CN105128692A - 高速磁悬浮直线推进系统 - Google Patents
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Abstract
高速磁悬浮直线推进系统，属于电机领域。为了解决现有磁悬浮推进系统稳定性差，且控制复杂的问题。所述推进系统包括电机装置和驱动控制装置；电机装置主要由初级、和次级构成。初级主要由悬浮、导向初级和推进初级构成，次级主要由动子基板与次级单元构成，次级单元固定在动子基板上，主要由永磁体和次级基板构成。驱动控制装置用于产生驱动信号发送给初级，实现驱动控制。本发明的悬浮与导向是自适应、自稳定的，不需要专门的悬浮与导向控制装置，因此不仅控制简单、安全可靠，而且成本低、运行效率高。本发明的悬浮与导向气隙大，悬浮和导向稳定，免去了对导轨建造苛刻的精度要求。
Description
技术领域
本发明属于电机领域。
背景技术
现有高速磁悬浮直线推进系统可分为常导型和超导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10mm左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400～500km，适合于城市间的长距离快速运输。而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表，它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100mm左右，速度可达每小时500km以上。尽管磁悬浮推进系统具有速度快、加速度大、能耗低、维修少、污染小、噪声低、寿命长等诸多优点，但仍然存在一些不足：(1)超导磁悬浮技术需要体积较大的冷却设备，不适合小功率推进系统；另外，超导磁体存在失超隐患；(2)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，悬浮控制难度大，对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有磁悬浮推进系统稳定性差，且控制复杂的问题，本发明提供一种高速磁悬浮直线推进系统。
本发明的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个磁悬浮直线推进单元构成，每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向推进初级与一个次级构成；每个磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向推进初级为双边结构，双边结构中每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈上线圈下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板上，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个直线推进单元的次级固定连接；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给两个直线推进单元的悬浮导向推进初级，实现驱动控制。
一种高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级和两个次级；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈，上线圈和下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板上，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级由初级线圈与初级基板构成，初级线圈固定在初级基板上，或嵌放在初级基板的槽中；
次级包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；两个次级相互平行设置；次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
每个次级的两个气隙侧分别为悬浮导向初级的一边结构和所述推进初级的一边结构，三者组成双边结构；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级，实现驱动控制。
所述悬浮导向初级位于两个次级之间。
所述所述推进初级位于两个次级之间。
一种高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级和两个次级；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；所述悬浮导向初级和推进初级固定连接，所述两个次级固定连接；
次级包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
两个次级相互平行设置；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈，上线圈和下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板上，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级由初级线圈与初级基板成，初级线圈固定在初级基板上，或嵌放在初级基板的槽中；
两个次级均位于悬浮导向推进初级的双边结构的中间；
推进初级位于两个次级之间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
一种高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个磁悬浮直线推进单元构成；每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向初级、推进初级和两个次级构成；
所述磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈，上线圈和下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级由初级线圈与初级基板构成，初级线圈固定在初级基板上，或嵌放在初级基板的槽中；
次级包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个磁悬浮直线推进单元的次级固定连接；
磁悬浮直线推进单元的两个次级位于推进初级的两侧，
两个次级位于悬浮导向初级的双边结构的中间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
一种高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个悬浮单元和一个推进单元构成；每个悬浮导向单元由悬浮导向初级和第一次级构成；推进单元由推进初级和第二次级构成；两个悬浮导向单元分别位于推进单元的两侧；两个悬浮单元的初级和推进单元的推进初级固定连接，两个悬浮单元的次级和推进单元的次级固定连接；
所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈，上线圈和下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板上，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级由初级线圈与初级基板构成，初级线圈固定在初级基板，或嵌放在初级基板的槽中；
第一次级包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
