动力提供装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种动力提供装置及系统，涉及电机领域，解决了现有技术结构复杂，建设成本高等问题。本实用新型的主要技术方案为：所述动力提供装置包括：定子和动子；其中，两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道；所述动子包括磁臂和励磁线圈；所述励磁线圈设置在所述磁臂上；所述动子设置在所述运行轨道上，以在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述动子在所述运行轨道上移动使得所述动子与所述运行轨道上的定子能构成闭合的磁通环路。本实用新型提供的技术方案结构简单，且实现成本低，易于控制。
【专利说明】动力提供装置及系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种动力提供装置及系统。
【背景技术】
[0002]随着工业和轨道交通的发展，直线电机的重要性越来越重要。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的是一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制作成不同的长度，以保证在所需形成范围内初级与次级之间的耦合保持不变。
[0003]现有直线电机的工作原理如下:当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。
[0004]现有的直线电机需要沿途长距离地布设线圈和铁心并供给电源，建设成本、运行成本和维护成本很高。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型实施例提供一种动力提供装置、系统及控制方法，以简化结构，降低成本。
[0006]为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案:
[0007]—方面，本实用新型实施例提供了一种动力提供装置，包括:定子和动子；其中，两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道；
[0008]所述动子包括磁臂和励磁线圈；
[0009]所述励磁线圈设置在所述磁臂上；
[0010]以在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述动子在所述运行轨道上移动使得所述动子与所述运行轨道上的定子能构成闭合的磁通环路。
[0011]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹，等间距的排列布置形成所述动子运行轨道。
[0012]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述磁臂为半封闭环形结构磁臂；所述半封闭环形结构磁臂跨设在所述运行轨道上。
[0013]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述半封闭环形结构磁臂为“C”型半封闭环形结构磁臂、半圆形半封闭环形结构磁臂、扇形半封闭环形结构磁臂、圆形半封闭环形结构磁臂或三角形半封闭环形结构磁臂。
[0014]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述定子为矩形定子、锥形定子、Η形定子、梭形定子、蛙舌形定子、半型单舌型定子、梯形定子、树形定子、Ε型三角形组合型定子、三角形定子、鸭舌不对称型定子或鼎形定子。
[0015]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述磁臂为“Ε”形结构磁臂或“Η”形结构磁臂；相应的，所述运行轨道包括两条平行的子轨道；所述“E”形结构磁臂和所述“H”形结构磁臂的两个开口分别跨设在相应的所述子轨道上。
[0016]可选的，前述的动力提供装置，所述励磁线圈设置在所述“E”形结构磁臂的中间横臂上；或者所述励磁线圈设置在所述“H”形结构磁臂的中间横臂上。
[0017]可选的，前述的动力提供装置，其中，所述定子为半封闭环形结构定子；所述动子处于所述半封闭环形结构定子的开口所形成的所述运行轨道中。
[0018]另一方面，本实用新型实施例还提供了一种动力提供系统，包括:
[0019]动力提供装置，其包括:定子和动子；其中，两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道；所述动子包括磁臂和励磁线圈；所述励磁线圈设置在所述磁臂上；以在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述动子在所述运行轨道上移动使得所述动子与所述运行轨道上的定子能构成闭合的磁通环路；
[0020]控制器，其与所述励磁电流提供单元连接，用于获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息，并根据接收到的驱动指令及所述位置信息，生成相应的控制指令，并将所述控制指令发送至所述励磁电流提供单元；
