CN100433512C - 用于驱动磁悬浮列车的直线单向直流电机 - Google Patents

用于驱动磁悬浮列车的直线单向直流电机 Download PDF

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本发明属一种直线单向直流电机及其在磁悬浮列车上的应用。电机包括:1.能产生磁场的长条状延伸轨道;2.与轨道平行的金属板栅状电枢、板栅形电枢的栅条沿轨道的横向排列,于两侧端部短接。该直线电机工作时,于板栅形电枢的两侧端部加上一个直流电压,则板栅形电枢就会沿轨道纵向不断前进。本发明产品用于磁悬浮列车,是将金属板栅状电枢紧固于列车车体底部,而长条状延伸轨道就是磁悬浮列车的路轨。有益效果是,为采用结构简单、制造和运行成本低的磁浮方案的列车提供了一种驱动列车前进的直线单向直流电机,该电机结构简单制造成本低,路轨一侧提供的磁场既实现列车的磁悬浮又实现列车的驱动,二者兼容。并且列车调速性能好,运行经济。

Description

用于驱动磁悬浮列车的直线单向直流电机所属
技术领域
本发明属电机设计制造技术领域,具体涉及一种直线单向直流电机及其在磁悬浮列车上的用途。背景技术己有关于磁悬浮列车的设计方案,车体悬浮靠的是电磁铁产生磁力,其制造和运行成本都高昂。例如图I所示的设计,是在列车底部安装由液氦储槽I冷却的超导体2,使其构成超导电磁铁,它向着轨道面3产生强磁力线。轨道面3上安置有铝制闭路环。列车行使时,列车上超导电磁铁产生的强磁场,在铝环内感应出大电流。这一电流的磁场和超导电磁铁产生的磁场相互排斥,使车箱连同启动与停车用的车轮4浮起,再由直线马达5推动列车高速前进。可见其结构复杂,制造和运行成本都很高。本专利申请人提出的一种结构简单,制造和运行成本低的磁浮方案,是于列车底部紧固有带永磁体的磁浮板,路轨为磁体,靠路轨与磁浮板之间的磁斥力而把列车浮起;路轨可以为永磁体,也可以为动态跟踪、分段供电的激磁路轨。但没有现成的直线电机可供采用该磁浮方案的列车使用。发明内容本发明的目的:为釆用结构简单、制造和运行成本低的磁浮方案的列车提供一种直线单向直流电机,以及其在磁悬浮列车上的合理用途。 图2是法拉第“单向电机”的原型。图中,6是蹄形永磁铁,7是金属圆盘,8是由圆盘7边沿上引出的“ + ”电极,9是由转轴上引出的“一”电极;I O是作发电机使用时的摇手柄。当将摇手柄I O沿顺时针方向转动时,在圆盘周沿和转轴的两个滑动电刷之间,便建立起一个直流电势。如果在接线端子8和9之间接通负载,电流就会沿负载电路从“ + ”极流向“一”极。根据电机的“可逆性原理”,如果将换能的方向倒过来,在“ + ”、“ 一”两个电刷之间,从外部加上一个直流电压,并将转轴上的摇手柄I O取下,换成机械负载。此时,电流将在圆盘7上从“周沿”流向“轴心”,而圆盘I O在电动力的作用下,仍将按顺时针方向转动。 图3的“单向电机”,是将图2中的圆盘7拓朴映射(topological mapping)变形为一条金属履带I 1,并让履带I I在N-S磁极间“转动”的另一种结构方案。若在“ + ”、“一”两个电刷之间,从外部加上一个直流电压,履带I I将按顺时针方向转动。单极电机有许多派生形式。但它们有共同点:I)没有“整流子”(即换向器);2)必须以“无限送进”的方式进行“切割式”的电磁感应。 在上面的两个单向电机的实体模型中,“无限送进”的切割运动,是由圆盘或者履带的持续转动来实现的。 本发明的直线单向直流电机包括:2、与轨道平行的金属板栅状电枢、金属板栅状电枢的栅条沿轨道的横向排列,于两侧端部短接。 3、车体底部的横断面呈上宽下窄的等腰梯形状,路轨基坑的横断面也呈上宽下窄的等腰梯形状,于路轨基坑的两个斜面上铺设有永磁体路轨成为能产生磁场的长条状延伸轨道,金属板栅状电枢所在平面与路轨的主面平行,电枢紧固于车体底部中间位置,共两块,分别与路轨基坑两斜面上的永磁体路轨相对应。 该直线单向直流电机工作时,于板栅形电枢的两侧端部加上一个直流电压,则板栅形电枢就会沿轨道纵向不断前进。 之所以采用金属板栅状电枢而不是整块金属,是为了避免涡流损耗和使电流能均匀分布。