CN114915133A - 一种永磁直线电机涡流制动装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种永磁直线电机涡流制动装置，永磁直线电机的永磁动子产生的运动磁场切割鼠笼结构的定子电机绕组，从而产生感应电流阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力，从而制动永磁动子，满足了超大功率和超高速度永磁直线电机的制动需求，并且鼠笼结构的定子电机绕组简单可靠，易加工，工艺简单，鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心直接裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需额外冷却装置。永磁直线电机涡流制动装置包括：涡流制动定子；涡流制动定子包括定子铁心、鼠笼结构的定子电机绕组；当永磁直线电机的永磁动子在涡流制动定子中运动时，鼠笼结构的定子电机绕组产生感应电流，形成涡流制动力。

Description

一种永磁直线电机涡流制动装置

技术领域

本发明涉及电气传动与自动化领域，特别是涉及一种永磁直线电机涡流制动装置。

背景技术

我国将内燃机混合动力、混合动力列车、高速磁浮列车、船舶电力综合系统及电力推进系统、混合动力电飞机及纯电飞机等列为重点科研方向，为电磁场深度利用提供了重大需求。

在我国最新研制的600公里高速磁浮列车中，车辆的安全制动就是采用涡流制动的方式，其中，涡流制动的磁源为安装在列车侧面的直流电励磁铁心，同时借助导向轨作为涡流制动的感应板，列车制动时，高速移动的励磁铁心在感应板内感生出涡流，涡流产生的磁场和励磁磁场相互作用，从而产生阻碍列车运动的力，降低列车的运行速度。

涡流制动也被应用于高速轮轨列车的制动系统中，德国铁路公司的第三代高速列车ICE3就采用线性涡流制动装置，该涡流制动装置由布置在转向架两侧的电磁铁和钢轨构成，电磁铁位于钢轨中心线上方，当通电磁极在钢轨表面快速运动时，会在钢轨中感应出涡流，通过与励磁磁场相互作用，从而产生制动力。

此外，日本新干线动车组还采用了旋转涡流制动装置，其结构主要包括安装在车轴上的感应盘和布置在转向架上的电磁铁，旋转涡流制动也被广泛应用在汽车中，该装置安装在车辆驱动桥与变速器之间，通过电磁感应原理实现无接触制动。

随着交通工具的高速化，高可靠性、无接触的涡流制动方式将成为高性能制动系统的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供了一种永磁直线电机涡流制动装置，永磁直线电机的永磁动子产生的运动磁场切割鼠笼结构的定子电机绕组，从而产生感应电流阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力，从而制动永磁动子，满足了超大功率和超高速度永磁直线电机的制动需求，并且鼠笼结构的定子电机绕组简单可靠，易加工，工艺简单，鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心直接裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需额外冷却装置。

本发明第一方面提供一种永磁直线电机涡流制动装置，包括：

涡流制动定子；

涡流制动定子包括定子铁心、鼠笼结构的定子电机绕组；

当永磁直线电机的永磁动子在涡流制动定子中运动时，鼠笼结构的定子电机绕组产生感应电流，形成涡流制动力。

进一步的，永磁动子包括支架及永磁体。

进一步的，定子铁心为定子段；

定子铁心采用硅钢片叠压而成。

进一步的，鼠笼结构的定子电机绕组包括鼠笼导条及端环导条；

鼠笼导条的端部与端环导条连接，形成闭合回路。

进一步的，鼠笼结构的定子电机绕组的材料，根据速度条件和制动需求选择得到。

进一步的，涡流制动定子为活动结构，根据速度条件和制动需求调节涡流制动定子与永磁动子之间的气隙的大小。

由此可见，本发明的永磁直线电机涡流制动装置包括涡流制动定子，涡流制动定子包括双边定子铁心、鼠笼结构的定子电机绕组，当永磁直线电机的永磁动子在涡流制动定子中运动时，鼠笼结构的定子电机绕组产生感应电流，形成涡流制动力。永磁直线电机的永磁动子产生的运动磁场切割鼠笼结构的定子电机绕组，从而产生感应电流阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力，从而制动永磁动子，满足了超大功率和超高速度永磁直线电机的制动需求，并且鼠笼结构的定子电机绕组简单可靠，易加工，工艺简单，鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心直接裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需额外冷却装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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为本发明提供的永磁直线电机涡流制动装置的原理示意图；

