專(zhuān)利名稱(chēng):直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于運(yùn)載領(lǐng)域的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)載裝置。
背景技術(shù)：
采用直線電機(jī)可以省去采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)必需的齒輪機(jī)構(gòu)，直接實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)。因此，在希望直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中被廣泛采用。在軌道交通領(lǐng)域，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪軌交通系統(tǒng)相比，直線電機(jī)牽引的交通系統(tǒng)具有噪音小、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。與直線同步電機(jī)等其他電機(jī)向比，單邊直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、維護(hù)少、運(yùn)行可靠、變頻控制容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。所以，單邊感應(yīng)直線電機(jī)在城市軌道交通和貨物運(yùn)載等領(lǐng)域得到了積極應(yīng)用。例如，日本開(kāi)發(fā)的中低速HSST方式的磁浮列車(chē)?yán)脤?zhuān)門(mén)的電磁式磁鐵懸浮、單邊直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如圖1a、b所示，包括懸浮電磁鐵鐵心7和繞組8的電磁式懸浮電磁鐵將列車(chē)懸浮起來(lái)，由直線感應(yīng)電機(jī)3牽引列車(chē)運(yùn)行。懸浮電磁鐵安裝在與車(chē)廂下部結(jié)構(gòu)1相連的電磁鐵懸掛機(jī)構(gòu)2上，包括直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)鐵心31和直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)繞組32的直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)3也安裝在車(chē)廂下部結(jié)構(gòu)1上，直線感應(yīng)電機(jī)次級(jí)反應(yīng)板4、F型鋼板(軌道上電機(jī)次級(jí)鐵軛)5安裝在軌道梁6上。該種形式的磁浮車(chē)體中，懸浮和牽引由不同的部件完成。
為了提高單位電流的牽引力和磁路耦合效率，直線感應(yīng)電機(jī)的次級(jí)反應(yīng)板通常采用鋼鋁或鋼銅復(fù)合的形式。當(dāng)向電機(jī)初級(jí)繞組饋入交流電后，電機(jī)初級(jí)繞組和次級(jí)反應(yīng)板之間即產(chǎn)生切向的排斥力，即牽引力。同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生法向的排斥力或吸引力。鋼鋁/銅復(fù)合的單邊直線感應(yīng)電機(jī)的法向力在不同的滑差頻率sf(即次級(jí)反應(yīng)板中感應(yīng)出的電流相對(duì)于次級(jí)板的頻率，也即異步電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)之間滑差率與初級(jí)電流頻率之乘積)下變化很大。對(duì)大量直線電機(jī)搬運(yùn)裝置的計(jì)算分析表明，在滑差頻率sf較小的區(qū)段，吸引的法向力可能是牽引力的數(shù)倍。
如此大的法向力，一般作為影響車(chē)體運(yùn)行的副作用力加以限制。一種方法是控制電機(jī)在某一法向力較小的滑差頻率下運(yùn)行，保持法向力基本恒定、且數(shù)值較小，此時(shí)的法向力由電磁鐵提供浮力來(lái)彌補(bǔ)。另一種通過(guò)支撐輪(如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道交通)傳到鐵軌上。前者加大了對(duì)懸浮電磁鐵懸浮力(也即勵(lì)磁磁勢(shì))和懸浮動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，影響了牽引力的高效發(fā)揮。后者增大了輪軌的摩擦力、降低了牽引效率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是有效地利用單邊直線感應(yīng)電機(jī)的法向力，提高直線電機(jī)牽引系統(tǒng)的運(yùn)行效率。提出一種直線感應(yīng)電機(jī)牽引運(yùn)載裝置，該裝置可以充分利用電機(jī)的牽引力和法向力，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載車(chē)體懸浮牽引運(yùn)行，或?qū)崿F(xiàn)車(chē)體卸載牽引運(yùn)行。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下。
