电稳定器

技术领域

本发明涉及电稳定器，并且特别地与用于稳定浮动结构的电稳定器相关。

术语“浮动结构”意图覆盖浮动的并且在使用中要求稳定的任何结构，尤其诸如民用或军用海洋船舶、浮动平台或储油设施以及离岸风力涡轮机。

背景技术

在诸如海洋船舶的浮动结构上，稳定器可以用于降低在波涛汹涌的海域中的俯仰和/或翻滚，并且帮助维持速度，同时降低燃料消耗。(如本文使用的，“俯仰”指海洋船舶的船首和船尾的上下移动，或围绕其横向或左右舷轴线的旋转，并且“翻滚”指海洋船舶的侧向移动，或围绕其纵向或船首-船尾轴线的旋转。用更一般的术语，“俯仰”和“翻滚”可以指围绕浮动结构的任何两个垂直轴线的旋转。)

用于海洋船舶和其它浮动结构的已知稳定器包括被动和主动压载、被动舭龙骨、主动鳍板、主动陀螺仪、机械线性系统，可选地包括电阻尼器，以及移动质量系统。

发明内容

本发明提供了可以用于稳定浮动结构的“全电”稳定器。所述电稳定器包括：

用于沿着轨道方向引导移动的稳定器质量的轨道；

包括沿着所述轨道(即，在轨道方向上)延伸的平面定子和适于作为稳定器质量沿着所述轨道向前和向后移动的动子的直流(DC)线性马达，其中所述定子包括多相定子绕组，并且所述动子包括面对所述多相定子绕组的限定沿着所述轨道方向的交替极性(即，北极和南极)的多个动子磁极(pole)的多个永磁马达磁体；以及

用于选择性地悬浮所述动子的至少一个主动磁轴承。

轨道可以是基本上U形的，并具有基部和相对的侧面对，其限定通道，动子放置在所述通道中。用于轨道的适合材料可以包括例如钢、铸铁、电工钢叠片。动子的两个侧面进一步可以包括适于接触轨道的面对侧面，以在动子沿着轨道向前和向后移动时引导和定位动子的一个或多个引导构件(例如，垫或滚轮)。

取决于操作要求，在实际的布置中，轨道可以具有大约1m至大约20m的宽度和大约5m至大约100m的长度。轨道的侧面可以具有大约0.4m至大约2m的高度。

DC线性马达进一步可以包括一个或多个附加平面定子，每个附加平面定子包括多相定子绕组。动子进一步可以包括一个或多个附加的多个永磁马达磁体，所述永磁马达磁体限定沿着轨道方向的交替极性的附加的多个动子磁极。每个附加的多个永磁马达磁体面对相应的多相定子绕组。每个平面定子和动子上对应的面对的多个永磁马达磁体可以被认为是DC线性马达的功能部分，并且平面定子被一起操作和控制以沿着轨道向前和向后移动动子。

每个平面定子可以安装在轨道上或形成轨道的一部分。每个平面定子可以具有模块化构造-即，它可以从沿着轨道组装在一起并且通过任何适合的部件连接在一起的多个模块或单元构造。每个平面定子可以包括多个绕组槽，所述绕组槽沿着轨道(即，在轨道方向上)间隔开以用于容纳相应的多相定子绕组的绕组线圈。绕组槽可以形成在每个平面定子的导磁部分中。每个平面定子可以包括多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，在横向方向上跨轨道堆叠以最小化涡流损耗。在一个布置中，薄片或叠片可以通过例如绝缘清漆的薄涂层或氧化物层而彼此电绝缘。

