一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统技术方案

本发明专利技术提供一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，系统主要由两部分组成：径向开槽的环状铁心和放置在槽内的铜线圈绕组构成的初级；光滑扁平铝或铜导体板构成的次级。将铜线圈绕组沿铁心圆周方向对称放置，绕组形式可采用普通异步电机的绕组形式，在线圈绕组中通入一定频率的交变电流，在气隙中产生旋转磁场，旋转磁场在次级导体中感应产生涡流，这一涡流磁场极性与初级电流产生的旋转磁场相反，二者相互作用产生悬浮力。该系统结构稳定、控制简单，不存在机械旋转机构，无机械振动、噪声和陀螺仪效应，适合大气隙悬浮场合，能够实现固有稳定的静止稳定磁悬浮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动式磁悬浮系统，特别涉及一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统。
技术介绍
根据楞次定理，运动的磁场和变化的磁场都能够在导体中感应出电流，感应电流产生的磁场方向与源运动磁场相反，两磁场的相互作用力表现为斥力。根据这一原理，各国学者提出了多种利用导体中的涡流电磁场产生的斥力实现磁悬浮的方案，称为电动式磁悬浮。其中比较具有代表性的是日本MLU超导磁悬浮交通运输系统，车载超导磁铁随列车快速运动产生运动磁场，在两侧轨道安装的“8”字线圈中感应出涡流，产生斥力性质的复原力实现电动式磁悬浮，这种磁悬浮方案能够产生较强的悬浮力，应用较为成熟，但这种悬浮方案在列车静止的情况无法产生悬浮力，只能应用于高速运动状况。为实现静止条件下的电动式磁悬浮，20世纪90年代日本九州大学藤井教授提出了立式永磁磁轮，将钕铁硼永磁材料在沿水平圆周安装于圆盘形铁轭上作为永磁盘式电机的转子，在定子绕组中通入交变电流，带动永磁转子做水平圆周运动，转子背面磁通在气隙中产生圆周运动的磁场，在铝导体感应板中感应出涡流，涡流磁场与永磁体旋转磁场共同作用产生悬浮力，实现电动式磁悬浮。该磁场相对车辆运动，能够在车辆静止时产生电动式悬浮力。此种方式虽然实现了静止条件下固有稳定的电动式磁悬浮，但如果需要磁场运动，则必须附加复杂的机械结构带动永磁体转动实现磁场的运动，使整个结构沉重，带来了巨大的机械振动和机械噪声。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，该系统能够在不存在任何机械运动的条件下实现静止的固有稳定的电动式磁悬浮。本专利技术的技术方案是一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，包括初级铁心3、交流绕组2组成的初级，以及光滑扁平导体板次级1，所述初级铁心3为径向开槽的环状，所述交流绕组2放置在初级铁心3槽内。光滑扁平导体板次级1水平方向宽度应大于等于初级铁心3宽度，使初级铁心3全部位于光滑扁平导体板次级1正上方。所述初级铁心3为硅钢带卷绕而成，所述交流绕组2为铜芯绕组，所述光滑扁平导体板次级1为铝导体板。初级和次级之间的垂直距离要求接近或大于1cm。所述初级交流绕组2可通入对称三相或多相交变电流，绕组形式设计应根据初级电流相数相应分布。所述初级铁心3沿圆周对称在径向开M个槽；在初级铁心3内对称放置三相交流绕组；交流绕组2采用4极链式结构；交流绕组2通入的三相电流对称，相位相差120°。本专利技术初级绕组的极对数应尽可能少。通过改变初级电流的幅值和频率可改变系统输出的悬浮力。提高初级电流的幅值可以使悬浮力呈平方正比关系迅速增加。可根据初级绕组的设计，选择能够输出较高悬浮力的最低频率作为系统工作频率。本专利技术与现有技术相比具有以下优点采用电动式斥力磁悬浮，悬浮力随输入电流的增大和气隙长度的减小而增大，属于固有的稳定系统，不需要复杂的控制系统也能维持悬浮状态；磁场相对初级做圆周运动，在初级静止的情况下也能够产生悬浮力，静止时不需要物理支承；不存在机械旋转机构，可以避免机械损耗，机械振动和陀螺仪效应；能够通过改变初级电流的大小和频率改变旋转磁场的幅值和转速，悬浮力控制更为便捷有效。附图说明图1是本专利技术优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统俯视图结构图，图2是本专利技术优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统左视图结构图，图3是本专利技术的旋转磁场电动式磁悬浮系统实施例的磁场分布图。图4是本专利技术的旋转磁场电动式磁悬浮系统实施例的次级铝板1多层叠片结构的左视图。图中1为光滑扁平导体板次级；2为交流绕组；3为初级铁心。 具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。旋转磁场电动式磁悬浮系统需要在初级绕组中通入多相对称电流产生旋转磁场。 