CN108880179A - 具有开关磁通直线电机的门操作器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁直线电机。该永磁直线电机包括：初级绕组，该初级绕组包括透磁芯，该透磁芯具有在芯的第一侧上的第一面表面、在第一侧上形成多个凹槽的多个齿、以及多个多相绕组，所述多个多相绕组缠绕成在凹槽中具有其片段，从而在第一面表面中的每一者处形成多个磁极；相反极性的永磁体对，该相反极性的永磁体对被配置成在多个多相绕组被多相源激发时产生磁通量并且致使初级绕组对次级绕组施加力；以及无源铁磁次级绕组，该无源铁磁次级绕组邻近第一面表面但与第一面表面间隔，该无源铁磁次级绕组可以相对于初级绕组移动。
Description
技术领域
本发明涉及单开关磁通直线电机，该单开关磁通直线电机独立地或者在相同或相反的方向上驱动一对次级绕组，并且使用单个直线电机和电机驱动器直接操作中开式双速或二速电梯门。
背景技术
电梯轿厢门在历史上是由旋转电机通过复杂的连杆来驱动的。对于中开式双门，连杆的复杂性甚至更大。另外，旋转开门器难以安装，并且需要频繁、昂贵的维护。
最近的一些电梯门采用直线电机，其中在初级绕组与次级绕组之间产生的力直接施加到电梯门以产生对应的直线运动。虽然直线门操作器更可靠，需要很少的维护(如果有)，但它们可能比较昂贵。对于双门配置，选项包括使门面板中的每一者具有电机和驱动系统，该电机包括初级绕组、次级绕组、护铁；但此昂贵程度加倍。另一选项是使用单个电机来移动一个面板并且使用缆线等使另一面板与该面板相关；但此系统难控制得多。另一选项是将初级绕组置于一个门面板上并且将次级绕组置于另一门面板上；这需要电机的两个部分移动，从而增加了门系统中的移动质量并且需要到电机绕组的移动缆线。二速门设置需要安装在慢门上来驱动快门的一个电机和安装在轿厢上(或者慢门上)来驱动慢门的一个电机，或使用相关缆线的单个电机。
发明内容
根据实施方案，本文公开的是一种永磁直线电机。该永磁直线电机包括：初级绕组，该初级绕组包括透磁芯，该透磁芯具有在芯的第一侧上的第一面表面、在第一侧上形成多个凹槽的多个齿、以及多个多相绕组，所述多个多相绕组缠绕成在凹槽中具有其片段，从而在第一面表面中的每一者处形成多个磁极；相反极性的永磁体对，所述相反极性的永磁体对被配置成在多个多相绕组被多相源激发时产生磁通量并且致使初级绕组对次级绕组施加力；以及无源铁磁次级绕组，该无源铁磁次级绕组邻近第一面表面但与第一面表面间隔开，该无源铁磁次级绕组可以相对于初级绕组移动。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括在芯的与第一侧相对的第二侧上的第二面表面，该第二面表面包括在第二侧上形成第二多个凹槽的第二多个齿、以及第二多个多相绕组，所述第二多个多相绕组缠绕成在凹槽中具有其片段，从而在第二面表面中的每一者处形成多个磁极。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括第二无源铁磁次级绕组，该第二无源铁磁次级绕组邻近第二面表面但与第二面表面间隔开，并且可以相对于所述芯独立于所述第一铁磁次级绕组移动。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：第一极性的多相绕组和第二极性的多相绕组被布置成并被激发成使得第一次级绕组和第二次级绕组在相反的方向上移动。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：所述芯的所述第一侧上的绕组缠绕成在从所述第一侧查看时彼此具有与在从所述第二侧查看时所述第二侧上的所述绕组所具有的相互相位关系相同的相互相位关系，由此在相互相反的方向上所述驱动次级绕组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：所述第一侧上的绕组缠绕成在从顶部查看时与所述第二侧上的绕组相位颠倒，由此在相反的方向上驱动所述次级绕组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：直线电机驱动器用于向第一多个多相绕组和第二组多相绕组中的至少一者供应电流，以便依据所述电流的相位关系在两个方向中的任一方向上选择性地驱动每个相应的次级绕组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：直线电机驱动器用于至少向所述第一面表面的凹槽中的绕组供应电流，以便依据所述电流的相位关系在两个方向中的任一方向上选择性地驱动次级绕组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：第一多个多相绕组缠绕成在第一侧上和第二侧上提供磁极，第一侧上的极具有与第二侧上的极的极性相反的极性，由此在相互相反的方向上驱动次级绕组。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：永磁体对为以下各项中的至少一者：设置在铁磁芯的远侧的齿的端部处并且形成闭合凹槽；设置在铁磁芯中并且沿着铁磁芯的长度磁化；设置在铁磁芯中并且沿着铁磁芯的宽度磁化；以及交替地设置在具有绕组包围的齿的两个部分之间。