线性电机和用于控制线性电机的电力电子转换器的制作方法

本披露涉及一种线性电机，并且涉及一种用于控制线性电机的电力电子转换器。此外，本披露涉及一种包括线性电机和用于控制线性电机的电力电子转换器的传送机系统。该传送机系统可以是例如升降机，或者传送机轿厢可沿着竖直路径、水平路径或倾斜路径移动的任何其他传送机系统。

背景技术：

线性电机包括可相对于彼此而线性移动的主要部分和次要部分。主要部分和次要部分设置有用于在线性电机作为线性电动机进行操作时将电能转换为主要部分与次要部分之间的线性移动并且在线性电机作为线性发电机进行操作时将主要部分与次要部分之间的线性移动转换为电能的磁性操作装置。该磁性操作装置可以包括例如多相绕组，所述多相绕组用于在向多项绕组供应交流电流时生成相对于多项绕组而移动的磁场。此外，该磁性操作装置可以包括用于响应于使利用多项绕组生成的磁场移动而生成推力的设备。上述设备可以包括例如提供空间磁阻变化的永磁体、电磁体、导电结构和/或机械结构。多相绕组可以位于线性电机的可移动部分中，并且该用于响应于移动磁场而生成推力的设备可以位于线性电机的静态部分中。还可能的是，多相绕组位于静态部分中，并且该用于响应于移动磁场而生成推力的设备位于可移动部分中。

在许多应用中，线性电机与磁悬浮装置组合，在该磁悬浮装置中，线性电机的可移动部分和连接至该可移动部分的机械结构是磁悬浮的。与包括磁悬浮线性电机的许多系统相关的不便性在于系统的复杂性，因为存在用于生成推力的第一磁性操作装置和用于使可移动部分和连接至其的机械结构悬浮的第二磁性操作装置。

公开ep2131477描述了一种包括具有以规律的间距在定子的上表面和下表面对称地形成的齿的定子的线性电动机。该线性电动机包括可移动构件，该可移动构件包括布置在定子上方的上芯、与上芯对称地布置在定子下方的下芯、以及连接围绕定子的上芯和下芯的磁轭部分。上芯和下芯具有围绕其缠绕的上线圈和下线圈、以及用于检测定子与上芯或下芯之间的空隙和可移动构件的倾斜度的至少一个空隙传感器。控制器基于空隙变化通过调整施加至上线圈和下线圈的电流幅值来执行悬浮控制，并且通过改变电流相位来驱动线性运动。多通道电压电流功率放大器连接至上芯和下芯的每个线圈。

公开us2012262095描述了一种装置，所述装置包括：i)第一构件，支撑第一磁通量承载构件；ii)第二构件，支撑第二磁通量生成构件并且可相对于第一构件而移动；以及iii)气隙控制系统，耦合至第一构件或第二构件。该气隙控制系统包括气隙控制设备，该气隙控制设备被配置用于响应于第一构件和/或第二构件在使第一构件与第二构件之间的距离减小的方向上移动而在第一构件或第二构件上施加力，以便维持第一构件与第二构件之间的距离最小。

技术实现要素：

下文呈现了简化的发明内容以便提供对各个发明实施例的某些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛概要。其既不旨在标识出本发明的关键或必不可少要素，也不旨在界定本发明的保护范围。以下发明内容仅仅以简化的形式呈现本发明的一些概念作为对本发明的示例性实施例的更详细的说明的序言。

根据本发明，提供了一种用于控制线性电机的新型电力电子转换器，该线性电机包括可相对于彼此而线性移动的主要部分和次要部分，其中，该主要部分包括各自具有气隙表面的主要区段，该次要部分包括各自的气隙表面面朝所述主要区段中的对应主要区段的气隙表面的次要区段，每个主要区段包括用于生成趋于使该主要部分相对于该次要部分而纵向移动的纵向磁推力以及将该主要区段朝向这些次要区段中的对应次要区段牵引的横向磁力的力生成绕组，这些主要区段机械地连接至彼此并且这些次要区段机械地连接至彼此，从而使得作用在这些主要区段上的横向磁力可控制用于彼此抵消，并且该主要部分至少在该主要部分的第一端部区域处包括用于生成一个或多个横向磁倾斜控制力以控制该主要部分的纵向方向与该次要部分的纵向方向之间的角偏差的一个或多个倾斜控制绕组。