本發(fā)明采用單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為提供懸浮/卸載和牽引的動(dòng)力，運(yùn)載裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電樞繞組中不通入電流，依靠支撐輪支撐運(yùn)載車(chē)體。初級(jí)電樞繞組中通入直流電的情況下，初級(jí)與次級(jí)鐵軛的吸引力，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對(duì)軌道的壓力；牽引車(chē)體運(yùn)行時(shí)，通過(guò)變頻裝置向電機(jī)的初級(jí)繞組里通入變頻電流，依靠初級(jí)電流和次級(jí)之間的電磁吸力法向力將車(chē)體浮起，并以指定的速度和加速度運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)載車(chē)體較重、不能滿(mǎn)足車(chē)體完全懸浮要求時(shí)，電機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的法向力，即電磁吸引力抵消運(yùn)載車(chē)體的部分重量，使通過(guò)支撐輪加載在軌道上的力減少，減輕通過(guò)支撐輪對(duì)軌道的壓力，實(shí)現(xiàn)車(chē)體卸載的牽引運(yùn)行，即起到車(chē)體“卸載”的作用。
本發(fā)明采用的單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)包括疊片鐵心和嵌在鐵心槽內(nèi)的繞組的初級(jí)，設(shè)置在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)，初級(jí)表面面向上方，次級(jí)固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級(jí)表面相對(duì)。該結(jié)構(gòu)形式與現(xiàn)有技術(shù)的HSST等目前常用的電機(jī)的初次級(jí)放置方法相反，為一種倒置結(jié)構(gòu)。次級(jí)為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長(zhǎng)反應(yīng)板，反應(yīng)板背面設(shè)置導(dǎo)磁性能良好的鋼板，該反應(yīng)板和鋼板再固定在軌道梁上。本發(fā)明不再設(shè)置專(zhuān)用的懸浮電磁鐵，由于固定于軌道上的次級(jí)帶鐵軛(導(dǎo)磁鋼板)，在滑差頻率sf較低情況下可以得到相當(dāng)大的吸引懸浮力。
本發(fā)明的積極效果(1)帶有初級(jí)和次級(jí)倒置的單邊直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的運(yùn)載裝置，具有牽引和懸浮(或車(chē)體卸載)兩種功能。情況一本發(fā)明的運(yùn)載裝置中，設(shè)計(jì)直線電機(jī)初級(jí)和次級(jí)間的法向力大小滿(mǎn)足運(yùn)輸機(jī)構(gòu)最大懸浮力要求，同時(shí)滿(mǎn)足牽引的要求。由于省去了專(zhuān)用懸浮電磁鐵，從而可大大簡(jiǎn)化車(chē)體結(jié)構(gòu)。這樣同樣凈載重的情況下，可以減輕車(chē)體重量(通常浮起1頓的載荷需要約150公斤重的懸浮電磁鐵和相應(yīng)懸浮機(jī)構(gòu))約15％。同時(shí)，避免了懸浮電磁鐵耗電、提高了控制的可靠性。情況二當(dāng)運(yùn)載裝置載重較重，設(shè)計(jì)初級(jí)和次級(jí)間的吸引懸浮力不將車(chē)體全部浮起，而起運(yùn)載裝置卸載作用。即通過(guò)向上的法向力吸引力，部分抵消運(yùn)載裝置向下的重力。這樣可以減輕支撐輪對(duì)軌道的壓力，減少磨擦損耗，提高牽引效率。