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：无源铁磁次级绕组被配置成具有沿着次级绕组的长度的至少一部分基本上均匀分布的突出部分和非突出部分。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：通过冲压或移除铁磁材料来形成非突出部分。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：突出部分以与初级绕组的齿的节距不同的节距定位。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：突出部分以正交于由初级绕组对次级绕组施加的力的角度定向。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：突出部分以比相对于由初级绕组对次级绕组施加的力正交小的角度定向。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：通过压制铁磁材料并且在铁磁材料中形成波纹来形成突出部分和非突出部分。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：将波纹形成为使得所述波纹的深度D是初级绕组与突出部分之间的间隙的至少2.5倍。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：突出部分包括相对于突出部分的面成角度的成角度部分。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：第一负载和第二负载是相互相邻的门。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：所述门是电梯门。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：初级绕组设置在电梯轿厢上，并且所述门包括一对中开式双门。
本文在另一实施方案中还描述用于独立地选择性地驱动第一次级绕组和第二次级绕组的双侧开关磁通直线电机。双侧永磁直线电机包括：透磁芯，所述透磁芯具有在所述芯的第一侧上的第一面表面和在所述芯的与所述第一侧相对的第二侧上的第二面表面、形成在所述表面中的每一者上形成的多个凹槽的多个齿、以及多个多相绕组，所述多个多相绕组缠绕成在凹槽中具有其片段，从而在所述第一面表面和第二面表面中的每一者处形成多个磁极；以及相反极性的永磁体对，所述相反极性的永磁体对被配置成将磁通量引导到所述透磁芯。所述开关磁通直线电机还包括：第一无源铁磁次级绕组，所述第一无源铁磁次级绕组邻近第一面表面但与所述第一面表面间隔开并且可以相对于所述芯移动；以及第二无源铁磁次级绕组，所述第二无源铁磁次级绕组邻近第二面表面但与所述第二面表面间隔开并且可以与所述第一传导性次级绕组独立地相对于所述芯移动。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括一对电梯门，每个电梯门附连到所述次级绕组中的一者，由此电梯门通过所述次级绕组在相互相反的方向上移动。
除了上文描述的特征中的一者或多者之外，或作为替代方案，其它实施方案可以任选地包括：所述芯设置在电梯轿厢上，并且所述门包括一对中开式双门。
本公开的实施方案的技术效果包括用于操作电梯系统中的电梯轿厢门机构的系统和开关磁通直线电机。
除非另外明确指示，否则可以非排他地以各种组合来组合前述特征和元件。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加显而易见。然而，应该理解，以下描述和附图旨在在本质上是说明性和阐释性的而非限制性的。
附图说明
在说明书结尾特别指出并且清楚地要求保护本主题。通过结合附图进行的以下详细描述，本公开的前述和其它特征和优势将是显而易见的，其中：
图1是可以采用本公开的各种实施方案的电梯系统的示意图；
图2A是根据实施方案的在电梯门处于关闭位置的情况下开门器的透视图；
图2B是根据实施方案的在电梯门处于打开位置的情况下开门器的透视图；
图3是根据实施方案的开门器电机的初级绕组的透视图；
图4是根据另一实施方案的开门器电机的初级绕组的透视图；
图5A是根据实施方案的具有永磁体的图3的开门器电机的初级绕组的透视图；
图5B是根据实施方案的具有永磁体的图4的开门器电机的初级绕组的透视图；
图5C是根据实施方案的具有永磁体和间隙的另一实施方案的开门器电机的初级绕组的平面图；
图5D是根据实施方案的图5C的开门器电机的初级绕组的透视图；
图6A是根据实施方案的具有开槽次级绕组的开门器电机的透视图；
图6B是根据实施方案的开门器电机的扩大透视图；
图6C是根据实施方案的开门器电机的扩大透视图；
图7A是根据实施方案的波纹状次级绕组的透视图；
图7B是根据实施方案的波纹状次级绕组的部分端视图；并且
图7C是根据实施方案的波纹状次级绕组的部分横截面视图。
具体实施方式
