[發(fā)明專利]用于電動(dòng)斥力型磁浮軌道的自導(dǎo)直線推進(jìn)構(gòu)造的懸浮力擾動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010029425.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111231691B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昆侖;段家珩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B60L13/10
• 分類號(hào): B60L13/10
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 張澎

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電動(dòng)斥力型磁浮軌道系統(tǒng)的自導(dǎo)直線推進(jìn)構(gòu)造及其懸浮力擾動(dòng)控制方法，其直線推進(jìn)系統(tǒng)為自導(dǎo)向直線推進(jìn)裝置(5)，自導(dǎo)向直線推進(jìn)裝置為空芯直線永磁同步電機(jī)，沿混凝土軌道(6)延伸方向預(yù)埋若干有源零磁通線圈鏈(8)作為其定子；直線型永磁Halbach陣列(7)剛性連接在懸浮轉(zhuǎn)向架(2)的正下方作為其動(dòng)子。本發(fā)明可使磁浮列車在不加裝額外設(shè)備的情況下同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)與導(dǎo)向。當(dāng)列車運(yùn)行達(dá)到起浮速度后直線電機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整定子軌道線圈鏈中直軸電流Id來(lái)消除列車由于橫向偏移帶來(lái)垂向懸浮力擾動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，導(dǎo)向剛度大和低速運(yùn)行下不增加多余懸浮擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速以及中速磁浮軌道交通系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及常導(dǎo)電動(dòng)斥力型磁浮交通領(lǐng)域，具體涉及其驅(qū)動(dòng)部分，空芯永磁同步直線推進(jìn)裝置以及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路和城市軌道交通的快速發(fā)展，軌道交通的多樣性開(kāi)始受到越來(lái)越多的關(guān)注，其中磁浮軌道交通技術(shù)在運(yùn)行速度、爬坡能力、轉(zhuǎn)彎半徑、靜噪等方面存在的諸多優(yōu)勢(shì)使其在眾多新型軌道交通方式中脫穎而出。

空芯永磁直線同步動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是磁浮軌道交通系統(tǒng)中列車推進(jìn)方案的一種，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，磁阻力與脈動(dòng)力小的優(yōu)點(diǎn)，通常作為電動(dòng)斥力型磁浮系統(tǒng)的推進(jìn)裝置。電動(dòng)斥力型懸浮是一種利用勵(lì)磁源和導(dǎo)體渦流之間的相互作用力進(jìn)行懸浮的方案，系統(tǒng)本身具有懸浮自穩(wěn)定的特性，非常適合用于中高速磁浮交通系統(tǒng)當(dāng)中，美國(guó)Magplane磁浮列車就是板式電動(dòng)懸浮方案的典型代表。但是，板式電動(dòng)懸浮通常無(wú)法完成自導(dǎo)向，只能通過(guò)傾斜導(dǎo)體板或者加裝機(jī)械裝置等手段使列車在運(yùn)行過(guò)程中完成導(dǎo)向，兩種方案的前者會(huì)損失電動(dòng)懸浮力，增大功耗；后者則使磁懸浮本身失去意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有自導(dǎo)向功能的空芯永磁同步推進(jìn)裝置，旨在解決板式電動(dòng)斥力型懸浮系統(tǒng)中導(dǎo)向裝置存在靜態(tài)功耗的問(wèn)題。本發(fā)明利用零磁通線圈式電動(dòng)斥力懸浮的原理，將有源零磁通線圈作為定子鋪設(shè)在軌道上，將永磁Halbach陣列作為動(dòng)子安裝在磁浮列車上，二者構(gòu)成了具有自導(dǎo)向功能的空芯永磁直線同步電動(dòng)機(jī)。有源零磁通線圈的采用可以使列車在起浮后的運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)偏離軌道的情況時(shí)能夠產(chǎn)生足夠的導(dǎo)向力使列車回到軌道中心。這種具有自導(dǎo)向功能的永磁直線同步推進(jìn)系統(tǒng)集合了空芯同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與零磁通線圈導(dǎo)向兩種功能，且兩種功能具有自解耦特性，互不影響，理論上可以適用于中高速范圍的磁浮軌道交通系統(tǒng)。其具體手段如下：

一種用于電動(dòng)斥力型磁浮軌道的自導(dǎo)直線推進(jìn)構(gòu)造，包括車體1，懸浮轉(zhuǎn)向架2，板式電動(dòng)斥力式懸浮裝置3，支撐輪4，混凝土軌道6以及直線推進(jìn)系統(tǒng)。所述板式電動(dòng)斥力式懸浮裝置3由勵(lì)磁部分3A和反應(yīng)板部分3B組成，其中的勵(lì)磁部分3A安裝在轉(zhuǎn)向架2上，反應(yīng)板部分3B安裝在混凝土軌道6中。所述直線推進(jìn)系統(tǒng)為自導(dǎo)向直線推進(jìn)裝置5，自導(dǎo)向直線推進(jìn)裝置為空芯直線永磁同步電機(jī)：沿混凝土軌道6延伸方向預(yù)埋若干有源零磁通線圈(8)作為其定子，直線型永磁Halbach陣列7剛性連接在懸浮轉(zhuǎn)向架2的正下方作為其動(dòng)子；有源零磁通線圈鏈8與永磁陣列7之間具有機(jī)械氣隙9。

進(jìn)一步的，所述零磁通線圈鏈8由順軌而鋪的零磁通線圈構(gòu)成，零磁通線圈為“8”字形繞組結(jié)構(gòu)：由右線圈11和左線圈11'兩個(gè)N匝方形空芯線圈組成，導(dǎo)線沿右線圈空芯順時(shí)針繞N匝后再繞左線圈空芯逆時(shí)針繞繞N匝。所有零磁通線圈等距沿著列車運(yùn)行方向鋪設(shè)在軌道上，并以三相電機(jī)繞組規(guī)律進(jìn)行連接，使零磁通線圈具有驅(qū)動(dòng)功能。

采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，自導(dǎo)向功能的空芯永磁同步電機(jī)系統(tǒng)包括鋪設(shè)在軌道上的有源零磁通線圈以及安裝在列車車底的Halbach永磁陣列，當(dāng)列車以一定速度運(yùn)行且動(dòng)子中心線與定子中心線正對(duì)重合時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)向力產(chǎn)生；一旦列車偏離軌道中心則零磁通線圈中會(huì)在激勵(lì)電流的基礎(chǔ)上感應(yīng)出附加導(dǎo)向電流，進(jìn)而產(chǎn)生導(dǎo)向力使得列車回到軌道正中。與此同時(shí)，導(dǎo)向電流還會(huì)導(dǎo)致零磁通線圈與動(dòng)子作用產(chǎn)生附加懸浮力擾動(dòng)，并且懸浮力擾動(dòng)伴隨導(dǎo)向力出現(xiàn)。