CN107925339A - 线性马达驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性马达驱动系统，该线性马达驱动系统用于使车辆(3)在行驶路线(1)上的加速区段之内加速。该线性马达驱动系统包括定子，定子具有至少两个沿着行驶路线(1)布置的定子元件(2)，其中，定子元件(2)组合成至少两个定子组(4.1‑4.4)。此外，线性马达驱动系统包括动子(17a、17b)，动子固定在车辆(3)上。每个定子组(4.1‑4.4)与至少一个自身的用于供能的能量转换器(5.1‑5.4)永久连接，能量转换器可被单独地控制。定子组(4.1‑4.4)中的至少两个布置成，使得动子可同时与至少两个定子组(4.1‑4.4)相互作用。本发明还涉及一种用于使用于娱乐设施中载人的车辆3加速的线性马达驱动系统的应用。

Description

线性马达驱动系统
技术领域
本发明涉及线性马达驱动系统，该线性马达驱动系统用于使车辆在行驶路线上的加速区段之内加速，尤其用于娱乐设施中的载人。该线性马达驱动系统包括定子，定子具有包括定子绕组的至少两个沿着行驶路线布置的定子元件，其中，定子元件组合形成至少两个定子组。此外，线性马达驱动系统包括动子，动子固定在车辆上且动子能够与由定子产生的磁场相互作用。本发明还涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于使用于娱乐设施中的载人的车辆加速的线性马达驱动系统的应用。
背景技术
对于娱乐设施，已知有多种驱动系统。例如，已知通过液压系统驱动载人车辆(Personenfahrzeug)。也已知基于飞轮驱动装置和气动式驱动装置的系统。对此始终追求更高的速度和更高的加速度，以便实现更高的紧张刺激。对此越来越多地使用线性马达。如今，线性马达在约160km/h时到达其极限，且还未达到相比于液压驱动的系统所实现的240km/h的最大速度。但是在娱乐设施中使用线性马达驱动车辆提供了各种优点。线性马达无磨损，能够能源经济地运行且能够有针对性地控制车辆(Fahrzeugs)的位置和速度。
通常，定子作为所使用的线性马达的主动部件明显长于作为被动部件的动子，动子固定在车辆上。因为给整个定子通电会导致很大的损耗，因此仅局部地给定子通电。例如WO 99 242 84提出，各个定子区段串联连接且通过并联的开关装置桥接未用于推进力的定子区段。因为为了将恒定的力传递(Kraftübertragung)到定子上始终彼此同时给至少两个定子组通电，所以由于串联必须减小定子区段的设计电压(Auslegungsspannung)。线性马达驱动系统的最大设计电压通常由于技术有限性、例如半导体开关的绝缘强度以及调节性或技术可靠性方面的要求而受到限制。同样地，通过技术和经济限制而使得最大可能的电动机电流受限。因此，通过串联连接减小了线性马达驱动系统的可实现的最大的驱动功率。同时在并联连接的开关装置中的功率开关的电压降导致能量损耗。EP 2 156 979提出另一方案，在其中包括至少两个供能单元，且在其中定子区段以定子组的形式成组地赋予给供电单元，其中，各个定子组的定子区段沿着线性马达交替地且定子组的定子区段分别并联连接。仅定子组的并联的定子区段的相应有助于传递功率的定子区段根据动子的位置通过受控的开关被接通。该开关可未受载地进行开关并降低损耗。但是，为了能够未受载的开关，必须根据定子长度以及开关的开关持续时间与最大的推进速度的乘积调整动子长度。但是这必然使得动子长度减小，由此也降低了驱动系统的性能。
发明内容
本发明的目的是提供开头所述技术领域中的线性马达驱动系统，该线性马达驱动系统能够在较短的加速路段上加速到较高的速度且同时降低制造成本以及维护成本。
该目的通过权利要求1的特征实现。根据本发明，每个定子组与至少一个用于供能的能量转换器永久连接，能量转换器可被单独地控制。在此情况下，定子组中的至少两个布置成，使得动子同时可与至少两个定子组相互作用，从而至少两个定子组能够同时分别通过各自的能量转换器供能。为了提高车辆的加速度，定子优选额外地被主动冷却。
通过根据本发明的线性马达驱动系统能够实现较高的加速功率以及在高速时产生高的驱动力。由此可缩短加速路段以及缩短定子长度。同时可以省略开关，因为不再需要在各个定子组之间的切换。因此不仅节省了开关元件的成本而且也由于省略开关而节省了由于在开关处的电压降带来的能量损耗。同时可用较小的且成本明显更低的能量转换器代替较大的更贵的能量转换器。由此同样降低制造和维护成本。
在本发明中加速度理解为正向和负向的加速度。正向的加速度提高车辆的速度，而负向的加速度降低车辆的速度或使车辆制动。在后者的情况下，加速区段相应于制动区段或减速区段。在加速区段的区域中，行驶路线是直的、弯曲的或倾斜的。
在定子组和至少一个供能装置之间的永久连接是指这样的连接，不管动子沿着行驶路线的位置如何都会存在该连接，且因此没有根据动子的位置要求接通或断开连接。但是能够使在定子组和与定子组连接的能量转换器之间的永久连接包括断路开关，断路开关能够中断在定子组和相应的能量转换器之间的连接或使其短路，以便例如考虑到安全技术方案。该安全技术方案尤其包括用于上车和下车过程以及用于维护工作的断开电流或定子组和/或定子元件的断开电流或短路，从而能够在紧急情况下制动车辆。
通过主动冷却定子，能够进一步提高线性马达驱动系统的推进力以及可实现的最大的功率。主动冷却在本发明中是指强行实施的流体冷却，即气体或液体冷却。在气体冷却的情况下，使用于排走热量的气体在定子的外表面上或通过冷却通道穿过定子。优选地，在用气体进行冷却时用环境空气作为冷却介质。所使用的冷却介质可额外地通过热交换器被冷却。在液体冷却的情况下，使用冷却液排走热量。对此，定子元件设有冷却通道，冷却液通过冷却通道以便排走热量。冷却液优选地通过闭合的冷却回路进行输送且通过热交换器主动冷却。液体冷却和气体冷却的组合也是可能的。
可替代地，定子也可被动冷却，例如通过安装在定子外侧上的散热器、集成在定子中的冷却面或通过在定子或定子元件和布置定子元件的行驶路线之间的导热连接进行。
也可将上述不同的冷却形式彼此结合。
在能量转换器和定子组之间的能量交换优选可在两个方向上进行：定子组一方面可通过至少一个通过永久连接而连接的能量转换器供给能量。另一方面，定子组也可将能量输出给至少一个通过永久连接而连接的能量转换器。在前者情况下，定子组以电动机方式工作，在后者的情况下通过以发电机方式工作。
在另一实施方式中，定子组中的至少三个布置成，使得动子可同时与至少三个定子组相互作用，从而至少三个定子组可同时分别通过各自的能量转换器供给能量。
当然可行的是，线性马达驱动系统除了第一动子以外也可包括其他的动子，其他的动子分别固定在另一车辆上。同样地，线性马达驱动系统可包括其他的定子，其他的定子用于使车辆在其他的加速区段之内进行加速。
