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运行效率 ;但永磁体励磁不可调 ,不能根据悬浮重量
的变化实时调节励磁磁场的大小. 双励磁直线同步
电机综合了永磁励磁与电励磁的优点 ,它由永磁体
提供直线电机运行时气隙磁通的主要部分 ,这部分
磁通不发生变化 ;直流电励磁绕组提供气隙磁通的
可调部分 ,通过调节此部分磁通可实现对悬浮重量
变化实时响应的功能.
双励磁直线同步电机又被称为混合励磁直线同
步电机 ,或可控永磁直线同步电机. 现有的混合励磁
(或可控永磁) 直线同步电机结构形式几乎都是将永
磁体平 贴 在 次 级 齿 的 上 平 面 或 水 平 嵌 入 次 级 齿
内
[ 3
2
6 ]
. 在这种结构方式中 ,永磁体的安装较为方便 ,
但是永磁体提供磁通的面积受到次级齿截面大小的
限制 ,且永磁体被电励磁绕组包围 ,绕组产生的热量
易传导到永磁体上 ,使永磁体工作温度较高. 本文提
出了一种将永磁体置于次级轭部铁芯内 ,呈 V 形布
置的结构形式
[ 7
2
9 ]
.
1
结构与设计
本文对内置永磁体双励磁直线同步电机结构的
设计和性能分析 ,均是以浙江省磁悬浮交通试验线
(以下简称“试验线”
) 的车辆载荷和长定子直线同步
电机设计参数为基础的. 该试验线是由浙江大学电
气工程学院与浙江卧龙电气集团股份有限公司共同
研制开发的. 它的悬浮和驱动系统使用的长定子直
线同步电机为全电励磁方式 ,电机的次级放置于车
辆的悬浮架上 ,前后共有 4 组次级模块 ,试验线场景
如图 1 所示
[ 10 ]
.
图
1
磁悬浮交通试验线场景
Fig. 1
Scene of maglev experimental line
1. 1 结构型式
内置永磁体双励磁直线同步电机的结构如图 2
所示 ,初级 (即电枢) 固定于轨道上 ,次级 (即磁极) 放
置在磁浮列车的悬浮架上. 初级包括初级铁芯和初
级绕组 ;次级包括次级轭部铁芯 、
次级齿部铁芯 、
励
磁绕组和永磁体等. 初级槽采用开口矩形槽 ,初级绕
组为三相集中整距绕组 ;次级由 6 个磁极构成 ,每极
图
2
内置永磁体双励磁直线同步电机结构简图
Fig. 2
St ruct ural sketch of dual excitatio n L SM wit h
internally placed PM
下有 2 块永磁体呈 V 形放置于次级轭部铁芯的槽
中 ,两永磁体间夹角为 120°.2 块永磁体的下端处由
一梯形的空气槽隔离 ;在上端有一斜直线形的隔磁
间隙 ,在间隙中可充填隔磁材料 ;次级槽内放置电励
磁绕组. 该结构的最大特点是 :次级铁芯的轭与齿分
离 ,且轭铁芯与齿铁芯间留有一定间隔. 它的优点
是 :方便了永磁体的安装 ,即可以先把永磁体黏贴在
轭部的槽内 ,再将 6 个次级齿分别安装到永磁体上 ;
可以起到隔磁作用 ,最大限度地减小永磁体在轭部
内的漏磁通量.
1. 2 永磁体参数计算
对于永磁体牌号 ,根据预测的工况 ,选择性价比
较好的 N38 H 烧结钕铁硼材料 ,其最高工作温度为
120 ℃,在 20 ℃时的剩余磁通密度
B
r20
= 1 . 22 T ,
矫顽力
H
c20
= 860 kA/ m , 相 对 回 复 磁 导 率 μ
r
=
1. 129. 估计永磁体的工作温度在 70 ℃左右 ,则可计
算得到 70 ℃时的剩余磁通密度
B
r
= 1. 147 T ,矫顽
力
H
c
= 808 kA/ m ,以该计算值作为分析永磁体的
技术参数.
永磁体在电机横向 (即图 2 中“6”)上的长度
L
m
等于次级铁芯的叠厚 ,即
L
m
= 135 mm. 宽度
b
m
的选
择需综合考虑次级内永磁体的放置位置 、
提供磁通的
面积等因素 ,最后选择该值为 35 mm. 因此 ,永磁体
对外提供磁通的面积为
S
m
=
L
m
b
m
= 4 725 mm
2
. 磁
化方向厚度
h
m
经有限元分析后 ,选取 7 mm 较为合
适 ,下文对
h
m
的选取将有较为详细的分析. 由以上
永磁体参数可以计算出永磁体内禀磁动势为
F
c
=
H
c
h
m
= 5 656
A ;
(
1
)
内磁阻为
R
m
=
h
m
μ
0
μ
r
S
m
= 1044
.
2
H
- 1
.
(
2
)
1
.
3 电励磁参数计算
电励磁系统起到调节励磁磁场大小的作用
,
从
5
4
5
第
3
期
黄明星 ,等 : 内置永磁体双励磁直线同步电机的设计与优化