(2)充分利用了單邊直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)固有的法向力和牽引力，以往作為懸浮控制的干擾因素、并被加以限制或力求減低的電機(jī)法向力得到了有效和積極的利用，提高了電機(jī)的利用效率。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
圖1a、b是日本開(kāi)發(fā)的HSST形式的中低速磁浮列車(chē)中懸浮磁體和直線感應(yīng)電機(jī)安裝位置和直線感應(yīng)電機(jī)示意圖，圖中1車(chē)廂下部結(jié)構(gòu)、2懸浮電磁鐵懸掛機(jī)構(gòu)、3直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)、4直線感應(yīng)電機(jī)次級(jí)反應(yīng)板、6軌道梁、5軌道上次級(jí)鐵軛、7懸浮電磁鐵鐵心、8繞組、31初級(jí)鐵心、32初級(jí)繞組。
圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例示意圖，圖2a是直線感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b是運(yùn)載裝置實(shí)施例示意，圖2c是緊急制動(dòng)滑塊24和輔助導(dǎo)向輪23在懸臂22內(nèi)側(cè)的位置關(guān)系示意圖，圖2d是直線電機(jī)和次級(jí)軌道反應(yīng)板的局部放大圖。
圖中6軌道梁、21支撐輪、22懸臂、23輔助導(dǎo)向輪、24緊急制動(dòng)滑塊、25懸掛裝置、31鐵心、32繞組、26軌道立柱。
圖3是本發(fā)明的另一種具體實(shí)施例示意圖，圖3a為正視圖，圖3b為側(cè)視圖。圖中101載貨箱，102支撐輪，103移動(dòng)傳輸箱體，104電機(jī)懸掛架，105固定于地面或其它固定設(shè)施上的傳輸軌道支座，106傳輸軌道。
圖4是電機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的法向吸引力、車(chē)體總重和通過(guò)支撐輪施加在軌道上的壓力之間的關(guān)系圖。
圖5是本發(fā)明一實(shí)施例單邊直線感應(yīng)電機(jī)的牽引力和法向力與滑差頻率的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例示意圖。如圖2a和圖2d所示，包括疊片鐵心31和嵌在鐵心槽內(nèi)的繞組32的初級(jí)3設(shè)置在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)，直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)3表面面向上方，軌道兩側(cè)向下、面向電機(jī)初級(jí)3的軌道面設(shè)置導(dǎo)磁性能良好的鋼板5、鋼板上面再鋪設(shè)鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長(zhǎng)次級(jí)反應(yīng)板4。
如圖2b所示，本發(fā)明在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)設(shè)置安放直線電機(jī)的懸掛裝置25，懸掛裝置25為鋁合金的箱體結(jié)構(gòu)。包含鐵心31和繞組32的直線電機(jī)的初級(jí)3設(shè)置于車(chē)體下部?jī)蓚?cè)的懸掛裝置25上，并且在長(zhǎng)度方向均勻排布。直線電機(jī)的初級(jí)通常分為幾段，每段長(zhǎng)度視車(chē)體長(zhǎng)度而定，通常設(shè)計(jì)為300毫米至2500毫米。直線電機(jī)的次級(jí)反應(yīng)板4沿軌道梁6兩側(cè)下部車(chē)體運(yùn)行方向全線鋪設(shè)，左右方向與直線電機(jī)初級(jí)3位置相對(duì)應(yīng)。支撐輪21用于不需懸浮車(chē)體時(shí)支撐車(chē)體于軌道梁6上。該支撐輪21設(shè)置于車(chē)體底部、前后對(duì)稱(chēng)排列、數(shù)量為偶數(shù)。支撐輪21左右方向的位置能保證車(chē)體在任何情況下均能使輔助支撐21輪落在軌道梁6上。
輔助導(dǎo)向輪23設(shè)置于車(chē)體側(cè)面下部、內(nèi)側(cè)與軌道側(cè)面平行的懸臂22的內(nèi)側(cè)，用于輔助導(dǎo)向，即當(dāng)車(chē)體橫斷面中線欲偏離軌道橫斷面中線較多時(shí)，限制車(chē)體左右偏移。緊急制動(dòng)滑塊24為一種可以伸縮的裝置，當(dāng)需要緊急停車(chē)或正常情況下作為最后停車(chē)的制動(dòng)手段時(shí)，緊急制動(dòng)滑塊24伸出、并與軌道側(cè)面接觸，依靠滑動(dòng)磨擦將車(chē)體制動(dòng)。如圖2c所示，緊急制動(dòng)滑塊24和輔助導(dǎo)向輪23位于同一水平面，并且安裝于同一懸臂22的內(nèi)側(cè)。兩者沿車(chē)體縱向方向錯(cuò)開(kāi)、橫向以車(chē)體中線對(duì)稱(chēng)排列在車(chē)體兩側(cè)的懸臂22上。軌道立柱26起支撐作用。