[0021]励磁电流提供单元，其与所述动力提供装置的励磁线圈连接，用于根据接收到的所述控制指令，向所述励磁线圈供给励磁电流以使所述动子在所述运行轨道上作加速或匀速运动，或者切断励磁电流的供给以使所述动子在所述运行轨道上作减速运动或停止运动。
[0022]可选的，前述的动力提供系统，还包括:检测单元，其与所述控制器连接，用于检测所述动子在所述运行轨道上的位置，并生成相应的检测信号，将所述检测信号发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述检测信号，得出所述动子在所述运行轨道上的位置信息；所述检测单元设置在所述动子或所述定子上。
[0023]可选的，前述的动力提供系统，其中，所述检测单元包括:电容定位器、压力传感器或磁通差分检测器。
[0024]可选的，前述的动力提供系统，其中，所述动子的磁臂为半封闭环形结构磁臂；
[0025]若所述检测单元包括有所述电容定位器，则所述电容定位器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面上；
[0026]若所述检测单元包括有所述压力传感器，则所述压力传感器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面上；
[0027]若所述检测单元包括有所述磁通差分检测器，则所述磁通差分检测器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的朝向所述运行轨迹的端面上。
[0028]借由上述技术方案，本实用新型提供的技术方案至少具有下列优点:
[0029]本实用新型提供的技术方案通过在所述动子的磁臂上设置励磁线圈，较现有技术中需沿途长距离地布设线圈和铁芯，结构更加简单，且成本低；另外，本实用新型提供的技术方案基于差分磁通技术，通过控制所述励磁线圈上的励磁电流就可以实现对动子自由的控制，控制方式简便，易实现。由此可知，本实用新型提供的技术方案，对环境依赖小，便于安装和升级改造，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置的横截面结构示意图；
[0031]图2为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置的俯视结构示意图；
[0032]图3为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的力域划分示意图；
[0033]图4a为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第一种实现的结构不意图；
[0034]图4b为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第二种实现的结构不意图；
[0035]图4c为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第三种实现的结构不意图；
[0036]图4d为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第四种实现的结构不意图；
[0037]图4e为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第五种实现的结构不意图；
[0038]图4f为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述动子的第六种实现的结构不意图；
[0039]图5a为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第一种实现结构示意图；
[0040]图5b为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第二种实现结构示意图；
[0041]图5c为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第三种实现结构示意图；
[0042]图5d为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第四种实现结构示意图；
[0043]图5e为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第五种实现结构示意图；
[0044]图5f为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第六种实现结构示意图；
[0045]图5g为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第七种实现结构示意图；
[0046]图5h为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第八种实现结构示意图；
[0047]图5i为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第九种实现结构示意图；
