CN111711337B - 一种直线电机以及运输系统 - Google Patents

Abstract

一种直线电机系统，包括：定子，该定子包括多个定子单元，定子单元具有初级绕组；动子；驱动控制器，被设置于所述动子上，与所述动子一体移动。本发明的直线电机系统结构简单、安全可靠、经济适用，高效节能，兼有动圈式和动磁式结构方案所具有的一系列优点，解决了初级分段直线电机驱动系统尤其提升运输和轨道(磁浮)交通领域供电切换、控制系统复杂、可靠性较低，成本高等技术瓶颈和工程应用问题。

Description

一种直线电机以及运输系统

技术领域

本发明属于运输技术领域，特别涉及一种直线电机系统以及运输系统。

背景技术

直线电机驱动系统已经广泛应用于各行各业，如直线电机地铁、直线电机自动化流水线、直驱垂直提升系统、磁浮交通等应用领域。直线电机，尤其垂直提升永磁直线电机一般采用长初级、短次级的动磁(动次级)式结构，或长次级、短初级的动圈式结构，采用何种结构及如何可靠供电和控制，成为直线电机驱动系统的关键技术之一。

对于直线电机，如果选择动圈式结构，供电相对较为简单，可采用线缆直接供电或接触供电或非接触供电，变频器(逆变器)位于动子或轿厢上，控制较为简单。但长次级永磁较难防护，作为动子的初级线圈长时间通电，容易发热造成初级线圈及铁心体积和自重较大。而且变频器(逆变器)位于动子上，进一步增加了运动部分的自重，垂直提升有效载荷较小，直线电机提升力利用率不高。

如果选择动磁式结构，初级线圈和驱动控制器沿轨道布置，优点是初级线圈短时通电可减小直线电机体积和自重，作为动子的次级永磁体积和自重较小，垂直提升有效载荷大，直线电机提升力利用率高，次级永磁防护简单，维修方便，动子供电简单等。但定子线圈需要分段供电，有多少段单元电机，就要分多少段供电切换装置，变频器(逆变器)数量繁多，而这种分段供电切换控制系统会导致建造成本急剧升高、使用维护成本难以承受、系统的可靠性降低等问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种直线电机结构，目的在于解决现有技术问题之一，即在现有直线电机系统中，需要沿途布设数量众多的用于对定子分段切换供电控制的驱动控制器，而导致的控制系统复杂、可靠性低，成本高的缺陷。

本发明实施例之一，一种直线电机结构，包括定子、动子、驱动控制器和供电系统。该定子包括多个定子单元，定子单元具有初级绕组；驱动控制器被设置于所述动子上，与所述动子一体移动。供电系统通过设于动子上的驱动控制器对定子供电。该供电系统可以是有接触的有线供电方式，也可以是无接触的无线供电方式。

本发明实施例的直线电机系统结构简单、安全可靠、经济适用，高效节能，兼有动圈式和动磁式结构方案所具有的一系列优点，解决了初级分段直线电机驱动系统尤其提升运输和轨道(磁浮)交通领域供电切换、控制系统复杂、可靠性较低，成本高等技术瓶颈和工程应用问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是根据本发明实施例之一的直线电机传输系统示意图。

图2是根据本发明实施例之一的直线电机传输系统示意图。

1——单元电机定子模块，

2——动子，

3——负载端断续滑触轨，

4——负载端电刷，

5——第二绝缘件，

6——电源端滑触轨，

7——电源端电刷，

8——驱动控制器，

81——驱动控制器的电源输入端，82——驱动控制器的负载输出端，

9——第一绝缘件。

具体实施方式

目前，动磁式永磁直线电机，对于定子模组需要布设的分段供电系统有IGBT、晶闸管、固态继电器等功率器件或功率开关电子切换方式，以及接触器等电磁、机械切换方式。切换开关和变频器(逆变器)数量繁多，需要沿轨道布置大量的位置检测传感器，专门的保护电路、上位机等处理器件，中间环节多，存在电子开关和电磁开关线圈及与动子不耦合的预通电初级线圈空耗电流(比正常电机电流大数倍)损耗大、电路复杂、成本高、传感器或接触器失灵误动作、切换不可靠等缺陷。还需要解决多台变频器(逆变器)同时控制一个轿厢(车体)的同步控制问题，可以说整个系统的可靠性很大程度上系于分段供电系统是否成熟可靠，工程实施难度较大。

