一種直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法
【專利摘要】本發(fā)明一種直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法，是對傳統(tǒng)常規(guī)直線電機及其控制器系統(tǒng)進(jìn)行改造，使改造后的智能推力控制器系統(tǒng)操作控制的新直線電機組，可以產(chǎn)生推力大小變化達(dá)到數(shù)十倍差別的、且是準(zhǔn)線性的、近似于連續(xù)變化大小的推力，來推動空中自行車輛在起起伏伏的、上上下下大坡度角的空中行車道上，能夠輕松自如地迅速地變換高低速度運行；以實現(xiàn)中國天鐵——城市空中軌道交通網(wǎng)的空中自行車輛群空運廣大市民出行，來徹底解決好世界“城市交通難”的跨世紀(jì)難題。
【專利說明】一種直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明申請，涉及一種操控直線電機的智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法。由此可以構(gòu)成空中自行車輛完整適用的直線電機推進(jìn)動力系統(tǒng)，以實現(xiàn)中國天鐵一城市空中軌道交通網(wǎng)的空中自行車輛群空運廣大市民出行，來徹底解決好世界“城市交通難”的跨世紀(jì)難題。
【背景技術(shù)】
[0002]使用直線電機來替代鋼纜拖動空中纜車一即由此改造成了天鐵網(wǎng)絡(luò)中使用的空中自行車輛，這本身就是一個創(chuàng)新。然而，直線電機與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機類似，也有“推力不夠大、效率不夠高”的顯著不足；致使其不能在空中車道因重力下沉繞度造成的上下大坡度角車道上輕快行駛，因為上下大坡度角空中行車道需要空中自行車輛的動力直線電機產(chǎn)生的推力大小差別可達(dá)數(shù)十倍。即使是采用了現(xiàn)代變頻控制技術(shù)，也僅僅只是在理論上可以連續(xù)調(diào)整車輛的行駛速度，因為現(xiàn)代變頻技術(shù)操控直線電機的瞬間過載系數(shù)不超過3，不能使直線電機的推力產(chǎn)生數(shù)十倍的推力差(功率差)，而無法使空中自行車輛在實際運行中產(chǎn)生需要的在很大范圍變化大小的推力(功率)，來使空中自行車輛達(dá)到滿意的、可操控的行駛速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明申請，就是發(fā)明了一種對傳統(tǒng)常規(guī)直線電機及其控制器系統(tǒng)進(jìn)行改造的新方法，使改造后的智能推力控制器系統(tǒng)操作控制的新直線電機組，可以產(chǎn)生推力大小變化達(dá)到數(shù)十倍差別的、且是準(zhǔn)線性的、近似于連續(xù)變化大小的推力，來推動空中自行車輛在起起伏伏的大坡度角空中行車道上，能夠輕松自如地迅速地變換高低速度運行。
[0004]因為直線電機`與旋轉(zhuǎn)電機的本質(zhì)是完全一致的，只是直線電機能夠把旋轉(zhuǎn)電磁場力，轉(zhuǎn)變成了直線電磁場力——推力；所以直線電機遵循幾乎是所有旋轉(zhuǎn)電機的一切數(shù)學(xué)、物理定律。即旋轉(zhuǎn)電機的基本定理、公式一般都適用于直線電機，只是相應(yīng)物理量的表述名稱不會一樣。如下述:
[0005]旋轉(zhuǎn)電機的額定功率Ptl =額定電壓U0X額定電流Itl =額定轉(zhuǎn)矩TtlX額定轉(zhuǎn)速n
[0006]直線電機的額定功率Ptl =額定電壓UtlX額定電流Itl =額定推力FtlX額定速度V
[0007]眾所周知，旋轉(zhuǎn)電機的最大過載系數(shù)一般是不超過2.5。
[0008]瞬間最大功率Pcimax =瞬間最大轉(zhuǎn)矩TcimaxX瞬間最大轉(zhuǎn)速n，即瞬間最大轉(zhuǎn)矩Tcimax與瞬間最大輸出功率Pcimax成正比=Tcimax - Pcimaj^
[0009]同理，直線電機也有類似的規(guī)律。即
[0010]瞬間最大功率Pcimax =瞬間最大推力FcimaxX瞬間最大速度V，即瞬間最大推力Fqmax與瞬間最大輸出功率Pcimax成正比=Fcimax - Pcimaj^
[0011]所以，普通直線電機的最大瞬間過載系數(shù)一般也是不會超過2.5。