[0048]图5j为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第十种实现结构示意图；
[0049]图5k为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第十一种实现结构示意图；
[0050]图51为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置中所述定子的第十二种实现结构示意图；
[0051]图6为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置的另一种实现的横截面结构示意图；
[0052]图7为本实用新型实施例一提供的一种动力提供装置的另一种实现的俯视结构示意图；
[0053]图8为本实用新型实施例二提供的一种动力提供系统的另一种实现的结构示意图；
[0054]图9为本实用新型实施例二提供的一种动力提供系统中设置有检测单元的定子的结构不意图；
[0055]图10为本实用新型实施例二提供的一种动力提供系统的另一种实现的结构示意图；
[0056]图11为本实用新型实施例三提供的一种动力提供系统的控制方法的一种实现的流程示意图；
[0057]图12为本实用新型实施例三提供的一种动力提供系统的控制方法的另一种实现的流程示意图；
[0058]图13为本实用新型提供的应用实施例一提供的动力提供装置构建的试验实例的俯视结构示意图；
[0059]图14为本实用新型提供的应用实施例一提供的动力提供装置构建的试验实例的横截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0060]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0061]有鉴于上述现有直线电机的缺陷，尤其为满足高速轨道交通的需要，本实用新型的实用新型人积极加以研究创新，经过不断地研究、设计，并经反复试作样品、装机使用及改进，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
[0062]本实用新型是利用动子和定子组成可变磁通环路，环路的磁通及其单位横截面磁通(即磁感应强度)呈空间差分关系和梯度变化关系，动子和定子因此相互受力来实现动子相对所述定子发生位移的目的的。
[0063]如图1和图2所示，本实用新型实施例一提供的动力提供装置的结构示意图。如图1所示，本实施例一提供的所述动力提供装置包括:定子1和动子3。其中，如图2所示，两个或两个以上的所述定子1沿所述动子3的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道。如图1所示，所述动子3包括磁臂31和励磁线圈2。所述励磁线圈2设置在所述磁臂31上。所述动子3设置在所述运行轨道上，以在所述励磁线圈2上供给有励磁电流时，所述动子3在所述运行轨道上移动使得所述动子3与所述运行轨道上的定子1能构成闭合的磁通环路。
[0064]这里需要说明的是:本实施例中任意两个定子之间的间距可以相同，也可以不相同。所述两相邻定子之间的间距因满足所述动子在所述动子运行轨道上的任意位置处，在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述动子能与相邻的两个定子中的任意一个定子构成闭合的磁通环路即可。具体的，所述两定子之间的间距可根据所述定子沿所述运行轨道方向上的长度、以及所述动子在所述运行轨道方向上的长度来确定，以满足上述条件，即在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述定子和所述动子都能构成闭合的磁通环路。
[0065]如图2示出了所述两个或两个以上的所述定子1沿所述动子3的运行轨迹，等间距的排列布置形成所述动子运行轨道的实施例。等间距设置所述定子这样便于对动子进行运行控制，且动子的运行过程的速度能更加均匀，控制更加线性。
[0066]这里需要说明的是:本实施例中设置有励磁线圈的所述动子作为磁通发生装置或称为磁通发生器，由励磁线圈产生磁通。所述动子作为磁通差分装置或称为磁通差分器，通过动子与定子的位置关系和自身铁心的磁路结构提供磁通的差分关系。上述实施例中所述的动子和定子均为铁心材料制造，励磁线圈绕制在动子上，而定子无受流装置或其他装置，按差分磁通原理和结构设计，结构简单，按一定的间隔离散地固定在轨迹基础上，节省材料。具体的，所述动子和所述定子均可采用两张或两张以上的矽钢片冲制后叠成，所述定子也可采用纯铁、坡莫合金或其他软磁材料的铸造件。其中，所述定子采用纯铁、坡莫合金或其他软磁材料的铸造件，可有效的降低成本，还能获得更好地磁导率，同时便于进行防腐处理等。
[0067]本实施例提供的技术方案通过在所述动子的磁臂上设置励磁线圈，较现有技术中需沿途长距离地布设线圈和铁芯，结构更加简单，且成本低；另外，本实用新型提供的技术方案基于差分磁通技术，通过控制所述励磁线圈上的励磁电流就可以实现对动子自由的控制，控制方式简便，易实现。由此可知，本实用新型提供的技术方案，对环境依赖小，便于安装和升级改造，成本低。
