專利名稱：混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線同步電動機，特別是利用高溫超導(dǎo)線圈和高溫超導(dǎo)塊材磁懸浮的
混合型直線同步電動機，該電動機可廣泛應(yīng)用于交通運輸，如磁浮列車，特別是應(yīng)用于飛機的電磁彈射、航天器的磁浮發(fā)射等。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)單邊型和雙邊型直線電動機在一些領(lǐng)域已經(jīng)得到了較廣泛應(yīng)用。其中單邊型直線電動機由于電機初級和次級之間有較大的法向吸引力，因此在電機兩側(cè)需要輔助滑軌用于電機動子的支撐、定位和導(dǎo)向，因此不可避免地帶來滑動摩擦力，增加了系統(tǒng)的損耗。同樣，雙邊型直線電動機也需要輔助滑軌用于動子的定位、支撐和導(dǎo)向，隨之也帶來了相應(yīng)的滑動摩擦。 在一些特殊應(yīng)用場合(如航空母艦上的飛機電磁彈射系統(tǒng))，為了達到所需要的推力，常規(guī)直線感應(yīng)電動機和永磁直線同步電動機受自身材料性能的限制，需要做得非常龐大，使得電機損耗劇增，體積和重量超過應(yīng)用場合所能承受的限度，限制了電機實際應(yīng)用可行性。 為此，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了利用磁懸浮技術(shù)的直線電動機，如中國發(fā)明專利申請CN101478272A中公開了一種直線感應(yīng)斥浮電動機，包括動子鐵心、定子基座、定子繞組、懸浮永磁體以及激勵繞組，定子繞組設(shè)置在定子基座的上端驅(qū)動所述的動子鐵心轉(zhuǎn)動，懸浮永磁體與所述的激勵繞組相對設(shè)置，其中懸浮永磁體設(shè)置在動子上，激勵繞組設(shè)置在定子基座上，懸浮永磁體為水平和垂直布置的列陣永磁體，且與磁力繞組相對一側(cè)的磁場強度高于永磁體另一側(cè)的磁場強度。新裝置將Halbach陣列永磁體安裝在動子上，與定子基座上的激勵繞組在運動過程中形成斥浮力，使動子懸浮實現(xiàn)無接觸、無摩擦，在牽引力作用下達到高速運行。采用單邊長初級直線感應(yīng)電機提供推力，解決了磁懸浮發(fā)射中，運動部分不易提供電源的問題。 在磁懸浮列車應(yīng)用方面，目前有應(yīng)用高溫超導(dǎo)線圈磁體作為直線電機次級并同時用于懸浮導(dǎo)向的超導(dǎo)直線電動機用于列車的推進。但在實際應(yīng)用中存在的缺點是，在列車處于靜止或低速行駛時，列車無懸浮導(dǎo)向力或懸浮力小得不足于浮起車體，因此需要輔助的滑輪系統(tǒng)用于列車的支撐與低速行駛。這增加了磁懸浮列車系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度和實際運行的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種由采用高溫超導(dǎo)線圈的高溫超
導(dǎo)直線同步電動機和采用高溫超導(dǎo)塊材磁體的高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)組成的混合型高溫超
導(dǎo)直線懸浮同步電動機，以提高直線電機的推力、速度、效率等綜合性能，消除滑動摩擦力、
降低能耗、減小直線電動機的體積和重量等。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
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—種混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，包括由安裝在機架上的雙邊定子和位于定子之間的高溫超導(dǎo)線圈動子組成的高溫超導(dǎo)直線同步電動機，雙邊定子關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈動子對稱，其特征在于，該電動機還包括永磁軌道定子和位于永磁軌道定子上方的高
溫超導(dǎo)塊材磁體懸浮動子，高溫超導(dǎo)線圈動子安裝在高溫超導(dǎo)塊材懸浮動子上方，高溫超
