專利名稱:直線感應電動機牽引運載裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電機領域，特別是涉及一種用于運載領域的直線感應電動機運載裝置。
背景技術：
采用直線電機可以省去采用旋轉電機時必需的齒輪機構，直接實現直線驅動。因此，在希望直線運動的機構中被廣泛采用。在軌道交通領域，與旋轉電機驅動的輪軌交通系統相比，直線電機牽引的交通系統具有噪音小、爬坡能力強、轉彎半徑小、建設和運行費用低等優勢。與直線同步電機等其他電機向比，單邊直線感應電機系統具有結構簡單、造價低、維護少、運行可靠、變頻控制容易實現等特點。所以，單邊感應直線電機在城市軌道交通和貨物運載等領域得到了積極應用。例如，日本開發的中低速HSST方式的磁浮列車利用專門的電磁式磁鐵懸浮、單邊直線感應電機驅動。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，由直線感應電機3牽引列車運行。懸浮電磁鐵安裝在與車廂下部結構1相連的電磁鐵懸掛機構2上，包括直線感應電機初級鐵心31和直線感應電機初級繞組32的直線感應電機初級3也安裝在車廂下部結構1上，直線感應電機次級反應板4、F型鋼板(軌道上電機次級鐵軛)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，直線感應電機的次級反應板通常采用鋼鋁或鋼銅復合的形式。當向電機初級繞組饋入交流電后，電機初級繞組和次級反應板之間即產生切向的排斥力，即牽引力。同時，也會產生法向的排斥力或吸引力。鋼鋁/銅復合的單邊直線感應電機的法向力在不同的滑差頻率sf(即次級反應板中感應出的電流相對于次級板的頻率，也即異步電機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。對大量直線電機搬運裝置的計算分析表明，在滑差頻率sf較小的區段，吸引的法向力可能是牽引力的數倍。
如此大的法向力，一般作為影響車體運行的副作用力加以限制。一種方法是控制電機在某一法向力較小的滑差頻率下運行，保持法向力基本恒定、且數值較小，此時的法向力由電磁鐵提供浮力來彌補。另一種通過支撐輪(如直線電機驅動的軌道交通)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)和懸浮動態響應的要求，影響了牽引力的高效發揮。后者增大了輪軌的摩擦力、降低了牽引效率。
發明內容本發明所要解決的技術問題是有效地利用單邊直線感應電機的法向力，提高直線電機牽引系統的運行效率。提出一種直線感應電機牽引運載裝置，該裝置可以充分利用電機的牽引力和法向力，實現運載車體懸浮牽引運行，或實現車體卸載牽引運行。
本發明的技術解決方案如下。
本發明采用單邊短初級直線感應電動機作為提供懸浮/卸載和牽引的動力，運載裝置處于靜止狀態時，電樞繞組中不通入電流，依靠支撐輪支撐運載車體。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，可以實現車體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對軌道的壓力；牽引車體運行時，通過變頻裝置向電機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行。當運載車體較重、不能滿足車體完全懸浮要求時，電機初級和次級之間的法向力，即電磁吸引力抵消運載車體的部分重量，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，實現車體卸載的牽引運行，即起到車體“卸載”的作用。
本發明采用的單邊短初級直線感應電機包括疊片鐵心和嵌在鐵心槽內的繞組的初級，設置在車體下部兩側，初級表面面向上方，次級固定于軌道兩側，表面面向下方，與電機初級表面相對。該結構形式與現有技術的HSST等目前常用的電機的初次級放置方法相反，為一種倒置結構。次級為鋁質或銅質的長反應板，反應板背面設置導磁性能良好的鋼板，該反應板和鋼板再固定在軌道梁上。本發明不再設置專用的懸浮電磁鐵，由于固定于軌道上的次級帶鐵軛(導磁鋼板)，在滑差頻率sf較低情況下可以得到相當大的吸引懸浮力。