每个多相定子绕组可以具有任何适合数量的相绕组。每个相绕组限定多相定子绕组的相，并且包括容纳在绕组槽中的一个或多个绕组线圈。用于互连每个相绕组的绕组线圈的母线或线缆可以与每个平面定子并排走线。绕组线圈可以是例如单层或两层(或双层)线圈。每个绕组线圈将包括绕组走线对。每个绕组线圈的绕组走线被容纳在对应的绕组槽对中。在单层绕组线圈的情况下，这意味着平面定子中的每个绕组槽将容纳单个绕组线圈的绕组走线。在两层绕组线圈的情况下，这意味着平面定子中的每个绕组槽将容纳绕组线圈对的绕组走线，其中绕组走线通常放置在彼此的顶部。在一个布置中，其中每个平面定子具有模块化构造并且从沿着轨道组装在一起的多个模块或单元形成，特定绕组线圈的绕组走线中的一个可以被容纳在一个模块或单元的绕组槽中，并且另一绕组走线可以被容纳在平面定子的相邻模块或单元的绕组槽中。换句话说，绕组线圈中的一个或多个可以跨越平面定子的两个相邻模块或单元。

如果每个多相定子绕组被设计成通常与n个相绕组一起操作，则定子绕组及其关联的功率转换器系统可以适于与较少的相绕组一起安全地操作-例如与(n-1)或(n-2)个相绕组一起。这在相绕组中的一个或多个故障的情况下提供了改进的冗余。更特别地，这意味着有故障的相绕组可以被隔离，并且电稳定器可以继续操作而对安全性和性能没有任何显著的影响，直到有故障的相绕组被修复。在一个布置中，每个多相定子绕组可以包括6个相绕组，并且可以适于在故障状况期间与5个(或更少)相绕组一起操作。但是，将容易理解，取决于设计和性能要求，每个多相定子绕组可以具有任何适合数量的相绕组。

动子可以通过双向线性驱动力(或“推力”)沿着轨道选择性地向前或向后驱动，所述双向线性驱动力由通过每个多相定子绕组中的切换的DC电流生成的磁场和由动子上的面对的多个永磁马达磁体生成的磁场之间的相互作用生成。线性马达中的切换DC电流可以由适合的控制器控制。特别地，控制器可以控制向每个多相定子绕组的相绕组的电力的供应(即，其可以控制换向)，以便沿着轨道向前或向后移动动子，通常具有对应于平面定子的槽距的放置精度。

每个多相定子绕组可以电连接到可以由控制器控制的适合的功率转换器系统。

在一种布置中，多相定子绕组的每个相绕组可以连接到功率转换器系统的相应转换器单元。转换器单元可以可选地借助于插入式开关或断路器并联地电可连接到至少一个电源。每个转换器单元可以电连接到上面提到的母线或线缆中的一个，以用于互连每个相绕组的绕组线圈。将转换器单元电连接到两个或更多个电源在电源中的一个中故障的情况下提供了改进的冗余。每个电源可以是用于浮动结构的电源(例如海洋船舶配电网络)的一部分，或者是用于电稳定器的单独电源。可以使用具有任何适合拓扑的任何适合转换器单元。在一种布置中，每个转换器单元可以包括AC/DC转换器，所述AC/DC转换器具有可连接到至少一个AC电源的AC输入端子和连接到多相定子绕组的相应相绕组的DC输出端子。在另一布置中，每个转换器单元可以包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器具有可连接到至少一个DC电源的DC输入端子和连接到多相定子绕组的相应相绕组的DC输出端子。

在另一布置中，多相定子绕组的每个相绕组(或每个单独的绕组线圈)可以电连接到功率电子开关模块，并且通过开关模块的DC端子连接到相邻的相绕组(或绕组线圈)。开关模块群组可以在DC负载端子之间串联地电连接在一起，以限定多个并联DC电路。DC负载端子可以电可连接到至少一个电源。每个开关模块可以包括具有DC输入端子和AC输出端子的H桥。AC输出端子连接到对应相绕组(或单独绕组线圈)的端子，并且多个H桥的DC输入端子串联连接在一起以限定DC电路。每个H桥可以包括以常规方式布置的四个半导体开关装置。可以使用任何适合的半导体开关装置，包括晶闸管和可以通过栅极控制来导通和关断的装置。可以从关联的控制器向每个开关模块提供栅极驱动信号。开关模块形成功率转换器系统，其中每个相绕组(或绕组线圈)可以通过其开关模块选择性地连接到DC负载端子，以便沿着轨道向前或向后移动动子。开关模块可以紧邻每个平面定子安装，其中它们可以容易地连接到相应的绕组线圈。

