ 运动状态,可动磁石往前移动
直线电动机原理
↑ 将转子式电动机展开为直线电动机 ↑ 运动状态,可动磁石吸引固定磁石移动

直线电动机构造

可看到使用直线电动机驱动的地铁线路,需要同时在地铁列车(安装在列车底部的固定磁石)和地铁轨道上(沿轨道安装的可动磁石)进行相应的改造。

直线电动机列车车底 直线电动机列车车底
仙台地铁东西线列车车底 仙台地铁东西线列车车底
直线电动机列车车底 东京地铁直线电动机线路轨道
↑ 东京地铁直线电动机线路轨道
リニアモータ:直线电动机 / リアクションプレート:直线电动机反应板

直线电动机的优点

直线电动机具有扁平的电动机部件,因此可以有效降低地铁列车底板的高度,使得地铁车辆更加紧凑,可使隧道横截面降低为传统转子式电动机的一半,可极大减少地铁建设费用。

直线电动机的优点
↑ 较小的隧道横截面,可有效减少建设费用
従来地下鉄:常规地铁隧道 / 快適な室内:舒适的内部空间 / トンネル直径:隧道直径 / リニアモータ:直线电动机 / 小径車輪:小直径车轮(短轴距车轮) / リアクションプレート:直线电动机反应板 / リニアメトロ:直线电动机地铁隧道 / 室内高さ:车厢高度 / 床面高さ:列车底板高度

使用直线电动机驱动的列车底板更低,可采用短轴距的车轮,因此具有较强的转急弯能力。同时由于直线电动机不依赖于车轮与导轨之间的摩擦获取前进动力,所以具有较低的行驶阻力,因此拥有较强的爬坡能力。又因为直线电动机不需像转子电动机通过齿轮将旋转动能转换为直线动能,因此具有较低的噪声污染。

直线电动机的优点 直线电动机的优点
↑ 较强的转弯、爬坡和低噪音能力

日本的直线电动机线路

截至2018年,日本目前共有大阪、东京共6个城市的9条线路使用直线电动机作为动力方式。

城市 线路 开通时间 合计
大阪 鹤见绿地线(京桥 ~ 鹤见绿地) 1990年3月 6个城市
9条线路
长堀鹤见绿地线(大正 ~ 京桥) 1996年12月
今里筋线(井高野 ~ 今里) 2006年12月
东京 大江户线放射线(新宿 ~ 光丘) 1991年12月
大江户线环状线(新宿 ~ 国立竞技场) 2000年4月
神户 海岸线(新长田 ~ 三宮・花时计前) 2001年7月
福冈 七隈线(桥本 ~ 天神南) 2005年2月
横滨 绿线(日吉 ~ 中山) 2008年3月
仙台 东西线(八木山动物公园 ~ 荒井) 2015年12月

部分使用直线电动机驱动的地铁线路图片如下。

福冈地铁七隈线线列车 东京地铁大江户线列车
福冈地铁七隈线线列车 ↑ 东京地铁大江户线列车
大阪地铁今里筋线列车 横滨地铁绿线列车
↑ 大阪地铁今里筋线列车 ↑ 横滨地铁绿线列车
参考资料

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