CN109802549A - 一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，包括励磁线圈、磁极铁芯和永磁体，磁极铁芯包括磁极铁芯极身和磁极铁芯极轭，励磁线圈设置于磁极铁芯极身外部，永磁体设置于磁极铁芯的内部，永磁体包括嵌入磁极铁芯极身内部的极身永磁体和嵌入磁极铁芯极轭内部的极轭永磁体，极身永磁体和极轭永磁体对磁极铁芯外部不可见，极身永磁体和极轭永磁体的磁力线方向与励磁线圈在通电后产生的磁场磁力线方向一致，极身永磁体和极轭永磁体形成的磁力线用于助磁；励磁线圈在不通电时，励磁磁极对外不显示磁性。本发明实施例在应用过程中减少了励磁功率，提高了车载供电系统的电能冗余；可以避免永磁体磁场对周围环境设施产生的磁干扰。

Description

一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极

技术领域

本发明实施例涉及磁悬浮列车交通技术领域，特别是涉及一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极。

背景技术

目前，高速磁悬浮列车同步直线电机中的转子由励磁磁极组成，励磁磁极同时兼有悬浮电磁铁的磁极功能，包括励磁线圈11和磁极铁芯，磁极铁芯分为极身12和极轭13，励磁线圈11设置于磁极铁芯极身12的外部(具体请参照图1)。励磁线圈通电后在定转子间气隙中建立很强的气隙磁场，使悬浮电磁铁产生向上的电磁吸力，使磁浮列车悬浮，悬浮气隙由施加在励磁线圈中的励磁电流的大小进行调节，同时励磁磁极连接的气隙磁场与三相定子绕组通电产生的行波磁场相互作用，产生水平的电磁推力，使高速磁悬浮列车前进。

励磁线圈中的励磁电流大小直接影响同步直线电机产生的电磁吸力和电磁推力，而励磁线圈由车载供电系统供电，车载供电系统由车载电池和发电线圈组成，并且磁悬浮列车上的其他设施也有电力需求(例如导向系统、照明、空调等)，车载电池重量受限，容量有限，发电线圈安装在励磁磁极顶部，因安装空间和重量受到限制，其能够提供的电功率也有限，所以高速磁悬浮列车的车载供电系统供电能力有限，如果在减少励磁线圈的励磁功率的同时，仍就能够调节电磁吸力保持磁悬气隙和不降低同步直线电机最大电磁推力的发挥将有利于提高高速磁悬浮列车的车载供电系统的冗余，以便满足列车上的其他设施的电力需求、在提高列车的舒适度的同时不降低磁悬浮列车性能。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极成为本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，在确保同步直线电机的输出性能和列车性能的情况下提高了列车车载供电系统的电能冗余，以便利用节省的电能为列车上的其他设施供电，提高列车的舒适度，并且可以避免永磁体磁场对周围环境设施产生的磁干扰。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，应用于高速磁悬浮列车同步直线电机，包括励磁线圈、磁极铁芯和永磁体，所述磁极铁芯包括磁极铁芯极身和磁极铁芯极轭，所述励磁线圈设置于所述磁极铁芯极身外部，所述永磁体设置于所述磁极铁芯的内部，所述永磁体包括嵌入所述极身内部的极身永磁体和嵌入所述极轭内部的极轭永磁体，所述极身永磁体和所述极轭永磁体对所述磁极铁芯外部不可见，所述极身永磁体和所述极轭永磁体的磁力线方向与所述励磁线圈在通电后产生的磁场磁力线方向一致，所述极身永磁体和所述极轭永磁体形成的磁力线用于助磁；所述励磁线圈在不通电时，所述励磁磁极对外不显示磁性。

可选的，所述极身永磁体竖直嵌入至所述磁极铁芯极身内部，所述极轭永磁体水平嵌入至所述磁极铁芯极轭内部。

可选的，所述极身永磁体为拼接结构，所述极身永磁体由多个子极身永磁体拼接而成，每个所述子极身永磁体按照对外同一方向上同一极性的原则进行三维立体拼合。

可选的，所述极身永磁体为N个，所述N为大于零的偶数，其中，N/2个所述极身永磁体嵌入至所述磁极铁芯极身的左端，N/2个所述极身永磁体嵌入至所述磁极铁芯极身的右端。