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考在附图中示出的实施方案，并且将使用特定语言来描述所述实施方案。然而，应当理解，无意由此限制本公开的范围。以下描述本质上仅仅是说明性的，并且无意限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，对应参考数字指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用的，术语控制器是指可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、电子处理器(共享、专用或群组)和存储器的执行一个或多个软件或固件程序的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所描述的功能的其它合适的接口和部件。
另外，术语“示例性”在本文用于表示“充当示例、实例或说明”。在本文被描述为“示例性”的任何实施方案或设计不一定被解释为相比于其它实施方案或设计为优选或有利的。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即，一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即，两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
如本文所示和所述的，将呈现本公开的各种特征。各种实施方案可具有相同或类似的特征，并且因此可以使用相同的参考数字标记所述相同或类似的特征，但是前面有指示示出该特征的图的不同首个数字。因此，例如，在图X中示出的元件“a”可以标记为“Xa”，并且图Z中的类似特征可以标记为“Za”。虽然可以在一般意义上使用类似的参考数字，但将描述各种实施方案，并且本领域技术人员将了解，各种特征可以包括无论明确描述还是本领域技术人员原本将了解的变化、更改、修改等。
图1是电梯系统100的透视图，该电梯系统包括电梯轿厢103、对重装置105、绳索107、导轨109、机器111、位置编码器113和控制器115。电梯轿厢103和对重装置105通过绳索107彼此连接。绳索107可以包括或被配置为例如绳子、钢缆和/或覆钢带。对重装置105被配置成平衡电梯轿厢103的负载，并且被配置成促进电梯轿厢103相对于对重装置105同时且在相反的方向上在电梯井117内并且沿着导轨109进行移动。虽然以绳索107示出和描述，但采用使电梯轿厢103在电梯井117内移动的其它方法和机构的电梯系统100可以采用本公开的实施方案。图1仅仅是出于说明性和阐释性目的而呈现的非限制性示例。
绳索107接合机器111，该机器是电梯系统100的顶上部结构的部分。机器111被配置成控制电梯轿厢103与对重装置105之间的移动。机器111可以包括电机或类似的驱动机构。根据本公开的实施方案，机器111被配置成包括电驱动电机。用于电机的电源可以是任何功率源，包括电网、发电机、电池等。位置编码器113可以安装在调速器系统119的上部绳轮上，并且可以被配置成提供与电梯轿厢103在电梯井117内的位置相关的位置信号。在其它实施方案中，位置编码器113可以直接安装到机器111的移动部件，或者位于本领域中已知的其它位置和/或配置。
一般来说，控制器115可以接收对应于电梯系统100的各种部件的一个或多个输入信号/信息，以促进电梯系统操作、诊断、维护等。输入信号/信息可以包括但不限于来自位置编码器113的位置信号、轿厢负载重量、制动器状态、轿厢门状态、门开关信号、轿厢输入功率、轿厢呼叫状态、服务操作模式状态、门位置、轿厢紧急状态、输入功率状态等。基于该信息，控制器115确定包括一个或多个电梯轿厢103的电梯系统100的状态，并且向该电梯系统提供命令。例如，控制器115可以向机器111提供驱动信号，以控制电梯轿厢103的加速度、减速度、平衡、停止等。另外，控制器115可以控制电梯轿厢门(未示出)、信号器等。在图中，如所示，控制器115位于电梯井117的控制器室121中。应当理解，虽然示出控制器115和电梯系统100的其它部件的特定布置，但这例如仅是为了有助于说明并且绝非限制性的。同样地，虽然为了说明的目的而公开了单个控制器115，但还可以采用具有按需分配的各种功能的模块化或分布式配置。
控制器115还可以从其它板载传感器(诸如存在检测器101)接收信号，以有助于确定是否有任何乘客在电梯轿厢103中。在一个实施方案中，存在检测器101可以包括但不限于标准的接近传感器、无源红外线(PIR)传感器、运动检测器、雷达传感器、光学传感器、图像相机/摄像机等。其它存在检测器101可能包括置于用户接口附近的触敏传感器，例如，电梯轿厢103中的触敏检测器，或甚至检测乘客是否站立在电梯轿厢103中的地毯。存在检测器101可以安装在可以适合应用和环境的各种位置处。可以安装某些存在检测器101，使得它们的范围和视场使得其限制错误检测。此外，可以安装选定的存在检测器101来限制对单个乘客的检测。例如，存在检测器101可被安装为在电梯轿厢103上方、下方或从电梯轿厢103中的拐角径向向外引导的接近检测器。
