本發(fā)明涉及直線電機(jī)制動領(lǐng)域，特別涉及一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的制動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，針對直線電機(jī)的制動，主要采取回饋制動、串接電阻制動、渦流制動三種方式?；仞佒苿油ㄟ^矢量控制使直線電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，電磁推力為制動力。串接電阻制動方式通過在直線電機(jī)定子繞組中串接大電阻，能量耗消耗在電阻上。渦流制動方式采用在定子鐵芯端面裝設(shè)制動板，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度，設(shè)置不同電阻率的制動板實(shí)現(xiàn)制動功能。上述三種制動方式中，回饋制動導(dǎo)致系統(tǒng)控制難度及復(fù)雜性增大，設(shè)備投資成本大幅增加；串接電阻制動方式通過電纜將制動電阻串入每相制動繞組內(nèi)，需要較大空間布置電阻柜，適用范圍受限，并不是一種理想的制動方式；渦流制動方式只適用于低速電機(jī)制動，且制動力較小，為獲得較好的制動效果，需根據(jù)不同速度，設(shè)置多種材料制動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對上述不足之處提供一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的制動系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的回饋制動、串接電阻制動、渦流制動均存在不足的問題。

2、本發(fā)明是通過下述方案來實(shí)現(xiàn)的：

3、一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)，至少包括但不限于定子鐵芯、制動繞組及短接銅排；沿所述定子鐵芯的長度方向設(shè)置有與制動繞組配合的卡線槽，所述短接銅排與所述制動繞組連接；所述制動繞組整體為4y繞組，且4y繞組中的每y繞組首、尾短接成y型。

4、基于上述一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)，所述定子鐵芯包括定子沖片、定子壓圈及絕緣螺桿；所述定子沖片沿豎直方向疊放為多片形成定子芯，所述定子壓圈分別設(shè)置在定子芯上下兩端面，多個定子沖片的卡線槽按照相同的方向疊放形成卡線長槽，所述定子沖片、定子壓圈沿其長度方向均設(shè)置有多個與絕緣螺桿配合的通孔，所述絕緣螺桿貫穿通過設(shè)置。

5、基于上述一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)，所述絕緣螺桿包括雙頭螺柱、螺母、平墊圈、絕緣墊圈和絕緣套管；絕緣套管貫穿定子沖片以及定子壓圈上的通孔設(shè)置，雙頭螺桿套設(shè)在絕緣套管中，螺母、平墊圈、絕緣墊圈分別設(shè)置在雙頭螺桿兩側(cè)并與定子壓圈接觸，使定子芯鎖緊。

6、基于上述一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)，所述制動繞組選用單層、整距、波繞組，制動繞組引出線向鐵芯背部折彎后，在垂向分層錯開；短接銅排與繞組引出線間通過釬焊固定，焊后經(jīng)pt探傷合格。

7、基于上述一種直線電機(jī)制動結(jié)構(gòu)，所述制動繞組的a1/b1/c1，a2/b2/c2，a3/b3/c3，a4/b4/c4在高度方向上分4層依次錯開；所述短接銅排材質(zhì)和制動繞組保持一致，每個制動結(jié)構(gòu)內(nèi)共設(shè)置8根短接銅排；1#銅排連接a1/b1/c1，2#銅排連接a2/b2/c2，3#銅排連接a3/b3/c3，4#銅排連接a4/b4/c4，5#銅排連接－c1/－a1/－b1，6#銅排連接－c2/－a2/－b2，7#銅排連接－c3/－a3/－b3，8#銅排連接－c4/－a4/－b4；短接銅排按低真空絕緣規(guī)范要求半疊包規(guī)定層數(shù)的云母帶，外半疊包1層低電阻防暈帶，最后半疊包1層玻璃纖維帶；銅排絕緣與繞組絕緣間搭接長度應(yīng)大于30mm。

8、本方案還公開一種直線電機(jī)制動系統(tǒng)，包括多個沿長度方向間隔設(shè)制動單元，每個制動單元均包括對稱設(shè)置的制動結(jié)構(gòu)，對稱設(shè)置的制動結(jié)構(gòu)端面相互對齊設(shè)置，對側(cè)設(shè)置的兩制動結(jié)構(gòu)之間的距離與動子的結(jié)構(gòu)適配。

9、基于上述一種直線電機(jī)制動系統(tǒng)，制動過程中繞組電感系數(shù)li始終維持不變，為確保電氣時間常數(shù)e對制動電流的影響最小，需根據(jù)不同速度區(qū)間設(shè)置不同繞組電阻，確保平均制動減速度最大，制動效果最優(yōu)，具體如下：

