KR20190069452A

KR20190069452A - 선형 전기 기계 및 선형 전기 기계 제어용 전력 전자 변환기

Info

Publication number: KR20190069452A
Application number: KR1020197012068A
Authority: KR
Inventors: 낌모 라우마
Original assignee: 단포스 에디트론 오와이
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN109906546B; EP3316460B1; WO2018077916A1; EP3316460A1; EP3703231A1; JP6970194B2; KR102466299B1; EP3703231B1; US20190214896A1; US11183916B2; CN109906546A; JP2019534667A

Abstract

선형 전기 기계는 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(101) 및 이차 부분(102)을 포함한다. 상기 일차 부분은, 각각 공극면을 갖는 일차부(103, 104)를 포함한다. 이차 부분은 각각, 각 일차부의 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(105, 106)를 포함한다. 각 일차부는, 자기 추력과 각각의 이차부를 향하여 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)을 포함한다. 횡단 자력의 합력은 일차 부분을 부상시키도록 제어 가능하다. 일차 부분은 이차 부분에 대한 일차 부분의 틸팅을 제어하는 하나 이상의 틸트-제어 권선(T1, T2)을 더 포함한다.

Description

선형 전기 기계 및 선형 전기 기계 제어용 전력 전자 변환기

본 개시는 선형 전기 기계 및 선형 전기 기계 제어용 전력 전자 변환기에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 선형 전기 기계 및 선형 전기 기계 제어용 전력 전자 변환기를 포함하는 컨베이어 시스템에 관한 것이다. 예를 들면, 컨베이어 시스템은 엘리베이터이거나 컨베이어 카(car)가 수직, 수평 또는 경사진 경로를 따라 이동 가능한 임의의 다른 컨베이어 시스템일 수 있다.

선형 전기 기계는 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분 및 이차 부분을 포함한다. 일차 부분 및 이차 부분은 선형 전기 기계가 선형 모터로서 작동할 때 전기 에너지를 일차 부분 및 이차 부분 사이의 선형 이동으로 변환하고 선형 전기 기계가 선형 발전기로서 작동할 때 일차 부분 및 이차 부분 사이의 선형 이동을 전기 에너지로 변환하는 자기적 작동 수단을 구비한다. 예를 들면, 자기적 작동 수단은 교류가 다상 권선(multiphase winding)에 공급될 때 다상 권선에 대하여 이동하는 자기장을 발생시키는 다상 권선을 포함할 수 있다. 또한, 자기적 작동 수단은 다상 권선에 의해 발생된 이동 자기장에 응답하여 추력을 발생시키는 장비를 포함할 수 있다. 상술한 장비는, 예를 들면, 공간적 자기 저항 변동을 제공하는 영구 자석, 전자석, 전기 전도성 구조 및/또는 기계적 구조를 포함할 수 있다. 다상 권선은 선형 전기 기계의 가동부에 위치될 수 있고, 이동 자기장에 응답하여 추력을 발생시키는 장비는 선형 전기 기계의 정지부에 위치될 수 있다. 또한, 다상 권선이 정지부에 위치될 수 있고, 이동 자기장에 응답하여 추력을 발생시키는 장비가 가동부에 위치될 수 있다.

다수의 응용처에서, 선형 전기 기계는 선형 전기 기계의 가동부 및 가동부에 연결된 기계적 구조가 자기적으로 부상되는 자기 부상과 조합된다. 자기 부상식 선형 전기 기계를 포함하는 다수의 시스템은 추력를 발생시키는 제1 자기적 작동 수단 및 가동부 및 그에 연결된 기계적 구조를 부상시키는 제2 자기적 작동 수단이 있기 때문에 시스템이 복잡하다는 불편함이 있다.

EP2131477 공보는 스테이터의 상면 및 하면에 규칙적인 피치로 대칭으로 형성된 치형을 갖는 스테이터를 포함하는 선형 전기 모터를 제시한다. 선형 전기 모터는, 스테이터 상방에 배치되는 상부 코어, 상부 코어에 대칭으로 스테이터 하방에 배치되는 하부 코어, 스테이터 주위에서 상부 코어 및 하부 코어를 연결하는 요크부를 포함하는 가동 부재를 포함한다. 상부 코어 및 하부 코어는, 그 주위에 감긴 상부 코일 및 하부 코일과, 스테이터, 상부 코어 또는 하부 코어, 가동 부재의 경사부 사이의 간극을 검출하는 적어도 하나의 간극 센서를 갖는다. 컨트롤러는, 간극 변동을 기초로, 상부 코일 및 하부 코일에 인가되는 전류의 진폭을 조절하여 부상 제어를 수행하며, 전류 위상을 변경하여 선형 운동을 구동한다. 다채널 전압-대-전류 전력 증폭기가 상부 코어 및 하부 코어의 각 코일에 연결된다.