已经在电梯门操作中采用直线感应电机很长一段时间。在大多数系统中，在初级绕组与次级绕组之间产生的力直接施加到电梯门以产生对应的直线运动。有利的是，直线电机门操作器部分地由于其简单性是非常可靠的，从而需要较少的维护。然而，与使用旋转电机的常规设计相比，它们昂贵、难以控制，并且需要显著更多的电力。本文描述的是开关磁通永磁体((SFPM)和(PM))直线电机门操作器设计，其以减少的成本和显著更高的功率密度提供了常规的直线电机操作器的优势，从而产生简化的控制技术和减小的大小和功耗。另外，所描述的实施方案通过提供简化的电机配置简化了用于双门配置的门操作器的配置，该电机配置具有附接到由固定的相对的初级绕组驱动的电梯门的移动的无源次级绕组。此简单的配置消除了整个门操作器130的硬件、重量和成本。
转向图2A和图2B，图2A示出被示出为处于关闭位置的一对中开式电梯轿厢门104a、104b(在此实例中示出两个)的部分视图。门104a、104b中的每一者通常紧固到门吊架，该门吊架由相互相对的辊支撑，所述辊在紧固到电梯轿厢103上的电梯轿厢门开口上方的门楣的轨道上滚动。
在此类设备中典型的是，电梯轿厢门104是由一般示出为130的门操作器致动、与通常设置在电梯轿厢103(图1)顶上的控制器115(未示出)可操作地通信。常规的门操作器系统可以采用旋转电机滑轮和传动带或其它驱动机构来致动电梯轿厢门104。图2A描绘处于关闭位置的电梯轿厢门104。在所描述的实施方案中，双向、双初级绕组开关磁通永磁直线电机在固定的中开式配置中操作。图2B示出图2A的布置，其中电梯轿厢门104处于打开位置。
在大多数电梯设备中，设置在电梯轿厢门104上的门联接器(未示出)与对应的突出部接合，该突出部从层门127(图1)向内延伸，以提供用于使得根据电梯轿厢门104的操作并且与所述操作同时地使门联接器能够接合并移动层门127的简单和有效的手段。门联接器通常还包括门联锁装置，该门联锁装置被配置成仅在已经确定电梯轿厢103定位在与至少一个层门127相邻的层门区域内时才准许门联接器或门操作器130操作，从而确保当电梯轿厢103未处于层站时电梯门104或层门127不打开或不可打开。
继续图2A和图2B，在实施方案中，单个SFPM直线电机135紧固到电梯轿厢103的顶部，或者紧固到层门127上方的门楣，或者以其它方式紧固到建筑物。在图2A中更清楚地看到，电机135具有两侧初级绕组137和在初级绕组137的相对侧上的两个次级绕组139a和139b(用于双门配置)，每个次级绕组通过合适的连杆和/或支架141连接到对应的门104a、104b。在实施方案中，两侧初级绕组137是固定的，并且基本上设置在门104a、104b的中心处。次级绕组139a、139b中的每一者具有与门104a、104b的宽度(或者至少是两个门104a和104b中的每一者在完全在打开位置和关闭位置处至少完全与初级绕组137重叠时的行程)基本上对应的长度。在实施方案中，完全重叠是期望的，但不是必要的，以确保直线电机135可以产生可能确保打开和关闭电梯门104a和104b的全力。
在实施方案中，当关闭电梯门104a和104b时，次级绕组139a设置在初级绕组137处和右边并且设置在电梯门104b的那个部分上。同样地，次级绕组139b设置在初级绕组137处和左边并且设置在电梯门104a的那个部分上。然而，参考图2B，当门104a打开时，次级绕组139a设置在初级绕组137处和电梯门104a的开口上方。同样地，当门104b打开时，次级绕组139b设置在初级绕组137处和门104b的开口上方。应当理解，次级绕组139a和139b的宽度仅需要对应于电梯门104a和104b的期望行程。例如，在实施方案中，次级绕组139a和139b仅需要与任一电梯门104a、104b的行程和初级绕组137的需要重叠的长度一样长。
继续图2A和图2B，次级绕组139a和139b维持成分别紧密接近初级绕组137的侧面152和154(参看图3和图4)。紧密接近确保维持与次级绕组139a和139b的充分电磁耦合，用于在次级绕组139a和139b中生成电动势。在实施方案中，两侧初级绕组137与次级绕组139a和139b之间的间隙维持成小于初级绕组芯齿节距的约五分之一。然而，取决于初级绕组137以及次级绕组139a和139b的构造和操作，其它间隙可被采用并且是期望的。另外，为了辅助维持两侧初级绕组137与次级绕组139a和139b之间的间距，可以例如沿着初级绕组137在每个侧上的高度(或者长度)采用非金属间隔物或导引件155(图3和图4)。替代地，或另外，还可以在次级绕组139a和139b上采用此类间隔物或导引件155。间隔物防止两侧初级绕组137与次级绕组139a和139b之间的任何接触。在一个实施方案中，间隔物的厚度通过次级绕组139a和139b在由初级绕组137施加的正常吸引力下的弯曲模式而限定。在实施方案中，已知的是，可以使用由具有合适的滑动表面的任何材料(诸如，)形成的常规的导引件155来维持适当的间隙。本文公开的初级绕组137和驱动电机132仅是采用本发明的驱动电机的示例。显然，附图并非按照共同尺度。次级绕组139a、139b也可以是平坦的、盒状、I或C形横截面，并且系统可以采取不同的形式。芯150和初级绕组137可以具有不同的横截面配置并且可以具有不同的相对尺寸。