本發明的積極效果(1)帶有初級和次級倒置的單邊直線感應電動機結構的運載裝置，具有牽引和懸浮(或車體卸載)兩種功能。情況一本發明的運載裝置中，設計直線電機初級和次級間的法向力大小滿足運輸機構最大懸浮力要求，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構。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懸浮機構)約15％。同時，避免了懸浮電磁鐵耗電、提高了控制的可靠性。情況二當運載裝置載重較重，設計初級和次級間的吸引懸浮力不將車體全部浮起，而起運載裝置卸載作用。即通過向上的法向力吸引力，部分抵消運載裝置向下的重力。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電動機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法向力得到了有效和積極的利用，提高了電機的利用效率。
以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。
圖1a、b是日本開發的HSST形式的中低速磁浮列車中懸浮磁體和直線感應電機安裝位置和直線感應電機示意圖，圖中1車廂下部結構、2懸浮電磁鐵懸掛機構、3直線感應電機初級、4直線感應電機次級反應板、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是本發明一種實施例示意圖，圖2a是直線感應電機的結構示意圖，圖2b是運載裝置實施例示意，圖2c是緊急制動滑塊24和輔助導向輪23在懸臂22內側的位置關系示意圖，圖2d是直線電機和次級軌道反應板的局部放大圖。
圖中6軌道梁、21支撐輪、22懸臂、23輔助導向輪、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是本發明的另一種具體實施例示意圖，圖3a為正視圖，圖3b為側視圖。圖中101載貨箱，102支撐輪，103移動傳輸箱體，104電機懸掛架，105固定于地面或其它固定設施上的傳輸軌道支座，106傳輸軌道。
圖4是電機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系圖。
圖5是本發明一實施例單邊直線感應電機的牽引力和法向力與滑差頻率的關系圖。
具體實施方式圖2是本發明一種實施例示意圖。如圖2a和圖2d所示，包括疊片鐵心31和嵌在鐵心槽內的繞組32的初級3設置在車體下部兩側，直線感應電機初級3表面面向上方，軌道兩側向下、面向電機初級3的軌道面設置導磁性能良好的鋼板5、鋼板上面再鋪設鋁質或銅質的長次級反應板4。
如圖2b所示，本發明在車體下部兩側設置安放直線電機的懸掛裝置25，懸掛裝置25為鋁合金的箱體結構。包含鐵心31和繞組32的直線電機的初級3設置于車體下部兩側的懸掛裝置25上，并且在長度方向均勻排布。直線電機的初級通常分為幾段，每段長度視車體長度而定，通常設計為300毫米至2500毫米。直線電機的次級反應板4沿軌道梁6兩側下部車體運行方向全線鋪設，左右方向與直線電機初級3位置相對應。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設置于車體底部、前后對稱排列、數量為偶數。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。
輔助導向輪23設置于車體側面下部、內側與軌道側面平行的懸臂22的內側，用于輔助導向，即當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和輔助導向輪23位于同一水平面，并且安裝于同一懸臂22的內側。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的懸臂22上。軌道立柱26起支撐作用。
圖3為本發明的另一種具體實施例示意圖，其中圖3a為正視圖，圖3b為側視圖。如圖3所示，本發明包括載貨箱101，支撐輪102，移動傳輸箱體103，電機懸掛架104，固定于地面或固定設施上的傳輸軌道支座105，傳輸軌道106等主要部分。該運載裝置設置至少2臺單邊直線感應電機初級，沿運動方向前后均勻布置。在橫截面方向，電機初級3位于電機懸掛架104的中央位置，并且電機初級3表面向上、面對電機次級反應板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，并且在傳輸運動方向全軌鋪設。支撐輪102位于載貨箱101下部的兩側，兩側布置的支撐輪102數量相等且均勻排布。
