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。由于近年來科學技術的發(fā)展和進步，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，通過引入新技術達到節(jié)能，保護環(huán)境，降低成本，從結(jié)構和性能上采取措施，不斷進行改進，保持先進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 直線電機的工作原理

      通常，電動機是旋轉(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。而直線電機則是將兩個圓筒形部件展開成平板狀，面對面，定子在相應于轉(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)構上無法做成無整流子型，所以，直線電機一般為感應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，超導磁懸浮中，同步電動機的定子（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，感應電動機的旋轉(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向線圈保持，而后者靠車輪保持。

      產(chǎn)生推進力的原理與電動機產(chǎn)生力矩的原理一樣，在直線電機地鐵中，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動機沿前進方向產(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力。

      直線電機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。

      直線電機電動車的推進力和制動力都利用直線電機，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；但在地面上的設備僅只有反作用板，又降低了建設費用。1次側(cè)在車上的方式已在一部分地鐵得到了實際應用。

      在直線電機的電動車中，推進力由鋪設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，使之結(jié)構簡單，延長壽命，這是其最大的特點。

      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，這相當于將相應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低。

      以上的優(yōu)點就是小斷面地鐵采用直線電機電動車的理由。

      但是，直線電機的效率低，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用和發(fā)展

3.1  直線電機地鐵

      在建設地鐵的成本中，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向系統(tǒng)。

      在日本，直線電機地鐵已在東京和大阪投入運用，這2個直線電機地鐵的概況見表1。表中直線電機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型直線電機地鐵動車的外形照片。橫濱、神戶、福岡的直線電機地鐵也正在建設或規(guī)劃中。

3.2  常導磁懸浮交通系統(tǒng)

      常導磁懸浮交通系統(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、經(jīng)濟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用。