例如，中国专利申请CN201510748173.6公开了一种“直线电机滑触式分段供电切换装置”，提出了一种单元电机初级绕组的分段切换方案，但所述的电源(即驱动控制器的输出端或负载端电源)位于定子轨道，为了对多个轿厢(动子)各自耦合的不同单元电机组进行精确控制和不过多浪费预通电线圈空耗电能(与动子不耦合的预通电线圈空耗电流比正常电机电流大数倍)，理论上要求每隔一段不长的距离(一般与动子长度相当，间隔越短，前后相邻两个轿厢的可控间距越小，但成本越高，理论上一个单元电机长度最好，但驱动控制器数量和成本也最高)就需要设置一个驱动控制器，为此需要沿定子轨道或基础布置大量的驱动控制器及位置检测传感器，对于长距离的直线电机多轿厢提升运输系统，轨道上的驱动控制器和传感器数量及线缆繁多，可能非常不经济，尤其带来运行控制难度和运行扰动，还需要解决两台及多台驱动控制器同时精确控制一个轿厢或一个动子(当运行到两台或多台驱动控制器区间时)所耦合的多段不同单元电机定子绕组的同步控制难题，控制系统复杂，整体系统成本高。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，定子、一个或者多个动子、一个或者多个驱动控制器和供电系统，该供电系统采用无线传输供电，包括第一无线传输供电系统和第二无线传输供电系统。其中，

定子包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组。驱动控制器被设置于动子上，用于对动子的运动进行控制。第一无线传输供电系统，为整个直线电机运输系统供电，该第一无线传输供电系统沿着由定子单元形成的运输轨道布设。驱动控制器通过无线传输，接收由第一无线传输供电系统提供的电能输入。第二无线传输供电系统，设置于动子上，随着动子的不断移动，定子单元的初级绕组通过无线传输方式，接收由第二无线传输供电系统提供的电能输入。

上述第一或第二无线传输供电系统可以是感应式无线传输供电系统，如常见的电磁感应式和电场感应式等无线传输供电系统，也可以是电磁波型、共振型、谐振型等无线传输供电系统，还可以是反应式等其它新型无线传输供电系统。驱动控制器可以不仅控制动子、定子，也可能控制照明、空调等负荷。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，定子、一个或者多个动子、一台或者多台驱动控制器。定子又包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组。驱动控制器被设置于动子上，用于对动子的运动进行控制。该直线电机运输系统采用接触式供电方式，系统的供电机构包括两个部分，第一部分包括第一滑触轨和第一电刷，第二部分包括第二滑触轨和第二电刷。

第一部分的第一滑触轨为导电体，与直线电机运输系统的输入供电母线电连接。第一电刷被设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上。第一电刷与驱动控制器的电源输入端电连接。同时，第一电刷与第一滑触轨配合设置，随着动子的移动，第一电刷在第一滑触轨上接触移动。

第二部分的第二滑触轨为导电体，包括多个沿着定子单元形成的运输轨道顺序布设的第二滑触轨单元，这些第二滑触轨单元的布设对应于所述定子单元的布设，并且各第二滑触轨单元与对应的定子单元的初级绕组电连接。

第二部分包括一支或者多支第二电刷，该电刷被设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上，同时，第二电刷与第二滑触轨配合设置，随着动子的移动，第二电刷在所述第二滑触轨单元上，以及多个第二滑触轨单元之间连续接触移动。又有，第二电刷与驱动控制器的驱动输出端电连接。

第二滑触轨单元之间设有绝缘体或者绝缘间隙，使得第二电刷通过绝缘间隙或者在绝缘体的接触移动从一个第二滑触轨单元接触移动到另一个第二滑触轨单元。

滑触轨与电刷之间的配合设置，包括了滚动、滑动、和既有滚动又有滑动的配合设置形式。即，所述第一电刷表面与所述第一滑触轨表面滑动或滚动接触或既滑动又滚动接触，随着所述动子的移动，所述第一电刷在所述第一滑触轨上滑动或滚动接触或既滑动又滚动接触。所述第二电刷表面与所述第二滑触轨表面滑动或滚动接触或既滑动又滚动接触，随着所述动子的移动，所述第二电刷在所述第二滑触轨单元上，以及多个第二滑触轨单元之间连续滑动或滚动接触或既滑动又滚动接触。

