(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111106732 A(43)申请公布日 2020.05.05
(21)申请号 201811249284.2(22)申请日 2018.10.25
(71)申请人 中车株洲电力机车研究所有限公司
地址 412001 湖南省株洲市石峰区时代路
169号(72)发明人 袁贤珍 辛本雨 范祝霞 许义景
石煜 杨曼莉 苏军贵 杨丽华 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公
司 31100
代理人 叶诚(51)Int.Cl.
H02K 41/025(2006.01)H02K 1/16(2006.01)H02K 3/28(2006.01)H02K 3/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
直线电机的初级绕组及直线电机
(57)摘要
本发明第一方面提供一种直线电机，直线电机包括初级组件和次级组件，初级组件包括：m相初级绕组和初级铁芯，其中m为正整数，每一相绕组包括相互串联的多个线圈，初级铁芯具有沿着直线电机延伸方向布置的多个槽，槽用于安置线圈：直线电机的同一极、同一相下的相邻的多个槽内分别具有的线圈边能够具有不同的匝数。采用本发明的技术方案，能够不改变现有中低速磁浮车辆或者直线电机驱动轮轨车辆直线电机的初级铁芯结构而提升性能指标。本发明还提供了上述直线电机的初级绕组。
CN 111106732 ACN 111106732 A
权 利 要 求 书
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1.一种直线电机，所述直线电机为P极电机，其中P为2以上正整数，所述直线电机包括初级组件和次级组件，所述初级组件包括：初级绕组，所述初级绕组为m相绕组，其中m为正整数，每一相绕组包括相互串联的多个线圈，
初级铁芯，所述初级铁芯具有沿着直线电机延伸方向相互间隔初级槽距地布置的多个槽，所述槽用于安置所述线圈，
其特征在于：
所述直线电机的同一极、同一相下的相邻的q个槽内分别具有第1线圈边至第q线圈边，并且所述第1线圈边至所述第q线圈边能够具有k种不同的匝数，其中q、k为2以上正整数。
2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：m为3的整数倍。
3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：
所述第1线圈边至所述第q线圈边能够具有两种不同的匝数。4.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：
相互串联的多个线圈的线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。5.根据权利要求1或3所述的直线电机，其特征在于：
所述第1线圈边至所述第q线圈边中的每一线圈边与其所在槽的相邻槽内的另一线圈边具有不同的匝数。
6.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：当q为3时，所述直线电机的同一极、同一相下的相邻的3个槽内分别具有的第1线圈边、第2线圈边、第3线圈边的匝数分别为2、3、2或3、2、3。
7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：所述初级绕组为n层绕组，其中n为2以上正整数，每一槽内的n个线圈边具有不同的匝数。
8.一种直线电机的初级绕组，所述初级绕组包括相互串联的多个线圈，所述多个线圈的各个线圈边安置在所述直线电机的多个初级齿槽中，其特征在于：所述各个线圈边的匝数不同。
9.根据权利要求8所述的初级绕组，其特征在于：所述各个线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。
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说 明 书
直线电机的初级绕组及直线电机
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技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种涉及轨道交通领域用直线电机，特别是短定子直线异步电机。背景技术