一种高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括一组悬浮导向初级、一组推进初级和一个次级；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构的绕组由线圈组和线圈基板构成，每个线圈组由两个矩形线圈构成，分别为上线圈和下线圈，上线圈和下线圈沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板上，且位于推进初级的上下两侧，上线圈和下线圈的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述推进初级由初级线圈与初级基板构成，初级线圈固定在初级基板上，或嵌放在初级基板的槽中；
悬浮导向初级和推进初级位于次级的外侧；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
所述推进初级的绕组为多相对称绕组。
与推进初级对应的次级的磁极由2×(k+1)×(2n+1)块永磁体构成，其中，k、n为自然数；在次级一侧，构成一个磁极的(k+1)×(2n+1)块永磁体沿运动方向嵌放在次级基板槽中，形成一个(k+1)行、(2n+1)列的矩阵；其中，位于中间的永磁体宽度或厚度大于等于其两侧的永磁体宽度或厚度；次级基板左侧的(k+1)×(2n+1)块永磁体与次级基板右侧的(k+1)×(2n+1)块永磁体对称布置在基板槽中，两侧永磁体的充磁方向相同。
本发明的有益效果在于，本发明具有以下优点：
(1)本发明的悬浮与导向是自适应、自稳定的，不需要专门的悬浮与导向控制装置，因此不仅控制简单、安全可靠，而且成本低、运行效率高。
(2)本发明的悬浮与导向气隙大，悬浮和导向稳定，免去了对导轨建造苛刻的精度要求。
附图说明
图1(a)为具体实施方式一所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图1(b)为具体实施方式中线圈组和线圈基板的原理示意图。
图1(c)为具体实施方式中每个线圈组由两个矩形线圈构成的原理示意图。
图2(a)为具体实施方式二所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图2(b)为具体实施方式二中推进初级的原理示意图。
图3为具体实施方式三所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图4为具体实施方式四所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图5为具体实施方式五所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图6为具体实施方式六所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图7为具体实施方式七所述的高速磁悬浮直线推进系统的原理示意图。
图8为具体实施方式七所述的高速磁悬浮直线推进系统的线圈的原理示意图。
图9为具体实施方式八中永磁体分布的统的原理示意图。
图10为具体实施方式九中永磁体分布的统的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1(a)、图1(b)和图1(c)说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个直线推进单元构成，每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向推进初级与一个次级1构成；每个磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向推进初级为双边结构，双边结构中每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈2-1-1-1的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个直线推进单元的次级固定连接；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给两个直线推进单元的初级2，实现驱动控制。
具体实施方式二：结合图2(a)和图2(b)说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级2-2和两个次级1；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈2-1-1-1的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；两个次级1相互平行设置；次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
每个次级1的两个气隙侧分别为悬浮导向初级的一边结构和所述推进初级2-2的一边结构，三者组成双边结构；
本实施方式中，所述悬浮导向初级位于两个次级1之间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级，实现驱动控制。
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级2-2和两个次级1；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈2-1-1-1的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；两个次级1相互平行设置；次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
每个次级1的两个气隙侧分别为悬浮导向初级的一边结构和所述推进初级2-2的一边结构，三者组成双边结构；
本实施方式中，所述所述推进初级2-2位于两个次级1之间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级，实现驱动控制。
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级2-2和两个次级1；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；所述悬浮导向初级和推进初级2-2固定连接，所述两个次级1固定连接；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
两个次级1相互平行设置；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈2-1-1-1的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
两个次级1均位于悬浮导向推进初级的双边结构的中间；
推进初级2-2位于两个次级1之间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制；
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个磁悬浮直线推进单元构成；每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向初级、推进初级2-2和两个次级1构成；
所述磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈2-1-1-1的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个磁悬浮直线推进单元的次级固定连接；