优选的，所述直线电机运输系统包括运输轨道，定子布设在运输轨道上。动子和定子之间设置导向定位装置，一般为导向定位轨和导向定位轮(或滑块)组，根据不同的应用场景，定子(或运输轨道)和动子或与动子连接的附着物之间还可设置制动安全装置，一般为制动轨和制动器(安全钳)，常见的制动轨有T型轨和齿条等，常见的有钳盘式制动器和钳盘式安全钳，及齿轮式制动器和齿轮式安全钳等，它们可以单独设置，也可以根据需要选择设置。一般，定子、导向定位轨、制动轨布设在运输轨道上或它们本身就作为运输轨道的一部分，相应地，所述导向定位轮(滑块)组、制动器(安全钳)分别与导向定位轨、制动轨配合设置在动子或与所述动子连接的附着物上。

优选的，动子上的附着物是用于载人的轿厢或者载物的容器。

优选的，在本实施例中，直线电机运输系统可以采用直流供电，也可以采用交流供电。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，

定子，包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组；

至少一个动子；

至少一台驱动控制器，被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制；

第一无线传输供电系统，为所述直线电机运输系统供电，该第一无线传输供电系统沿着由所述定子单元形成的运输轨道或周围空间布设，所述驱动控制器通过无线传输，接收由所述第一无线传输供电系统提供的电能输入；

第二滑触轨，为导电体，包括多个顺序布设的第二滑触轨单元，这些第二滑触轨单元的布设对应所述定子单元的布设，且

各第二滑触轨单元与对应的定子单元的初级绕组电连接；

至少一支第二电刷，该电刷被设置于所述动子或所述动子的附着物上，同时，

所述第二电刷与所述第二滑触轨配合设置，随着所述动子的移动，所述第二电刷在所述第二滑触轨单元上接触移动，和/或在多个第二滑触轨单元之间连续接触移动，又有，

所述第二电刷与所述驱动控制器的驱动输出端电连接。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，

定子，包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组；

至少一个动子；

至少一台驱动控制器，被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制，且，

第一无线传输供电系统，为所述直线电机运输系统供电，该第一无线传输供电系统沿着由所述定子单元形成的运输轨道或周围空间布设，所述驱动控制器通过无线传输，接收由所述第一无线传输供电系统提供的电能输入，

第二无线传输供电系统，设置于所述动子或所述动子的附着物上，所述定子单元的初级绕组通过无线传输，接收由所述第二无线传输供电系统提供的电能输入。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，

定子，包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组；

至少一个动子；

至少一台驱动控制器，被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制，且，

第一滑触轨，为导电体，与所述直线电机运输系统的供电母线电连接，第一电刷，该电刷被设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上，同时，

所述第一电刷与所述第一滑触轨配合设置，随着所述动子的移动，所述第一电刷在所述第一滑触轨上接触移动，又，

所述第一电刷与所述驱动控制器的电源输入端电连接；

第二无线传输供电系统，设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上，所述定子单元的初级绕组通过无线传输，接收由所述第二无线传输供电系统提供的电能输入。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括，

定子，包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组；

至少一个动子；

至少一台驱动控制器，被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制，且，

驱动控制器的输入端通过随行电缆与所述直线电机运输系统的供电母线电连接；

第二无线传输供电系统，设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上，所述定子单元的初级绕组通过无线传输，接收由所述第二无线传输供电系统提供的电能输入。

根据一个或者多个实施例，一种直线电机运输系统，该系统包括定子、一个或者多个动子、一个或者多个驱动控制器。定子包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组。驱动控制器被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制，驱动控制器的输入端通过随行电缆与所述直线电机运输系统的供电母线电连接。系统还包括：

第二滑触轨，为导电体，包括多个沿着定子单元形成的运输轨道顺序布设的第二滑触轨单元，这些第二滑触轨单元的布设对应所述定子单元的布设，且各第二滑触轨单元与对应的定子单元的初级绕组电连接；

