[發(fā)明專利]超導(dǎo)長定子直線電機(jī)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010794831.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112072885B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮瑤鑫;趙岸峰;袁賢珍;石煜;蘇軍貴;范祝霞;文艷暉;賀聰;楊曼莉
• 申請（專利權(quán)）人: 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;H02N15/00;B61C9/50;B61C17/12
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 朱繪

本發(fā)明公開了一種用于超導(dǎo)磁懸浮列車的超導(dǎo)長定子直線電機(jī)，包括：安裝于列車轉(zhuǎn)向架軸線位置處的超導(dǎo)磁體，用于在列車兩側(cè)產(chǎn)生極性相反的第一磁場；多對長定子線圈，每對長定子線圈均勻鋪設(shè)于軌道兩側(cè)的凹槽內(nèi)，長定子線圈的中心線與超導(dǎo)磁體內(nèi)的線圈的中心線等高，用于在軌道兩側(cè)分別形成沿軌道方向且極性相反的行波磁場使得行波磁場在第一磁場作用下產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)向架幾何中心處的第一合力，以實(shí)現(xiàn)列車牽引制動(dòng)；多對8字形線圈，位于超導(dǎo)磁體和多對長定子線圈之間，用于在第一磁場的作用下產(chǎn)生用來控制列車處于平衡位置上的第二合力，以實(shí)現(xiàn)列車懸浮導(dǎo)向。本發(fā)明提高了牽引力密度和超導(dǎo)磁體的利用率，節(jié)省了磁浮列車的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道交通領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于超導(dǎo)磁懸浮列車的雙邊驅(qū)動(dòng)的單磁體超導(dǎo)長定子直線電機(jī)及其控制方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)磁懸浮列車是將超導(dǎo)材料應(yīng)用于磁懸浮的直線牽引電機(jī)而發(fā)展起來的獨(dú)特列車系統(tǒng)。它利用了超導(dǎo)材料的零電阻恒流特性以及超導(dǎo)線圈通電后產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場，將超導(dǎo)材料用于牽引直線電機(jī)，利用其牽引力驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)，列車前進(jìn)過程中，可通過懸浮裝置使得列車懸浮于軌道上方，與軌道無接觸無摩擦，是當(dāng)前超高速軌道交通的重要形式之一。

在現(xiàn)有超導(dǎo)牽引直線電機(jī)技術(shù)中，具有如下幾種方案。第一，牽引力、懸浮力和導(dǎo)向力是同一個(gè)線圈產(chǎn)生。這種方法雖然可使磁懸浮列車的磁浮結(jié)構(gòu)更加簡單，但解耦控制的難度增大。第二，高速磁浮交通的電磁推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的直線電機(jī)采用定子線圈實(shí)現(xiàn)牽引，并且使用永磁體實(shí)現(xiàn)列車懸浮，這種方法的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對冗余，牽引和懸浮能力的可靠性不足，永磁體的磁場強(qiáng)度不算大，列車懸浮氣隙會(huì)很小，對軌道施工、車體制造的精度有較高要求。第三，僅利用超導(dǎo)線圈來實(shí)現(xiàn)列車懸浮，并且采用永磁同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)列車牽引，由于永磁材料限制了直線電機(jī)的牽引力，該方案的牽引、制動(dòng)性能略顯不足。

另外，超導(dǎo)磁懸浮列車?yán)贸瑢?dǎo)線圈零電阻恒流特性大大減少了懸浮消耗功率，并且具有自動(dòng)懸浮導(dǎo)向的優(yōu)勢。但是由于超導(dǎo)材料價(jià)格昂貴，增加了列車成本，并且超導(dǎo)磁體在空氣中形成的磁場有比較多的磁力線泄漏，存在較大的磁場輻射問題。較大的磁場輻射會(huì)對精密的電子設(shè)備造成干擾，比如：會(huì)影響手機(jī)/電腦等的信號質(zhì)量、以及干擾心臟起搏器等設(shè)備的正常工作，因此，需要對列車車廂及周邊環(huán)境采取良好的防輻射措施。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的超導(dǎo)牽引直線電機(jī)常會(huì)出現(xiàn)，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電機(jī)控制的復(fù)雜度提高、牽引和懸浮力的性能不足或可靠性不足等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于超導(dǎo)磁懸浮列車的超導(dǎo)長定子直線電機(jī)，包括：安裝于列車轉(zhuǎn)向架軸線位置處的超導(dǎo)磁體，其用于在完成勵(lì)磁后在列車兩側(cè)產(chǎn)生極性相反的第一磁場；多對長定子線圈，每對長定子線圈均勻鋪設(shè)于軌道兩側(cè)的凹槽內(nèi)，所述長定子線圈的中心線與所述超導(dǎo)磁體內(nèi)的線圈的中心線在同一水平面內(nèi)，所述多對長定子線圈用于在軌道兩側(cè)分別形成沿軌道方向且極性相反的行波磁場，使得所述行波磁場在與所述第一磁場的耦合作用下產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)向架中心軸線方向的第一合力，以實(shí)現(xiàn)列車牽引制動(dòng)；多對8字形線圈，每對8字形線圈位于所述超導(dǎo)磁體和所述每對長定子線圈之間，且單側(cè)8字形線圈固定于軌道凹槽的開口側(cè)邊緣處，用于在所述第一磁場的作用下產(chǎn)生用來控制列車處于平衡位置上的第二合力，以實(shí)現(xiàn)列車懸浮導(dǎo)向。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)磁體包括：低溫容器，所述低溫容器為雙層中空腔體，所述低溫容器的內(nèi)腔中充注儲(chǔ)冷物質(zhì)，所述低溫容器的內(nèi)腔壁與外腔壁之間通過支撐結(jié)構(gòu)固定連接，所述低溫容器的外腔采用真空層；第一超導(dǎo)線圈和第二超導(dǎo)線圈，所述第一超導(dǎo)線圈和第二超導(dǎo)線圈分別安裝在低溫容器內(nèi)腔壁外側(cè)的左、右側(cè)。

優(yōu)選地，所述每對8字形線圈按照預(yù)設(shè)間距鋪設(shè)于軌道兩側(cè)的凹槽內(nèi)，所述每對8字形線圈包括分別位于軌道兩側(cè)的第一8字形線圈和第二8字形線圈，所述第一8字形線圈和第二8字形線圈的中心線處于第一水平面內(nèi)，所述第一水平面位于所述超導(dǎo)磁體內(nèi)的線圈的中心線所處的第二水平面的上方，其中，所述第一水平面和所述第二水平面的距離為預(yù)設(shè)的第一距離。