动子的主体可以包括材料块，所述材料块具有足以作为浮动结构的稳定器质量起作用的质量。在实际的布置中，取决于操作要求，主体的质量可以在大约100kg至大约250公吨的范围内。用于主体的适合材料可以包括例如钢、铸铁、电工钢叠片。

动子具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与方向(动子沿着所述方向沿着轨道向前和向后移动)(即轨道方向)对齐。将容易理解，例如，如果动子被成形以沿着圆形轨道行进，则纵向轴线可以是直的或弯曲的。在这种情况下，动子的侧面将通常是弯曲的。动子具有与跨轨道的方向基本上对齐的横向轴线。对于任何给定的质量，动子的尺寸可以由可用于接纳电稳定器的体积的大小来确定。例如，如果对电稳定器的总体高度存在限制，则增加动子的长度(即，在纵向方向上的其尺寸)可能是必需的。在实际的布置中，动子可以具有大约1m至大约50m的长度和大约0.3m至大约2m的高度。在实际的布置中，动子可以具有大约1m至大约20m的宽度(即，在横向方向上的其尺寸)以装配在轨道通道内。

动子可以包括用于安装或紧固永磁马达磁体的一个或多个安装件(“马达安装件”)。特别地，动子可以包括用于安装面对第一平面定子的第一多个永磁马达磁体的第一马达安装件、用于安装面对第二平面定子的第二多个永磁马达磁体的第二马达安装件等。每个马达安装件可以沿着动子的纵向轴线延伸。每个马达安装件可以包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，被堆叠以最小化涡流损耗，以限定具有安装表面的平面安装结构，永磁马达磁体通过任何适合的部件安装或紧固在所述安装表面上。每个马达安装件可以位于面对平面定子的动子表面中(例如动子主体的上、下或侧面表面中)的凹槽中。永磁马达磁体也可以位于凹槽中，安装在安装表面上，并且可选地与动子表面基本上齐平。

动子可以包括用于增加动子的刚性的一个或多个加强构件。每个加强构件可以设计成当动子被悬浮在轨道基部上方时降低弯曲。在一个布置中，每个加强构件可以基本上沿着动子的横向轴线延伸。例如，每个加强构件可以形成为动子的上表面上的凸缘或肋。

DC线性马达的每个平面定子可以放置在动子下方、动子上方或与动子并排。将容易理解，线性马达可以包括任何适合数量的平面定子，其可以取决于可用于接纳电稳定器的体积的大小并取决于其操作要求以不同的方式布置。平面定子还可以被故意地布置成在动子被悬浮时降低弯曲。例如，一个或多个平面定子可以被放置：

-在动子下方，例如在轨道的基部上，其中面对的永磁马达磁体在动子的下部上提供，和/或

-在动子上方，其中面对的永磁马达磁体在动子的上部上提供，和/或

-与动子并排，例如在轨道的侧面上，其中面对的永磁马达磁体在动子的侧部上提供。

如果提供多个平面定子，则它们可以跨轨道的基部和/或侧面间隔和/或跨动子上方的支撑结构间隔。此类支撑结构例如可以是电稳定器的一部分或浮动结构的一部分。

电稳定器可以包括任何适合数量的主动磁轴承。每个主动磁轴承优选地放置在轨道与动子的主体的一部分之间，例如，在轨道基部与动子的下部之间。

每个主动磁轴承可以包括电磁体对和面对每个电磁体的多个永磁轴承磁体。将容易理解，常规主动磁轴承通常设计成生成吸引磁力，所述吸引磁力将支撑的结构(例如，旋转轴)朝向电磁体“拉动”。因此，常规主动磁轴承对彼此相反布置，并被调节成相对于彼此拉动以维持支撑结构的正确放置或对齐。在本发明中，对于每个主动磁轴承，动子上的面对的永磁轴承磁体生成附加磁场，所述附加磁场与由所述电磁体对(当为电磁体对供应电力时)生成的磁场相互作用。所述相互作用生成向上作用的排斥磁力，其“推动”动子上的永磁轴承磁体远离电磁体。因此，可知通过排斥磁力将动子向上“推动”远离轨道。

添加永磁轴承磁体意味着动子可以选择性地被悬浮，而没有对要放置在动子上方以向上“拉动”动子远离轨道的一个或多个主动磁轴承的需要。这也意味着在实际的布置中，当动子被悬浮时，永磁轴承磁体和电磁体的面对表面之间的气隙可以显著地增加到大约2mm和大约10mm之间。即使动子在悬浮期间稍微弯曲，增加的气隙也可以确保动子的下部和电稳定器的其余部分之间不存在可能阻碍动子沿着轨道的移动的物理接触。

多个永磁轴承磁体形成在动子上，并且特别地形成在动子的下部上。

每个电磁体可以安装在轨道上或形成轨道的一部分。如果提供多个主动磁轴承，则可以跨轨道的基部间隔电磁体对。每个电磁体可以具有模块化构造-即，其可以从沿着轨道组装在一起的多个模块或单元构造。每个电磁体可以包括形成在磁芯上的一个或多个线圈，磁芯可包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着轨道堆叠以最小化涡流损耗。对于每个电磁体对生成磁场，电流在第一方向上供应到所述电磁体对中的一个的线圈以限定第一极性(例如，北极)的第一电磁体磁极，并在第二且相反的方向上供应到所述电磁体对中的另一个的线圈以限定第二且相反极性(例如，南极)的第二电磁体磁极。每个主动磁轴承可以包括两个或更多个电磁体对。

面对每个电磁体对，动子的下部可以包括第一多个永磁轴承磁体和第二多个永磁轴承磁体，第一多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线延伸的第一极性(例如，北极)的第一轴承磁极，第二多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线延伸的第二且相反极性(例如，南极)的第二轴承磁极。第一和第二多个永磁轴承磁体并列布置，并且可以沿着动子的横向轴线间隔开。第一多个永磁轴承磁体可以与所述电磁体对中的一个相反布置，并且第二多个永磁轴承磁体可以与所述电磁体对中的另一个相反布置。

动子可以包括用于安装或紧固永磁轴承磁体的一个或多个安装件(“轴承安装件”)。每个轴承安装件可以沿着动子的纵向轴线延伸。每个轴承安装件可以包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着动子的纵向轴线堆叠，以最小化涡流损耗来限定具有安装表面的平面安装结构，永磁轴承磁体通过任何适合的部件安装或紧固在所述安装表面上。每个轴承安装件可以位于面对相应的电磁体的动子的下表面中(例如动子的主体的下表面中)的凹槽中。永磁轴承磁体也可以位于相应的凹槽中，安装在相应的安装表面上，并且可选地与动子表面基本上齐平。

由每个第一和第二多个永磁轴承磁体生成的磁场生成向下作用的吸引磁力，所述吸引磁力将永磁轴承磁体朝向面对的电磁体对的磁芯“拉动”。

在一种布置中，动子可以包括一个或多个非磁支脚，所述支脚适于在动子未被至少一个主动磁轴承悬浮时接触轨道。当一个或多个支脚与轨道物理接触时，优选地在动子与平面定子之间或者在动子与电磁体之间不存在物理接触。

