[發(fā)明專利]外螺線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)及永磁懸浮輪軌車路系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010505900.3
• 申請(qǐng)日: 2010-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102447365A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉忠臣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉忠臣
• 主分類號(hào): H02K21/22
• 分類號(hào): H02K21/22;H02K1/28;H02K29/06;B61B13/08;B60L13/04;B60L7/10;C03C14/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)和磁懸浮列車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉永磁懸浮列車的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及能量回收系統(tǒng)，尤其是外轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)，還涉及采用該電機(jī)做牽引動(dòng)力的永磁懸浮輪軌車路系統(tǒng)。

背景技術(shù)

磁懸浮列車的直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)一直以來(lái)都是采用直線同步電機(jī)或直線異步感應(yīng)電機(jī)。由于實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)情況要求直線電機(jī)與軌道間可以接受的最小間隙至少達(dá)到8毫米以上，因而比磁力間隙只有0.5-1毫米的現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)的效率低很多。

工業(yè)上三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單，因而大量普及，但存在鐵損和銅損，即使采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，也存在低速時(shí)效率低下的缺陷。永磁同步電機(jī)效率較高，但變頻同步控制系統(tǒng)較復(fù)雜。永磁直流有刷電機(jī)效率較高，但電刷易磨損，故障率較高。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，耐高溫性強(qiáng)，但存在較大鐵損，因沒(méi)有永磁體，不能直接用于發(fā)電。而優(yōu)良的高速列車驅(qū)動(dòng)技術(shù)既要求電機(jī)在任何速度下都能保持很高的驅(qū)動(dòng)效率，又要求在車輛減速時(shí)的能量通過(guò)電機(jī)高效發(fā)電而回收能量。上述這些電機(jī)雖然有的能夠完成這個(gè)功能，但效率較低，存在美中不足。

采用EMS磁旋浮列車技術(shù)建設(shè)的軌道成本通常要比常規(guī)輪軌技術(shù)的高速鐵路的成本的高出約50％以上，目前認(rèn)為建設(shè)磁懸浮高速鐵路的成本想低于常規(guī)輪軌技術(shù)的高速鐵路的成本是不可能實(shí)現(xiàn)的。

在公路上開(kāi)行磁懸浮汽車至今為止依然是夢(mèng)想。

目前的高速鐵路的外觀特征依然是軌道兩旁架設(shè)鱗次櫛比的輸電線桿，頂部布滿輸電線和懸掛結(jié)構(gòu)，懸掛電線的連接線及附屬件可靠性差，很多吊掛零件是易損件，如不及時(shí)維修將會(huì)造成損壞、電線脫落，既不美觀又有觸電的危險(xiǎn)。

采用導(dǎo)電軌能改變上述的外觀差和可靠性低問(wèn)題，但是現(xiàn)有的導(dǎo)電軌的結(jié)構(gòu)為不銹鋼包鋁的結(jié)構(gòu)，連接不夠嚴(yán)密，對(duì)于大功率和強(qiáng)電流時(shí)出現(xiàn)局部強(qiáng)電弧現(xiàn)象，易損壞接觸不良的不銹鋼表面。

另外這種整條線路都采用導(dǎo)電軌的結(jié)構(gòu)型式，其支撐元件數(shù)量巨大，支撐元件即使采用絕緣性很好的材料，但是因?yàn)榻佑|面積太大，會(huì)有很多電能通過(guò)數(shù)量龐大的支撐元件流向地面而漏電，出現(xiàn)大量的電能損失，不利于整條輸電線路的節(jié)能。

低壓管道或真空管道給人們的印象是密閉黑暗的，會(huì)產(chǎn)生壓抑的感覺(jué)。采用鋼化玻璃作為管道窗戶會(huì)有自爆的危險(xiǎn)，如果用于真空管道即使有一塊鋼化玻璃自爆粉碎，整條管道都要漏氣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)更加緊湊高效率的外螺線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)，使整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸減小，重量降低，在相同的外徑下獲得更大的輸出動(dòng)力。同時(shí)電機(jī)在任何速度下都能保持很高的驅(qū)動(dòng)效率和發(fā)電效率。這種外螺線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)用于磁懸浮列車上的可以高效驅(qū)動(dòng)和高效發(fā)電回收剎車動(dòng)能，外螺線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)也適用于高層樓房的磁懸浮電梯的高效節(jié)能改造。

這種外螺線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)用于磁懸浮列車上于外螺線定子構(gòu)成的軌道按不同空間結(jié)構(gòu)排布會(huì)形成意想不到的效果，按照四等分圓結(jié)構(gòu)排列的磁懸浮高速鐵路建設(shè)方案，將會(huì)使建設(shè)磁懸浮高速鐵路的成本低于常規(guī)輪軌技術(shù)的高速鐵路的成本。

采用永磁懸浮輪軌技術(shù)的磁懸浮汽車和磁懸浮巴士行駛在公路上將會(huì)夢(mèng)想成真。

對(duì)于已經(jīng)建成的既有高速鐵路線路可以進(jìn)行改造和續(xù)建成永磁懸浮輪軌鐵路，使改造成本和返工損失降低到最小。對(duì)于新建鐵路則可以按低于常規(guī)高速輪軌鐵路的方案建設(shè)。

采取的措施如下：

1、采用外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，定子電樞的溝槽為螺旋溝槽，螺旋溝槽內(nèi)部的線圈為按螺旋線形狀繞制的螺旋線圈。螺旋溝槽的定子疊片與螺旋線圈一起構(gòu)成了螺線定子電樞。

2、電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，外轉(zhuǎn)子上的永磁體為按螺旋線形狀排布的螺旋塊，外部的永磁螺線轉(zhuǎn)子的螺距與螺線定子電樞的螺距相同，外部的永磁螺線轉(zhuǎn)子與螺線定子電樞之間保持合適的磁力間隙，組成外螺線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)。

3、螺線定子電樞在電機(jī)的內(nèi)部固定設(shè)置，外部的永磁螺線轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承與螺線定子電樞同軸滑動(dòng)連接，既能同軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又能沿軸向滑動(dòng)。在螺線定子電樞的端部及與永磁螺線轉(zhuǎn)子相對(duì)位置設(shè)置強(qiáng)永磁體，同性磁極相對(duì)，在相互軸向滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的永磁排斥力承受永磁螺線轉(zhuǎn)子的軸向拉力，減輕軸承的軸向載荷。

4、采用高效率的無(wú)刷直流永磁電機(jī)技術(shù)作為電動(dòng)發(fā)電機(jī)的主體結(jié)構(gòu)時(shí)，永磁螺線轉(zhuǎn)子上設(shè)置轉(zhuǎn)子位置感應(yīng)條和傳感器，傳感器可以是霍耳傳感器、光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、磁敏二極管，隨時(shí)檢測(cè)永磁螺線轉(zhuǎn)子的位置，傳感器檢測(cè)出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)與驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制永磁螺線轉(zhuǎn)子的扭矩和轉(zhuǎn)速。也可以采用無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)。