图3和图4描绘PM直线电机135的两侧初级绕组137的两个实施方案。两侧初级绕组137是多极定子，其通常是多相交流(AC)类型。初级绕组137具有铁磁芯150，该铁磁芯由透磁材料(通常是铁)形成。初级绕组137具有相背对的面表面152、154和闭合端部153，其中开放的铁磁齿156在相背对的第一面表面和第二面表面152、154中的每一者上沿着芯150的长度耦合到芯并且与芯一起形成。在齿156和闭合端部153中形成“E”形凹槽158以便提供绕组160。在图3中，出于清楚起见，将多组凹槽158中的一者描绘成不具有线圈/绕组160和永磁体(PM)162和164。在实施方案中，齿156中的每一者具有接近芯的第一端和在芯的远侧的第二端，并且从而第一端和第二端分别接近次级绕组139a和139b的相应的面表面152、154。可以使用具有相反极性的永磁体(PM)162、164的布置来闭合凹槽158。PM 162、164以沿着初级绕组137的宽度交替的直线布置而布置，从而闭合凹槽158。PM 162、164在切向上被磁化，即，PM 162、164是基本上矩形的，具有对应于芯150的高度的两个长边。另外，PM的极性，即，磁化矢量，在切向方向上。在图3中示出PM 162、164的极性。在实施方案中，磁体162、164的磁化是在相反的方向上并且是相对的。磁体162、164定位在齿156中的每一者旁边(在齿的每个侧上)，并且磁体162、164指向齿156或从被线圈或绕组160环绕的齿指向外。也就是说，磁体162的极性是朝向右边的S-N(进入齿)，并且磁体164的极性是朝向同一齿156的左边的S-N。由于此配置和磁化，下一个齿会看到其两个相邻磁体从所述齿向外或者在相反的方向上的磁化。
在另一实施方案中，如图4中描绘，PM 162、164嵌入芯中，其中初级绕组137具有开放的齿156和凹槽158。在此实施方案中，PM162、164以沿着初级绕组137的长度交替的直线布置而布置。PM 162、164在切向上被磁化，即，PM 162、164是基本上矩形的，具有对应于芯150的高度的两个长边。另外，PM的极性，即，磁化矢量，在切向方向上。在图4中示出PM 162、164的极性。磁体162、164在相反的方向上定位在芯150中。也就是说，磁体162的极性是朝向右边的S-N(朝向芯的右端)，并且磁体164的极性是朝向芯150的左端的S-N。铁磁材料(芯150)围绕PM 162、164。磁极在PM 162、164之间在铁磁材料中产生。有利的是，在此实施方案中，在其中初级绕组137是双侧的实施方案中，由PM 162、164生成的磁通可以由与第一面152上的初级绕组相关联的线圈/绕组160以及与第二面154上的第二初级绕组相关联的绕组160共享。在实施方案中，铁磁芯150和齿156可以由任何种类的铁磁材料构造，所述铁磁材料包括但不限于钢叠片、烧结的磁粉材料(例如，SomaloyTM)或诸如钢的实心铁磁材料。在一个实施方案中，采用钢叠片。在一个实施方案中，定子芯由铁磁粉的烧结的软磁性组合物制成。在另一实施方案中，芯150和/或齿156由可固化材料(例如，树脂)和软铁磁粉的混合物制成。在另一实施方案中，芯和/或齿由可固化材料(例如，聚合物和/或混凝土)与铁磁材料(例如，铁磁粉和/或铁磁金属)的混合物制成。
图5A是根据实施方案的PM直线电机135的初级绕组137的示意图，其中初级绕组具有闭合开放的铁磁齿156的PM 162、164。图5B描绘诸如在图4中描绘的另一实施方案，其中PM 162、164嵌入芯150中，其中初级绕组具有开放的齿156和凹槽158。在此实施方案中，PM162、164在芯150中以沿着芯150和初级绕组137的长度交替的直线布置而布置。在此实施方案中，PM 162、164以沿着初级绕组137的长度交替的直线布置而布置。PM 162、164在切向上被磁化，即，PM 162、164是基本上矩形的，具有对应于芯150的高度的两个长边。另外，PM的极性，即，磁化矢量，在切向方向上。磁体162、164在相反的方向上定位在芯150中。也就是说，磁体162的极性是进入纸张(朝向第二面154)的S-N，并且磁体164的极性是从纸张向外朝向第一面152的S-N。铁磁材料(芯150)围绕PM 162、164。磁极在PM 162、164之间在铁磁材料中产生。有利的是，在此实施方案中，在其中初级绕组137是双侧的实施方案中，由PM162、164生成的磁通可以由与第一面152上的初级绕组相关联的线圈160以及与第二面154上的第二初级绕组相关联的绕组160共享。
图5C和图5D描绘初级绕组137的配置的另一实施方案。在类似于图5A和图5B的实施方案的此实施方案中，然而，芯150如所示被分割和分段，并且PM 162、164嵌入(夹在)线圈160围绕其放置的定子齿156中。中心结构157可以是芯150的部分，或者可以是结构或安装板。芯150结构之间的间隙159提供初级绕组137与次级绕组139a和139b的所需间隔，并且确保减小推力波动。在实施方案中，间隙大小还可以在极之间改变以有助于减小推力波动。在一些情况下，所述变化对于相应的极可以重复，在其它实施方案中不需要如此。PM 162、164在切向上被磁化，即，PM 162、164是基本上矩形的，具有对应于芯150的高度齿156的两个长边。另外，PM的极性，即，磁化矢量，在切向方向上。也就是说，它们在厚度上被磁化，例如，磁体162沿着整个初级绕组部分结构137在切向方向上被向右磁化。同样地，磁体164在初级绕组137的长度的方向上被向左磁化。此磁化沿着初级绕组137的结构的长度交替地重复。在图5C和图5D中示出PM 162、164的极性。铁磁材料在PM 162、164之间。磁极在围绕PM162、164的铁磁材料中产生。