在另一优选的实施方式中，动子的有效长度比由两个前后相继的定子组产生的磁场的有效长度长，但是优选比定子的有效长度短。动子的有效长度是指动子的沿着车辆在行驶路线的方向上的作用区域的伸展，在该作用区域中，动子的磁场能够与定子的磁场相互作用。定子的有效长度相应地是指定子的沿着行驶路线的作用区域的伸展，在该作用区域上定子的磁场能够与动子的磁场相互作用。类似地，两个前后相继的定子组的有效长度是指两个前后相继的定子组沿着行驶路线的作用区域的伸展，在该作用区域中两个前后相继的定子组的磁场能够与动子的磁场相互作用。各个定子元件的有效长度相应地定义。
对此，定子组在其定子元件在空间上前后相继地在行驶路线(Fahrtstrecke)的方向上彼此相继布置时看作是前后相继的。在定子构造成一排的情况下，此时也可使电动机的能量从两个或更多能量转换器同时从定子传递到动子上或使发电机的能量从动子通过定子回送到两个或更多能量转换器上。定子组或定子元件在此可在行驶方向上直接连接或也可具有空隙，从而定子和/或定子组在其相应的沿着行驶路线的有效长度之内的作用区域也可具有空隙。但是该空隙必须小于动子的有效长度，因为否则在定子的作用区域中存在这样的位置，在该位置中动子不再能与定子相互作用，且因此在该位置中不会有推进力在动子上产生。
但是也能够使至少两个能量转换器同时传递能量，这在至少两个定子组平行于行驶方向或在行驶路线的方向上重叠布置且定子组的作用区域与动子的有效长度重合时实现。
优选的具有在空间上在行驶路线的方向上安装有定子组的实施方式的优点是，定子更窄且通常成本更低。平行布置或重叠布置的优点是动子更短。
在特别优选的实施方式中，动子的有效长度比在空间上相继布置的两个定子组的有效长度更长，其中，至少另一定子组与在空间上相继布置的两个定子组平行地布置，从而另一定子组的作用区域在行驶路线上位于在空间上相继连续布置的两个定子组的作用区域之内。由此能够同时地从至少三个逆变器通过定子将能量传递到动子上。
优选地，虽然动子的有效长度比两个前后相继的定子组的有效长度更长，但是也短于定子的有效长度。这种线性马达驱动系统是长定子线性马达驱动系统。因此，这种长定子包括至少三个定子组和至少三个定子元件。在该优选的实施方式中，动子可在行驶路线上的加速区段之内的至少一个位置中在其整个有效长度上与定子的磁场相互作用，以便产生推进力或制动力。
但是在特别长的车辆中，大多由多个车厢组成的车辆中，动子的有效长度也可比定子的磁场的有效长度更长。在这种情况下，在车辆以动子的整个有效长度位于定子的作用区域中时，所有的定子组可同时用于力传递。
在优选的实施方式中，动子的有效长度在车辆长度上分布。
车辆可由多个相继排列的车厢构成。车厢通过连接元件彼此连接，连接元件使得车厢之间的在行驶路线的方向上的距离基本保持恒定，但是补偿车厢相对于彼此的角度变化和/或小的相对横向运动。连接元件例如可包括简单的铰接件、球窝接头或万向接头。但是也可使用无铰接的联接件，联接件例如配设有沿横向方向为弹性的元件。但是作为连接元件也可使用非机械式元件，例如磁体联接件。包括多于一个车厢的车辆的动子优选分布在多于一个的车厢上，从而也使得动子的有效长度分布在多个车辆上。
在这种优选的线性马达驱动系统中，可实现的加速度几乎与车辆的长度无关，因为线性马达驱动系统的推进力如同需要加速的车辆质量一样与车辆长度成正比，因为根据车辆的长度可为更多的定子组供电且与动子相互作用。
有效的有效长度由组成车辆动子的各个动子元件的有效长度的总和得出。例如仅每第n个车厢可设有动子元件，由此降低了有效的有效长度，而动子的有效长度可与在每个车厢的整个长度上安装有动子元件的车辆中的长度一样。同样能够使得定子在其纵向伸展中包括空隙，例如可通过制动元件代替各个定子元件。这尤其在行驶路段的需要较小加速的区域中是可行的。例如制动元件允许由于紧急情况或电源失效而在车辆回转的情况下制动车辆。
根据本发明的线性马达驱动系统也还可在能量转换器失效的情况下运行。
在另一优选的实施方式中，根据本发明的线性马达驱动系统具有馈电单元(Speiseeinheit)和至少两路的供给总线。供给总线优选是直流电压总线(Gleichspannungsbus)。供给总线可通过馈电单元与电网(Stromnetz)连接。能量转换器可通过供给总线供电。
通过供给总线可将多个能源转换器连接在共用的馈电单元上。供给总线也实现了在馈电单元和能量转换器之间的能量交换，但是也实现在能量转换器本身之间的能量交换。特别优选地，使用单个馈电单元。
馈电单元实现了连接在电网上，优选连接在开放式电网上。电网可为直流电网或交流电网，尤其是三相电网。
供给总线可被分配，例如在中间分成两路，从而使得能量转换器与馈电单元的距离和/或供给总线的长度最小。优选地，供给总线是两路的直流供给总线，两路的直流供给总线通过直流电压中间回路能够在接线复杂度很小的情况下实现馈电单元以及能量转换器的最大程度的解耦。特别优选的是直流电压中间回路，直流电压中间回路例如相比于电流中间回路实现了能量转换器的简单并联。在连接在交流电电网和直流电压供给总线上的情况下，馈电单元包括用于将交流电压转变成直流电压的整流器。整流器在此可实施成无源的也可实施成有源的。具有有源整流器的馈电单元在此也可实施成能够再循环的，以便能够将多余的能量回送到电网中，多余的能量例如在车辆制动时通过线性马达驱动系统的发电机运行产生。另一方面，有源整流器也实现了对中间回路电压的调控。此时不仅可使中间回路电压稳定，而且也可实现稍微更高的电压水平，这有利于减小加速路程。
通常，馈电单元通过变压器连接在电网上。在大多情况下，电网是低电压或中电压三相电网。变压器用于以电流隔离(galvanischen Trennung)的方式使线性马达驱动系统与电网分离以及用于使电压幅值匹配馈送模块的允许的馈入电压。
可替代地，能量转换器也可具有集成的馈电单元，或也可实施成直接转换器，从而可省去供给总线和单独的馈入单元。
直接变频器能够再循环且在车辆以恒定速度运动时具有较大的作用效率，在该恒定速度中输入频率和输出频率相等。
优选地，根据本发明的线性马达驱动系统的能量转换器沿着加速区段分布地布置。通过能量转换器沿着加速区段的分布可降低接线复杂性。这尤其在能量转换器通过双路供给总线连接时适用。对此，能量转换器安装成尽可能靠近定子组。
通过能量转换器沿着加速路段的分布使得用于中央电力设施室的空间需求更小。在设备较大的情况下，在行驶路线附近通常提供足够的空间，在其中可安装逆变器。通过较短的缆线还减小了功率损耗和电磁干扰。能量转换器还可额外地设有用于连接传感器的传感器输入部。因此，通过使能量转换器布置在定子组附近也可缩短传感器缆线，且因此减小干扰。能量转换器可通过数字总线彼此连接，从而实现尽可能简单的数据交换。但是在某些情况下可为有利的是，能量转换器安装在中央或在缺少空间的情况下沿着行驶路线使能量转换器远离行驶路线。
在特殊的实施方式中，将能量转换器集成在定子组中，由此能够特别简单地构造驱动系统。