導(dǎo)線圈通過電流引線連接到供電裝置。 本發(fā)明的附加技術(shù)方案如下 優(yōu)選地，所述的供電裝置包括在高溫超導(dǎo)線圈動子頂部固定的動子托架，托架上安裝有給高溫超導(dǎo)線圈提供直流電源的電刷，與電刷接觸的電極端子通過連接件固定在機架上；電刷有兩個端子，分別接由直流電源供電的正負電極端子。高溫超導(dǎo)直線同步電動機的定子作初級，采用三相繞組結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，為高溫超導(dǎo)線圈提供三相交流電，所述的電刷結(jié)構(gòu)有三個端子，分別接由三相交流電源供電的三個電極端子。高溫超導(dǎo)直線同步電動機定子作次級，采用常規(guī)永磁體或電磁體結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，所述的高溫超導(dǎo)線圈采用直流電源供電，供電裝置是安裝在懸浮動子上的車載直流電源。 優(yōu)選地，所述的高溫超導(dǎo)線圈采用三相電源供電，供電裝置是安裝在懸浮動子上的車載三相電源。 優(yōu)選地，所述的供電裝置包括一個充電接口和一個切換開關(guān)，在充電狀態(tài)下，充電接口與外部電源連接，在充電結(jié)束后，充電接口與外部電源斷開，切換開關(guān)閉合，連通充電接口，高溫超導(dǎo)線圈形成一個閉合環(huán)路，從而得到高溫超導(dǎo)線圈永久磁體。高溫超導(dǎo)直線同步電動機的定子作初級，采用三相繞組結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，高溫超導(dǎo)直線同步電動機的動子含真空低溫恒溫器、高溫超導(dǎo)線圈和供電裝置；高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)的懸浮動子含真空低溫恒溫器和高溫超導(dǎo)塊材磁體；高溫超導(dǎo)直線同步電動機的動子真空低溫恒溫器與高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)懸浮動子的真空低溫恒溫器連為一體。 優(yōu)選地，所述高溫超導(dǎo)線圈采用液氮制冷或G-M低溫制冷機傳導(dǎo)制冷；所述高溫超導(dǎo)塊材磁體采用液氮制冷。 優(yōu)選地，高溫超導(dǎo)線圈采用空心結(jié)構(gòu)，同時定子銅線圈也采用空心結(jié)構(gòu)。定子銅線圈也可以用高溫超導(dǎo)線圈取代。 本發(fā)明的有益效果是將高溫超導(dǎo)直線同步電動機和高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)有機地結(jié)合起來，高度集成，實現(xiàn)了直線電機的無摩擦懸浮推進，推力大、損耗小、無需導(dǎo)向控制，當(dāng)懸浮動子穩(wěn)定懸浮在軌道上方時，高溫超導(dǎo)直線同步電動機的動子也將穩(wěn)定地處在雙邊定子之間的氣隙當(dāng)中，從而實現(xiàn)在靜止或低速運行時也能實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，克服了其它常規(guī)直線電動機和超導(dǎo)磁浮應(yīng)用方式所固有的弊端；在采用供電裝置由一個充電接口和一個切換開關(guān)組成的技術(shù)方案時，由于高溫超導(dǎo)線圈中近似無電阻，因此在運行過程中線圈中的電流衰減將非常緩慢，在試驗中24小時內(nèi)電流的衰減量不超過1 % ，可以滿足較長時間的持續(xù)工作，而且避免了采用常規(guī)導(dǎo)線時必須用電刷裝置或拖鏈裝置來供電所帶來的缺點，減化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，更能滿足實際的應(yīng)用要求；由于高溫超導(dǎo)線圈中能通過比常規(guī)導(dǎo)線大得多的電流，產(chǎn)生更強的勵磁磁場，因此在提供同樣推力的條件下，與常規(guī)直線電機相比，它將具有更小的重量和體積，滿足了 一些特殊應(yīng)用場合。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發(fā)明混合型高溫超導(dǎo)直線懸浮同步電動機實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實施例一中混合型高溫超導(dǎo)直線懸浮同步電動機動子剖面圖。
圖3是實施例二中混合型高溫超導(dǎo)直線懸浮同步電動機動子剖面圖。
