[发明专利]一种轻自重的单边直线感应电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于交通运输系统驱动的单边直线感应电动机。

技术背景

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。直线电机可以看作是由旋转电机演变而来：将旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展成直线，就可得到直线电机。与旋转电机的定子、转子相对应，直线电机由初级和次级构成。

直线电机可用于任何需要直线驱动的场合，交通运输是其重要的应用领域。

与旋转电机相比，采用直线电机驱动车辆的最大优点是取消了中间机械传动变换装置，使原来的旋转驱动变为直接驱动，不再需要粘着力，因此车辆的牵引力不再受轮轨粘着条件的限制，车辆的爬坡及加速性能得以改善。中间传动转换机构的取消，还可使机车的传动损耗及噪声减少，因此非粘着形式的直线驱动是最适合交通运输驱动的方式。

短初级长次级式单边直线感应电动机常用于市内公共交通系统。图5是目前既有的用于市内地铁和轻轨的直线电机轨道交通系统的结构示意图。其短初级51放置在车厢下部的转向架上，长次级52放置在轨道上，51与52之间为电机气隙53。54是车轮及轨道；该系统中单边直线感应电动机的短定子及其驱动控制系统放置在车上，由地面铺设的第三轨或架空线通过接触受电器向车上牵引逆变器供电。复合反应板式长次级铺设在轨道中间，两侧有车轮和轨道进行支撑和导向。电机初级由带齿槽的铁芯及三相绕组构成，复合式反应板长次级由轭铁及其上覆盖的铜板或铝板复合构成，初、次级之间的机械气隙，约为10mm左右。其工作原理如下：车上的逆变器向电机的短初级三相电枢绕组提供可变频、变压的三相交流电；气隙中因此产生行波磁场，地面的长次级导体板中产生感生涡流及磁力，驱动列车前进。改变电机初级电压及频率可控制列车的前进速度；改变磁场移动方向，车辆运行方向则随之改变。

直线电机轨道交通系统具有传统轮轨交通系统无可比拟的优点：能产生直接驱动力，不受轮轨之间粘着系数限制，能获得优良的动力性能和爬陡坡能力，转弯半径可减小至80m，提高了线路规划的灵活性；结构简单，无齿轮箱等机械传动变换机构，系统维护成本低，运行噪声小；采用电力牵引，无污染、环境友好等，具有很好的社会经济效益，是当今先进的轨道交通系统。但与旋转感应电机相比，直线感应电机的气隙较大，因此使得直线感应电机效率及功率因数较低。为了充分发挥直线感应电机车辆的优点，尽量降低车重是一项有用的措施，采用铝合金车体，小而轻的径向转向架等都是目前已经采用的减轻车重的措施。由于直线感应电机的初级放置在车上，尽量减小电机初级自重，也可对减轻车重有所贡献。

另外单边直线感应电动机也常用于磁浮列车，例如用于城市交通的中低速磁浮列车就采用了单边直线感应电动机驱动，其初级设置在车上。减轻电机初级重量，就可减轻车重，不但能节省磁浮所需电能，也可使车载电源体积重量减小。因此减轻初级重量对采用单边直线感应电动机驱动的中低速磁浮列车来说，要求更为迫切。

图6是单边直线感应电动机初级电枢的常规结构示意图，采用双层绕组，且铁芯未采用削角结构。与旋转电机结构连续不同，由于直线感应电机铁芯两端断开，在两端部槽中只能为半填充槽，也就是说如果采用双层绕组，在端部一些槽中只能放单层绕组，这些半填充槽中只有绕组元件的上层边或下层边。由于半填充槽中导体数仅为中部全填充槽的一半，因此端部比中间部分磁场强度小。采用电磁场有限元法对直线感应电机磁场研究发现，在两端部磁力线明显比中部稀疏，在两端部角上的磁密很小，即磁力线极少通过两端轭部角处。