[0068]这里需要补充的是:上述实施例提供的所述动力提供装置可作为电机，可实现牵引和制动功能，使得运动物体具备非接触式加速和减速能力；还具备非接触式导向能力和悬浮作用，可用于磁悬浮、气悬浮、铁路和地铁等轨道交通以及其他运行器具上。
[0069]本实施例提供的所述动力提供装置是基于“磁通趋强原理”实现的。具体的，所述“磁通趋强原理”是指环路中的总磁通总是趋于最大化。所述动子在所述定子形成的动子运行轨道上移动的过程中，动子和定子之间的磁通环路时而断时而闭合，环路磁通不断地在运动中发生变化。因此，当动子和动子运行轨道上的定子没能形成闭合磁通环路时，动子总是要调整位置关系，使得共同组成的磁通环路中的磁通达到最大，这就形成了彼此之间的受力与运动关系。同时，磁通趋强的方向与动子和定子的相对位置有关，为了获得所需的运动，需要根据动子和定子的相对位置在需要的趋强方向开启、供给励磁电流，在不需要的趋强方向关闭、停供励磁电流。
[0070]下面对本实施例提供的所述动力提供装置中的动子的受力情况和运动过程进行详细描述，以便于充分理解本实施例。
[0071]如图3所示，所述定子1的力域可划分为动力区200和阻力区100。其中，所述定子1的动力区200还可划分为强动力区201和弱动力区202 ;同样的所述定子1的阻力区100还可划分为强阻力区102和弱阻力区101。图3中b的位置为所述定子的力域边界。当动子进入定子的力域作用范围，动子和定子组成的磁通闭合环路即可发挥磁力作用。如果动子在定子1的动力区200开启励磁电流，那么动子受到牵引力，动子做加速运动，或者，动子克服空气阻力和摩擦力等保持匀速运动；如果动子在定子1的阻力区100开启励磁电流，那么动子受到制动力而做减速运动，直至反向运动(倒车)；如果动子的励磁电流始终处于供给状态，那么动子会在动力区200和阻力区100之间来回振荡，最后停在定子1的受力分界点处(图3中标0的位置处)。动力与阻力是个相对的概念，与运动方向相关，如果改变运动方向，则定子的动力区和阻力区互换位置。
[0072]下面结合图2和图3进一步说明所述动子3受力运动过程。一般而言，一系列的定子1按照一定的间隔布置在运动轨迹上，运动轨迹既可以是直线，也可以是曲线；定子1的数量不少于两张。图2为动子相对于定子的运动关系图。这里需要说明的是:图2中示出的处于不同位置的动子可以是单动子的动态结果示意图，也可以是一组动子(即如图12所示当动力提供装置包括有多个动子时的情况)的静态示意图。以下结合动子3加速前进予以说明:
[0073]当所述动子3位于匕(两条定子1的力域边界点)位置处时，所述动子3处于励磁电流被关闭状态，既不受动力，也不受阻力。在偏离Ρο点后，励磁电流有两个相反的作用:若所述动子的中心轴线沿向其前进的方向X前偏(即图2中ΡΜ)，则动子加速；若所述动子的中心轴线沿向其前进的方向X后偏(即图2中PJ，则动子减速。
[0074]当所述动子3位于Pi (前向定子的动力区)位置处时，若所述动子3处于励磁状态，则受前向定子1的牵引所述动子3沿其前进方向加速。
[0075]当所述动子3位于P2 (前向定子的动力区)位置时，若所述动子3处于励磁状态，则受前向定子1的牵引所述动子3沿其前进方向加速。
[0076]当所述动子3位于P3(当前定子的受力分界点)位置时，无论动子的励磁线圈是否供给有励磁电流，所述动子3的受力均为零；因此，在所述动子处于所述P3位置前，应关闭供给给所述动子的励磁电流，以使所述动子3依靠惯性和其他动子(如图12所示当动力提供装置包括有多个动子时的情况)的推力运行。所述动子3依靠惯性和其他动子的推力运行越过受力分界点P3继续运行，动子3即进入定子1的阻力区，由于动子3处于非励磁状态而不再受力，保持匀速直线运动状态，P-!点即是此种情况。
[0077]当所述动子3位于P_i (后向定子的阻力区)位置时，所述动子3处于非励磁状态及非剩磁状态，不受任何力的作用，靠自身惯性，或者，靠其他动子的驱动保持运动状态。
[0078]综上可知，所述动子3通过励磁电流的供给而受力(加速运动阶段)，随着励磁电流的断流而停止受力(惯性运动阶段)，交替受力，循环开关，运动不止。或者，所述动子3可通过多动子的配对配合(如图12所示的一个运行车辆上安装有两个动子)，多动子构成的动子组合持续受力；特别是，当动子组合尚未启动，动子组合中有一个动子位于Ρη点而静止时，由于该动子处在当前定子的阻力域，故不能开启励磁电流产生差分磁力，此时，只有依靠其他位于动力域动子开启而运动。反之，如果为了获得阻力而实现减速、制动或反向运动，那么把上述过程反过来进行即可，即:给位于阻力域的动子供电，获得阻力；在其进入动力域之前断电，免受不希望的动力作用。
[0079]进一步的，上述实施例一中所述的动子3的磁臂31可以为半封闭环形结构磁臂，所述半封闭环形结构磁臂跨设在所述运行轨道上(如图2所示)。如图1所示，所述半封闭环形结构磁臂的开口设置在所述运行轨道上。
[0080]这里需要说明的是:上述实施例中所述定子形成的动子运行轨道分别与所述动子磁臂的开口两个端面之间的距离可以相同也可不同，具体实施时可根据实际的设计需要和使用条件进行人为设定。
