CN110979021A - 一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，涉及磁悬浮列车直线牵引电机技术领域。永磁同步直线电机为两组平行设置的双边永磁同步直线电机，两组双边永磁同步直线电机均沿轨道走向呈左右结构布置，且每组双边永磁同步直线电机的直线电机定子分别沿轨道走向于上边、下边固定设置，与磁悬浮转向架底部的连接件两端固定的动子分别位于上、下设置的两侧直线电机定子之间。所述磁悬浮转向架底部的连接件呈倒T字结构，两端的动子分别与倒“T”字结构的横杠两端固定，倒“T”字结构的竖杆与磁悬浮转向架底部相连，或者在磁悬浮转向架两侧设置动子的连接件。

Description

一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车直线牵引电机技术领域。

背景技术

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮。磁悬浮列车最大特点在于它没有通常的轮轨系统，由于消除了与轮轨之间的接触，不存在由于轮轨摩擦及粘着所造成的诸如极限速度等影响列车运行的问题，速度可达500km/h以上，是目前超高速列车的研究热点。磁悬浮列车利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。直线电机主要包括直线感应电机、超导励磁型直线同步电机和永磁同步直线电机。直线感应电机的优点是：动子质量小，牵引控制鲁棒性好，适合短定子结构；其缺点在于：初级电流大，功率因数低，效率低，长定子供电难度大。超导励磁型直线同步电机的优点是：功率因数最高，电力电子变换装置尺寸最小；其缺点在于：动子质量大，杜瓦设计困难，成本高。永磁同步直线电机的优点是：功率因数和效率高，推力密度大，适合长定子结构；其缺点在于：永磁体成本高，动子质量大，法向磁吸力大。

其中，永磁同步直线电机功率因数和效率高，推力密度大，适合作为磁悬浮列车牵引系统，其缺点为动子与定子间法向磁吸力大。法向磁吸力产生在永磁同步直线电机的动子与定子之间，且受两者间距离影响：当二者之间距离越小，法向磁吸力就越大；相反，当二者之间距离越大，则法向磁吸力就越小。

为了减轻法向磁吸力的影响，永磁同步直线电机常采用双边式结构，以期动子两侧的法向力能互相平衡。

目前磁悬浮列车通常采用双边永磁同步直线电机牵引，这样的牵引电机系统一般设置在车厢中线的部位，即动子置于列车转向架中部，在动子两侧分别布置一组定子绕组，动子夹在两个定子绕组中间构成一台永磁同步直线电机。动子与定子间的距离理论上应该一致，这样定子两侧受到的磁吸力理论上大小相等，方向相反，互相平衡。然而在实际运动过程中，由于动子不可能处于理论位置，与列车相连的动子的运动会偏向一侧，此时动子与近侧的定子间法向磁吸力增加，而动子与远侧的定子间法向磁吸力减小，两者并不平衡，会产生偏向一侧的合力，这个合力并不会自平衡，反而会因为而合力使动子偏移量增大，偏移量的增大又使这个合力更大，二者互相促进，车厢因受到这个合力产生的附加横向力，特别是在快速通过曲线路段或者受到外界强烈激扰时，列车会大幅度横向偏移，导致巨大的附加横向力产生，这个横向力力又会与车厢偏移互相促进。由于磁悬浮列车没有类似轮轨列车的机械导向和限位结构，这个不断增大的横向力会对磁浮列车的导向产生巨大干扰，增加导向系统的成本既控制难度。而对采用高温超导钉扎效应的磁悬浮列车的自导向悬浮系统而言，这样巨大的附加横向力甚至可能会引发车厢偏离轨道后无法回位的巨大危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，它能有效地解决双边永磁同步直线电机系统中由于动子偏移，电机动子与定子间法向磁吸力不平衡而对车厢产生附加横向力的技术的问题。

本发明实现发明目的所采用的技术方案是：一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，包括磁悬浮车厢、与磁悬浮车厢连接的磁悬浮转向架、固定安装的直线电机定子及连接在磁悬浮转向架上的包含永磁体的动子，所述永磁同步直线电机为两组平行设置的双边永磁同步直线电机，两组双边永磁同步直线电机均沿轨道走向呈左右结构布置，且每组双边永磁同步直线电机的直线电机定子分别沿轨道走向于上边、下边固定设置，与磁悬浮转向架底部的连接件两端固定的动子分别位于上、下设置的两侧直线电机定子之间。

所述磁悬浮转向架底部的连接件呈倒T字结构，两端的动子分别与倒“T”字结构的横杠两端固定，倒“T”字结构的竖杆与磁悬浮转向架底部相连，或者在磁悬浮转向架两侧设置动子的连接件。

所述动子与上方的直线电机定子之间的气隙小于动子与下方的直线电机定子之间的气隙。

本发明的有益效果是：

一、由于采用两组双边永磁同步直线电机，两组双边永磁同步直线电机呈左右布置，且每组双边永磁同步直线电机的两边直线电机定子分别在上下方向固定安装，动子夹在上下布置的直线电机定子之间，因此永磁同步直线电机的法向磁吸力方向改变为上下方向，不再对磁悬浮车厢产生横向附加力，也就没有横向附加力对磁悬浮列车的导向产生干扰和破坏等不良影响。

