CN209516896U - 一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统，包括：气隙调节装置；所述气隙调节装置，设置于所述磁悬浮列车的车体(5)与所述电机的转子模块(2)之间，用于在所述电机的定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙超过设定范围时，将所述定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙调节至所述设定范围内。本实用新型的方案，可以解决磁悬浮列车中直线电机的定子和转子间气隙的变化影响磁悬浮列车的安全性的问题，达到提升磁悬浮列车的安全性的效果。

Description

一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统

技术领域

本实用新型属于超高速运行交通工具技术领域，具体涉及一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统，尤其涉及一种磁悬浮列车电机气隙自动调节系统。

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和导向，再利用直线电机牵引列车运行。因为不存在与轨道的摩擦力，大大减小了车体行驶的阻力。在大功率直线电机的驱动下，磁悬浮列车可以达到很高的行驶速度(约为600～2000km/h)。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有速度快、加速度大、精度高、响应快等特点。由原旋转电机定子转变而来的部分称为初级，原旋转电机转子转变而来的部分称为次级。同旋转电机一样，直线电机在运行过程中，定子和转子之间会有固定的气隙。

同旋转电机类似，高速磁悬浮列车是否能够安全稳定地运行，直线电机气隙起到至关重要的作用。定子和转子之间气隙的恒定决定了直线电机输出功率和驱动力的恒定。然而由于长定子模块在加工过程中难免会出现误差，定子模块的不平度会引起定子与转子间气隙的变化；此外，磁悬浮列车悬浮轨道在制造和安装过程中也会存在误差，这些误差也会引起定子和转子间气隙的变化，影响磁悬浮车辆运行的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述缺陷，提供一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统，以解决磁悬浮列车中直线电机的定子和转子间气隙的变化影响磁悬浮列车的安全性的问题，达到提升磁悬浮列车的安全性的效果。

本实用新型提供一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统，包括：气隙调节装置；所述气隙调节装置，设置于所述磁悬浮列车的车体与所述电机的转子模块之间，用于在所述电机的定子模块与所述转子模块之间的气隙超过设定范围时，将所述定子模块与所述转子模块之间的气隙调节至所述设定范围内。

可选地，所述气隙调节装置，包括：左侧气隙调节模块和右侧气隙调节模块；所述电机的定子模块，设置在真空管道底部；所述左侧气隙调节模块、所述右侧气隙调节模块、以及所述电机的转子模块，设置在所述磁悬浮列车的车体上；其中，所述左侧气隙调节模块，用于在所述磁悬浮列车的左侧对所述定子模块与所述转子模块之间的气隙进行调节；所述右侧气隙调节模块，用于在所述磁悬浮列车的右侧对所述定子模块与所述转子模块之间的气隙进行调节。

可选地，所述左侧气隙调节模块和所述右侧气隙调节模块左右对称设置、且结构相同。

可选地，所述左侧气隙调节模块和所述右侧气隙调节模块中的任一气隙调节模块，包括：距离传感器、伺服控制系统、丝杠螺母机构和连杆机构；其中，所述距离传感器，设置于所述转子模块中转子壳体处，用于检测所述转子模块所在的平面与定子模块之间的气隙；所述伺服控制系统，用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块之间的气隙进行气隙调节；所述丝杠螺母机构，用于在所述伺服控制系统的带动下，将所述电机带动丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动；所述连杆机构，用于将所述丝杠螺母机构中螺母的水平运动转化为竖直运动。

可选地，所述伺服控制系统，包括：伺服控制器、伺服电机和轴承；其中，所述伺服控制器，设置于所述转子模块中转子壳体处，用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块之间的气隙生成气隙调节指令；所述伺服电机，与所述轴承配合设置，用于根据所述气隙调节指令带动所述丝杠螺母机构和所述连杆机构运行，实现气隙调节。

