CN104348328A - 直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，包括导磁铁芯、导电体以及安装支架。导电体包括一组栅形排列的导电导条以及连接相邻导电导条端部的导电端条；在导磁铁芯上设有与导电导条相适应的安装槽口，导电导条嵌入在安装槽口内，导电导条的两端部均延伸出安装槽口，导电端条设置在导磁铁芯的侧部；导磁铁芯设置在安装支架上。导磁铁芯由硅钢片冲制叠压而成，硅钢片沿导电导条的长度方向叠压。导电导条以及导电端条由导电性能良好的材料制成。本发明的直线电机次级采用全新的整体结构并且使用导电性能和导磁性能良好的材料，有效降低了次级感应板内的涡流损耗，能提高电机牵引力，并且能取得优越的节能效果。

Description

直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置

 

技术领域

本发明涉及一种直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，该种栅形直线电机次级装置适用于直线电机轨道交通，特别适用于地铁直线电机轨道交通。

 

背景技术

直线电机轮轨列车具有安全、快捷、舒适、经济以及节能等优势，是未来都市轮轨交通的一个重要组成部分，是现代化都市轮轨交通发展的必然趋势。直线电机轮轨交通从整个系统运行来说，由于不用齿轮减速，也不存在打滑等问题，实际运行效率并不低。实际运营测得数据是：直线电机地铁比采用电阻制动的传统地铁节能约12%。同时还可节约钢材15%以上。

但是，由于直线电机轮轨交通中直线电机初级与次级之间的气隙很大以及特有的边端效应问题，其效率和功率因数较传统的旋转电机要差，在一定程度上制约了直线电机轮轨列车的发展。随着直线电机传动技术的日益成熟，如何进一步减少直线电机能耗已成为直线电机轮轨交通中需重视的一个重要问题。

上述所说的直线电机能耗，一是由于直线电机的初次级之间的气隙比旋转电机的气隙大，因此所需的励磁电流大，损耗增加；二是由于直线电机初级铁芯两端开断，产生了边端效应，引起波形畸变等，影响了直线电机的运行性能，导致损耗增加。

因此，如何降低直线电机的能耗逐渐成为一个热点研究问题。从直线电机本身来说，能耗因素主要在它的初次级的结构和材料。从现有技术来看，直线电机初级的结构和材料已设计的较为完善，因此，直线电机次级的结构和材料的设计与选择就成了目前国内外研究和试验的重点。

目前，大部分直线电机轮轨交通用的直线电机次级是采用20-25mm的导磁铁板，再采用爆炸焊的结合工艺复合５－７mm导电铝板组成复合次级，被称为整体式感应板。如图1所示为整体式感应板次级的示意图，整体式感应板次级包括导电铝板1（整块形状）、导磁钢板2（整块形状），导电铝板1复合在导磁钢板2的表面。该种次级结构的直线电机在运行时涡流损耗大，效率低。

近几年，也开发出另一种直线电机次级结构，如图2所示，该种结构被称作叠片式感应板。该种叠片式感应板次级包括导电铝板3（整块形状）、导磁钢板4（叠片式形状），导磁钢板4是用若干块方钢压叠形成，导电铝板3不变，像图1一样复合在导磁钢板4表面上。该种次级结构的直线电机在运行时涡流损耗比整体式感应板次级结构的小，效率有提高。

根据上述直线电机次级的叠片式感应板结构和整体式感应板结构的性能对比测试结果来看，在相同电流以及相同初次级气隙的情况下，叠片式感应板的推力比整体式感应板的推力要大，并且叠片式感应板的叠片数量增加，推力会增加，叠片式感应板提高直线电机的效率。对于相同规格的叠片式感应板和整体式感应板，采用叠片式感应板的直线电机推力比采用整体式感应板的直线电机推力理论上要增大10%左右，能耗节约10%左右。这是因为直线电机初级与次级的感应板互相作用时，在感应板的导磁钢板上会产生涡流。整体式感应板的导磁钢板是整块背铁，涡流损耗大，而叠片式感应板的导磁钢板由若干块方钢叠片组成，相比涡流损耗小。

