本公開涉及電磁推進系統(tǒng)，并且更具體地說，涉及具有無線電力傳輸系統(tǒng)的推進系統(tǒng)。

電磁推進系統(tǒng)操作來使第一結(jié)構(gòu)大體通過磁懸浮相對于固定第二結(jié)構(gòu)移動。在沒有系鏈的情況下，難以向移動的第一結(jié)構(gòu)提供機載電力。

作為一個非限制性實例，自推進電梯系統(tǒng)可利用此類磁推進系統(tǒng)。此類無繩電梯系統(tǒng)在用于有繩系統(tǒng)的繩子的質(zhì)量是禁止的和/或在單個井道中需要多個電梯轎廂的某些應用(例如，高層建筑)中是有用的。電梯轎廂通常需要電力以用于通風、照明系統(tǒng)、門和制動器的操作、控制單元、通信單元并給安裝在例如電梯轎廂控制器上的電池組再充電。此外，電梯轎廂可能在電力故障的情況下需要備用系統(tǒng)?，F(xiàn)有系統(tǒng)使用移動電纜或集電器/滑塊來將移動電梯轎廂與沿電梯井道分布的電力線連接。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一個非限制性實施方案的電磁推進系統(tǒng)包括：多個初級繞組；永磁體，其被布置來相對于多個初級繞組移動；次級繞組，其被設置與永磁體處于非移動關(guān)系；以及激勵能量，其被施加到多個初級繞組用于產(chǎn)生包括基頻分量和低頻諧波分量的磁場，并且其中基頻分量基本上有助于多個初級繞組與永磁體之間的運動，并且低頻諧波分量有助于基于多個初級繞組與永磁體之間的位移而在次級繞組中產(chǎn)生電動勢。

除上述實施方案之外，磁場包括高頻分量，其有助于在次級繞組中且基于隨時間的變化產(chǎn)生電動勢。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，永磁體和次級繞組由電梯轎廂承載，所述電梯轎廂響應于激勵能量被推進。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，低頻諧波分量和高頻分量用于通過次級繞組將電力從多個初級繞組傳輸?shù)诫娞蒉I廂。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電磁推進系統(tǒng)是線性電磁電機。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電磁推進系統(tǒng)是復合運動電磁電機。

根據(jù)另一個非限制性實施方案的電梯系統(tǒng)包括：電梯轎廂，其被布置來沿結(jié)構(gòu)所限定的井道移動；電動子系統(tǒng)，其由電梯轎廂承載；多個初級繞組，其接合到結(jié)構(gòu)并且沿井道定位；永磁體，其耦接到電梯轎廂，多個初級繞組和永磁體被配置來向電梯轎廂施加運動；激勵能量，其被施加到多個初級繞組用于產(chǎn)生包括基頻分量和低頻諧波分量的磁場，并且其中基頻分量基本上有助于電梯轎廂的運動；以及次級繞組，其耦接到電梯轎廂并且被設置鄰近永磁體，并且其中低頻諧波分量基于多個繞組與電梯轎廂之間的位移而在次級繞組中產(chǎn)生電動勢，用于向電動子系統(tǒng)提供電力。

除上述實施方案之外，磁場包括高頻分量，其有助于在次級繞組中且基于隨時間的變化產(chǎn)生電動勢。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電動子系統(tǒng)包括電池組、通風單元、照明系統(tǒng)、門操作單元、制動單元、顯示單元、控制單元和通信單元中的至少一個。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電梯系統(tǒng)包括控制器，其被配置來順序地控制多個初級繞組的通電。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電梯系統(tǒng)是無繩的。

替代地或除此之外，在上述實施方案中，電梯系統(tǒng)包括電力換流器，其設置在電梯轎廂中并且被配置來將來自次級繞組的感應電壓和電流轉(zhuǎn)換成合適的AC或DC電壓和電流。

