[发明专利]中低速磁浮列车牵引装置与中低速磁浮列车

说明书

本发明提供一种中低速磁浮列车牵引装置，包括电动机和驱动电机。电动机包括感应板和轮形转子，感应板沿着中低速磁浮列车行进的轨道铺设在路面上；轮形转子设置于中低速磁浮列车上；轮形转子在其径向外侧具有组成Halbach环形阵列的多个永磁体；并且驱动电机驱动轮形转子绕着平行于感应板的轴线旋转，以使得轮形转子与感应板相互作用而产生推动中低速磁浮列车运动的电磁推力。此外，本发明还提供一种中低速磁浮列车。采用本发明能够克服现有中低速磁浮直线感应电机功率因数低的问题，大为提高了能量利用效率。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别地，涉及一种中低速磁浮列车的牵引系统与中低速磁浮列车。

背景技术

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。

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。

目前，采用直线感应电机牵引的中低速车辆，存在以下几个方面需要改进：

1)功率因数

与一般旋转感应电机类似，直线感应电机由初级电流提供励磁，需要初级绕组输入无功电流来建立励磁磁场。因此其功率因数不可避免地较同步电机低。此外，目前中低速磁浮直线感应电机短初级与轨道上铝感应板之间的气隙长度一般为11～13mm，远大于同等功率旋转感应电机的气隙长度。而气隙的磁阻远大于导磁部件(初级铁芯和F轨的铁轭)的磁阻，为了获得同样的励磁磁场，初级绕组所需提供的励磁电流也大为增加，使得中低速磁浮直线感应电机的功率因数进一步降低。由于上述原因，目前中低速磁浮直线感应电机的功率因数一般为0.6，不仅远低于一般的同步电机，也要低于一般的旋转感应电机，严重影响了其能量利用效率。

2)纵向边端效应

纵向即与列车运行方向一致或相反的方向。目前中低速磁浮所用直线感应电机的铁芯在纵向上是断开的，即定子铁芯的纵向端部无法如旋转电机一样闭合。因此，当列车运行经过某段轨道时，直线感应电机纵向端部附近轨道上的铝感应板将从零磁通转换为有磁通穿过的状态(或从有磁通穿过转换为零磁通状态)，这一磁通变化在铝感应板上产生的涡流总会阻碍该磁通变化，因而中低速磁浮所用直线感应电机的定子铁芯与轨道铝感应板之间的气隙在纵向开断处是突变的，开断处气隙磁阻沿纵向方向变化剧烈，从而对列车运行产生阻力。列车运行速度越快，这一阻力越大，纵向端部效应也就越明显。

3)牵引效率

中低速磁浮目前采用的单侧直线感应电机牵引的形式会产生法向力，即短初级与长次级之间在垂直方向上的相互作用力。该法向力主要由两部分组成。其一是短定子初级与轨道铝感应板之间的法向斥力，其二是短定子初级与轨道铝感应板下方F轨铁轭之间的法向吸力。在中低速磁浮系统中，该法向力表现为短定子初级和轨道次级之间的吸引力。