CN115189546A - 牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机 - Google Patents

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CN115189546A CN202210870505.8A CN202210870505A CN115189546A CN 115189546 A CN115189546 A CN 115189546A CN 202210870505 A CN202210870505 A CN 202210870505A CN 115189546 A CN115189546 A CN 115189546A
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Abstract

本发明属于磁悬浮技术领域，具体提供了一种牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，所述电机包括沿电机所处的目标安装部件的移动方向对立设置的初级组件和次级组件，所述初级组件包括初级铁心(1)、初级电枢绕组(2)以及第一非导磁固定架(51)；所述次级组件包括次级铁心(3)、次级励磁绕组(4)以及第二非导磁固定架(52)；其中，所述初级组件和所述次级组件均封装在电枢隔磁块(15)和次级隔磁块(16)中，并且所述初级组件和所述次级组件之间具有气隙(6)。本发明提供的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在应用至如磁悬浮列车等场景时可实现牵引、悬浮和导向功能一体化。

Description

牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机
技术领域
本发明属于磁悬浮技术领域，尤其涉及一种可应用于如磁悬浮列车等场景(目标安装部件)的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机。
背景技术
磁悬浮技术由于具备运行速度快、安全性能高、无磨耗、绿色环保等方面的优点，使其在轨道交通领域内的应用发展显著。直线电机作为磁悬浮列车中的重要组成部分(驱动机构)，主要用于驱动磁悬浮列车的磁悬浮系统，因此对列车运行的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
其中，直线电机包括直线感应电动机和直线同步电动机，直线感应电动机主要用于中低速磁悬浮系统驱动，直线同步电动机主要用于高速磁悬浮系统驱动。在以直线电机作为驱动机构的磁悬浮系统中，磁悬浮系统的悬浮和导向功能主要依靠磁悬浮系统的悬浮电磁铁或其他线圈实现，因此，通常需要两个或两个以上的设备完成推进、悬浮和自动导向的功能，这便使得现有的磁悬浮系统的结构比较复杂，从而增加了磁悬浮列车的重量和成本。此外，传统的直线电机由于磁路开断因此具有一定的边缘效应，这便使得直线电机的推力减小、效率降低。此外，直线电机的各相绕组往往存在相互耦合严重的问题，这便使得直线电机的推力密度较小、绕组利用率较低。
相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
技术问题
为了至少在一定程度地解决上述技术问题，提出本发明。
技术方案
有鉴于此，本发明提供了一种牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，该所述电机包括沿电机所处的目标安装部件的移动方向对立设置的初级组件和次级组件，所述初级组件包括初级铁心、初级电枢绕组以及第一非导磁固定架，所述初级电枢绕组设置于所述初级铁心，所述初级电枢绕组通过所述第一非导磁固定架固定；所述次级组件包括次级铁心、次级励磁绕组以及第二非导磁固定架，所述次级励磁绕组设置于所述次级铁心，所述次级励磁绕组通过所述第二非导磁固定架固定；其中，所述初级组件和所述次级组件均封装在电枢隔磁块和次级隔磁块中中，并且所述初级组件和所述次级组件之间具有气隙。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述电枢隔磁块和/或所述次级隔磁块由环氧树脂构成。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，沿电机所处的目标安装部件的移动方向观察，所述初级组件和所述次级组件均包括多组，其中，每组所述初级组件包括M个初级铁心，每组所述次级组件包括N个次级铁心，M、N均≥1。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述次级铁心安装有直流励磁绕组和/或永磁体。
可以看出，在次级励磁绕组为直流励磁式结构的情形下，交流电供电的初级电枢绕组形成的行波磁场和直流电供电的次级励磁绕组形成的磁极磁场相互作用可以产生牵引力。在次级励磁绕组采用永磁式或者混合励磁式结构的情形下，初级电枢绕组形成的行波磁场和永磁体相互作用产生牵引力。
如永磁体可采用钕铁硼，结构可采用内置式和聚磁式等。
如在采用包含直流励磁绕组和永磁体的混合励磁的方式时。其中永磁体提供的悬浮力可以占80％左右，作为悬浮力的不可调节部分，而直流励磁绕组提供的悬浮力可以占20％左右，该部分的悬浮力可调节部分。当悬浮气隙受到扰动变化时，可以通过该部分调节。
