CN116937898A - 超导直线电机高压推进模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速磁悬浮交通技术领域，公开了一种超导直线电机高压推进模组。其中，该模组包括屏蔽接地板、绝缘定位单元、推进线圈、绝缘支撑定位垫块、树脂壳体和高压连接器，高压连接器包括相互配合的插座导体嵌件和插座金属法兰，推进线圈与插座导体嵌件连接且推进线圈表面与插座导体嵌件表面设置有等厚的云母绝缘层，推进线圈通过绝缘支撑定位垫块设置在树脂壳体内，绝缘支撑定位垫块用于对推进线圈提供水平及竖直方向的支撑定位，屏蔽接地板通过绝缘定位单元设置在推进线圈上，绝缘定位单元用于对屏蔽接地板定位。由此，在满足线圈可靠支撑定位及结构强度的条件下，可以具备可靠的绝缘性能和冗余的外屏蔽性能。

Description

超导直线电机高压推进模组

技术领域

本发明涉及高速磁悬浮交通技术领域，尤其涉及一种超导直线电机高压推进模组。

背景技术

由空心推进线圈和超导磁体组成的超导直线同步电机系统具有功率密度高、损耗小、效率高等优点，在高速、低真空管隧道超高速轨道交通方面具有广阔的应用前景。

应用于轨道交通的超导直线电机定子推进模组一般为大长距离连续铺设并串联连接，以降低地面开关站的数量。该布置形式使得单个分段内定子长度较长，实际运行过程中动子高速运行产生的反电势与大幅值推进电流在多定子线圈电阻电感作用下产生的电压使定子段总负载电压较高，可达到中压范围，对推进模组绝缘性能和电场屏蔽接地提出了较高要求。另外，地面模组运行时可能受到外部撞击等损伤，其绝缘和屏蔽接地结构需要具备故障工况下的安全冗余。

大长距离连续铺设的推进模组对线圈尺寸、位置一致性要求较高，较大的安装误差会导致定子产生畸变磁场对动子磁体形成扰动，影响列车稳定运行。

目前国内应用于轨道交通的24kv等级高压直线电机方案为常导磁悬浮列车系统使用的带铁芯波绕组直线电机，推进绕组直接由电缆在铁芯槽中绕制而成从而解决高压绝缘问题。

目前国内研制成功的超导直线电机均为低压电机，定子额定电压不超过5kv，均使用推进线圈绕制在复合材料骨架上然后整体装配在复合材料壳体上的结构总成方案，且由于电压较低，结构上不考虑电场屏蔽设计。

超导直线电机定子为避免磁饱和，无法使用铁芯结构，且空心推进线圈受力较大，应用电缆绕制线圈存在较大使用风险.

低压超导直线电机定子结构多只考虑线圈的固定和承力，对绝缘无过多考虑，另外由于电压较低，模组外表面一般不进行屏蔽和接地。高压电机如果不进行可靠的屏蔽接地，会在外表面感应出较高的悬浮电位，对轨道上低压设备及地面模组的运维都会产生风险。另外，在低真空管道磁浮列车应用环境中，低气压更容易诱发模组的表面闪络放电，缺乏有效屏蔽会使地面模组在运行时不断对附近接地部件放电，并在表面产生烧蚀和碳痕，对电机运行产生风险。

发明内容

本发明提供了一种超导直线电机高压推进模组，能够解决现有技术中的技术问题。

本发明提供了一种超导直线电机高压推进模组，其中，该模组包括屏蔽接地板、绝缘定位单元、推进线圈、绝缘支撑定位垫块、树脂壳体和高压连接器，所述高压连接器包括相互配合的插座导体嵌件和插座金属法兰，所述推进线圈与所述插座导体嵌件连接且所述推进线圈表面与所述插座导体嵌件表面设置有等厚的云母绝缘层，所述推进线圈通过所述绝缘支撑定位垫块设置在所述树脂壳体内，所述绝缘支撑定位垫块用于对所述推进线圈提供水平及竖直方向的支撑定位，所述屏蔽接地板通过所述绝缘定位单元设置在所述推进线圈上，所述绝缘定位单元用于对所述屏蔽接地板定位。