前述特征和元件可以各種組合非排他性地進行組合，除非另有明確指示。根據(jù)以下描述和附圖，這些特征和元件及其操作將變得更為明顯。然而，應理解下述描述和附圖意圖在本質(zhì)上是示例性的并且是非限制性的。

附圖說明

各種特征通過公開的非限制性實施方案的下述詳述對于本領域技術(shù)人員將變得顯而易見。詳細說明所附的附圖可簡述如下：

圖1示出示例性實施方案中的多轎廂電梯系統(tǒng)；

圖2為示例性實施方案中的轎廂和線性推進系統(tǒng)的部分的自頂向下視圖；

圖3為線性推進系統(tǒng)的示意圖；

圖4為具有無線電力傳輸系統(tǒng)的電梯系統(tǒng)的示意圖；

圖5為總激勵電流的圖；

圖6為圖5中的總激勵電流的基頻分量和高頻分量的圖；

圖7為高頻分量所產(chǎn)生的場的圖；

圖8為示出推進系統(tǒng)的通電初級繞組所產(chǎn)生的磁場分量的方框圖；以及

圖9為具有無線電力傳輸系統(tǒng)的推進系統(tǒng)的第二實施方案的示意圖。

具體實施方式

被轉(zhuǎn)讓給與本公開相同的受讓人并且在與本公開相同的日期提交的以下專利申請全文以引用方式并入本文中(通過案卷號來識別)：79766US01(U320411US)；78887US01(U320410US)；78800US01(U320415US)；和77964US01(U320409US)。

圖1描繪示例性實施方案中的自推進或無繩電梯系統(tǒng)20，其可在具有多個層面或樓層24的結(jié)構(gòu)或建筑物22中使用。電梯系統(tǒng)20包括具有由結(jié)構(gòu)22限定的邊界的井道26和適于在井道26中行進的至少一個轎廂28。井道26可包括例如三個通道30、32、34，各自沿相應的中央軸線35延伸，其中任何數(shù)目的轎廂28在任一個通道中并且在任何數(shù)目的行進方向(例如，向上和向下)上行進。例如并且如所示出，通道30、34中的轎廂28可沿著向上方向行進并且通道32中的轎廂28可沿著向下的方向行進。

上轉(zhuǎn)接站36可位于頂部樓層24上方，其促進電梯轎廂28的水平運動以便在通道30、32、34之間移動轎廂。下轉(zhuǎn)接站38可位于第一樓層24下方，其促進電梯轎廂28的水平運動以便在通道30、32、34之間移動轎廂。應當理解，上轉(zhuǎn)接站36和下轉(zhuǎn)接站38可相應地位于頂部樓層24和第一樓層24處而不是在頂部樓層上方和第一樓層下方，或者可位于任何中間樓層處。另外，電梯系統(tǒng)20可包括垂直位于上轉(zhuǎn)接站36和下轉(zhuǎn)接站38之間并且類似于上轉(zhuǎn)接站36和下轉(zhuǎn)接站38的一個或多個中間轉(zhuǎn)接站(未示出)。

參考圖1至3，使用線性推進系統(tǒng)40來推進轎廂28，所述線性推進系統(tǒng)40具有至少一個固定初級部分42(例如，如圖2所示安裝在轎廂28的相反側(cè)上的兩個)、移動次級部分44(例如，如圖2所示安裝在轎廂28的相反側(cè)上的兩個)和控制系統(tǒng)46(見圖4)。初級部分42(即定子)包括多個繞組48，所述多個繞組48安裝在井道26中的通道30、32和34的一側(cè)或兩側(cè)處。每個次級部分44可包括安裝到轎廂28的兩排相對的永磁體50A、50B。初級部分42被提供來自控制系統(tǒng)46的驅(qū)動激勵以便產(chǎn)生磁通量，所述磁通量在次級部分44上施加力來控制轎廂28在其相應通道30、32、34中的移動(例如，向上移動、向下移動或保持靜止)。初級部分42的多個繞組48通常位于相對排的永磁體50A、50B之間并且與永磁體50A、50B間隔開。應當考慮和理解，任何數(shù)目的次級部分44可安裝到轎廂28，并且任何數(shù)目的初級部分42可與次級部分44以任何數(shù)目的配置相關(guān)聯(lián)。

