一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，包括设置于直线感应电机的初级铁芯上方的通风风道，通风风道沿着初级铁芯的长度方向布置，在通风风道的至少一个端部设置散热风机，通风风道包括两块以上的吊挂弯板和覆盖板，吊挂弯板呈对称状安装于初级铁芯上宽度方向的两侧，覆盖板盖设于初级铁芯两侧的吊挂弯板上以形成封闭的通风风道。本发明还公开了一种磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法。本发明具有所占安装空间小，能加强电机初级散热、降低电机初级重量和提高电机出力，从而降低中低速磁浮列车运行能耗的优点。
【专利说明】—种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到磁浮列车控制领域，特指一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置及方法。
【背景技术】
[0002]磁浮列车也称为磁浮列车、磁悬浮列车、磁浮车辆、磁浮交通等。中低速磁浮列车具有运行噪声小，爬坡能力强，可适应小半径线路转弯，环保节能的优点，是一种具有广泛应用前景的城市或城郊交通工具。直线感应电机，也称直线异步电机、直线异步电动机、直线感应电动机、牵引直线感应电机等等。其中,直线有时也称线性,如线性感应电机。
[0003]中低速磁浮列车通过U型悬浮电磁铁线圈通电后，与F型轨道之间形成吸力，使列车浮起。采用直线感应电机牵引方式，电机短初级安装在列车上，与列车一起运动，采用三相绕组变压变频VVVF供电方式；长次级采用铁铝或铁铜复合实心结构，并沿轨道铺设，由于次级沿轨道置于地面，次级各段仅在电机初级通过瞬时起作用，其散热条件较好，故车载电机短初级的散热能力，直接决定了整个牵引直线感应电机的散热能力。
[0004]现有技术中，中低速磁浮列车牵引用直线感应电机初级吊挂于车辆转向架箱梁上，电机初级采用自然风冷却的方式，但因为其安装空间非常狭小，且在电机初级横向外侧有郡板，两头纵向端部有转向架托臂遮挡，自然散热的空间非常有限，故列车在运行时，电机初级的散热条件并不好，这样电机初级在设计时，其热负荷只能取低值，需要采用更多的电机铁心和导体材料。而且，在现有小的安装空间情况下，电机出力有限，导致列车牵引能力有限。
[0005]牵引直线感应电机工作时，其初级三相绕组通过交流变频电流，在绕组导体中产生电阻损耗以及铁芯磁滞和涡流损耗，这些损耗引起电机初级的温度上升，其中尤以铁芯的温度上升最快。故此，怎样降低运行中的初级铁芯温度，是牵引用直线感应电机散热设计的关键。
[0006]强迫风冷方式也见于直线电机牵引的轻轨车辆中，如现有北京机场线直线电机传动的轨道交通车辆，如图1所示，在这种牵引用直线感应电机强迫风冷散热结构中，第一散热风机104安装于直线感应电机第一初级铁芯101上方，第一初级铁芯101、第一绕组端部102和防护壳103围成第一通风风道I。第一散热冷却风105从上方第一散热风机104进入后，进入第一通风风道1，然后从第一初级铁芯101横向两侧的防护壳103通风窗流出，可见，现有技术中第一散热冷却风105由上至下进入第一通风风道1，在遇到第一初级铁芯101形成的正面阻力产生分流，分流后的第一散热冷却风105同时经由第一通风风道I的两端流出，导致冷却能力下降，影响散热效果。该结构中电机第一初级铁芯101，包括第一绕组端部102，均被电机防护壳103所包裹，其占用很大的安装空间，散热组件重量大，整个电机初级笨重，故现有牵引用直线感应电机强迫散热结构方式并不适合于中低速磁浮列车牵引用直线感应电机应用环境。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种所占安装空间小，能加强电机初级散热，降低电机初级重量，提高感应电机出力，从而降低中低速磁浮列车运行能耗的磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置及方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:包括设置于直线感应电机的初级铁芯上方的通风风道，所述通风风道沿着初级铁芯的长度方向布置，在通风风道的至少一个端部设置散热风机。
[0009]所述通风风道包括两块以上的吊挂弯板和覆盖板，所述吊挂弯板呈对称状安装于初级铁芯上宽度方向的两侧，所述覆盖板盖设于初级铁芯两侧的吊挂弯板上以形成封闭的通风风道。
[0010]所述吊挂弯板呈L形。
[0011 ] 所述散热风机安装于风罩内。
[0012]所述风罩上设有风道过滤网。
[0013]所述散热风机为变频风机。
[0014]所述初级铁芯表面装设有用于实时检测电机初级铁芯温度的温度传感元件，所述散热风机根据温度传感元件检测的实时温度来控制风机。
[0015]一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法，包括如下步骤:
1)对散热风机供电；
2)利用温度传感元件实时检测牵引直线感应电机初级铁芯的温度；
3)将所测初级铁芯温度信号经信号处理单元处理，形成变频变压VVVF控制单元控制需要的PWM信号；
4)变频变压VVVF控制单元根据PWM信号控制散热风机的供电频率和电流。