圖4是三相電刷/直流電刷結(jié)構(gòu)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖中，標(biāo)記如下l-高溫超導(dǎo)直線同步電動機的超導(dǎo)線圈，2-用于超導(dǎo)線圈封裝的絕緣無磁性良導(dǎo)熱槽，3-用于超導(dǎo)線圈封裝的絕緣無磁性良導(dǎo)熱蓋，4-高溫超導(dǎo)直線同步電動機定子線圈非磁性支撐架，5-直線同步電動機定子線圈，6_高溫超導(dǎo)線圈用真空低溫恒溫器，7_高溫超導(dǎo)塊材，8-用于高溫超導(dǎo)塊材制冷的可抽拉式內(nèi)真空低溫恒溫器，9_用于高溫超導(dǎo)塊材制冷的外真空低溫恒溫器，10-永磁軌道，11-直線電機動子托架，12-電流引線導(dǎo)管，13-G-M低溫制冷機冷管，14-電刷裝置，15-電極端子，16-電極外絕緣保護層，17-高溫超導(dǎo)線圈封裝體支撐固定裝置，18-電機內(nèi)部支撐架，19-機座，20-兩個超導(dǎo)線圈之間的電流引線，2l-G-M制冷機冷頭，22-G-M制冷機
具體實施例方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。 如圖l所示，本發(fā)明的具體實施例一，一種混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，包括由安裝在機架上的雙邊定子和位于定子之間的高溫超導(dǎo)線圈動子組成的高溫超導(dǎo)直線同步電動機，雙邊定子關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈動子對稱，其中，高溫超導(dǎo)直線同步電動機雙邊定子作初級，高溫超導(dǎo)線圈1作為次級動子，初級銅線圈5繞在非磁性支撐架4上，高溫超導(dǎo)線圈磁體1數(shù)量為4個偶數(shù)個都可以，封裝在絕緣無磁性良導(dǎo)熱槽2和絕緣無磁性良導(dǎo)熱蓋3中，超導(dǎo)線圈兩兩通過電流引線20以繞向方向相反的方式串聯(lián)或并聯(lián)，與高溫超導(dǎo)線圈相連的電流引線12與低溫恒溫器外的供電裝置的電刷14相連，電刷通過特制的導(dǎo)電滾輪與沿軌道鋪設(shè)的電極端子15相摩擦接觸而通電。 高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)的永磁軌道定子10安裝在電機支撐架18底部，將高溫超導(dǎo)直線同步電動機次級動子低溫恒溫器6底部與高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)懸浮動子的低溫恒溫器9連為一體。 高溫超導(dǎo)直線同步電動機的高溫超導(dǎo)線圈磁體1采用G-M制冷機22的冷頭21傳導(dǎo)制冷，高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)的高溫超導(dǎo)塊材磁體7采用液氮制冷。 實施例二，其總體結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，所不同的僅是高溫超導(dǎo)直線同步電
動機高溫超導(dǎo)線圈動子作為初級，超導(dǎo)線圈數(shù)為3個(為3的倍數(shù)都可以)，通過供電裝置
供給三相交流電；定子作為直線電機次級，采用常規(guī)永磁體或電磁體勵磁。 實施例三，與實施例一基本相同，所不同的僅是高溫超導(dǎo)直線同步電動機的高溫
超導(dǎo)線圈采用液氮制冷。 實施例四，其電動機的動子和定子以及磁懸浮部分與實施例一的結(jié)構(gòu)相同，不同之處主要在于供電裝置，該供電裝置包括一個充電接口和一個切換開關(guān)，在充電狀態(tài)下，充 電接口與外部電源連接，在充電結(jié)束后，充電接口與外部電源斷開，切換開關(guān)閉合，連通充 電接口，電流在高溫超導(dǎo)線圈中形成一個閉合環(huán)路。這樣的結(jié)構(gòu)可以避免摩擦接觸，為直線 電動機動子運動提供更好的運行環(huán)境。由于高溫超導(dǎo)線圈中近似無電阻，因此在運行過程 中線圈中的電流衰減將非常緩慢，磁場幾乎無衰減，可以滿足在一定時間內(nèi)持續(xù)運行的應(yīng) 用要求。 實施例五，其電動機的動子和定子以及磁懸浮部分與實施例一的結(jié)構(gòu)相同，不同
之處主要在于供電裝置，其供電電源為安裝在懸浮動子上的車載直流電源。 實施例六，其電動機的動子和定子以及磁懸浮部分與實施例二的結(jié)構(gòu)相同，不同
之處主要在于供電裝置，其供電電源為安裝在懸浮動子上的車載三相交流電源。 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘
述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只
是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。 本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