[0002]磁浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的列车系统。它依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道的无机械接触，并利用直线电机驱动列车运行。按照车辆运行速度来划分，磁浮列车可以分为高速和中低速两种类型：高速磁浮列车运行最高速度可达500km/h以上，采用EMS和EDS两种悬浮方式，适用于长大干线和大城市间的旅客运输；中低速磁浮列车运行速度在100km/h左右，主要采用EMS悬浮方式，特别适合城市内部或城市与卫星城之间的运输。[0003]现有中低速磁浮列车的工作原理为：列车的悬浮力由悬浮系统提供，在车体下部安装的电磁铁吸引F形钢轨的下方，与之发生反作用将列车浮起，电磁铁与轨道之间的空隙由空隙传感器对电流值进行控制，以保证悬浮力和空隙的恒定；牵引力是由中低速磁浮列车上的直线感应电机来实现的，车辆上搭载VVVF逆变器对直线感应电机供电，在其线圈中产生直线运动的行波磁场，感应轨道侧安装的铝板，铝板中产生感应涡流，涡流场与行波磁场相互作用产生车辆运动所需的牵引力。
[0004]由于直线异步电机初级铁芯断开而导致三相阻抗不对称，每相绕组适合串联(并联支路数为1)而不适合并联(不同并联支路间会产生很大的环流)；初级绕组串并联方式的给提升直线异步电机性能带来不利因素。原因如下：[0005]1)由于直线异步电机的结构特殊性，直线异步电机的初级绕组采用串联方式而不能采用并联方式；
[0006]2)现有技术方案中，初级绕组匝数分为3匝和2匝两种结构，各自存在明显优缺点：如图当初级绕组匝数为3匝时，每相串联匝数较多，在低速段以较小的电流即可提供较高的牵引力；但是高速段，恒压输出，绕组匝数多，电抗分量大，电流小，所能发挥的牵引力小，高速牵引能力较弱；
[0007]当初级绕组匝数为2匝时，每相串联匝数较少，在列车低速段时需以较大的电流来提供牵引力，但受逆变器输出电流，牵引力可能满足不了整车要求；在高速段，恒压输出，绕组匝数少，电抗分量小，电流较大，能发挥更高的牵引力，高速牵引能力较强。发明内容
[0008]为解决现有技术的上述问题，本发明提出的一种直线电机，通过优化直线异步电机初级绕组结构，直线异步电机性能在低速段和高速段均能发挥较高的牵引性能，以提升直线电机性能指标，同时结构、工艺简单，制造成本不会显著增加。[0009]本发明第一方面提供一种直线电机，直线电机为P极电机，其中P为2以上正整数，直线电机包括初级组件和次级组件，初级组件包括：初级绕组，初级绕组为m相绕组，其中m
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为正整数，每一相绕组包括相互串联的多个线圈，初级铁芯，初级铁芯具有沿着直线电机延伸方向相互间隔初级槽距地布置的多个槽，槽用于安置线圈：直线电机的同一极、同一相下的相邻的q个槽内分别具有第1线圈边至第q线圈边，并且第1线圈边至第q线圈边能够具有k种不同的匝数，其中q、k为2以上正整数。[0010]优选地，m为3的整数倍。[0011]优选地，第1线圈边至第q线圈边能够具有两种不同的匝数。[0012]优选地，相互串联的多个线圈的线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。[0013]优选地，第1线圈边至第q线圈边中的每一线圈边与其所在槽的相邻槽内的另一线圈边具有不同的匝数。[0014]优选地，当q为3时，直线电机的同一极、同一相下的相邻的3个槽内分别具有的第1线圈边、第2线圈边、第3线圈边的匝数分别为2、3、2或3、2、3。[0015]优选地，初级绕组为n层绕组，其中n为2以上正整数，每一槽内的n个线圈边具有不同的匝数。
[0016]本发明第二方面提供一种直线电机的初级绕组，初级绕组包括相互串联的多个线圈，多个线圈的各个线圈边安置在直线电机的多个初级齿槽中，各个线圈边的匝数不同。[0017]优选地，各个线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。[0018]本发明的有益效果：
[0019]采用本发明的技术方案，能够在逆变器输出电流一定的前提下，不改变直线感应电机的初级铁芯结构，通过优化直线电机初级绕组结构，使得直线异步电机性能在低速段和高速段均能发挥较好的牵引性能，发挥直线电机更好的电机力能性能指标。附图说明
[0020]本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
[0021]图1示出现有技术中直线电机的初级绕组分布示意图；
[0022]图2示出现有技术中直线电机的一对极下初级绕组分布局部示意图；[0023]图3示出现有技术中直线电机的初级绕组匝数为2时的绕组分布示意图；[0024]图4示出现有技术中直线电机的初级绕组匝数为3时的绕组分布示意图；
[0025]图5示出本发明第一实施例的直线电机的一对极下初级绕组分布局部示意图；[0026]图6示出本发明第二实施例的直线电机的一对极下初级绕组分布局部示意图。具体实施方式
