專利名稱：無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直線電機驅(qū)動裝置，特別是涉及一種無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置。
背景技術：
城市軌道交通車輛現(xiàn)在大多都是依靠輪軌來牽引和制動，它還存在全天候運行特性較差，機械振動和噪聲較大，車輛輕量化和小型化相對困難等缺點。直線感應電機運載系統(tǒng)是采用直線感應電機驅(qū)動的新型城市軌道交通模式，系統(tǒng)用輪軌完成其支撐和導向，依靠直線感應電機所產(chǎn)生的電磁力來推進。因此這種系統(tǒng)取消了旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動所必須的滾動軸承、傳動齒輪。車輛具有很強的加、減速性能、曲線通過性能和爬坡能力，運行平穩(wěn)性高， 更容易實現(xiàn)小編組，高密度，自動駕駛的運行模式，運營適應性較好。目前全世界已有多個國家多條直線感應電機驅(qū)動地鐵線路投入商業(yè)運營，直線感應電機運載系統(tǒng)正在逐漸成為城市軌道交通的首選模式。直線感應電機運載系統(tǒng)由于車載定子與地面轉(zhuǎn)子是處在一個相對直線運動的彈性軸箱垂向彈性定位系統(tǒng)間，不可避免地會造成初級鐵芯底部平面和鐵路次級導體板上表面之間間隙氣隙的變化，因此氣隙設計得不能太小，一般在12mm左右。再加上直線感應電機的端部效應，漏磁場較大，效率和功率因數(shù)較低就成為了直線電機系統(tǒng)的最大問題。近來鉍Bi和釔Y系高溫超導導線的工業(yè)化生產(chǎn)水平有明顯提高，用高溫超導導線替代銅導線已成為可能。美國已經(jīng)完成了 36. 5麗的高溫超導同步電機的研制，電機的轉(zhuǎn)子用Bi系高溫超導導線繞制而成；美國現(xiàn)在正進行10麗超導風電電機的研制，電機的轉(zhuǎn)子用 Y系高溫超導導線繞制而成；日本超導磁懸浮試驗列車用Bi系導線制成的高溫超導磁體代替低溫超導磁體的工作也取得了成功。由于超導材料的載流能力比銅導線高百倍以上，超導電機的有效磁場可以設計的很高，非常適合于軌道交通驅(qū)動用直線電動機需要大氣隙的工作特點，甚至初級線圈可以采用空心結(jié)構(gòu)，電機的損耗和噪聲都可以下降，體積和重量的可大幅度降低。公開號CN101340134所公開的，發(fā)明名稱軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，該裝置包括可控變頻電源和高溫超導直線電機。可控變頻電源包括變頻電源和控制器。高溫超導直線電機包括高溫超導繞組和初級鐵芯組成初級組件、固定在兩軌之間軌枕上的次級導體板和次級導磁鋼板、氣隙。高溫超導繞組采用餅式結(jié)構(gòu)、跑道型截面。初級組件置于低溫容器中，低溫容器通過冷卻液進管和冷卻液出管與冷卻設備相通。浸泡在液氮中的初級鐵芯所產(chǎn)生的熱量全部由冷卻液散發(fā)，這樣會消耗較多的液氮，直線電機的主要損耗來自初級鐵芯中，由于初級鐵芯放置在低溫容器中冷卻，增加了高溫超導直線電機的運行成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，減少液氮的消耗，提供一種無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置。本發(fā)明解決其技術問題的技術方案一種無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，該裝置包括可控變頻電源和高溫超導直線電機。所述的可控變頻電源包括變頻電源和控制器。所述高溫超導直線電機包括初級組件，固定在兩軌之間軌枕上的次級導體板和次級導磁鋼板，氣隙，初級組件置于低溫容器中，在低溫容器的底面與初級組件之間設絕緣層，低溫容器通過冷卻液進管和冷卻液出管與冷卻設備相通。在低溫容器的底面與初級組件之間設絕緣層。所述的初級組件包括高溫超導繞組和無磁繞組支架，高溫超導繞組安裝在無磁繞組支架上。所述的高溫超導繞組采用餅式結(jié)構(gòu)、跑道型截面。高溫超導繞組與可控變頻電源連接；所述無磁繞組支架包括上無磁繞組支架和下無磁繞組支架，采用連接桿和螺母將上無磁繞組支架、下無磁繞組支架連接在一起；無磁繞組支架和下無磁繞組支架采用非磁絕緣材料制成；無磁繞組支架固定在轉(zhuǎn)向架上。所述的下無磁繞組支架上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽、與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽、與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽。上無磁繞組支架上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽左右成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽。所述的上無磁繞組支架和下無磁繞組支架上的四個垂直凹形槽的中心線在一個平面上；與垂直凹形槽成45°的左四個水平凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個水平凹形槽的中心線各在一個平面上。所述的高溫超導繞組包括第一高溫超導繞組、第二高溫超導繞組、第三高溫超導