[0016]作为本发明的进一步改进:
供电电源采用车载辅助DC/AC电源或直流DC/DC电源。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明中通风风道沿着初级铁芯的长度方向布置，通风风道包括两块呈L形的吊挂弯板和覆盖板，吊挂弯板呈对称状安装于初级铁芯上宽度方向的两侧，这种结构所占空间小、重量轻，安装十分方便。两块L形吊挂弯板和覆盖板组合在一起，在初级铁芯上表面共同形成一个空间较大的纵向的方形通风风道，能保障自然风的吸入和排出均快速顺畅地进行，提高了散热降温的效率，且初级铁芯和绕组端部均裸露在外，能充分利用了车辆运动过程中的自然风对电机铁芯进行降温。本发明中在电机初级铁芯长度方向上的两端安装散热风机，并在左右两端网罩上装设风道过滤网，在自然风缺失的情况下，安装在电机铁芯两端的散热风机能够及时地强迫吸入和排出空气，增加风道内的空气流通，达到强迫降温的目的。由于散热风机散热能力强，可以避免直线感应电机初级铁芯因温升过高而烧毁的隐患，最大限度地节省能量消耗。同时，在对电机初级铁芯有较好散热效果的前提下，可在设计上可减轻电机重量，减小电机铁芯和绕组导体材料的使用，从而达到降低整个车辆重量，节省列车运行能耗的目的。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是现有技术中直线感应电机强迫风冷装置(北京机场线)。
[0019]图2是本发明实施例中直线感应电机强迫风冷装置结构原理示意图。
[0020]图3是本发明实施例中直线感应电机强迫风冷装置俯视原理示意图。
[0021]图4是本发明实施例中直线感应电机强迫风冷装置系统工作流程示意图。
[0022]图5是本发明实施例中直线感应电机强迫风冷方法流程示意图。
[0023]图例说明:
1、第一通风风道；101、第一初级铁芯；102、第一绕组端部；103、防护壳；104、第一散热风机；2、通风风道；201、初级铁芯；202、绕组端部；203、覆盖板；204、吊挂弯板；205、风道过滤网一 ；206、散热风机一 ；207、风罩一 ；208、风罩二 ；209、散热风机二 ；210、风道过滤网二 ；211、强迫散热冷却风；301、初级铁芯温度；302、温度传感元件；303、信号处理单元；304、变频变压VVVF控制单元；305、供电电源。
【具体实施方式】
[0024]以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。
[0025]图2、图3示出了本发明的一种磁浮列车直线感应电机强迫风冷装置实施例，该电机强迫风冷装置包括设置于直线感应电机的初级铁芯201上方的通风风道，通风风道2沿着初级铁芯201的长度方向布置，通风风道2包括两块呈L形吊挂弯板204和覆盖板203，L形吊挂弯板204呈对称状安装于初级铁芯201上宽度方向的两侧，覆盖板203盖设于初级铁芯201两侧的L形吊挂弯板204上以形成封闭的通风风道2。其中，通风风道2中强迫散热冷却风211的流向为初级铁芯201的长度方向，与强迫散热冷却风211的流向垂直的方向为初级铁芯201的宽度方向。这种结构所占空间小、本身的重量也轻，安装起来十分方便。同时，两块L形吊挂弯板204、覆盖板203与初级铁芯201组合形成一个空间较大的封闭、方形的通风风道2，使得强迫散热冷却风211从通风风道2的一端流入时，能快速顺畅地从另一端流出，提高了散热降温的效率。
[0026]本实施例中，通风风道2长度方向上的两端分别设有风罩一 207和风罩二 208,并在风罩内初级铁芯201长度方向上两端的的外部分别安装散热风机一 206和散热风机二209，在其他实施例中，散热风机的实际安装数量可以依据初级铁芯201的尺寸和散热功率的要求确定。同时在风罩一 207和风罩二 208上分别装设有风道过滤网一 205和风道过滤网二 210，其可以防止列车行进过程中固态垃圾物质随风进入通风风道2中，造成通风风道2堵塞而无法通风，从而影响通风散热效果。
[0027]本实施例中，两块L形吊挂弯板204位于初级铁芯201和绕组端部202之间，绕组端部202位于风罩一 207和风罩二 208的外部，使得初级铁芯201和绕组端部202均裸露在外，这样能充分利用车辆运动过程中的自然风对初级铁芯201进行降温。在本发明其他实施例中，L形吊挂弯板204也可位于初级铁芯201的中间位置，保证电机的初级铁芯201和绕组端部202裸露在外即可。
[0028]本实施例中，散热风机一 206和散热风机二 209均为可变频风机，如图4所示，初级铁芯201表面装设有用于实时检测电机初级铁芯201温度的温度传感元件302，散热风机根据温度传感元件302检测到的初级铁芯201的实时初级铁芯温度301来控制风机，其可以根据检测到的初级铁芯201的实时初级铁芯温度301来调整散热风机一 206、散热风机二209的频率和转速，从而实现加速散热或停止散热的目的。
[0029]基本原理:磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷结构装置中，装置强迫风冷散热能力为:
P = Cns 式中—力系统散热常数，η为散热风机的实际转动速度。电机学知识告诉我们，当电机供电频率和电流增加时，电机转动速度相应增加。