返回到图3和图4，初级绕组还包括形成多相交流定子的励磁线圈或绕组160。绕组150是由沿着初级绕组的长度以交替的相位格式布置的各个相位线圈160形成，其中一个线圈160填充两个相邻的凹槽158。在实施方案中，初级绕组的第一侧154包括布置为相位A、B、C、A、B、C的六个线圈，而相对侧被布置成A、C、B、A、C、B。可以按照多个相位(例如，三相)布置线圈或绕组160。可以使用诸如铜或铝的电导体(例如，电线、条带)形成线圈160。有利的是，使用铝(例如，电线或条带)用于线圈160会减小初级绕组137的质量并降低设备的成本。
线圈160可以可操作地连接到电流源，例如，控制器或驱动器(诸如，控制器115)(图1)。控制器115可以提供在本领域中已知的多相电流。例如，在图3和图4中示出的直线电机是可以接收三相电源的三个交流A、B、C的三相机器。在此三相系统中，三组线圈160(A、B、C)各自载运相同频率的三个交流中的一者，所述交流在彼此循环的三分之一处达到其峰值。如在图3和图4中所示，识别为A的线圈160载运A相位，识别为B的线圈载运B相位，并且识别为C的线圈160载运C相位。
控制器115向两侧初级绕组137提供驱动信号，以控制向次级绕组139a、139b施加的导致电梯轿厢门104的运动的力。可以使用通用微处理器来实施控制器115，所述通用微处理器执行存储在存储介质上的计算机程序以执行本文所述的操作。替代地，控制器115可以在硬件(例如，ASIC、FPGA)中或在硬件/软件的组合中实施。控制器115还可以是单独的，或者是电梯系统100的部分。控制器115可以包括向初级绕组137供电的供电电路(例如，逆变器或驱动器)。
在每种情况下，第一面152上的用于相位A、C、B的线圈160包括以在致使推力将次级绕组139b向右驱动的方向上的电流操作。同样地，颠倒相位的顺序将致使次级绕组139b被向左驱动。类似地，与相对的表面154相邻的具有用于极A、B、C的电流流动的线圈160将使次级绕组139a向左驱动，然而，线圈160之间的关系是不相干的，并且它们仅需要按所需的顺序连接到三相控制，从而在所需的方向上布置施加的力。重要的是，任一侧上的常规的ABC、ACB相位关系在那个侧上得以维持，以便实现次级绕组上的所需方向的力。初级绕组被布置成典型的三相绕组。然而，应当理解，可以设计任何数目的相位，包括六个相位和十二个相位。另外，绕组的布置的其它替代性配置是可能的。最小数目的相位是两个。另外，虽然已经将实施方案描述成具有两组三相绕组(每侧6个线圈160)，但任何数目是可能的。另外，虽然已经关于两侧初级绕组137(每侧具有六个线圈)描述了本文的实施方案，但其它配置是可能的，包括作为替代的具有两侧绕组的单个芯。再次地，初级绕组137的芯150和绕组160布置的任何配置是可能的，并且可以设想出。此外，应当理解，虽然在实施方案中已经关于双组三相绕组(例如，相位A、B、C、A、B、C的序列)描述了初级绕组137和绕组160，但初级绕组和绕组的配置可以相同，并且仅电连接和控制器115操纵着如何将线圈160定序并且激发改变。
在图3、图4和图5A至图5C中，绕组配置由在本领域已知的单侧平坦直线感应电机中常规的两个单层、重叠的多相绕组配置组成。可以串行或并行地驱动绕组，串联连接一般是优选的，以便避免过高的电流和各种绕组组之间的磁失衡。每一组绕组缠绕在与芯的同一表面相邻的凹槽之间，因此每个绕组的所有片段在芯的同一侧上。
现在转向图6A和图6B，其描绘次级绕组结构139a和139b的一个实施方案。在实施方案中，次级绕组139a、139b的有源部分可以由如上文描述的基本上矩形形状的简单的一块磁性材料(例如，铁)形成。次级绕组139a、139b被配置成具有基本上沿着其长度分布的磁接合(存在铁磁)突出部分170和磁非接合(不存在金属)低突出部分或非突出部分172。突出部分170和非突出部分172的高度与初级绕组137上的齿156的高度大致相同。在实施方案中，非突出部分172形成为在其中切割或冲压的多个凹槽，以将突出部分170形成为齿(例如，类似于具有横档的梯子)。齿170以本领域将理解的常规方式间隔，以避免与初级绕组137的极和齿156对准，从而避免推力波动。在实施方案中，突出的齿172沿着次级绕组139a、139b的长度以初级绕组137的齿156的间距的5/6间距线性间隔开，但许多其它间距是可能的。
图6B和图6C还示出一种变化，其中两侧初级绕组137的齿156可以成角度或歪斜，或者同样地，次级绕组139a、139b的齿170可以相对于初级绕组137成角度。初级绕组137或次级绕组139a、139b的齿可以歪斜，从而改善PM直线电机135中的推力波动。虽然是关于图3的实施方案示出，但此变化适用于图3、图4和图5A至图5C中的前述实施方案中的每一者。本文使用的术语“成角度”是指相对于与由初级绕组137的相互作用所生成的对次级绕组的推力的方向垂直的平面而旋转角度α。针对初级绕组齿156所表示的角度α是可以相对于与由初级绕组137的相互作用所生成的对次级绕组139a和139b的推力的方向垂直的平面在约-60°至约60°的范围内的角度。使初级绕组137的齿或布置或齿170歪斜。