二、由于永磁同步直线电机动子上的永磁体磁场与直线电机定子绕组间磁场产生相互作用，会产生磁力，使永磁体自动对中，产生回正力。这个力称为垂向力。具体来讲，当磁悬浮转向架和动子向左偏移时，这个磁力会将动子向右拉，从而带动磁悬浮转向架和车厢向右回正；相反，当磁悬浮转向架和动子向右偏移时，这个磁力会将动子向左拉，从而带动磁悬浮转向架和车厢向左回正。即动子永磁体与定子绕组间的磁力能帮助磁悬浮车厢导向。

三、动子与上方的直线电机定子之间的气隙小于动子与下方的直线电机定子之间的气隙，会让动子与上方的直线电机定子之间的磁吸力大于动子与下方的直线电机定子之间的磁吸力，两个磁吸力的合力向上，这个力能抵消一部分列车重力，从而帮助磁悬浮车厢悬浮，这样可以让减轻对磁悬浮系统的要求，降低磁悬浮系统成本。磁吸力的合力大小可以根据实际情况进行调节，这个调节过程只需要控制通过上下方定子绕组的电流大小即可实现。

综上，本发明能消除法向磁吸力对车厢附加的横向力，避免其对磁悬浮车厢的导向产生不良影响，还可以利用动子永磁体与绕组间的对中作用力辅助导向，并且还能利用上下不同大小法向磁吸力的合力帮助列车悬浮。

附图说明

图1是本发明的动子位于转向架下部的电机牵引示意图

图2是本发明的动子位于转向架两侧的电机牵引示意图

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，包括磁悬浮车厢1、与磁悬浮车厢1连接的磁悬浮转向架2、固定安装的直线电机定子3及连接在磁悬浮转向架2上的包含永磁体的动子4，所述永磁同步直线电机为两组平行设置的双边永磁同步直线电机，两组双边永磁同步直线电机均沿轨道走向呈左右结构布置，且每组双边永磁同步直线电机的直线电机定子3分别沿轨道走向于上边、下边固定设置，与磁悬浮转向架2底部的连接件两端固定的动子4分别位于上、下设置的两侧直线电机定子3之间。

所述磁悬浮转向架2底部的连接件呈倒T字结构，两端的动子4分别与倒“T”字结构的横杠两端固定，倒“T”字结构的竖杆与磁悬浮转向架2底部相连，或者在磁悬浮转向架2两侧设置动子4的连接件。

所述动子4与上方的直线电机定子3之间的气隙小于动子4与下方的直线电机定子3之间的气隙。

本实施例的工作过程为：

车厢1运行中，当磁悬浮转向架2和动子4向左偏移时，这个磁力会将动子向右拉，从而带动磁悬浮转向架2和车厢1向右回正；相反，当磁悬浮转向架2和动子4向右偏移时，这个磁力会将动子向左拉，从而带动磁悬浮转向架2和车厢1向左回正。即动子永磁体与定子绕组间的磁力能帮助磁悬浮车厢导向。其原理为：永磁同步直线电机动子4上的永磁体磁场与直线电机定子绕组间磁场产生相互作用，会产生磁力，使永磁体自动对中，产生回正力。

动子4与上方的直线电机定子3之间的气隙小于动子4与下方的直线电机定子3之间的气隙，会让动子4与上方的直线电机定子3之间的磁吸力大于动子与下方的直线电机定子3之间的磁吸力，两个磁吸力的合力向上，这个力能抵消一部分列车重力，从而帮助磁悬浮车厢悬浮，这样可以让减轻对磁悬浮系统的要求，降低磁悬浮系统成本。磁吸力的合力大小可以根据实际情况进行调节，这个调节过程只需要控制通过上下方定子绕组的电流大小即可实现。

实施例2

如附图2所示，本实施例与实施例1结构组成大致相同，其主要区别在于，两组双边永磁同步直线电机的动子4分别位于磁悬浮转向架2两侧。

本实施例的工作过程与实施例1也一致。

Claims (3)

1.一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，包括磁悬浮车厢(1)、与磁悬浮车厢(1)连接的磁悬浮转向架(2)、固定安装的直线电机定子(3)及连接在磁悬浮转向架(2)上的包含永磁体的动子(4)，其特征在于：所述永磁同步直线电机为两组平行设置的双边永磁同步直线电机，两组双边永磁同步直线电机均沿轨道走向呈左右结构布置，且每组双边永磁同步直线电机的直线电机定子(3)分别沿轨道走向于上边、下边固定设置，与磁悬浮转向架(2)底部的连接件两端固定的动子(4)分别位于上、下设置的两侧直线电机定子(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，其特征在于：所述磁悬浮转向架(2)底部的连接件呈倒T字结构，两端的动子(4)分别与倒“T”字结构的横杠两端固定，倒“T”字结构的竖杆与磁悬浮转向架(2)底部相连，或者在磁悬浮转向架(2)两侧设置动子(4)的连接件。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用永磁同步直线电机，其特征在于：所述动子(4)与上方的直线电机定子(3)之间的气隙小于动子(4)与下方的直线电机定子(3)之间的气隙。

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