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60步进电机在轨道车辆运用中的三维分析
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研讨开发60步进电机在轨迹车辆运用中的三维剖析庞绍煌，耿明（广州市地下铁道总公司，广东广州510380）的规划概念带来严重的改变。经过对如今世界上直线电机车辆运用的实践成绩的剖析，提出车辆质量可减轻的观念。

　

　　60步进电机是一种将电能直接变换成直线运动，而不需经过任何中心变换组织的电机。城市轨迹交通系统选用直线电机传动的优越性已被不断添加的人所知道，如今世界上已有7个城市相继建成了选用直线电机车辆的城市轨迹交通系统。

　　60步进电机的车辆较通常旋转电机车辆的优势就尽显出来了。直线电机的优点如如今一切书本中介绍的，列车的牵引不再依托轮轨的黏着效果，而是直接由转向架（通常作为定子）与线路（通常作为转子）的相互效果而产生，转穹半径小，可削减支持轮半径，然后减小地铁地道的断面面积，下降地铁造价等等，但这些都仅仅是从直线电机的牵引方向的一维概念中引伸出来的，笔者以为还必须注重直线电机的别的两维概念在直线电机车辆规划中的运用。

　　下面将从三维方向剖析60步进电机与旋转电机在有轮的车辆上的不一样之处（见），然后再谈其对60步进电机车辆规划方面以及轨枕上的影响。

　　1W方向（即牵引方向）关于鼠笼式异步电动机而言，电磁转矩可由下式表示：子折合电阻；r1一定子电阻X1―定子漏抗X2Y―转子折合漏抗S1=（n1-n）/，其间n1为同步转速，n为转子转速"f―定子绕组频率。

　　相对应的车辆制动为再生制动、电阻制动并合作转电机的车辆其空车轴重为）而直线电机若疏忽纵向端部效应，选用其稳态方程，则可推算出电磁推力：级电阻和漏电感；T一极距；S2=（vs-V）/vs，其间vs为同步速度，4为实践速度；f2―次级频率；《1―初级角频率；Ci！1+LS/Lm，其间L'为初级漏电感，Lm为激磁电感。

　　60步进电机可在3个阶段中运用。如今有一种技能是在再生制动与机械制动之间刺进移相制动（电磁制动状况），将动能耗费在感应板上（当Si，S2>1时），因为跟着车辆的移动，这种热能能留在轨迹上的感应板上而替代电阻制动，而通常旋转的电机难以承受这种散不去的热量。

　　+牵引方向概念已有一些书本评论，并引伸剖析了如今尽人皆知的直线电机的优缺点，在此笔者就不进一步展开评论。下面仅就另外两维概念（如今没有有书本在有轮车辆的实践运用中评论）来展开评论。

　　2y方向在通常旋转电机中因为电磁吸力对转子的对称性，相互平衡，电磁招引力仅为转子的内力，在电机表面而言除了重力，电磁力外合力为零。而直线电机就大不相同，三维的电磁力都尽如今外面，初级对次级的电磁招引力是相当大的（见表1）。但怎么利用这种电磁招引力，这即是笔者要点要阐述的疑问。

　　为了确保脱轨系数，好像只要将通常旋转电机车辆换上直线电机就行了，但从y方向来看，运用通常旋表1各公司实践运用中的直线电机三维力实测数据（kN（x轴向牵引力y轴向电磁招引力j轴向横向剪切力A公司B公司C公司因为城市轨迹交通在富贵市区穿行，站间距通常较短，约1km摆布，因而站间运转时刻必需要短才干完成别的地面交通工具无法完成的优势。初始加快度通常选用a加=1.0m/s2，而制动时通常选用a减=因而列车基本上是加快到最高速度后，匀速很短时刻立刻转入制动工况，直线电机的定子线圈始终都有很大的电流经过，也即是说y方向的招引力的效果贯穿列车的全部运转进程。

　　F吸为初级对次级的电磁招引力，F吸m+甚至会大于直线电机的牵引力，也即是说每辆车两台直线电机（160~180kW/台）的F吸ma+达10t，占了通常旋转电机车辆空车重的1/4.因而电磁招引力给出了两刃的疑问，假如仅沿袭老的通常旋转电机车辆的思想规划，必定不能将车轮的轮径减小，因为轮径跟轴重有直接的联系。根据数据计算（见），在轴重不变的情况下，车轮踏面的剥离发生率，随车轮踏面受力处压强的添加而添加。

　　也即是说失去了减小车辆高度及减小地道挖掘面积的优势。从另一方面来看，则芫全不一样。首先从脱轨系数剖析下手，来剖析这两种类型电机的不一样之处。

　　0.6（直线电机车辆）F吸的存在为直线电机车辆的减重提供了主要的根据，而F吸所做的功W功能够用下式来表示角，因为F吸在直线轨迹上是垂直于车辆的运动方向的，通常情况下0因而F吸是不需耗费功率的力，而是一种将转向架吸向感应板的力。假如在直线电机车辆的规划中能运用这种新的概念，就能在确保脱轨系数小于0.6的情况下，尽可能的削减车辆的质量，以削减运营能耗，下降噪声，减小轮径以及使转向架一系簧下的质量削减，构造紧凑，然后最终到达削减车辆质量，下降车辆规划高度，减小地道断面尺度，节约建造投资的意图。所以在与轨迹的接口中，轨枕的受力不一样（见）。故关于直线电机车辆来说不能只思考车辆质量P.作为对在3方向剖析的辅证，从各直线电机车辆制造公司公布的成绩中能够看出，关于不一样公司出产的简直相同尺度和功率的直线电机车辆，其空车质量最大竟相差近10t/辆。笔者假定按照一辆车定员载客180人，均匀每人体重为60kg来计算，则负载质量为00：200：10800kg，即10.8 5重。能够看出，假如将直线电机3方向招引力思考在车辆规划中，其使每辆空车减轻101质量后再加上180人的定员载荷，简直与本来没有思考招引力的每辆空车的质量相等。

　　3z方向关于=方向，笔者在此提出一个转向架“磁迫导”的新概念，这是直线电机带来的另一优点。因为车辆规划时，机械中心线在停止停放在平直轨迹的状况下与磁中心线是重合的；而在运动状况下，电磁场的效果使得直线电机定子（初级）的机械中心线有磁招引主动对中感应板（次级）机械中心线的效果（见）。

　　<定子中心线转子，直线电机定子、转子主动对中的z方向招引力示意图这无形中有用起到按捺车辆蛇行运动的效果，再配以自导径向转向架，对削减轮缘磨耗以及削减车轮踏面偏磨将有积极效果，并有利于车辆快速经过较小的曲线半径，下降轮缘与轨迹的冲击噪声，同时也能够减去转向架有关的按捺蛇行运动的设备。从表1能够看到这个z方向的力Fm到达1kN.