金属板栅状电枢最好为铜排或铝排,但也可以是在钢板上开槽、槽中放入铜条或铝条,然后用铜带或铝带在两侧端部短接而成。轨道可以为永磁体,也可以为动态跟踪、分段供电的激磁轨道。 本发明的直线单向直流电机用于磁悬浮列车,是将金属板栅状电枢紧固于列车车体底部,而长条状延伸轨道就是磁悬浮列车的路轨。金属板栅状电枢载流后受到的电动力F =BLI (B为磁感应密度,L为电枢的长度,I为电枢电流)就带着列车向前运动。从F=BL I公式可以看出:L与‘导体’根数是常量;当不调整“间隙”的大小时,B也是常量。故电动力F的大小,与电流I成正比。列车在F的作用下,先是作加速运动;当空气的阻力随车速增长到与F相等时,列车进入勻速行进状态。显然F越大,达到勻速状态时的车速V就越高。故调电流I即是调力F ;调力F即是调速度V。 电流I的大小是可以连续变化的,故此处调节速度V是属于无级调速。对比之下,直流电机的大范围调速,比交流电机要简易、方便得多,也经济得多。交流机的调速一般要通过变频电源来实现。绕线转子内串电阻的调速方式在这种场合不适用。即使用了,也不经济。 本专利申请人提出的一种结构简单,制造和运行成本低的磁浮方案,是于列车底部紧固有带永磁体的磁浮板,路轨为磁体,靠路轨与磁浮板之间的磁斥力而把列车浮起。而本发明的直线电机能在采用磁浮方案的列车上合理有效地应用,例如可把紧固于列车底部的金属板栅状电枢和磁浮板交错设置。当金属板栅状电枢有电流流过时,电动力将使载流的电枢沿路轨方向前进。由于电枢是被紧固在车厢底部的,所以载流后受到的电动力就带着列车向前运动。从而以最简单的方式,实现了磁悬浮列车的“驱”、“浮”两种基本功能,在车上彼此独立,在路轨上彼此兼容。若路轨为永磁体,则磁场的保持并不需要能量。如采用纯永磁的磁浮板,理论上运行中的浮悬成本可以为零。此外行驶成本也相当低,因为直流电机的调速特性极佳且效率很高。 本发明结构的直线单向直流电机,还可以用于其他需要直线运动的使用场合,如应用于工业传送带、吊车、冷库电动门等。 本发明的有益效果是,为采用结构简单、制造和运行成本低的磁浮方案的列车提供了一种驱动列车前进的直线单向直流电机,该电机结构简单制造成本低,路轨一侧提供的磁场既实现列车的磁悬浮又实现列车的驱动,二者兼容。并且列车调速性能好,运行经济。附图说明图I为现有磁悬浮列车的剖面结构示意图。 图2为法拉第单向电机的原型结构示意图。 图3为一种派生形式的单向电机原型结构示意图。 图4为本发明直线电机在实施例中的立体结构示意图。 图5为实施例中车体底部金属板栅状电枢安设位置示意图。具体实施方式见图4和5所示的实施例。本发明的直线单向直流电机用于驱动磁悬浮列车。车体底部的横斯面呈上宽下窄的等腰梯形状。路轨基坑的横断面也呈上宽下窄的等腰梯形状,于路轨基坑的两个斜面上铺设有永磁体路轨I 3。使列车悬浮的永磁体I 4设置于每节车体底部的两端,每节车体共设置四块永磁体I 4,靠路轨I 3与永磁体I 4之间的磁斥力而把列车浮起。直线单向直流电机的金属板栅状电枢I 2由硬铜条制成,其所在平面ACDB与路轨I 3的主面平行。电枢I 2紧固于车体底部中间位置,共两块,分别与路轨基坑两斜面上的永磁体路轨I 3相对应。图中箭头表示列车前进的方向。路轨I 3中的“· ”表示迎面而来的N极磁力线方向,永磁体I 4中的“X”表示背离而去的N极磁力线方向。车载直流电源的正极和负极分别与图4中的I 5、I 6两个接线端子联接。 以上实施例仅对发明做进一步的说明,而本发明的范围不受所举实施例的局限。

Claims (1)

1、一种直线单向直流电机,用于驱动磁悬浮列车,其特征是包括: 能产生磁场的长条状延伸轨道, 与轨道平行的金属板栅状电枢、金属板栅状电枢的栅条沿轨道的横向排列,于两侧端部短接, 车体底部的横断面呈上宽下窄的等腰梯形状,路轨基坑的横断面也呈上宽下窄的等腰梯形状,于路轨基坑的两个斜面上铺设有永磁体路轨成为能产生磁场的长条状延伸轨道,金属板栅状电枢所在平面与路轨的主面平行,电枢紧固于车体底部中间位置,共南块,分别与路轨基坑两斜面上的永磁体路轨相对应。
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