專利名稱：直線感應(yīng)電動機(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)時必需的齒輪機(jī)構(gòu)，直接實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動。因此，在希望直線運(yùn)動的機(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。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)簡單、造價低、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，日本開發(fā)的中低速HSST方式的磁浮列車?yán)脤ｉT的電磁式磁鐵懸浮、單邊直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動。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懸浮起來，由直線感應(yīng)電機(jī)3牽引列車運(yùn)行。懸浮電磁鐵安裝在與車廂下部結(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)初級鐵心31和直線感應(yīng)電機(jī)初級繞組32的直線感應(yīng)電機(jī)初級3也安裝在車廂下部結(jié)構(gòu)1上，直線感應(yīng)電機(jī)次級反應(yīng)板4、F型鋼板(軌道上電機(jī)次級鐵軛)5安裝在軌道梁6上。該種形式的磁浮車體中，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)初級繞組饋入交流電后，電機(jī)初級繞組和次級反應(yīng)板之間即產(chǎn)生切向的排斥力，即牽引力。同時，也會產(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(即次級反應(yīng)板中感應(yīng)出的電流相對于次級板的頻率，也即異步電機(jī)的初級和次級之間滑差率與初級電流頻率之乘積)下變化很大。對大量直線電機(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，此時的法向力由電磁鐵提供浮力來彌補(bǔ)。另一種通過支撐輪(如直線電機(jī)驅(qū)動的軌道交通)傳到鐵軌上。前者加大了對懸浮電磁鐵懸浮力(也即勵磁磁勢)和懸浮動態(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)載車體懸浮牽引運(yùn)行，或?qū)崿F(xiàn)車體卸載牽引運(yùn)行。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下。
本發(fā)明采用單邊短初級直線感應(yīng)電動機(jī)作為提供懸浮/卸載和牽引的動力，運(yùn)載裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)時，電樞繞組中不通入電流，依靠支撐輪支撐運(yùn)載車體。初級電樞繞組中通入直流電的情況下，初級與次級鐵軛的吸引力，可以實(shí)現(xiàn)車體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對軌道的壓力；牽引車體運(yùn)行時，通過變頻裝置向電機(jī)的初級繞組里通入變頻電流，依靠初級電流和次級之間的電磁吸力法向力將車體浮起，并以指定的速度和加速度運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)載車體較重、不能滿足車體完全懸浮要求時，電機(jī)初級和次級之間的法向力，即電磁吸引力抵消運(yùn)載車體的部分重量，使通過支撐輪加載在軌道上的力減少，減輕通過支撐輪對軌道的壓力，實(shí)現(xiàn)車體卸載的牽引運(yùn)行，即起到車體“卸載”的作用。
本發(fā)明采用的單邊短初級直線感應(yīng)電機(jī)包括疊片鐵心和嵌在鐵心槽內(nèi)的繞組的初級，設(shè)置在車體下部兩側(cè)，初級表面面向上方，次級固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級表面相對。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)的初次級放置方法相反，為一種倒置結(jié)構(gòu)。次級為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長反應(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)置專用的懸浮電磁鐵，由于固定于軌道上的次級帶鐵軛(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)帶有初級和次級倒置的單邊直線感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)的運(yùn)載裝置，具有牽引和懸浮(或車體卸載)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)初級和次級間的法向力大小滿足運(yùn)輸機(jī)構(gòu)最大懸浮力要求，同時滿足牽引的要求。由于省去了專用懸浮電磁鐵，從而可大大簡化車體結(jié)構(gòu)。這樣同樣凈載重的情況下，可以減輕車體重量(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，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)初級和次級間的吸引懸浮力不將車體全部浮起，而起運(yùn)載裝置卸載作用。即通過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)一步說明本發(fā)明。
圖1a、b是日本開發(fā)的HSST形式的中低速磁浮列車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、4直線感應(yīng)電機(jī)次級反應(yīng)板、6軌道梁、5軌道上次級鐵軛、7懸浮電磁鐵鐵心、8繞組、31初級鐵心、32初級繞組。
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)初級和次級之間的法向吸引力、車體總重和通過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)施例方式
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3設(shè)置在車體下部兩側(cè)，直線感應(yīng)電機(jī)初級3表面面向上方，軌道兩側(cè)向下、面向電機(jī)初級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)的長次級反應(yīng)板4。
