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CN105680667A - 一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置 - Google Patents

一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置 Download PDF

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Publication number
CN105680667A
CN105680667A CN201610122107.2A CN201610122107A CN105680667A CN 105680667 A CN105680667 A CN 105680667A CN 201610122107 A CN201610122107 A CN 201610122107A CN 105680667 A CN105680667 A CN 105680667A
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CN
China
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iron core
temperature
temperature superconducting
induction motor
linear induction
Prior art date
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Pending
Application number
CN201610122107.2A
Other languages
English (en)
Inventor
马光同
李兴田
张涵
杨晨
张卫华
王志涛
龚天勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，次级绕组采用高温超导线圈(102)置于次级铁芯(101)中且绕组按照相同间隔排列，各高温超导线圈(102)为闭合线圈，单独固定在次级铁芯(101)磁轭槽中；高温超导线圈(102)为饼式结构,并具有跑道型截面；所述次级组件置于低温容器(3)中,次级铁芯(101)的底部平面与初级铁芯上表面(202)之间具有气隙(4)。传统初级铁芯(202)和三相对称绕组(201)固定在地面上。该直线驱动装置体积小，重量轻，效率高，推力大，带负载能力强，可靠性和使用寿命大为提高，可广泛应用在货物分拣系统、直线感应门、车床、列车、地铁等方面。

Description

一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置
技术领域
本发明提出一种直线电机驱动装置，特别是涉及一种直线牵引用高温超导直线电机驱动装置。
背景技术
直线感应电机驱动装置依靠初级三相绕组产生行波磁场，在次级中感应出电流，进而电机就会在安培力的作用下作直线运动，从而无需中间转换机构就可以直接产生推力，这就使得它在工业应用领域比传统旋转电机更有优势。因此自从1845年惠斯登发明第一台直线电机以来，人们就对它另眼相看。特别是高温超导体发现以后，直线电机的发展就进入了新的阶段。随着超导材料制备技术的不断改善，高温超导体的性能不断提高，成本也显著下降，这更一步促进了超导直线电机的发展和应用。
同时，随着社会的发展和工业应用领域对精度和效率等方面要求的提高，传统直线感应电机气隙小、损耗大、推力小等方面的缺点日益突出。由于超导材料的电阻率比普通金属小的多，在相同的条件下可以感应出更大的电流，进而产生更大的推力，非常适合于直线牵引中需要大气隙、强推力的场合。
发明内容
本发明的目的就是为了克服以上缺陷，提供一种推力密度高，电能损耗小，带负载能力强，运行速度快及次级绕组为饼式跑道型高温超导线圈结构的轨道直线牵引用高温超导直线电机驱动装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，包括传统初级2和置于其上部的次级；初级2由传统初级铁芯202和三相对称绕组201构成。由次级铁芯101和次级绕组构成次级组件1；作为次级绕组的高温超导线圈102置于次级铁芯101中且绕组按照相同间隔排列。各高温超导线圈102为闭合线圈，单独固定在次级铁芯101磁轭槽中；高温超导线圈102为饼式结构,并具有跑道型截面；所述次级组件置于低温容器3中,次级铁芯101的底部平面与初级铁芯上表面202之间具有气隙4。
进一步地，所述次级铁芯101采用高导磁率和高电导率软铁整块加工制得。
所述高温超导线圈由高温超导带材绕制而成。
所述低温容器3通过冷却液进出口303和冷却液进口阀门305与冷却设备304相连，冷却液出口阀门306进行液氮回收，排气口302进行气压调节。
所述位于次级铁芯101的底部平面与初级铁芯上表面202间的气隙4不产生意外接触的安全高度为10～20mm。
本发明提出的牵引用高温超导直线电机驱动装置的优点是：在结构上，本发明将高温超导线圈用于高温超导直线电机次级，可以利用超导线圈电阻趋近于零的优势，感应出远大于常规线圈的电流，提高直线电机的电磁推力，最大限度发挥其优越的电磁特性；由于电磁驱动力与次级感应电流的大小成正比，商业软铁高磁导率和高电导率的特性都可以得到充分利用，采用整块软铁进行加工，同时也避免超导带材处于垂直磁场中引起超导性能的衰减。按照这种方法制作的电机具有体积小，重量轻，效率高，推力大的优势，同时可靠性和寿命大为提高，可以广泛应用在货物分拣系统、直线感应门、车床、列车、地铁等方面。
附图说明
图1直线牵引用直线电机总图；
图2直线牵引用高温超导直线电机驱动装置的二维正视图；
图3直线牵引用高温超导直线电机驱动装置的斜二等轴测图；
图4次级组件的斜二等轴测图；
图5初级组件的斜二等轴测图；
图6高温超导线圈斜二等轴测图；
图7超导冷却系统、高温超导线圈及次级铁芯示意图。
次级铁芯101、高温超导线圈102、低温容器壁301、排气孔302、初级绕组201、初级铁芯202、气隙4、冷却液进出管303、低温冷却系统304、冷却液进口阀门305、冷却液出口阀门306。
具体实施方式
下面将结合实例参照附图对本发明进行详细讲解。
参照图2和图7，一种直线牵引用高温超导直线电机驱动装置，有初级组件、次级组件和冷却系统(冷却液进出口303、低温容器3、放气孔302、冷却设备304、冷却液进管阀门305和冷却液出口阀门306)组成。
参照图3、图4和图6，高温超导线圈102，采用饼式结构、跑道型截面，且绕组按照相同间隔排列在次级铁芯101的槽内；高温超导线圈102和次级铁芯101组成次级组件，次级组件置于低温容器3中。
高温超导线圈102使用的铁芯结构与常规永磁直线电机的磁轭结构类似，但是采用了高电导率的商业软铁材料。高温超导使用的超导材料为一代(Bi2223)或二代(YBCO)带材绕制而成(或其它高温超导材料)。
初级铁芯202和初级绕组201固定在地面上。
参照图2，初级铁芯202上部平面和次级铁芯101下部平面件不产生意外接触的安全高度为气隙4，高度为10～20mm。
气隙4根据实际应用情况进行确定，应尽可能使气隙高度小但又要考虑现实机加工精度、安装的便捷性和实际运行中防止初级和运动次级之间相接触等因素，采用次级铁芯101和初级铁芯202的最佳安全气隙高度，安全高度为10～20mm。气隙宽度和长度应根据需要的驱动力进行调整，宽度和长度越大，驱动力越大。
参照图2和7，为了使低温容器3中的高温超导线圈102处于超导状态，直线牵引用高温超导直线电机驱动装置设有冷却设备304。高温超导线圈置于低温容器3内，低温容器3和冷却设备通过冷却液进口阀305相连，随时补充挥发的液氮，排气孔302用于排除挥发的液氮，降低低温容器3内的压力，使液氮可以轻易的从低温设备304中注入低温容器3，当检修或长时间停用时，冷却液通过冷却液出口阀门306进行回收。冷却设备304和次级一起运动。
下面对本发明直线牵引用高温超导直线电机驱动装置的工作过程进行说明。
当设备需要工作时，初级绕组中通三相交流电，经初级铁芯202、气隙4以及次级铁芯形成闭合磁路。在高温超导线圈中感应出较大的电流，同时与初级绕组产生的行波磁场相互作用就可以产生很大的驱动力使系统正常工作。