磁悬浮直线推进单元的两个次级1位于推进初级2-2的两侧，
两个次级1位于悬浮导向初级的双边结构的中间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制；
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个悬浮单元和一个推进单元构成；每个悬浮导向单元由悬浮导向初级和第一次级1-1构成；推进单元由推进初级2-2和第二次级1-2构成；两个悬浮导向单元分别位于推进单元的两侧；两个悬浮单元的初级和推进单元的推进初级2-2固定连接，两个悬浮单元的次级1和推进单元的次级1固定连接；
所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈2-1-1-1的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
第一次级1-1与第二次级1-2结构相同；
第一次级1-1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制；
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式七：结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括一组悬浮导向初级、一组推进初级2-2和一个次级1；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级1之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向推进初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构2-1的绕组由线圈组2-1-1和线圈基板2-1-2构成，每个线圈组2-1-1由两个矩形线圈构成，分别为上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板2-1-2上，且位于推进初级2-2的上下两侧，上线圈2-1-1-1和下线圈2-1-1-2的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组2-1-1沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈2-1-1-1的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述推进初级2-2由初级线圈2-2-1与初级基板2-2-2构成，初级线圈2-2-1固定在初级基板2-2-2上，或嵌放在初级基板2-2-2的槽中；
悬浮导向初级和推进初级2-2位于次级1的外侧；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级1；在电机低速旋转或故障时起支撑作用；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制：
本实施方式中，所述推进初级2-2的绕组为多相对称绕组，在实际设计中，根据高速磁悬浮直线推进系统的额定工作速度，将所述初级线圈2-2-1沿运动方向分段，各段之间每相串联匝数和线圈导体截面积不同，具体原则为：从低速段到高速段，每相线圈的串联匝数逐渐递减，并且线圈导体的截面逐渐递增；
所述驱动控制装置可以采用多个功率变换器单元和控制器实现；分段后的初级线圈2-2-1的每段由一个功率变换器单元驱动，控制器分别控制各个功率变换器单元从低速段(启动段)到高速段，逐渐提高器件的电流容量。
具体实施方式八：结合图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二、三、四、五、六或七所述的高速磁悬浮直线推进系统的进一步限定，与推进初级对应的次级每个磁极由2块永磁体组成；在次级每侧，构成一个磁极的1块永磁体嵌放在次级基板槽中。次级基板左侧的永磁体与次级基板右侧的永磁体对称布置在基板槽中，两侧永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式九：结合图10说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统与具体实施方式八不同的是，与推进初级对应的次级每个磁极由12块永磁体组成；在次级每侧，构成一个磁极的6块永磁体沿运动方向嵌放在次级基板槽中，形成一个2行、3列的矩阵；槽中所有永磁体的尺寸相同；次级基板左侧的6块永磁体与次级基板右侧的6块永磁体对称布置在基板槽中，两侧永磁体的充磁方向相同。
具体实施方式十：结合图10说明本实施方式，本实施方式所述的高速磁悬浮直线推进系统与具体实施方式八不同的是，与推进初级对应的次级每个磁极由12块永磁体组成；在次级每侧，构成一个磁极的6块永磁体沿运动方向嵌放在次级基板槽中，形成一个2行、3列的矩阵；其中，位于中间的永磁体宽度或厚度大于等于其两侧的永磁体宽度，即永磁体宽度由磁极中间位置往两侧逐渐减小。次级基板左侧的6块永磁体与次级基板右侧的6块永磁体对称布置在基板槽中，两侧永磁体的充磁方向相同。
本发明磁悬浮直线推进系统的工作原理：
推进原理：次级永磁体产生的磁场与推进初级绕组产生的行波磁场相互作用产生电磁驱动力，驱动次级做直线运动。
悬浮原理：次级在速度较低或故障时，由辅助支撑结构来支撑次级，随着动子速度的提高，在悬浮绕组线圈中产生的电动势越来越大，悬浮绕组线圈单元的上下两个线圈是闭合的，线圈内部便流有电流，上部线圈电流产生的磁场方向与次级永磁体磁场方向相同，于是二者相互作用会产生一个吸引力，吸引次级向上；而下部线圈电流产生的磁场方向与次级永磁体磁场方向相反，于是二者相互作用会产生一个排斥力，托动次级向上，当作用于次级向上的电磁力大于次级重量时，便会使次级悬浮起来，脱离辅助支撑结构。
导向原理：当高速运动的次级处于左右导向线圈中间位置时，次级永磁体磁场在左右导向线圈中产生的电动势相等，二者方向相反，正好相互抵消；当次级偏离中间位置时，次级永磁体磁场在左右导向线圈中产生的电动势大小不相等，而且二者方向相同，与次级靠近线圈中电流产生的电磁力排斥次级，与次级远离线圈中电流产生的电磁力吸引次级，在两侧电磁力的作用下，推动次级趋向中间位置。
Claims (10)
1.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个磁悬浮直线推进单元构成，每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向推进初级与一个次级(1)构成；每个磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级(1)之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向推进初级为双边结构，双边结构中每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级(1)包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个直线推进单元的次级固定连接；所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；驱动控制装置用于产生驱动信号发送给两个直线推进单元的悬浮导向推进初级，实现驱动控制。
2.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级(2-2)和两个次级(1)；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级(2-2)由初级线圈(2-2-1)与初级基板(2-2-2)构成，初级线圈(2-2-1)固定在初级基板(2-2-2)上，或嵌放在初级基板(2-2-2)的槽中；