參考圖3，控制系統(tǒng)46可包括電源52、電力換流器54(例如，電機或推進驅(qū)動器)、總線56和控制器58。電源52通過總線56電耦接到電力換流器54。在一個非限制性實例中，電源52可以是直流(DC)電源或交流(AC)電源。DC電源52可使用存儲裝置(例如，電池組、電容器)來實現(xiàn)，并且可以是調(diào)節(jié)來自另一個源的電力的有源裝置(例如，連接到電網(wǎng)、發(fā)電機等的整流器)。電力換流器54可從總線56接收DC或AC電力，并且可向線性推進系統(tǒng)40的初級部分42提供驅(qū)動激勵。每個電力換流器54可以是一種換流器，所述換流器將來自總線56的DC或AC電力轉(zhuǎn)換成向初級部分42的相應區(qū)段提供的多相(例如，如圖3所示的三相，以及如圖4所示的兩相)驅(qū)動激勵。初級部分42可分成多個模塊或區(qū)段，其中每個區(qū)段與相應電力換流器54相關(guān)聯(lián)。

控制器58向每個電力換流器54提供控制信號以便控制驅(qū)動激勵的產(chǎn)生?？刂破?8可使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號來控制電力換流器54產(chǎn)生驅(qū)動激勵?？刂破?8可使用被編程來產(chǎn)生控制信號的基于信號處理器的裝置來實現(xiàn)。控制器58可分布作為每個驅(qū)動器54的一部分，以便產(chǎn)生用于對應驅(qū)動的控制信號。控制器58也可以是電梯控制系統(tǒng)或電梯管理系統(tǒng)的一部分。控制系統(tǒng)46的元件可在單個集成模塊中實現(xiàn)，和/或沿井道26分布。

參考圖4，電梯系統(tǒng)20的無線電力傳輸系統(tǒng)60可用于給電梯轎廂28中或上的負載或電梯轎廂子系統(tǒng)62供電。電力傳輸系統(tǒng)60可以是控制系統(tǒng)46的整體部分，由此共享各種部件，諸如控制器58(見圖3)、總線56、電源52、電力換流器54、初級部分42和其他部件。子系統(tǒng)62可包括電池組或能量存儲裝置、通風單元、照明系統(tǒng)、門操作單元、制動單元、顯示單元、控制單元、通信單元等。子系統(tǒng)62可以是利用傳統(tǒng)電力頻率(例如像大約60Hz)的交流(AC)負載，諸如通風單元的風扇等。替代地或除此之外，子系統(tǒng)62可包括直流(DC)負載，諸如顯示單元。2014年11月27日在專利合作條約下公開的、2013年5月21日提交的、并且轉(zhuǎn)讓給Otis Elevator Company of Farmington，Connecticut的國際專利申請WO 2014/189492通過引用以其整體并入本文。

參考圖4和5，初級組件42可包括處于第一相的多個初級繞組64和處于從第一相偏置的第二相的多個初級繞組66。電力換流器54(例如，通過PWM控制的切換電力換流器)從電源52接收電力，并且可將電力轉(zhuǎn)換成初級繞組64、66的預先確定的基頻、電壓、相數(shù)(如圖4所示的兩個)和受控激勵電流。來自換流器54的能量被輸出到初級繞組64、66。在圖5中示出由每個初級繞組64、66接收的總激勵電流。機械推進由激勵的低頻(例如，基頻)分量產(chǎn)生，所述低頻分量通常處于可在大約0Hz至100Hz的范圍內(nèi)的低頻(即其中0Hz可以是在轎廂通過初級繞組的激勵而保持在固定位置時的情況)。