优选地，该模组还包括强化层，设置在所述云母绝缘层的外表面和所述屏蔽接地板的外表面。

优选地，所述强化层为玻纤网格布或玻璃丝布。

优选地，该模组还包括吊装单元，所述吊装单元设置在所述屏蔽接地板上靠近所述高压连接器的位置且用于通过吊装方式将所述屏蔽接地板与上模具板连接。

优选地，所述屏蔽接地板包括半导电复合材料层、铜网夹层和绝缘复合材料层，所述半导电复合材料层面向所述推进线圈，所述绝缘复合材料层面向动子侧，所述铜网夹层设置有连接引线，所述连接引线与所述插座金属法兰连接。

优选地，半导电复合材料层与所述铜网夹层之间通过导电树脂粘接。

优选地，所述云母绝缘层通过云母带在所述推进线圈表面与所述插座导体嵌件表面连续绕包形成。

优选地，所述树脂壳体外表面和所述插座金属法兰外表面均设置有半导电屏蔽涂层。

优选地，所述推进线圈通过利兹线绕制成型。

优选地，所述绝缘定位单元的材料为绝缘复合材料，所述绝缘支撑定位垫块的材料为树脂。

通过上述技术方案，本发明所述的超导直线电机高压推进模组可以满足磁悬浮轨道交通长定子段高电压使用要求，并且在满足线圈可靠支撑定位及结构强度的条件下，可以具备可靠的绝缘性能和冗余的外屏蔽性能。本发明所述的超导直线电机高压推进模组尤其适用于与电动悬浮相结合的低真空管隧道超导磁悬浮电磁推进系统。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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示出了根据本发明实施例的一种超导直线电机高压推进模组的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种超导直线电机高压推进模组的结构爆炸图；

图3示出了根据本发明实施例的屏蔽接地板的结构示意图。

附图标记说明

1 屏蔽接地板； 2 绝缘定位单元； 3 推进线圈；

4 绝缘支撑定位垫块； 5 树脂壳体； 6 强化层； 7 吊装单元；

8 插座导体嵌件； 9 插座金属法兰； 11 半导电复合材料层；

12 铜网夹层； 13 绝缘复合材料层； 14 连接引线；

51 半导电屏蔽涂层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明实施例的一种超导直线电机高压推进模组的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种超导直线电机高压推进模组，其中，该模组包括屏蔽接地板1、绝缘定位单元2、推进线圈3、绝缘支撑定位垫块4、树脂壳体5和高压连接器，所述高压连接器包括相互配合的插座导体嵌件8和插座金属法兰9，所述推进线圈3与所述插座导体嵌件8连接且所述推进线圈3表面与所述插座导体嵌件8表面设置有等厚的云母绝缘层，所述推进线圈3通过所述绝缘支撑定位垫块4设置在所述树脂壳体5内，所述绝缘支撑定位垫块4用于对所述推进线圈3提供水平及竖直方向(模组厚度方向)的支撑定位，所述屏蔽接地板1通过所述绝缘定位单元2设置在所述推进线圈3上，所述绝缘定位单元2用于对所述屏蔽接地板1定位。

其中，所述屏蔽接地板1在模组中朝向动子一侧内埋设置，插座金属法兰9接地。

也就是，本发明所述的超导直线电机高压推进模组以云母和树脂作为复合主绝缘结构、以树脂作为结构支撑的推进模组。

通过上述技术方案，本发明所述的超导直线电机高压推进模组可以满足磁悬浮轨道交通长定子段高电压使用要求，并且在满足线圈可靠支撑定位及结构强度的条件下，可以具备可靠的绝缘性能和冗余的外屏蔽性能。本发明所述的超导直线电机高压推进模组尤其适用于与电动悬浮相结合的低真空管隧道超导磁悬浮电磁推进系统。

其中，推进线圈通过高压连接器与外部连接电缆连接，插座导体嵌件和与插头连接配合的插座金属法兰与推进线圈一体化浇筑在树脂壳体中。

根据本发明一种实施例，该模组还包括强化层6，设置在所述云母绝缘层的外表面和所述屏蔽接地板1的外表面。

由此，可以实现表面加强。

根据本发明一种实施例，所述强化层6为玻纤网格布或玻璃丝布。

根据本发明一种实施例，绝缘定位单元2可以为复合材料螺栓衬套。

由此，可以通过复合材料螺栓衬套对内埋屏蔽接地板在模组中进行定位。

根据本发明一种实施例，该模组还包括吊装单元7，所述吊装单元7设置在所述屏蔽接地板1上靠近所述高压连接器的位置且用于通过吊装方式将所述屏蔽接地板1与上模具板连接。

在底部高压连接器部分的屏蔽板由于悬臂端较长，为了保证屏蔽板不出现变形从而降低连接器部分绝缘厚度，优选采用吊装方式。举例来讲，可以在屏蔽接地板底部(悬臂)开设通孔，由吊装单元与上模具板连接后吊装固定。