US2012262095 공보는 i) 제1 자속 반송 부재를 지지하는 제1 부재, ii) 제2 자속 발생 부재를 지지하며 제1 부재에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제2 부재, iii) 제1 부재 또는 제2 부재에 결합되는 공극 제어 시스템을 포함하는 장치를 제시한다. 공극 제어 시스템은 제1 부재 및 제2 부재 사이에 최소 거리를 유지하도록 제1 부재 및 제2 부재 사이의 거리를 줄이는 방향으로의 제1 부재 및/또는 제2 부재의 이동에 응답하여 제1 부재 또는 제2 부재에 힘을 가하도록 구성되는 공극 제어 장치를 포함한다.

다양한 발명 실시예의 일부 양태의 근본적인 이해를 제공하기 위한 단순화된 요약이 아래에 제공된다. 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 본 발명의 핵심적이거나 중요한 요소를 판별하거나 본 발명의 범위의 윤곽을 그리는 것으로 의도되지 않는다. 후술하는 요약은 단지, 본 발명의 실시예를 예시하는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서, 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시한다.

본 발명에 따르면, 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분 및 이차 부분을 포함하는 선형 전기 기계를 제어하는 새로운 전력 전자 변환기로서, 일차 부분은, 각각 공극면을 갖는 일차부를 포함하고, 이차 부분은, 각각 일차부 중 각각의 하나의 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부를 포함하고, 각 일차부는, 이차 부분에 대하여 일차 부분을 종방향으로 이동시키는 경향을 갖는 종방향 자기 추력과 이차부 중 각각의 하나를 향하여 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선을 포함하고, 일차부에 작용하는 횡단 자력이 서로 상쇄되게 제어 가능하도록 일차부가 서로 기계적으로 연결되고 이차부가 서로 기계적으로 연결되고, 일차 부분은, 일차 부분의 종방향 및 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 제어하기 위해 하나 이상의 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 하나 이상의 틸트-제어 권선을, 적어도 일차 부분의 제1 단-영역에서, 포함하는, 전력 전자 변환기가 제공된다.

본 발명에 따른 전력 전자 변환기는:

- 선형 전기 기계의 힘-발생 권선에 힘-발생 전류를 공급하는 제1 전류 공급부,

- 선형 전기 기계에 의해 발생될 종방향 자기 추력과 연관된 제어 정보에 따라 힘-발생 전류를 제어하는 제1 컨트롤러부,

- 이차 부분에 대하여 일차 부분을 자기적으로 부상시키기 위해 선형 전기 기계의 이차 부분에 대한 선형 전기 기계의 일차 부분의 횡단 위치를 나타내는 위치 정보에 따라 일차부 중 상이한 일차부들과 연관된 힘-발생 전류의 차이를 제어하는 제2 컨트롤러부,

- 선형 전기 기계의 하나 이상의 틸트-제어 권선으로 하나 이상의 틸트-제어 전류를 공급하는 제2 전류 공급부, 및

- 선형 전기 기계의 일차 부분의 종방향 및 선형 전기 기계의 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 나타내는 틸팅 정보에 따라 하나 이상의 틸트-제어 전류를 제어하는 제3 컨트롤러부를 포함한다.

상술한 위치 정보 및 틸팅 정보는, 예를 들면, 광학 및/또는 유도 측정을 기반으로 할 수 있다.

일차 부분에 2개의 일차부가 있고 이차 부분에 2개의 이차부가 있는 예시적인 경우에서, 예를 들면, 이차부의 공극면이 반대 방향을 향하고 이차부의 요크부가 서로 대향하도록 이차부가 서로 기계적으로 연결될 수 있다. 또한, 일차부의 요크부가 서로 대향하고 일차부의 공극면이 반대 방향을 향하도록 일차부가 서로 기계적으로 연결될 수 있다. 상술한 예시적인 경우에서, 일차부에 작용하는 횡단 자력의 합력은 선형 전기 기계의 종방향에 실질적으로 수직인 하나의 기하학적 차원에서 제어될 수 있다. 일차부의 힘-발생 권선으로 공급된 전류 간의 차이를 제어하는 것에 의해 합력의 방향 및 강도가 제어될 수 있다.