[0012]在下述的計算中使用的瞬間過載系數(shù)為2.5。[0013]因為P。= UtlX I。，依據(jù) R = U/I，
[0014]先假設(shè)“電機電阻Rtl在直線電機運行中保持不變”；
[0015]則有，當(dāng)輸入電壓U上升2倍時，電機電流I也隨之上升2倍。所以瞬間提升U1 =2U0時，則有Ilmax = 210MAX,即達(dá)到瞬間電流的極限值，故電機瞬間輸出的最大功率值
[0016]Plmax = U1XIlmax = 2U0X210max
[0017]=4XU0X 10fflax
[0018]= 4P0fflax
[0019]因為FqmaxPqmax，所以4Fqmax 4Pomax,因為直線電機瞬間輸出的最大推力
[0020]Flmax °° Plmax = 4P0max，而且 F0nlax = 2.5F。，故可得
[0021]Flfflax = 4F0fflax
[0022]= 4X2.5F0
[0023]= IOF0
[0024]可見，使用 提高2倍輸入電壓的方法，就可以使直線電機的過載系數(shù)達(dá)到10，即使推力增大到10倍。
[0025]再假設(shè):“運行中的電機電流可以超過瞬間極限值，且電機不致過熱”。
[0026]再提升輸入電壓U2 = 2U:時，則有I2max = 2Ilfflax,即達(dá)到瞬間電流的極限值，故電機瞬間輸出的最大功率值
[0027]P2- = U2XI2-
[0028]= 2^X21^
[0029]=4XU: X Ilfflax
[0030]= 4Plfflax
[0031]由Flmax - Plmax,可得 4Plmax - 4Flfflax,
[0032]因為此時電機瞬間輸出的最大推力F2max- P2max = 4Plmax，
[0033]而Flmax = 10F。，所以
[0034]F2fflax = 4Flfflax
[0035]= 4 X IOF0
[0036]= 40F0
[0037]即使用再提高2倍輸入電壓的方法，就可以使直線電機的過載系數(shù)達(dá)到40，即使推力增大到40倍。
[0038]顯然，類似地再繼續(xù)推演下去，則可使直線電機推力增大超過數(shù)百倍。
[0039]所以在先假設(shè)“電機電阻Rtl在直線電機運行中保持不變”的條件，只是個簡單的定性條件，在實際的直線電機推力可以增大數(shù)百倍的情況下，顯然是不存在制約性，即“此條件下的直線電機電阻Rtl的微小變化，從來不能制約直線電機推力的增大?！?br> [0040]再假設(shè)“運行中的電機電流可以超過瞬間極限值，且電機不致過熱”的條件，通過把原型直線電機重新設(shè)計成所需要的高壓直線電機組就可以滿足。恰巧是因為空中自行車輛上的一切部件、組件都要求盡量地輕量化，所以其動力系統(tǒng)直線電機組，本來就是要求考慮設(shè)計使用在產(chǎn)生某一數(shù)值的最大推力的高電壓條件下，即要求設(shè)計成為某一數(shù)值的高電壓直線電機組。因此，通過提高直線電機的絕緣強度耐壓等級、加大直線電機繞組導(dǎo)線的橫截面積、增加直線電機的鐵心總質(zhì)量、增強直線電機的機械結(jié)構(gòu)強度、等等的方法，使設(shè)計、制造出來的直線電機組，能夠在智能推力控制器系統(tǒng)的操作控制下，產(chǎn)生推力大小差別可以達(dá)到數(shù)十(百、千)倍的、準(zhǔn)線性的、近似于連續(xù)變化大小的推力，來完全滿足空中自行車輛在大起大落的空中行車道上運行的實際使用需求。
[0041]在當(dāng)代各種各類高壓、高頻、大電流、大功率開關(guān)管極為成熟豐富的物質(zhì)條件，與先進(jìn)的補償、整流、逆變、變頻、等等成熟的技術(shù)條件下，我們設(shè)計制作的智能推力控制器系統(tǒng)，可以輕易地控制、產(chǎn)生、輸出數(shù)千伏、乃至于上萬伏的任意數(shù)值的驅(qū)動高電壓，來滿足空中自行車輛的直線電機組的任意使用需求；而不再局限于只是使用通常的?380V低電壓這一種電壓來驅(qū)動通用直線電機產(chǎn)生推力了。由于逆變電路產(chǎn)生高電壓的響應(yīng)速度很高，目前一般是在ms(毫秒)級，甚至于可以達(dá)到Us(微秒)級，所以智能推力控制器系統(tǒng)控制、產(chǎn)生、輸出的任意數(shù)值的驅(qū)動高低電壓電流，都能夠完全滿足空中自行車輛的動力系統(tǒng)——直線電機組，在實際運行中的實時使用需求。