可选地，所述丝杠螺母机构，包括：联轴器、传动轴和丝杠；所述伺服控制系统、所述联轴器、所述传动轴和所述丝杠，依次配合设置。

可选地，所述连杆机构，包括：螺母、前撑杆、后撑杆和固定座；所述螺母和所述固定座固定设置，所述前撑杆、所述后撑杆对称设置在所述固定座上，所述丝杠螺母机构中的丝杠设置在所述固定座上。

可选地，所述连杆机构，还包括：螺母导轨；所述螺母导轨，安装于所述转子模块中转子壳体的底部，用于固定所述螺母和所述固定座。

由此，本实用新型的方案，通过当电机的定子与转子之间的气隙发生变化时及时对气隙值进行修正，以保证直线电机的定子和转子间的气隙在允许运行偏差范围内，解决磁悬浮列车中直线电机的定子和转子间气隙的变化影响磁悬浮列车的安全性的问题，从而，克服现有技术中电机气隙影响磁悬浮列车的稳定性和安全性的缺陷，实现对电机气隙进行修正以提升磁悬浮列车的稳定性和安全性的有益效果。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的磁悬浮列车的电机气隙调节系统的一实施例的左视结构示意图；

图2为本实用新型的磁悬浮列车的电机气隙调节系统的一实施例的主视结构示意图；

图3为本实用新型的磁悬浮列车的电机气隙调节系统的一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的磁悬浮列车的电机气隙调节系统中丝杠螺母机构的一实施例的主视结构示意图；

图5为本实用新型的磁悬浮列车的电机气隙调节系统的一实施例的原理框图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-定子模块(如长定子模块)；2-转子模块(如转子永磁体)；3-右侧气隙调节模块(如右侧气隙自动调节模块)；4-左侧气隙调节模块(如左侧气隙自动调节模块)；5-车体；6-右伺服控制器；7-左距离传感器；8-左伺服控制器；9-左伺服电机；10-轴承；11-销轴；12-联轴器；13-传动轴；14-右距离传感器；15-转子壳体；16-螺母；17-前撑杆；18-后撑杆；19-固定座；20-丝杠；21-导轨。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了磁悬浮车辆安全运行，避免车毁人亡的重大事故发生，在高速磁悬浮列车运行过程中，当由于客观因素导致定子与转子之间的气隙发生变化时，必须及时对气隙值进行修正，保证直线电机定子和转子间的气隙在允许运行偏差范围内。因此，本实用新型提出了一种磁悬浮列车电机气隙自动调节系统。

根据本实用新型的实施例，参见图1至图5所示的例子，提供了一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统。该磁悬浮列车的电机气隙调节系统，可以包括：气隙调节装置。

其中，所述气隙调节装置，设置于所述磁悬浮列车的车体5与所述电机的转子模块2之间，可以用于在所述电机的定子模块1与所述转子模块2之间的气隙超过设定范围时，将所述定子模块1与所述转子模块2之间的气隙调节至所述设定范围内。

在本实用新型的方案中，采用的是长初级(定子)短次级(转子)永磁直线电机，定子固定，转子在推力下作直线运动，转子为永磁体，在定子的齿部和轭部安装有不同厚度的硅钢片，转子受到定子水平方向的推力带动车体向前运动。

高速磁悬浮列车属于超高速运行交通工具，高速运行时需要更可靠的控制系统对列车运行进行保障。而本实用新型的方案中，电机气隙自动调节系统很好地解决了磁悬浮列车在运行过程中气隙波动的问题；保证由于定子模块的制造误差、悬浮轨道制造和安装误差而引起的直线电机定子和转子之间的间隙波动能够得到及时修正，确保直线电机有稳定的驱动力。

由此，通过设置气隙调节装置，在定子模块与转子模块之间的气隙超过设定范围时进行气隙调节，避免气隙超出设定范围而影响磁悬浮列车的运行安全，有利于提升磁悬浮列车运行的稳定性和安全性。

可选地，所述气隙调节装置，可以包括：左侧气隙调节模块4和右侧气隙调节模块3。所述电机的定子模块1，设置在真空管道底部。所述左侧气隙调节模块、所述右侧气隙调节模块、以及所述电机的转子模块2，设置在所述磁悬浮列车的车体5上。