每个支脚可以形成为向下延伸的突起。每个支脚可以沿着动子的纵向轴线延伸(像纵向肋)，并且可以形成在动子的下部上，例如，形成在动子的主体上。动子可以包括沿着动子的横向轴线间隔开的多个支脚。优选地，提供至少一对支脚——一个支脚位于靠近动子的每个侧面。

一个或多个支脚可以被定大小和成形使得当它们在与轨道物理接触时它们不承载任何显著的磁通量。由永磁马达磁体或永磁轴承磁体生成的磁场优选地被局限到平面定子和电磁体的磁芯。这阻止了支脚和轨道之间的任何磁吸引。如果不主动阻止此类磁吸引，则由于动子反复被悬浮，其可能引起对轨道表面的损坏。

用于一个或多个支脚的适合的非磁材料可以包括例如不锈钢。

在动子上提供非磁支脚的备选会是例如在轨道上提供一个或多个非磁支撑件，当动子不被至少一个主动磁轴承悬浮时，所述支撑件接触动子。每个支撑件可以形成为向上延伸的突起。每个支撑件可以形成在轨道的基部上并且可以沿着轨道延伸。轨道可以包括跨轨道的基部间隔开的多个支撑件。以与非磁支脚相同的方式，一个或多个支撑件可以被定大小和成形使得当它们与动子的下部物理接触时，它们不承载任何显著的磁通量。

电稳定器可以在两种操作状态中操作，也就是断开状态和接通状态，在断开状态中，动子不被一个或多个主动磁轴承悬浮(即，当没有电力或不足的电力被供应到一个或多个电磁体时)，在接通状态中，动子被一个或多个主动磁轴承悬浮在轨道基部上方(即，当充足电力被供应到一个或多个电磁体时)。

在断开状态中，动子是静止的，并且它的一个或多个非磁支脚(如果被提供)与轨道物理接触。

如果响应于例如浮动结构的翻滚或俯仰移动而沿着轨道移动动子是必需的，则向电磁体供应电力以将电稳定器转变到接通状态。如果由通过永磁轴承磁体和电磁体生成的磁场之间的相互作用生成的总和向上作用的排斥磁力等于动子的总和重量加上任何向下作用的力的总和，则动子将悬浮，所述向下作用的力诸如放置在动子下方的平面定子与动子的下部上的相应的面对的永磁马达磁体之间的吸引磁力，以及例如永磁轴承磁体与面对的电磁体的磁芯之间的吸引磁力。在一些布置中，例如，通过将一个或多个平面定子放置在动子上方以提供对应的向上作用的吸引磁力，或者通过仅将一个或多个平面定子放置在动子的侧面，平面定子与永磁马达磁体之间的任何向下作用的吸引磁力可以被降低或基本上抵消。此类布置也帮助降低当动子被悬浮时动子的弯曲。

每个主动磁轴承可以由适合的控制回路控制来连续地调节供应到电磁体中的一个或多个的电力以在动子静止时以及在动子沿着轨道被向前或向后驱动时提供稳定的悬浮。特别地，可以由适合的控制器来控制向每个电磁体的电力的供应。

在接通状态中，动子的一个或多个非磁支脚(如果提供)不与轨道接触，并且悬浮的动子可以在轨道上方保持静止，或者可以由DC线性马达沿着轨道向前或向后驱动。如果轨道倾斜，例如由于浮动结构的翻滚或俯仰移动，线性马达可以用于将动子保持静止在轨道上方以备移动。线性马达中的切换DC电流可以由控制器控制以沿着轨道向前或向后移动动子。当动子已经沿着轨道移动了必需的距离，为了抑制浮动结构的翻滚或俯仰移动，线性马达可以用于保持动子静止，并且通过结束向电磁体的电力的供应而将电稳定器转变到断开状态。动子需要沿着轨道移动以抵抗翻滚或俯仰移动的距离取决于动子的质量。

一旦电稳定器转变到断开状态，将通过向下作用力直接使静止的动子与轨道物理接触，所述向下作用力包括动子的总和重量和上面提到的吸引磁力(其将动子朝向轨道向下“拉动”)。一个或多个非磁支脚与轨道之间(或一个或多个非磁支撑件与动子的下部之间)的摩擦接触足以将动子维持在轨道上的固定和静止的位置中，而没有对液压或机械制动器的需要。优点在于，如果存在例如中断向电磁体的电力的供应的故障，则也将直接使动子与轨道物理接触，并将其维持在固定和静止的位置。这在出于任何原因阻止动子的继续悬浮的故障情况下为动子提供了“故障安全”状态。

动子的主体可以具有整体或单件构造。然而，受限的准入有时可以阻止具有整体或单件构造的物理上大的主体容易地安装在浮动结构中。

在一种布置中，动子可以从连接在一起的多个单独的模块或单元形成。此类动子可以具有铰接构造-即，其中模块或单元可以相对于彼此移动或枢转。每个模块或单元可以包括主体。面对每个平面定子，每个模块或单元可以包括一个或多个永磁马达磁体(限定具有特定极性(例如，北极或南极)的动子磁极)。然后，将单独模块或单元连接在一起，以便限定沿着轨道方向的交替极性的动子磁极。换句话说，第一模块或单元上的一个或多个永磁马达磁体可以限定具有第一极性(例如，北极)的动子磁极。第一模块或单元可以连接到第二模块或单元，第二模块或单元的一个或多个永磁马达磁体限定具有第二且相反极性(例如，南极)的动子磁极。第二模块或单元可以连接到第三模块或单元，第三模块或单元的一个或多个永磁马达磁体限定具有第一极性的动子磁极，等等。在另一布置中，每个模块或单元可以包括多个永磁体，所述永磁体限定交替极性的两个或更多个动子磁极-例如，具有第一极性(例如，北极)的动子磁极和具有第二且相反的极性(例如，南极)的动子磁极。每个模块或单元还可以包括一个或多个永磁轴承磁体。当模块或单元连接在一起时，每个模块或单元上的一个或多个永磁轴承磁体将限定如上面描述的轴承磁极。

每个模块或单元还可以包括如上面描述的一个或多个非磁支脚。支脚可以沿着每个模块或单元的主体间隔开。

铰接的动子的单独模块或单元可以通过连接杆连接在一起。每个连接杆可以枢转地连接到相邻的模块或单元对，以此类方式使得准许相邻的模块或单元相对于彼此移动或枢转。每个连接杆的长度可以调节，以便调节相邻模块或单元对之间的侧向间距。每个相邻的模块或单元对可以间隔开，以准许相对移动，例如当动子沿着轨道向前或向后移动时。柔性绝缘构件可以放置在每个相邻的模块或单元对之间，只要其不阻止它们能够相对于彼此移动或枢转。

因此，动子可以从任何适合数量的模块或单元形成。每个模块或单元可以具有基本上相同的构造。如果制造为“标准”模块或单元，则可以通过选择所要求数量的模块或单元并将它们连接在一起(如上面描述的)来构造不同长度的动子。每个附加的模块或单元将增加动子的质量。这允许不同质量的动子从多个“标准”模块或单元构造，以供“标准”宽度轨道使用。

轨道在水平面上可以是基本上直的或弯曲的(“水平轨道布局”)。弯曲轨道可以是基本上圆形的。如果轨道是弯曲的，则将理解，动子也将被成形以允许动子沿着轨道移动，并且其可以具有弯曲的并且不是直的侧面。例如，如果弯曲轨道是基本上圆形的，则沿着轨道向前驱动动子可以对应于在顺时针方向上驱动动子，并且沿着轨道向后驱动动子可以对应于在逆时针方向上驱动动子。