[0042]當(dāng)設(shè)計制作的智能推力控制器系統(tǒng)輸出的任意高低驅(qū)動電壓數(shù)值范圍擴展得很寬，包括低至0電壓、或低至負(fù)(反向)驅(qū)動電壓數(shù)值，我們通過智能推力控制器系統(tǒng)電腦的預(yù)置程序軟件，就可以把高電壓數(shù)值與低電壓數(shù)值之間的驅(qū)動電壓數(shù)值范圍，均勻地劃分成等分?jǐn)?shù)值，或不均勻地劃分成不等分?jǐn)?shù)值的數(shù)十個、或數(shù)百個、或數(shù)千個有級別差距的輸出驅(qū)動電壓數(shù)值序列，并逐一地輸入控制驅(qū)動直線電機組，則直線電機組將會對應(yīng)每一個驅(qū)動電壓數(shù)值，產(chǎn)生一個相應(yīng)的唯一推力數(shù)值；以至于相應(yīng)地產(chǎn)生了數(shù)十個、或數(shù)百個、或數(shù)千個有級別差距(包括等級別差距，或不等級別差距)的輸出推力數(shù)值序列。即智能推力控制器系統(tǒng)產(chǎn)生、驅(qū)動直線電機組的、有級別差距的輸出驅(qū)動電壓數(shù)值序列，都會使直線電機組，對應(yīng)地產(chǎn)生了有級別差距(包括等級別差距，或不等級別差距)的大小推力數(shù)值序列。當(dāng)智能推力控制器系統(tǒng)輸出的兩個相鄰驅(qū)動電壓數(shù)值級別差較小時，直線電機組輸出相應(yīng)的兩個相鄰?fù)屏?shù)值級別差也較小。這個“兩個相鄰驅(qū)動電壓數(shù)值級別差較小”的依據(jù)，就是能夠滿足我們對直線電機組產(chǎn)生的推力大小的級別差距要求。當(dāng)智能推力控制器系統(tǒng)輸出最高電壓數(shù)值與最低電壓數(shù)值差別達(dá)到數(shù)十(百、千)倍時、同時輸出處于這兩個最高、最低驅(qū)動電壓數(shù)值中間的、有級別差距的驅(qū)動電壓數(shù)值序列，就使直線電機組產(chǎn)生了推力大小差別可以達(dá)到數(shù)十(百、千)倍的、準(zhǔn)線性的、近似于連續(xù)變化大小的、有級別差距的推力數(shù)值序列。
[0043]我們把直線電機組需要使用的“有級別差距的輸出驅(qū)動電壓數(shù)值序列”固定下來，并以預(yù)置軟件程序方式存放在智能推力控制器系統(tǒng)的電腦里；同時在直線電機組里設(shè)置電壓、電流檢測裝置，再在電腦里設(shè)置一個輸出電壓程序控制軟件進(jìn)行操作控制。當(dāng)直線電機組的瞬間電流值超過該驅(qū)動電壓數(shù)值下的額定電流值的2倍時，智能推力控制器系統(tǒng)就會向直線電機組輸入比該驅(qū)動電壓數(shù)值高一級別的新驅(qū)動電壓數(shù)值；當(dāng)直線電機組的瞬間電流值低于該驅(qū)動電壓數(shù)值下的額定電流值的預(yù)設(shè)定門坎電流值時，智能推力控制器系統(tǒng)就會向該直線電機組輸入比該驅(qū)動電壓數(shù)值低一個級別的新驅(qū)動電壓數(shù)值。即以此電腦智能控制，來滿足空中自行車輛在空中車道上實際運行的復(fù)雜工況使用需求。
[0044]至此，智能推力控制器系統(tǒng)與新直線電機組的改造、設(shè)計、制造工作已經(jīng)完成。
[0045]發(fā)明優(yōu)點
[0046]本發(fā)明申請的優(yōu)點:
[0047]1、對物理公式P = UXI進(jìn)行了充分地發(fā)掘應(yīng)用，突破了現(xiàn)代變頻技術(shù)的一統(tǒng)天下，開辟了準(zhǔn)線性變壓技術(shù)(非感應(yīng)式)的應(yīng)用領(lǐng)域。變頻可以調(diào)速，變壓可以調(diào)力矩；兩者的結(jié)合使用，將對現(xiàn)代裝備制造業(yè)具有巨大的引領(lǐng)和突破作用。
[0048]2、滿足了空中自行車輛對其動力系統(tǒng)——直線電機組的使用要求，為中國天鐵——城市空中軌道交通網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)用，打下了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。
[0049]3、為裝備制造業(yè)、為重型機械設(shè)備、等等取消傳動機械系統(tǒng)，縮小體積，節(jié)省材料、節(jié)能、節(jié)時、……奠定了堅實的理論與技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0050]4、使用電腦的智能控制，顯然是可以完成許許多多人力不可能完成的高速、及時、精準(zhǔn)、細(xì)致、……工作。
