CN105680575A - 一种大气隙谐振式直线感应电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大气隙谐振式直线感应电机，利用初级绕组和次级绕组的谐振耦合，实现次级感应电流的最大化。其系统组成为：绕在定子铁芯(1)上的三相对称初级绕组(2)与初级补偿电容(3)串联，通入三相对称高频交流电，在气隙处产生行波磁场。次级绕组(4)结构与初级绕组(2)一致，采用星形或者三角形接法，并与次级补偿电容(5)串联，使其与初级处于磁耦合谐振状态，其谐振频率与初级绕组(2)的谐振频率相同，以使初级绕组(2)与次级绕组(4)达到磁耦合共振。本发明应用于直线电机等方面，由于谐振耦合产生的大电流，使得电机具有大推力、大气隙、高效率等优点。
Description
技术领域
本发明提出一种大气隙谐振式直线感应电机，主要应用于高速或者超高速直线加速领域。
背景技术
直线感应电机可以看成是由旋转感应电机的初级和次级展开平铺演变而来。初级三相绕组中通入三相对称正弦电流，在气隙处产生行波磁场，次级导体切割行波磁场，感应出电动势并产生电流，电流与气隙磁场相互作用产生电磁推力，次级导体在推力作用下顺着行波磁场的方向作直线运动，直线感应电机具有结构简单、控制方便的优点。然而，直线感应电机的电磁气隙(2～10mm)约为传统旋转电机的十倍，使得直线感应电机的效率不高，应用受到限制。
磁耦合谐振式非接触电能传输是众多非接触式电能传输技术的一种，为实现较高传输效率，在非接触式传能装置的发射端和接收端分别接入补偿电容，使其工作在谐振状态，从而使得发射线圈与接收线圈发生强磁耦合谐振，实现能量远距离、高效率的从发射线圈传输到接收线圈，其独有的优势使得非接触式能量传输技术具有巨大的应用潜力。
综上所述，如果能够将磁耦合谐振式非接触传能技术应用于直线感应电机上，在直线电机的初级绕组和次级绕组上都接入补偿电容，设计一种高效率、大气隙的谐振式直线感应电机，则无疑大大拓宽了直线电机的应用范围，同时也将开创非接触式传能应用的新领域。
发明内容
本发明旨在提供一种大气隙谐振式直线感应电机，其基本思想是利用磁耦合谐振非接触式传能在较大气隙下的直线电机次级导体上产生大电流，使得次级导体与行波磁场具有更强的电磁作用力，从而提高直线电机的工作效率。
本发明解决其技术问题采用的方案如下：
一种大气隙谐振式直线感应电机，利用初级绕组和次级绕组的强谐振耦合，在次级线圈中产生大电流，使得直线电机具有更大推力和气隙。绕在定子铁芯1上的三相对称初级绕组2与初级补偿电容3串联，通入三相对称高频交流电,次级绕组4结构与初级绕组2一致，采用星形或者三角形接法，与次级补偿电容5串联。
这样，将磁耦合谐振原理应用于直线感应电机，其具体构造为:
初级定子部分：初级三相对称绕组绕于初级铁芯1上，初级铁芯1采用高磁导率、低电导率的材料，每相绕组都与初级补偿电容3串联，初级绕组2电流由三相高频交流电源或工频逆变装置提供，初级绕组2材料为利兹线。
次级动子部分：动子部分主要由线圈部分和次级铁芯6组成，次级绕组4的结构、材料与初级绕组2一致，采用星形或者三角形接法，其与次级补偿电容5串联，谐振频率和初级绕组2部分的谐振频率相等，从而实现初级绕组2和次级绕组4的耦合谐振，得到最大的次级感应电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、将磁耦合谐振原理应用于直线感应电机，大大增加了直线电机的工作气隙，扩大了其应用范围；
2、次级导体感应电流更大，使得直线感应电机的推力更大，效率更高；
3、磁耦合谐振式直线感应电机是一种全新工作模式的直线电机，它的提出直接推动了直线电机技术水平的发展。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为谐振式直线感应电机的示意图。
图2为谐振式直线感应电机初级线圈结构图。
图3为谐振式直线感应电机等效电路图。
具体实施方式
以下描述的是结合附图对本发明的详细说明，而不应该理解为对本发明的限定，以下的实施方式以单边扁平型短次级谐振式直线感应电机为例。
由附图.1示出，本发明的具体实施方式是：
初级三相对称绕组绕于初级铁芯1上，每相绕组都与初级补偿电容3串联，使其工作在谐振状态，初级绕组2电流由三相高频交流电源或工频逆变装置提供，初级绕组2由利兹线绕制，可以降低高频交流状态下的集肤效应。次级绕组4的结构、材料与初级绕组2一致，采用星形或三角形接法，并与次级补偿电容5串联，其谐振频率与初级绕组2的谐振频率相同，此时初级绕组2和次级绕组4在较大气隙下实现强磁耦合谐振，直线电机的次级绕组4感应出大电流，与行波磁场相互作用，产生更大的电磁推力。
附图2给出了大气隙谐振式直线感应电机初级线圈结构图。初级铁芯1采用高磁导率、低电导率的材料，三相对称初级绕组2绕于初级铁芯1上，并与初级补偿电容3串联，通入三相对称高频交流电后，在气隙处产生行波磁场，初级绕组2工作于谐振状态，与次级绕组4发生共振，实现能量传输最大化，进而得到最大次级感应电流。
附图3给出了谐振式直线感应电机的等效电路图。初级绕组2与初级补偿电容3串联，通入三相对称高频交流电，次级绕组4与次级补偿电容5串联，初级绕组2和次级绕组4都采用星形接法，工作在谐振状态并且谐振频率相同，它们之间通过耦合系数K耦合，从而在次级绕组4上感应出大电流。
Claims (6)
1.一种大气隙谐振式直线感应电机，利用初级绕组和次级绕组的强谐振耦合，在次级线圈中产生大电流，使得直线电机具有更大推力和气隙,其特征在于：绕在定子铁芯(1)上的三相对称初级绕组(2)与初级补偿电容(3)串联，通入三相对称高频交流电,次级绕组(4)结构与初级绕组(2)一致，采用星形或者三角形接法，与次级补偿电容(5)串联。
2.根据权利要求1所述的大气隙谐振式直线感应电机，其特征在于，初级绕组(2)和次级绕组(4)的每一相都串联有补偿电容。
3.根据权利要求1或2所述的大气隙谐振式直线感应电机，其特征在于，初级绕组(2)和次级绕组(4)的谐振频率相同。
4.根据权利要求1所述的大气隙谐振式直线感应电机，其特征在于，绕组线圈均采用集肤效应小的利兹线。
5.根据权利要求1所述的大气隙谐振式直线感应电机，其特征在于，可以通过调节初级补偿电容(3)和次级补偿电容(5)的容值来改变初级绕组(2)和次级绕组(4)的谐振频率。
6.根据权利要求1所述的大气隙谐振式直线感应电机，其特征在于，采用磁耦合谐振传能技术，电机具有更大的工作气隙。
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