[0081]再进一步的，如图4所示，上述实施例中所述的半封闭环形结构磁臂可以是图4a所示的“C”型半封闭环形结构磁臂，图4b所示的半圆形半封闭环形结构磁臂，扇形半封闭环形结构磁臂(图中位示出)、图4c所示的圆形半封闭环形结构磁臂或图4d所示的三角形半封闭环形结构磁臂等等。或者，上述实施例中所述的磁臂还可以采用图4e所示的“E”形结构磁臂或图4f所示的“H”形结构磁臂。相应的，所述运行轨道包括两条平行的子轨道；所述“E”形结构磁臂和所述“H”形结构磁臂的两个开口分别跨设在相应的所述子轨道上。
[0082]所述励磁线圈设置在所述“E”形结构磁臂的中间横臂上；或者所述励磁线圈设置在所述“H”形结构磁臂的中间横臂上。
[0083]图4e和4f示出了双磁口动子的实例。如图4e的E型双磁口动子和图4f的Η型双磁口动子可在每个磁口磁路中分别增设一个励磁线圈，各自单独进行励磁电流控制，以便在曲线运动或其他运动时独启电流；另外，在曲线运动路段，左右两个定子的宽度可以不同，位于外轨迹上的定子的宽度可略大于位于内轨上的定子的宽度。
[0084]相应的，如图5所示，所述定子可以为图5a所示的矩形定子、图5b所示的锥形定子、图5c所示的Η形定子、图5d所示的梭形定子、图5e所示的蛙舌形定子、图5f所示的半型单舌型定子、图5g所示的梯形定子、图5h所示的树形定子、图5i所示的E型三角形组合型定子、图5j所示的三角形定子、图5k所示的鸭舌不对称型定子或图51所示的鼎形定子等等。其中，所述图5i所示的E型三角形组合型定子与所述图5b所示的锥形定子的区别在于:所述E型三角形组合型定子的中部设有两个通孔，设置这两个通孔的目的就是为了节省材料。由此可知，在实际应用中，设计者可根据实际的成本需要以及使用条件(如动力性能要求等)选择相应形状的定子，并可通过设置通孔等方式节省材料，以降低制造成本。
[0085]这里需要补充的是:实际上，上述动子和定子的结构可以相互变换，图6所示，半封闭环形结构作为定子，设置在所述半封闭环形结构的开口处的为动子。图6和图7示了的动子和定子的结构变换后的图。
[0086]如图8所示，本实用新型实施例二提供的动力提供系统的结构示意图。如图8所示，本实施例二提供的所述动力提供系统，包括:动力提供装置10、控制器20和励磁电流提供单元30。其中，所述动力提供装置10包括:定子1和动子3。其中，如图2所示，两个或两个以上的所述定子1沿所述动子3的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道。如图1所示，所述动子3包括磁臂31和励磁线圈2。所述励磁线圈2设置在所述磁臂31上。所述动子3设置在所述运行轨道上，以在所述励磁线圈2上供给有励磁电流时，所述动子3在所述运行轨道上移动使得所述动子3与所述运行轨道上的定子1能构成闭合的磁通环路。所述控制器与所述励磁电流提供单元连接，所述控制器用于获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息，并根据接收到的驱动指令及所述位置信息，生成相应的控制指令，并将所述控制指令发送至所述励磁电流提供单元。所述励磁电流提供单元与所述动力提供装置的励磁线圈连接。所述励磁电流提供单元用于根据接收到的所述控制指令，向所述励磁线圈供给励磁电流以使所述动子在所述运行轨道上作加速或匀速运动，或者切断励磁电流的供给以使所述动子在所述运行轨道上作减速运动。
[0087]本实施例提供的技术方案通过在所述动子的磁臂上设置励磁线圈，较现有技术中需沿途长距离地布设线圈和铁芯，结构更加简单，且成本低；另外，本实用新型提供的技术方案基于差分磁通技术，通过控制所述励磁线圈上的励磁电流就可以实现对动子自由的控制，控制方式简便，易实现。由此可知，本实用新型提供的技术方案，对环境依赖小，便于安装和升级改造，成本低。本实施例除了能发挥直线电机牵引、制动和反向牵引作用之外，还具备导向、曲线拐弯和悬浮作用。
[0088]进一步的，如图所示,上述实施例提供的所述系统还可以包括:检测单元。所述检测单元与所述控制器连接，所述检测单元用于检测所述动子在所述运行轨道上的位置，生成相应的检测信号，并将所述检测信号发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述检测信号，确定所述动子在所述运行轨道上的位置信息。所述检测单元可以设置在所述动子或所述定子上。
[0089]这里需要说明的是:上述实施例是通过设置检测单元来实现动子在所述运行轨道上的位置检测。在实际应用中也可不通过所述检测单元来获取，所述控制器可根据运行轨道的各定子的长度参数、定子之间的距离、动子在所述运行方向上的长度参数、以及动子的运行速度记录、动子运行时间等等参数，采用预设的计算程序计算所述动子当前处于运行轨道上的位置。
[0090]进一步的，如图9所示，所述检测单元可以包括:电容定位器41、压力传感器42或磁通差分检测器43。其中，压力传感器的检测存在延迟，对动子的位置检测实时性低，会影响控制器对动子控制的准确性。所述磁通差分检测器一般是通过红外线来进行定位的，其存在定位范围有限的缺陷，进而影响检测精度。相较压力传感器或磁通差分检测器，电容定位器不存在压力传感器的检测延迟以及磁通差分检测器定位范围有限的缺陷，且安装简单(两块金属极板相对即成)，定位范围宽，定位精度高，响应速度快。