电机的牵引力可以通过适当增加磁极的数来增加，例如2对极、4对极、6对极。相应地，初级绕组的数量也可以适当增加。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，相邻的所述次级励磁绕组反向串联形成交替排列的励磁磁极。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述初级电枢绕组和/或所述次级励磁绕组为环形集中式绕组。
集中绕组形式的简化了电机的结构，消除了边缘效应，提高了绕组的利用率。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述初级铁心和/或所述次级铁心为U型结构。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述初级铁心和/或所述次级铁心采用横截面为U型结构的硅钢片叠压而成。
对于上述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，在一种可能的实施方式中，所述初级组件和/或所述次级组件以可移动的方式设置于所述电机。
本发明所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机可以应用在磁悬浮领域的各种对应于待安装部件的应用场景，如包括但不限于磁悬浮列车、电磁弹射等。当在磁悬浮列车上应用时，以将其应用在磁悬浮列车为例，牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的初级组件通常安装在横向导轨上，次级组件通常安装在磁悬浮列车的车体的悬浮支架上。初级电枢绕组由三相交流电供电，次级励磁绕组由直流电激励。初级电枢绕组产生的行波磁场和次级励磁磁场相互作用为电机提供牵引力。当初级组件固定时，次级组件的运动速度与行波磁场的速度相同。
在本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机中，对立放置的两个U型结构的(初级、次级)铁心形成与磁悬浮列车的运动方向垂直的横向磁通路径，具体地，该磁通路径穿过初级铁心、次级铁心、气隙形成闭合磁路并垂直于电机行波磁场的方向。由于横向磁通路径所在的平面垂直于行进磁场的方向，电机的电负荷和磁负荷不再相互制约，可以大幅度提升电机的牵引力和和功率密度。初级电枢绕组产生的行波磁场与次级励磁绕组产生磁极磁场相互作用将产生牵引力，次级励磁绕组与初级铁心之间的电磁力提供电机的主要悬浮力，当初级组件和次级组件之间发生相对位移时，对立放置的U型结构的铁心之间将产生横向恢复力即导向力使初级组件和次级组件回到原来的对齐位置。基于此，本发明的电机可实现牵引、悬浮和导向功能的一体化，结构简单，应用在磁悬浮系统中可减小磁悬浮列车的重量、降低设备的安装难度，提高磁悬浮列车的运行可靠性。
在本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机中，初级组件和次级组件之间存在的悬浮力的组成部分主要包括初级铁心和次级励磁磁场之间、初级电枢绕组和次级励磁磁场之间以及初级电枢绕组和次级铁心之间的相互作用力。在受到的外界干扰使得悬浮力发生变化时，电机的气隙便会因此会发生变化，此时，可以通过闭环控制系统调节励磁电流的大小来改变悬浮力的大小，从而保证电机的稳定运行。在次级励磁绕组采用混合励磁式结构的情形下，永磁体和初级铁心之间的吸引力为悬浮力的主要构成部分，而直流励磁的调节绕组还可以为电机提供可调节的悬浮力。
当初级组件和/或次级组件受到外界干扰而发生横向偏移时，由于电磁力的相互吸引,空间上相互对立安装的初级铁心和次级铁心的铁齿之间将产生与横向偏移方向相反的力(称作导向力)，该导向力可使偏移之后的初级组件和/或次级组件恢复到初始位置(即二者对齐的位置)。这样一来便可实现电机的导向功能。当采用混合励磁式结构时，直流励磁的调节绕组还可以为电机提供可调节的导向力，增大电机的抗干扰能力。
当次级励磁绕组采用永磁体式结构的情形下，永磁体产生的磁场和电枢产生的行波磁场相互作用产生牵引力，实现直线运动。初级组件和次级组件在永磁体和电枢形成的气隙磁场作用下相互吸引，产生悬浮力，形成悬浮气隙。悬浮支架上的次级和初级发生横向偏移时，由于永磁体和初级铁心之间的吸引力作用，对立安装的初级和次级组件之间将产生与横向偏移相反方向的吸引力，使得偏移之后的初级或者次级恢复到原来的位置，从而完成导向功能。
当次级励磁绕组采用混合励磁式结构的情形下，电机电枢磁场和次级永磁体产生的励磁磁场相互作用，产生牵引力驱动电机实现直线运动。电机的初级组件和次级组件在气隙磁场的作用下相互吸引，产生悬浮力，使电机可以沿运动方向实现无摩擦运动。其中80％的悬浮力的主要由永磁体承担，20％的悬浮力由励磁绕组承担，励磁绕组提供的悬浮力作为可调控部分。在受到外界干扰而造成悬浮力波动时，励磁绕组可以起到调节悬浮力的作用。初级组件和次级组件之间发生横向偏移时，在气隙磁场的作用下，初级组件和次级组件之间将产生与横向偏移方向相反的吸引力，使得偏移之后的初级组件或次级组件恢复到原来的位置。该吸引力可以为电机提供导向功能。其中永磁体与初级铁心之间的吸引力提供主要的导向力，励磁绕组提供的导向力作为可以调节部分。在发生较大横向偏移时，可通过改变励磁绕组的电流调整导向力，实现电机的稳定运行。