일차 부분에 셋 이상의 일차부가 있고 이와 대응하여 이차 부분에 셋 이상의 이차부가 있는 예시적인 예에서, 이차부의 공극면이, 이차 부분의 종방향을 따라 볼 때 실질적으로 정다각형, 예를 들면, 정삼각형 또는 정사각형을 구성하도록 이차부가 서로 기계적으로 연결될 수 있다. 이러한 예시적인 경우에서, 일차부에 작용하는 횡단 자력의 합력은 선형 전기 기계의 종방향에 실질적으로 수직인 2개의 기하학적 차원에서 제어될 수 있다.

그러나, 원하는 추력 및 횡단 자력의 원하는 합력을 달성하는 것 이외에도, 이차 부분에 대한 일차 부분의 틸팅이 용인되는 한계 내에 유지되도록 힘-발생 권선으로 공급된 전류를 제어하기 어렵다. 본 문서에서, "틸팅"이라는 용어는 일차 부분의 종방향 및 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 의미한다. 일차 부분의 단-영역 중 하나 또는 양자에 작용하는 하나 이상의 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 상술한 하나 이상의 틸트-제어 권선의 도움으로 틸팅이 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 선형 전기 구동기는, 상술한 유형의 선형 전기 기계와, 선형 전기 기계를 제어하는 본 발명에 따른 전력 전자 변환기를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 새로운 컨베이어 시스템이 제공되며, 컨베이어 시스템은:

- 컨베이어 카,

- 컨베이어 카를 이동시키는 상술한 유형의 선형 전기 기계, 및

- 선형 전기 기계를 제어하는 본 발명에 따른 전력 전자 변환기를 포함한다.

예를 들면, 반드시 그렇지 않지만, 컨베이어 시스템은 컨베이어 카의 이동이 실질적으로 수직인 엘리베이터일 수 있다.

본 발명의 다양한 예시적이며 비한정적인 실시예가 첨부된 종속 청구항에서 설명된다.

본 발명의 다양한 예시적이며 비한정적인 실시예는 모두, 구조 및 작동 방법에 있어서, 본 발명의 추가적인 목적 및 이점과 함께, 첨부된 도면과 함께 읽는 경우, 특정의 예시적이며 비한정적인 실시예에 대한 후술하는 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.

"포함하는(comprise 및 include)"이라는 동사는 나열되지 않은 특징부의 존재를 배제하지 않거나 필요로 하지 않는 개방된 한정으로서 본 문서에서 사용된다. 달리 명백하게 언급되지 않는다면, 종속 청구항에 나열된 특징부는 상호 자유롭게 조합 가능하다. 또한, 본 문서 전체에서, "a" 또는 "an", 즉, 단수 형태의 사용은 복수 형태를 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다.

첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예 및 이들의 이점을 예로서 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 구동기 및 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 기계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 구동기의 선형 전기 기계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 컨베이어 시스템의 개략도를 도시한다.

후술하는 설명에 제공되는 특정 예는 첨부된 청구범위의 범위 및/또는 적용 가능성을 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 달리 명백하게 언급하지 않는다면, 후술하는 설명에서 제공된 예들의 리스트 및 그룹은 포괄적인 것이 아니다.

도 1a는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 구동기의 개략도를 도시한다. 선형 전기 구동기는 도 1a에 단면도로서 도시된 선형 전기 기계(100)를 포함한다. 이 단면은 도 1b에 도시된 A1-A1선에 따른 단면으로, 단면 평면은 좌표계(199)의 yz-평면과 평행하다. 도 1b는 선형 전기 기계(100)의 단면을 도시한다. 단면은 도 1a에 도시된 A2-A2선에 따른 단면으로, 그 단면의 단면 평면은 좌표계(199)의 xy-평면과 평행하다.

선형 전기 기계(100)는, 선형 전기 기계(100)의 종방향으로 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(101) 및 이차 부분(102)을 포함한다. 종방향은 좌표계(199)의 z-축과 평행하다. 일차 부분(101)은, 각각 공극면을 갖는 일차부(103,104)를 포함한다. 이차 부분(102)은, 각각 각 일차부의 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(105,106)를 포함한다.