一支或者多支第二电刷，该电刷被设置于所述动子或与所述动子连接的附着物上。同时，所述第二电刷与所述第二滑触轨配合设置，随着所述动子的移动，所述第二电刷在所述第二滑触轨单元上，以及多个第二滑触轨单元之间连续接触移动。又有，所述第二电刷与所述驱动控制器的驱动输出端电连接。

需要说明的是，根据本领域技术人员的通常认识，如果以驱动控制器视角来考察，在本文中有：

定子单元可以被称为单元电机定子模块1；

第二滑触轨可以被称为负载端断续滑触轨3，这里的负载端是驱动控制器的负载输出端；

第二电刷可以被称为负载端电刷4；

第二滑触轨的滑触单元可以被称为负载端断续滑触轨的导体段；

第一滑触轨可以被称为电源端滑触轨6，这里的电源端是指驱动控制器的电源输入端；

第一电刷可以被称为电源端电刷7。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，一种直线电机运输系统，包括运输轨道、多个单元电机定子模块1、一个或多个单元电机动子模块。运输轨道固定于机架或基础上，单元电机定子模块1设置于运输轨道内，单元电机动子模块设置于动子2或轿厢上，每单元电机定子模块1包括单元电机初级绕组，还包括驱动控制器8和双端滑触供电装置。双端滑触供电装置包括输入端供电机构和输出端供电机构；驱动控制器8位于动子或轿厢上，驱动控制器8的输入端81通过输入端供电机构连接电源母线，驱动控制器8的输出端82通过输出端供电机构连接至少一个单元电机定子初级绕组；

输入端供电机构包括电源端滑触轨6和电源端电刷7；电源端滑触轨6沿运输轨道动子运动方向设置并连接电源母线，电源端电刷7连接驱动控制器8的输入端81，通过第一绝缘件9设置于动子或轿厢上，并与电源端滑触轨6配合设置。

输出端供电机构包括负载端断续滑触轨3和负载端电刷4，负载端断续滑触轨3沿运输轨道动子运动方向设置并连接多段单元电机初级绕组1，负载端电刷4连接驱动控制器8的输出端82，通过第二绝缘件5设置于动子或轿厢上，并与负载端断续滑触轨3配合设置；

负载端电刷4与负载端断续滑触轨3配合使用为对应单元电机初级绕组供电；动子2移动过程中，一般仅与动子2耦合或相邻并与负载端断续滑触轨3相连的单元电机初级绕组处于通电状态，而与动子2非重叠(非耦合)区域的单元电机初级绕组由于没有负载端电刷4接通，处于断电状态，实现滑触分段供电。

电源端电刷7和负载端电刷4分别通过第一绝缘件9和第二绝缘件5与动子2连接，随动子2移动而移动。因为一般一段单元电机动子模块对应耦合一段单元定子模块，负载端电刷4的组数一般小于等于单元电机动子模块的段数，即有N段单元电机动子模块，就设置最多N组负载端电刷4，也就是说任何时刻最多有与N段单元电机动子模块相耦合的N段单元电机定子模块1获得电能。但有些情况如高速运行时，为了可靠供电，需要给没有动子耦合的一段或多段单元定子提前预通电，也可以相应地增加一组或多组负载端电刷，使负载端电刷的组数可能大于单元电机动子模块的段数。

本实施例中，电源端滑触轨6包括连续导体，连续导体连接电源母线；负载端断续滑触轨3包括多个导体段，导体段沿一直线方向或曲线方向间隔布置，每两相邻导体段之间设置有绝缘体或者绝缘间隔(间隙)，各单元电机初级绕组分别连接相应的导体段；导体段的长度接近或等于单元电机的长度。

电源端滑触轨6上的电源通过电源端电刷7给驱动控制器8及轿厢连续供电，当负载端电刷4位于对应单元电机初级绕组位置时，负载端电刷4的电能通过负载端断续滑触轨3馈送到对应单元电机初级绕组，实现单元电机初级绕组分段供电。

在本实施例中，输入端供电机构为单相、两相、三相或多相输入端供电机构；输出端供电机构为单相、两相、三相或多相输出端供电机构。输入端供电机构为直流或交流输入端供电机构；输出端供电机构为直流或交流输出端供电机构。作为优化，一般电源母线电源为直流电，输入端供电机构为直流输入端供电机构，驱动控制器8的输出端82为交流电压，输出端供电机构为交流输出端供电机构。

