CN104904105A - 两相两列的线性脉冲马达推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种两相两列的线性脉冲马达推进系统，尤其涉及改善加速性能、转矩特性并能够通过非粘附驱动特性来实现高速行驶、停止、前/后进方向转换功能的两相两列的线性脉冲马达推进系统，该系统包括：励磁单元(121、122)，在移动体(110)的下部沿长度方向设置为两列，并产生磁场；电枢单元(131、132)，其设置在行驶轨道上并通过从电力转换装置供给的电源产生移动磁场，与所述两列的励磁单元(121、122)分别对应地设置为两列，从而通过基于两相的同步信号的相互作用来产生移动体(110)的驱动力，所述系统与具有单相排列的线性推进系统相比，能够提高驱动力，且能够提高高速行驶及加减速性能。

Description

两相两列的线性脉冲马达推进系统
技术领域
本发明涉及一种两相两列的线性脉冲马达推进系统，尤其涉及改善加速性能、转矩特性并能够通过非粘附驱动特性来实现高速行驶、停止、前/后进方向转换功能的两相两列的线性脉冲马达推进系统。
背景技术
一般地，铁路车辆的加减速性能是考虑车辆的重量和驱动装置的性能来设定，像我们国家车站较多的情况，提高加减速性能成为缩短运行间隔以及整体所需时间的关键。
由于一般的铁路车辆作为车轮在轨的方式使用粘附驱动方式，因此大于粘附上限(约430km/h)时会存在速度的界限。
电动铁路车辆接收直流或者交流电并通过主电源装置来驱动牵引电动机，并且通过辅助电源装置(SIV)供给空调系统、电灯、通讯等的车辆所需的电。
牵引电动机产生的转矩通过减速齿轮转换为高转矩、低速的机械能，并且通过列车的车轮与铁轨之间的摩擦力来产生驱动力。
尤其，虽然在加速或者减速区间需要大的转矩和制动力，但是在实际行驶区间只需要相对低的转矩，因此，一般情况下牵引电动机根据实际行驶中所需的连续额定来进行设计和制造。
在起动时，投入比牵引电动机的连续额定多的电流来产生牵引力，但是瞬时额定有上限，约为1.5～2倍。
因而，现有的电动铁路车辆因驱动装置的容量上限、车辆的重量、电力供给的上限、粘附上限等而改善加减速性能或者超高速行驶时存在很多困难。
例如，为了提高加减速性能，可以使用大容量的牵引电动机，然而在加减速区间以外的一般行驶区间上，因车辆的重量增加而反而会导致行驶效率下降。
为了避免这些问题，在使用提高功率密度的牵引电动机的情况下，虽能够解决车辆的重量增加问题，然而因车辆内的电力供给的上限和电车线的容量增大而很难实际应用。
并且，为了提高超高速行驶性能，即使使用大容量的牵引电动机，也因车轮在轨方式中的粘附上限而导致车轮打滑，因此存在无法超高速行驶等问题。
另一方面，授权专利公报第10-0440389号(授权日：2004年7月5日)公开了通过高功率提高动力产生效率的两相线性电动机。
所述授权专利提出了两相横磁束型永久磁铁励磁线性电动机，该电动机是将一对一相横磁束型永久磁铁励磁线性电动机按照所述两个电动机的转子相对的方式配置，然而该电动机是上下配置定子的结构，因此在结构上定子所占的设置空间大，从而存在难以应用的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是解决现有技术的各种问题而提出的，其目的在于提供一种两相两列的线性脉冲马达推进系统，该系统改善加速性能、转矩特性并能够通过非粘附驱动特性来实现高速行驶、停止、前/后进方向转换功能。
(二)技术方案
用于实现上述目的的本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统，包括：励磁单元，在移动体的下部沿长度方向设置为两列，并产生磁场；电枢单元，其设置在行驶轨道上并通过从电力转换装置供给的电源产生移动磁场，与所述两列的励磁单元分别对应地设置为两列，从而通过基于两相的同步信号的相互作用来产生移动体的推进力。
优选地，对于本发明，其特征在于，所述励磁单元设置为两列，且互相具有180°的相位差，更优选地，所述励磁单元为永久磁铁或超导磁铁。
优选地，对于本发明，其特征在于，所述励磁单元为超导磁铁，其以单位单元被模块化，并在移动体的下部设置多个。
优选地，对于本发明，其特征在于，所述电枢单元设置为两列，各列包括：A相线圈单元，其沿行驶轨道的长度方向以每隔一定区间具有扭结的方式绕组，且相邻的区间的磁场方向相反；以及B相线圈单元，其具有与所述A相线圈单元相同的结构，且沿长度方向具有90°的相位差。
优选地，对于本发明，其特征在于，在行驶轨道为爬坡区间或者加减速区间的情况下，所述电枢单元通过铁芯型线圈来提供。
优选地，对于本发明，其特征在于，所述电枢单元埋设在地下或者利用支撑物设置在地上。
优选地，对于本发明，其特征在于，施加在所述电枢单元的电源是直流脉冲电流、矩形波或者正弦波的交流电流。
(三)有益效果