在另一优选的实施方式中，根据本发明的线性马达驱动系统包括储能装置，储能装置连接在供给总线上。储能装置使得来自电网的最大馈入功率或进入电网的馈出功率降低。储能装置优选包括至少一个电池。储能装置尤其能够在从电网中馈入能量或将能量回送到电网中时减小功率峰值，因为线性马达驱动系统在车辆加速到较高的速度时从储能装置中获取大量能量或在制动到较低速度时可回送到储能装置中。
由此减小了整个设备的消耗功率。最佳地，储能装置可接收或输出对于车辆运动周期所需的所有能量。
对于运动周期所需的能量，除了用于使车辆加速所必需的动能以外也可包括势能，势能用于越过高度或克服否则保留的力，例如弹簧力。如果车辆的所有动能和势能都存储在储能装置中，此时仅需从电网中获取损耗功率。
但是在某些情况下，在驱动系统能够进行馈出，尤其损耗功率很小时是足够的。在这种情况下，在制动过程中释放的多余能量被回送到电网中且没有被暂时存储。可替代地，既不暂时存储能量也不回送能量的线性马达驱动系统也是可以的。该变型方案在损耗功率特别高使得由于技术和/或经济原因对能量的存储或将能量回送到电网都没有意义时可为有利的。
在特别优选的实施方式中，储能装置通过电池模块实现。通过电池模块可在成本很低的同时实现高的功率密度。对此，电池模块优选配备有可快速充电的锂离子电池。为了实现快速充电和放电以及很高的使用寿命，电池优选仅放电最大为其总电容的约5％，以更优选的方式最大放电其总电容的约1％。电池模块具有非常高的存储容量且可具有非常长的例如直至约20年的使用寿命。同时电池模块实现了对能量的长期存储，例如即使在设备较长时间停机的情况下。尤其电池模块可通过直接的DC-DC转换器连接在直流电压总线上，直流电压总线无需例如从1000V减低至500V的电压降。然而可使用其他的储能装置，例如超级电容或飞轮，它们二者同样能够实现高的功率密度。
在另一优选的实施方式中，能量转换器实施成逆变器、优选多相逆变器。逆变器由直流电压产生具有可变频率和幅值的交流电压或由直流电流产生交流电流。
对此，多相逆变器优选实施成两相或三相逆变器，两相或三相逆变器由直流电流或直流电压产生两相或多项交流电压，尤其两相或三相交流电压。
根据定子类型，逆变器可产生正弦形状的输出电流或框形的输出电流。例如，为了运行电子换向式定子(elektronisch kommutierten Stators)，框形换向的输出电流可为有利的。但是在框形换向的输出电流中不利的是，相比于正弦形换向的输出电流具有较高的力波动性以及相应地具有提高的噪音生成。但是也可想到其他的电流形式。
一个优选的实施方式规定，使用多相逆变器，多相逆变器的每个相包括单相逆变器。通过控制单相逆变器相移实现多相。该单相逆变器中的每一个都具有分别包括两个连接端的输出部，在两个连接端之间可连接定子组的一个相，其中，定子组的相彼此电分离。由此实现了，能够用比在输出电压耦合时用传统的多相逆变器运行电动机的情况更低的中间回路电压运行电动机。单相逆变器可通过两个并行的半桥(双电路)实现，半桥被控制彼此错开180°。
优选地使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为逆变器中的开关，因为绝缘栅双极晶体管实现了对负载电流的有效调控。但是也可同时使用其他的开关，例如高电压功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)开关。优选地，对此使用基于硅(Si)、碳化硅(SiC)和砷化镓(GaAs)的半导体开关作为开关。
可替代地，在例如使用机械式换向时，能量转换器例如可为直流电流转换器。但是，作为能量转换器，也可使用变频器或可直接连接在电网上或通过变压器连接在电网上的直接转换器。
特别优选地使用低压逆变器，优选设计用于相同功率的低压逆变器。低压逆变器比在更高电压下工作的逆变器(例如中压逆变器)明显成本更低且更安全。此外，在使用低压逆变器时的安全方面的支出显著降低：可降低成本且同时实现更高的功率密度，且因此实现更短的加速路程。
低压逆变器是指具有的交联(verketteten)的交流电压有效值最大为1000V或最大的直流电压最大为1500V的逆变器。通过限制在低电压构件上，简化了线性马达驱动系统的运行和维护，因为无需培训且不怎么需要昂贵的专用设备。
此外，通过使用功率相同的低电压逆变器使得设备能够简单地设定尺寸。由此也能够降低实际购置成本、制造成本以及维护成本。
但是也能够根据行驶路线的加速区段的特殊零部件的特殊要求调整各个定子组和/或与之连接的逆变器。例如，定子组必须安装在加速区段起始处，在该处车辆的速度还很低，虽然力很高，但是功率很小。所以该定子组的定子元件可包括这样的定子绕组，该定子绕组具有较高的匝数且由此以比在车辆以最大速度运动的区域中的定子组更小的电动机电流来产生推进力。可为有利的是，根据路段的速度调整定子绕组和能量转换器。但是也可为有利的是，仅根据逆变器的功率调整路段的定子组的定子元件的数量，使得可仅使用功率相同的逆变器。相比于在需要高速和/或大功率的区域中，在速度低且所需功率小的路段中可将定子组的定子元件的数量选择得更大。这种路段的定子元件可串联，以便可更好地利用连接的能量转换器的可用电压。相反也能够在较高速度或较大功率的区域中减小定子组的定子元件的数量。但是也能够根据相应路段和在该路段中相应所需的功率和/或速度调整定子绕组或匝数和定子组的定子元件的数量。例如在需要低速和/或小功率的路段中可设计用于高的电压常量的定子元件的定子绕组或以高的匝数缠绕。因为为了运行这种定子元件所需的电动机电流和所需的功率很小，因此可使多个这种定子元件与定子组并联连接且通过可设计成用于与其他路段的功率相同的功率的能量转换器来运行。
因此，能够根据相应的路段调整能量转换器，以便降低成本或节省能量。但是相反地，也可根据相应的路段调整定子组或定子元件，尤其每个定子组的定子元件的数量。当然也能够根据行驶路线的路段和对应的期望加速度和运动路径结合各个能量转换器的设计功率、每个定子组的定子元件的数量、在一个定子组之内的定子元件的接线和定子元件、尤其绕组的性能。
在另一特别优选的线性马达驱动系统实施方式中，为了提高车辆的加速度用液体冷却定子。
通过结合分散驱动拓扑和定子的液体冷却可实现高的功率密度，高的功率密度实现了，即使车辆速度很高，也能够产生很高的力。由此可进一步缩短加速路程。在优选的实施方式中，由于高的热容量而使用水作为冷却液，但是也可使用如冷却油这样的其他冷却液。后者无需防腐蚀措施且不导电，这在泄漏时是有利的。优选地，冷却液通过热交换器被冷却到预定的温度或与环境温度相关的温度。必要时,可实现尽可能与环境温度无关地对定子进行冷却，这例如在通过鼓风机用环境空气进行强制冷却时是不可行的。
在本发明的另一特别优选的实施方式中，定子元件分别包括由不导电的材料制成的至少一个第一支承板和具有至少一个扁平线圈的定子绕组，所述扁平线圈布置且浇铸(vergossen)在第一支承板的留空部中。此外，为了进行液体冷却，定子包括至少一个冷却元件，冷却元件具有由非金属材料制成的扁平冷却壳体。定子元件的支承板与冷却壳体的第一侧面进行面连接，使得扁平线圈的相对于留空部的外侧面直接紧邻冷却壳体。