其中，所述左侧气隙调节模块4，可以用于在所述磁悬浮列车的左侧对所述定子模块1与所述转子模块2之间的气隙进行调节。所述右侧气隙调节模块3，可以用于在所述磁悬浮列车的右侧对所述定子模块1与所述转子模块2之间的气隙进行调节。

例如：参见图1至图5所示的例子，本实用新型的方案提供的一种磁悬浮列车电机气隙自动调节系统，可以包括：长定子模块1、转子永磁体2、右侧气隙自动调节模块3、左侧气隙自动调节模块4、车体5、右伺服控制器6、左距离传感器7、左伺服控制器8、左伺服电机9、轴承10、销轴11、联轴器12、传动轴13、右距离传感器14、转子壳体15、螺母16、前撑杆17、后撑杆18、固定座19、丝杠20和导轨21。其中，长定子模块1固定在真空管道底部，永磁体转子2、右侧气隙自动调节模块3和左侧气隙自动调节模块4固定在车体5上。

由此，通过左右侧气隙调节模块分别对转子模块与定子模块之间的气隙进行左右单独调节，可以保证调节的精准性和稳定性。

更可选地，所述左侧气隙调节模块4和所述右侧气隙调节模块3左右对称设置、且结构相同。

例如：右侧气隙自动调节模块3和左侧气隙自动调节模块4分别独立检测永磁体转子2左右两侧与长定子模块1的气隙D，独立形成伺服回路并各自独立工作。

由此，通过分别对转子模块左右侧与定子模块之间的气隙进行单独调节，调节的精准性和可靠性均可以得到保证。

更可选地，所述左侧气隙调节模块4和所述右侧气隙调节模块3中的任一气隙调节模块，可以包括：距离传感器、伺服控制系统、丝杠螺母机构和连杆机构。

例如：右侧气隙自动调节模块3和左侧气隙自动调节模块4这两套装置，均可以由伺服控制器6和8(如左伺服控制器8和右伺服控制器6)、距离传感器7和14(如左距离传感器7和右距离传感器14)、伺服电机9、轴承10、联轴器12、传动轴13、螺母16、前撑杆17、后撑杆18、固定座19和丝杠20组成。

其中，所述距离传感器，设置于所述转子模块中转子壳体处，可以用于检测所述转子模块所在的平面与定子模块1之间的气隙。所述伺服控制系统，可以用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块1之间的气隙进行气隙调节。所述丝杠螺母机构，可以用于在所述伺服控制系统的带动下，将所述电机带动丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动。所述连杆机构，可以用于将所述丝杠螺母机构中螺母的水平运动转化为竖直运动。

例如：距离传感器7和14分别安装于转子壳体的左右两侧，用于检测转子左右两侧平面与定子间的气隙大小。伺服控制器6和8分别安装于转子壳体两侧，用于接收并处理来自距离传感器的信号，并向伺服电机发送指令。螺母导轨21安装于转子壳体底部，用于固定螺母16和固定座19。

由此，通过距离传感器、伺服控制系统、丝杠螺母机构和连杆机构的配合设置，对转子模块左右侧与定子模块之间的气隙进行调节，稳定且安全。

更进一步可选地，所述伺服控制系统，可以包括：伺服控制器、伺服电机和轴承。

其中，所述伺服控制器，设置于所述转子模块中转子壳体处，可以用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块1之间的气隙生成气隙调节指令。所述伺服电机，与所述轴承配合设置，可以用于根据所述气隙调节指令带动所述丝杠螺母机构和所述连杆机构运行，实现气隙调节。

例如：每一侧的调节系统(如右侧气隙自动调节模块3和左侧气隙自动调节模块4)均采用了丝杠螺母机构，将电机带动丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动，又利用螺母16、前撑杆17、后撑杆18、固定座19组成的连杆机构将螺母的水平运动转化为竖直运动。