尽管叠片式感应板次级比整体式感应板次级提高了直线电机的效率，但从直线电机次级的结构和材料上来说，其改变仍然还不够。叠片式感应板次级仅从部分结构上改变了整体式感应板次级导磁板的涡流损耗，且其导磁材料仍然采用普通钢材；而其次级的导电板的结构和材料仍然未变，降低次级的能耗还有更大的提升空间。本发明就是要在直线电机次级的整体结构和材料上有所突破，以取得更好的节能效果。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种更高效的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，提高现有直线电机轨道交通的推力和运行效率。

本发明是这样实现的，提供一种直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，包括导磁铁芯、导电体以及安装支架，导电体包括一组栅形排列的导电导条以及连接相邻导电导条端部的导电端条；在导磁铁芯上设有与导电导条相适应的安装槽口，导电导条嵌入在安装槽口内，导电导条的两端部均延伸出安装槽口，导电端条设置在导磁铁芯的侧部；导磁铁芯设置在安装支架上。

进一步地，导磁铁芯为平板状。

进一步地，导磁铁芯由硅钢片冲制叠压而成，硅钢片沿导电导条的长度方向叠压。

进一步地，安装支架通过紧固件固定导磁铁芯。

进一步地，在安装支架的上部设置有若干限位条，限位条设置在相邻的导电导条之间。

进一步地，在安装支架的外侧面凸设有铺设安装用的安装板，在安装板上设置有安装孔。

进一步地，导电导条以及导电端条一体连接。

进一步地，导电导条以及导电端条由导电性能良好的材料制成。

进一步地，导电导条以及导电端条的材料为纯铜材。

进一步地，导电端条的截面积大于导电导条的截面积。

与现有技术相比，本发明提供的栅形直线电机次级装置，首先，从整体结构上与叠片式感应板次级装置以及整体式感应板次级装置完全不一样，本发明的结构设计更符合直线电机的运行原理，更能体现直线电机的优势和特点。现有的直线电机的感应板次级装置大多采用整块金属板或复合金属板，并不存在明显的导电导条，因此，与本发明相比，在感应板上的感应电流无明显导向及导电铝板内电流的分布较乱，其涡流损耗大，效率低。其次，从材料上与现有的叠片式感应板次级装置以及整体式感应板次级装置也完全不一样，现有的感应板采用导电铝板以及导磁钢板制成，而本发明的栅形感应板材料是导电性能良好的纯铜材和导磁性能良好的硅钢片，导电和导磁性能增强，电能损失少，效率更高。而且，在次级导磁铁芯厚度不变的前提下，可以增大初级导磁铁芯的厚度，提高直线电机的牵引力。

 

附图说明

图1为整体式感应板次级装置结构示意图；

图2为叠片式感应板次级装置结构示意图；

图3为本发明的一较佳实施例的结构示意图；

图4为图3中导电体内的感应电流分布示意图；

图5为图4的感应电流回路示意图。

 

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图3所示，是本发明的一个较佳实施例，本实施例的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置包括导磁铁芯5、导电体6以及安装支架7。导磁铁芯5为平板状，导电体6设置在导磁铁芯5内，导磁铁芯5设置在安装支架7上。

导电体6包括一组栅形排列的导电导条61以及连接相邻导电导条61端部的导电端条62。导电导条61以及导电端条62一体连接，且形成栅形形状，具有多个封闭的回路，使得直线电机次级的感应电流有规则地在次级中按设计要求在回路中流动，感应电流的分布更有规律，涡流损耗小，效率高。导电端条62的截面积大于导电导条61的截面积。导电导条61以及导电端条62由导电性能良好的材料制成，例如纯铜、合金铜、铝和合金铝。在本实施例中，导电导条61以及导电端条62的材料为纯铜材，次级的内阻小，降低次级的能耗，进一步提高次级效率。

在导磁铁芯5顶面上凹设有与导电导条61相适应的多个安装槽口51，导电导条61嵌入在安装槽口51内，导电导条61的两端部均延伸出安装槽口51，导电端条62设置在导磁铁芯5的侧部。导磁铁芯5由导磁性能良好的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片沿导电导条61的长度方向叠压，优选为0.5mm厚度的硅钢片。导磁铁芯5采用导磁性能良好的硅钢片，可以进一步降低次级的能耗，提高次级效率。安装槽口51的形状和数量按直线电机相对于初级的设计要求来确定。安装槽口51用于固定导电导条61，且可与直线电机的初次级磁路相互沟通。