本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统，包括：励磁单元，在移动体的下部沿长度方向设置为两列；以及电枢单元，其设置在行驶轨道上并通过从电力转换装置供给的电源产生移动磁场，与所述两列的励磁单元分别对应地设置为两列，从而通过基于两相的同步信号的相互作用来产生移动体的驱动力，因此与具有单相排列的线性推进系统相比，能够提高驱动力，且能够提高加减速性能。
并且，现有的单相排列的线性推进系统存在不能产生起动转矩，且驾驶时转矩特性差以及不能进行前/后进方向转换的问题，然而本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统能够解决这种单相排列的线性推进系统中存在的问题，且不需要现有的在铁路车辆上装载的电磁线以及电杆架之类的电力供给装置和电力转换装置、牵引电动机以及能量转换装置，从而具有能够通过铁路车辆的轻量化来提高超高速行驶性能和加减速性能的效果。
附图说明
图1是表示本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统的图。
图2是表示在本发明的推进系统中电枢单元的优选例子的图。
图3(a)、图3(b)是用于说明本发明的推进系统的运行例子的图。
图4(a)、图4(b)、图4(c)是表示在本发明的推进系统中能够施加在电枢单元的各种电流波形的例子的图。
附图说明标记
110：移动体                  121、122：励磁单元
131、132：电枢单元           131a：A相线圈单元
131b：B相线圈单元
具体实施方式
在本发明的实施例中提出的特定结构以及功能性说明只是为了说明根据本发明的概念的实施例而示例的，根据本发明的概念的实施例还可以通过各种形式来实施。并且，不能解释为其限定在本说明书中说明的实施例，应当理解为其包括本发明的思想以及技术范围所包含的所有变更物、等同物以及替代物。
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
参照图1，本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统，包括：励磁单元121、122，在移动体110的下部沿长度方向设置为两列，并产生磁场；电枢单元131、132，其设置在行驶轨道上并通过从电力转换装置供给的电源产生移动磁场，与所述两列的励磁单元121、122分别对应地设置为两列，从而通过基于两相的同步信号的相互作用来产生移动体110的驱动力。
在本实施例中，移动体110是以铁路车辆来示例，然而移动体并不限定于此。
在移动体110的下部设置以两列构成的励磁单元121、122。励磁单元121、122是用来产生特定的磁场，能够通过永久磁铁或者低温或者常温的超导磁铁来提供。应当理解为，可以补充增加能够根据励磁单元的磁场产生装置供给所需电源的电源装置，如低温或者常温的超导磁铁、电磁铁等，或者超导磁铁的运行所需的低温恒温器(cryostat)。
顺便说一下，在图1中，为了便于理解，在移动体的下部作为励磁单元表示的是并排设置成两列的永久磁铁，优选地，励磁单元121、122形成为两列，并且互相具有180°的相位差。
在图1中简略地表示励磁单元121、122只是由一对永久磁铁构成的情况，然而，更加优选地，励磁单元110通过超导磁铁来提供，其以单位单元模块化，并且为了提高转矩，在移动体110的下部可以设置有多个。
尤其，在本发明中，在移动体110下部通过超导磁铁来提供的励磁单元以单位单元模块化并安装，从而发生故障时能够以单位单元的模块单位进行更换或者维修，因此容易进行维持以及管理。并且励磁单元以单位单元被模块化来提供，从而驱动力被分散，即使一些模块发生故障时移动体也能够运行。
电枢单元131、132沿地上的行驶轨道设置为两列，通过与行驶轨道相邻设置的电力转换装置(未图示)来实现电源供给，并且产生基于两相同步信号的移动磁场，从而通过与励磁单元110的相互作用来产生移动体110的行驶所需的驱动力。
如图2中所示例，对于本发明，优选地，电枢单元131设置为两列，各列可包括：A相线圈单元131a，其沿行驶轨道的长度方向以每隔一定区间具有扭结的方式绕组，且相邻的区间磁场方向相反；以及B相线圈单元131b，其具有与所述A相线圈单元131a相同的结构，且沿长度方向具有90°的位相差。
A相线圈单元131a以每隔一定区间(D)具有扭结的方式绕组，并具有重复一定的单位区间长度d1(d1＝2D)的结构，当从电力转换装置向A相线圈单元131a施加电源时，以扭结的位置为基准，相邻的两个区域的磁场方向相反。
B相线圈单元131b具有与A相线圈单元131a相同的结构，此时单位区间长度d2与A相线圈单元131a的区间长度d1相同，且具有90°的相位差。
A相线圈单元131a与B相线圈单元131b之间设置周知的绝缘体，从而A相线圈单元131a与B相线圈单元131b之间实现电性绝缘。