以上兩種實施例中，可根據要求將系統設計成完全懸浮牽引運行，或是車體卸載牽引運行。如果車體卸載運行，根據需要卸載多少的要求確定懸浮力大小，進一步設計電機滿足牽引力和法向力的要求。如圖4所示，Fn是電機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。因為Fd＜W，所以起到卸載作用。
一臺直線電機搬運試驗裝置例如下裝置配有兩臺直線牽引電機，電機次級帶鋼板軛部、初級長357mm、寬90mm、6極、極距51mm、每機每相槽數1，次級為鋁反應板，次級寬度100mm。兩臺直線感應電機產生的吸引法向力Fz和牽引力Fx與滑差頻率的關系如圖5所示。圖5中初級與次級間隙3毫米，初級電流有效值10A。
本發明可以用于直線電機城市軌道交通、貨物搬運、特別是無塵(超凈)間貨物搬運、電磁發射等領域。
權利要求
1.直線感應電動機牽引運載裝置，其特征在于僅采用單邊短初級直線感應電動機提供懸浮/卸載和牽引的動力；當裝置處于靜止狀態時，初級電樞繞組[32]中不通入電流，依靠支撐輪[21]支撐運載車體；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，實現車體的靜止懸浮，或減輕支撐輪對軌道的壓力；牽引車體運行時，通過變頻裝置向電機的初級繞組[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行；當運載車體較重、不能滿足車體完全懸浮要求時，電機初級[3]和次級之間的法向力，即電磁吸引力抵消運載車體的部分重量，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，實現車體卸載的牽引運行，即起到車體“卸載”的作用。
2.按照權利要求
1所述的直線感應電動機牽引運載裝置，其特征在于單邊短初級直線感應電機包括疊片鐵心[31]和嵌在鐵心槽內的繞組[31]的初級[3]設置在車體下部兩側，初級[3]表面面向上方，次級固定于軌道兩側，表面面向下方，與電機初級[3]表面相對；次級為鋁質或銅質的長反應板[4]，反應板[4]背面設置導磁性能良好的鋼板[5]，反應板[4]和鋼板[5]固定在軌道梁[6]上；裝置中不再設置專用的懸浮電磁鐵。
3.按照權利要求
1所述的直線感應電動機牽引運載裝置，其特征在于單邊短初級直線感應電動機放置在車體下部兩側的懸掛裝置[25]中，懸掛裝置[25]為鋁合金的箱體結構，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]的直線電機初級[3]；直線電機的次級反應板沿軌道梁[6]兩側下部車輛運行方向全線鋪設，左右方向與直線電機初級[3]位置相對應；支撐輪[21]設置于車體底部落在軌道梁[6]上，前后對稱排列，數量為偶數；輔助導向輪[23]設置于車輛側面下部、內側與軌道側面平行的懸臂[22]的內側；緊急制動滑塊[24]為一種可以伸縮的裝置，和輔助導向輪[23]位于同一水平面，并且安裝于同一懸臂[22]的內側；緊急制動滑塊[24]和輔助導向輪[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的懸臂[22]上；軌道立柱[26]起支撐作用。
4.按照權利要求
1所述的直線感應電動機牽引運載裝置，其特征在于運載裝置至少包括2臺單邊直線感應電機初級[3]，沿運動方向前后均勻布置；在橫截面方向，電機初級[3]位于電機懸掛架[104]的中央位置，電機初級[3]表面向上，面對電機次級反應板[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，并且在傳輸運動方向全軌鋪設；支撐輪[102]位于載貨箱[101]下部的兩側，兩側布置的支撐輪[102]數量相等且均勻排布。
專利摘要
直線感應電動機牽引運載裝置，其特征在于裝置中不再設置專用的懸浮電磁鐵，僅采用單邊短初級直線感應電動機作為提供車體懸浮/卸載和牽引的動力。單邊短初級直線感應電機包括疊片鐵心[31]和嵌在鐵心槽內的繞組[32]的初級[3]設置在車體下部兩側，初級[3]表面面向上方，次級固定于軌道兩側，表面面向下方，與電機初級[3]表面相對；次級為鋁質或銅質的長反應板[4]，反應板[4]背面設置導磁性能良好的鋼板[5]，該反應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
發明者史黎明, 李耀華 申請人:中國科學院電工研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan