长定子直线电机制造技术

一种直线电机(1)，包括定子(3)和驱动系统，所述定子包括多个定子段(3a、3b、

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】长定子直线电机


[0001]本专利技术涉及一种具有长定子和短移动对应物的直线电机(linear electric motor)，尤其用于沿包括磁悬浮轨道在内的轨道驱动列车、有轨电车和其他车辆。

技术介绍

[0002]与短定子直线电机相比，长定子直线电机的阻抗更高，这会在驱动系统的设计方面产生各种技术问题。高阻抗定子需要高压电力电子变换器来提供高无功功率，具有效率低下且制造成本增高的缺点。长度远远小于定子的移动电机元件的驱动系统的效率非常低，因为只有移动电机元件覆盖的定子部分能够产生推力(thrust)。
[0003]为了提高驱动系统的性能，例如用于沿轨道驱动列车等车辆，已知将直线电机的长定子分成长度与移动元件相当(例如，1到3倍)的段。段的长度取决于运行参数，例如速度、运行频率、所需推力和加速度。
[0004]每个段由电源逆变器供电。通常，为了降低系统的成本，逆变器的数量少于段的数量。随着车辆的运动，驱动逆变器被切换到适当的段。然而，为了避免电力传输出现缺口，在车辆从一个段移动到另一个段期间，当移动电机元件从一个段移动到连续段时，至少使用两个逆变器来为移动电机元件接合的两个连续段供电。
[0005]与更常见的两电平逆变器相比，多电平功率逆变器在电动驱动应用方面具有许多优势。这些优势包括：定子电流的低高次谐波含量、较高的效率、对晶体管阻断电压的较低要求、较好的损耗分布以及对交流输出滤波器的较低要求。中性点钳位(NPC)逆变器是多电平逆变器在大功率应用中最广泛使用的拓扑。在三电平拓扑中，输入直流电路分为两个部分，其中，中性点(NP)位于两个连接电容器之间。逆变器的最佳性能在直流电路中的电压平衡时实现。然而，变换器在高无功负载的情况下运行时，电压平衡问题变得更具挑战性，就像在长定子电机中所发现的那样。已知存在各种保持直流电压平衡的技术，这些技术可以分为两类。第一类包括专用的调制算法，第二类包括额外的硬件设备。调制方法的缺点在于，它们的有效运行范围有限，尤其是在高输出电压下运行时不是很有效。使用额外的硬件来平衡直流电压的缺点在于，这会增加系统的复杂性和成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种直线电机，用于需要长定子和短移动对应物的应用，例如用于沿轨道驱动列车、有轨电车和其他车辆，其具有成本效益并且能够高效地产生高功率。
[0007]提供一种易于驱动的直线电机是有利的。
[0008]提供一种安装和操作简单的直线电机是有利的。
[0009]提供一种稳健可靠的直线电机是有利的。
[0010]本专利技术的目的通过提供用于根据权利要求1所述的直线电机的定子来实现。
[0011]本文公开了一种直线电机，包括定子和驱动系统，所述定子包括多个定子段，所述
驱动系统包括至少一个驱动单元对，所述对中的第一驱动单元连接到第一定子段，所述对中的第二驱动单元连接到与所述第一定子段相邻的第二定子段。所述驱动单元连接到直流电压源，每个驱动单元包括直流输入电路部分和多电平逆变器，所述多电平逆变器经由所述直流输入部分连接到所述直流电压源，所述多电平逆变器包括多相输出，所述多相输出连接到对应定子段的线圈。所述驱动单元的所述直流电路部分包括至少两个连接电容器，所述至少两个连接电容器连接在正电压电源线(V+)与负电压电源线(V
‑
)之间并且在两者之间具有中点。所述第一多电平逆变器的所述中点经由桥连接连接到所述第二多电平逆变器的所述中点，使得所述第一多电平逆变器和所述第二多电平逆变器的所述中点共电位。连接到所述第一多电平逆变器的所述第一定子段的所述线圈的驱动电路连接端被布置得邻近连接到所述第二多电平逆变器的所述第二定子段的所述线圈的驱动电路连接端，或者所述第一定子段的所述线圈的星形连接端被布置得邻近所述第二定子段的所述线圈的星形连接端。
[0012]在一优选实施例中，每个定子段包括三相线圈装置。
[0013]在一优选实施例中，所述第一驱动单元连接到多个连续奇数定子段，所述第二驱动单元连接到多个偶数定子段，所述奇数定子段和所述偶数定子段相互交错，所述定子段经由开关连接到对应驱动器，所述开关根据移动电机元件从一个定子段到下一个定子段的通道连接和断开。