优选的，电源端滑触轨6和电源端电刷7可直接采用市面上的标准(连续)滑触轨和电刷产品；根据不同使用场景，负载端断续滑触轨3和负载端电刷4可以直接采用标准滑触轨(一般需要将连续导体作分割处理或多根标准滑触轨分段间隔布置)和电刷(绝缘间隔较大时有可能需要定制电刷)产品，也可以参照标准连续导体滑触轨及电刷产品标准，根据需要定制，使之成为由一系列非连续导体组成的断续滑触轨。另外，从原理图1可知，设置绝缘体或绝缘间隙(间隔)的目的是使滑触轨相邻两个导体段(滑触单元)之间形成明显的绝缘断口，确保两者在电气上是绝缘的，绝缘体可以是常用的比较耐磨的绝缘材料，空气间隔或空隙本身也可以看成一种绝缘体，而且绝缘体表面一般低于滑触轨导体段(滑触单元)表面，因为运行时间长了滑触轨导体段(滑触单元)表面可能磨损(一般电刷磨损程度更大需要定期更换，滑触轨导体段磨损相对小得多)，此情况下保证电刷仍然能够顺利通过绝缘体，并根据相邻导体段(滑触单元)之间的绝缘间隔和所需的切换时机来合理设计、定制和匹配负载端断续滑触轨3和负载端电刷4。

本实施例中，为保证安全运行，还包括带常开常闭双向主触点的接触器或电源开关，接触器或电源开关连接于电源母线或电源母线的上一级供电电源或驱动控制器8的输出端82，接触器或电源开关的常闭主触点短接驱动控制器的输出端，与输出端供电机构及其相连的单元电机初级绕组配合构成单元电机绕组短接发电制动保护电路。

驱动控制器8、电源端电刷7、负载端电刷4均位于动子或轿厢上，驱动控制器8的输入端81和输出端82分别通过电源端电刷7、负载端电刷4与轨道上的电源端滑触轨6和负载端断续滑触轨3相连接，轨道上的各单元电机初级绕组分别与相应的负载端断续滑触轨3内的导体相连接，实现单元电机初级绕组的精准、可靠分段供电和前后相邻轿厢间距的精准控制，沿运输轨道分段布置的单元电机初级绕组为短时通电允许高电流密度，直线电机体积大为降低，作为动子的次级(永磁)体积小、自重轻无需供电，垂直提升有效载荷大，次级(永磁)防护简单，系统维修方便，初级线圈断续滑触分段供电和动子连续滑触供电原理可行，技术成熟，运行可靠，动子侧(车载)驱动控制器8及辅件传感器、线缆等数量最少，轨道上仅铺设有单元电机定子模块、电源端滑触轨6和负载端断续滑触轨3和必要的供电电源、调度监测系统，整个系统成本低廉，仅在动子(轿厢)上增加了变频器(逆变器)等车载驱动控制器和电刷的自重，但动子总重量仍小于动圈式(动初级线圈)结构。相同总成本下，垂直提升有效载荷远大于常规的动圈式结构，接近甚至大于常规的动磁式结构，系统可靠性和提升效率大为增加。

本实施例中，驱动控制器的输入端81通过输入端供电机构连接电源母线，驱动控制器的输出端82通过第二单触点滑触供电结构连接至少一段单元电机模块，电源端电刷7与控制器的输入端81电连接，负载端电刷4与控制器的输出端82电连接，然后再分别在电源端滑触轨6和负载端断续滑触轨3上同时滑行，均为常规的单触点滑触供电方案，运行可靠，滑触电阻小，高频杂耗、接触电弧、能耗、电磁兼容性等均在现行标准可接受范围内。另外，随着无线供电技术的快速进步和更加实用化，输入或输出采用无线供电技术将使工程应用和运行维护更简便易行、更有优势、更符合新时代先进技术特征，实施效果上看，理论上它兼有传统的动圈式方案具有的一系列优点，比如驱动控制器8位于动子轿厢侧，控制系统和供电简单、控制精准等，又有动磁式方案具有的一系列优点，比如定子初级绕组短时通电允许高电流密度直线电机体积小，动子轻，垂直提升有效载荷大，次级永磁防护简单，系统维修方便。