次级(1)包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；两个次级(1)相互平行设置；次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
每个次级(1)的两个气隙侧分别为悬浮导向初级的一边结构和所述推进初级(2-2)的一边结构，三者组成双边结构；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级，实现驱动控制。
3.根据权利要求2所述的一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述悬浮导向初级位于两个次级(1)之间。
4.根据权利要求2所述的一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述所述推进初级(2-2)位于两个次级(1)之间。
5.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括悬浮导向初级、推进初级(2-2)和两个次级(1)；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级(1)之间的气隙所在平面与水平面垂直；所述悬浮导向初级和推进初级(2-2)固定连接，所述两个次级(1)固定连接；
次级(1)包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
两个次级(1)相互平行设置；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级(2-2)由初级线圈(2-2-1)与初级基板(2-2-2)构成，初级线圈(2-2-1)固定在初级基板(2-2-2)上，或嵌放在初级基板(2-2-2)的槽中；
两个次级(1)均位于悬浮导向推进初级的双边结构的中间；
推进初级(2-2)位于两个次级(1)之间；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；
驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
6.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个磁悬浮直线推进单元构成；每个磁悬浮直线推进单元由悬浮导向初级、推进初级(2-2)和两个次级(1)构成；
所述磁悬浮直线推进单元为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级(1)之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级(2-2)由初级线圈(2-2-1)与初级基板(2-2-2)构成，初级线圈(2-2-1)固定在初级基板(2-2-2)上，或嵌放在初级基板(2-2-2)的槽中；次级(1)包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述两个直线推进单元的初级固定连接，两个磁悬浮直线推进单元的次级固定连接；
磁悬浮直线推进单元的两个次级(1)位于推进初级(2-2)的两侧，
两个次级(1)位于悬浮导向初级的双边结构的中间；所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级(2-2)实现驱动控制。
7.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置由两个悬浮单元和一个推进单元构成；每个悬浮导向单元由悬浮导向初级和第一次级(1)-1构成；推进单元由推进初级(2-2)和第二次级(1)-2构成；两个悬浮导向单元分别位于推进单元的两侧；两个悬浮单元的初级和推进单元的推进初级(2-2)固定连接，两个悬浮单元的次级(1)和推进单元的次级(1)固定连接；
所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级(1)之间的气隙所在平面与水平面垂直；
所述悬浮导向初级为双边结构，双边结构中每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构中位置相对的两个上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起、尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
所述推进初级(2-2)由初级线圈(2-2-1)与初级基板(2-2-2)构成，初级线圈(2-2-1)固定在初级基板(2-2-2)上，或嵌放在初级基板(2-2-2)的槽中；
第一次级(1)-1包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
8.一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进系统包括电机装置、驱动控制装置和辅助支撑结构；
所述电机装置包括一组悬浮导向初级、一组推进初级(2-2)和一个次级(1)；所述电机装置为长初级、短次级，且初级固定、次级运动的结构；初级与次级(1)之间的气隙所在平面与水平面垂直；
悬浮导向初级为双边结构，所述双边结构对称设置，每边结构(2-1)的绕组由线圈组(2-1-1)和线圈基板(2-1-2)构成，每个线圈组(2-1-1)由两个矩形线圈构成，分别为上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)沿垂直水平面的方向上下并列固定在相应的线圈基板(2-1-2)上，且位于推进初级(2-2)的上下两侧，上线圈(2-1-1-1)和下线圈(2-1-1-2)的绕向相反，首尾连接在一起；各线圈组(2-1-1)沿运动方向依次排列；
双边结构相对的上线圈(2-1-1-1)的首端连在一起，尾端连在一起；所述运动方向是指初级和次级的相对运动方向；
次级(1)包括动子基板和次级单元，次级单元固定在动子基板上，所述次级单元包括永磁体磁极和次级基板；
次级基板的两个气隙侧对称开槽，所述槽为次级基板槽，永磁体磁极沿运动方向依次固定在次级基板槽中；沿运动方向，每相邻两个永磁体磁极的充磁方向相反；在次级基板两侧对应槽中永磁体磁极的充磁方向相同；
所述推进初级(2-2)由初级线圈(2-2-1)与初级基板(2-2-2)构成，初级线圈(2-2-1)固定在初级基板(2-2-2)上，或嵌放在初级基板(2-2-2)的槽中；
悬浮导向初级和推进初级(2-2)位于次级(1)的外侧；所述辅助支撑结构，用于支撑次级(1)；驱动控制装置用于产生驱动信号发送给悬浮导向初级和推进初级实现驱动控制。
9.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，所述推进初级(2-2)的绕组为多相对称绕组。
10.根据权利要求9所述的一种高速磁悬浮直线推进系统，其特征在于，与推进初级(2-2)对应的次级(1)的磁极由2×(k+1)×(2n+1)块永磁体构成，其中，k、n为自然数；在次级(1)一侧，构成一个磁极的(k+1)×(2n+1)块永磁体沿运动方向嵌放在次级基板槽中，形成一个(k+1)行、(2n+1)列的矩阵；其中，位于中间的永磁体宽度或厚度大于等于其两侧的永磁体宽度或厚度；次级基板左侧的(k+1)×(2n+1)块永磁体与次级基板右侧的(k+1)×(2n+1)块永磁体对称布置在基板槽中，两侧永磁体的充磁方向相同。
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