一种用于常导磁悬浮的定子铁芯及直线同步电动机的制作方法

1.本发明属于磁悬浮技术领域，更具体地，涉及一种用于常导磁悬浮的定子铁芯及直线同步电动机。


背景技术：

2.常导磁悬浮是用于高速磁悬浮列车的一种技术。常导磁悬浮采用直流电磁铁与良导磁材料之间的电磁吸力，借助自动闭环控制实现。
3.常导高速磁浮列车的定子铁芯采用依次连接的结构。目前上海在运营磁浮线路选用的德国tr08磁悬浮列车。根据实验仿真结果认为，该列车所采用的0.5mm厚度定子铁芯足以抑制500km/h速度下硅钢片中涡流对电磁铁出力的影响。但若设计时速超过500km/h，随着速度的增大，定子铁芯中产生的涡流将显著增加，涡流场与磁场将同时出现“拖尾”的现象。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于常导磁悬浮的定子铁芯及直线同步电动机，其目的在于能降低定子铁芯中产生的涡流，避免涡流场与磁场同时出现“拖尾”的现象，可以进一步提高列车的速度。
5.第一方面，本发明提供了一种用于常导磁悬浮的定子铁芯，所述定子铁芯包括多个单位定子铁芯，多个所述单位定子铁芯的两端依次连接在一起；
6.各所述单位定子铁芯均包括铁芯条、多个定子齿和两个端部齿，对于任意一个所述单位定子铁芯，多个所述定子齿布置在所述铁芯条的一侧边上，且多个所述定子齿沿所述铁芯条的长度方向延伸，两个所述端部齿位于所述铁芯条的一侧边的两端上，且多个所述定子齿位于两个所述端部齿之间，多个所述定子齿和两个所述端部齿均匀间隔布置，各所述定子齿和各所述端部齿背向所述铁芯条的侧边均为圆弧。
7.可选地，各所述定子齿在所述铁芯条的长度方向上的尺寸为定子齿宽，各所述端部齿在所述铁芯条的长度方向上的尺寸为端部齿宽，所述定子齿宽大于所述端部齿宽。
8.可选地，任意两个相邻的所述定子齿之间的间距为槽宽，所述定子齿宽和所述槽宽的比值齿槽比α满足：1≤α≤2。
9.可选地，各所述铁芯条在垂直于所述铁芯条的长度方向上的尺寸为铁芯宽，所述铁芯宽满足以下公式：
10.l＝0.5*α；
11.α为齿槽比，即所述定子齿宽和所述槽宽的比值；l为所述铁芯宽，mm。
12.可选地，所述铁芯宽满足：0.5≤l≤1，l为所述铁芯宽，mm。
13.可选地，所述定子齿的所述圆弧的曲率为所述端部齿的所述圆弧的曲率的2倍。
14.可选地，各所述单位定子铁芯为多个硅钢片冲压叠设制备得到。
15.第二方面，本发明提供了一种用于常导磁悬浮的直线同步电动机，所述直线同步
电动机包括如第一方面所述的定子铁芯和动子铁芯；
16.各所述定子齿朝向所述动子铁芯布置，多个所述定子齿上套设有三相驱动线圈；
17.所述动子铁芯包括多个u形单位动子铁芯，多个所述u形单位动子铁芯的两端依次连接在一起，各所述u形单位动子铁芯的两端均套设有悬浮线圈。
18.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
19.(1)定子铁芯中定子齿和端部齿的底边采用圆弧，产生的气隙磁密波形近似正弦曲线，可有效实现气隙磁密的波形优化，且相应的定子齿反电势中高次谐波含量可有效减少，可有效提高气隙中的有效能量密度，同时可有效降低定子铁芯中的涡流与磁阻力，从而可以进一步提高列车的速度。
20.(2)定子铁芯中采用不等齿宽设计(定子齿宽大于端部齿宽)，在直线同步电机旋转过相同定子段长度所对应电角度的情况下，不等齿宽结构能有效调制气隙磁导，改善“拖尾”效应。不等齿宽设计，使得齿槽转矩波动的周期变为原等齿宽设计的一半，保证了常导磁悬浮列车高速运行时的力矩平稳输出。
21.(3)由于结构改善降低了硅钢片厚度对涡流的影响，可将硅钢片厚度适当增加，可有效降低加工难度，同时降低加工成本及工艺要求。
附图说明
22.图1是本发明实施例提供的一种用于常导磁悬浮的定子铁芯的结构示意图。
23.图中各符号表示含义如下：
24.1、单位定子铁芯；11、铁芯条；12、定子齿；13、端部齿；14、圆弧；15、三相驱动线圈；2、u形单位动子铁芯；21、悬浮线圈。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.图1是本发明实施例提供的一种用于常导磁悬浮的定子铁芯的结构示意图，如图1所示，该定子铁芯包括多个单位定子铁芯1，多个单位定子铁芯1的两端依次连接在一起。