繞組、第四高溫超導繞組、第五高溫超導繞組、第六高溫超導繞組......第二十六高溫超
導繞組、第二十七高溫超導繞組、第二十八高溫超導繞組、第二十九高溫超導繞組、第三十高溫超導繞組。第一高溫超導繞組和第五高溫超導繞組分別安裝在下無磁繞組支架的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二高溫超導繞組和第四高溫超導繞組分別安裝在下無磁繞組支架和上無磁繞組支架的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽凹形槽中；第三高溫超導繞組安裝下無磁繞組支架和上無磁繞組支架上的垂直凹形槽中；......第二十六高溫超導繞組和第三十高溫超導繞組分別安裝在下無磁繞組支架和上無磁繞組支架的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二十七高溫超導繞組和第二十九高溫超導繞組分別安裝在下無磁繞組支架和上無磁繞組支架的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽凹形槽中；
第二十八高溫超導繞組安裝下無磁繞組支架和上無磁繞組支架上的垂直凹形槽內(nèi)。本發(fā)明和已有技術相比所具有的有效效果是在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明的初級組件由高溫超導繞組安裝在無磁繞組支架上形成舍棄高溫超導直線電機內(nèi)初級鐵芯的結(jié)構(gòu)，完全消除了初級鐵芯內(nèi)部的交流損耗，明顯降低了高溫超導直線電機制冷費用，進一步發(fā)揮其優(yōu)越的電磁特性。交流損耗主要來自初級鐵芯內(nèi)部的損耗，高溫超導直線電機總損耗會降低80%以上；本發(fā)明相鄰高溫超導繞組橫截面與水平面的夾角順時針轉(zhuǎn)動45°，這種高溫超導繞組排列結(jié)構(gòu)會形成高溫超導繞組上部磁通稀疏下部磁通稠密的電磁場分布，使位于高溫超導繞組下部的次級導體板和次級導磁鋼板附近的磁通密度增強，提高電機的效率和增大直線電機的牽引力，高溫超導繞組上部磁通稀疏會減小直線電機的漏磁，同時，高溫超導繞組上部磁通稀疏，起著自屏蔽的作用，有效地防止磁場向空間輻射。


圖1無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置示意圖。圖2圖1中局部a處的放大圖。圖3無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置的初級組件三維圖。圖4無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置的左視圖。圖5無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置的連接示意圖。圖6下無磁繞組支架三維圖。圖7下無磁繞組支架主視圖。圖8圖7中局部c處的放大圖。e圖9圖8中A-A剖視圖。圖10上無磁繞組支架三維圖。圖11上無磁繞組支架主視圖。圖12圖11中局部e處的放大圖。圖13圖12中B-B剖視圖。圖14上無磁繞組支架和下無磁繞組支架用連接桿和螺母的連接示意圖。冷卻通道入口 1，次級導體板2，第一高溫超導繞組3-1、第二高溫超導繞組3-2、第
三高溫超導繞組3-3、第四高溫超導繞組3-4、第五高溫超導繞組3-5......第二十六高溫
超導繞組3- 、第二十七高溫超導繞組3-27、第二十八高溫超導繞組3- 、第二十九高溫超導繞組3- 、第三十高溫超導繞組3-30，下無磁繞組支架4-2，上無磁繞組支架4-1，列車轉(zhuǎn)向架5，氣隙6，次級導磁鋼板7，低溫容器8，連桿9、絕緣層10、冷卻設備11、可控變頻電源12、冷卻通道出口 13。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。一種無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，見圖1、圖5，該裝置包括可控變頻電源12和高溫超導直線電機。所述的可控變頻電源12包括變頻電源和控制器。
所述高溫超導直線電機包括初級組件，固定在兩軌之間軌枕上的次級導體板2 和次級導磁鋼板7，氣隙6，初級組件置于低溫容器8中，在低溫容器8的底面與初級組件之間設絕緣層10，低溫容器8通過冷卻液進管1和冷卻液出管13與冷卻設備11相通。所述的初級組件包括高溫超導繞組和無磁繞組支架。高溫超導繞組安裝在無磁繞組支架上。所述的高溫超導繞組采用餅式結(jié)構(gòu)、跑道型截面。高溫超導繞組與可控變頻電源連接。所述無磁繞組支架，如圖6 圖14，無磁繞組支架包括上無磁繞組支架4-1和下無磁繞組支架4-2，采用連接桿和螺母將上無磁繞組支架4-1、下無磁繞組支架4-2連接在一起；上無磁繞組支架4-1和下無磁繞組支架4-2采用非磁絕緣材料制成；無磁繞組支架固定在轉(zhuǎn)向架上。