圖3為本發(fā)明的另一種具體實(shí)施例示意圖，其中圖3a為正視圖，圖3b為側(cè)視圖。如圖3所示，本發(fā)明包括載貨箱101，支撐輪102，移動(dòng)傳輸箱體103，電機(jī)懸掛架104，固定于地面或固定設(shè)施上的傳輸軌道支座105，傳輸軌道106等主要部分。該運(yùn)載裝置設(shè)置至少2臺(tái)單邊直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)，沿運(yùn)動(dòng)方向前后均勻布置。在橫截面方向，電機(jī)初級(jí)3位于電機(jī)懸掛架104的中央位置，并且電機(jī)初級(jí)3表面向上、面對(duì)電機(jī)次級(jí)反應(yīng)板4。包括鋁板或銅板和軛部鋼板的次級(jí)固定于傳輸軌道106下部，并且在傳輸運(yùn)動(dòng)方向全軌鋪設(shè)。支撐輪102位于載貨箱101下部的兩側(cè)，兩側(cè)布置的支撐輪102數(shù)量相等且均勻排布。
以上兩種實(shí)施例中，可根據(jù)要求將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成完全懸浮牽引運(yùn)行，或是車(chē)體卸載牽引運(yùn)行。如果車(chē)體卸載運(yùn)行，根據(jù)需要卸載多少的要求確定懸浮力大小，進(jìn)一步設(shè)計(jì)電機(jī)滿(mǎn)足牽引力和法向力的要求。如圖4所示，F(xiàn)n是電機(jī)初級(jí)和次級(jí)之間的方向向上的法向吸引力，W是方向向下的車(chē)體重量，通過(guò)支撐輪施加在軌道上的壓力Fd即為兩者之差，即Fd＝W-Fn。因?yàn)镕d＜W，所以起到卸載作用。
一臺(tái)直線電機(jī)搬運(yùn)試驗(yàn)裝置例如下裝置配有兩臺(tái)直線牽引電機(jī)，電機(jī)次級(jí)帶鋼板軛部、初級(jí)長(zhǎng)357mm、寬90mm、6極、極距51mm、每機(jī)每相槽數(shù)1，次級(jí)為鋁反應(yīng)板，次級(jí)寬度100mm。兩臺(tái)直線感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的吸引法向力Fz和牽引力Fx與滑差頻率的關(guān)系如圖5所示。圖5中初級(jí)與次級(jí)間隙3毫米，初級(jí)電流有效值10A。
本發(fā)明可以用于直線電機(jī)城市軌道交通、貨物搬運(yùn)、特別是無(wú)塵(超凈)間貨物搬運(yùn)、電磁發(fā)射等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于僅采用單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供懸浮/卸載和牽引的動(dòng)力；當(dāng)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，初級(jí)電樞繞組[32]中不通入電流，依靠支撐輪[21]支撐運(yùn)載車(chē)體；在初級(jí)電樞繞組[32]中通入直流電的情況下，依靠初級(jí)與次級(jí)鐵軛的吸引力，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對(duì)軌道的壓力；牽引車(chē)體運(yùn)行時(shí)，通過(guò)變頻裝置向電機(jī)的初級(jí)繞組[32]里通入變頻電流，依靠初級(jí)電流和次級(jí)之間的電磁吸力法向力將車(chē)體浮起，并以指定的速度和加速度運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)載車(chē)體較重、不能滿(mǎn)足車(chē)體完全懸浮要求時(shí)，電機(jī)初級(jí)[3]和次級(jí)之間的法向力，即電磁吸引力抵消運(yùn)載車(chē)體的部分重量，使通過(guò)支撐輪[21]加載在軌道上的力減少，減輕通過(guò)支撐輪[21]對(duì)軌道的壓力，實(shí)現(xiàn)車(chē)體卸載的牽引運(yùn)行，即起到車(chē)體“卸載”的作用。
2.按照權(quán)利要求
