中低速磁浮列车牵引装置与中低速磁浮列车制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种中低速磁浮列车牵引装置，包括电动机和驱动电机。电动机包括感应板和轮形转子，感应板沿着中低速磁浮列车行进的轨道铺设在路面上；轮形转子设置于中低速磁浮列车上；轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；并且驱动电机驱动轮形转子绕着平行于感应板的轴线旋转，以使得轮形转子与感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。此外，本发明专利技术还提供一种中低速磁浮列车。采用本发明专利技术能够克服现有中低速磁浮直线感应电机功率因数低的问题，大为提高了能量利用效率。

Traction device of medium and low speed maglev train and medium and low speed maglev train

【技术实现步骤摘要】
中低速磁浮列车牵引装置与中低速磁浮列车
本专利技术涉及轨道交通领域，特别地，涉及一种中低速磁浮列车的牵引系统与中低速磁浮列车。
技术介绍
磁浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的列车系统。它依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道的无机械接触，并利用直线电机驱动列车运行。按照车辆运行速度来划分，磁浮列车可以分为高速和中低速两种类型：高速磁浮列车运行最高速度可达500km/h以上，采用EMS和EDS两种悬浮方式，适用于长大干线和大城市间的旅客运输；中低速磁浮列车运行速度在100km/h左右，主要采用EMS悬浮方式，特别适合城市内部或城市与卫星城之间的运输。现有中低速磁浮列车的工作原理为：列车的悬浮力由悬浮系统提供，在车体下部安装的电磁铁吸引F形钢轨的下方，与之发生反作用将列车浮起，电磁铁与轨道之间的空隙由空隙传感器对电流值进行控制，以保证悬浮力和空隙的恒定；牵引力是由中低速磁浮列车上的直线感应电机来实现的，车辆上搭载VVVF逆变器对直线感应电机供电，在其线圈中产生直线运动的行波磁场，感应轨道侧安装的铝板，铝板中产生感应涡流，涡流场与行波磁场相互作用产生车辆运动所需的牵引力。目前，采用直线感应电机牵引的中低速车辆，存在以下几个方面需要改进：1)功率因数与一般旋转感应电机类似，直线感应电机由初级电流提供励磁，需要初级绕组输入无功电流来建立励磁磁场。因此其功率因数不可避免地较同步电机低。此外，目前中低速磁浮直线感应电机短初级与轨道上铝感应板之间的气隙长度一般为11～13mm，远大于同等功率旋转感应电机的气隙长度。而气隙的磁阻远大于导磁部件(初级铁芯和F轨的铁轭)的磁阻，为了获得同样的励磁磁场，初级绕组所需提供的励磁电流也大为增加，使得中低速磁浮直线感应电机的功率因数进一步降低。由于上述原因，目前中低速磁浮直线感应电机的功率因数一般为0.6，不仅远低于一般的同步电机，也要低于一般的旋转感应电机，严重影响了其能量利用效率。2)纵向边端效应纵向即与列车运行方向一致或相反的方向。目前中低速磁浮所用直线感应电机的铁芯在纵向上是断开的，即定子铁芯的纵向端部无法如旋转电机一样闭合。因此，当列车运行经过某段轨道时，直线感应电机纵向端部附近轨道上的铝感应板将从零磁通转换为有磁通穿过的状态(或从有磁通穿过转换为零磁通状态)，这一磁通变化在铝感应板上产生的涡流总会阻碍该磁通变化，因而中低速磁浮所用直线感应电机的定子铁芯与轨道铝感应板之间的气隙在纵向开断处是突变的，开断处气隙磁阻沿纵向方向变化剧烈，从而对列车运行产生阻力。列车运行速度越快，这一阻力越大，纵向端部效应也就越明显。3)牵引效率中低速磁浮目前采用的单侧直线感应电机牵引的形式会产生法向力，即短初级与长次级之间在垂直方向上的相互作用力。该法向力主要由两部分组成。其一是短定子初级与轨道铝感应板之间的法向斥力，其二是短定子初级与轨道铝感应板下方F轨铁轭之间的法向吸力。在中低速磁浮系统中，该法向力表现为短定子初级和轨道次级之间的吸引力。中低速磁浮轨道次级铝感应板厚度一般仅为4mm，而滑差频率一般为13～16Hz，铝感应板厚度小于其涡流透入深度，不能完全将短定子初级产生的磁通排斥在外。初级磁通在抵消涡流产生的磁场后，进入铝感应板下方的轨道次级铁轭，铁轭为导磁部件，从而在短定子初级和轨道次级铁轭之间产生吸力。短定子初级和轨道次级铁轭之间的吸力要大于与铝感应板之间的斥力，从而表现为法向的吸力。法向吸力与悬浮系统的悬浮力相互矛盾，会增大悬浮系统的负担。如果提高滑差频率，可以减小法向吸力从而减轻悬浮系统的负担，但滑差频率的提高会导致直线感应电机牵引效率的降低。在工程实践中，为了尽量减小法向吸力对列车悬浮的影响，一般会选择较高的滑差频率，从而降低了系统的牵引效率。此外，中低速磁浮所用直线感应电机的初级绕组裸露，环境适应性要求高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种中低速磁浮列车牵引装置，包括电动机和驱动电机。电动机包括感应板和轮形转子，感应板沿着中低速磁浮列车行进的轨道铺设在路面上；轮形转子设置于中低速磁浮列车上；轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；并且驱动电机驱动轮形转子绕着平行于感应板的轴线旋转，以使得轮形转子与感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。优选地，感应板为铝板，并且电动机还包括与感应板贴合的钢板，作为次级磁轭。优选地，驱动电机的旋转轴线与轮形转子的旋转轴线重合或者平行。优选地，驱动电机与轮形转子一体地设置。优选地，驱动电机通过驱动轴瓦系统连接至轮形转子。优选地，驱动电机通过驱动轴瓦系统连接至同轴设置的两个轮形转子。本专利技术第二方面提供一种中低速磁浮列车，中低速磁浮列车沿着轨道行进，感应板沿轨道铺设在路面上，中低速磁浮列车包括多个轮形转子和驱动电机，轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；驱动电机，驱动电机驱动轮形转子绕着平行于感应板的轴线旋转，以使得轮形转子与感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。优选地，驱动电机的旋转轴线与轮形转子的旋转轴线重合或者平行。优选地，驱动电机与轮形转子一体地设置。优选地，驱动电机通过驱动轴瓦系统连接至轮形转子。优选地，驱动电机通过驱动轴瓦系统连接至同轴设置的两个轮形转子本专利技术不改变既有中低速磁浮列车的轨道结构，但不再采用直线感应电机产生牵引力。与现有技术中采用直线感应电机相比的中低速磁浮列车牵引装置相比，具有如下优点：1)功率因数高在本专利技术的技术方案中，励磁由在径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体的轮形转子提供，无需额外的励磁电流。如果驱动电机使用永磁同步电机或无刷直流电机，本专利技术的推进装置中由轮形转子和感应板组成的电机的功率因数可接近1。因而系统总体的功率因数也可接近1，从而可克服现有中低速磁浮直线感应电机功率因数低的问题，大为提高了能量利用效率；2)可改善纵向边端效应在本专利技术的技术方案中，轮形转子为环形，其与轨道铝感应板之间的气隙是渐变的，气隙磁阻沿纵向方向的变化率相对较小，从而可在一定程度上改善纵向端部效应，减小列车运行的阻力；3)牵引效率高在本专利技术的技术方案中，励磁由轮形转子提供，轮形转子由采用永磁同步电机等电机的驱动电机驱动，可在较宽的滑差速度范围内仍保持较高的牵引效率。因而轮形转子可以采用较高的旋转速度，产生较大的法向斥力，从而减小对悬浮系统的影响。即在减小法向力对悬浮系统的影响的同时，仍能保持较高的牵引效率。此外，与现有中低速磁浮列车的直线感应电机相比，本专利技术的中低速磁浮列车牵引装置省略了在上方暴露于外界环境的直线感应电机初级绕组，因此环境适应性更好。附图说明本专利技术的以上
技术实现思路
以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的专利技术的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中低速磁浮列车牵引装置，包括电动机和驱动电机，其特征在于：/n所述电动机包括：/n感应板，所述感应板沿着所述中低速磁浮列车行进的轨道铺设在路面上；/n轮形转子，所述轮形转子设置于所述中低速磁浮列车上；所述轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；并且/n所述驱动电机驱动所述轮形转子绕着平行于所述感应板的轴线旋转，以使得所述轮形转子与所述感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。/n

