1.4 永磁直线同步电机在城市轨道交通中的应用
由于直线电机初级和次级分离导致磁场开放，加之轨道交通具有行程长、环境复杂等因素，永磁类型的直线电机目前在轨道交通运用得较少，其成功的应用有：德国的M-Bahn，以及处于研究的M3和Indutrack等。
1.4.1 “半悬浮”M-Bahn列车
20世纪80年代，德国最先探索将永磁直线同步电机应用于城市轨道交通，研发的M-Bahn成功应用于轨道交通，该车辆设计速度为80km/h，实际运行速度为50km/h。线路全长1.6km，沿途共设置三站。由于历史原因，实际商业运行约2年的M-Bahn于1991年关停。
M-Bahn车辆外形和轨道如图1-16a所示，永磁直线同步电机如图1-16b所示。
M-Bahn采用长初级沿轨道铺设，车载永磁体次级，利用永磁直线同步电机初级和永磁体次级之间的法向吸引力抵消列车的重量（约85%），因此车辆对轨道的压力很小。车底部存在行走轮和导向轮等部件用于支承和导向，在严格意义上其不属于磁悬浮列车。但是，其技术特性，比如长初级永磁直线同步电机推力实施牵引、法向力提供车辆部分悬浮力等又与普通轮轨列车不同，因此可归类为“半悬浮”列车。
图1-16 M-Bahn车辆与永磁直线同步电机
1.4.2 M3磁悬浮列车
MagneMotion Maglev，简称M3，是美国FTA（联邦运输管理局）支持的5个城市磁悬浮项目之一，由美国MagneMotion公司设计，采用永磁混合磁浮技术。M3实验室样机及轨道和悬浮架如图1-17所示。
图1-17 M3实验室样机及轨道和悬浮架
由图1-17可见，M3的设计方案与德国TR类似，其不同在于用混合励磁方式替代单纯的电励磁绕组产生励磁磁场，目的在于提供更大的悬浮力和提升电机效率。但永磁体励磁不可调，不能根据悬浮重量变化实时调节励磁磁场的大小。因此，其设计方案为
（1）利用永磁体提供气隙磁通的主要部分，功能在于抵消主要部分车辆重量。
（2）使用电励磁绕组提供气隙磁通的可调部分，实现对悬浮重量变化实时响应的功能［29，30］。
M3磁悬浮无专设导向系统，降低了系统复杂性，减轻了重量。但是，单靠永磁直线同步电机的侧向力导向能力不足，需要安装侧向导向轮进行辅助。
1.4.3 Inductrack永磁磁悬浮系统
Inductrack是由美国Lawrence Livermore国家实验室提出的应用永磁材料和不同拓扑结构来提升浮阻比的磁悬浮方案。其中，Inductrack Ⅰ方案用于火箭发射，Inductrack Ⅱ方案用于城市轨道交通场合。
后者方案的结构如图1-18所示，长初级于轨道沿线铺设，次级推进磁铁安装于车辆的悬浮臂上，与初级构成永磁直线同步电机，实施x方向的牵引。轨道采用短路线圈或者梯形感应板，与C型悬浮臂安装的双Halbach永磁体阵列耦合，当车辆运行时，即可提供z方向的悬浮力。
图1-18 Inductrack Ⅱ悬浮系统的结构
1-上层Halbach阵列 2-下层Halbach阵列 3-感应板 4-长初级 5-永磁次级
综上，该系统的优点如下：
（1）位于轨道的长初级和车载永磁次级之间存在较大的法向吸引力，该法向力与悬浮方向一致，提供了大部分悬浮力。
（2）通过调节双Halbach永磁体阵列的相对位置、永磁单体的长度和厚度，可以获得较大的浮阻比。
（3）综上所述，该悬浮属于电磁+电动的混合悬浮，起浮速度小、悬浮间隙较大。
该系统的缺点如下：
（1）利用永磁直线电机的侧向力导向，导向力较小。
（2）若要达到较高的悬浮高度，需要较多的永磁体，将增加磁体成本和车重。
（3）永磁体的不可控性，以及电动悬浮的欠阻尼特性，需额外措施抑制振动。