在实际应用中，因为电网电压都是三相，所以初级宜采用通入三相对称交变电流的对称三相绕组。也可以利用变流技术产生两相对称交变电流送入该悬浮系统，在初级采用两相绕组设计。图1，图2示出了优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统实施例的结构图。初级铁心开槽并放置有三相铜绕组交流线圈；次级为光滑扁平铝导体板。其中，初级铁心沿圆周对称在径向开M个槽；在初级铁心内对称放置三相载流绕组；绕组采用4极链式结构；绕组通入的三相电流对称，相位相差120°，相序不做限制。如图3所示，优选的旋转磁场电动式磁悬浮系统实施例的磁场分布图。显示了不同时刻次级上表面的磁通分布，说明随着初级各绕组中通入的交变电流幅值随时间的变化，各绕组线圈产生的磁通也随之变化，则磁通的分布随时间变化在初、次级圆周上以一定速度旋转。根据电机学原理，旋转磁场的同步转速为ns = 60f/p，其中f为初级电流频率，P为初级极对数。同时，K =5^2^ = 2^/，其中τ为极距，磁场运动的线速60度与极距成正比。其中，初级绕组中通入电流的相数最低为两相，否则无法产生圆周运动的磁场，系统产生悬浮力的能力将受到限制。输入电流相数不同时，初级绕组形式和开槽应相应更改。图4，示出了优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统实施例的次级结构图，图中次级铝板1的分层厚度仅为示意，并非实际厚度尺寸或比例。次级为光滑扁平铝导体板，水平方向的结构由应用场合决定；水平方向宽度应大于等于初级铁心宽度，使初级铁心全部位于次级正上方；在次级导体板厚度大于Imm时，应使用多个薄导体板叠片结构，降低对系统产生悬浮力无关的竖直方向涡流电流分量，提高悬浮力发生效率。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上为本专利所提供的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统，本文中应用了具体个例对本专利技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本专利技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本专利技术的限制。权利要求1.一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，包括初级铁心(3)、交流绕组( 组成的初级，以及光滑扁平导体板次级(1)，其特征在于所述初级铁心C3)为径向开槽的环状，所述交流绕组( 放置在初级铁心C3)槽内；光滑扁平导体板次级(1)水平方向宽度应大于等于初级铁心(3)宽度，使初级铁心(3)全部位于光滑扁平导体板次级(1)正上方。2.根据权利要求1所述的一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，其特征在于所述初级铁心C3)为硅钢带卷绕而成，所述交流绕组( 为铜芯绕组，所述光滑扁平导体板次级(1)为铝导体板。3.根据权利要求1所述的一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，其特征在于初级和次级之间的垂直距离要求接近或大于1cm。4.根据权利要求1所述的一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，其特征在于初级交流绕组( 可通入对称三相或多相交变电流，绕组形式设计应根据初级电流相数相应分布。5.根据权利要求4所述的一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，其特征在于初级铁心C3)沿圆周对称在径向开M个槽；在初级铁心(3)内对称放置三相交流绕组；交流绕组(2)采用4极链式结构；交流绕组( 通入的三相电流对称，相位相差120°。全文摘要本专利技术提供一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，系统主要由两部分组成径向开槽的环状铁心和放置在槽内的铜线圈绕组构本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种常导旋转磁场电动式磁悬浮系统，包括初级铁心（３）、交流绕组（２）组成的初级，以及光滑扁平导体板次级（１），其特征在于：所述初级铁心（３）为径向开槽的环状，所述交流绕组（２）放置在初级铁心（３）槽内；光滑扁平导体板次级（１）水平方向宽度应大于等于初级铁心（３）宽度，使初级铁心（３）全部位于光滑扁平导体板次级（１）正上方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范瑜，朱熙，李硕，秦伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11