总之，本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机可以产生推力、悬浮力和导向力，在磁悬浮列车中应用时可为磁悬浮列车提供牵引力、悬浮力和导向力，实现了集牵引、悬浮和侧向导向功能一体化，提高了磁悬浮列车的运行可靠性。由于本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在磁悬浮系统中的应用简化了磁悬浮列车的磁悬浮系统的结构，因此减小了磁悬浮列车的重量(磁悬浮系统)、降低了与磁悬浮系统相关的设备的安装难度。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机。附图中：
图1示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在磁悬浮列车中的应用示意图；
图2示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图；
图3示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的悬浮功能的实现原理图；
图4示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的导向功能的实现原理图；
图5示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在组装之后的侧视示意图；
图6示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在组装之后的侧面透视示意图；
图7示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的初级电枢绕组的供电示意图；
图8示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的次级励磁绕组的供电示意图；
图9示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的初级电枢绕组的冷却系统的侧视示意图；
图10示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的次级励磁绕组的冷却系统的俯视示意图。
图11示出本发明第二种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图；
图12示出本发明第三种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图；
图13示出本发明第四种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图，为U型横向磁通永磁同步直线电机结构图；
图14示出本发明第五种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图，为U型横向磁通永磁同步直线电机另一种结构图；
图15示出本发明第六种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图，为U型横向磁通混合励磁直线同步电机结构图；以及
图16示出本发明第七种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图，为U型横向磁通混合励磁直线同步电机另一种结构图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节，本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的磁悬浮列车的原理等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
参照图1和图10，图1示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在磁悬浮列车中的应用示意图，图2示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图，图3示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的悬浮功能的实现原理图，图4示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的导向功能的实现原理图，图5示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在组装之后的侧视示意图，图6示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在组装之后的侧面透视示意图，图7示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的初级电枢绕组的供电示意图，，图8示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的次级励磁绕组的供电示意图，图9示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的初级电枢绕组的冷却系统的侧视示意图，图10示出本发明一种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的次级励磁绕组的冷却系统的俯视示意图。