由于支承板使用不导电的材料，使得在定子和动子之间的磁阻效应最小且避免了齿槽转矩。由此也没有出现源于齿槽转矩的力波动。同样地，减小了在定子和动子之间的磁吸引力且避免了与位置相关的横向力，该横向力例如由于在定子和动子之间的在行驶路线上不恒定的空隙造成。
该优选实施方式的构造允许非常平的结构方式且有效的冷却。此外，该构造实现了模块化设计和简单安装。由于冷却壳体使用了非金属材料，无需采用特殊措施来抑制涡流损耗。优选地，壳体由与定子元件的支持板类似的材料构成。由此，冷却壳体也具有类似的热性质，由此避免了热变形和在支承板和冷却壳体之间的应力。同时地，冷却壳体机械增强定子结构且对此有助于系统的刚度。通过使冷却壳体与布置在支承板中的留空部中的扁平线圈直接紧邻可简单地排走绕组的热量。
至少一个扁平线圈有利地浇注在留空部中。
优选用环氧树脂浇注扁平线圈。通过浇注使得扁平线圈获得额外的稳定性，尤其防止扁平线圈变形和移动。同样地，可使用具有良好的导热能力的环氧树脂，以便能够更好地排走热量。也可在安装冷却壳体之后浇注留空部，其中，通过浇注同时使冷却壳体与非金属的支承板连接。
冷却元件由于面式地构造而构造成层状的，其中，可将冷却通道大面积地加工到板中。
可替代地，可将冷却通道直接集成在定子壳体的支承板中，例如通过钻出冷却通道或将管路置入定子壳体的留空部中，然后用环氧树脂浇注，优选地，在浇注定子绕组时。对此，管路可由塑料或金属制成，例如由铜或铝或由优选不锈钢合金制成。
在另一优选的实施方式中，定子元件的定子绕组是多相的，且定子元件的每个相包括至少一个扁平线圈。所述扁平线圈在此与行驶路线平行地并排布置在第一支承板的留空部中且限定第一线圈排列，使得第一线圈排列的扁平线圈的相对于留空部位的外侧面位于一个平面中且与冷却壳体直接紧邻。
但是也能够使各个相分布在多个定子元件上。尤其，也可每个相设置一个定子元件。由此，即使使用标准定子元件也可在连接或结合各个定子元件时实现非常高的灵活性。
多相绕组实现了具有逆变器的线性马达驱动系统、尤其作为永久激励的同步电机或异步电机的有效运行。扁平线圈平行于行驶路线彼此并排一排地在留空部中的布置方案实现了定子的尤其平面式的构造、简单的制造以及简化的安装。由于平面式构造方式可实现小的空隙且使得杂散磁场以及损耗最小。通常也可使扁平线圈叠置和/或绕组轴具有与垂直于行驶路线的角度不同的角度。
在另一优选的实施方式中，根据本发明的线性马达驱动系统的定子元件包括由不导电的材料制成的第二支承板和具有至少一个扁平线圈的定子绕组，扁平线圈布置在第二支承板的留空部中。对此，第二支承板与冷却壳体的第二侧面以面接触的方式连接，使得第二支承板的扁平线圈的相对于留空部的外侧面直接紧邻冷却壳体。
通过由两个支承板(两个支承板包围冷却壳体)组成的三明治形状的结构可实现刚度非常高的且尤其对称的构造方式。同时地，冷却元件可在两侧排走热量，由此提高冷却效率。也能够使第二支承板布置在第一支承板的自由侧面上，即，第一支承板的与冷却板相对的侧面上。在该实施方式中，可在第二支承板的与第一支承板不相邻的侧面上布置有冷却壳体的第二冷却板，确切地说，使得第二支承板的扁平线圈的相对于留空部的外侧面与第二支承板的冷却壳体紧邻。通过该布置方式使得在两侧排走定子元件的热量，所以定子在热技术方面被封装。
在本发明的特别优选的实施方式中，多相的定子绕组的多个扁平线圈与行驶路线平行地并排布置在第二支承板的留空部中。多个扁平线圈限定第二线圈排列。第二线圈排列的扁平线圈的相对于留空部位于外部的侧面位于一个平面中且与冷却壳体的第二侧直接紧邻。因此，冷却板可布置在两个定子排列之间的中间。通过该布置方式，冷却板可在两侧从定子排走热量，其中，可在定子绕组的中间进行排热，在中间预期产生最大热量。此外，通过两排的布置方式朝向冷却板实现了对称的定子结构。对此，第一和第二线圈排列优选构造成相同形式的且彼此平行，使得它们对由定子产生的磁场的贡献均等。由此实现了特别有利的尽可能没有横向力的力产生。同样，在定子板中实现了对称的热分布且使得在线性马达的空隙的方向上的热变形最小。对称的构造对于提高系统刚度也是有利的。
在线性马达驱动系统的另一优选的实施方式中，冷却元件是无金属的。通过使用无金属的冷却装置防止在冷却元件中的涡流损耗。此外，在使用水作为冷却介质时没有产生腐蚀风险。无金属的冷却元件同时电绝缘，所以在不使用进一步电绝缘层的情况下直接邻接在定子的扁平线圈上。
但是可替代地，也可使用基于金属的冷却元件，但是，该冷却元件如同定子壳体的支承板一样应为无铁的或非磁性的。冷却元件例如可包括由铝或钛制成的金属壳体或非金属的壳体，例如由加入了用于引导液体的金属部分的塑料制成的壳体，例如加入金属管或金属薄膜。也可使用具有金属颗粒的塑料壳体以便改善导热性能。但是，应当避免导电性好的相关的大的与磁场垂直的面，以便降低涡流损耗。这例如可通过粉末冶金制造(烧结)的金属散热器或在金属板材上施加狭槽来实现。
此外，无金属的冷却元件一体地实施的实施方式也是优选的。一件式的冷却元件理解为具有冷却壳体的冷却元件，该冷却壳体由单一的材料制成。由此可省略密封件。冷却壳体例如可通过逐层生长法(3D打印)或通过对两个由类似或相同材料制成的板进行焊接而制成。对此可尤其是由塑料构成的冷却壳体。在一件式的冷却元件中，也可集成连接件以便连接冷却管路。优选地，每个冷却元件具有至少一个用于流入冷却液的连接端以及用于流出冷却液的连接端。
线性马达驱动系统的这种实施方式是优选的，即，在其中，至少在在路径方向上前后相继的两个定子元件之间布置传感器模块且传感器模块用于确定动子的绝对位置和速度。在特殊的实施方式中，在每个定子元件之间分别布置传感器模块。至少需要布置如此多的传感器模块，使得在动子的沿着加速路段的每个位置中，至少一个传感器模块可检测到车辆的位置或动子的位置。通过同时对多个传感器模块进行评估可减小测量误差。传感器模块的测量误差尤其也可归因于传感器模块的错误安装或定向、动子的定向不精确或传感器模块本身的测量精度。尤其在必须由位置信号、例如通过求差得出速度时，此时好的信号质量是必须的。在永磁激励的动子中，传感器模块优选包括用于检测动子磁场的霍尔传感器，由此可直接得出磁极距的位置。但是，为了检测动子的磁场也可使用其他的传感器，例如磁阻传感器。
通过在定子元件之间布置传感器模块，可使得线性马达驱动系统的空间利用最佳且简化了安装。无需使传感器模块特殊定向，因为传感器模块相对于定子的位置被限定。
然而，作为确定动子磁场的替代或补充，也可基于车辆上的参考点或安装在车辆上的参考标记或通过集成在传感器模块中的传感器实现的位置确定的参考刻度确定动子或车辆的位置。在此优选使用以磁方式或电感方式工作的传感器，因为它们耐脏且无需维护，但是以光学方式、无线电技术或机械方式工作的系统也是可能的。相反也可将传感器集成在车辆中且将参考刻度或参考标记施加在车道上。
