[发明专利]用于电动斥力型磁浮轨道的自导直线推进构造的悬浮力扰动控制方法

说明书

本发明公开了一种用于电动斥力型磁浮轨道系统的自导直线推进构造及其悬浮力扰动控制方法，其直线推进系统为自导向直线推进装置(5)，自导向直线推进装置为空芯直线永磁同步电机，沿混凝土轨道(6)延伸方向预埋若干有源零磁通线圈链(8)作为其定子；直线型永磁Halbach阵列(7)刚性连接在悬浮转向架(2)的正下方作为其动子。本发明可使磁浮列车在不加装额外设备的情况下同时实现驱动与导向。当列车运行达到起浮速度后直线电机通过实时调整定子轨道线圈链中直轴电流Id来消除列车由于横向偏移带来垂向悬浮力扰动。本发明具有结构简单，能耗低，导向刚度大和低速运行下不增加多余悬浮扰动等优点，适用于高速以及中速磁浮轨道交通系统。

技术领域

本发明涉及常导电动斥力型磁浮交通领域，具体涉及其驱动部分，空芯永磁同步直线推进装置以及其控制方法。

背景技术

随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展，轨道交通的多样性开始受到越来越多的关注，其中磁浮轨道交通技术在运行速度、爬坡能力、转弯半径、静噪等方面存在的诸多优势使其在众多新型轨道交通方式中脱颖而出。

空芯永磁直线同步动机驱动是磁浮轨道交通系统中列车推进方案的一种，其具有结构简单，效率高，磁阻力与脉动力小的优点，通常作为电动斥力型磁浮系统的推进装置。电动斥力型悬浮是一种利用励磁源和导体涡流之间的相互作用力进行悬浮的方案，系统本身具有悬浮自稳定的特性，非常适合用于中高速磁浮交通系统当中，美国Magplane磁浮列车就是板式电动悬浮方案的典型代表。但是，板式电动悬浮通常无法完成自导向，只能通过倾斜导体板或者加装机械装置等手段使列车在运行过程中完成导向，两种方案的前者会损失电动悬浮力，增大功耗；后者则使磁悬浮本身失去意义。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种具有自导向功能的空芯永磁同步推进装置，旨在解决板式电动斥力型悬浮系统中导向装置存在静态功耗的问题。本发明利用零磁通线圈式电动斥力悬浮的原理，将有源零磁通线圈作为定子铺设在轨道上，将永磁Halbach阵列作为动子安装在磁浮列车上，二者构成了具有自导向功能的空芯永磁直线同步电动机。有源零磁通线圈的采用可以使列车在起浮后的运行过程中，一旦出现偏离轨道的情况时能够产生足够的导向力使列车回到轨道中心。这种具有自导向功能的永磁直线同步推进系统集合了空芯同步电动机的驱动与零磁通线圈导向两种功能，且两种功能具有自解耦特性，互不影响，理论上可以适用于中高速范围的磁浮轨道交通系统。其具体手段如下：

一种用于电动斥力型磁浮轨道的自导直线推进构造，包括车体1，悬浮转向架2，板式电动斥力式悬浮装置3，支撑轮4，混凝土轨道6以及直线推进系统。所述板式电动斥力式悬浮装置3由励磁部分3A和反应板部分3B组成，其中的励磁部分3A安装在转向架2上，反应板部分3B安装在混凝土轨道6中。所述直线推进系统为自导向直线推进装置5，自导向直线推进装置为空芯直线永磁同步电机：沿混凝土轨道6延伸方向预埋若干有源零磁通线圈(8)作为其定子，直线型永磁Halbach阵列7刚性连接在悬浮转向架2的正下方作为其动子；有源零磁通线圈链8与永磁阵列7之间具有机械气隙9。

进一步的，所述零磁通线圈链8由顺轨而铺的零磁通线圈构成，零磁通线圈为“8”字形绕组结构：由右线圈11和左线圈11'两个N匝方形空芯线圈组成，导线沿右线圈空芯顺时针绕N匝后再绕左线圈空芯逆时针绕绕N匝。所有零磁通线圈等距沿着列车运行方向铺设在轨道上，并以三相电机绕组规律进行连接，使零磁通线圈具有驱动功能。

采用本发明的结构，自导向功能的空芯永磁同步电机系统包括铺设在轨道上的有源零磁通线圈以及安装在列车车底的Halbach永磁阵列，当列车以一定速度运行且动子中心线与定子中心线正对重合时，没有导向力产生；一旦列车偏离轨道中心则零磁通线圈中会在激励电流的基础上感应出附加导向电流，进而产生导向力使得列车回到轨道正中。与此同时，导向电流还会导致零磁通线圈与动子作用产生附加悬浮力扰动，并且悬浮力扰动伴随导向力出现。