如图1和图10所示，当所述牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机在磁悬浮列车中应用时，在一种可能的实施方式中，磁悬浮列车100可沿着由塔架支柱12支撑的T形截面的横向轨道13移动，列车的下方两侧对称地安装有本发明的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机。为了方便分析，此处展示的是单个电机且初级组件位于次级组件的正上方。应当理解的是，在本发明的其他实施例中，电机可以包括多个，初级/次级组件可以选择其他的合理位置。电机包括初级组件和次级组件，其中：
初级组件包括初级铁心1、初级电枢绕组2以及第一非导磁固定架51，初级铁心1由纵向延伸的、倒U型横截面的硅钢片叠置而成，多个(三个)初级铁心1通过由非磁性材料制成的第一非导磁固定架51固定在一起。初级铁心1包括中部位置的底部71和由底部的两端延伸出的两个柄部(81、91)，本实施例中，初级电枢绕组2绕设在初级铁心1的底部71上。
次级组件包括次级铁心3、次级励磁绕组4以及第二非导磁固定架52，次级铁心3由纵向延伸的、U型横截面硅钢片叠叠置而成，多个(两个)次级铁心3通过由非磁性材料制成的第二非导磁固定架5固定在一起。次级铁心3也包括中部位置的底部72和由底部的两端延伸出的两个柄部(82、92)，本实施例中，次级励磁绕组4分别绕制在次级铁心3的柄部(82、92)上。次级励磁绕组4由同一幅值、不同方向的直流电源供电，反向串联形成两对磁极。初级组件和次级组件之间具有气隙6。由三相交流电供电的初级电枢绕组2与由直流电供电的次级励磁绕组4相互作用形成行波磁场，产生牵引力。可以理解的是，根据实际需求，也可将初级电枢绕组2绕设在初级铁心1的两个柄部(82、92)上。
在一种可能的实施方式中，电机的初级组件安装在轨道13的下方，初级组件中的初级电枢绕组绕制在向下开口、U型截面的初级铁心上，电机的次级组件安装在悬浮支架11上，次级组件中的次级励磁绕组绕制在向上开口、U型截面的次级铁心上。初级组件通过电枢背板14固定在横向导轨13上，次级组件通过电磁铁背板17固定在悬浮支架11上。初级组件和次级组件分别封装在由环氧树脂组成的电枢隔磁块15和次级隔磁块16中。
为了简化分析电机的悬浮功能，此处仅考虑电机的次级组件和初级组件的位置对齐的情形。可以看出，初级铁心与次级铁心提供了低磁阻路径，其中主磁通平面垂直于电机行波磁场的方向。其中的虚线M表示主磁通路径，其经由初级组件和次级组件之间的气隙6、初级铁心1与次级铁心3从而形成闭合的磁路。磁路的闭合使得一个电磁铁会被另一个电磁铁吸引，两个对立安放的U型结构的电磁铁之间便会因此产生吸引力，基于此，便可产生一定的悬浮力。两个电磁铁之间的悬浮力可以通过调节励磁线圈中的电流来控制，以保持电机在运动过程中保持恒定的气隙。
为了简化分析电机的导向功能，此处仅考虑电机的初级组件和次级组件之间发生横向偏移的情形。由于磁通量总是沿着磁阻最小的路径闭合，在这种对立放置的U型结构的铁心结构中，当铁心移到最小磁阻位置时，其中心轴线将与磁场的中心轴线重合。因此当初级组件和次级之间发生相对横向运动偏离对齐位置的情形时，会产生一个反方向的吸引力合力F，合力F可以分解为垂直分量Fy和水平分量Fx，该吸引力可使初级组件或次级组件回到原先二者对齐的位置，从而使得电机实现自稳定导向的功能。
在一种可能的实施方式中，电枢隔磁块15固定在电枢背板14上，次级隔磁块16固定在电磁铁背板17上，电枢背板14和电磁铁背板17均由高磁导率材料(例如钢)制成，以便集中其中的磁场并使电路的磁阻最小。此外，钢或硅钢片也可以被用来代替钢电枢背板，以减少涡流。电枢隔磁块15和次级隔磁块16之间的间隙便是前述的电机的初级组件和次级组件之间的气隙6，电机的稳定运行需要保持一个恒定的气隙，因此应对于此的闭环控制系统是必不可少的。随着磁通量的变化，如果初级组件是固定的，电机产生的牵引力将推动次级组件沿纵向运动，图中带箭头的d表示电机运动方向即为此处所说的纵向。此外，根据不同的应用场合，初级组件也可以作为电动机的运动部分。以及，电机的运动方向和运动部分也不限于本发明的具体实施例。
在一种可能的实施方式中，电机的初级组件位于固定在电枢背板14上的电枢隔磁块15中。初级电枢绕组2分别由三相交流电供电，这些初级电枢绕组(A、B、C)绕制在由第一非导磁固定架51固定的初级铁心1的底部上。电机的次级组件位于固定在电磁铁背板17上的次级隔磁块16中。次级励磁绕组4由直流电励磁并交替排列，产生N极和S极，次级铁心3由第二非导磁固定架52固定在次级铁心3的柄部。本实施例中仅示出一个电机。可以看出，为了产生稳定的推进力，在初级电枢绕组和次级励磁绕组在纵向上有一定的距离，该距离与初级电枢绕组与次级电枢绕组的长度密切相关。在这种牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机结构中，相邻的两个初级电枢绕组与励磁励磁绕组之间的距离也非常重要，如距离太近将对相应的绕组的磁场产生影响。