由此，通过伺服控制器、伺服电机和轴承形成伺服控制系统，结构简单且可靠性高，控制的精准性好。

更进一步可选地，所述丝杠螺母机构，可以包括：联轴器、传动轴和丝杠。

其中，所述伺服控制系统、所述联轴器、所述传动轴和所述丝杠，依次配合设置。

由此，通过联轴器、传动轴和丝杠的配合设置，形成丝杠螺母机构，控制的精准性和稳定性均可以得到保证。

更进一步可选地，所述连杆机构，可以包括：螺母、前撑杆、后撑杆和固定座。

其中，所述螺母和所述固定座固定设置，所述前撑杆、所述后撑杆对称设置在所述固定座上，所述丝杠螺母机构中的丝杠设置在所述固定座上。

由此，通过螺母、前撑杆、后撑杆和固定座的配合设置，使得水平运行到竖直运动的转换稳定且可靠。

再更进一步可选地，所述连杆机构，还可以包括：螺母导轨。

其中，所述螺母导轨，安装于所述转子模块2中转子壳体的底部，可以用于固定所述螺母和所述固定座。

由此，通过螺母导轨的设置，使得连杆机构的运行更加可靠和安全。

在一个可选具体例子中，本实用新型的系统，采用了以丝杆、螺母、距离传感器、伺服电机、伺服控制器为主体的控制机构，其具体的控制过程可以如下：

步骤11、车辆通电启动并运行，距离传感器通电。

例如：由于制造和安装等原因导致定子模块与转子使气隙D发生变化时，距离传感器立即向伺服控制器发送电压(或电流)信号。当气隙D没有变化时，距离传感器没有控制信号输出。

步骤12、伺服控制器接收到距离传感器发送来的信号，转化为转子的位置信息，参照程序内事先设定的气隙D数值，进行计算，将计算结果转化为控制信号发送给伺服电机。

例如：进行计算，可以包括：计算是指伺服控制器中的PLC会根据测得的实际间隙D值与理想D值的偏差X，来计算应该向电机输出多少角位移，进而命令电机将角位移转换为丝杆的直线运动和转子的垂直运动。

步骤13、伺服电机接收到伺服控制器的指令后，将指令转化为输出轴的旋转运动，丝杠螺母机构将伺服电机的旋转运动转化为转子的升降运动，直到转子高度恢复到最初设定的D值，距离传感器停止向伺服控制器发送信号，自动调节过程结束。

在一个可选具体例子中，可以结合图1至图5所示的例子，本实用新型的磁悬浮列车电机气隙自动调节系统的具体工作过程，可以包括：

步骤21、直线电机的长定子模块1与永磁体转子2保持有固定气隙D，列车在出厂前，会将固定气隙D分别输入右侧伺服控制器6和左侧伺服电机控制器8中。

其中，长定子模块和短定子模块是直线电机的两种结构型式。定子就是电机中不动的部分，一般将高压电接在定子里面，如果定子和绕组是安装在车上，转子永磁体安装在轨道上，这种方式就是短定子长转子；如果将定子和绕组安装在轨道上，转子永磁体安装在车上，定子与轨道长度相同，这种方式就叫长定子短转子。长定子也就是说定子和绕组分布于车辆的全部线路上。

步骤22、列车在运行过程中，长定子模块1固定，永磁体转子2随车体5一同向前运动。磁悬浮列车在悬浮力的作用下悬浮运行，并保持永磁体转子2与长定子模块1的气隙恒定。

步骤23、当悬浮轨道由于制造或安装误差而出现不平时，气隙D值减小，此时安装于永磁体转子2中部的距离传感器7、14会感应出气隙大小的变化，并转化为电压(或电流)信号输送给伺服电机控制器6、8，伺服电机控制器6、8对信号进行计算分析之后发送命令到伺服电机9，伺服电机9将伺服电机控制器6、8的位移指令转化成电机转数输出。

步骤24、电机输出轴通过联轴器12连接丝杠20，丝杠20跟随伺服电机9输出轴转动一定角度，螺母16在丝杠20的驱动下向外侧运动，使前撑杆17和后撑杆18的夹角变大，进而使永磁体转子2的高度降低，使气隙D增大，恢复到最初的设定值。