现在转向图7A至图7C，其描绘次级绕组结构139a和139b的另一实施方案。在实施方案中，次级绕组139a、139b可以由如上文描述的基本上矩形形状的简单的一块磁性材料(例如，铁)形成。次级绕组139a、139b被配置成具有基本上沿着其长度分布的磁接合或突出的部分170和磁非接合非突出的部分172。再次地，突出的磁接合部分170和非突出的磁非接合部分172的高度与初级绕组137上的齿156的高度大致相同。在实施方案中，次级绕组139a、139b形成为多个波纹，所述多个波纹沿着金属的长度被压制或冲压到所述金属中以将突出的磁接合部分170形成为齿(例如，在初级绕组近侧的凸块)，并且非突出的非接合部分172是浅凹(其中金属距初级绕组的磁体足够远而不会接合。再次地，齿170以本领域将理解的常规方式间隔开以处于初级绕组137的齿156的间距的5/6的间距的布置中。
图7C还示出可以用于减少推力波动的另一变化。在一个实施方案中，两侧初级绕组137的齿156可以成角度或歪斜，如上文关于图6C所描述，即，相对于与由初级绕组137的相互作用所生成的对次级绕组的推力的方向垂直的平面而旋转角度α。在此图中描绘的另一实施方案中，次级绕组170的突出的部分或“浅凹”可以在边缘处圆化或成倒角，如通过角度β示出的。本文使用的术语“成角度”是指相对于次级绕组139a、139b的齿170的面的平面而旋转角度β。因此，齿156的定向或它们的形状和特征可以被成型为调整引入PM直线电机135中的推力波动。
依据硬件架构，此计算装置可以包括处理器、存储器和经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)装置接口。本地接口可以例如包括但不限于一个或多个总线和/或其它有线或无线连接。本地接口可以具有出于简单起见而省略的额外元件，诸如控制器、缓冲器(缓存)、驱动器、中继器和接收器，从而实现通信。此外，本地接口可以包括地址、控制装置和/或数据连接，以实现前述部件之间的适当通信。
处理器可以是用于执行软件、尤其是存储在存储器中的软件的硬件装置。处理器可以是定制或市售的处理器、中央处理单元(CPU)、与计算装置相关联的若干处理器之间的辅助处理器、基于半导体的微处理器(呈微芯片或芯片组的形式)，或用于执行软件指令的一般任何装置。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM等)中的任一者或组合。另外，存储器可以并入有电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。应注意，存储器还可以具有分布式架构，其中各种部件彼此远程定位，但可以由处理器访问。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，所述程序中的每一者包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。体现为软件的系统部件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本，或包括将要执行的一组指令的任何其它实体。当被构造为源程序时，所述程序经由可以包括在存储器内或者可以不包括在存储器内的编译器、汇编器、解译器等进行转译。
本文使用的术语是用于仅描述特定实施方案的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外清楚地指示，否则希望单数形式“一”、“一种”和“所述”也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当用于本说明书中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除更多其它特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或添加。
所附权利要求书中所有构件或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等效物意在包括用于与特定要求保护的其它要求保护的元件组合地执行所述功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但是所述描述不旨在是详尽的或以所公开的形式受限于本公开。在不脱离本公开的范围的情况下，许多修改和变化对于本领域技术人员来说将显而易见。选择和描述所述实施方案以便最佳地解释本公开的原理以及实际应用，并且使本领域其他技术人员能够理解本公开中具有适用于所预期的特定用途的各种修改的各种实施方案。
Claims (23)
1.一种用于驱动次级绕组的开关磁通直线电机，包括：
初级绕组，所述初级绕组包括透磁芯，所述透磁芯具有在所述芯的第一侧上的第一面表面、在所述第一侧上形成多个凹槽的多个齿、以及多个多相绕组，所述多个多相绕组缠绕成在所述凹槽中具有其片段，从而在所述第一面表面中的每一者处形成多个磁极；
相反极性的永磁体对，所述相反极性的永磁体对被配置成在所述多个多相绕组被多相源激发时致使所述初级绕组向所述次级绕组施加力；以及
无源铁磁次级绕组，所述无源铁磁次级绕组邻近所述第一面表面但与所述第一面表面间隔开，所述无源铁磁次级绕组能够相对于所述初级绕组移动。