【技术特征摘要】
1.一种中低速磁浮列车牵引装置，包括电动机和驱动电机，其特征在于：
所述电动机包括：
感应板，所述感应板沿着所述中低速磁浮列车行进的轨道铺设在路面上；
轮形转子，所述轮形转子设置于所述中低速磁浮列车上；所述轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；并且
所述驱动电机驱动所述轮形转子绕着平行于所述感应板的轴线旋转，以使得所述轮形转子与所述感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。


2.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车牵引装置，其特征在于，
所述感应板为铝板，并且所述电动机还包括与所述感应板贴合的钢板，作为次级磁轭。


3.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车牵引装置，其特征在于，
所述驱动电机的旋转轴线与所述轮形转子的旋转轴线重合或者平行。


4.根据权利要求3所述的中低速磁浮列车牵引装置，其特征在于：
所述驱动电机与所述轮形转子一体地设置。


5.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引装置，其特征在于：
所述驱动电机为外转子永磁同步电机，所述外转子永磁同步电机布置在所述组成Halbach环形阵列的多个永磁体在径向方向上的内侧。


6.根据权利要求3所述的中低速磁浮列车牵引装置，其特征在于：
所述驱动电机通过驱动轴瓦系统连接至所述轮形转子。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁贤珍，辛本雨，范祝霞，许义景，石煜，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43