一種混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，包括由安裝在機架上的雙邊定子和位于定子之間的高溫超導(dǎo)線圈動子組成的高溫超導(dǎo)直線同步電動機，雙邊定子關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈動子對稱，其特征在于，該電動機還包括永磁軌道定子和位于永磁軌道定子上方的高溫超導(dǎo)塊材磁體懸浮動子，高溫超導(dǎo)線圈動子安裝在高溫超導(dǎo)塊材懸浮動子上方，高溫超導(dǎo)線圈通過電流引線連接到供電裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在于所述的 供電裝置包括在高溫超導(dǎo)線圈動子頂部固定的動子托架，托架上安裝有給高溫超導(dǎo)線圈供 電的電刷，與電刷接觸的電極端子通過連接件固定在機架上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電刷，其特征在于電刷有正負兩個端子，分別與電極端子的 正負極端子相接觸，正負極連接至直流電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電刷，其特征在于電刷有三個端子，分別與電極端子的三個 電極端子相接觸，三相電極端子連接至三相電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在于所述的 高溫超導(dǎo)線圈采用直流電源供電，供電裝置包括一個充電接口和一個切換開關(guān)，在充電狀 態(tài)下，充電接口與外部電源連接，在充電結(jié)束后，充電接口與外部電源斷開，切換開關(guān)閉合， 連通充電接口 ，電流在高溫超導(dǎo)線圈中形成一個閉合環(huán)路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在于所述的 高溫超導(dǎo)線圈采用直流電源供電，供電裝置是安裝在動子上的車載直流電源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在于 高溫超導(dǎo)直線同步電動機的高溫超導(dǎo)線圈安裝在真空低溫恒溫器當(dāng)中；高溫超導(dǎo)塊材磁體 懸浮動子的高溫超導(dǎo)塊材安裝在內(nèi)外層真空低溫恒溫器當(dāng)中；高溫超導(dǎo)直線同步電動機的 動子真空低溫恒溫器與高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)懸浮動子的真空低溫恒溫器連為一體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)外層真空低溫恒溫器，其特征在于內(nèi)真空低溫恒溫器為 抽拉式結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在于 所述高溫超導(dǎo)線圈采用液氮制冷或G-M低溫制冷機傳導(dǎo)制冷，所述的高溫超導(dǎo)塊材采用液 氮制冷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，其特征在 于動子中的高溫超導(dǎo)線圈采用空心結(jié)構(gòu)，同時雙邊定子銅線圈也采用空心結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動機，包括由安裝在機架上的雙邊定子和位于定子之間的高溫超導(dǎo)線圈動子組成的高溫超導(dǎo)直線同步電動機，雙邊定子關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈動子對稱，其特征在于，該電動機還包括永磁軌道定子和位于永磁軌道定子上方的高溫超導(dǎo)塊材磁體懸浮動子，高溫超導(dǎo)線圈動子安裝在高溫超導(dǎo)塊材懸浮動子上。本發(fā)明將高溫超導(dǎo)直線同步電動機和高溫超導(dǎo)磁懸浮機構(gòu)有機地結(jié)合起來，高度集成，實現(xiàn)了直線電機的無摩擦懸浮推進，推力大、損耗小、控制簡單、無需導(dǎo)向控制，并且具有相對小的體積和重量，可以滿足了一些特殊應(yīng)用場合，如磁浮發(fā)射等。
文檔編號H02N15/00GK101741276SQ20091031290
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者鄭陸海, 金建勛 申請人:電子科技大學(xué)