可选的，所述极轭永磁体为拼接结构，所述极轭永磁体由多个子极轭永磁体拼接而成，每个所述子轭身永磁体按照在对外同一方向上同一极性的原则进行进行三维立体拼合。

可选的，所述极轭永磁体为1个。

可选的，当列车运行时所述励磁线圈的安匝数大于预设阈值，以使各个所述极身永磁体和各个所述极轭永磁体的漏磁达到最小。

本发明实施例提供了一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，应用于高速磁悬浮列车同步直线电机，包括励磁线圈、磁极铁芯和永磁体，磁极铁芯包括磁极铁芯极身和磁极铁芯极轭，励磁线圈设置于极身外部，永磁体设置于所述磁极铁芯的内部，永磁体包括嵌入磁极铁芯极身内部的极身永磁体和嵌入极轭内部的极轭永磁体，极身永磁体和极轭永磁体对磁极铁芯外部不可见，极身永磁体和极轭永磁体的磁力线方向与励磁线圈在通电后产生的磁场磁力线方向一致，极身永磁体和极轭永磁体形成的磁力线用于辅助励磁；励磁线圈在不通电时，励磁磁极对外不显示磁性。

可见，在极身和极轭的内部分别增设极身永磁体和极轭永磁体后，由于极身永磁体和极轭永磁体的磁力线方向与励磁线圈通电后产生的磁力线方向一致，所以在励磁线圈通电后，极身永磁体和极轭永磁体具有助磁的效果，调节励磁电流同样可以调节悬浮气隙，同时具有悬浮电磁铁的磁极功能，本发明实施例不影响悬浮气隙调节，建立需要的气隙磁场，可以用少量的励磁线圈的励磁安匝数就可以得到满足，减少励磁电流和励磁功率，提高了列车车载供电系统的电能冗余，以便利用节省的电能为列车上的其他设施供电，提高列车的舒适度；本发明实施例因建立了需要的气隙磁场，所以不会影响列车的悬浮，同步直线电机的输出性能和列车性能不会改变。另外，本发明实施例中的励磁磁极在励磁线圈不通电的情况下对外不显示磁性，可以避免永磁体磁场对周围环境设施产生的磁干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种仅励磁线圈通电时励磁磁极和定子的内部磁场示意图；

图4为本发明实施例提供的一种励磁线圈不通电时励磁磁极和定子的内部磁场示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，在确保同步直线电机的输出性能和列车性能的情况下提高了列车车载供电系统的电能冗余，以便利用节省的电能为列车上的其他设施供电，提高列车的舒适度，并且可以避免永磁体磁场对周围环境设施产生的磁干扰。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极的结构示意图。

该励磁磁极，应用于高速磁悬浮列车同步直线电机，包括励磁线圈21、磁极铁芯和永磁体，磁极铁芯包括磁极铁芯极身22和磁极铁芯极轭23，励磁线圈21设置于磁极铁芯极身22外部，永磁体设置于磁极铁芯的内部，永磁体包括嵌入磁极铁芯极身22内部的极身永磁体24，和嵌入磁极铁芯极轭23内部的极轭永磁体25，极身永磁体24和极轭永磁体25对磁极铁芯外部不可见，极身永磁体24和极轭永磁体25的磁力线方向与励磁线圈21在通电后产生的磁场磁力线方向一致，极身永磁体24和极轭永磁体25形成的磁力线用于辅助励磁；励磁线圈21在不通电时，励磁磁极21对外不显示磁性。

需要说明的是，本发明实施例中的励磁磁极中的磁极铁芯(即转子磁极铁芯)的磁极铁芯极身22中的中间部分设置有极身永磁体安装孔，用于安装极身永磁体24，磁极铁芯极身22的两端部没有永磁体安装孔，并且极身永磁体24是完全嵌入磁极铁芯极身22内部的，外部看不到极身永磁体24。具体的，磁极铁芯的极身22可以由0.5mm硅钢片叠压形成，在磁极铁芯极身22的长度方向有两种叠片，端部叠片和中部叠片，极身永磁体24安装孔设置在磁极铁芯极身22的中部叠片中，并且端部叠片没有永磁体安装孔，其叠厚由叠片屏蔽极身永磁体24的磁性决定，要保证磁极铁芯在励磁线圈21不通电的情况下对外不显示磁性。