可產(chǎn)生切換頻率波紋的開關(guān)調(diào)制是切換電力換流器54中通常固有的。切換頻率波紋分量被無線電力傳輸系統(tǒng)60利用。更確切地說且如圖6中最佳示出的，繞組64的總激勵電流(i_x)可分解成處于低基頻的基頻分量(i_xb)和處于高得多的激勵切換頻率的波紋或切換頻率分量(i_xs)(即切換頻率波紋)，其可在大約1kHz至100kHz的范圍內(nèi)。類似地，繞組66的總激勵電流(i_y)可分解成處于低頻的基頻分量(i_yb)和處于高得多的激勵切換頻率的切換頻率分量(i_ys)。相應總激勵電流(i_x)、(i_y)的基頻分量(i_xb)、(i_yb)可通常由推進系統(tǒng)40使用以便使電梯轎廂28懸浮和/或推進電梯轎廂28。切換頻率分量(i_xs)、(i_ys)可由無線電力傳輸系統(tǒng)60使用以便給電梯轎廂負載62供電。參考圖7，圖中示出由切換頻率分量(i_xs)、(i_ys)產(chǎn)生的可能的合成場。替代此激勵或除其之外，初級繞組可被提供高頻激勵，所述高頻激勵遠大于基頻但低于切換頻率，以便將無線電力傳輸?shù)酱渭墶?/p>

無線電力傳輸系統(tǒng)60可還包括通常在電梯轎廂28中或由其承載的部件。此類部件可包括次級繞組68，其被配置來在通電初級繞組64、66鄰近其時利用電壓或電流來感應；可以是有源和/或無源的諧振部件70；以及電力換流器72。次級繞組68可在繞組鄰近通電的初級繞組64、66時感應出電流，并且可基于感應或基于諧振被構(gòu)造成大體在激勵切換波紋的頻率處或在切換頻率波紋的諧波分量處諧振。盡管未示出，次級繞組68可具有不等于初級繞組64、66的極距的極距。電力傳輸系統(tǒng)60的次級繞組68可通常卷繞在推進系統(tǒng)40的次級部分44的永磁體50A、50B中的一個或兩個周圍。

諧振部件70從次級繞組68接收能量并且可以是無源的或有源的。作為無源諧振部件70，所述部件通常是電容器并且能夠存儲AC電力或以AC電力進行操作。作為有源諧振部件70，所述部件70被配置來減輕較弱或可變耦合系數(shù)的影響(即在次級繞組68穿過初級繞組64、66時變化)。也就是說，諧振部件70可用于使來自次級繞組68的感應輸出電流和電壓達到平衡。

電梯轎廂28中的電力換流器72被配置來從諧振部件70接收高頻電力。換流器72可將高頻電力降低到與電梯轎廂28中的AC負載62兼容的合適低頻電力(例如，60Hz等的低電力頻率)。換流器72還可用于將高頻電力轉(zhuǎn)換成DC電力，所述DC電力隨后存儲在能量存儲裝置(未示出)中。能量存儲裝置的實例可以是一種類型的電池組。

在高切換頻率(即與低頻相反)下次級繞組68中感應出電流的能力可優(yōu)化從初級繞組64、66到次級繞組68的感應電力傳輸?shù)男省４送?，高切換頻率通常促進許多系統(tǒng)部件尺寸的減少，諸如次級繞組68、諧振部件70和換流器72等。減少部件的尺寸改善系統(tǒng)的封裝，并且可減輕電梯轎廂28的重量。

次級繞組68可被設計和部署成使得基頻分量(i_xb)、(i_yb)不在次級繞組上產(chǎn)生任何可變場，并且僅高切換頻率場(即通過換流器切換產(chǎn)生的)在次級繞組上產(chǎn)生變化場以便啟用無線電力傳輸。電梯系統(tǒng)20是高度可靠的、安全的，并且不受基于接觸的電力傳輸系統(tǒng)的機械局限性和電局限性所限制。電梯系統(tǒng)20可利用固定側(cè)上的現(xiàn)存激勵布置用于無線電力傳輸功能。此外，系統(tǒng)20可利用通過切換電力換流器54產(chǎn)生的波紋分量，所述電力換流器54可能已經(jīng)在典型系統(tǒng)中存在。系統(tǒng)20是相對簡單和穩(wěn)固的，并且可不需要初級激勵的附加切換或調(diào)制，以及在系統(tǒng)固定側(cè)上的附加電力換流器和繞組。本公開也可用于固定側(cè)與移動側(cè)之間的任何信息交換。