也就是，内埋的屏蔽接地板通过预制通孔与螺栓衬套配合进行水平定位和厚度支撑，屏蔽接地板在插座部分的悬臂段优选使用吊装装置与上模具板连接，避免浇筑时屏蔽板变形。

其中，吊装单元可以为螺纹吊装件。

根据本发明一种实施例，如图3所示，所述屏蔽接地板1包括半导电复合材料层11、铜网夹层12和绝缘复合材料层13，所述半导电复合材料层11面向所述推进线圈3，所述绝缘复合材料层13面向动子侧，所述铜网夹层12设置有连接引线14，所述连接引线14与所述插座金属法兰9连接(即，铜网夹层在靠近底部插座金属法兰处两侧均预留连接引线用于与插座金属法兰在模组内部连接导通)。

举例来讲，所述屏蔽接地板1可以由半导电复合材料层11、铜网夹层12和绝缘复合材料层13层压而成。

其中，半导电复合材料层11用于均匀电场。夹层铜网12两端连接引线与两侧插座金属法兰均在模组内部连接导通，且连接引线被树脂壳体浇筑固化，确保连接结构可靠性，两端插座金属法兰中的一个在轨上安装时通过法兰上的螺栓孔连接接地线，形成了完整的推进线圈内部屏蔽结构，可以确保夹层铜网外部直到动子侧模组表面均为0电位。绝缘复合材料层13可以作为表面强化结构，在模组外表面受到异物撞击而损坏外表面屏蔽漆时，使得内埋屏蔽接地板可实现接地功能的冗余保护，使推进模组在外表面破损时也能够保持0电位。

根据本发明一种实施例，半导电复合材料层11与所述铜网夹层12之间通过导电树脂粘接。

由此，可以确保导电性。

根据本发明一种实施例，所述云母绝缘层通过云母带在所述推进线圈3表面与所述插座导体嵌件8表面连续绕包形成。

举例来讲，所述推进线圈在与插座导体嵌件连接后，首先使用云母带对二者进行连续绕包成为主绝缘(云母绝缘层)。所述云母绝缘层为云母带在推进线圈及插座导体嵌件表面连续绕包成等厚的绝缘层，绕包后可以对云母绝缘层进行固化处理。固化处理优选使用少胶云母与绝缘清漆真空压力浸渍结合工艺，从而可以确保浸漆固化后云母绝缘层内均匀填充绝缘清漆且无诱发局部放电的空气泡。所述云母绝缘层固化后，优选对表面应进行打磨处理，以强化与树脂壳体的粘接强度。可替换地，固化处理也可选择使用多胶云母绕包后烘干固化工艺。

也就是，对于多胶云母，可以使用加热固化方式；对于少胶云母，使用真空压力浸漆固化方式。固化后云母绝缘层外表面进行打磨处理以提高粘接性能。

云母绝缘层相比纯树脂结构，具有更好的耐局部放电老化特性，且绕包结构能够消除线圈在热应力、电磁应力作用下与主绝缘层脱开的风险。另外，云母绝缘层能够使二次浇筑的绝缘支撑垫块与线圈支撑面上电场强度相比纯树脂绝缘结构大幅降低，降低了绝缘性能较差的垫块树脂粘接面绝缘击穿的风险。

本领域技术人员应当理解，上述固化处理方式的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明，只要是与所使用的云母绝缘材料相适应的方式均可以应用于本发明。

根据本发明一种实施例，所述树脂壳体5外表面和所述插座金属法兰9外表面均设置有半导电屏蔽涂层51。

举例来讲，可以在树脂壳体5外表面和所述插座金属法兰9外表面均匀喷涂半导电屏蔽漆形成半导电屏蔽涂层51。

其中，半导电屏蔽涂层优选为使接地点到模组外表面任意一点表面电阻在10e3-10e4Ω范围内，从而可以使模组外表面任意一处在推进线圈处于高电压工作时均为0电位，提供完整的外屏蔽。