在线性马达驱动系统的额外的优选的实施方式中，扁平线圈具有中央开口，铁芯置入该中央开口中，铁芯优选由烧结的铁磁材料构成。通过铁芯可使磁场聚集且因此提高功率密度。铁芯可与扁平线圈一起被浇注。通过使用烧结的铁磁的铁芯可减小涡流损耗。
为了减小涡流损耗也可使用分段式或叠片式铁芯。
在本发明的另一特殊的实施方式中，支承板由纤维加强的塑料制成、尤其由玻璃纤维加强的塑料制成。在另一实施方式中，支承板由碳纤维加强的塑料制成。使用纤维加强的塑料实现了机械稳定且具有刚度的结构。但是也可为支承板使用其他的绝缘材料，例如陶瓷、合成树脂(Kunstharz)和PTFE(特氟隆)。
本发明的这样的实施方式是优选的，即，在其中为每个冷却元件分配一个定子元件。尤其由此简化了安装，因为冷却元件可与定子元件一起形成模块，该模块可安装在行驶路段上。但是也可为有利的是，为每个定子组恰好分配一个冷却元件，使得可将定子组视为模块。同样，也可为一个定子元件分配多个冷却元件、优选整数个冷却元件，使得定子元件又可与整数个冷却元件一起视为模块。例如可能需要有额外的连接件用于输送冷却介质，以便或者提高冷却液的流通量或者以便将定子中的温度梯度保持得尽可能的低。在这种情况下有利的是，为每个定子元件分配多个冷却元件，冷却元件分别具有冷却介质流入部和冷却介质流出部。同样可为有利的是，为每个冷却元件分配整数个定子元件。但是也可想到，设置唯一的冷却元件，所有的定子元件安装在该唯一的冷却元件上。可为一个冷却元件分配一个冷却单元。但是在许多情况下有利的是，将多个冷却单元组合成一个冷却元件组且分别通过共同的冷却单元为冷却元件组供给冷却液。对于每个冷却元件组的冷却元件的可能的数量的限制尤其是在管路中的压降、需要输出的热量以及需要克服的高度差。
在本发明的特别优选的实施方式中，动子包括具有永磁体的磁组件。使用具有永磁体的动子允许线性马达驱动系统作为同步线性马达、作为电子换向或机械换向的线性马达工作。尤其作为同步线性马达工作是有利的，因为同步线性马达在高的效率的同时实现了非常高的推进力，但是同时也可设计成具有非常小的力波动。力波动理解为线性马达驱动系统的产生的推进力的与位置相关的变化。有利地，使用由例如钐钴和钕硼这样的稀土元素制成的永磁体，因为它们具有高的磁场强度。然而，代替具有永磁体的动子，也可使用短路式动子或磁阻式动子，它们可成本有利地提供。在动子作为短路式动子的实施方式中，线性马达可通过多相定子作为异步线性马达工作，在磁阻式动子中也可作为磁阻式电动机工作。在后者的实施方式中具有的优点是，省去用于永磁体的成本。短路式动子与多相定子一起用作异步线性马达也实现了具有很低的力波动的运行方式，而且也非常适合在娱乐设施中运行。此外，在异步电动机中为了产生推进力，无需如同同步电机中一定知道动子的确切位置，在同步电动机中，在其中为了运行必须知道磁体的极位置。
在另一优选的实施方式中，磁组件包括两个平行的磁体排列，磁体排列的极性相反的极分别相对且磁体排列在其长度上在两侧包围定子。通过两排的布置方式补偿了在动子和定子之间的吸引力，从而受驱动的车辆和行驶路线无需承受或仅承受很小的横向于行驶方向的力，该力直接由定子和动子的相互作用产生，而是仅承受由车辆的加速度或运动产生的力。通过两排磁体也产生了更大的磁感，由此进一步提高了功率密度。尤其这种布置实现了线性马达驱动系统的平行构造，该构造也减小了动态的横向力。
根据本发明，线性马达驱动系统用于使娱乐设施中的载人的车辆在行驶路线上加速。由于能够在非常短的路段上加速到很高的速度，可实现经济上可行的相比于现有技术实现明显更高速度且由此更愉快且刺激的娱乐设施。此外，根据本发明的线性马达驱动系统尤其适合这种应用，因为线性马达驱动系统通过其冗余确保高度可靠性，同时也由于无接触式驱动装置的无磨损性和可简单更换的系统零部件而易于维护。另一优点是，通过使用根据本发明的线性马达驱动系统能够实现可能量有利地运行的娱乐设施。
在根据本发明的另一应用方式中，根据本发明的线性马达驱动系统用于使钻塔中的钻装置加速。
如今，钻孔深度已经超过3000m，其中，一些钻井本身位于海底以下比4000m更深处。一些钻塔本身高于一百米。钻塔的钻装置除了钻头以外还包括钻探杆，钻探杆由确定数量的钻杆组成。为了钻孔必须借助线性马达驱动系统的车辆向下运输整个钻装置，即钻机和整个钻探杆，或为了更换钻机或为了取出样品必须再次向上输送整个钻装置。为此需要安装或取下的钻杆由于行驶路程很长以及待加速的质量很大而非常耗时。在安装钻杆之前，线性马达驱动系统的车辆必须分别行驶到上部位置，以便安装钻杆，然后可与整个钻装置一起向下运动。在换上新的钻杆之前，在没有钻探杆的情况下向上行驶运动，所以线性马达驱动系统在没有钻探杆的情况下到最大速度的加速能力对工艺辅助时间有很大影响。相反，在取下钻杆之前，钻探杆所在的车辆必须能够尽可能快速地到达上部位置，为此又需要高的推进力，此时整个钻装置安装在车辆上。通过根据本发明将线性马达驱动系统应用在钻塔中实现了钻装置的非常高的加速度和速度，由此可明显减小钻探中的工艺辅助时间。根据本发明对线性马达驱动系统的应用的另一优点是驱动系统无磨损的工作。
可替代地，为了使钻装置加速或运动可使用基于绞盘的驱动系统，在其中，钻装置悬挂在绞线上，绞线通过绳鼓轮缠绕或展开，由此相应地提升或降低钻装置。在此使用大部分的驱动力矩使绳鼓轮加速。
在优选的实施方式中，线性马达驱动系统用于船载钻塔。船载钻塔在此理解为位于水上的且不与地面固定连接的钻塔，即，经受波浪冲击和/或潮汐。在此，例如在浮动式海上钻井平台上的钻塔也可属于船载钻塔。因此，船载钻塔经受波浪冲击，波浪冲击使得带有钻塔的船舶相对于海底、河床或湖底提升或降低。但是，钻探杆以及钻头不应一起相对于海底运动。该相对运动可通过根据本发明的线性马达驱动系统补偿，这通过引起固定有钻装置的车辆的与船舶运动相反的加速度实现。因此车辆相对于限定行驶路线(Fahrtrasse)的钻塔运动。
通过根据本发明的线性马达驱动系统可补偿波浪冲击，以便借助钻装置实现最佳的钻探压力以及尤其从而避免钻装置折断。这种升程补偿也可通过基于绞盘的系统实现，但是通过根据本发明的对线性马达驱动系统的应用实现了更精确的补偿，因为根据本发明的系统能够更加动态地且更加精确地控制。也无需克服绳鼓轮的惯性。
用于波浪冲击的补偿运动是主动的加速和减速车辆：相应所需的或释放的能量可暂时存储在储能装置中，从而仅有基于补偿运动的很小的能量消耗。
综上所述，本发明一方面包括根据权利要求1-6的分散驱动拓扑方案，另一方面包括根据权利要求7-13的具有集成的液体冷却装置的扁平定子构造方案。两个方案一起实现了车辆沿着行驶路线的特别高的加速度。但是也可使两个方案彼此无关地实现，且根据两个方案的线性马达驱动系统可彼此独立地应用在根据本发明的依据权利要求14和15的应用方式中。
附图说明
用于说明实施例所使用的附图示出：
图1示出了根据本发明的线性马达驱动系统的一个实施方式的简化示意图；
图2示出了具有冷却元件的三相定子元件的根据本发明的布置方式的简化分解示意图；
图3示出了图2中剖面III的简化示意图；