如圖2b所示，本發(fā)明在車體下部兩側(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3設(shè)置于車體下部兩側(cè)的懸掛裝置25上，并且在長度方向均勻排布。直線電機(jī)的初級通常分為幾段，每段長度視車體長度而定，通常設(shè)計(jì)為300毫米至2500毫米。直線電機(jī)的次級反應(yīng)板4沿軌道梁6兩側(cè)下部車體運(yùn)行方向全線鋪設(shè)，左右方向與直線電機(jī)初級3位置相對應(yīng)。支撐輪21用于不需懸浮車體時支撐車體于軌道梁6上。該支撐輪21設(shè)置于車體底部、前后對稱排列、數(shù)量為偶數(shù)。支撐輪21左右方向的位置能保證車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)車體橫斷面中線欲偏離軌道橫斷面中線較多時，限制車體左右偏移。緊急制動滑塊24為一種可以伸縮的裝置，當(dāng)需要緊急停車或正常情況下作為最后停車的制動手段時，緊急制動滑塊24伸出、并與軌道側(cè)面接觸，依靠滑動磨擦將車體制動。如圖2c所示，緊急制動滑塊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)。兩者沿車體縱向方向錯開、橫向以車體中線對稱排列在車體兩側(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臺單邊直線感應(yīng)電機(jī)初級，沿運(yùn)動方向前后均勻布置。在橫截面方向，電機(jī)初級3位于電機(jī)懸掛架104的中央位置，并且電機(jī)初級3表面向上、面對電機(jī)次級反應(yīng)板4。包括鋁板或銅板和軛部鋼板的次級固定于傳輸軌道106下部，并且在傳輸運(yùn)動方向全軌鋪設(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，或是車體卸載牽引運(yùn)行。如果車體卸載運(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)初級和次級之間的方向向上的法向吸引力，W是方向向下的車體重量，通過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。
一臺直線電機(jī)搬運(yùn)試驗(yàn)裝置例如下裝置配有兩臺直線牽引電機(jī)，電機(jī)次級帶鋼板軛部、初級長357mm、寬90mm、6極、極距51mm、每機(jī)每相槽數(shù)1，次級為鋁反應(yīng)板，次級寬度100mm。兩臺直線感應(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中初級與次級間隙3毫米，初級電流有效值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)電動機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于僅采用單邊短初級直線感應(yīng)電動機(jī)提供懸浮/卸載和牽引的動力；當(dāng)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)時，初級電樞繞組[32]中不通入電流，依靠支撐輪[21]支撐運(yùn)載車體；在初級電樞繞組[32]中通入直流電的情況下，依靠初級與次級鐵軛的吸引力，實(shí)現(xiàn)車體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對軌道的壓力；牽引車體運(yùn)行時，通過變頻裝置向電機(jī)的初級繞組[32]里通入變頻電流，依靠初級電流和次級之間的電磁吸力法向力將車體浮起，并以指定的速度和加速度運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)載車體較重、不能滿足車體完全懸浮要求時，電機(jī)初級[3]和次級之間的法向力，即電磁吸引力抵消運(yùn)載車體的部分重量，使通過支撐輪[21]加載在軌道上的力減少，減輕通過支撐輪[21]對軌道的壓力，實(shí)現(xiàn)車體卸載的牽引運(yùn)行，即起到車體“卸載”的作用。
2.按照權(quán)利要求1所述的直線感應(yīng)電動機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于單邊短初級直線感應(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[3]設(shè)置在車體下部兩側(cè)，初級[3]表面面向上方，次級固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級[3]表面相對；次級為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長反應(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)電動機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于單邊短初級直線感應(yīng)電動機(jī)放置在車體下部兩側(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[3]；直線電機(jī)的次級反應(yīng)板沿軌道梁[6]兩側(cè)下部車輛運(yùn)行方向全線鋪設(shè)，左右方向與直線電機(jī)初級[3]位置相對應(yīng)；支撐輪[21]設(shè)置于車體底部落在軌道梁[6]上，前后對稱排列，數(shù)量為偶數(shù)；輔助導(dǎo)向輪[23]設(shè)置于車輛側(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)；緊急制動滑塊[24]和輔助導(dǎo)向輪[23]兩者沿車輛縱向方向錯開，橫向以車輛中線對稱排列在車輛兩側(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臺單邊直線感應(yīng)電機(jī)初級[3]，沿運(yùn)動方向前后均勻布置；在橫截面方向，電機(jī)初級[3]位于電機(jī)懸掛架[104]的中央位置，電機(jī)初級[3]表面向上，面對電機(jī)次級反應(yīng)板[4]；包括鋁板或銅板和軛部鋼板的次級固定于傳輸軌[106]下部，并且在傳輸運(yùn)動方向全軌鋪設(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。
全文摘要
直線感應(yīng)電動機(jī)牽引運(yùn)載裝置，其特征在于裝置中不再設(shè)置專用的懸浮電磁鐵，僅采用單邊短初級直線感應(yīng)電動機(jī)作為提供車體懸浮/卸載和牽引的動力。單邊短初級直線感應(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[3]設(shè)置在車體下部兩側(cè)，初級[3]表面面向上方，次級固定于軌道兩側(cè)，表面面向下方，與電機(jī)初級[3]表面相對；次級為鋁質(zhì)或銅質(zhì)的長反應(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H02K41/02GK1990299SQ200510130790
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者史黎明, 李耀華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所