广州地铁直线电机车辆电机高度控制探究

唐 宋

（广州市地下铁道总公司 运营事业总部，广东广州510000）

广州地铁直线电机车辆电机高度控制探究

唐 宋

（广州市地下铁道总公司 运营事业总部，广东广州510000）

介绍直线电机技术特点和气隙要求，分析影响直线电机高度的各种因素，结合运用经验，给出合理的直线电机高度控制范围，最后对精确直线电机高度控制范围提出一定的建议。

广州地铁；直线电机；电机高度；控制

1 直线电机技术特点

直线电机车辆在支承和导向方面与旋转电机车辆的轮轨系统相同，即利用车轮起支承和导向作用，但在驱动方面直线电机却采用了磁浮系统牵引。该系统在牵引上突破了传统的旋转电机牵引模式，不再受制于轮轨间的黏着，但又不像磁浮那样需要严格控制车体的悬浮。

普通旋转电机中电磁吸引力仅为转子的内力，对电机外表面而言除了重力，电磁力合力为零。而直线电机结构如同将旋转电机的转子与定子展开成直线形状，如图1所示，在理论上可以把它近似地看成为具有无限大半径的传统旋转电机，直线电机三维的电磁力都出现在外面，初级对次级的电磁吸引力相当大。

图1 从旋转电机向直线电机的展开示意图

2 直线电机气隙要求

直线电机的定子与转子在平面内是平行的，直线电机的定子部分安装在车辆的车底下，转子部分是安装在轨道上的感应板，直线电机气隙示意图如图2所示。直线感应电机与旋转感应电机的基本原理相同，但是直线电机的铁芯不像旋转电机那样具有闭合的圆环形状，而是长直的，两端是开断的铁芯，因而存在着纵向边端效应和横向边端效应，所以直线感应电机和感应板之间的气隙远大于旋转感应电机定子与转子之间的气隙。

对于直线电机来说，从提高电机效率方面考虑，气隙值越小，电机效率就越高，消耗电能就越少。但从安全方面考虑，气隙值不能设定得过小，以防车辆振动、轮轨磨耗、感应板安装精度误差、电机垂向吸引力等因素造成直线电机定子和感应板相接触，影响车辆的运行安全。通过理论计算和试验运行，从保证中大运量地铁车辆提高电机效率和运行安全两方面综合考虑，广州地铁直线电机车辆的电机额定气隙规定为mm。为保证直线电机静态额定气隙值，在车辆维护过程中需要定期调整直线电机高度。

图2 直线电机气隙示意图

3 直线电机高度控制

直线电机高度是指电机定子下表面到钢轨轨头上表面之间的垂直距离。除直线电机与感应板之间的额定气隙之外，决定直线电机静态高度的因素有感应板安装高度、钢轨转换带来的差值，以及轮轨系统磨耗和直线电机悬挂系统橡胶蠕变产生的偏差。

（1）感应板的安装高度

直线电机车辆必须借助直线电机和感应板的相互作用才能运行，所以轨道线路内均需要铺设感应板。广州地铁直线电机车辆线路感应板安装基面至钢轨顶面的高度15＋1－2mm，感应板安装示意图如图3所示。

图3 感应板安装示意图

（2）钢轨转换带来的差值

广州地铁正线线路采用U75V60 kg/m钢轨，车辆段线路采用U71Mn50 kg/m钢轨，直线电机车辆车轮采用LM磨耗型踏面，LM磨耗型踏面与50 kg/m钢轨和60 kg/m钢轨配合图如图4、图5所示。根据LM磨耗型踏面曲线与50 kg/m钢轨和60 kg/m钢轨接触点不同，计算出两种钢轨上直线电机高度差值为0.77 mm－0.06 mm＝0.71 mm，即车辆在50 kg/m钢轨转换到60 kg/m钢轨上电机高度会降低0.71 mm。

（3）轮轨系统磨耗和直线电机悬挂系统橡胶蠕变产生的偏差

轮轨系统磨耗是指车辆在运行过程中轮对和钢轨产生的磨耗，尤其是轮对踏面直径方向的消耗将直接引起直线电机高度变化。直线电机悬挂系统中电机垂向吊杆关节采用橡胶关节，起弹性支撑作用，并提供一定的刚度效应，但由于橡胶材料的黏弹效应，橡胶关节的垂向刚度随载荷的增加而产生一定的非线性变化，同时，在恒定载荷或者变载荷作用下，橡胶关节随时间的延长会产生一定的蠕变效应。

根据实际运用经验，整个轮轨系统磨耗和直线电机悬挂系统橡胶蠕变半年产生的偏差会造成直线电机高度降低总量约0.8 mm，该数值作为直线电机高度值的补偿值，需要在车辆半年检修作业中补偿直线电机高度，以防直线电机气隙超出额定气隙的下限。

图5 标准60 kg/m轨与LM踏面的配合图

结合实际运用经验，直线电机实际高度值＝直线电机理论高度值24.71mm＋补偿值0.8 mm＝25.5mm。由于直线电机作为一个平面，为了保证电机与感应板的平行度，电机4个测量点的高度差值要求在1 mm之内，同时考虑到保证直线电机高度调整的精确性，直线电机高度实际调整范围为25.5～26.5 mm。

4 精确直线电机高度控制范围的建议

目前广州地铁正在筹划在直线电机车辆上安装气隙在线检测系统，可实时监测直线电机定子和感应板之间的气隙，对超出合理范围的电机高度进行报警，及时安排超标列车检修维护，避免发生安全事件。同时，根据测量的数据进行统计分析，制定更为准确的直线电机高度调整范围，并形成相应的管理维护制度，以保证车辆高效、安全的运行。

5 结束语

广州地铁4号、5号、6号线采用直线电机车辆，是国内首批采用直线电机牵引的中大运量地铁车辆。就目前来看，由于直线电机车辆具有造价低、振动小、噪声低、爬坡能力强、牵引能力优越、通过曲线半径小、能耗低、污染小、安全性能好等诸多优点，非常适合大中城市中大等运量交通发展的要求，是21世纪城市轨道交通发展的方向，必将在我国城市轨道交通线路得到越来越多的应用。

直线电机高度调整作业是直线电机车辆日常检修维护工作中一项较为频繁和重要的作业，直线电机高度值作为直线电机车辆重要技术参数，是保证车辆高效、安全运行最为重要的技术指标，其准确性不能出现较大偏差。通过多年的摸索与探究，以及广州地铁4号、5号线至今7年的运用经验，25.5～26.5 mm是适用于广州地铁中大运量直线电机地铁车辆电机高度的调整范围。

［1］ 庞绍煌，高 伟.广州地铁4号线直线电机车辆［J］.都市快轨交通，2006，19（1）：77-79.

［2］ 朱士友，吕劲松.车辆检修工［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

［3］ 严隽耄，傅茂海.车辆工程［M］.北京：中国铁道出版社，2008.

Study of Height Control for Linear Motor Vehicles of Guangzhou Metro Lines

TANG Song
（Operation Divisions，Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510000 Guangdong，China）

Technical characteristics and air gap requirements of linear motors are introduced in this paper.Various influence factors on linear motor height are analyzed.Based on practical experience，a reasonable range of linear motor height is proposed.Finally，some suggestions are given to the precise range of linear motor height control.

guangzhou metro；linear motor；motor height；control

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.16

1008－7842（2014）03－0066－03

�）男，助理工程师（

2013－11－07）