另外，磁极铁芯的磁极铁芯极轭23设置有极轭永磁体安装孔，用于安装极轭永磁体25，磁极铁芯极轭23的两端部没有永磁体安装孔，并且极轭永磁体25是完全嵌入磁极铁芯极轭23内部，外部看不到极轭永磁体25。具体的，磁极铁芯的磁极铁芯极轭23也可以由0.5mm硅钢片叠压而成，在磁极铁芯极轭23的长度方向有两种叠片，端部叠片和中部叠片，极轭永磁体25安装孔可以设置在磁极铁芯极轭23的中部叠片中，并且磁极铁芯极轭23中的端部叠片没有永磁体安装孔，其叠厚由叠片屏蔽极轭永磁体25的磁性决定，要保证磁极铁芯在励磁线圈21不通电的情况下对外不显示磁性。

具体的，极身永磁体24和极轭永磁体25的结构均可以优选为拼合结构，极身永磁体24和/或极轭永磁体25为多个小块永磁体按对外同一方向上、同一极性的原则在三个方向立体组合，各个小块永磁体在拼合的过程中可以采用粘胶组合，并在胶粘固化成型后形成极身永磁体或极轭永磁体。

需要说明的是，在磁极铁芯中内嵌极身永磁体24和极轭永磁体25后，需要确保极身永磁体24的磁力线方向和极轭永磁体25的磁力线方向与励磁线圈21通电时产生磁场的磁力线方向一致，形成助磁效果，也即永磁体对励磁线圈21的励磁具有助磁作用；当励磁线圈21不通电时，磁极铁芯对外不显示磁性。在励磁线圈21通电时，极身永磁体24与极轭永磁体25具有辅助励磁的作用，相比于内部没有嵌入永磁体的磁极铁芯而言，悬浮气隙同样可以使用励磁电流大小调节，当产生相同的气隙磁场时，也即产生相同的电磁吸力和相同的电磁推力时，本发明实施例中提供的励磁磁极的安匝数(电流和匝数乘积)降低，励磁电流和励磁功率可以大幅度地降低，使高度磁悬浮列车的车载供电系统的电能冗余提高，从而可以有更多的电能为列车上的其他设施供电，例如可以对空调或取暖设施的功率进行调整，以使列车中的温度更加适宜，或增设视频播放器，以增加列车的舒适度，为乘客创造更好的列车环境。另外，由于励磁功率降低，从而可以减少励磁线圈21的匝数，从而节约了励磁线圈21的材料和成本，降低了励磁线圈21的重量，并且极身永磁体24和极轭永磁体25均可以采用高磁能积的永磁体，从而可以在一定程度上减少列车载重。

具体的，对于极身永磁体24和极轭永磁体25的具体极性排列顺序以图2为例进行具体说明，图2中的极身永磁体24为4个，当然，也可以为2个或6个等，极轭永磁体25为1个，励磁线圈21设置在极身22外部，从剖面图可以看出，第一个励磁线圈21包括左侧两个励磁线圈21切面，第二个励磁线圈21包括右侧两个励磁线圈21切面，当励磁线圈21通电时，例如当第一个磁极铁芯极身22对定转子的气隙显示N极性，第二个磁极铁芯极身22对定转子的气隙显示S极性时，则第一个励磁线圈21包裹的极身22中的4个极身永磁体24的上端为N极，下端为S极，第二个励磁线圈21包裹的极身22中的4个极身永磁体24的上端为S极，下端为N极，并且图2中左侧第一个极轭23中嵌入的极轭永磁体25的右端为N极，第二个极轭23中的极轭永磁体25的左端为N极右端为S极，最右侧的极轭23中的极轭永磁体25的左端为S极，从而可以使在励磁线圈21通电时，所嵌入的各个极身永磁体24和极轭永磁体25具有辅助励磁的作用，此时磁极铁芯内部磁场的示意图具体可参照图3，并且当励磁线圈21不通电时，磁极铁芯对外不显示磁性，此时同步直线电机的内部磁场的示意图可参照图4。

由于，在励磁线圈21不通电时，若直线电机中的磁极铁芯对外显示磁性，会对附近通讯和列车外部的其他设备或周围的其他设施形成磁干扰，所以本发明实施例中提供的励磁磁极在励磁线圈21不通电时，磁极铁芯对外不显示磁性，从而可以一定程度上避免上述问题的发生。