Claims (5)

1.一种直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，包括传统初级(2)和置于其上部的次级；初级(2)由传统初级铁芯(202)和三相对称绕组(201)构成；其特征在于,由次级铁芯(101)和次级绕组构成次级组件(1)；次级绕组采用高温超导线圈(102)置于次级铁芯(101)中且绕组按照相同间隔排列，各高温超导线圈(102)为闭合线圈，单独固定在次级铁芯(101)磁轭槽中；高温超导线圈(102)为饼式结构,并具有跑道型截面；所述次级组件置于低温容器(3)中,次级铁芯(101)的底部平面与初级铁芯上表面(202)之间具有气隙(4)。
2.根据权利要求1所述的直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，其特征在于，所述次级铁芯(101)采用高导磁率和高电导率软铁整块加工制得。
3.根据权利要求1所述的直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，其特征在于，所述高温超导线圈由高温超导带材绕制而成。
4.根据权利要求1所述的直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，其特征在于，所述低温容器(3)通过冷却液进出口(303)和冷却液进口阀门(305)与冷却设备(304)相连，冷却液出口阀门(306)进行液氮回收，排气口(302)进行气压调节。
5.根据权利要求1所述的直线牵引用高温超导直线感应电机驱动装置，其特征在于，所述位于次级铁芯(101)的底部平面与初级铁芯上表面(202)间的气隙(4)不产生意外接触的安全高度为10～20mm。
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