[0027]以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。[0028]本发明第一方面提供一种直线电机，直线电机为可为2极、4极或更多极电机，直线电机包括初级组件20和次级组件(未示出)，初级组件20包括：初级绕组，本实施例中初级绕组为A、B、C三相交流绕组，然而初级绕组也可以为两相绕组、六相绕组等。每一相绕组包括
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相互串联的多个线圈。
[0029]初级铁芯具有沿着直线电机延伸方向布置的多个槽s，槽用于安置线圈。如图3-6所示，直线电机的同一极(如图3所示，N极)、同一相(如图3所示，B相)下的相邻的3个槽内分别具有第1线圈边至第3线圈边q1、q2、q3。在示出本发明的直线电机初级绕组的图5和图6中，第1线圈边至第3线圈分别具有2匝、3匝、2匝或3匝、2匝、3匝。即，第1线圈边至第3线圈能够具有两种不同的匝数。此处示例性地示出，当q为3时，直线电机的同一极、同一相下的相邻的3个槽内分别具有的第1线圈边、第2线圈边、第3线圈边的匝数分别为2、3、2和3、2、3的情形；然而，根据磁浮列车所需的牵引力和悬浮力确定直线电机所需的磁通量，并根据直线电机所需的磁通量而设计相应的绕组匝数。因此，此处具体的匝数不限于2或3、也不限于只有两种数值，例如第1线圈边至第3线圈能够分别具有不同的匝数，以形成匝数的序列，例如具有三种数值的1、2、3或具有更多匝数的4、6、4等。此处每极每相槽数q是根据定子总槽数、直线电机极对数、直线电机相数等计算得出，根据实际使用需求，可以为2以上任何数值，因此相应地本发明的种的匝数序列也可以为任意长度的序列，例如当每极每相匝数q＝4时，匝数序列可以为2、3、2、3。[0030]优选地，相互串联的多个线圈的线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。换言之，对于A相绕组，采用3匝-2匝-3匝-2匝交替、反复的匝数序列绕组线圈，此处“3匝-2匝”即能够作为一个周期。这使得线圈匝数在直线电机的延伸方向上整体均匀分布，以避免磁通量分布不均匀、三相阻抗不对称等。[0031]参见图5至图6可知，本发明的第1线圈边至第3线圈边中的每一线圈边与其所在槽的相邻槽内的另一线圈边具有不同的匝数，例如图5中P极C相下相邻的槽s1与槽s2具有的槽数不同，并且由于初级绕组为双层绕组，每一槽内的上下两个线圈边具有不同的匝数。这使得每一槽内线圈的总数量保持恒定，因而可以在采用现有的初级铁芯叠片的基础上，通过简单地改变绕组绕制方式而提高磁通，无需为此提供扩大了初级铁芯齿槽的铁芯叠片，提高本发明的适应性。[0032]另一方面，本发明提供一种直线电机的初级绕组，初级绕组包括相互串联的多个线圈，多个线圈的各个线圈边安置在直线电机的多个初级齿槽中，各个线圈边的匝数不同。优选地，各个线圈边的匝数依次构成具有周期的序列。该初级绕组即上文中本发明的直线电机所采用的初级绕组。在此不再赘述。[0033]下面将结合图2至图6，详细描述本发明相对于现有技术的优点。[0034]目前，应用于中低速磁浮车辆或者采用直线异步电机驱动的轮轨车辆的直线电机为短定子直线异步电机，图3、图4分别示出其初级绕组匝数为2匝、3匝时的初级绕组分布示意图。由图3可见，线圈匝数为2时，每对极下每相串联匝数为24；线圈匝数为3时，每对极下每相串联匝数为36。
[0035]在本发明提出的如图5、图6所示的初级绕组结构时，能够保持初级冲片的槽形尺寸不变，每极每相槽数不变，仅改变初级线圈的结构，使得一对极下每相线圈匝数为30匝。相对于图3中初级绕组匝数为2匝的技术方案，本发明提出的技术方案中每极每相匝数更多，因此在逆变输出电流能力一定的条件下，匝数多提供的磁链更多，低速段提供的牵引力更大；相对于图4中初级绕组匝数为3匝的技术方案，本发明提出的技术方案中每极每相匝数则更少；因此，在列车运行高速段，逆变器恒压输出时，电机电流更大，高速段发挥的牵引
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力性能更高。因此，本发明提出的技术方案在中低速磁浮列车或者采用直线异步电机驱动的轮轨车辆的低速段和高速段均能发挥较高的牵引力性能。[0036]虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
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说 明 书 附 图
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