CN112671203B - 高速直线电磁推进与电磁制动*** - Google Patents

Abstract

高速直线电磁推进与电磁制动***，属于电机技术领域，本发明为解决现有无人机直线电磁弹射***存在制动性能差、可靠性低、以及无法实现动子复位等问题。它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；次级采用两个上下设置的次级和中间次级或左右设置的次级和中间次级构成，每个次级均包括次级轭板和永磁体。本发明用于电磁弹射。

Description

高速直线电磁推进与电磁制动***

技术领域

本发明涉及高速直线电磁推进与电磁制动***，属于电机技术领域。

背景技术

无人机电磁弹射技术具有起飞速度低、起飞质量范围大、发射动能小、发射频率低、电源小、加速度小、电流小等技术特点，这些技术特点使得无人机电磁弹射技术与其他电磁发射技术相比，降低了对电源、材料和开关等的技术要求，同时，其低速优势和良好的继承性都有力地支持了无人机电磁弹射的实用化。

图1-图3是一种无人机直线电磁弹射***，其中图1是直线感应弹射电动机的初级，图2是直线感应弹射电动机的次级，图3是直线感应弹射电动机的截面。该直线弹射***采用长初级、短次级结构，初级通电之后，形成直线行波磁场，该行波磁场“切割”次级感应板，在次级感应板上产生电流，感应电流与行波磁场相互作用，在次级感应板上产生电磁推力，从而驱动载有无人机的动子加速运动，实现无人机弹射起飞。无人机起飞后，次级感应板在直线弹射电动机反向制动力的作用下开始制动，并最终速度降低为零。最后，在直线弹射电动机的控制下，次级感应板重新复位，准备下一次发射。

图4所示为一种永磁直线电机型无人机电磁弹射***，永磁直线电机包括定子磁钢和动子电枢，无人机支撑弹射平台底面左右两侧均安装有与直线滑轨滑动配合的直线滑块，两动子电枢通过两侧的直线滑块固定支撑在无人机支撑弹射平台底面的左右两侧且随直线滑块沿直线滑轨作直线运动，顺着直线滑轨方向呈长直线设置的定子磁钢固定在直线滑轨内且位于两侧动子电枢之间；当无人机达到起飞所需速度后，在制动***的阻尼作用下将无人机支撑弹射平台制动下来，无人机惯性飞出。

图1-图3所示的无人机直线电磁弹射***采用直线感应电机提供动力，具有次级结构简单、成本低等优点，但同时存在电机功率因数低、功率变换器容量大、制动性能差、可靠性低等缺点。而图4所示的永磁直线电机型无人机电磁弹射***虽然具有成本低等优点，但却存在可靠性差、推力密度低、无法实现动子复位等缺点。

发明内容

本发明目的是为了解决现有无人机直线电磁弹射***存在制动性能差、可靠性低、以及无法实现动子复位等问题，提供了高速直线电磁推进与电磁制动***。

本发明所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级和i个中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的上侧和下侧；

下次级包括下次级轭板和下永磁体，下永磁体固定在下次级轭板的上侧；

上永磁体、中间永磁体和下永磁体均包括左右对称设置的两个阵列的永磁体，每个阵列的永磁体沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级依次平行设置，通过垂直设置的中间支撑板连接；中间支撑板位于上永磁体、中间永磁体和下永磁体的左右两个阵列之间；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

本发明所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括两个初级和一个次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括上次级、i-1个中间次级、下次级、i个左中间支撑板和i个右中间支撑板；

上次级包括对称设置的上左次级和上右次级，

上左次级包括上左轭板和上左永磁体，上左永磁体设置在上左轭板的下侧，

上右次级包括上右轭板和上右永磁体，上右永磁体设置在上右轭板的下侧，

中间次级分为对称设置且结构相同的左中间次级和右中间次级，包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体设置在中间次级基板的上侧和下侧，

下次级包括对称设置的下左次级和下右次级，

下左次级包括下左轭板和下左永磁体，下左永磁体设置在下左轭板的上侧，

下右次级包括下右轭板和下右永磁体，下右永磁体设置在下右轭板的上侧，

上左永磁体、上右永磁体、中间永磁体、下左永磁体和下右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级平行设置，上左次级、左中间次级和下左次级的左侧通过垂直设置的左中间支撑板连接，上右次级、右中间次级和下右次级的右侧通过垂直设置的右中间支撑板连接，上左轭板和上右轭板连接设置，左中间次级和右中间次级之间为间隙，下左次级和下右次级之间为间隙；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，一个初级与上次级之间为上气隙，另一个初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为共平面且对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的涡流制动导体板的单元连接，左右两组单元对应位置的制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

本发明所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个左次级、i-1个中间次级、1个右次级和i个中间支撑板；

左次级包括左次级轭板和左永磁体，左永磁体固定在左次级轭板的右侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的左侧和右侧；

右次级包括右次级轭板和右永磁体，右永磁体固定在右次级轭板的左侧；

左永磁体、中间永磁体和右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

左次级、中间次级和右次级依次平行设置，上侧通过中间支撑板连接；中间支撑板位于左永磁体、中间永磁体和右永磁体之间；

左次级、中间次级和右次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

当次级与电磁加速段耦合时，i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级和右次级之间，各驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面；

当次级与电磁制动段耦合时，j₁个涡流制动导体板的单元和j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级、右次级之间，涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面。

本发明提出的高速直线电磁推进与电磁制动***，电磁加速段采用无铁心直线永磁同步电机提供加速电磁力，电磁制动段采用直线涡流制动器和无铁心直线永磁同步电机提供减速制动力。具有如下优点：

1、电磁加速段采用无铁心直线永磁同步电机，电机的功率因数高、效率高、体积小、重量轻，逆变器容量小。

2、直线永磁同步电机初级采用无铁心电枢，消除了铁心饱和以及电枢反应的影响，***的过载能力强、推力密度高、推力波动小。同时，***的振动小、噪声低。

3、直线永磁同步电机初级采用无铁心电枢，需要长行程加速时，***的总体重量轻，尤其适合用于舰船、车辆等移动平台上。

4、直线涡流制动器的制动力密度高，制动可靠；制动无铁心直线永磁同步电机既参与制动，可调节制动力大小，控制制动加速度在合理范围内，还可以补偿制动力波动。同时，还可以在制动结束后，驱动动子返回到电磁加速段，使动子复位，为下一次工作循环做准备。

5、无铁心电枢直线电机不存在法向力，而水平气隙布置安装的直线涡流制动器消除了横向力，动子支撑结构简单可靠，摩擦损耗低。

6、无铁心电枢直线电机与涡流制动器采用双边结构，直线电机次级法向力相互抵消，涡流制动器初级与次级法向力也相互抵消，因此，可以简化次级结构、降低次级重量，***的负载能力强。

7、***容易实现模块化，当需要提高输出推力和制动力时，只需要沿垂向增加初级单元和中间次级的数量即可。

本发明的高速直线电磁推进与电磁制动***的功率因数高、效率高、体积小、重量轻、逆变器容量小；***的过载能力强、推力密度高、推力波动小、振动小、噪声低；***的制动力密度高、制动冲击小、可靠性高；***容易实现模块化。该***尤其适合用于舰船、车辆等移动平台上。

附图说明

图1是现有技术无人机直线电磁弹射***的初级结构示意图；

图2是图1的直线感应弹射电动机的次级结构示意图；

图3是图1的直线感应弹射电动机的截面示意图；

图4是现有技术另一种永磁直线电机型无人机电磁弹射***的结构示意图

图5是本发明具体实施方式一的第一种高速直线电磁推进与电磁制动***的结构示意图，其中a表示电磁制动段，b表示电磁加速段，c表示次级；

图6是图5的次级结构示意图；

图7是图5的永磁体结构细节图；

图8是图5的上次级、中间次级和下次级结构细节图；

图9是本发明具体实施方式二的第二种高速直线电磁推进与电磁制动***的结构示意图，其中a表示电磁制动段，b表示电磁加速段，c表示次级；

图10是图9的次级结构示意图；

图11是图9的永磁体结构细节图；

图12是图9的上次级、中间次级和下次级结构细节图；

图13是本发明具体实施方式三的第三种高速直线电磁推进与电磁制动***的结构示意图，其中a表示电磁制动段，b表示电磁加速段，c表示次级；

图14是图13的次级结构示意图；

图15是图13的永磁体结构细节图；

图16是图13的左次级、中间次级和右次级结构细节图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图5-图8说明本实施方式，本实施方式所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级和i个中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的上侧和下侧；

下次级包括下次级轭板和下永磁体，下永磁体固定在下次级轭板的上侧；

上永磁体、中间永磁体和下永磁体均包括左右对称设置的两个阵列的永磁体，每个阵列的永磁体沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级依次平行设置，通过垂直设置的中间支撑板连接；中间支撑板位于上永磁体、中间永磁体和下永磁体的左右两个阵列之间；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

进一步的，2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、2j₁个涡流制动导体板的单元和2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均固定在基座上。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组采用分数槽集中绕组或整数槽绕组；还可采用单层绕组或双层绕组。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组的相数大于等于3。

再进一步的，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

再进一步的，制动无铁心直线永磁同步电机在次级制动静止后，驱动次级返回至电磁加速段。

本实施方式中，上次级轭板、中间次级基板、下次级轭板和中间支撑板可以为一体式结构。

具体实施方式二：下面结合图9-图12说明本实施方式，本实施方式所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括两个初级和一个次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括上次级、i-1个中间次级、下次级、i个左中间支撑板和i个右中间支撑板；

上次级包括对称设置的上左次级和上右次级，

上左次级包括上左轭板和上左永磁体，上左永磁体设置在上左轭板的下侧，

上右次级包括上右轭板和上右永磁体，上右永磁体设置在上右轭板的下侧，

中间次级分为对称设置且结构相同的左中间次级和右中间次级，包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体设置在中间次级基板的上侧和下侧，

下次级包括对称设置的下左次级和下右次级，

下左次级包括下左轭板和下左永磁体，下左永磁体设置在下左轭板的上侧，

下右次级包括下右轭板和下右永磁体，下右永磁体设置在下右轭板的上侧，

上左永磁体、上右永磁体、中间永磁体、下左永磁体和下右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级平行设置，上左次级、左中间次级和下左次级的左侧通过垂直设置的左中间支撑板连接，上右次级、右中间次级和下右次级的右侧通过垂直设置的右中间支撑板连接，上左轭板和上右轭板连接设置，左中间次级和右中间次级之间为间隙，下左次级和下右次级之间为间隙；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，一个初级与上次级之间为上气隙，另一个初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为共平面且对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的涡流制动导体板的单元连接，左右两组单元对应位置的制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

进一步的，2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、2j₁个涡流制动导体板的单元和2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均通过连接板固定在基座上；连接板位于左中间次级、右中间次级之间的间隙和下左次级、下右次级之间的间隙内。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组采用分数槽集中绕组或整数槽绕组；还可采用单层绕组或双层绕组。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组的相数大于等于3。

再进一步的，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

再进一步的，制动无铁心直线永磁同步电机在次级制动静止后，驱动次级返回至电磁加速段。

本实施方式中，左右两个对应位置的涡流制动导体板的单元可以为一体式结构。

本实施方式中，上左轭板、上右轭板、中间次级基板、下左轭板、下右轭板和中间支撑板可以为一体式结构。

具体实施方式三：下面结合图13-图16说明本实施方式，本实施方式所述一种高速直线电磁推进与电磁制动***，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个左次级、i-1个中间次级、1个右次级和i个中间支撑板；

左次级包括左次级轭板和左永磁体，左永磁体固定在左次级轭板的右侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的左侧和右侧；

右次级包括右次级轭板和右永磁体，右永磁体固定在右次级轭板的左侧；

左永磁体、中间永磁体和右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

左次级、中间次级和右次级依次平行设置，上侧通过中间支撑板连接；中间支撑板位于左永磁体、中间永磁体和右永磁体之间；

左次级、中间次级和右次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

当次级与电磁加速段耦合时，i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级和右次级之间，各驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面；

当次级与电磁制动段耦合时，j₁个涡流制动导体板的单元和j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级、右次级之间，涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面。

进一步的，i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、j₁个涡流制动导体板的单元和j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均固定在基座上。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组采用分数槽集中绕组或整数槽绕组；还可采用单层绕组或双层绕组。

再进一步的，所述驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组的相数大于等于3。

再进一步的，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

再进一步的，制动无铁心直线永磁同步电机在次级制动静止后，驱动次级返回至电磁加速段。

本实施方式中，左次级轭板、中间次级基板、右次级轭板和中间支撑板可以为一体式结构。

本发明中，驱动无铁心直线永磁同步电机的初级基板由非磁性高强度材料构成，初级采用环氧树脂灌封；制动无铁心直线永磁同步电机的初级基板由高强度非金属材料或金属材料构成，初级采用环氧树脂灌封。

本发明中，初级为液体冷却结构，初级基板上布置有冷却液体流道。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级和i个中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的上侧和下侧；

下次级包括下次级轭板和下永磁体，下永磁体固定在下次级轭板的上侧；

上永磁体、中间永磁体和下永磁体均包括左右对称设置的两个阵列的永磁体，每个阵列的永磁体沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级依次平行设置，通过垂直设置的中间支撑板连接；中间支撑板位于上永磁体、中间永磁体和下永磁体的左右两个阵列之间；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于1个上次级、i-1个中间次级、1个下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

2.根据权利要求1所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、2j₁个涡流制动导体板的单元和2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均固定在基座上。

3.高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，它包括两个初级和一个次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为2j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为2j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括上次级、i-1个中间次级、下次级、i个左中间支撑板和i个右中间支撑板；

上次级包括对称设置的上左次级和上右次级，

上左次级包括上左轭板和上左永磁体，上左永磁体设置在上左轭板的下侧，

上右次级包括上右轭板和上右永磁体，上右永磁体设置在上右轭板的下侧，

中间次级分为对称设置且结构相同的左中间次级和右中间次级，包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体设置在中间次级基板的上侧和下侧，

下次级包括对称设置的下左次级和下右次级，

下左次级包括下左轭板和下左永磁体，下左永磁体设置在下左轭板的上侧，

下右次级包括下右轭板和下右永磁体，下右永磁体设置在下右轭板的上侧，

上左永磁体、上右永磁体、中间永磁体、下左永磁体和下右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级、中间次级和下次级平行设置，上左次级、左中间次级和下左次级的左侧通过垂直设置的左中间支撑板连接，上右次级、右中间次级和下右次级的右侧通过垂直设置的右中间支撑板连接，上左轭板和上右轭板连接设置，左中间次级和右中间次级之间为间隙，下左次级和下右次级之间为间隙；

上次级、中间次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，一个初级与上次级之间为上气隙，另一个初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为共平面且对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，左右两组单元对应位置的绕组串联，当次级与电磁加速段耦合时，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行；

2j₁个涡流制动导体板的单元与2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分为对称布置的左右两组，左右两组单元对应位置的涡流制动导体板的单元连接，左右两组单元对应位置的制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元连接，当次级与电磁制动段耦合时，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于上次级、i-1个中间次级、下次级之间，各个涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与上次级、中间次级、下次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行。

4.根据权利要求3所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，2i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、2j₁个涡流制动导体板的单元和2j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均通过连接板固定在基座上；连接板位于左中间次级、右中间次级之间的间隙和下左次级、下右次级之间的间隙内。

5.高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，它包括初级和次级，初级包括电磁加速段和电磁制动段；电磁加速段和电磁制动段共用次级，次级为动子；

电磁加速段由驱动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；电磁制动段由涡流制动导体板和制动无铁心直线永磁同步电机电枢构成；

电磁加速段沿运动方向分为n₁段，n₁≥1；电磁加速段的每个分段包含驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为i，i≥1；

电磁制动段沿运动方向分为n₂段，n₂≥1；电磁制动段的每个分段包含涡流制动导体板的单元数为j₁，j₁≥0，电磁制动段的每个分段包含制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元数为j₂，j₂≥0，i≥j₁+j₂；

次级包括1个左次级、i-1个中间次级、1个右次级和i个中间支撑板；

左次级包括左次级轭板和左永磁体，左永磁体固定在左次级轭板的右侧；

中间次级包括中间次级基板和中间永磁体，中间永磁体固定在中间次级基板的左侧和右侧；

右次级包括右次级轭板和右永磁体，右永磁体固定在右次级轭板的左侧；

左永磁体、中间永磁体和右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

左次级、中间次级和右次级依次平行设置，上侧通过中间支撑板连接；中间支撑板位于左永磁体、中间永磁体和右永磁体之间；

左次级、中间次级和右次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

当次级与电磁加速段耦合时，i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级和右次级之间，各驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面；

当次级与电磁制动段耦合时，j₁个涡流制动导体板的单元和j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元分别位于左次级、i-1个中间次级、右次级之间，涡流制动导体板的单元和制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元与左次级、中间次级、右次级之间为气隙，各气隙所在平面与运动方向平行，垂直于水平面。

6.根据权利要求5所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，i个驱动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元、j₁个涡流制动导体板的单元和j₂个制动无铁心直线永磁同步电机电枢的单元均固定在基座上。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组采用分数槽集中绕组、整数槽绕组、单层绕组或双层绕组。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，驱动无铁心直线永磁同步电机和制动无铁心直线永磁同步电机的初级绕组的相数大于等于3。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的高速直线电磁推进与电磁制动***，其特征在于，制动无铁心直线永磁同步电机在次级制动静止后，驱动次级返回至电磁加速段。

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