作为对比，中国专利申请CN201510748173.6“直线电机滑触式分段供电切换装置”专利的本质特征为仅在定子轨道侧负载端(电机端)采用单端口(负载端)“搭桥式”双触点滑触供电切换结构方案：轨道内设置两根滑触轨(电源连续滑触轨和单元电机间断滑触轨)，动子上设置一组或多组仅与动子绝缘杆相连的电刷，电刷的两端横跨两根滑触轨(电源连续滑触轨和单元电机间断滑触轨)滑行，通过电刷将电源连续滑触轨的电能传到单元电机间断滑触轨上，相当于两个单触点滑触电阻串联，总的滑触电阻比常规单触点的增加一倍，高频杂耗、电磁干扰、接触电弧和能耗等也相应增加一倍以上，必然直接影响到运行性能和系统的可靠性，同时也带来较为严重的电磁兼容性问题。另外，该文件中的技术方案对负载端单元电机定子绕组分段供电切换方案进行的改进也仅是局部意义上的，其总体方案和实施效果上仍属于传统的动磁式结构方案，仍具有动磁式结构的大部分缺点，比如，轨道上的驱动控制器和传感器数量及线缆繁多，特别是上千米高的超高层建筑和数千米(比如5000～10000米)深的超深矿井等应用领域的直驱多轿厢立体(电梯)运输系统，为了实现相邻轿厢的精确控制和间距定位，基本每隔数个定子单元(实际工程应用中，考虑加工、变形、运输等各种因素，定子单元长度有限，一般0.3米～1米左右)就要布置一台驱动控制器，而且在众多的变轨层运输轨道上还要额外布设数量众多的驱动控制器(每个变轨层有几条运输轨道就要布设几台驱动控制器)，控制系统非常复杂，难以对多个轿厢实施精准控制，整体成本高，系统可靠性和提升效率不高等问题仍无法解决。而本实施例则很好解决了上述问题。

在一个或者多个实施例中，直线电机运输系统中，输入端供电机构为单相、两相、三相或多相输入端供电机构；输出端供电机构为单相、两相、三相或多相输出端供电机构。

作为典型应用，负载电机一般为三相交流电机，驱动控制器一般为交直交型变频器(一般包括整流器、滤波电路和逆变器等)，需要把电源交流电先经过整流器变成直流电，然后再经过逆变器逆变成所需要频率的交流电供给负载电机。为了减少驱动控制器的自重和损耗，作为优化方案，可把体积较大的整流器及滤波电路等直流侧输出作为直流电源母线统一布置在轨道侧，这样，驱动控制器主要作为逆变器使用，大大简化了整个供电系统，还有一个好处是，对于垂直提升位能型负载，动子或轿厢下放(下行)时方便向电网(直流电源母线)回馈电能，供给同一母线上的上升段电机(轿厢)或其它负载使用。基于上述典型应用和原理，图2为具有三段单元动子的直线电机系统直流输入/三相交流输出滑触供电示意图，图中，动子2由三段单元动子(可对应耦合三段单元定子)组成，每段单元动子设置一组A、B、C三相(三个)负载端电刷4，三段单元动子总共三组九个负载端电刷4，每组A、B、C三个负载端电刷4均与驱动控制器的相应输出端82相连，电源母线为直流电源，电源端滑触轨6为两根直流滑触轨分别与正、负直流电源母线相连接，驱动控制器的输入端81接电源端电刷7，驱动控制器的输出端82接负载端电刷4，通过负载端断续型的三相交流滑触轨3，向相应的三相交流单元电机绕组1输出电能，电源端电刷7通过第一绝缘件9布置在动子或轿厢上，负载端电刷4通过第二绝缘件5布置在动子或轿厢上。为了清晰表达接线关系，图2中仅画出了最下面一组A、B、C三个负载端电刷与驱动控制器的输出端82的连接线，其它两组负载端电刷同样也并联接于驱动控制器的输出端82，不再赘述。因电源端滑触轨6为连续滑触轨，为了节省滑触轨的数量，电源端滑触轨6理论上可以减少一根从而成为单根(正极)直流滑触轨，另外一根(负极)通过导轮或滑块或特制电刷接触导轨或机架等方式来实现，导轨或机架一般需要接地。但后者(单轨)的供电效果和可靠性可能不如前者(双轨)，需要解决好相关工艺和供电安全问题，慎重采用。