所述的下無磁繞組支架4-2上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽、與垂直凹形槽成 90°的左四個水平凹形槽、與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽。第一組設四個垂直凹形槽14-3、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽14_2、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽14-4、與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽14-1、與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽14-5，如圖6 圖9。......第六組設四個垂直凹形槽14-28、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽14_27、 與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽14-29、與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽 14-26、與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽14-30，如圖6所示。下無磁繞組支架4-1的橫向四個凹形槽的每兩個之間，設三個縱向凹形槽，如圖8 和圖9。以便于冷卻劑流動，有利于高溫超導繞組的冷卻。下無磁繞組支架4-1設孔15，96個。上無磁繞組支架4-1上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽左右成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽。第一組設四個垂直凹形槽17-2、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽17_1、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽17-3，如圖10。......第六組設四個垂直凹形槽17-17、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽17_16、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽17-18，如圖10。所述的上無磁繞組支架4-1和下無磁繞組支架4-2上的四個垂直凹形槽的中心線在一個平面上；與垂直凹形槽成45°的左四個水平凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個水平凹形槽的中心線各在一個平面上，如圖10 圖13。上無磁繞組支架4-2設孔16，96個。所述的高溫超導繞組包括第一高溫超導繞組3-1、第二高溫超導繞組3-2、第三
高溫超導繞組3-3、第四高溫超導繞組3-4、第五高溫超導繞組3-5......第二十六高溫超
導繞組3- 、第二十七高溫超導繞組3-27、第二十八高溫超導繞組3- 、第二十九高溫超導繞組3- 、第三十高溫超導繞組3-30，如圖1和圖3。第一高溫超導繞組3-1和第五高溫超導繞組3-5分別安裝在下無磁繞組支架4-2的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二高溫超導繞組3-2和第四高溫超導繞組3-4分別安裝在下無磁繞組支架4_2 和上無磁繞組支架4-1的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽凹形槽中；第三高溫超導繞組3-3安裝下無磁繞組支架4-2和上無磁繞組支架4-1上的垂直凹形槽中；......第二十六高溫超導繞組346和第三十高溫超導繞組3-30分別安裝在下無磁繞組支架4-2和上無磁繞組支架4-1的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二十七高溫超導繞組3-27和第二十九高溫超導繞組3- 分別安裝在下無磁繞組支架4-2和上無磁繞組支架4-1的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽凹形槽中；第二十八高溫超導繞組3- 安裝下無磁繞組支架4-2和上無磁繞組支架4-1上的垂直凹形槽內(nèi)。所述低溫容器8為長方體形狀的箱形結(jié)構(gòu)，低溫容器8的壁由雙層無磁不銹鋼制成，雙層之間抽成真空，如圖1。在低溫容器8底部放入絕緣層10后，再把繞組冷卻組件放進低溫容器8底部的絕緣層10上，再進行封裝，形成初級組件，如圖4。高溫超導繞組使用超導材料鉍2223Bi2223或釔鋇銅氧YBCO帶材制成或其它高溫超導材料。參照圖1，高溫超導繞組底部平面和次級導體板2上表面間不產(chǎn)生意外接觸的安全高度為氣隙6的高度為11 25mm?？諝庀兜拈L度則根據(jù)具體的單元超導渦流驅(qū)動裝置的驅(qū)動力調(diào)整，氣隙的長度越長，驅(qū)動力越大?？煽刈冾l電源12和超導冷卻系統(tǒng)采用目前公知的設備。 無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置用于軌道交通線路上時，高溫超導直線電機、冷卻設備11、可控變頻電源12安置在列車上。下面對本發(fā)明無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置的工作過程做出說明。當列車驅(qū)動時，高溫超導繞組中通以三相交流電，經(jīng)次級導體板2和次級導磁鋼板7以及氣隙6形成閉合磁路。在次級導體板2中產(chǎn)生渦流，這樣，在高溫超導繞組形成的電磁場與次級導體板2上的渦流產(chǎn)生的驅(qū)動電磁力使列車啟動。高溫超導繞組由于損耗產(chǎn)生的熱由冷卻液冷卻。