일차부(103)는, 전류가 공급될 때, 종방향 자기 추력 및 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 3상 권선(U1, V1 및 W1)을 포함한다. 종방향 자기 추력은 이차 부분(102)에 대하여 일차 부분(101)을 종방향으로 이동시키는 경향이 있고, 횡단 자력은 일차부(103)를 각각의 이차부(105)를 향하여 당긴다. 종방향 자기 추력은 좌표계(199)의 z-축과 실질적으로 평행하며, 횡단 자력은 좌표계(199)의 y-축과 실질적으로 평행하다. 이와 대응하여, 일차부(105)는, 전류가 공급될 때, 종방향 자기 추력 및 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 3상 권선(U2, V2 및 W2)을 포함한다. 종방향 자기 추력은 이차 부분(102)에 대하여 일차 부분(101)을 종방향으로 이동시키는 경향이 있고, 횡단 자력은 일차부(104)를 각각의 이차부(106)를 향하여 당긴다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일차부(103,104)는 서로 기계적으로 연결되고, 이차부(105,106)는 서로 기계적으로 연결되어, 일차부(103,104)에 작용하는 횡단 자력이 서로 상쇄되도록 제어 가능하여, 실질적으로 좌표계(199)의 양의 y-방향을 갖는 합력을 형성하거나 실질적으로 좌표계(199)의 음의 y-방향을 갖는 합력을 형성한다. 그러므로, 합력은 좌표계(199)의 y-축과 실질적으로 평행한 하나의 기하학적 차원에서 제어 가능하다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 일차부(103,104)는 프레임 구조(125)에 의해 서로 기계적으로 연결된다. 이차부의 공극면이 반대 방향을 향하고 이차부의 요크부가 서로 향하도록 이차부(105,106)가 서로 기계적으로 연결된다. 이러한 예시적인 경우에서, 이차 부분(102)은 이차부(105,106) 모두를 구성하는 단일의 기계적 구조이다. 그러므로, 이차부(105,106)의 요크부 사이에 논리적 경계만이 존재한다. 예를 들면, 이차 부분(102)은 좌표계(199)의 x-방향으로 서로 적층되는 전기적으로 절연된 강자성 시트를 포함할 수 있다.

일차 부분(101)은, 일차 부분의 제1 단-영역에서, 제1 틸트-제어 전류가 공급될 때 일차 부분의 제1 단-영역에 작용하는 제1 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 제1 틸트-제어 권선(T1)을 포함한다. 일차 부분(101)은, 일차 부분의 제2 단-영역에서, 제2 틸트-제어 전류가 공급될 때, 일차 부분의 제2 단-영역에 작용하는 제2 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 제2 틸트-제어 권선(T2)을 포함한다. 일차부(103)에 작용하는 제1 및 제2 횡단 자기 틸트-제어력은 실질적으로 좌표계(199)의 음의 y-방향을 갖는다. 제1 및 제2 틸트-제어력 사이의 차이를 제어하는 것에 의해, 일차 부분(101)의 종방향 및 이차 부분(102)의 종방향 사이의 각도 편차, 즉, 이차 부분(102)에 대한 일차 부분(101)의 틸팅이 제어될 수 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 예시적인 선형 전기 기계는 전환형 자속 선형 전기 기계이며, 여기에서, 일차부(103,104)가 각각 균일한 제1 간격으로 피치를 갖는 일차부 치형을 포함하고, 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, 및 W2)의 코일 폭이 제1 간격과 동일하며, 이차부가 각각 제1 간격과 상이한 균일한 제2 간격으로 피치를 갖는 이차부 치형을 포함한다. 도 1a에서, 일차부 치형 중 하나는 도면 부호 109로 표시되고, 이차부 치형 중 하나는 도면 부호 110으로 표시된다. 힘-발생 권선의 코일에 의해 둘러싸인 각 일차부 치형은, 일차 부분(101)의 종방향으로 연속되는 2개의 부분과, 2개의 부분 사이의 간극 내에 위치되는 영구 자석을 포함한다. 도 1a에서, 일차부 치형(109)의 2개의 부분은 도면 부호 111 및 112로 표시되고, 부분(111,112) 사이의 간극 내에 위치되는 영구 자석은 도면 부호 113로 표시된다. 일차부 치형 중 인접한 하나에 위치되는 영구 자석의 자화 방향이 서로 반대가 되도록 각 영구 자석의 자화 방향은 일차 부분(101)의 종방향과 평행하다. 도 1a에서, 영구 자석의 자화 방향이 화살표로 표시된다. 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 기계에서, 자기 추력을 원활하게 하기 위해, 즉, 자기 추력의 기복을 줄이기 위해, 일차부(103,104)는 서로에 대하여 종방향으로, 즉, 좌표계(199)의 z-방향으로 위치 이동된다.

도 1c는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 기계(130)를 도시한다. 도 1c는 선형 전기 기계(130)의 일차 부분(101)의 단-영역을 도시한다. 이와 달리, 선형 전기 기계(130)는 도 1a 및 1b에 도시된 선형 전기 기계(100)와 유사할 수 있지만, 선형 전기 기계(130)는 일차부(103,104)의 양쪽에 틸트-제어 권선을 포함한다. 일차부(103)는, 제1 단-영역에서 틸트-제어 권선(T11)과, 제2 단-영역에서 틸트-제어 권선(T21)을 포함한다. 일차부(104)는, 제1 단-영역에서 틸트-제어 권선(T12)과, 제2 단-영역에서 틸트-제어 권선(T22)을 포함한다.