根据本发明的电力电子转换器包括：

-第一电流供应区段，用于向该线性电机的力生成绕组供应力生成电流，

-第一控制器区段，用于根据与要由该线性电机生成的纵向磁推力相关的控制信息来控制这些力生成电流，

-第二控制器区段，用于根据指示该线性电机的该主要部分相对于该线性电机的该次要部分的横向位置的位置信息来控制与这些主要区段中的不同主要区段相关的力生成电流的差异，以便使该主要部分相对于该次要部分磁悬浮，

-第二电流供应区段，用于向该线性电机的该一个或多个倾斜控制绕组供应一个或多个倾斜控制电流，以及

-第三控制器区段，用于根据指示该线性电机的该主要部分的该纵向方向与该线性电机的该次要部分的该纵向方向之间的该角偏差的倾斜信息来控制该一个或多个倾斜控制电流。

上述位置信息和倾斜信息可以基于例如光学测量和/或感应测量。

在主要部分中存在两个主要区段并且次要部分中存在两个次要区段的示例性情况下，次要区段可以机械地连接至彼此，例如从而使得次要区段的气隙表面面朝相反方向并且次要区段的磁轭部分朝向彼此。还可能的是，主要区段机械地连接至彼此，从而使得主要区段的磁轭部分朝向彼此并且主要区段的气隙表面面朝相反方向。在上文呈现的示例性情况下，可以将作用在主要区段上的横向磁力所产生的结果控制在与线性电机的纵向方向基本上垂直的一个几何维度中。可以通过控制供应至主要区段的力生成绕组的电流之间的差异来控制所产生结果的方向和强度。

在主要部分中存在三个或更多个主要区段并且相应地次要部分中存在三个或更多个次要区段的示例性情况下，次要区段可以机械地连接至彼此，从而使得次要区段的气隙表面在沿着次要部分的纵向方向看时基本上构成规则的多边形，例如，等边三角形或正方形。在此示例性情况下，可以将作用在主要区段上的横向磁力所产生的结果控制在与线性电机的纵向方向基本上垂直的两个几何维度中。

然而，具有挑战性的是，控制供应至力生成绕组的电流从而使得除了实现期望的推力和横向磁力的期望结果之外，还将主要部分相对于次要部分的倾斜保持在可接受的限制内。在此文献中，术语“倾斜”指的是主要部分的纵向方向与次要部分的纵向方向之间的角偏差。可以借助于上述用于生成作用在主要部分的端部区域中的一个或两个端部区域上的该一个或多个横向磁倾斜控制力的一个或多个倾斜控制绕组来控制倾斜。

根据本发明的线性电力驱动器包括上文所述类型的线性电机以及根据本发明的用于控制线性电机的电力电子转换器。

根据本发明，还提供了一种新型传送机系统，该传送机系统包括：

-传送机轿厢，

-上文所述类型的线性电机，用于使该传送机轿厢移动，以及

-根据本发明的电力电子转换器，用于控制该线性电机。

该传送机系统可以例如(但不必要)是该传送机轿厢的移动基本上竖直的升降机。

在所附从属权利要求中描述了本发明的各种示例性和非限制性实施例。

当结合附图阅读时，将根据对以下对具体示例性和非限制性实施例的说明最佳地理解本发明的关于构造和操作方法两者的各个示例性和非限制性实施例及其附加目的和优点。

动词“包括(tocomprise)”和“包含(toinclude)”在此文档中用作既不排除也不要求存在未记载的特征的开放性限制。除非另外明确地说明，可以自由地将从属权利要求中记载的特征相互组合。此外，应理解的是，贯穿此文档的“一个(a)”或者“一个(an)”(即，单数形式)的使用并不排除多个。