图2为本发明提供的永磁直线电机涡流制动装置的结构示意图；

图3为本发明提供的定子铁心的结构示意图；

图4为本发明提供的鼠笼结构的定子电机绕组的结构示意图；

图5为本发明提供的鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心组合的结构示意图。

具体实施方式

本申请公开了一种永磁直线电机涡流制动装置，永磁直线电机的永磁动子产生的运动磁场切割鼠笼结构的定子电机绕组，从而产生感应电流阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力，从而制动永磁动子，满足了超大功率和超高速度永磁直线电机的制动需求，并且鼠笼结构的定子电机绕组简单可靠，易加工，工艺简单，鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心直接裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需额外冷却装置。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种永磁直线电机涡流制动装置，包括：

涡流制动定子；

涡流制动定子包括定子铁心101、鼠笼结构的定子电机绕组102；

当永磁直线电机的永磁动子103在涡流制动定子中运动时，鼠笼结构的定子电机绕组102产生感应电流，形成涡流制动力。

本发明实施例中，永磁直线电机是应用在超大功率和超高速度制动领域中的，永磁直线电机具有永磁动子103，图1为永磁直线电机涡流制动装置的原理图，图1中具体描述了涡流制动定子由定子铁心101及鼠笼结构的定子电机绕组102组成，其中永磁动子103包括支架1032及永磁体1032，永磁动子103在涡流制动定子中运动时，会产生运动磁场，通过图1中磁力线104表示，δ表示的是涡流制动定子与永磁动子103之间的气隙，L表示鼠笼结构的定子电机绕组102的有效长度，A-A表示的是永磁动子103在涡流制动定子中运动的方向。

可选的，如图1所示，本发明的一些实施例中，永磁动子103包括支架1032及永磁体1032。

可选的，本发明的一些实施例中，定子铁心为定子段，定子铁心采用硅钢片叠压而成，定子铁心的示意图如图3所示。

定子铁心的定子段可以是单边定子段，可以是双边定子段，可以是多边定子段。

硅钢片叠压而成定子铁心，减小了定子的铁耗以及集肤效应对磁路饱和的影响。

可选的，如图4所示，本发明的一些实施例中，鼠笼结构的定子电机绕组包括鼠笼导条1021及端环导条1022；

鼠笼导条1021的端部与端环导条1022连接，形成闭合回路。

可选的，本发明的一些实施例中，鼠笼结构的定子电机绕组的材料，根据速度条件和制动需求选择得到。

如图5所示，为鼠笼结构的定子电机绕组和双边定子铁心组合的示意图。

可选的，本发明的一些实施例中，涡流制动定子为活动结构，根据速度条件和制动需求调节涡流制动定子与永磁动子之间的气隙的大小。

通过调整永磁动子和涡流制动定子之间的位置来控制气隙δ的大小，根据需求增大或减小气隙δ，从而改变制动力的大小。

结合以上的实施例，本发明的理论依据为公式e＝BLv，其中v表示永磁直线电机的运行速度，即永磁动子的运行速度，B表示气隙磁通密度，L表示鼠笼导条的有效长度。当永磁动子在涡流制动定子中高速运动时，运动的磁场会切割鼠笼导条，从而在闭合回路的鼠笼结构中产生运动电动势e；

根据欧姆定律

Z表示鼠笼结构的电抗，感应电流为i；

根据公式f＝BiL，闭合回路中产生的感应电流i会产生阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力f。

由此可见，永磁直线电机的永磁动子产生的运动磁场切割鼠笼结构的定子电机绕组，从而产生感应电流阻碍永磁动子运动，形成涡流制动力，从而制动永磁动子，满足了超大功率和超高速度永磁直线电机的制动需求，并且鼠笼结构的定子电机绕组简单可靠，易加工，工艺简单，鼠笼结构的定子电机绕组和定子铁心直接裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需额外冷却装置。

需要说明的是，本发明的永磁直线电机涡流制动装置不适用于无铁心应用的直线电机驱动系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，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，并不排除在包括该要素的过程、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 (6)

1.一种永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，包括：

涡流制动定子；

所述涡流制动定子包括定子铁心、鼠笼结构的定子电机绕组；

当永磁直线电机的永磁动子在所述涡流制动定子中运动时，所述鼠笼结构的定子电机绕组产生感应电流，形成涡流制动力。

2.根据权利要求1所述的永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，

所述永磁动子包括支架及永磁体。

3.根据权利要求1所述的永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，

所述定子铁心为定子段；

所述定子铁心采用硅钢片叠压而成。

4.根据权利要求3所述的永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，

所述鼠笼结构的定子电机绕组包括鼠笼导条及端环导条；

所述鼠笼导条的端部与所述端环导条连接，形成闭合回路。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，

所述鼠笼结构的定子电机绕组的材料，根据速度条件和制动需求选择得到。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的永磁直线电机涡流制动装置，其特征在于，

所述涡流制动定子为活动结构，根据速度条件和制动需求调节所述涡流制动定子与所述永磁动子之间的气隙的大小。

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