图4示出了具有冷却元件的三相定子元件的根据本发明的另一布置方式的简化分解示意图；
图5示出了图4中的部分剖面V的简化示意图；
图6示出了具有根据本发明的线性马达驱动系统的钻塔(Bohrturms)的示意图。
原则上，在附图中相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出了本发明的一个可行实施方式。其示出行驶路线1，定子元件2沿着行驶路线安装。车辆3可例如通过滚轮导轨系统沿着行驶路线1运动地安装。两个彼此相邻的定子元件2分别组合形成定子组4.1、4.2、4.3、4.4，定子组分别持久地与逆变器5.1、5.2、5.3、5.4连接。示出的定子元件2分别包括三相交流电系统的所有三个相的定子绕组。
每个定子组4.1、4.2、4.3、4.4的定子元件2串联连接。定子组4.1、4.2、4.3、4.4分别通过两个三路连接件21与永久连接的逆变器5.1、5.2、5.3、5.4连接，因为对于三个相中的每一个分别设有输出部和输入部。一个相的相应输入和输出线路分别连接在总共三个单相转换器中的其中一个的两个连接端上，单相转换器包括逆变器5.1、5.2、5.3、5.4中的每一个。该电路组件的优点是每个电动机相上的端电压较小。但是定子组4.1、4.2、4.3、4.4也可通过传统的三角形或星形电路连接到相应的变频器上，其中，变频器的输出级此时可包括传统的B6桥。在这种情况下，定子组分别仅需每个相有一个连接线路，必要时加上一个可选的用于连接可能的星点的连接线路。
根据图1的实施例的总共四个逆变器5.1-5.4以其直流电压输入部连接在共用的双路电压中间回路6上(仅象征性地示出)。直流电压中间回路6也与包括有源整流器的馈电单元7的直流电压输出部和多个电池储存模块8连接。在该示例中，直流中间回路6设计成用于低压范围(直至最大1500V)中的中间回路电压。馈电单元在其输入侧上通过变压器9连接在开放式三相电网10上，其中，变压器9将三相电网的平均电压转低至低电压(直至最大1000V)。根据本发明的实施例还包括中央控制单元11，中央控制单元用于控制车辆3。为此，中央控制单元与各个逆变器5.1、5.2、5.3、5.4连接，中央控制单元根据车辆3的实际位置和实际速度或理论位置和/或理论速度控制逆变器。借助霍尔传感器模块(未示出)检测实际位置，霍尔传感器模块定位在定子元件之间且霍尔传感器模块可检测车辆3上的永磁体的绝对的极方位。同样地，霍尔传感器允许通过位置信息差异测定车辆3的速度。尤其在同步电动机的情况下，需要车辆3的磁极相对于定子线圈的方位，以便能够使电流相位正确地引入定子绕组中。在该示例中，中央控制单元11通过现场总线12与各个变流器5.1-5.4以及与馈电单元7连接。霍尔传感器直接连接到逆变器上，逆变器将传感器信号通过现场总线12传递到中央控制单元11。但是霍尔传感器也可直接与中央控制单元11连接。馈电单元7、中央控制单元11和电池模块8安装在中央控制柜13中，而定子元件2、霍尔传感器模块和逆变器5.1-5.4布置在行驶路线1上。由此中央控制柜13可保持得非常小。此外，中央控制单元13还包括用于对定子元件2进行水冷的冷却设备14。为了清楚，在图1中没有示出用于水冷所需的冷却管路。
车辆3包括第一车厢15a和第二车厢15b，第一车厢和第二车厢通过万向接头16彼此连接，从而即使在行驶时也使得两个车厢在行驶路线方向上的间距保持恒定。在车辆3上安装有由第一永磁体排列17a和第二永磁体排列17b构成的永磁体组件，其中，由七个永磁体基础模块18构成的第一永磁体排列17a布置在车辆的第一车厢上，而由另外七个永磁体基础模块18构成的第二永磁体排列17b布置在车辆的第二车厢15b上。永磁体基础模块18在行驶路线方向20上分别具有北极和南极。永磁体基础模块18布置成在行驶路线方向20上磁极为交替的，其中，磁极距相应于永磁体基础模块的半个宽度。对此，永磁体基础模块18例如包括以两排平行布置的永磁体，永磁体的极性相反的极分别相对且在其长度方向上在两侧包围定子。但是也可使用一排的布置方式。万向接头确保在行驶路线方向上在第一永磁体排列17a和第二永磁体排列17b之间的间距在行驶期间即使在受到负荷的情况下也保持恒定，其中，在该示例中，在第一永磁体排列17a和第二永磁体排列17b之间的间距恰好相应于一个磁极距。
在该实施例中，动子或由两个永磁体排列17a、17b组成的永磁体组件布置在第一定子组4.1、第二定子组4.2和第三定子组4.3的作用区域中，它们都被激活且有助于推进，而第四定子组4.4还未激活，但是立即即将被激活。此时认为，从行驶路线方向20来的车辆进入作用区域中。因为在车辆3或动子开始进入定子19的作用区域中时首先仅前面的车厢15a以其永磁体排列17a位于定子的作用区域中，在开始时仅通过逆变器5.1给第一定子组4.1供给能量。随着车辆在行驶路线方向上的前行，逐渐地通过对应的逆变器5.1-5.4同样激活各个定子组4.2-4.4，直至车辆的最后的车厢又从第一定子组4.1的作用区域中出来，且因此第一定子组4.1被停用。因此，根据车辆的位置使1-4个逆变器活动且给车辆3供给能量。
在图1中，由于更好的可见性如此示出了永磁体基础模块18和定子，使得它们通过空隙分开，该空隙位于与道路平面平行且垂直绘图平面延伸的平面中。但是这样的布置方式也是可行的，其中，空隙位于与绘图平面平行的一个平面中或多个空隙位于与绘图平面平行的多个平面中。
同样为了更好的可见性，在图1中选择短的定子；出于同样的原因，图1中的定子组仅由两个定子元件组成。对于娱乐设施典型的是较长的定子，较长的定子由明显更多个定子元件组成。特别优选的是长度约为20m-150m的定子，该定子由多个大小相同的定子元件组成，例如由长度为0.7m和高度为0.3m的定子元件组成。定子元件在行驶路线方向上彼此以0.1的间距的安装，从而每0.8m的行驶路线分别有一个定子元件。定子组通常各由3-6个定子元件组成，定子元件的扁平线圈串联连接。但是在一些情况下，在一组的定子元件之间的并联连接也可为有利的。在定子元件之间的自由空间用于安装传感器模块。在每个定子组典型为3-6个定子元件的情况下实现了，沿着行驶路线每2.4m-4.8m安装一个定子组。
在下面的附图中，如在不同的附图中，不同实施方式的相似或相同元件设有相似的通过其百位数字区分的附图标记。
图2以分解图的形式示出了根据本发明的三相定子元件和冷却元件的布置方案的简化示意图。为了表示轴方向使用具有坐标轴X、Y、Z的笛卡尔坐标系。X轴指示行驶路线的方向或正的推进方向。相应地，车辆的加速度或沿该方向的力也具有正的符号。Y轴表示竖轴且垂直于行驶路线，即在水平延伸的行驶路线中指示与重力方向相反的方向。Z轴相应地横向于行驶路线定向。