도 1d는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 기계(140)를 도시한다. 도 1d는 선형 전기 기계(140)의 일차 부분(101)의 단-영역을 도시한다. 이와 달리, 선형 전기 기계(140)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 선형 전기 기계(100)와 유사할 수 있지만, 선형 전기 기계(140)의 일차부(103)는 일차 부분(101)의 제1 단-영역에서만 틸트-제어 권선(T1)을 포함한다. 일차 부분(101)의 틸팅을 제어할 때 틸트-제어 권선(T1)으로 발생된 횡단 자기 틸트-제어력에 대한 대항력으로서 작용하는 횡단 자력을 발생시키는 영구 자석(107)이, 일차 부분(101)의 제2 단-영역에서, 일차부(103)에 포함된다. 틸트-제어 권선(T1)으로 발생된 자기 틸트-제어력이 일차부(103)의 제1 단-영역을 이차부(105)를 향하여 당기기만 할 수 있고 일차부(103)의 제1 단-영역을 이차부(105)로부터 멀리 밀 수 없기 때문에 대항력이 필요하다.

도 1e 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 기계(150)를 도시한다. 도 1e는 선형 전기 기계(150)의 일차 부분(101)의 단-영역을 도시한다. 이와 달리, 선형 전기 기계(150)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 선형 전기 기계(100)와 유사할 수 있지만, 선형 전기 기계(150)의 일차부(103)는

일차 부분(101)의 제1 단-영역에서만 틸트-제어 권선(T1)을 포함한다. 일차 부분(101)의 틸팅을 제어할 때 틸트-제어 권선(T1)으로 발생된 횡단 자기 틸트-제어력에 대한 대항력으로서 작용하는 횡단 자력을 발생시키는 영구 자석(108)이, 일차 부분(101)의 제1 단-영역에서, 일차부(104)에 포함된다.

도 1a에 도시된 예시적인 선형 전기 구동기는 선형 전기 기계(100)를 제어하는 전력 전자 변환기(160)를 더 포함한다. 전력 전자 변환기(160)는 선형 전기 기계(100)의 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)으로 힘-발생 전류를 공급하는 제1 전류 공급부(114)를 포함한다. 전력 전자 변환기(160)는 선형 전기 기계의 틸트-제어 권선(T1, T2)으로 틸트-제어 전류를 공급하는 제2 전류 공급부(119)를 포함한다. 예를 들면, 전류 공급부(114)는 힘-발생 전류를 공급하는 주파수 변환기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전류 공급부(119)는 틸트-제어 전류를 공급하는 제어 가능 직류 전압원을 포함할 수 있다. 전력 전자 변환기(160)는 제1 및 제2 전류 공급부(114,119)를 제어하는 제어 시스템(115)을 포함한다. 제어 시스템(115)은, 선형 전기 기계(100)에 의해 발생될 종방향 자기 추력과 연관된 제어 정보에 따라 힘-발생 전류를 제어하는 제1 컨트롤러부(116)를 포함한다. 제어 시스템(115)은, 일차 부분을 이차 부분에 대하여 자기적으로 부상시키기 위해 이차 부분(102)에 대한 일차 부분(101)의 y-방향 위치를 나타내는 위치 정보에 따라 일차부(103,104)와 연관된 힘-발생 전류의 차이를 제어하는 제2 컨트롤러부(117)를 포함한다. 제어 시스템(115)은, 일차 부분(101)의 종방향 및 이차 부분(102)의 종방향 사이의 각도 편차를 나타내는 틸팅 정보에 따라 틸트-제어 전류를 제어하는 제3 컨트롤러부(118)를 포함한다. 상술한 위치 정보 및 틸팅 정보는, 예를 들면, 광학 및/또는 유도 측정을 기반으로 할 수 있다.