在一种可能的实施方式中，对于三相交流供电的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机而言，三相电流分别从电源23分别经过引线(18a、19a、20a)流入图示的三组初级电枢绕组的线圈(18、19和20)，然后分别从与接地端口21连接的(18b、19b、20b)引线流出，经由回路引线22构成初级电枢绕组的供电回路。
电机的次级励磁绕组由大小相同、方向相反的直流供电。对于两对磁极的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，从直流电源31流出的电流经由引线(24a、26a)流入图示的4组次级励磁绕组的线圈(24、25、26、27)，通过与回路引线30分别连接的(25b、27b)流出，从而构成闭合回路。线圈(24、25)和(26、27)分别通过引线28和引线29连接以提供反向串联电路。
在一种可能的实施方式中，初级电枢绕组的冷却系统包含一个安装在电枢隔磁块15中的冷却通道38。在入口39引入的气体或液体等冷却介质从出口40流出便将的线圈(18、19，20)产生的热量携带走，从而减少电机的温升。当次级励磁绕组缠绕在次级铁心的底部时，也可以使用该冷却通道。当绕在铁心的不同位置时，相应的冷却方式也可以有多种，并不限于本实施例所述。如该电机的另一种的冷却方法见下文中的图10。
在一种可能的实施方式中，次级励磁绕组的冷却系统包含一个安装在次级隔磁块16中的两条冷却通道(32、35)。在其中的冷却通道32中，包含气体或液体的冷却介质被引入入口33并在出口34处引出便可将分别固定在次级铁心3上的线圈(24、25)产生的热量携带走，从而允许向线圈(24、25)施加比没有冷却通道的励磁绕组更大的电流。在其中的冷却通道35中，包含气体或液体的冷却介质在入口36进入并从出口37处引出便可将固定在次级铁心3上的线圈(26、27)产生的热量携带走。此外，也可以使用多个冷却通道，其中，冷却通道可以在电枢背板14或者电磁铁背板17的表面上构造或加工而成，不限于本发明所述。
参照图11，图11示出本发明第二种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图11所示，其中的初级电枢绕组2的布置与第一种实施例相似。电枢绕组2绕制在倒初级铁心的底部71上，与第一实施例的初级电枢绕组2相比，绕组具有不同的厚度，其中初级电枢绕组2的底部与两个柄部(81、91)的端面高度大致相同，初级电枢绕组的横截面增大可以减少漏磁。与前述的第一种实施例相比，其中的次级励磁绕组4绕在次级铁心3的底部72上，次级励磁绕组的顶部与次级铁心的柄部(82、92)的端面高度大致相同。初级铁心1和次级铁心3分别由位于下各自柄部处的非导磁固定架(51、52)固定。可以看出，在本实施例中，初级电枢绕组和次级励磁绕组具有位置大致相同的绕组布置。
参照图12，图12示出本发明第三种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图12所示，倒置的U型初级铁心1固定在第一非导磁固定架51上，第一非导磁固定架51安装在初级铁心1的底部71上。初级电枢绕组2绕在初级铁心的柄部(81、91)的周围。次级励磁绕组4缠绕在次级铁心3的底部72的周围。次级铁心3由纵向延伸的第二非导磁固定架52固定在一起，第二非导磁固定架52的宽度可以根据不同的应用场景而改变。同时可以改变初级/次级铁心柄部的横截面积，以提高悬浮力，并减少漏磁，不过，柄部的横截面积会增加电磁铁心的重量。
参照图13，图13示出本发明第四种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图13所示，电机的初级组件包括由U型硅钢片叠压而成的初级铁心1、初级电枢绕组2、第一非导磁固定架515。电枢绕组2绕在U型结构的初级铁心的两侧的柄部(81、91)上。初级电枢绕组2也可以绕设在初级铁心的中间位置的底部71上。电机的次级组件包括由U型硅钢片叠压而成的次级铁心3、以及次级励磁绕组4、第二非导磁固定架52。其中，次级励磁绕组为永磁体，永磁铁安装在次级铁心的两侧的柄部(82、92)上。初级铁心1和次级铁心3分别通过非导磁固定架(51、52)固定且初级组件和次级组件之间具有气隙6。由三相交流电供电的初级电枢绕组2产生的行波磁场和采用径向充磁方永磁体产生的磁场相互作用将产生推力，牵引电机沿着图2中箭头d所示的方向运动。永磁体和(初、次)级铁心形成的磁路可以为电机提供悬浮力和导向力，原理与其他实施例相同，在此不再赘述。
参照图14，图14示出本发明第五种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图14所示出，与图13所示的实施例不同的是，作为次级励磁绕组4的永磁体安装在U型结构的次级铁心3的铁轭内部，永磁体的充磁方向与列车的运动方向之间垂直。该种永磁体的安装方式为永磁体的工作提供了更好的环境，提高了永磁体的运行可靠性。与比，该实施例的绕组和永磁体布置形式对于电机实现牵引、悬浮和导向一体化功能与对应于第一实施例(图1)的布置形式是等效的。