[0030]因此，本实施例中，如图4所示，变频变压VVVF控制单元304根据电机初级铁芯温度301实时调整散热风机一 206和散热风机二 209的旋转速度，从而控制通风风道2内空气的流通速度，并使电机初级铁芯温度301始终控制在允许的温度范围内。
[0031]本实施例中，散热风机、风罩和风道过滤网均为可拆卸式安装结构，在出现损坏或者无法工作的情况下，方便拆卸以维修或更换。
[0032]本实施例中，列车在行驶过程中，自然风从初级铁芯201长度方向上的一端通过风道过滤网一 205，经散热风机一 206后，进入封闭的通风风道2中，并经另一端散热风机二209、风道过滤网二 210排出，通风顺畅，自然散热效率高。在自然风缺失或者散热作用弱的情况下，强迫冷风装置开始工作，此时安装于初级铁芯201长度方向两端的散热风机一 206吸入自然风形成强迫散热冷却风211，经通风风道2从散热风机二 209排出，或以相同的方式、相反的方向将自然风吸入和排除，这样形成一侧进风，另一侧出风的流畅散热方式。这种通过散热风机产生外力作用，吸入和排出空气的方式，增加风道内的空气流通的速度，达到了及时降温的目的。
[0033]下面结合附图对本发明的磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法实施例作详细说明。
[0034]如图5所示，本发明的磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法，包括如下步骤:
1)对散热风机一206和/或散热风机二 209供电；
2)在初级铁芯201表面适当位置装设一个温度传感元件302，实时检测牵引直线感应电机初级铁芯201的初级铁芯温度301 ；
3)将所测初级铁芯温度301信号经信号处理单元303处理后，形成变频变压VVVF控制单元304需要的PWM信号；
4)变频变压VVVF控制单元304根据PWM信号控制散热风机一206和/或散热风机二209的供电频率和电流，以调节散热风机一 206和/或散热风机二 209的转速来实现初级铁芯201的有效散热。
[0035]本实施例中，供电电源305采用车载辅助DC/AC电源对散热风机进行供电，DC/AC电源能给电机电路提供恒定的电流，且具有稳压、降噪等保护功能。在其他实施例中，本发明也可以采用直流DC/DC电源对电机进行供电。
[0036]上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:包括设置于直线感应电机的初级铁芯(201)上方的通风风道(2)，所述通风风道(2)沿着初级铁芯(201)的长度方向布置，在通风风道(2)的至少一个端部设置散热风机。
2.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述通风风道(2)包括两块以上的吊挂弯板(204)和覆盖板(203)，所述吊挂弯板(204 )呈对称状安装于初级铁芯(201)上宽度方向的两侧，所述覆盖板(203 )盖设于初级铁芯(201)两侧的吊挂弯板(204 )上以形成封闭的通风风道(2 )。
3.根据权利要求2所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述吊挂弯板(204)呈L形。
4.根据权利要求1或2或3所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述散热风机安装于风罩内。
5.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述风罩上设有风道过滤网。
6.根据权利要求1或2或3所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述散热风机为变频风机。
7.根据权利要求1或2或3所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷装置，其特征在于:所述初级铁芯(201)表面装设有用于实时检测电机初级铁芯温度(301)的温度传感元件(302)，所述散热风机根据温度传感元件(302)检测的实时温度来控制风机。
8.一种中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)对散热风机供电； 2)利用温度传感元件(302)实时检测电机的初级铁芯温度(301)； 3 )将所述初级铁芯温度(301)信号经信号处理单元(303 )处理，形成变频变压VVVF控制单元(304)控制需要的PWM信号； 4)变频变压VVVF控制单元(304)根据所述PWM信号控制散热风机的供电频率和电流。
9.根据权利要求8所述的中低速磁浮列车牵引用直线感应电机强迫风冷方法，其特征在于:供电电源(305)采用车载辅助DC/AC电源或直流DC/DC电源。
【文档编号】H02K41/025GK103762820SQ201410034478
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】刘少克, 龙志强, 吴峻, 窦峰山, 安邦 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学