제어 시스템(115)은 하나 이상의 프로세서 회로로 구현될 수 있으며, 각 프로세서 회로는 적절한 소프트웨어, 예를 들면, 특정 용도 집적 회로(application specific integrated circuit, "ASIC")와 같은 전용 하드웨어 프로세서 또는, 예를 들면, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이("FPGA")와 같은 구성 가능 하드웨어 프로세서를 구비하는 프로그램 가능 프로세서 회로일 수 있다. 또한, 제어 시스템(115)은, 각각 임의-접근 메모리("RAM")일 수 있는 하나 이상의 메모리 회로를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 선형 전기 구동기의 선형 전기 기계(200)를 도시한다. 선형 전기 기계(200)는, 좌표계(299)의 z-축과 평행한 방향으로 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(201) 및 이차 부분(202)을 포함한다. 일차 부분(201)은, 각각 공극면을 갖는 일차부를 포함한다. 이차 부분(202)은, 각각 일차부 중 각각의 하나의 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(205, 206, 215, 216)를 포함한다. 각 일차부는, 이차 부분(202)에 대하여 종방향으로 일차 부분(201)을 이동시키는 경향이 있는 종방향 자기 추력과 이차부 중 각각의 하나를 향하여 고려되는 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선을 포함한다. 일차부에 작용하는 횡단 자력의 합력이 영이 되거나 좌표계(299)의 xy-평면에서 원하는 방향 및 원하는 강도를 갖도록 제어 가능하도록, 일차부가 서로 기계적으로 연결되고 이차부(205, 206, 215, 216)가 서로 기계적으로 연결된다. 일차 부분(201)은, 일차 부분(201)의 하나 또는 두 개의 단-영역에서, 일차 부분(201)의 종방향 및 이차 부분(202)의 종방향 사이의 각도 편차를 제어하는 하나 이상의 틸트-제어 권선을 포함한다. 도 2에는 일차부가 도시되지 않지만, 각 일차부는, 예를 들면, 도 1a에 도시된 일차부(103)와 유사할 수 있다. 도 2에는 하나 이상의 틸트-제어 권선이 도시되지 않지만, 하나 이상의 틸트-제어 권선은 도 1a, 도 1c, 도 1d 또는 도 1e에 도시된 것에 따를 수 있다. 도 2에 도시된 예시적인 선형 전기 기계(200)는, 자기 부상이 작동하고 있지 않은 상황에서 이차 부분(202)에 대하여 일차 부분(201)을 지지하는 안전 휠을 더 포함한다. 도 2에서, 안전 휠 중 하나가 도면 부호 240로 표시된다.

도 2에 도시된 예시적인 선형 전기 구동기에서, 이차 부분(201)의 종방향을 따라 볼 때, 즉, 좌표계(299)의 z-축과 평행한 기하학적 라인을 따라 볼 때 이차부의 공극면이 실질적으로 정사각형을 구성하도록, 이차부(205, 206, 216, 216)가 서로 기계적으로 연결된다. 이차부의 개수가 적어도 3개인 경우, 이차 부분의 종방향을 따라 볼 때 이차부의 공극면이 실질적으로 정다각형을 구성하도록, 이차부가 서로 기계적으로 연결될 수 있다.

도 3은 본 발명의 예시적이며 비한정적인 실시예에 따른 컨베이어 시스템의 개략적인 단면도를 도시한다. 단면 평면은 좌표계(399)의 xz-평면과 평행하다. 이러한 예시적인 경우에서, 컨베이어 시스템은 예를 들면, 건물, 예를 들면, 아파트(block of flats)의 일부일 수 있는 실질적으로 수직 컨베이어 샤프트(320)를 포함하는 엘리베이터이다. 컨베이어 시스템은, 컨베이어 카(321)의 이동 경로를 형성하는 기계적 구조를 나타내는 컨베이어 샤프트(320) 내에서 이동 가능한 컨베이어 카(321)를 포함한다. 컨베이어 시스템은, 컨베이어 카(321)의 이동을 위해 본 발명의 실시예에 따른 선형 전기 기계(300)를 포함한다. 컨베이어 시스템은, 선형 전기 기계(300)를 제어하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 전력 전자 변환기(360)를 포함한다. 선형 전기 기계(300)는 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 상술한 유형의 힘-발생 권선 및 하나 이상의 틸트-제어 권선을 포함하는 일차 부분(301)을 포함한다. 선형 전기 기계(300)는, 일차 부분(301)이 수직 방향으로 이동 가능한 것에 대한 이차 부분(302)을 포함한다. 이러한 예시적인 컨베이어 시스템에서, 선형 전기 기계(300)의 일차 부분(301)이 컨베이어 카(321)에 부착되고, 이차 부분(302)이 컨베이어 샤프트(320)에 부착된다. 도 3에 도시된 예시적인 컨베이어 시스템은 전력 전자 변환기(360)로 전기 에너지를 공급하는 가요성 케이블(330)을 포함한다. 또한, 컨베이어 샤프트(320)는 수직 도체 레일을 구비할 수 있고, 컨베이어 카(321)는 선형 전기 기계(300)가 선형 모터 또는 선형 발전기로서 작용하는지 여부에 따라 수직 도체 레일로부터 전기 에너지를 공급받거나 수직 도체 레일로 전기 에너지를 공급하는 트롤리(trolley)를 구비할 수 있다.