在有些场合，电源母线为单相交流电，比如常见的单相220伏照明电，电源端滑触轨6为单相(数量上仍为两根)交流滑触轨，驱动控制器的输入端81为单相交流电。

在有些场合，电源母线为两相交流电，电源端滑触轨6为两相交流滑触轨，驱动控制器的输入端81为两相交流电。

在有些场合，电源母线还可为三相交流电，电源端滑触轨6为三相交流滑触轨，驱动控制器的输入端81为三相交流电。

一般来说，N根电源母线，N根电源端滑触轨，理论上电源端滑触轨可以减少一根从而成为N-1根滑触轨，另外减少的一根滑触轨通过导轮或滑块或特制电刷接触导轨或机架等方式来实现，导轨或机架一般需要接地。但后者(N-1根)的供电效果和可靠性不如前者(N根)，需要解决一系列工艺和安全问题，慎重采用。

在有些场合，驱动控制器的输出端82为直流电，负载端滑触轨3为直流滑触轨，单元电机为直流电机。

在有些场合，驱动控制器的输出端82为两相交流电，负载端滑触轨3为两相交流滑触轨，单元电机为两相交流电机。

在有些场合，驱动控制器的输出端82还可为四相、五相、六相等多相交流(或直流)电，负载端断续滑触轨3为相应的四相、五相、六相等多相交流(或直流)滑触轨，单元电机为相应的四相、五相、六相等多相交流电机。

一般来说，驱动控制器的输出端82为N相交流电，负载端断续滑触轨3为N相交流滑触轨，单元电机为N相交流电机。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

传统直线电机驱动系统分段供电切换机构和控制装置复杂、可靠性低，成本高，本发明的初级分段直线电机车载驱动控制器双端口接触/无接触供电方案，具有结构简单、技术成熟、安全可靠、经济适用、高效节能的特点。

驱动控制器及其电源端电刷、负载端电刷位于动子或轿厢上，驱动控制器的输入端和输出端分别通过电源端电刷、负载端电刷与运输轨道上的电源端滑触轨和负载端断续滑触轨相连接，轨道上的各单元电机初级绕组分别与相应的负载端断续滑触轨内的导体段相连接，实现单元电机初级绕组的精准、可靠分段供电和前后相邻轿厢间距的精准控制，沿运输轨道布置的单元电机初级绕组为短时通电允许高电流密度直线电机体积大为降低，作为动子的次级(永磁)体积小、自重轻无需供电，垂直提升有效载荷大，次级永磁防护简单，系统维修方便，初级线圈断续滑触分段供电和动子连续滑触供电原理可行，技术成熟，简单可靠，车载变频器(逆变器)等驱动控制器及辅件传感器、线缆等数量最少，轨道上仅铺设有单元电机模块、电源端滑触轨和负载端断续滑触轨和必要的供电电源及调度监测系统，整个系统成本低廉，仅在动子(轿厢)上增加了变频器(逆变器)等车载驱动控制器和电刷的自重，但动子总自量仍远小于动圈式(动初级线圈)结构。相同总成本下，垂直提升有效载荷远大于常规的动圈式结构，接近甚至很可能大于常规的动磁式结构(由于节省了大量的驱动控制系统、传感器、线缆和分段切换装置及电耗、维护费等不菲的成本，用这部分成本只要略微增加大约5～10％的电机提升力，完全可以弥补本方案比常规动磁式增加的驱动控制器及电刷的自量而带来的有效载荷稍微降低的影响)，系统可靠性和提升效率大为增加。

本发明是在直线电机动子侧驱动控制器的输入端和输出端同时采用技术成熟的单触点滑触供电方案，电源端电刷和负载端电刷先分别与驱动控制器的输入端和输出端电连接，然后再分别在电源端滑触轨和负载端断续滑触轨上接触移动，均为常见的单触点滑触取电，运行可靠，滑触电阻小，高频杂耗、接触电弧、能耗、电磁兼容性等均在可接受范围和现行标准之内，另外，随着无线供电技术的快速进步和更加实用化，输入或输出采用无线供电技术将使工程应用和运行维护更简便易行、更有优势、更符合新时代先进技术特征，实施效果上看，理论上它兼有传统的动圈式方案具有的一系列优点，比如驱动控制器位于动子轿厢侧，控制系统和供电简单、控制精准等，又有动磁式方案具有的一系列优点，比如定子初级绕组短时通电允许高电流密度直线电机体积小，动子轻，垂直提升有效载荷大，次级永磁防护简单，系统维修方便等。