定子元件包括具有矩形基面的支承板31，矩形基面的长边沿X轴的方向延伸且矩形基面的短边沿Y轴的方向延伸。板的厚度通过其在Z方向上的伸展确定。支承板31具有6个环形留空部32.1-32.6，留空部的外轮廓33和内轮廓34分别具有椭圆的基本形状，该基本形状由两条直线和两个半圆组成。留空部32.1-32.6被铣入由玻璃纤维强化的塑料(GRP)构成的支承板31中。对此，6个留空部32.1-32.6被分组成三对相邻的留空部，其中，相邻的留空部分别以其椭圆形的外轮廓34的两个直的纵向边彼此相邻。这些组在X方向上或在行驶路线的方向上分布在支承板31上：第一对的两个留空部31.1和31.2分别容纳第一相U的扁平线圈，第二对的留空部31.3和31.4容纳第二相V的扁平线圈，而第三对的留空部31.5和31.6分别容纳第三相W的扁平线圈。在该实施例中，每个留空部中分别有两个扁平线圈彼此上下堆叠。扁平线圈本身在中间分别具有中央开口，中央开口贴靠在相应留空部33.1-33.6的内轮廓34上。在中央开口之间或留空部32.1-32.6的内轮廓34之内，可在另一内部留空部(此处未示出)中置入用于聚集磁场的铁芯。留空部32.1-32.6可构造成连续地具有椭圆形的基面，而不是圆形的，该基面通过外轮廓33限定。此时，铁芯可直接置入扁平线圈的中央开口中。
在图2a中也未示出支承板中的通道，该通道用于容纳留空部32.1-32.6中的相应扁平线圈的连接线。
具有扁平的冷却壳体的呈冷却板35形式的冷却元件布置在定子元件上。冷却板35具有与支承板31相同的基面且与扁平线圈一起与支承板31完全重叠地浇注而成。在支承板31的外侧36上以及在冷却板35的外侧37上分别在下部区域中设置横截面基本为正方形的连接条38、39。连接条38、39在相应板31、35的整个长度上延伸。而支承板31的连接条38仅用于将支承板31固定在行驶路线上，冷却板35的连接条39也用于输送冷却剂。为此，冷却板35的连接条39具有冷却剂流入部40a和冷却剂流出部40b。冷却剂通过在行驶路线方向上更靠前的在连接条38中和在冷却板35中(二者不可见)的两个相对的孔进入冷却板35中且相应地通过在行驶方向上更靠后的在冷却板35中和在连接条38中的两个相对的孔从冷却板35中出来(同样不可见)。
在图3中放大地示出了分解图的局部III，该局部示出了上述实施例的冷却板35的构造。
冷却板35由多个层构成：冷却板包括基板41，冷却液通道42a、42b被铣入基板中；冷却壳盖43，冷却壳盖遮盖冷却板35且在安装状态下布置在支承板31和冷却板35的基板41之间。在安装状态下，基板41和冷却壳盖43限定冷却板35的冷却液通道42a、42b的形状。在冷却壳盖43的内侧上，例如通过气相沉积涂覆不透水层44作为阻水层。在基板41的内侧上布置另一不透水层，在此呈不透水薄膜45的形式，以便相对于基板41密封冷却液通道42a、42b。涂覆在不透水薄膜45和不透水层44之间的接触部位上的弹性的耐高温的粘结剂46用于使盖板43与基板41固定且同时用于密封在接触部位之间的冷却通道42a、42b。冷却通道42a、42b与相U的扁平线圈相对布置，相U的扁平线圈位于第一对的留空部32.1、32.2中(参见图2)。在示出的两个留空部32.1、32.2中以及在图3未示出的其他留空部32.3-32.6中分别有两个扁平线圈47彼此叠置。在扁平线圈47的中央开口之间以及在留空部32.1和32.2的内轮廓34之内分别布置另外的留空部48，用于磁通聚集的铁芯49置入其中。用环氧树脂浇注扁平线圈47和铁芯49。
图4中的分解图示出了根据本发明的三相定子元件和冷却元件的另一布置方式的简化示意图，冷却元件呈冷却板135的形式且具有扁平的冷却壳体。与根据图2的实施方式不同，根据图4的定子元件包括第一支承板131a和第二支承板131b，第一支承板和第二支承板吧冷却板135夹在中间。两个支承板131a和131b彼此对称地布置且相应于上述实施例的支承板31的构造。相应地，两个支承板131又分别包括六个留空部132.1-132.6，但是在每个留空部中仅布置一个扁平线圈，从而相比于前述实施例，留空部可构造地更浅且因此也可使各个支承板构造得更薄。在第一支承板131a的外侧136a上以及在第二支承板131b的外侧136b上分别在下部区域中设置横截面近似为正方形的连接条138a、138b。连接条138a、138b在相应的板131a、131b的整个长度上延伸。两个连接条138a、138b用于将支承板131a和131b固定在行驶路线上。冷却板135具有自身的冷却剂流入部140a和冷却剂流出部140b。
在图5中示出了局部剖面V的可行实施方式。冷却板135实施成一件式且对称。一件式设计避免了在两件或多件式的实施方式中不可避免产生的接合面。冷却板135可由任意的非金属材料制成，该材料为液体密封的、电绝缘的且耐高温的，但是优选由塑料、例如纤维强化的塑料制成。由此能够省略在根据图2和3的实施方式中用于密封冷却液通道42a、42b所需的材料层：不透水层44、不透水薄膜45以及耐高温粘结剂46(参见图3)。与根据图2的实施方式不同，定子元件包括两个支承板131a、131b，两个支承板对称地布置在冷却板135的外侧上：第一支承板131a布置在冷却板135的第一外侧上，第二支承板131b布置在冷却板135的第二外侧上。在两个支承板131a、131b的留空部132a、132b中，分别仅浇注一个扁平线圈147a、147b。对此，第一支承板131a的扁平线圈147形成第一绕组排列且第二支承板131b的扁平线圈147b形成第二绕组排列。两个绕组排列的扁平线圈147a、147b直接邻接在冷却壳体135上，因此，冷却壳体可在两侧排热。
在图6中示出了根据本发明的用于沿着钻塔250的直线引导部201驱动车辆203的线性马达驱动系统的简化示意图，该直线引导部形成车辆203的行驶路线。沿着行驶路线布置定子元件202，布置在车辆上的动子217借助定子元件与永磁体(不可见)相互作用且在行驶路线方向220上加速或运动。具有钻探杆251的钻孔装置固定在车辆203上，钻探杆由多个给定长度的钻杆252组成，其中，钻杆252的数量与钻探深度253以及钻孔与钻塔254的距离相关。同样地，在车辆上布置有转动驱动装置(未示出)，转动驱动装置使钻探杆251进行旋转运动且转动驱动装置与车辆一起运动。随着钻探深度的增加，逐渐地将钻杆添加到钻探杆。为此，车辆必须相应地行驶到可在车辆203和此时最高的钻杆252之间装入新的钻杆252的上部位置中。为了朝上部位置行驶，车辆203必须与钻探杆251一起快速地沿着直线引导部201加速且同时也克服车辆203和钻探杆251的重力，除非该重力通过重力均衡器被补偿。该重力均衡器例如可实现为液压或气动式的重力均衡器的形式或通过配重实现。如果装入了钻杆，然后在车厢之上的钻探杆251又向下运动，直至钻机与钻探杆251又达到其工作位置，在该工作位置中可继续钻探操作。对于该过程需要高的加速度，以便实现尽可能短的工艺辅助时间。例如为了更换钻头或在钻探过程结束之后必须再次拆卸所有的钻杆且为此针对每个钻杆252将车辆203相应地驶到上部位置。如果应使用更换的钻头继续钻孔，相应地必须再次装入先前取下的钻杆252，为此，车辆203又必须为了每个钻杆252相应地驶回上部位置中，以便在通过车辆将延长了一个钻杆的钻探杆再次向下行驶一段之前，能够装入下一钻杆。如今钻塔达到超过130m的高度，且钻孔深度超过3000m，一部分钻孔深度在海平面以下4000m之多。用于装入和取下钻杆的时间或使车厢行驶加速的时间占整个钻探过程的大部分，因此通过使车厢快速地加速能够很大地有效提升钻探过程。此外，在船载钻塔以及某些钻探平台的情况下，必须对波浪的冲击进行补偿，根据本发明的直线驱动系统非常适合。