[0091]具体的，所述动子的磁臂为半封闭环形结构磁臂，如图9所示，
[0092]若所述检测单元包括有所述电容定位器41，则所述电容定位器41设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面32上。
[0093]若所述检测单元包括有所述压力传感器42，则所述压力传感器42设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面32上；
[0094]若所述检测单元包括有所述磁通差分检测器43，则所述磁通差分检测器43设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的朝向所述运行轨迹的端面33上。
[0095]其中，为了提高位置检测的准确性，上述电容定位器、压力传感器和磁通差分检测器可设置四个。如图9所示，这四个所述电容定位器可均布设置在所述磁臂的开口处。
[0096]再进一步的，如图10所示，上述实施例所述的动力提供系统还可以包括:参考时钟单元50和外置存储单元60。其中，所述外置存储单元60与所述控制器20连接。所述控制器20可通过电平转换电路70与所述励磁电流提供单元连接。所述电平转换电路70可以将所述控制器输出的低压信号转换为高压信号。所述励磁电流提供单元可以具体包括图10中所示的电流控制开关阵列301及通过过流保护熔丝302连接的供电单元(图中未示出)。所述控制器20接收到所述检测单元40输出的检测信号后，输出相应的控制指令。所述电平转换电路70将低压的所述控制指令转换为高压信号，并输出至所述电流控制开关阵列301，以使所述电流控制开关阵列301根据所述控制指令关闭或打开相应的功率开关，以向所述励磁线圈供电，或切断向所述励磁线圈的供电。
[0097]如图11所示，本实用新型实施例三提供的动力提供系统的控制方法的流程示意图。如图11所示，本实施例三提供的所述方法适应于上述实施例二提供的所述动力提供系统，本实施例提供的所述控制方法的执行主体为上述实施例二提供的所述动力提供系统中的控制器。具体的，所述控制方法包括:
[0098]步骤101、获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息。
[0099]其中，所述控制器获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息，可采用下属两种方法来实现:
[0100]方法一、所述控制器可根据运行轨道的各定子的长度参数、定子之间的距离、动子在所述运行方向上的长度参数、以及动子的运行速度记录、动子运行时间等等参数，采用预设的计算程序计算所述动子当前处于运行轨道上的位置。
[0101]方法二、当所述动力提供系统包括有检测单元时，所述获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息，具体为:
[0102]首先，接收所述检测单元发送的所述检测信号，其中，所述检测信号为所述检测单元根据检测到的所述动子在所述运行轨道上的位置生成的。
[0103]然后，根据所述检测信号，得出所述动子在所述运行轨道上的位置信息。
[0104]这里需要补充的是:若所述检测单元为包括电容定位器，相应的，所述检测信号为携带有电容值的信号；
[0105]上述步骤中所述的根据所述检测信号，确定所述动子在所述运行轨道上的位置信息，包括:
[0106]根据预设的电容值和位置信息的对应关系，获取所述检测信号携带的电容值对应的位置信息，该获取到的所述位置信息即为所述动子在所述运行轨道上的位置信息。
[0107]步骤102、根据接收到的驱动指令和所述位置信息，生成相应的控制指令。
[0108]如图2所示，所述定子的力域可划分为动力区和阻力区。因此，所述定子沿所述动子的运行轨迹排列布置形成的动子运行轨道的力域就可交替的划分为动力区和阻力区。因此，上述步骤中得到的所述位置信息为所述动子处于所述运行轨道上的动力区的信息，或所述动子处于所述运行轨道上的阻力区的信息。
[0109]具体的本步骤可具体包括:
[0110]若所述驱动指令为加速指令，且所述位置信息为所述动子处于所述运行轨道的动力区，则生成开启励磁电流的控制指令；
[0111]若所述驱动指令为加速指令，且所述位置信息为所述动子处于所述运行轨道的阻力区，则生成关闭励磁电流的控制指令；
[0112]若所述驱动指令为制动指令，且所述位置信息为所述动子处于所述运行轨道的动力区，则关闭励磁电流的控制指令；
[0113]若所述驱动指令为制动指令，且所述位置信息为所述动子处于所述运行轨道的阻力区，则生成开启励磁电流的控制指令。
[0114]这里需要说明的是:本步骤所述控制器如何根据接收到的驱动指令和所述位置信息，生成相应的控制指令的控制原理可参见上述实施例一中的相应内容，即结合图2和图3说明的动子受力运动过程部分的内容。
[0115]步骤103、将所述控制指令发送至所述励磁电流提供单元，以使所述励磁电流提供单元根据所述控制指令，向所述励磁线圈供给励磁电流或切断励磁电流的供给。
