[发明专利]城市轨道交通用初级永磁型直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及电工、电机、轨道交通领域，特指一种适用于城市轨道交通的新型永磁直线电机。

背景技术

随着城市化进程的加快和城建物的密集，地铁、轻轨等城市快速轨道交通工具，凭借其低能耗、少污染、准时等优点，在城市持续发展中发挥着重要作用。而与此同时，城市轨道交通用牵引电机的研究也得到了相关领域学者越来越广泛的关注。

就技术层面而言，电气化城轨牵引电机主要可以采用旋转电机和直线电机这两种技术途径。采用直线电机的城轨电车，将电能直接转换成直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，可避免滑行和空转产生的各种问题；此外，直线电机相比较于旋转电机，减小了车身高度，可以减少地铁施工量，从而降低施工造价。因此，用于城轨交通的直线电机极具研究和实用价值。

当前，技术领域对城轨交通用直线电机的研究主要有直线感应电机和直线同步电机，而后者又可以分为电励磁直线同步电机和永磁直线同步电机。其中，直线感应电机应用的较多，但其在功率因数、功率密度等方面存在不足。因此，研究具有高功率密度的轨道交通用永磁直线电机，显得尤为重要。永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点，与直线感应电机相比，永磁直线同步电机的力能指标高、体积小、重量轻，且具有发电制动功能。但是，它也存在着一些缺点，如需要在钢轨侧铺设绕组导线或者永磁体，加大地增加了工程造价。

采用双凸极结构的旋转式定子永磁型电机的研究始于上世纪九十年代中期，发展到现在，出现了多种电机结构，主要有磁通切换永磁电机、双凸极永磁电机以及磁通反向电机这三种结构，其永磁体分别置于定子齿间、定子轭部以及采用定子凸极表面贴装。该类电机的出现，为新型结构的直线永磁电机的研究奠定了基础。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在提高电机效率的基础上，降低电机制造及维护的成本，结合旋转式定子永磁型电机的基本特性，提出了一种城市轨道交通用初级永磁型直线电机，特别适合于城市轨道交通等领域的应用。

技术方案：本发明是在传统的旋转式双凸极结构定子永磁型电机的基础上变化而来。其结构相当于将旋转式定子永磁型电机切割展开成直线状，电机的永磁体和电枢绕组均置于直线电机的初级(即对应于旋转电机的定子)，而该直线电机的次级采用普通的导磁材料铺设于列车的钢轨。因此，本发明在提高直线电机效率的同时，降低了电机成本。

该电机包括初级、次级，均采用凸极结构；初级包括初级铁芯、永磁体和电枢绕组，永磁体设置在初级铁芯上，电枢绕组绕于初级齿上，初级安置于列车上；次级为导磁性钢轨，安置于列车轨道上。电枢绕组采用集中绕组结构；永磁体安置于初级齿间、初级轭部或初级齿部表面。

有益效果：双凸极结构的城市轨道交通用初级永磁型直线电机具有结构简单、功率密度高、成本低等优点，可用于城轨交通等领域。

1、次级采用简单的凸极结构，无绕组、无电刷、无永磁，适用轨道交通等场合，轨道上不需要铺设永磁体或者导线绕组，可以降低电机制造成本，且易于施工；

2、初级上的电枢绕组为集中式绕组，制作嵌线方便；

3、永磁体置于初级，继承了永磁电机高功率密度的优点；

4、采用该种直线电机结构的城轨列车，降低了施工成本；

5、永磁体可置于初级的齿间、轭部以及采用表面贴装，根据实际需要可以设计电机的永磁磁链为单极性或者双极性，并可设计电机的反电动势为正弦波和梯形波。

附图说明

图1是初级永磁型直线电机之一——永磁体置于初级齿间，

图2是初级永磁型直线电机之二——永磁体置于初级轭部，

图3是初级永磁型直线电机之三——永磁体采用初级表面贴装；

以上的图中有：初级1、次级2、永磁体3、电枢绕组4、初级铁芯5、次级铁芯6。

具体实施方式

本发明所提出的城市轨道交通用初级永磁型直线电机，其初级、次级均采用凸极结构，图1-3所示为三种双凸极结构的初级永磁型直线电机，永磁体分别置于初级的齿间、轭部以及采用表面贴装。该电机初级由铁芯、电枢绕组和永磁体组成，它们安装在轨道列车上；次级上既没有绕组也没有永磁体，由导磁材料制成凸极形状，置于钢轨侧。

以一台永磁体置于初级齿间的初级永磁型直线电机为例，其截面图如附图1所示。本发明的直线永磁电机由初级1、次级2以及固定在初级1上的永磁体3、电枢绕组4、初级铁芯5和次级上的次级铁芯6所组成。其中，初级1上布有凸极，永磁体3对称分布于初级1的凸极的齿间。初级1由“U”型初级铁芯5和永磁体3组合而成。初级1上的电枢绕组4为集中绕组，每个线圈绕组横跨在两个齿上，中间嵌有一块永磁体3。次级2有多个齿，数量由轨道长度所决定。初级铁芯5用足够的冲片叠压成，导磁铁芯部分都采用了国内常用的D23材料冲片压叠而成；次级铁芯6采用导磁材料作为钢轨，置于列车轨道侧。