상술한 설명에서 제공된 특정 예는 첨부된 청구범위의 적용 가능성 및/또는 해석을 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 달리 명백하게 언급하지 않는다면, 상술한 설명에서 제공된 예들의 리스트 및 그룹은 포괄적인 것이 아니다.

Claims

서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(101, 201) 및 이차 부분(102, 202)을 포함하는 선형 전기 기계를 제어하는 전력 전자 변환기(160)로서, 상기 일차 부분은, 각각 공극면을 갖는 일차부(103, 104)를 포함하고, 상기 이차 부분은, 각각 상기 일차부 중 각각의 하나의 상기 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(105, 106, 205, 206, 215, 216)를 포함하고, 각 일차부는, 상기 이차 부분에 대하여 상기 일차 부분을 종방향으로 이동시키는 경향을 갖는 종방향 자기 추력과 상기 이차부 중 각각의 하나를 향하여 상기 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)을 포함하고, 상기 일차부에 작용하는 상기 횡단 자력이 서로 상쇄되게 제어 가능하도록 상기 일차부가 서로 기계적으로 연결되고 상기 이차부가 서로 기계적으로 연결되고, 상기 일차 부분은, 상기 일차 부분의 종방향 및 상기 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 제어하기 위해 하나 이상의 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 하나 이상의 틸트-제어 권선(T1, T11, T12)을, 적어도 상기 일차 부분의 제1 단-영역에서, 포함하고, 상기 전력 전자 변환기는:
- 상기 선형 전기 기계의 상기 힘-발생 권선에 힘-발생 전류를 공급하는 제1 전류 공급부(114),
- 상기 선형 전기 기계에 의해 발생될 종방향 자기 추력과 연관된 제어 정보에 따라 상기 힘-발생 전류를 제어하는 제1 컨트롤러부(116), 및
- 상기 이차 부분에 대하여 상기 일차 부분을 자기적으로 부상시키기 위해 상기 선형 전기 기계의 상기 이차 부분에 대한 상기 선형 전기 기계의 상기 일차 부분의 횡단 위치를 나타내는 위치 정보에 따라 상기 일차부 중 상이한 일차부들과 연관된 상기 힘-발생 전류의 차이를 제어하는 제2 컨트롤러부(117)를 포함하고,
상기 전력 전자 변환기는:
- 상기 선형 전기 기계의 상기 하나 이상의 틸트-제어 권선으로 하나 이상의 틸트-제어 전류를 공급하는 제2 전류 공급부(119), 및
- 상기 선형 전기 기계의 상기 일차 부분의 상기 종방향 및 상기 선형 전기 기계의 상기 이차 부분의 상기 종방향 사이의 상기 각도 편차를 나타내는 틸팅 정보에 따라 상기 하나 이상의 틸트-제어 전류를 제어하는 제3 컨트롤러부(118)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전자 변환기.
선형 전기 기계(100)와, 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(101, 201) 및 이차 부분(102, 202)을 포함하는 상기 선형 전기 기계를 제어하는 제1항에 따른 전력 전자 변환기(160)를 포함하는 선형 전기 구동기로서, 상기 일차 부분은, 각각 공극면을 갖는 일차부(103, 104)를 포함하고, 상기 이차 부분은, 각각 상기 일차부 중 각각의 하나의 상기 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(105, 106, 205, 206, 215, 216)를 포함하고, 각 일차부는, 상기 이차 부분에 대하여 상기 일차 부분을 종방향으로 이동시키는 경향을 갖는 종방향 자기 추력과 상기 이차부 중 각각의 하나를 향하여 상기 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)을 포함하고, 상기 일차부에 작용하는 상기 횡단 자력이 서로 상쇄되게 제어 가능하도록 상기 일차부가 서로 기계적으로 연결되고 상기 이차부가 서로 기계적으로 연결되고, 상기 일차 부분은, 상기 일차 부분의 종방향 및 상기 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 제어하기 위해 하나 이상의 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 하나 이상의 틸트-제어 권선(T1, T11, T12)을, 적어도 상기 일차 부분의 제1 단-영역에서, 포함하는, 선형 전기 구동기.
제2항에 있어서,