反之，当由于悬浮轨道制造和装配误差导致气隙D值增大时，螺母16在丝杠20的驱动下向内侧运动，使前撑杆17和后撑杆18的夹角变小，进而使永磁体转子2的高度升高，使气隙D减小，恢复到最初的设定值。

此外，当磁悬浮列车通过弯道时，由于内侧悬浮轨道和外侧悬浮轨道存在高度差，如图1中永磁体转子2左右两侧与长定子模块1的气隙D会发生变化，则左侧气隙自动调节模块4和3右侧气隙自动调节模块会分别独立作用，对气隙D进行快速恢复，实现对气隙的即时调整。

可见，本实用新型的方案，至少可以达到的有意效果可以包括：(1)系统采用伺服控制，精度高，反应迅速；(2)系统采用丝杠螺母机构，利用了丝杠螺母机构的自锁功能，无需额外设计自锁机构来锁紧螺母；(3)丝杠螺母利用了斜面原理，将旋转运动转换成滑块的水平运动，减少了机构零件数量，大幅度节省了空间。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过当电机的定子与转子之间的气隙发生变化时及时对气隙值进行修正，以保证直线电机的定子和转子间的气隙在允许运行偏差范围内，可以保证磁悬浮车辆安全运行。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，包括：气隙调节装置；

所述气隙调节装置，设置于所述磁悬浮列车的车体(5)与所述电机的转子模块(2)之间，用于在所述电机的定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙超过设定范围时，将所述定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙调节至所述设定范围内。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述气隙调节装置，包括：左侧气隙调节模块(4)和右侧气隙调节模块(3)；

所述电机的定子模块(1)，设置在真空管道底部；

所述左侧气隙调节模块、所述右侧气隙调节模块、以及所述电机的转子模块(2)，设置在所述磁悬浮列车的车体(5)上；

其中，

所述左侧气隙调节模块(4)，用于在所述磁悬浮列车的左侧对所述定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙进行调节；

所述右侧气隙调节模块(3)，用于在所述磁悬浮列车的右侧对所述定子模块(1)与所述转子模块(2)之间的气隙进行调节。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述左侧气隙调节模块(4)和所述右侧气隙调节模块(3)左右对称设置、且结构相同。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述左侧气隙调节模块(4)和所述右侧气隙调节模块(3)中的任一气隙调节模块，包括：距离传感器、伺服控制系统、丝杠螺母机构和连杆机构；其中，

所述距离传感器，设置于所述转子模块中转子壳体处，用于检测所述转子模块所在的平面与定子模块(1)之间的气隙；

所述伺服控制系统，用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块(1)之间的气隙进行气隙调节；

所述丝杠螺母机构，用于在所述伺服控制系统的带动下，将所述电机带动丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动；

所述连杆机构，用于将所述丝杠螺母机构中螺母的水平运动转化为竖直运动。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述伺服控制系统，包括：伺服控制器、伺服电机和轴承；其中，

所述伺服控制器，设置于所述转子模块中转子壳体处，用于根据所述转子模块所在的平面与定子模块(1)之间的气隙生成气隙调节指令；

所述伺服电机，与所述轴承配合设置，用于根据所述气隙调节指令带动所述丝杠螺母机构和所述连杆机构运行，实现气隙调节。

6.根据权利要求4所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述丝杠螺母机构，包括：联轴器、传动轴和丝杠；

所述伺服控制系统、所述联轴器、所述传动轴和所述丝杠，依次配合设置。

7.根据权利要求4所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述连杆机构，包括：螺母、前撑杆、后撑杆和固定座；

所述螺母和所述固定座固定设置，所述前撑杆、所述后撑杆对称设置在所述固定座上，所述丝杠螺母机构中的丝杠设置在所述固定座上。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮列车的电机气隙调节系统，其特征在于，所述连杆机构，还包括：螺母导轨；

所述螺母导轨，安装于所述转子模块(2)中转子壳体的底部，用于固定所述螺母和所述固定座。