【具體實施方式】
[0051]下面再舉例對本發(fā)明申請的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0052]假設(shè)有一個直線電機的定型產(chǎn)品，使用電壓為AC380V，連續(xù)推力為10000N。如需要該直線電機產(chǎn)生200000N的連續(xù)推力，顯然使用現(xiàn)代變頻技術(shù)是不可能實現(xiàn)的。所以需要依照本發(fā)明申請的原理，并可以典型數(shù)據(jù)來簡單地粗略設(shè)計如下:
[0053]1、把輸入電壓提升一倍，即假設(shè)使用在AC760V條件下，相應(yīng)的直線電機組連續(xù)推力可為100000N。
[0054]2、把輸入電壓再提升一倍，即假設(shè)使用在AC1520V條件下，相應(yīng)的直線電機組連續(xù)推力可為400000N，大于要求的200000N，即此時的假設(shè)滿足了設(shè)計要求。
[0055]3、按照使用AC1520V條件，先重新設(shè)計制造出來一個新直線電機組，即需要提高直線電機的絕緣強度耐壓等級、加大直線電機繞組導(dǎo)線的橫截面積、增加直線電機的鐵心總質(zhì)量、增強直線電機的機械結(jié)構(gòu)強度、等等。
[0056]4、同時設(shè)計制造智能推力控制器系統(tǒng)，使其輸出的最高電壓數(shù)值大于AC1520V ；再設(shè)計一個有等級別差距的電壓數(shù)值序列(如從AC1520V數(shù)值往下設(shè)計每20V為一個級別差，直至下限數(shù)值220V為止，共計約有65個輸出驅(qū)動電壓數(shù)值序列)程序表軟件；再設(shè)計一個控制電壓輸出數(shù)值的程序軟件，以及其它各種應(yīng)用工具軟件，一同預(yù)置于該智能推力控制器系統(tǒng)的電腦里，以便由該智能推力控制器系統(tǒng)，來操控新直線電機組輸出400000N以下的近似于連續(xù)的、任意大小數(shù)值的連續(xù)推力。
[0057]本發(fā)明申請的最佳實施方案之一，就是上述的這個實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、制造新直線電機組和智能推力控制器系統(tǒng)，通過提高直線電機的絕緣強度耐壓等級、加大直線電機繞組導(dǎo)線的橫截面積、增加直線電機的鐵心總質(zhì)量、增強直線電機的機械結(jié)構(gòu)強度、等等的方法，來設(shè)計、制造新直線電機組； 52、該智能推力控制器系統(tǒng)生成數(shù)十個、或數(shù)百個、或數(shù)干個有級別差距的電壓數(shù)值序列向新直線電機組輸出驅(qū)動電壓數(shù)值；當(dāng)直線電機組的瞬間電流值超過該驅(qū)動電壓數(shù)值下的額定電流值的2倍時，智能推力控制器系統(tǒng)就會向直線電機組輸入比該驅(qū)動電壓數(shù)值高一級別的新驅(qū)動電壓數(shù)值；當(dāng)直線電機組的瞬間電流值低于該驅(qū)動電壓數(shù)值下的額定電流值的預(yù)設(shè)定門坎電流值時，智能推力控制器系統(tǒng)就會向該直線電機組輸入比該驅(qū)動電壓數(shù)值低一個級別的新驅(qū)動電壓數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法，其特征在于，智能推力控制器系統(tǒng)生成數(shù)十個、或數(shù)百個、或數(shù)千個有級別差距的電壓數(shù)值序列，其中的任意兩個相鄰電壓數(shù)值的級別差距相同。
3.如權(quán)利要求1所述的直線電機智能推力控制器系統(tǒng)的構(gòu)成方法，其特征在于，智能推力控制器系統(tǒng)生成數(shù)十個、或數(shù)百個、或數(shù)千個有級別差距的電壓數(shù)值序列，其中的任意兩個相鄰電壓數(shù)值的級別差距不相同并向電壓數(shù)值序列的上、下兩端變化。
【文檔編號】H02P25/06GK103661422SQ201210354893
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】任海 申請人:河南鴻旭科技有限公司