[發明專利]一種基于永磁磁通切換直線電機的軌道交通牽引系統

在審

• 申請號: 201910070636.6
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN110014846A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 曹瑞武;陸鳴航;蘇恩超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B60L13/03
• 分類號: B60L13/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于永磁磁通切換直線電機的軌道交通牽引系統。基于永磁磁通切換直線電機的軌道交通牽引系統由若干子系統構成。基于永磁磁通切換直線電機的城市軌道交通牽引系統的子系統包括車廂、軌道和直流供電系統。車廂包括車廂主體、轉向架、i*2^p個永磁磁通切換直線電機的初級、逆變器及電機控制器。軌道包括列車導軌以及永磁磁通切換直線電機的次級。j*2^q個基于永磁磁通切換直線電機的城市軌道交通牽引系統的子系統組成一個完整的牽引系統。本發明具有次級結構簡單、系統效率高、系統功率因數高的特點，并且提出了牽引系統中永磁磁通切換直線電機初級空間距離的設定規則，可以有效降低系統牽引力的波動，進而降低列車運行時的噪聲，提高穩定性。

技術領域

本發明涉及的是一種基于永磁磁通切換直線電機驅動的列車系統，屬于電機驅動與控制技術領域。

背景技術

在城市化進程中，軌道交通扮演著不可或缺的角色。由傳統旋轉電機驅動的列車需要依靠機械傳動裝置，將旋轉力矩轉換為黏著式牽引力，導致效率較低，并且輸出牽引力受到軌道狀況、摩擦系數等因素影響，因此爬坡能力與拐彎能力較差，路線規劃不便，成本較高，其應用受到了一定的限制。與旋轉電機相比，直線電機驅動系統直接產生電磁力，電磁力為非黏著牽引力，擺脫了軌道狀況的影響，同時直線電機無需機械傳動裝置，因此體積小、功率密度高的優點，因此在軌道交通領域應用前景光明。

目前，直線感應電機在國內外軌道交通領域應用廣泛。直線感應電機的次級僅由感應板與導磁板構成，初級由電樞繞組與鐵心構成，具有結構簡單，體積小，成本低的優點，但是直線感應電機渦流損耗較高，因此效率與功率因數較低，同時直線感應電機的控制較為復雜，因此其長期運營成本與系統成本較高。

傳統永磁直線同步電機的效率、功率因數、功率密度均較高；然而該類電機的永磁體置于次級，沿軌道鋪設，次級成本高昂，且定位力較大，同時，傳統永磁電機的弱磁性能較差，難以實現高速下的恒功率控制，調速范圍有限，這些缺點極大地限制了其在長行程領域的應用。

近年來，永磁磁通切換直線電機引起了國內外學者的廣泛關注，該類電機次級結構簡單，僅由導磁材料構成，成本較低、便于維護，同時具有功率密度高、功率因數高、效率高的顯著優點。研究結果表明，其長期運營成本低于感應電機，并且對系統容量要求更低。但是，該類電機運用于軌道交通領域時牽引力波動較大，會造成明顯的噪聲，并且降低電機運行的可靠性，這限制了該類電機在軌道交通領域的應用。

發明內容

針對現有技術上存在的不足，本發明目的在于提供一種基于永磁磁通切換直線電機的軌道交通牽引系統，該牽引系統通過合理設計驅動電機的空間排列方式，可以有效降低列車驅動電機的牽引力輸出諧波，在不降低牽引力輸出平均值的情況下，達到明顯降低牽引力波動的效果，進而減小運行時的噪聲，并提高系統的穩定性。

本發明提出的一種基于永磁磁通切換直線電機的城市軌道交通牽引系統的子系統，包括車廂10、軌道11和直流供電系統12；

所述車廂10包含車廂主體100、轉向架101、i*2^p個永磁磁通切換直線電機的初級102、以及逆變器與電機控制器103；

所述軌道11包含列車導軌110以及永磁磁通切換直線電機的次級111，所述永磁磁通切換直線電機的次級111包含次級齒1110與次級軛部1111。

進一步地，對屬于同一子系統的所述永磁磁通切換直線電機的初級102依次編號，記作電機M1至電機電機M_a與電機M_b的中心線間距離記為λ_(a，b)；相鄰次級齒1110中心線間距離為τ_s；對任一所述永磁磁通切換直線電機運行時的牽引力進行傅利葉分解，得到各次牽引力的幅值，根據牽引力前p+q項諧波的幅值大小，對諧波次數進行排列編號，記作h₁至hp+q；