2.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，还包括在所述芯的与所述第一侧相对的第二侧上的第二面表面，所述第二面表面包括在所述第二侧上形成第二多个凹槽的第二多个齿、以及第二多个多相绕组，所述第二多个多相绕组缠绕成在所述凹槽中具有其片段，从而在所述第二面表面中的每一者处形成多个磁极。
3.根据权利要求2所述的开关磁通直线电机，还包括第二无源铁磁次级绕组，所述第二无源铁磁次级绕组邻近所述第二面表面但与所述第二面表面间隔开，并且能够相对于所述芯独立于所述第一铁磁次级绕组移动。
4.根据权利要求3所述的开关磁通直线电机，其中第一极性的多相绕组和第二极性的多相绕组被布置成并被激发成使得所述第一次级绕组和所述第二次级绕组在相反的方向上移动。
5.根据权利要求3所述的开关磁通直线电机，其中：
所述芯的所述第一侧上的所述绕组缠绕成在从所述第一侧查看时彼此具有与在从所述第二侧查看时所述第二侧上的所述绕组所具有的相互相位关系相同的相互相位关系，由此在相互相反的方向上驱动所述次级绕组。
6.根据权利要求3所述的开关磁通直线电机，其中所述第一侧上的所述绕组缠绕成在从顶部查看时与所述第二侧上的绕组相位颠倒，由此在相反的方向上驱动所述次级绕组。
7.根据权利要求3所述的永磁直线电机，还包括：
直线电机驱动器，所述直线电机驱动器用于向所述第一多个多相绕组和所述第二组多相绕组中的至少一者供应电流，以便依据所述电流的相位关系在两个方向中的任一方向上选择性地驱动每个相应次级绕组。
8.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，还包括：
直线电机驱动器，所述直线电机驱动器用于向所述第一面表面的凹槽中的至少所述绕组供应电流，以便依据所述电流的所述相位关系在两个方向中的任一方向上选择性地驱动所述次级绕组。
9.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，其中：
所述第一多个多相绕组缠绕成在所述第一侧和所述第二侧上提供磁极，所述第一侧上的所述极具有与所述第二侧上的所述极的极性相反的极性，由此在相互相反的方向上驱动所述次级绕组。
10.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，其中所述永磁体对为以下各项中的至少一者：设置在所述铁磁芯的远侧的所述齿的端部处并且形成闭合凹槽；设置在所述铁磁芯中并且沿着所述铁磁芯的长度磁化；设置在所述铁磁芯中并且沿着所述铁磁芯的宽度磁化；以及交替地设置在具有绕组包围的齿的两个部分之间。
11.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，其中所述无源铁磁次级绕组被配置成具有沿着所述次级绕组的长度的至少一部分基本上均匀分布的突出部分和非突出部分。
12.根据权利要求11所述的开关磁通直线电机，其中所述非突出部分通过冲压或移除铁磁材料而形成。
13.根据权利要求11所述的开关磁通直线电机，其中所述突出部分以与所述初级绕组的所述齿的节距不同的节距定位。
14.根据权利要求11所述的开关磁通直线电机，其中所述突出部分以正交于由所述初级绕组施加在所述次级绕组上的力的角度定向。
15.根据权利要求11所述的开关磁通直线电机，其中所述突出部分以比相对于由所述初级绕组施加在所述次级绕组上的力正交小的角度定向。
16.根据权利要求11所述的开关磁通直线电机，其中所述突出部分和非突出部分通过压制所述铁磁材料并且在所述铁磁材料中形成波纹而形成。
17.根据权利要求16所述的开关磁通直线电机，其中所述波纹被形成为使得所述波纹的深度D是所述初级绕组与所述突出部分之间的间隙的至少2.5倍。
18.根据权利要求16所述的开关磁通直线电机，其中所述突出部分包括相对于所述突出部分的面成角度的成角度部分。
19.根据权利要求1所述的开关磁通直线电机，其中所述第一负载和第二负载是相互相邻的门。
20.根据权利要求19所述的开关磁通直线电机，其中所述门是电梯门。
21.根据权利要求12所述的开关磁通直线电机，其中所述初级绕组设置在电梯轿厢上，并且所述门包括一对中开式双门。
22.一种双侧开关磁通直线电机门操作器，包括：
透磁芯，所述透磁芯具有在所述芯的第一侧上的第一面表面和在所述芯的与所述第一侧相对的第二侧上的第二面表面、形成在所述表面中的每一者上形成的多个凹槽的多个齿、以及多个多相绕组，所述多个多相绕组缠绕成在所述凹槽中具有其片段，从而在所述第一面表面和第二面表面中的每一者处形成多个磁极；
相反极性的永磁体对，所述相反极性的永磁体对被配置成将磁通量引导到所述透磁芯；以及
第一无源铁磁次级绕组，所述第一无源铁磁次级绕组邻近所述第一面表面但与所述第一面表面间隔开并且能够相对于所述芯移动；
第二无源铁磁次级绕组，所述第二无源铁磁次级绕组邻近所述第二面表面但与所述第二面表面间隔开并且能够相对于所述芯独立于所述第一导电次级绕组移动；
一对电梯门，所述一对电梯门各自附连到所述次级绕组中的一者，由此所述电梯门通过所述次级绕组在相互相反的方向上移动。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述芯设置在电梯轿厢上，并且所述门包括一对中开式双门。
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