參考圖8，一種利用無線電力傳輸系統(tǒng)60的方法應用由于磁通量隨空間和時間的改變而產(chǎn)生的電動勢的感應理論。如先前所描述的，電力可通過初級繞組44、46上的合適激勵從初級繞組44、46無線傳輸?shù)酱渭壚@組68。由通電的初級繞組產(chǎn)生的總磁場(B_TF)可由三個分量組成：(1)基頻分量(B_BF)80，(2)低頻諧波分量(B_LF)82，以及(3)高頻分量(B_HF)84。分量80、82、84在以下等式中表示：

(1)B_TF＝B_BF+B_LF+B_HF

基頻諧波分量80與永磁體50A、50B的磁場相互作用以便產(chǎn)生用于推進的力。低頻諧波分量82產(chǎn)生主要由于位置改變的電動勢，并且可由以下等式表示：

(2)e_LF＝dB_LF/dx

高頻分量84產(chǎn)生主要由于其隨時間變化的電動勢，并且可由以下等式表示：

(3)e_HF＝dB_HF/dt

因此，由初級繞組44、46產(chǎn)生的低頻諧波分量82和高頻分量84可用于將電力無線傳輸?shù)诫娞蒉I廂28。除動態(tài)情況之外，在電梯轎廂28是固定的靜態(tài)情況下，可通過修改基礎通量(等式1)以及通過利用高頻分量84(等式3)來實現(xiàn)無線電力傳輸。可使用繞組結(jié)構(gòu)和激勵電流的組合來產(chǎn)生低頻諧波分量82。對于初級繞組和次級繞組的組合，使用低頻諧波分量82的電力傳輸可產(chǎn)生脈動力。通過在初級繞組、次級繞組的不同組合中低頻分量之間的適當相移，可有效地消除轎廂上的此類脈動力。另外應當考慮和理解，無線傳輸方法可適用于具有線性運動、旋轉(zhuǎn)運動和/或復合運動的任何類型的電磁動態(tài)系統(tǒng)。

可使用繞組結(jié)構(gòu)和激勵電流的組合來產(chǎn)生用于無線電力傳輸?shù)牡皖l諧波分量。對于初級繞組和次級繞組的組合，使用低頻分量的電力傳輸可產(chǎn)生脈動力。通過在初級繞組、次級繞組的不同組合中低頻分量之間的適當相移，可有效地消除轎廂上的此類脈動力。

參考圖9，示出推進系統(tǒng)的第二實施方案，其中與第一實施方案類似的部件具有類似的元件號碼，除添加了“’”符號后綴之外。推進系統(tǒng)40’可以不是線性機電式電機，而是可以為復合運動機電式電機，所述復合運動機電式電機可包括旋轉(zhuǎn)(即旋轉(zhuǎn)電機)、或旋轉(zhuǎn)運動和線性運動的組合。無線電力傳輸系統(tǒng)60’可與推進系統(tǒng)40’是成整體的。另外應當考慮和理解，系統(tǒng)40’、60’可不限于電梯，并且可應用于將需要從固定結(jié)構(gòu)22’到移動結(jié)構(gòu)28’的無線電力傳輸?shù)娜魏胃鞣N應用。

雖然參照示例性實施方案對本公開進行描述，但是本領域技術(shù)人員將會理解的是：在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變并且可以進行等效物替代。此外，可在不脫離其實質(zhì)范圍的情況下進行各種修改來使本公開的教導內(nèi)容適用于特定情況、應用和/或材料。因此本公開不限于本文所公開的特定實例，而是包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施方案。