10、當(dāng)制動速度在v1～v2區(qū)間，設(shè)置電阻率為ρ1，截面為s1的制動繞組，確保雙邊制動單元提供g1的制動減速度；

11、當(dāng)制動速度在v2～v3區(qū)間，設(shè)置電阻率為ρ1，截面為s2的制動繞組，確保雙邊制動單元提供g2的制動減速度；

12、當(dāng)制動速度在v3～v4區(qū)間，設(shè)置電阻率為ρ1，截面為s3的制動繞組，確保雙邊制動單元提供g3的制動減速度；

13、當(dāng)制動速度在v4～0區(qū)間，設(shè)置電阻率為ρ2，截面為s4的制動繞組，確保雙邊制動單元提供g4的制動減速度；

14、其中v1～v4為高速制動階段，v4～0為低速制動階段，且v1＞v2＞v3＞v4，s1＝s3/3，s2＝s3/2，s4＝s2，ρ1＝5ρ2，g1～g4平穩(wěn)過渡，無突變；

15、根據(jù)初始制動速度的級別v1＝1500km/h級、v2＝1000km/h級、v3＝500km/h級、v4＝300km/h級，選配不同制動區(qū)間，制動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全域制動。

16、基于上述一種直線電機(jī)制動系統(tǒng)，相鄰制動單元的間隔為2mm；低速制動階段繞組電阻率ρ2應(yīng)為銅電阻率10～20倍；繞組截面s＝a(長度)＊b(寬度)；為確保不同截面下定子沖片通用，繞組設(shè)計時保證不同截面下繞組寬度b不變，調(diào)整長度a實(shí)現(xiàn)變截面；嵌線后，槽底空出部分通過墊條塞緊。

17、基于上述一種直線電機(jī)制動系統(tǒng)，考慮電氣時間常數(shù)e對制動電流的影響，高速段制動繞組選用高電阻率ρ1材料，降低時間常數(shù)，確保制動效果；低速段制動繞組選用電阻率稍低的ρ2材料，確保動子安全制動，且動子回拉時電磁阻力較小。

18、基于上述一種直線電機(jī)制動系統(tǒng)，針對具體的制動工況，不同初始制動速度下，制動系統(tǒng)布置如下：

19、當(dāng)初始制動速度為v1，制動系統(tǒng)包括電阻率為ρ1，截面為s1的制動繞組；電阻率為ρ1，截面為s2的制動繞組；電阻率為ρ1，截面為s3的制動繞組；電阻率為ρ2，截面為s4的制動繞組；

20、當(dāng)初始制動速度為v2，制動系統(tǒng)包括電阻率為ρ1，截面為s2的制動繞組；電阻率為ρ1，截面為s3的制動繞組；電阻率為ρ2，截面為s4的制動繞組；

21、當(dāng)初始制動速度為v3，制動系統(tǒng)包括電阻率為ρ1，截面為s3的制動繞組；電阻率為ρ2，截面為s4的制動繞組；

22、當(dāng)初始制動速度為v4，制動系統(tǒng)包括電阻率為ρ2，截面為s4的制動繞組。

23、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

24、1、適用范圍廣，制動距離短，創(chuàng)新性解決超高速直線電機(jī)制動難題。目前已投入運(yùn)行的直線電機(jī)最高速度600km/h左右，多為幾十公里的長線，有足夠的制動線路，且多采用回饋制動方式，制動減速度較小。本提案所述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)將1500km/h運(yùn)行的幾百公斤的物體在幾百米范圍內(nèi)平穩(wěn)減速停車，并且該制動系統(tǒng)可根據(jù)制動初始速度需求，靈活搭配設(shè)置制動區(qū)間，實(shí)現(xiàn)全域制動。

25、2、制動功能集成化、模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。原串電阻制動結(jié)構(gòu)須在每個制動段內(nèi)串入大電阻，須考慮制動電阻的安裝空間需求，且制動電阻串接電纜須在長定子vpi后完成，低真空下，電纜接頭處絕緣實(shí)現(xiàn)難度較大。本提案中通過制動繞組的特殊設(shè)計，將制動功能集成到長定子模塊上，制動單元間相互獨(dú)立，制動可靠性高，且無需額外空間，現(xiàn)場安裝時只需安裝長定子模塊。

26、3、動子回拉制動力較小，多功能車成本低。針對直線電機(jī)低速段的制動，以往結(jié)構(gòu)中通常采用渦流制動，將多種不同電阻率的制動板分區(qū)間把合到長定子鐵芯端面，渦流制動能獲得較大制動力，反之，低速回拉動子時電磁阻力也較大，多功能小車回拉難度較大。本提案中低速段采用電阻率為ρ2的制動繞組，能滿足有效長度內(nèi)制動需求，且動子回拉時電磁阻力較??；

27、4、系統(tǒng)復(fù)雜性，投資成本大幅降低。當(dāng)直線電機(jī)采用回饋制動方式時，要求變頻器既能驅(qū)動控制直線電機(jī)加速至所需試驗(yàn)速度，又能控制直線電機(jī)制動，將發(fā)電能量反饋至電網(wǎng)，此種方式要求變頻器為四象限變頻器，使變頻器成本增加，同時使控制系統(tǒng)復(fù)雜化。