CN1461096A - 永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电机 - Google Patents
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Abstract
一种永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，包括设置在列车上具有励磁绕组和磁极铁芯的凸极磁极和直流发电机，以及沿导轨线路铺设的长定子铁芯和电枢绕组，其特征在于：该凸极磁极的磁极铁芯嵌设有永磁体，其磁化方向与电励磁极方向一致。本发明解决现有励磁电流密度和电磁极尺寸受限止的条件下，提高励磁磁势，从而提高磁悬浮气隙高度的技术问题。
Description
技术领域：
本发明是关于电动机，特别是涉及一种用于驱动磁悬浮列车的长定子直线同步电机。
背景技术：
磁悬浮列车是一种新兴的轨道交通工具，其作用机理虽在上世纪早期业已提出，但受技术条件的限制，真正投入实际使用，尚是近阶段的事。通常磁悬浮列车采用长定子直线同步电动机一方面提供驱动的动力，另一方面也同时提供磁悬浮力，使列车与轨道脱离接触而悬浮于其上。因此与传统的轨道交通相比，少去了车轮与轨道的磨擦和振动，可极大地提高车速，最高可达500千米/时，平稳而又无噪音。该长定子直线同步电动机是一种凸极同步电动机，例如德国的Transrapid磁悬浮列车所采用的，其长定子铁芯沿线路轨道铺设，电枢绕组嵌设在铁芯槽中，凸极磁极设置在列车上，由设置在列车上的直线发电机向凸极磁极提供励磁电流。该凸极磁极既作为长定子直线同步电动机提供励磁的磁场，同时也作为电磁铁与长定子铁芯组成磁场产生磁斥作用，将列车悬浮在轨道上。这种一举二得的设计和结构，可使整个结构简化，减少设备费用。但是由于车载的直线发电机受列车自重等因素限止，其功率有限，所提供的励磁电流也是有限的，同样电磁极的尺寸也受车辆自重、安装空间等因素制约是有限制的，因此磁场强度和悬浮力也是有限的，最终导致列车与导轨之间的悬浮气隙高度也有限。例如德国现有TR型长定子直线同步电动机，励磁电流为25安培，每极的励磁磁势为6750安匝，其悬浮力支撑满载列车的悬浮气隙高度为10毫米左右。如此小的悬浮气隙高度，必定对轨道的铺设要求有很高的技术和质量，因此其铺设费用昂贵，影响磁悬浮交通的发展。
发明内容：
本发明在于提供一种永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，解决在现有励磁电流密度和电磁极尺寸受限止的条件下，提高励磁磁势，从而提高悬浮气隙高度的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，包括设置在列车上具有励磁绕组和磁极铁芯的凸极磁极和直流发电机，以及沿导轨线路铺设的长定子铁芯和电枢绕组，其特征在于：该凸极磁极的磁极铁芯嵌设有永磁体，其磁化方向与电励磁极方向一致。
上述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，其特征在于：该永磁体嵌设在磁极中部靠近磁极极轭处。
上述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，其特征在于：该永磁体为铝镍钴铁系、铝镍铁系、稀土钴系、铁氧体系、钕铁硼系永磁合金材料构成，优选钕铁硼材料。
上述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线电动机，其特征在于：该永磁体在磁化方向上的高度由所需的悬浮气隙高度、车重、永磁合金材料、可提供的电励磁磁势诸因素综合决定，但不少于0.15cm。
本发明具有以下优点：
1.仅在励磁铁芯上增设了永磁体，而对其余的结构未作变化。
2.大大增加了凸极磁极总的励磁磁势。以德国现有TR型长定子直线同步电动机为例，当励磁电流为25安时，使用剩磁为13500高斯、沿磁化方向高度为1cm的钕铁硼磁钢制造的永磁体，每极除原有的6750安匝的电励磁磁势，可多提供5100安匝的励磁总势，使总励磁磁势提高了75％左右，悬浮气隙高度可增加50％左右。
3.在励磁磁极面积不变的条件下，其气隙磁密高，悬浮力大，悬浮气隙高度增加，有利降低线路铺设的精度要求和费用。
4.以永磁体励磁提供悬浮力的恒定分量，电励磁提供悬浮力的可调分量。通过调整永磁沿磁方向的高度以增加上述恒定分量，则可以减少电励磁的励磁电流，从而有利于减轻列车自重。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是永磁体结构示意图。
具体实施方式：
请参阅图1所示，本发明包括长定子铁芯2、电枢绕组1、凸极磁极3和直流发电机5。该长定子铁芯2沿导轨线路铺设，其上沿长度方向设置有若干齿槽21。电枢绕组1则嵌设在该齿槽21内。凸极磁极3和直流发电机5均设置在列车上。凸极磁极3具有励磁绕组31、磁极铁芯32和磁轭33；励磁绕组31围绕于每磁极铁芯32四周，相邻两磁极铁芯32一端以磁轭33相连，而磁极铁芯32另一端的磁靴部分面对长定子铁芯2。在每一个磁极铁芯32上嵌设有以永磁合金材料构成的永磁体4。该永磁体4的磁化方向M与该磁极铁芯32的磁极方向一致，且其在磁化方向上的高度h由所需的悬浮气隙高度、车重、永磁合金材料、可提供的电励磁磁势诸因素综合决定，但不少于0.15cm。该永磁体4设置在磁极铁芯32中部靠近磁轭33处，对德国TR型长定子直线同步电动机而言，约在磁极铁芯上发电机槽下5毫米至V型槽上5毫米之间。上述的永磁合金为铝镍钴铁系、铝镍铁系、稀土钴系、铁氧体系、钕铁硼系磁钢。为了减小永磁体体积和重量，应选用高磁能积的永磁材料，为此优选磁能积大于45兆高奥(即商品号N45)以上的钕铁硼系磁钢。
Claims (5)
1、一种永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，包括设置在列车上具有励磁绕组和磁极铁芯的凸极磁极和直流发电机，以及沿导轨线路铺设的长定子铁芯和电枢绕组，其特征在于：该凸极磁极的磁极铁芯嵌设有永磁体，其磁化方向与电励磁极方向一致。
2、根据权利要求1所述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，其特征在于：该永磁体嵌设在磁极中部靠近磁极极轭处。
3、根据权利要求1所述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，其特征在于：该永磁体为铝镍钴铁系、铝镍铁系、稀土钴系、铁氧体系、铁硼系永磁合金材料构成，优选铁硼材料。
4、根据权利要求2所述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线同步电动机，其特征在于：该永磁体为铝镍钴铁系、铝镍铁系、稀土钴系、铁氧体系、铁硼系永磁合金材料构成，优选铁硼材料。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的永磁和电磁混合励磁的长定子直线电动机，其特征在于：该永磁体在磁化方向上的高度由所需的悬浮气隙高度、车重、永磁合金材料、可提供的电励磁磁势诸因素综合决定，但不少于0.15cm。
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