用于线性马达驱动系统的能量转换器可沿着钻塔安装，也可安装在钻探船舶的甲板上。
综上所述可确定，提供了一种线性马达驱动系统，该线性马达驱动系统实现了使车辆沿着行驶路线的加速度能够在很短的路程中提高到很高的速度。此外可确定，提供一种线性马达驱动系统，该线性马达驱动系统能够进行可靠的且成本有利的运行且能够简单维护。

Claims (15)

1.一种线性马达驱动系统，所述线性马达驱动系统用于使车辆(3、203)在行驶路线(1、201)上的加速区段之内加速，尤其用于娱乐设施中的载人，所述线性马达驱动系统包括：
a)定子，所述定子具有至少两个沿着所述行驶路线(1、201)布置的定子元件(2)，所述定子元件具有定子绕组，
b)其中，所述定子元件(2)组合形成至少两个定子组(4.1-4.4)，
c)以及动子，所述动子固定在所述车辆(3)上，且所述动子能够与由所述定子产生的磁场相互作用，
其特征在于，
d)每个所述定子组(4.1-4.4)与用于供能的至少一个能量转换器(5.1-5.4)永久连接，所述能量转换器能被单独地控制，
e)其中，所述定子组(4.1-4.4)中的至少两个布置成，使得动子能同时与所述至少两个定子组(4.1-4.4)相互作用，其中，所述至少两个定子组(4.1-4.4)能同时分别由自身的能量转换器(5.1-5.4)供给能量，
f)并且，所述定子主动冷却以便提高所述车辆(3)的加速度。
2.根据权利要求1所述的线性马达驱动系统，其中，所述动子的有效长度比由两个前后相继的定子组(4.1-4.4)产生的磁场的有效长度(4.1-4.4)更长，但是优选比所述定子(19)的有效长度更短。
3.根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述线性马达驱动系统包括馈电单元(7)和至少一个双路的供给总线、优选直流电压总线(6)，其中，所述供给总线能通过所述馈电单元(7)与电网(10)连接且所述能量转换器(5.1-5.4)能通过所述供给总线被供给能量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述线性马达驱动系统包括储能装置，所述储能装置连接到所述供给总线(6)且所述储能装置能够降低来自所述电网(10)的馈入功率或进入所述电网的馈出功率，其中，所述储能装置优选包括至少一个电池(8)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述能量转换器是逆变器(5.1-5.4)，其中，所述逆变器(5.1-5.4)优选是多相逆变器(5.1-5.4)和/或低压逆变器(5.1-5.4)，所述多相逆变器和/或低压逆变器优选全部设计用于相同的功率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述定子的用于提高所述车辆(3)的加速度的主动冷却是液体冷却。
7.根据权利要求6所述的线性马达驱动系统，其中，
a)所述定子元件(2)分别包括由不导电的材料制成的至少一个第一支承板(31、131a)
b)和带有至少一个扁平线圈(47、147)的定子绕组，
c)所述扁平线圈布置在所述第一支承板(31、131a)的留空部(32.1-32.6、132a)中，
d)且被浇铸，
e)为了进行液体冷却，所述定子包括至少一个冷却元件，所述冷却元件具有由非金属材料制成的扁平的冷却壳体(35、135)，
f)所述定子元件(2)的支承板(31、131a)以面接触方式与所述冷却壳体(35、135)的第一侧面连接，使得所述扁平线圈(47、147)的相对于所述留空部(32.1-32.6、132a)的外侧面直接紧邻所述冷却壳体(35、135)。
8.根据权利要求7所述的线性马达驱动系统，其中，
a)所述定子元件(2)的所述定子绕组是多相的，
b)所述定子元件(2)的每个相包括至少一个扁平线圈(47、147、147a)，
c)以及，所述扁平线圈(47、147)平行于所述行驶路线(1、201)并列地布置在所述第一支承板(31、131a)的所述留空部(32.1-32.6、132a)中且限定第一线圈排列，
使得所述第一线圈排列的所述扁平线圈(47、147、147a)的相对于所述留空部(32.1-32.6、132a)的外侧面位于一个平面中且与所述冷却壳体(135)直接紧邻。
9.根据权利要求7或8所述的线性马达驱动系统，其中，所述定子元件(2)包括由不导电的材料制成的第二支承板(131b)和带有至少一个扁平线圈(47)的定子绕组，所述扁平线圈布置在所述第二支承板(131b)的留空部(132b)中，所述第二支承板(131b)与所述冷却壳体(135)的第二侧面以面接触方式连接，使得所述第二支承板(131b)的所述扁平线圈(47)的相对于所述留空部(132b)的外侧面直接紧邻冷却壳体(135)。
10.根据权利要求8和9所述的线性马达驱动系统，其中，多相的定子绕组的多个扁平线圈(147b)平行于所述行驶路线(1、201)并列地布置在所述第二支承板(131b)的所述留空部(132b)中且限定第二线圈排列，且所述第二线圈排列(147b)的所述扁平线圈的相对于留空部(132b)的外侧面位于一个平面中且与所述冷却壳体(135)的第二侧面直接紧邻。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述冷却元件是无金属的和/或一体式构造。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，至少在路径方向上的两个定子元件(2)之间布置传感器模块且所述传感器模块用于确定所述动子的绝对位置和速度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统，其中，所述动子包括带有永磁体(18)的磁组件(17a、17b)，且所述磁组件包括两个平行的磁体排列，所述磁体排列的极性相反的极分别相对且所述磁体排列在其长度上在两侧包围所述定子。
14.一种根据前述权利要求中任一项所述的线性马达驱动系统的应用，所述线性马达驱动系统用于适用于娱乐设施中的载人的车辆(3)加速。
15.一种根据权利要求1-13中任一项所述的线性马达驱动系统的应用，所述线性马达驱动系统用于使钻塔(250)、优选船载钻塔的钻装置加速。
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