如上所述，由A相线圈单元和B相线圈单元构成的两列电枢单元131、132被设置为具有相同的相位。
另一方面，电枢单元131、132能够使用空心型线圈来节减整体费用，优选地，对于铁路车辆，在行驶轨道为车站建筑内的加减速区间或者爬坡区间的情况下，通过将凹凸型的电磁芯设置在线圈之间的铁芯型线圈来提供，从而能够根据行驶区间的特性来提高驱动力。
在本发明中，将电枢单元131、132埋设在地下，像铁路车辆的情况，在市中心能够排除施工车道而防止破坏周围的景观，从而能够构建环保的铁路系统。另一方面，还可以利用支撑物将电枢单元131、132设置在地上的规定高度上。
如上所述，以两相两列构成的电枢单元131、132通过电力转换装置供给电力并产生移动磁场，且通过与移动体的励磁单元之间的相互作用产生非粘附驱动力。
在本发明中，施加在电枢单元的电源能够使用直流脉冲电流、矩形波(square wave)或者正弦波的交流电流。
图3(a)、图3(b)是用于说明本发明的推进系统的运行例子的图，虽然在图中只说明了通过一列的电枢单元的运行例子，然而应当理解为对于两列的电枢单元，也能够相同地运行。
如图3(b)，对于一列的电枢单元，当通过电力转换装置对A相线圈单元和B相线圈单元施加具有90°相位差的矩形波AC电源时，如图3(a)所示，通过从各个线圈单元131a、131b中分别产生的N极或者S极磁场，在一列的电枢单元131中产生移动磁场，且通过一列的电枢单元131中产生的移动磁场，与该励磁单元121的磁场相互作用，从而产生驱动力。
另一方面，位于两列的电枢单元131、132上部的两列的励磁单元121、122具有180°的相位差，且设置在移动体10下部，从而通过施加在电枢单元131、132的矩形波AC电源(或者DC脉冲)能够实现前/后进方向转换。
如此构成的本发明的两相两列的线性脉冲马达推进系统，在铁路车辆的下部设置励磁单元，在地上轨道之间设置电枢单元，通过非粘附驱动来提供铁路车辆的推进力，因此能够提高爬坡区间或者加减速区间的性能，并且应用在车轮在轨方式的铁路车辆上而能够进行超高速行驶。
并且，不需要像现有的电动铁路车辆的推进系统一样在车辆上装载电磁线以及如电杆架之类的电力供给装置和如变压器、变流器、反相器等电力转换装置和旋转型牵引电动机以及齿轮等能量转换装置，通过直接向地上轨道的电枢单元供给电力来实现铁路车辆的行驶，因此能够实现铁路车辆的轻量化，并改善加减速能力和超高速行驶性能。
并且，与现有的线性同步电动机驱动相比，由于使用直流电或者矩形波交流电，因此能够减少电力损失，且能够简化地上的电力转换装置的结构。
本发明并不限定于前述的实施例以及附图，本发明所属领域的技术人员明确知道，在不超出本发明的技术思想的范围内可以进行各种置换、变形以及变更。

Claims (8)

1.一种两相两列的线性脉冲马达推进系统，包括：
励磁单元，在移动体的下部沿长度方向设置为两列，并产生磁场；
电枢单元，其设置在行驶轨道上并通过从电力转换装置供给的电源产生移动磁场，与所述两列的励磁单元分别对应地设置为两列，从而通过基于两相的同步信号的相互作用来产生移动体的驱动力。
2.根据权利要求1所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，所述励磁单元设置为两列，且互相具有180°的相位差。
3.根据权利要求1或者2所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，所述励磁单元为永久磁铁或者超导磁铁。
4.根据权利要求1或者2所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，所述励磁单元为超导磁铁，为了增大转矩，以单位单元被模块化，并在移动体的下部设置多个。
5.根据权利要求1所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，所述电枢单元设置为两列，各列包括：A相线圈单元，其沿行驶轨道的长度方向以每隔一定区间具有扭结的方式绕组，且相邻的区间的磁场方向相反；以及B相线圈单元，其具有与所述A相线圈单元相同的结构，且沿长度方向具有90°的相位差。
6.根据权利要求1或者5所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，在行驶轨道为爬坡区间或者加减速区间的情况下，所述电枢单元通过铁芯型线圈来提供。
7.根据权利要求1或者5所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，所述电枢单元埋设在地下或者利用支撑物设置在地上。
8.根据权利要求1或者5所述的两相两列的线性脉冲马达推进系统，其特征在于，施加在所述电枢单元的电源是直流脉冲电流、矩形波或者正弦波的交流电流。
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