[0014]在一优选实施例中，所述第一多电平逆变器和所述第二多电平逆变器是三电平逆变器。
[0015]在另一些实施例中，所述第一多电平逆变器和所述第二多电平逆变器可以是具有多于三个电平(例如，五个电平)的逆变器。
[0016]在一优选实施例中，所述直线电驱动系统包括多个(n个)所述驱动单元对。
[0017]在一优选实施例中，所述的多个(n个)驱动单元对是三个或更多个。
[0018]在一优选实施例中，所述驱动系统被配置为控制至少一个多电平逆变器作为外部平衡器，以补偿产生推力的至少一个有源多电平逆变器对(pair of active multi
‑
level inverters)的直流输入部分中的电压振荡。
[0019]在一实施例中，每个定子段的长度Ls大于所述直线电机的移动电机元件的长度Lm。
[0020]在另一实施例中，每个定子段的长度Ls小于所述直线电机的移动电机元件的长度Lm。特别地，所述直线电机的所述移动电机元件的所述长度Lm可以大于每个定子段的所述长度Ls的两倍。
附图说明
[0021]本专利技术的其他目的和有利特征将从权利要求、具体实施方式和附图中变得显而易见，其中：
[0022]图1是长定子的一部分的现有技术电路的示意图，示出了两个连续的定子段和两个三电平逆变器驱动器，每个定子段连接到三电平逆变器驱动器中的一个；
[0023]图2示出了图1的驱动器的两个逆变器的直流电路部分中连接电容器两端的输出电流和电压波动随时间的曲线图；
[0024]图3a和图3b各自示出了根据本专利技术实施例的长定子的一部分的电路图，示出了两个连续的定子段，每个定子段连接到一对三电平逆变器驱动器中的一个；
[0025]图4示出了根据本专利技术实施例的图3a和图3b的驱动器的两个逆变器的直流电路部分中连接电容器两端的输出电流和电压波动随时间的曲线图；
[0026]图5示出了长定子的一部分的电路图，示出了多个连续的定子段，每个定子段连接到一对三电平逆变器驱动器，其结构类似于图3a和图3b；
[0027]图5a示出了图5的实施例的连续定子段的切换序列的曲线图；
[0028]图5b示出了图5的驱动器的逆变器的直流电路部分中连接电容器两端的输出电流和电压波动随时间的曲线图；
[0029]图6a和图5b各自示出了根据本专利技术实施例的长定子的一部分的电路图，示出了两个连续的定子段，每个定子段连接到一对驱动器中的多电平逆变器驱动器，每个驱动器具有多于三个电平，例如5电平逆变器驱动器或7电平逆变器驱动器；
[0030]图7示出了根据本专利技术实施例的图6a和图6b的驱动器的逆变器的直流电路部分中连接电容器两端的输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直线电机(1)，所述直线电机包括：定子(3)和驱动系统，所述定子包括多个定子段(3a、3b、
……
、3n)，所述驱动系统包括至少一个驱动单元对(4)，所述对中的第一驱动单元(4a)连接到第一定子段(3a)，所述对中的第二驱动单元(4b)连接到与所述第一定子段相邻的第二定子段(3b)，所述驱动单元(4a、4b)连接到直流电压源(6)，每个驱动单元包括直流输入电路部分(14)和多电平逆变器(7)，所述多电平逆变器经由所述直流输入电路部分连接到所述直流电压源，所述多电平逆变器包括多相输出(10)，所述多相输出连接到对应定子段的线圈(5)的驱动电路连接端(12)，每个驱动单元的所述直流输入电路部分包括至少两个连接电容器(C1、C2)，所述至少两个连接电容器串联地连接在正电压电源线(V+)与负电压电源线(V
‑
)之间并且在两者之间具有中点(8)，其特征在于，所述第一多电平逆变器(7a)的所述中点经由桥连接(9)连接到所述第二多电平逆变器(7b)的所述中点，使得所述第一多电平逆变器和所述第二多电平逆变器的所述中点共电位，并且，连接到所述第一多电平逆变器的所述线圈的所述驱动电路连接端(12)邻近连接到所述第二多电平逆变器(7b)的所述线圈的所述驱动电路连接端布置、或者所述第一定子段(3a)的所述线圈(5)的星形连接端邻近所述第二定子段(3b)的星形连接端(11)布置。2.根据权利要求1所述的直线电机，其中每个定子段包括三相线圈装置。3.根据前述任一项权利要求所述的直线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马雷克，
申请(专利权)人：海帕波兰电子有限公司，
类型：发明
国别省市：