导电导条61嵌合在安装槽口51内且分别延伸至安装槽口51两端，导电导条61的顶面不高于导磁铁芯5的顶面。导电端条62分别设置在导磁铁芯5的两侧，单侧的导电端条62分别把该侧的每个导电导条61的端部连接在一起。导电体6呈栅形。

安装支架7分别设置在导磁铁芯5两侧面，安装支架7通过紧固件8固定导磁铁芯5。在本实施例中，紧固件8为螺栓与螺母联接。三颗螺栓分别贯穿导磁铁芯5，在导磁铁芯5的另一端与螺母旋紧。安装支架7用于铺设安装固定。在安装支架7的外侧面凸设有铺设安装用的安装板71，在安装板71上设置有便于安装的安装孔72。在安装支架7的上部设置有若干限位条73，限位条73设置在相邻的导电导条61之间，用于固定导磁铁芯5以及限制导电导条61的安装位置。

实际使用时，直线电机的初级设置在轨道列车转向架上，而本发明的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置沿轨道与直线电机初级相对应地铺设在路基的轨道板或轨枕基础上。

当直线感应电机初级的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，初级与次级相互作用后在它们之间的气隙中会产生气隙磁场。当不考虑由于导磁铁芯5两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的的分布情况可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。这个磁场是平移的，因此称为行波磁场。当次级为栅形次级时，次级导条在行波磁场切割下，将感应电动势并产生感应电流。而导电导条61的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果次级是固定不动的，那末初级就带着列车顺着行波磁场运动的方向作直线运动。

请一同参照图4以及图5，分别画出了导电体6内假想的感应磁场和感应电流以及导电体6内感应电流的分布。图中l _δ 为初级导磁铁芯的叠片厚度，c为次级在l _δ 长度方向伸出初级铁芯的宽度，它用来作为次级感应电流的端部通路，c的大小将影响次级的电阻。在本发明中，次级感应电流的端部通路专门设置了导电端条62。因为导电端条62的截面积大于导电导条61的截面积，降低次级感应电流在导电端条62内的消耗。导电端条62采用导电性能良好的纯铜材料，所以，进一步降低了次级的电阻，提高效率。导电体6可以减少感应涡流的损耗，同时，使得次级的磁路更合理，增大导磁铁芯5的磁通量，提高次级效率。

另一方面，由于设置了专门的导电端条62用于端部通路，使得l _δ 的长度可以相对地增大，甚至达到初级导磁铁芯（图中未示出）厚度与次级导磁铁芯5厚度完全重叠的地步，更有效地利用次级导磁铁芯5的厚度。在次级导磁铁芯5厚度不变的前提下，可以增大初级导磁铁芯的厚度，提高直线电机的牵引力。

本实施例的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置采用栅形导电体感应板的直线电机推力比采用叠片式感应板的直线电机推力理论上要增大10%左右，能耗节约10%左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，包括导磁铁芯、导电体以及安装支架，其特征在于，所述导电体包括一组栅形排列的导电导条以及连接相邻导电导条端部的导电端条；在所述导磁铁芯上设有与导电导条相适应的安装槽口，所述导电导条嵌入在所述安装槽口内，导电导条的两端部均延伸出安装槽口，所述导电端条设置在导磁铁芯的侧部；所述导磁铁芯设置在安装支架上。

2.如权利要求1所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导磁铁芯为平板状。

3.如权利要求2所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导磁铁芯由硅钢片冲制叠压而成，所述硅钢片沿所述导电导条的长度方向叠压。

4.如权利要求3所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述安装支架通过紧固件固定所述导磁铁芯。

5.如权利要求4所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，在所述安装支架的上部设置有若干限位条，所述限位条设置在相邻的所述导电导条之间。

6.如权利要求1所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，在所述安装支架的外侧面凸设有铺设安装用的安装板，在所述安装板上设置有安装孔。

7.如权利要求1所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导电导条以及导电端条一体连接。

8.如权利要求7所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导电导条以及导电端条由导电性能良好的材料制成。

9.如权利要求8所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导电导条以及导电端条的材料为纯铜材。

10.如权利要求1所述的直线电机轨道交通用栅形直线电机次级装置，其特征在于，所述导电端条的截面积大于所述导电导条的截面积。