[0116]在实际应用中，上述动力提供系统的控制方法的所有实现步骤可具体表征为配置于所述控制器上的控制程序。在控制程序中，为了清楚的区分一次控制操作已完成，在控制程序中可添加相应的判定参数，通过判定参数来确定是否已经完成一次控制操作。具体的，如图12所示，本实用新型实施例四提供的动力提供系统的控制方法的流程示意图。本实施例四提供的所述方法，适于包括有设置在所述动子上的电容定位器的所述动力提供系统。如下，本实施例四提供的所述方法包括:
[0117]步骤201、将判定参数设置为第一预设值。
[0118]所述第一预设值可以是0，也可是其他值。
[0119]步骤202、分别获取前路电容值和后路电容值。
[0120]其中，所述前路电容值为沿所述动子的运动方向上的动子前方与动子运行轨道上的当前所述动子所在位置处的定子之间形成的电容值，所述后路电容值为沿所述动子的运动方向上的动子后方与所述运动轨道上的当前所述动子所在位置处的定子之间形成的电容值。
[0121]步骤203、根据预设的电容值和所述位置信息的对应关系，获取所述前路电容值和后路电容值对应的所述位置信息。
[0122]步骤204，根据接收到的驱动指令，确定是否需要给励磁线圈供给励磁电流，若不需要，则切断向所述励磁线圈供给的励磁电流，并执行步骤205 ;否则，向所述励磁线圈供给的励磁电流，并执行步骤206。
[0123]步骤205、判断所述判定参数是否为第二预设值，若是，输出整点信标，并返回至步骤202 ;否则，返回至步骤202。
[0124]其中，所述第二预设值可以是1，也可是其他与所述第一预设值不一样的值。输出所述整点信标的目的也是为了标识这一控制过程已完成，即告知所述动力提供系统中的控制器这一控制过程已完成；另外，告知主控系统本动子经过了一个特定位置，主控系统可以藉此得到运行速度和位置等信息。
[0125]步骤206、判断所述驱动指令是否有变化，若是，则执行步骤207，否则，返回步骤202。
[0126]步骤207、根据变化后的驱动指令及所述位置信息，确定是否需要给励磁线圈供给励磁电流，若不需要，则将所述判定参数设置为第二预设值，并返回步骤202 ;否则，向所述励磁线圈供给的励磁电流，并将所述判定参数置为第二预设值，并返回步骤202。
[0127]上述整个流程即为所述动力提供系统中所述控制器的控制流程。
[0128]下面结合具体试验实例，对本实用新型提供的所述动力提供装置及系统的实用性进行验证，以体现本实用新型提供的技术方案的优越性。
[0129]实例1
[0130]如图13和14所示，自制小车一辆(有导轨)，小车上悬挂安装两张矽钢片冲制后叠成的C型动子200，沿路面木梁上部每隔500mm设置一条梭形定子300，定子由矽钢片冲制后叠成。定子采用图5b所示的锥形定子，定子通过紧固螺杆固定在木梁上。如图14所示，锥形定子的舌宽L2为150mm，动子的口宽H2为200mm ;所述锥形定子的舌厚U为100mm，动子的口高氏为100mm。试验得到:运行时速10km/h (加速和减速)，能减轻路面的颠簸(垂直导向和悬浮作用)，运行正常。
[0131]实例2
[0132]自制小车一辆(无导轨)，其上悬挂安装两张矽钢片冲制后叠成的如图4f所示的Η型双磁口动子，两根木梁平行地固定在地面。每隔500mm在木梁的内侧面设置一对矩形定子，定子由矽钢片冲制后叠成。定子通过紧固螺杆固定在木梁内侧边上形成动子运行轨道。矩形定子的舌宽为60mm，动子的口宽为100mm ;矩形定子的舌厚为50mm，动子的口高为50mm ;所述矩形定子的舌长为100mm,动子的口厚为200mm。试验得到:运行时速10km/h (加速和减速)，保持定向运动(导向)，运行正常。
[0133]实例3
[0134]自制小车一辆(无滚动轮，空气悬浮滑动)，其上悬挂安装四张矽钢片冲制后叠成的如图4f所示的Η型双磁口动子，两根木梁平行地固定在地面，每隔500mm在木梁的内侧面设置一对矩形定子，定子由纯铁铸造而成。所述定子通过紧固螺杆固定在木梁内侧边上形成动子运行轨道。矩形定子的舌宽为60mm，动子的口宽为100mm;矩形定子的舌厚为50mm，动子的口高为50mm，矩形定子的舌长为100mm，动子的口厚为200mm。当小车停在地面时，所述动子的开口结构中心线与所述矩形定子的结构中心线重合，当小车浮起时，定子的结构中心线偏向所述动子的开口的结构中心线的下部。试验得到:运行时速20km/h(加速和减速)，保持定向运动(导向)，气压不足状态仍能维持与地面的间距(悬浮)，运行正堂巾ο
[0135]实例4
[0136]自制小车一辆(无导轨)，其上悬挂安装两张矽钢片冲制后叠成的如图4f所示的Η型双磁口动子，两根弯曲的木梁平行地固定在地面，沿曲线中心线每隔500_在木梁的内侧面设置一对矩形定子(可沿曲线弯曲)，定子纯铁铸造而成。所述矩形定子通过紧固螺杆固定在木梁内侧边上形成动子运行轨道，所述动子运行轨道包括两个子轨道。这两个子轨道中处于内侧的内轨上的定子的舌宽为55mm、两个子轨道中处于外侧的外轨上的定子的舌宽为65mm ;所述动子的口宽为100mm ;所述定子的舌厚为50mm，所述动子的口高为50mm，所述定子的舌长为100mm，所述动子的口厚为200mm。试验得到:运行时速10km/h (加速和减速)，保持曲线定向运动(导向)，运行正常。