还需要说明的是，对于本发明实施例中的励磁磁极中的励磁线圈21存在一个最小安匝数(该最小安匝数即为预设阈值)，可以使各个永磁体处于助磁状态，而各个永磁体本身的漏磁接近于0，使永磁体的助磁效能得到最大的发挥，并且列车运行时励磁线圈的安匝数大于该最小安匝数。

另外，本发明实施例中的励磁磁极可以在现有的励磁磁极基础上做改进，在具体实施时可以保持现有转子磁极铁芯的外形尺寸和轮廓，在磁极铁芯的极身22和极轭23中分别内嵌极身永磁体24和极轭永磁体25，控制励磁线圈21不通电时磁极铁芯对外无磁性即可，无需对其他的结构做改变，适用范围广。

本发明实施例提供了一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，应用于高速磁悬浮列车同步直线电机，包括励磁线圈、磁极铁芯和永磁体，磁极铁芯包括磁极铁芯极身和磁极铁芯极轭，励磁线圈设置于极身外部，永磁体设置于所述磁极铁芯的内部，永磁体包括嵌入磁极铁芯极身内部的极身永磁体和嵌入磁极铁芯极轭内部的极轭永磁体，极身永磁体和极轭永磁体对磁极铁芯外部不可见，极身永磁体和极轭永磁体的磁力线方向与励磁线圈在通电后产生的磁场磁力线方向一致，极身永磁体和极轭永磁体形成的磁力线用于辅助励磁；励磁线圈在不通电时，励磁磁极对外不显示磁性。

可见，在极身和极轭的内部分别增设极身永磁体和极轭永磁体后，由于极身永磁体和极轭永磁体的磁力线方向与励磁线圈通电后产生的磁力线方向一致，所以在励磁线圈通电后，极身永磁体和极轭永磁体具有助磁效果，调节励磁电流同样可以调节悬浮气隙，同时具有悬浮电磁铁的磁极功能，本发明实施例不影响悬浮气隙调节，建立需要的气隙磁场，可以用少量的励磁线圈的励磁安匝数就可以得到满足，减少励磁电流和励磁功率，提高了列车车载供电系统的电能冗余，以便利用节省的电能为列车上的其他设施供电，提高列车的舒适度；本发明实施例因建立了需要的气隙磁场，所以不会影响列车的悬浮，同步直线电机的输出性能和列车性能不会改变。另外，本发明实施例中的励磁磁极在励磁线圈不通电的情况下对外不显示磁性，可以避免永磁体磁场对周围环境设施产生的磁干扰。

在上述实施例的基础上：

作为优选的实施例，极身永磁体24竖直嵌入磁极铁芯极身22内部，极轭永磁体25水平嵌入至磁极铁芯极轭23内部。

具体的，极身永磁体24可以竖直嵌入至磁极铁芯极身22内部，也即极身永磁体24的内部磁力线和磁极铁芯极身22中的主磁通的磁力线平行，并且极轭永磁体25可以水平嵌入至磁极铁芯极轭23内部，也即极轭永磁体25的内部磁力线和磁极铁芯极轭23中主磁通的磁力线平行，极身永磁体24竖直嵌入磁极铁芯极身22内部、极轭永磁体25水平嵌入磁极铁芯极轭23内部可以在最大程度上辅助励磁线圈21励磁，从而可以在达到相同气隙磁场的情况下，最大程度上降低励磁安匝数和励磁功率，更进一步的提高列车车载供电系统的电能冗余。

作为优选的实施例，极身永磁体24为N个，N为大于零的偶数，其中，N/2个极身永磁体24嵌入至磁极铁芯极身22的左端，N/2个极身永磁体24嵌入至磁极铁芯极身22的右端。

具体的，极身永磁体24可以为4个，其中，两个极身永磁体24嵌入至磁极铁芯极身22的左端，剩余两个极身永磁体24嵌入至磁极铁芯极身22的右端。

需要说明的是，在磁极铁芯极身22的两侧分别嵌入N/2个极身永磁体24，也即磁极铁芯两侧所嵌入的极身永磁体24的数量相等，可以在较大程度上使励磁辅助效果增强，而极身永磁体24本身的涡流损耗降低。当然，本发明实施例对于极身永磁体24的具体个数不做限定，其具体数值可以根据实际情况进行确定。