상기 일차 부분은, 상기 일차 부분의 제2 단-영역에서, 하나 이상의 다른 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 하나 이상의 다른 틸트-제어 권선(T2, T21, T22)을 포함하는, 선형 전기 구동기.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 일차 부분은, 상기 각도 편차 제어 시 상기 일차 부분의 상기 제1 단-영역에서 상기 틸트-제어 권선(T1)으로 발생된 상기 횡단 자기 틸트-제어력에 대항하여 작용하는 횡단 자력을 발생시키는 영구 자석(107)을, 상기 일차 부분의 제2 단-영역에서, 포함하는, 선형 전기 구동기.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일차 부분은, 상기 각도 편차 제어 시 상기 일차 부분의 상기 제1 단-영역에서 상기 틸트-제어 권선(T1)으로 발생된 상기 횡단 자기 틸트-제어력에 대항하여 작용하는 횡단 자력을 발생시키는 영구 자석(108)을, 상기 일차 부분의 상기 제1 단-영역에서, 포함하는, 선형 전기 구동기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이차부의 상기 공극면이 반대 방향을 향하고 상기 이차부의 요크부가 서로 대향하도록 상기 이차부(105, 106)가 서로 기계적으로 연결되는, 선형 전기 구동기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이차 부분의 상기 종방향을 따라 볼 때 상기 이차부의 상기 공극면이 실질적으로 정다각형을 구성하도록 상기 이차부(205, 206, 216, 216)가 서로 기계적으로 연결되는, 선형 전기 구동기.
제7항에 있어서,
상기 이차 부분의 상기 종방향을 따라 볼 때 상기 이차부의 상기 공극면이 실질적으로 정사각형을 구성하도록 상기 이차부(205, 206, 216, 216)가 서로 기계적으로 연결되는, 선형 전기 구동기.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선형 전기 기계는, 각 일차부가 균일한 제1 간격의 피치를 갖는 일차부 치형(109)을 포함하고 상기 힘-발생 권선의 코일 폭이 상기 제1 간격과 동일하며 각 이차부가 상기 제1 간격과 상이한 균일한 제2 간격으로 피치를 갖는 이차부 치형(110)을 포함하는 전환형 자속 선형 전기 기계인, 선형 전기 구동기.
제9항에 있어서,
상기 힘-발생 권선의 코일에 의해 둘러싸인 각 일차부 치형은 상기 일차 부분의 상기 종방향으로 연속되는 2개의 부분(111, 112)과, 상기 2개의 부분 사이의 간극 내에 위치되는 영구 자석(113)을 포함하고, 상기 영구 자석의 자화 방향은 상기 일차 부분의 상기 종방향과 평행하며, 상기 일차부 치형 중 인접한 하나의 상기 영구 자석은 서로 반대되는 자화 방향을 갖는, 선형 전기 구동기.
컨베이어 시스템으로서,
- 컨베이어 카(321),
- 상기 컨베이어 카를 이동시키는 선형 전기 기계(300), 및
- 상기 선형 전기 기계를 제어하는 제1항에 따른 전력 전자 변환기(360)를 포함하고,
상기 선형 전기 기계는, 서로에 대하여 선형으로 이동 가능한 일차 부분(101, 201) 및 이차 부분(102, 202)을 포함하고, 상기 일차 부분은, 각각 공극면을 갖는 일차부(103, 104)를 포함하고, 상기 이차 부분은, 각각 상기 일차부 중 각각의 하나의 상기 공극면에 대향하는 공극면을 갖는 이차부(105, 106, 205, 206, 215, 216)를 포함하고, 각 일차부는, 상기 이차 부분에 대하여 상기 일차 부분을 종방향으로 이동시키는 경향을 갖는 종방향 자기 추력과 상기 이차부 중 각각의 하나를 향하여 상기 일차부를 당기는 횡단 자력을 발생시키는 힘-발생 권선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)을 포함하고, 상기 일차부에 작용하는 상기 횡단 자력이 서로 상쇄되게 제어 가능하도록 상기 일차부가 서로 기계적으로 연결되고 상기 이차부가 서로 기계적으로 연결되고, 상기 일차 부분은, 상기 일차 부분의 종방향 및 상기 이차 부분의 종방향 사이의 각도 편차를 제어하기 위해 하나 이상의 횡단 자기 틸트-제어력을 발생시키는 하나 이상의 틸트-제어 권선(T1, T11, T12)을, 적어도 상기 일차 부분의 제1 단-영역에서, 포함하는, 컨베이어 시스템.
제11항에 있어서,
상기 선형 전기 기계(300)의 상기 일차 부분은 상기 컨베이어 카에 부착되고, 상기 선형 전기 기계의 상기 이차 부분은 상기 컨베이어 카의 이동 경로를 형성하는 기계적 구조에 부착되는, 컨베이어 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 컨베이어 시스템은 상기 컨베이어 카의 이동이 실질적으로 수직인 엘리베이터인, 컨베이어 시스템.