[0137]综上可知，本实用新型提供的技术方案结构简单，构型多样，制作简易，便于因地制宜，灵活多用，具有广泛的用途，且具有低廉的造价、优异的性能。用本实用新型提供的所述差分磁通技术制造的动力提供装置，应用在轨道交通、特别是需要悬浮运动的轨道交通，成本低、对环境依赖性小、便于安装和升级改造、节约能耗、节约材料，填补了这方面的空白，是用户理想的降低建设和运营成本的动力工具。
[0138]在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0139]可以理解的是，上述方法及交换机中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
[0140]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0141]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种动力提供装置，其特征在于，包括:定子和动子；其中， 两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹排列布置形成动子运行轨道； 所述动子包括磁臂和励磁线圈； 所述励磁线圈设置在所述磁臂上； 所述动子设置在所述运行轨道上，以在所述励磁线圈上供给有励磁电流时，所述动子在所述运行轨道上移动使得所述动子与所述运行轨道上的定子能构成闭合的磁通环路。
2.根据权利要求1所述的动力提供装置，其特征在于，所述两个或两个以上的所述定子沿所述动子的运行轨迹，等间距的排列布置形成所述动子运行轨道。
3.根据权利要求1或2所述的动力提供装置，其特征在于，所述磁臂为半封闭环形结构磁臂； 所述半封闭环形结构磁臂跨设在所述运行轨道上。
4.根据权利要求3所述的动力提供装置，其特征在于，所述半封闭环形结构磁臂为“C”型半封闭环形结构磁臂、半圆形半封闭环形结构磁臂、扇形半封闭环形结构磁臂、圆形半封闭环形结构磁臂或三角形半封闭环形结构磁臂。
5.根据权利要求4所述的动力提供装置，其特征在于，所述定子为矩形定子、锥形定子、H形定子、梭形定子、蛙舌形定子、半型单舌型定子、梯形定子、树形定子、E型三角形组合型定子、三角形定子、鸭舌不对称型定子或鼎形定子。
6.根据权利要求1或2所述的动力提供装置，其特征在于，所述磁臂为“E”形结构磁臂或“H”形结构磁臂；相应的， 所述运行轨道包括两条平行的子轨道； 所述“E”形结构磁臂和所述“H”形结构磁臂的两个开口分别跨设在相应的所述子轨道上。
7.根据权利要求6所述的动力提供装置，其特征在于， 所述励磁线圈设置在所述“E”形结构磁臂的中间横臂上；或者 所述励磁线圈设置在所述“H”形结构磁臂的中间横臂上。
8.根据权利要求1所述的动力提供装置，其特征在于，所述定子为半封闭环形结构定子; 所述动子处于所述半封闭环形结构定子的开口所形成的所述运行轨道中。
9.一种动力提供系统,其特征在于,包括: 上述权利要求1?8中任一所述的动力提供装置； 控制器，其与励磁电流提供单元连接，用于获取所述动子在所述运行轨道上的位置信息，并根据接收到的驱动指令及所述位置信息，生成相应的控制指令，并将所述控制指令发送至所述励磁电流提供单元； 所述励磁电流提供单元，其与所述动力提供装置的励磁线圈连接，用于根据接收到的所述控制指令，向所述励磁线圈供给励磁电流以使所述动子在所述运行轨道上作加速或匀速运动，或者切断励磁电流的供给以使所述动子在所述运行轨道上作减速运动。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括: 检测单元，其与所述控制器连接，用于检测所述动子在所述运行轨道上的位置，并生成相应的检测信号，将所述检测信号发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述检测信号，得出所述动子在所述运行轨道上的位置信息； 所述检测单元设置在所述动子或所述定子上。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述检测单元包括:电容定位器、压力传感器或磁通差分检测器。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述动子的磁臂为半封闭环形结构磁臂； 若所述检测单元包括有所述电容定位器，则所述电容定位器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面上； 若所述检测单元包括有所述压力传感器，则所述压力传感器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的垂直于所述运行轨迹的端面上； 若所述检测单元包括有所述磁通差分检测器，则所述磁通差分检测器设置在所述半封闭环形结构磁臂开口处的朝向所述运行轨迹的端面上。
【文档编号】G05D3/12GK204129534SQ201420475771
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】刘火林, 李 浩, 郑洪勇, 刘紫玥 申请人:衡括流体动力实验室（北京）有限公司