附图说明

下文将在示例的意义上并参照附图对本发明的示例性和非限制性实施例及其优点进行更详细的解释，在附图中：

图1a、图1b、图1c、图1d和图1e展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电力驱动器和根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电机，

图2展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电力驱动器的线性电机，并且

图3示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的传送机系统的示意性图示。

具体实施方式

下文给出的说明中所提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另外明确说明，下文给出的说明中所提供的示例列表和示例组是不可穷举的。

图1a示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电力驱动器的示意性图示。该线性电力驱动器包括在图1a中被示出为截面视图的线性电机100。该截面是沿图1b中示出的直线a1-a1截取的，并且截面平面与坐标系199的yz平面平行。图1b示出了线性电机100的横截面。该截面是沿图1a中示出的直线a2-a2截取的，并且该横截面的截面平面与坐标系199的xy平面平行。

线性电机100包括可在线性电机100的纵向方向上相对于彼此而线性移动的主要部分101和次要部分102。该纵向方向与坐标系199的z轴平行。主要部分101包括各自具有气隙表面的主要区段103和104。次要部分102包括各自的气隙表面面朝这些主要区段中的对应主要区段的气隙表面的次要区段105和106。

主要区段103包括用于在被供应给电流时生成纵向磁推力和横向磁力的力生成三相绕组u1、v1和w1。纵向磁推力趋于使主要部分101相对于次要部分102纵向地移动，并且横向磁力将主要区段103朝向对应次要区段105牵拉。纵向磁推力与坐标系199的z轴基本上平行，并且横向磁力与坐标系199的y轴基本上平行。相应地，主要区段105包括用于在被供应给电流时生成纵向磁推力和横向磁力的力生成三相绕组u2、v2和w2。纵向磁推力趋于使主要部分101相对于次要部分102纵向地移动，并且横向磁力将主要区段104朝向对应次要区段106牵拉。

如在图1a和图1b中所展示的，主要区段103和104机械地连接至彼此，并且次要区段105和106机械地连接至彼此，从而使得作用在主要区段103和104上的横向磁力可控制用于彼此抵消，以便形成基本上具有坐标系199的正y方向的结果，或者形成基本上具有坐标系199的负y方向的结果。因此，该结果可控制在与坐标系199的y轴方向基本上平行的一个几何维度中。如图1b中所展示的，主要区段103和104借助于框架结构125机械地连接至彼此。次要区段105和106机械地连接至彼此，从而使得次要区段的气隙表面面朝相反方向并且次要区段的磁轭部分朝向彼此。在此示例性情况下，次要部分102是构成次要区段105和106两者的单一机械结构。因此，次要区段105和106的磁轭部分之间只存在逻辑边界。次要部分102可以包括例如在坐标系199的x方向上彼此堆叠的电绝缘铁磁片。

主要部分101在该主要部分的第一端部区域处包括用于在被供应给第一倾斜控制电流时生成作用在主要部分的第一端部区域上的第一横向磁倾斜控制力的第一倾斜控制绕组t1。主要部分101在该主要部分的第二端部区域处包括用于在被供应给第二倾斜控制电流时生成作用在主要部分的第二端部区域上的第二横向磁倾斜控制力的第二倾斜控制绕组t2。作用在主要区段103上的第一横向磁倾斜控制力和第二横向磁倾斜控制力基本上具有坐标系199的负y方向。可以通过控制第一倾斜控制力与第二倾斜控制力之间的差异来控制主要部分101的纵向方向与次要部分102的纵向方向之间的角偏差，即，主要部分101相对于次要部分102的倾斜。