更进一步地，可以在半导电屏蔽涂层51上喷涂绝缘耐候漆。

由此，可以保护屏蔽漆性能不受气候影响。

根据本发明一种实施例，所述推进线圈3通过利兹线绕制成型。

由此，采用利兹线绕制成型，可以大幅降低高频推进电流长期通流过程中在导体上产生的集肤效应。

此外，推进线圈优选采用两个引出线均在下方的双饼线圈结，由此可以在侧壁安装布置时降低对导向空间的占用。

根据本发明一种实施例，所述绝缘定位单元2的材料为绝缘复合材料，所述绝缘支撑定位垫块4的材料为树脂。

举例来讲，所述绝缘支撑定位垫块可以由与树脂壳体相同材料的树脂预浇筑成型，且表面可以进行粗糙化处理以保证足够的粘接强度。

在本发明中，树脂浇筑工艺可以优选真空压力浇筑工艺，以保证消除内部空气泡并强化树脂对微小缝隙的渗透效果。

本发明所述的超导直线电机高压推进模组线上安装时，每个模组仅需将一侧插座金属法兰通过螺纹连接方式将引出导线与轨上预埋接地点连接，即可实现模组内、外屏蔽层整体接地。

从上述实施例可以看出，本发明所述的超导直线电机高压推进模组至少具有以下优点：

1)推进模组结构简单，线圈定位、固定装置功能明确可靠，在保证线圈结构支撑强度的同时确保主绝缘对内外接地层的绝缘性能符合高电压长期使用要求；

2)模组屏蔽接地结构在靠近动子侧使用了内外双层屏蔽结构，且内屏蔽在半导电均压层(半导电复合材料层)和铜网接地层(铜网夹层)外还层压了绝缘防护层(绝缘复合材料层)，实现了双层冗余屏蔽；

3)铜网夹层与两侧插座法兰均电连接，外屏蔽层也与插座法兰电连接，在线上安装时任意一侧法兰接地即可实现模组整体内外屏蔽层的接地，降低了外部接地线连接复杂程度，简化了模组线上安装流程。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超导直线电机高压推进模组，其特征在于，该模组包括屏蔽接地板(1)、绝缘定位单元(2)、推进线圈(3)、绝缘支撑定位垫块(4)、树脂壳体(5)和高压连接器，所述高压连接器包括相互配合的插座导体嵌件(8)和插座金属法兰(9)，所述推进线圈(3)与所述插座导体嵌件(8)连接且所述推进线圈(3)表面与所述插座导体嵌件(8)表面设置有等厚的云母绝缘层，所述推进线圈(3)通过所述绝缘支撑定位垫块(4)设置在所述树脂壳体(5)内，所述绝缘支撑定位垫块(4)用于对所述推进线圈(3)提供水平及竖直方向的支撑定位，所述屏蔽接地板(1)通过所述绝缘定位单元(2)设置在所述推进线圈(3)上，所述绝缘定位单元(2)用于对所述屏蔽接地板(1)定位。

2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，该模组还包括强化层(6)，设置在所述云母绝缘层的外表面和所述屏蔽接地板(1)的外表面。

3.根据权利要求2所述的模组，其特征在于，所述强化层(6)为玻纤网格布或玻璃丝布。

4.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，该模组还包括吊装单元(7)，所述吊装单元(7)设置在所述屏蔽接地板(1)上靠近所述高压连接器的位置且用于通过吊装方式将所述屏蔽接地板(1)与上模具板连接。

5.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述屏蔽接地板(1)包括半导电复合材料层(11)、铜网夹层(12)和绝缘复合材料层(13)，所述半导电复合材料层(11)面向所述推进线圈(3)，所述绝缘复合材料层(13)面向动子侧，所述铜网夹层(12)设置有连接引线(14)，所述连接引线(14)与所述插座金属法兰(9)连接。

6.根据权利要求5所述的模组，其特征在于，所述半导电复合材料层(11)与所述铜网夹层(12)之间通过导电树脂粘接。

7.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述云母绝缘层通过云母带在所述推进线圈(3)表面与所述插座导体嵌件(8)表面连续绕包形成。

8.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，所述树脂壳体(5)外表面和所述插座金属法兰(9)外表面均设置有半导电屏蔽涂层(51)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的模组，其特征在于，所述推进线圈(3)通过利兹线绕制成型。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的模组，其特征在于，所述绝缘定位单元(2)的材料为绝缘复合材料，所述绝缘支撑定位垫块(4)的材料为树脂。