作为优选的实施例，极轭永磁体25为1个。

当然，极轭永磁体25不仅限于1个，也可以采用两个或多个，具体数量可以根据列车载重和助磁效果等综合因素进行确定。

作为优选的实施例，极身永磁体24和/或极轭永磁体25为拼接结构，极身永磁体24和/或极轭永磁体25为多个小块永磁体(也即子极身永磁体24或子极轭永磁体25)拼接而成的，多个小块永磁体按照对外同一方向上同一极性的原则进行三维立体拼合，也即在三个方向进行立体组合，并且在组合的过程中可以用粘胶拼合相邻的小块永磁体，在胶粘固化成型后即可形成极身永磁体24或极轭永磁体25，采用拼接结构可以使极身永磁体24或极轭永磁体25本身的涡流损耗最小。

需要说明的是，为了减小永磁体的体积和重量，可以本发明实施例中优选的采用高磁能积的永磁体，具体可以采用基于钕铁硼磁性材料制作而成的永磁体，当然，也可以采用其他磁性材料制作而成的永磁体(例如，铝镍体系或钐钴体系等)，具体不做限定。

作为一个优选的实施例，当列车运行时励磁线圈21的安匝数大于预设阈值，以使各个极身永磁体24和各个极轭永磁体25的漏磁达到最小。

需要说明的是，本发明实施例中的励磁线圈21的安匝数存在一个最小安匝数，可以在该励磁线圈21通电并达到这一最小安匝数时，各个极身永磁体24和各个极轭永磁体25处于助磁状态，并且各个极身永磁体24和各个极轭永磁体25本身的漏磁达到最小(接近于0)，从而使整个永磁体的助磁效能得到最大的发挥。将该最小安匝数作为预设阈值，并且列车运行时使励磁线圈21的安匝数总是大于该预设阈值，从而可以确保在励磁线圈21通电后，各个极身永磁体24和各个极轭永磁体25的漏磁保持最小，助磁效果达到最好。

具体的，当励磁线圈21的匝数确定后，在励磁线圈21通电并达到最小安匝数时，也即通电电流为最小电流时，此时可以将该最小电流设为预设电流阈值，并且在列车运行时，使励磁线圈21的通电电流总是大于该预设电流阈值，从而确保该励磁线圈21在列车运行时的安匝数总是大于相应的预设阈值。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，应用于高速磁悬浮列车同步直线电机，其特征在于，包括励磁线圈、磁极铁芯及永磁体，所述磁极铁芯包括磁极铁芯极身和磁极铁芯极轭，所述励磁线圈设置于所述磁极铁芯极身外部，所述永磁体设置于所述磁极铁芯的内部，所述永磁体包括嵌入所述磁极铁芯极身内部的极身永磁体和嵌入所述磁极铁芯极轭内部的极轭永磁体，所述极身永磁体和所述极轭永磁体对所述磁极铁芯外部不可见，所述极身永磁体和所述极轭永磁体的磁力线方向与所述励磁线圈在通电后产生的磁场磁力线方向一致，所述极身永磁体和所述极轭永磁体形成的磁力线用于助磁；所述励磁线圈在不通电时，所述励磁磁极对外不显示磁性。

2.根据权利要求1所述的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，其特征在于，所述极身永磁体竖直嵌入至所述磁极铁芯极身内部，所述极轭永磁体水平嵌入至所述磁极铁芯极轭内部。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮列车直线电机的励磁磁极，其特征在于，所述极身永磁体为拼接结构，所述极身永磁体由多个子极身永磁体拼接而成，每个所述子极身永磁体按照在对外同一方向上同一极性的原则进行三维立体拼合。

4.根据权利要求3所述的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，其特征在于，所述极身永磁体为N个，所述N为大于零的偶数，其中，N/2个所述极身永磁体嵌入至所述磁极铁芯极身的左端，N/2个所述极身永磁体嵌入至所述磁极铁芯极身的右端。

5.根据权利要求1或2所述的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，其特征在于，所述极轭永磁体为拼接结构，所述极轭永磁体由多个子极轭永磁体拼接而成，每个所述子轭身永磁体按照在对外同一方向上同一极性的原则进行三维立体拼合。

6.根据权利要求5所述的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，其特征在于，所述极轭永磁体为1个。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的高速磁悬浮列车同步直线电机的励磁磁极，其特征在于，当列车运行时所述励磁线圈的安匝数大于预设阈值，以使各个所述极身永磁体和各个所述极轭永磁体的漏磁达到最小。