图1a和图1b中所展示的示例性线性电机是开关通量线性电机，其中，主要区段103和104中的每一个包括以均匀的第一间隔安置的主要区段齿，力生成绕组u1、v1、w1、u2、v2、w2的线圈宽度等于第一间隔，并且次要区段中的每一个包括以均匀的不同于第一间隔的第二间隔安置的次要区段齿。在图1a中，主要区段齿之一用附图标记109来表示，并且次要区段齿之一用附图标记110来表示。被力生成绕组的线圈围绕的每个主要区段齿包括相继处于主要部分101的纵向方向上的两个部分以及位于这两个部分之间的空隙中的永磁体。在图1a中，主要区段齿109的这两个部分用附图标记111和112来表示，并且位于部分111和112之间的空隙中的永磁体用附图标记113来表示。每个永磁体的磁化方向都与主要部分101的纵向方向平行，从而使得位于主要区段齿中的相邻主要区段齿中的永磁体的磁化方向彼此相反。在图1a中，用箭头来描绘永磁体的磁化方向。在根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电机中，主要区段103和104在纵向方向上(即，在坐标系199的z方向上)相对于彼此而移位，以便使磁推力平稳，即，减少磁推力的波动。

图1c展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电机130。图1c示出了线性电机130的主要部分101的端部区域。虽然线性电机130在其他方面可以类似于图1a和图1b中所展示的线性电机100，但是线性电机130包括主要区段103和104两者中的倾斜控制绕组。主要区段103在第一端部区域处包括倾斜控制绕组t11并且在第二端部区域处包括倾斜控制绕组t21。主要区段104在第一端部区域处包括倾斜控制绕组t12并且在第二端部区域处包括倾斜控制绕组t22。

图1d展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电机140。图1d示出了线性电机140的主要部分101的端部区域。虽然线性电机140在其他方面可以类似于图1a和图1b中所展示的线性电机100，但是线性电机140的主要区段103仅在主要部分101的第一端部区域处包括倾斜控制绕组t1。主要区段103在主要部分101的第二端部区域处包括用于生成横向磁力的永磁体107，在控制主要部分101的倾斜时，该横向磁力充当针对利用倾斜控制绕组t1生成的横向磁倾斜控制力的反作用力。需要反作用力是因为利用倾斜控制绕组t1生成的磁倾斜控制力仅仅可以将主要区段103的第一端部区域朝向次要区段105牵拉，而不能将主要区段103的第一端部区域推离次要区段105。

图1e展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电机150。图1e示出了线性电机150的主要部分101的端部区域。虽然线性电机150在其他方面可以类似于图1a和图1b中所展示的线性电机100，但是线性电机150的主要区段103仅在主要部分101的第一端部区域处包括倾斜控制绕组t1。主要区段104在主要部分101的第一端部区域处包括用于生成横向磁力的永磁体108，在控制主要部分101的倾斜时，该横向磁力充当针对利用倾斜控制绕组t1生成的横向磁倾斜控制力的反作用力。

图1a所展示的示例性线性电力驱动器进一步包括用于控制线性电机100的电力电子转换器160。电力电子转换器160包括第一电流供应区段114，该第一电流供应区段用于向线性电机100的力生成绕组u1、v1、w1、u2、v2、w2供应力生成电流。电力电子转换器160包括第二电流供应区段119，该第二电流供应区段用于向该线性电机的倾斜控制绕组t1和t2供应倾斜控制电流。电流供应区段114可以包括例如用于供应力生成电流的频率转换器。电流供应区段119可以包括例如用于供应倾斜控制电流的可控直流电压源。电力电子转换器160包括用于控制第一电流供应区段114和第二电流供应区段119的控制系统115。控制系统115包括第一控制器区段116，该第一控制器区段用于根据与要由线性电机100生成的纵向磁推力相关的控制信息来控制力生成电流。控制系统115包括第二控制器区段117，该第二控制区段用于根据指示主要部分101相对于次要部分102的y方向位置的位置信息来控制与主要区段103和104相关的力生成电流的差异，以便使主要部分相对于次要部分磁悬浮。控制系统115包括第三控制器区段118，该第三控制器区段用于根据指示主要部分101的纵向方向与次要部分102的纵向方向之间的角偏差的倾斜信息来控制倾斜控制电流。上述位置信息和倾斜信息可以基于例如光学测量和/或感应测量。