27.各单位定子铁芯1均包括铁芯条11、多个定子齿12和两个端部齿13，对于任意一个单位定子铁芯1，多个定子齿12布置在铁芯条11的一侧边上，且多个定子齿12沿铁芯条11的长度方向延伸，两个端部齿13位于铁芯条11的一侧边的两端上，且多个定子齿12位于两个端部齿13之间，多个定子齿12和两个端部齿13均匀间隔布置，各定子齿12和各端部齿13背向铁芯条11的侧边均为圆弧14。
28.对于本发明实施例提供的一种用于常导磁悬浮的定子铁芯，定子齿12起到安装三相驱动线圈15的作用，端部齿13起到连接相邻的单位定子铁芯1的作用。定子铁芯中定子齿12和端部齿13的底边采用圆弧14，产生的气隙磁密波形近似正弦曲线，可有效实现气隙磁密的波形优化，且相应的定子齿12反电势中高次谐波含量可有效减少，可有效提高气隙中的有效能量密度，同时可有效降低定子铁芯中的涡流与磁阻力，从而可以进一步提高列车
的速度。
29.也就是说，本发明实施例提供的一种用于常导磁悬浮的定子铁芯，能降低定子铁芯中产生的涡流，避免涡流场与磁场同时出现“拖尾”的现象，从而可以进一步提高列车的速度。
30.在本实施例中，各定子齿12在铁芯条11的长度方向上的尺寸为定子齿宽m，各端部齿13在铁芯条11的长度方向上的尺寸为端部齿宽n，定子齿宽m大于端部齿宽n。
31.在上述实施方式中，定子铁芯中采用不等齿宽设计(定子齿宽大于端部齿宽)，在直线同步电机旋转过相同定子段长度所对应电角度的情况下，不等齿宽结构能有效调制气隙磁导，改善“拖尾”效应。不等齿宽设计，使得齿槽转矩波动的周期变为原等齿宽设计的一半，保证了常导磁悬浮列车高速运行时的力矩平稳输出。
32.示例性地，任意两个相邻的定子齿12之间的间距为槽宽s，定子齿宽m和槽宽s的比值齿槽比α满足：1≤α≤2。
33.需要说明的是，在改进前，定子铁芯的齿槽比α为1(即定子齿宽m和槽宽s相等)，改进后，增大定子齿宽m，使得齿槽比α满足：1≤α≤2。另外，齿槽比α与定子铁芯材料的相对磁导率相关。
34.在本实施例中，各铁芯条11在垂直于铁芯条11的长度方向上的尺寸为铁芯宽，铁芯宽满足以下公式：
35.l＝0.5*α；
36.α为齿槽比，即定子齿宽和槽宽的比值；l为铁芯宽，mm。
37.在上述实施方式中，通过增加齿槽比α，可以增大铁芯宽l，从而降低铁芯条11的加工难度。
38.示例性地，铁芯宽满足：0.5≤l≤1，大于常规铁芯条11的铁芯宽(常规铁芯条11的铁芯宽仅为0.5mm)，因此可以有效降低铁芯条11的加工难度，同时降低加工成本和工艺要求。
39.在本实施例中，定子齿12的圆弧14的曲率为端部齿13的圆弧14的曲率的2倍，能有效提高气隙中的有效能量密度，同时能有效降低定子铁芯中的涡流与磁阻力。
40.需要说明的是，各单位定子铁芯1为多个硅钢片冲压叠设制备得到，该方法简单可靠。
41.本发明实施例还提供了一种用于常导磁悬浮的直线同步电动机，该直线同步电动机包括如上述的定子铁芯和动子铁芯。
42.各定子齿12朝向动子铁芯布置，多个定子齿12上套设有三相驱动线圈15。
43.动子铁芯包括多个u形单位动子铁芯2，多个u形单位动子铁芯2的两端依次连接在一起，各u形单位动子铁芯2的两端均套设有悬浮线圈21。
44.同理，定子铁芯中定子齿12和端部齿13的底边采用圆弧14，产生的气隙磁密波形近似正弦曲线，可有效实现气隙磁密的波形优化，且相应的定子齿12反电势中高次谐波含量可有效减少，可有效提高气隙中的有效能量密度，同时可有效降低直线同步电动机中定子铁芯的涡流与磁阻力，从而可以进一步提高列车的速度。
45.示例性地，与旋转同步电机一样，直线同步电机的定子铁芯上的定子齿12套设有三相对称的三相驱动线圈15，在三相驱动线圈15中通过三相对称电流时会在气隙中产生行
波磁场，其速度与电源的频率成正比。动子铁芯是常规的电磁铁，安装在车辆上，悬浮线圈21安放在u形单位动子铁芯2的凹槽中。
46.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。