權(quán)利要求
1.無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，該裝置包括可控變頻電源(12) 和高溫超導直線電機；所述的可控變頻電源(1 包括變頻電源和控制器；所述高溫超導直線電機包括含高溫超導繞組的初級組件，固定在兩軌之間軌枕上的次級導體板(2)和次級導磁鋼板(7)，氣隙(6)，初級組件置于低溫容器(8)中，在低溫容器 ⑶的底面與初級組件之間設絕緣層(10)，低溫容器⑶通過冷卻液進管(1)和冷卻液出管(13)與冷卻設備(11)相通；高溫超導繞組采用餅式結(jié)構(gòu)、跑道型截面； 其特征在于所述的初級組件包括高溫超導繞組和無磁繞組支架，所述的高溫超導繞組安裝在無磁繞組支架上；所述無磁繞組支架包括上無磁繞組支架(4-1)和下無磁繞組支架G-2)，采用連接桿和螺母將上無磁繞組支架G-1)、下無磁繞組支架(4- 連接在一起；無磁繞組支架(4-1) 和下無磁繞組支架(4- 采用非磁絕緣材料制成；無磁繞組支架固定在轉(zhuǎn)向架上；所述的下無磁繞組支架(4- 上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽、與垂直凹形槽成90° 的左四個水平凹形槽、與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽；上無磁繞組支架G-1)上設六組線圈支撐，每組設四個垂直凹形槽、與垂直凹形槽左右成45°的左四個凹形槽、與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽；所述的上無磁繞組支架(4-1)和下無磁繞組支架(4- 上的四個垂直凹形槽的中心線在一個平面上；與垂直凹形槽成45°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個水平凹形槽的中心線各在一個平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，其特征在于所述的高溫超導繞組包括第一高溫超導繞組(3-1)、第二高溫超導繞組(3-2)、第三高溫超導繞組(3-3)、第四高溫超導繞組(3-4)、第五高溫超導繞組(3-5)、第六高溫超導繞組(3-6)......第二十六高溫超導繞組(316)、第二十七高溫超導繞組(3-27)、第二十八高溫超導繞組(3- )、第二十九高溫超導繞組(3- )、第三十高溫超導繞組(3-30)；第一高溫超導繞組(3-1)和第五高溫超導繞組(3- 分別安裝在下無磁繞組支架 G-2)的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二高溫超導繞組(3- 和第四高溫超導繞組(3-4)分別安裝在下無磁繞組支架 (4-2)和上無磁繞組支架G-1)的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成 45°的右四個凹形槽凹形槽中；第三高溫超導繞組(3- 安裝下無磁繞組支架(4- 和上無磁繞組支架(4-1)上的垂直凹形槽中；第二十六高溫超導繞組(3-26)和第三十高溫超導繞組(3-30)分別安裝在下無磁繞組支架(4- 和上無磁繞組支架(4-1)的與垂直凹形槽成90°的左四個水平凹形槽和與垂直凹形槽成90°的右四個水平凹形槽中；第二十七高溫超導繞組(3-27)和第二十九高溫超導繞組(3-29)分別安裝在下無磁繞組支架(4- 和上無磁繞組支架(4-1)的與垂直凹形槽成45°的左四個凹形槽和與垂直凹形槽成45°的右四個凹形槽凹形槽中；第二十八高溫超導繞組(3-28)安裝下無磁繞組支架(4- 和上無磁繞組支架(4-1) 上的垂直凹形槽內(nèi)。
全文摘要
無鐵芯型軌道交通用高溫超導直線電機驅(qū)動裝置，涉及一種直線電機。該裝置包括可控變頻電源(12)和高溫超導直線電機；高溫超導直線電機包括初級組件、次級導體板(2)、次級導磁鋼板(7)和氣隙(6)。高溫超導繞組、上無磁繞組支架(4-1)和下無磁繞組支架(4-2)組成初級組件，置于低溫容器(8)中。初級組件中的上無磁繞組支架和下無磁繞組支架上各設六組線圈支撐，每組線圈支撐固定五個高溫超導繞組，每組兩個水平、一個垂直、兩個與垂直成45°的高溫超導繞組，共三十個高溫超導繞組安裝在上無磁繞組支架的凹形槽與下無磁繞組支架的凹形槽中。使用該裝置，損耗明顯減小，制冷費用大幅減小。
文檔編號H02K3/02GK102263474SQ20111014003
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者方進, 李棟, 逯文佳 申請人:北京交通大學