综上，无论是原理拓扑结构，还是实施效果，本发明都与现有技术明显的不同，颠覆了现有技术的惯常思维，完全摒弃了背景技术的动磁式、动圈式结构的一系列缺点，从动磁式到动圈式、驱动控制器的输入端到输出端、接触供电到无接触(无线)供电、系统和全局的角度，给出了一个在理论上能做到两全其美的全新拓扑结构方案，在主驱动单元电机布置方式上为动磁式(优选)结构，从驱动控制器布置方式上又是动圈式(优选)结构，这之间的技术关键在于本发明一种适合初级分段直线电机/车载驱动控制器结构的双端口接触/无接触供电技术，因此兼具有动磁式结构和动圈式结构的一系列优点，从原理方案上解决了困扰已久的重点应用领域关键技术和工程应用瓶颈问题，可能成为某些应用领域最为经济合理和首选的原理结构方案，尤其适合直线电机多轿厢磁浮电梯智能运输系统和轨道交通等工程应用领域。因此本发明的直线电机系统完全可以顺利应用于包括直驱电梯或提升系统、地铁或磁浮(城际)列车、物流仓储(立体车库)运输系统、网格化的自动化输送线等。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (6)

1.一种直线电机运输系统，其特征在于，该系统包括，

定子，包括多个顺序布设的定子单元，定子单元具有初级绕组；

至少一个动子；

至少一台驱动控制器，被设置于所述动子或所述动子的附着物上，用于对所述动子的运动进行控制，

第一滑触轨，为导电体，与所述直线电机运输系统的供电母线电连接，

第一电刷，该电刷被设置于所述动子或所述动子附着物上，同时，

所述第一电刷与所述第一滑触轨配合设置，随着所述动子的移动，所述第一电刷在所述第一滑触轨上接触移动，又，

所述第一电刷与所述驱动控制器的电源输入端电连接；

第二滑触轨，为导电体，包括多个沿着定子单元形成的运输轨道顺序布设的第二滑触轨单元，这些第二滑触轨单元的布设对应所述定子单元的布设，且

各第二滑触轨单元与对应的定子单元的初级绕组电连接；

至少一支第二电刷，该电刷被设置于所述动子或所述动子的附着物上，同时，

所述第二电刷与所述第二滑触轨配合设置，随着所述动子的移动，所述第二电刷在所述第二滑触轨单元上接触移动，和/或在多个第二滑触轨单元之间连续接触移动，又有，

所述第二电刷与所述驱动控制器的驱动输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的直线电机运输系统，其特征在于，所述第二滑触轨单元之间设有绝缘体，使得所述第二电刷通过在该绝缘体的接触移动从一个第二滑触轨单元接触移动到另一个第二滑触轨单元。

3.根据权利要求1所述的直线电机运输系统，其特征在于，所述动子上的附着物是用于载人的轿厢或者载物的容器。

4.根据权利要求1所述的直线电机运输系统，其特征在于，所述直线电机运输系统采用直流供电。

5.根据权利要求1所述的直线电机运输系统，其特征在于，与所述第一滑触轨电连接的所述直线电机运输系统的供电母线结构是单相或多相中的一种，

当该供电母线结构为两相以上时，所述第一滑触轨包括多根第一分滑触轨，第一电刷包括多个第一分电刷，每个第一分电刷与一根第一分滑触轨接触，所述第一分滑触轨数量与所述供电母线结构的相数一致。

6.根据权利要求1所述的直线电机运输系统，其特征在于，所述定子单元的初级绕组为单相或多相中的一种，

当所述初级绕组为两相以上时，所述第二滑触轨包括多根第二分滑触轨，每根第二分滑触轨与所述定子单元初级绕组中的一相绕组电连接，所述第二分滑触轨包括多个第二分滑触轨单元，

第二电刷包括多个第二分电刷，每个第二分电刷与一根第二分滑触轨接触。

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