1所述的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)包括疊片鐵心[31]和嵌在鐵心槽內(nèi)的繞組[31]的初級(jí)[3]設(shè)置在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)，初級(jí)[3]表面面向上方，次級(jí)固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級(jí)[3]表面相對(duì)；次級(jí)為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長(zhǎng)反應(yīng)板[4]，反應(yīng)板[4]背面設(shè)置導(dǎo)磁性能良好的鋼板[5]，反應(yīng)板[4]和鋼板[5]固定在軌道梁[6]上；裝置中不再設(shè)置專(zhuān)用的懸浮電磁鐵。
3.按照權(quán)利要求
1所述的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)放置在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)的懸掛裝置[25]中，懸掛裝置[25]為鋁合金的箱體結(jié)構(gòu)，在其長(zhǎng)度方向上均勻排布有分段布置的包含鐵心[31]和繞組[32]的直線電機(jī)初級(jí)[3]；直線電機(jī)的次級(jí)反應(yīng)板沿軌道梁[6]兩側(cè)下部車(chē)輛運(yùn)行方向全線鋪設(shè)，左右方向與直線電機(jī)初級(jí)[3]位置相對(duì)應(yīng)；支撐輪[21]設(shè)置于車(chē)體底部落在軌道梁[6]上，前后對(duì)稱(chēng)排列，數(shù)量為偶數(shù)；輔助導(dǎo)向輪[23]設(shè)置于車(chē)輛側(cè)面下部、內(nèi)側(cè)與軌道側(cè)面平行的懸臂[22]的內(nèi)側(cè)；緊急制動(dòng)滑塊[24]為一種可以伸縮的裝置，和輔助導(dǎo)向輪[23]位于同一水平面，并且安裝于同一懸臂[22]的內(nèi)側(cè)；緊急制動(dòng)滑塊[24]和輔助導(dǎo)向輪[23]兩者沿車(chē)輛縱向方向錯(cuò)開(kāi)，橫向以車(chē)輛中線對(duì)稱(chēng)排列在車(chē)輛兩側(cè)的懸臂[22]上；軌道立柱[26]起支撐作用。
4.按照權(quán)利要求
1所述的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于運(yùn)載裝置至少包括2臺(tái)單邊直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)[3]，沿運(yùn)動(dòng)方向前后均勻布置；在橫截面方向，電機(jī)初級(jí)[3]位于電機(jī)懸掛架[104]的中央位置，電機(jī)初級(jí)[3]表面向上，面對(duì)電機(jī)次級(jí)反應(yīng)板[4]；包括鋁板或銅板和軛部鋼板的次級(jí)固定于傳輸軌[106]下部，并且在傳輸運(yùn)動(dòng)方向全軌鋪設(shè)；支撐輪[102]位于載貨箱[101]下部的兩側(cè)，兩側(cè)布置的支撐輪[102]數(shù)量相等且均勻排布。
專(zhuān)利摘要
直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于裝置中不再設(shè)置專(zhuān)用的懸浮電磁鐵，僅采用單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為提供車(chē)體懸浮/卸載和牽引的動(dòng)力。單邊短初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)包括疊片鐵心[31]和嵌在鐵心槽內(nèi)的繞組[32]的初級(jí)[3]設(shè)置在車(chē)體下部?jī)蓚?cè)，初級(jí)[3]表面面向上方，次級(jí)固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級(jí)[3]表面相對(duì)；次級(jí)為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長(zhǎng)反應(yīng)板[4]，反應(yīng)板[4]背面設(shè)置導(dǎo)磁性能良好的鋼板[5]，該反應(yīng)板和鋼板固定在軌道梁[6]上。
文檔編號(hào)H02K41/02GK1990299SQ200510130790
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者史黎明, 李耀華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan