一种直线电机智能推力控制器系统的构成方法
【专利摘要】本发明一种直线电机智能推力控制器系统的构成方法，是对传统常规直线电机及其控制器系统进行改造，使改造后的智能推力控制器系统操作控制的新直线电机组，可以产生推力大小变化达到数十倍差别的、且是准线性的、近似于连续变化大小的推力，来推动空中自行车辆在起起伏伏的、上上下下大坡度角的空中行车道上，能够轻松自如地迅速地变换高低速度运行；以实现中国天铁——城市空中轨道交通网的空中自行车辆群空运广大市民出行，来彻底解决好世界“城市交通难”的跨世纪难题。
【专利说明】一种直线电机智能推力控制器系统的构成方法
【技术领域】
[0001]本发明申请，涉及一种操控直线电机的智能推力控制器系统的构成方法。由此可以构成空中自行车辆完整适用的直线电机推进动力系统，以实现中国天铁一城市空中轨道交通网的空中自行车辆群空运广大市民出行，来彻底解决好世界“城市交通难”的跨世纪难题。
【背景技术】
[0002]使用直线电机来替代钢缆拖动空中缆车一即由此改造成了天铁网络中使用的空中自行车辆，这本身就是一个创新。然而，直线电机与传统旋转电机类似，也有“推力不够大、效率不够高”的显著不足；致使其不能在空中车道因重力下沉绕度造成的上下大坡度角车道上轻快行驶，因为上下大坡度角空中行车道需要空中自行车辆的动力直线电机产生的推力大小差别可达数十倍。即使是采用了现代变频控制技术，也仅仅只是在理论上可以连续调整车辆的行驶速度，因为现代变频技术操控直线电机的瞬间过载系数不超过3，不能使直线电机的推力产生数十倍的推力差(功率差)，而无法使空中自行车辆在实际运行中产生需要的在很大范围变化大小的推力(功率)，来使空中自行车辆达到满意的、可操控的行驶速度。
【发明内容】
[0003]本发明申请，就是发明了一种对传统常规直线电机及其控制器系统进行改造的新方法，使改造后的智能推力控制器系统操作控制的新直线电机组，可以产生推力大小变化达到数十倍差别的、且是准线性的、近似于连续变化大小的推力，来推动空中自行车辆在起起伏伏的大坡度角空中行车道上，能够轻松自如地迅速地变换高低速度运行。
[0004]因为直线电机`与旋转电机的本质是完全一致的，只是直线电机能够把旋转电磁场力，转变成了直线电磁场力——推力；所以直线电机遵循几乎是所有旋转电机的一切数学、物理定律。即旋转电机的基本定理、公式一般都适用于直线电机，只是相应物理量的表述名称不会一样。如下述:
[0005]旋转电机的额定功率Ptl =额定电压U0X额定电流Itl =额定转矩TtlX额定转速n
[0006]直线电机的额定功率Ptl =额定电压UtlX额定电流Itl =额定推力FtlX额定速度V
[0007]众所周知，旋转电机的最大过载系数一般是不超过2.5。
[0008]瞬间最大功率Pcimax =瞬间最大转矩TcimaxX瞬间最大转速n，即瞬间最大转矩Tcimax与瞬间最大输出功率Pcimax成正比=Tcimax - Pcimaj^
[0009]同理，直线电机也有类似的规律。即
[0010]瞬间最大功率Pcimax =瞬间最大推力FcimaxX瞬间最大速度V，即瞬间最大推力Fqmax与瞬间最大输出功率Pcimax成正比=Fcimax - Pcimaj^
[0011]所以，普通直线电机的最大瞬间过载系数一般也是不会超过2.5。
[0012]在下述的计算中使用的瞬间过载系数为2.5。[0013]因为P。= UtlX I。，依据 R = U/I，
[0014]先假设“电机电阻Rtl在直线电机运行中保持不变”；
[0015]则有，当输入电压U上升2倍时，电机电流I也随之上升2倍。所以瞬间提升U1 =2U0时，则有Ilmax = 210MAX,即达到瞬间电流的极限值，故电机瞬间输出的最大功率值
[0016]Plmax = U1XIlmax = 2U0X210max
[0017]=4XU0X 10fflax
[0018]= 4P0fflax
[0019]因为FqmaxPqmax，所以4Fqmax 4Pomax,因为直线电机瞬间输出的最大推力
[0020]Flmax °° Plmax = 4P0max，而且 F0nlax = 2.5F。，故可得
[0021]Flfflax = 4F0fflax
[0022]= 4X2.5F0
[0023]= IOF0
[0024]可见，使用 提高2倍输入电压的方法，就可以使直线电机的过载系数达到10，即使推力增大到10倍。
[0025]再假设:“运行中的电机电流可以超过瞬间极限值，且电机不致过热”。
[0026]再提升输入电压U2 = 2U:时，则有I2max = 2Ilfflax,即达到瞬间电流的极限值，故电机瞬间输出的最大功率值
[0027]P2- = U2XI2-
[0028]= 2^X21^
[0029]=4XU: X Ilfflax
[0030]= 4Plfflax
[0031]由Flmax - Plmax,可得 4Plmax - 4Flfflax,
[0032]因为此时电机瞬间输出的最大推力F2max- P2max = 4Plmax，
[0033]而Flmax = 10F。，所以
[0034]F2fflax = 4Flfflax
[0035]= 4 X IOF0
[0036]= 40F0
[0037]即使用再提高2倍输入电压的方法，就可以使直线电机的过载系数达到40，即使推力增大到40倍。
[0038]显然，类似地再继续推演下去，则可使直线电机推力增大超过数百倍。
[0039]所以在先假设“电机电阻Rtl在直线电机运行中保持不变”的条件，只是个简单的定性条件，在实际的直线电机推力可以增大数百倍的情况下，显然是不存在制约性，即“此条件下的直线电机电阻Rtl的微小变化，从来不能制约直线电机推力的增大。”
[0040]再假设“运行中的电机电流可以超过瞬间极限值，且电机不致过热”的条件，通过把原型直线电机重新设计成所需要的高压直线电机组就可以满足。恰巧是因为空中自行车辆上的一切部件、组件都要求尽量地轻量化，所以其动力系统直线电机组，本来就是要求考虑设计使用在产生某一数值的最大推力的高电压条件下，即要求设计成为某一数值的高电压直线电机组。因此，通过提高直线电机的绝缘强度耐压等级、加大直线电机绕组导线的横截面积、增加直线电机的铁心总质量、增强直线电机的机械结构强度、等等的方法，使设计、制造出来的直线电机组，能够在智能推力控制器系统的操作控制下，产生推力大小差别可以达到数十(百、千)倍的、准线性的、近似于连续变化大小的推力，来完全满足空中自行车辆在大起大落的空中行车道上运行的实际使用需求。
[0041]在当代各种各类高压、高频、大电流、大功率开关管极为成熟丰富的物质条件，与先进的补偿、整流、逆变、变频、等等成熟的技术条件下，我们设计制作的智能推力控制器系统，可以轻易地控制、产生、输出数千伏、乃至于上万伏的任意数值的驱动高电压，来满足空中自行车辆的直线电机组的任意使用需求；而不再局限于只是使用通常的?380V低电压这一种电压来驱动通用直线电机产生推力了。由于逆变电路产生高电压的响应速度很高，目前一般是在ms(毫秒)级，甚至于可以达到Us(微秒)级，所以智能推力控制器系统控制、产生、输出的任意数值的驱动高低电压电流，都能够完全满足空中自行车辆的动力系统——直线电机组，在实际运行中的实时使用需求。
[0042]当设计制作的智能推力控制器系统输出的任意高低驱动电压数值范围扩展得很宽，包括低至0电压、或低至负(反向)驱动电压数值，我们通过智能推力控制器系统电脑的预置程序软件，就可以把高电压数值与低电压数值之间的驱动电压数值范围，均匀地划分成等分数值，或不均匀地划分成不等分数值的数十个、或数百个、或数千个有级别差距的输出驱动电压数值序列，并逐一地输入控制驱动直线电机组，则直线电机组将会对应每一个驱动电压数值，产生一个相应的唯一推力数值；以至于相应地产生了数十个、或数百个、或数千个有级别差距(包括等级别差距，或不等级别差距)的输出推力数值序列。即智能推力控制器系统产生、驱动直线电机组的、有级别差距的输出驱动电压数值序列，都会使直线电机组，对应地产生了有级别差距(包括等级别差距，或不等级别差距)的大小推力数值序列。当智能推力控制器系统输出的两个相邻驱动电压数值级别差较小时，直线电机组输出相应的两个相邻推力数值级别差也较小。这个“两个相邻驱动电压数值级别差较小”的依据，就是能够满足我们对直线电机组产生的推力大小的级别差距要求。当智能推力控制器系统输出最高电压数值与最低电压数值差别达到数十(百、千)倍时、同时输出处于这两个最高、最低驱动电压数值中间的、有级别差距的驱动电压数值序列，就使直线电机组产生了推力大小差别可以达到数十(百、千)倍的、准线性的、近似于连续变化大小的、有级别差距的推力数值序列。
[0043]我们把直线电机组需要使用的“有级别差距的输出驱动电压数值序列”固定下来，并以预置软件程序方式存放在智能推力控制器系统的电脑里；同时在直线电机组里设置电压、电流检测装置，再在电脑里设置一个输出电压程序控制软件进行操作控制。当直线电机组的瞬间电流值超过该驱动电压数值下的额定电流值的2倍时，智能推力控制器系统就会向直线电机组输入比该驱动电压数值高一级别的新驱动电压数值；当直线电机组的瞬间电流值低于该驱动电压数值下的额定电流值的预设定门坎电流值时，智能推力控制器系统就会向该直线电机组输入比该驱动电压数值低一个级别的新驱动电压数值。即以此电脑智能控制，来满足空中自行车辆在空中车道上实际运行的复杂工况使用需求。
[0044]至此，智能推力控制器系统与新直线电机组的改造、设计、制造工作已经完成。
[0045]发明优点
[0046]本发明申请的优点:
[0047]1、对物理公式P = UXI进行了充分地发掘应用，突破了现代变频技术的一统天下，开辟了准线性变压技术(非感应式)的应用领域。变频可以调速，变压可以调力矩；两者的结合使用，将对现代装备制造业具有巨大的引领和突破作用。
[0048]2、满足了空中自行车辆对其动力系统——直线电机组的使用要求，为中国天铁——城市空中轨道交通网的建设应用，打下了坚实的物质技术基础。
[0049]3、为装备制造业、为重型机械设备、等等取消传动机械系统，缩小体积，节省材料、节能、节时、……奠定了坚实的理论与技术物质基础。
[0050]4、使用电脑的智能控制，显然是可以完成许许多多人力不可能完成的高速、及时、精准、细致、……工作。
【具体实施方式】
[0051]下面再举例对本发明申请的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0052]假设有一个直线电机的定型产品，使用电压为AC380V，连续推力为10000N。如需要该直线电机产生200000N的连续推力，显然使用现代变频技术是不可能实现的。所以需要依照本发明申请的原理，并可以典型数据来简单地粗略设计如下:
[0053]1、把输入电压提升一倍，即假设使用在AC760V条件下，相应的直线电机组连续推力可为100000N。
[0054]2、把输入电压再提升一倍，即假设使用在AC1520V条件下，相应的直线电机组连续推力可为400000N，大于要求的200000N，即此时的假设满足了设计要求。
[0055]3、按照使用AC1520V条件，先重新设计制造出来一个新直线电机组，即需要提高直线电机的绝缘强度耐压等级、加大直线电机绕组导线的横截面积、增加直线电机的铁心总质量、增强直线电机的机械结构强度、等等。
[0056]4、同时设计制造智能推力控制器系统，使其输出的最高电压数值大于AC1520V ；再设计一个有等级别差距的电压数值序列(如从AC1520V数值往下设计每20V为一个级别差，直至下限数值220V为止，共计约有65个输出驱动电压数值序列)程序表软件；再设计一个控制电压输出数值的程序软件，以及其它各种应用工具软件，一同预置于该智能推力控制器系统的电脑里，以便由该智能推力控制器系统，来操控新直线电机组输出400000N以下的近似于连续的、任意大小数值的连续推力。
[0057]本发明申请的最佳实施方案之一，就是上述的这个实施例。
【权利要求】
1.一种直线电机智能推力控制器系统的构成方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、制造新直线电机组和智能推力控制器系统，通过提高直线电机的绝缘强度耐压等级、加大直线电机绕组导线的横截面积、增加直线电机的铁心总质量、增强直线电机的机械结构强度、等等的方法，来设计、制造新直线电机组； 52、该智能推力控制器系统生成数十个、或数百个、或数干个有级别差距的电压数值序列向新直线电机组输出驱动电压数值；当直线电机组的瞬间电流值超过该驱动电压数值下的额定电流值的2倍时，智能推力控制器系统就会向直线电机组输入比该驱动电压数值高一级别的新驱动电压数值；当直线电机组的瞬间电流值低于该驱动电压数值下的额定电流值的预设定门坎电流值时，智能推力控制器系统就会向该直线电机组输入比该驱动电压数值低一个级别的新驱动电压数值。
2.如权利要求1所述的直线电机智能推力控制器系统的构成方法，其特征在于，智能推力控制器系统生成数十个、或数百个、或数千个有级别差距的电压数值序列，其中的任意两个相邻电压数值的级别差距相同。
3.如权利要求1所述的直线电机智能推力控制器系统的构成方法，其特征在于，智能推力控制器系统生成数十个、或数百个、或数千个有级别差距的电压数值序列，其中的任意两个相邻电压数值的级别差距不相同并向电压数值序列的上、下两端变化。
【文档编号】H02P25/06GK103661422SQ201210354893
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】任海 申请人:河南鸿旭科技有限公司