参照图15，图15示出本发明第六种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图15所示，电机的初级组件，包括向下开口的U型结构的初级铁心1以及三相交流电供电且绕在初级铁心1的两侧的柄部(81、91)上的初级电枢绕组2。电机的次级组件包括向上开口的U型结构的次级铁心3以及次级励磁绕组，其中，次级励磁绕组包括安装在次级铁心3两侧的柄部(82、92)上的永磁体部分41以及绕设在次级铁心的两侧的柄部(82、92)上的绕组部分42。初级电枢绕组1采用三相交流电供电，永磁体部分41的材料为钕铁硼，绕组部分42采用直流电供电。初级组件和次级组件之间具有气隙6。初级电枢绕组产生的行波磁场和次级磁极产生的磁场相互作用产生牵引力。永磁体部分41和初级铁心形成的悬浮力作为电机的主要悬浮力，而绕组部分42采用直流励磁后，使电磁铁与初级铁心之间产生吸引力，作为电机的可调节悬浮力。当受到外部因素，初级组件和/或次级组件发生横向偏移时，除了永磁体和(初、次)级铁心形成的磁路提供导向力外，还可以通过绕组部分42来调节导向力。这种混合励磁的U型牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，可以优化电机的悬浮和导向性能，使得电机的抗干扰能力增强，进而使列车的运行安全性更高。永磁体部分41除了按照上述方式安装在次级铁心的上部，也可以采用如图14所示的相对次级铁心采用内置式安装，还可以安装在次级铁心的两侧的柄部。即永磁体部分的安装方式不限于本发明的具体实施例。
参照图16，图16示出本发明第七种实施例的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机的结构示意图。如图16所示，其中的初级电枢绕组2和次级励磁绕组中的绕组部分42与图15所示的实施例的安装方式相同，具体地，分别安装在U型结构的初级铁心1和U型结构的次级铁心3的两侧的柄部上。在本实施例中，次级励磁绕组中的永磁体部分41采用聚磁式结构。极性相反的永磁体依次在电机运行方向对立安装，相邻的永磁体之间产生的磁通共同流入永磁体之间的次级铁心3中，“聚磁”后通过气隙进入初级铁心1，该种永磁体的安装方式增大了电机的气隙磁通密度，增大了电机的推力密度，提升了电机的牵引性能。与其他实施例原理相同，该种布置方式可以为电机运行提供牵引力、悬浮力和导向力，其中的绕组部分42采用直流电供电，可以对悬浮力和导向力进行调节。
综上所述，本发明实施例所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，当在磁悬浮列车中应用时，可以为磁悬浮列车运行提供牵引力、悬浮力和导向力，实现了牵引、悬浮和导向功能的一体化，使用基于本发明的电机可简化磁悬浮列车的磁悬浮系统，因此减小了磁悬浮系统的重量，降低了磁悬浮系统的安装难度，提高了磁悬浮列车的运行可靠性，，提高了电机的效率和牵引力，提升了磁悬浮列车运行质量和运行效率。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于：所述电机包括沿所述电机所处的目标安装部件的移动方向对立设置的初级组件和次级组件，
所述初级组件包括初级铁心(1)、初级电枢绕组(2)以及第一非导磁固定架(51)，所述初级电枢绕组(2)设置于所述初级铁心(1)，所述初级电枢绕组(2)通过所述第一非导磁固定架(51)固定；
所述次级组件包括次级铁心(3)、次级励磁绕组(4)以及第二非导磁固定架(52)，所述次级励磁绕组(4)设置于所述次级铁心(1)，所述次级励磁绕组(4)通过所述第二非导磁固定架(52)固定；
其中，所述初级组件和所述次级组件均封装在电枢隔磁块(15)和次级隔磁块(16)中，并且
所述初级组件和所述次级组件之间具有气隙(6)。
2.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，所述电枢隔磁块(15)和/或所述次级隔磁块(16)由环氧树脂构成。
3.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，沿所述电机所处的目标安装部件的移动方向观察，所述初级组件和所述次级组件均包括多组，
其中，每组所述初级组件包括M个初级铁心(1)，每组所述次级组件包括N个次级铁心(3)，M、N均≥1。
4.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，所述次级铁心(3)安装有直流励磁绕组和/或永磁体。
5.根据权利要求3所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，相邻的所述次级励磁绕组(4)反向串联形成交替排列的励磁磁极。
6.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，所述初级电枢绕组(2)和/或所述次级励磁绕组(4)为环形集中式绕组。
7.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，所述初级铁心(1)和/或所述次级铁心(3)为U型结构。
8.根据权利要求7所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，所述初级铁心(1)和/或所述次级铁心(3)采用横截面为U型结构的硅钢片叠压而成。
9.根据权利要求1所述的牵引与悬浮导向一体化的横向磁通直线同步电机，其特征在于，所述初级组件和/或所述次级组件以可移动的方式设置于所述电机。
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