控制系统115可以利用一个或多个处理器电路来实施，每个处理器电路都可以是可编程处理器电路，该可编程处理器电路设有适当软件、比如例如专用集成电路“asic”等专用硬件处理器、或者比如例如现场可编程门阵列“fpga”等可配置硬件处理器。此外，控制系统115可以包括一个或多个存储器电路，这些存储器电路中的每一个都可以是随机存取存储器“ram”。

图2展示了根据本发明的示例性和非限制性实施例的线性电力驱动器的线性电机200。线性电机200包括可在与坐标系299的z轴平行的方向上相对于彼此而线性移动的主要部分201和次要部分202。主要部分201包括各自具有气隙表面的主要区段。次要部分202包括各自的气隙表面面朝这些主要区段中的对应主要区段的气隙表面的次要区段205、206、215和216。每个主要区段包括用于生成趋于使主要部分201相对于次要部分202纵向地移动的纵向磁推力以及将所考虑的主要区段朝向这些次要区段中的对应次要区段牵拉的横向磁力的力生成绕组。主要区段机械地连接至彼此并且次要区段205、206、215和216机械地连接至彼此，从而使得作用在主要区段上的横向磁力所产生的结果可控制为零、或者在坐标系299的xy平面中具有期望的方向和期望的强度。主要部分201在主要部分201的一个或两个端部区域处包括用于控制主要部分201的纵向方向与次要部分202的纵向方向之间的角偏差的一个或多个倾斜控制绕组。虽然未在图2中示出主要区段，但是每个主要区段可以例如类似于图1a中所示出的主要区段103。虽然未在图2中示出该一个或多个倾斜控制绕组，但是该一个或多个倾斜控制绕组可以根据图1a、图1c、图1d或图1e中所呈现的倾斜控制绕组。图2中示出的示例性线性电机200进一步包括用于在磁悬浮装置不运行的情况下相对于次要部分202支撑主要部分201的安全轮。在图2中，安全轮之一用附图标记240来表示。

在图2中所展示的示例性线性电力驱动器中，次要区段205、206、216和216机械地连接至彼此，从而使得这些次要区段的气隙表面在沿着次要部分201的纵向方向(即，沿着与坐标系299的z轴平行的几何直线)看时基本上构成正方形。在次要区段的数量至少为三个的情况下，这些次要区段可以机械地连接至彼此，从而使得这些次要区段的气隙表面在沿着次要部分的纵向方向看时基本上构成规则的多边形。

图3示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的传送机系统的示意性截面视图。截面平面与坐标系399的xz平面平行。在此示例性情况下，传送机系统是包括基本上竖直的传送机竖井320的升降机，该传送机竖井可以例如是建筑物(例如，公寓楼)的一部分。传送机系统包括传送机轿厢321，该传送机轿厢可在表示限定传送机轿厢321的移动路径的机械结构的传送机竖井320中移动。传送机系统包括根据本发明的实施例的用于使得传送机轿厢321移动的线性电机300。传送机系统包括根据本发明的实施例的用于控制线性电机300的电力电子转换器360。线性电机300包括主要部分301，该主要部分包括上文参考图1a至图1e所描述类型的力生成绕组和一个或多个倾斜控制绕组。线性电机300包括次要部分302，主要部分301可在竖直方向上相对于该次要部分而移动。在此示例性传送机系统中，线性电机300的主要部分301附接至传送机轿厢321，并且次要部分302附接至传送机竖井320。图3中所展示的示例性传送机系统包括用于向电力电子转换器360供应电能的柔性线缆330。还可能的是，传送机竖井320设置有竖直导体轨，并且传送机轿厢321设置有用于取决于线性电机300是充当线性电动机还是线性发电机而从或向竖直导体轨接收或供应电能的杆形受电器。

上文给出的说明中所提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求书的适用性和/或解读。除非另外明确说明，上文给出的说明中所提供的示例列表和示例组是不可穷举的。