轨道在竖直平面中可以是基本上平坦的或成角度的或弯曲的(“竖直轨道布局”)。

电稳定器可以用于抑制围绕浮动结构的轴线的旋转。为此，电稳定器的轨道通常被布置成基本上垂直于轴线。

如果两个电稳定器基本上平行布置，则它们可以组合使用以抑制围绕浮动结构的相同轴线的旋转，或者如果两个电稳定器基本上彼此垂直布置，则抑制围绕两个垂直轴线的旋转。

例如，在海洋船舶的特定情况下，电稳定器可以用作抗翻滚稳定器或用作抗俯仰稳定器。对于抗翻滚稳定器，轨道将基本上沿着海洋船舶的横向或左右舷轴线定向，使得动子沿着轨道的移动可以用于抑制海洋船舶围绕纵向或船首-船尾轴线的旋转。在抗俯仰稳定器的情况下，轨道将基本上沿着海洋船舶的纵向或船首-船尾轴线定向，使得动子沿着轨道的移动可以用于抑制海洋船舶围绕横向或左右舷轴线的旋转。如果电稳定器对被布置具有基本上彼此垂直的其轨道，则它们可以组合使用，以抑制围绕海洋船舶的纵向和横向轴线两者的旋转。

与已知的稳定器相比，本发明的电稳定器在操作期间生成低水平的噪音和振动。例如，如果浮动结构经历要求恒定抑制的恒定的翻滚或俯仰移动，则电稳定器还可以应付动子(即稳定器质量)沿着轨道向前和向后的快速且相当连续的移动。不存在过热或机械磨损的风险，并且因此电稳定器具有最小的维护要求。在海洋船舶的特定情况下，电稳定器能够提供大于90％的翻滚降低。它在低船舶速度下和对于快速短暂翻滚是有效的。电稳定器优选地安装在海洋船舶的船体内，并且它不增加总和船舶水阻力。电稳定器可以用于物理上大的民用和军用海洋船舶，例如诸如巡航舰和航空母舰。

在上面描述的电稳定器中，DC线性马达是同步马达。本发明进一步可以提供备选电稳定器，其中DC线性马达是例如具有“鼠笼式”构造的感应(或异步)马达。如果电稳定器不要求高放置精度和/或如果动子可以通过大于大约10m/s

本发明提供了可以用于稳定浮动结构的备选“全电动”稳定器。所述备选电稳定器包括：

用于沿着轨道方向引导移动的稳定器质量的轨道；

包括沿着所述轨道延伸的平面定子和适于作为稳定器质量沿着所述轨道向前和向后移动的动子的DC线性马达，其中所述定子包括多相定子绕组，并且所述动子包括沿着轨道方向延伸的电导电短路棒对和面对多相定子绕组的多个电导电导电棒，导电棒在所述短路棒对之间延伸并沿着轨道方向间隔开以限定鼠笼式构造；以及

用于选择性地悬浮所述动子的至少一个主动磁轴承。

如果短路棒在动子的侧部提供，则它们可以在横向方向上(即，沿着动子的横向轴线)间隔开，或者在竖直方向上(即，沿着动子的竖直轴线)间隔开。

导电棒可以容纳在形成在面对定子的动子的一部分中(例如动子的主体的上、下或侧部中)的槽或开口中。导电棒可以容纳在安装件或芯中，所述安装件或芯包括导磁(优选地铁磁)材料多个的薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，被堆叠以最小化涡流损耗。所述安装件可以包括动子主体的一部分。导电棒可以至少部分地暴露在安装件的表面(即，面对平面定子的表面)处。

短路棒和导电棒可以从任何适合的材料形成，例如诸如铝或铜。

如果动子具有铰接构造，其中动子从连接在一起并可以相对于彼此移动或枢转的多个单独模块或单元形成，则每个短路棒可以形成在通过电导电柔性连接器物理和电连接在一起的多个单独区段中。每个柔性连接器可以使用适合的机械固定装置(例如诸如螺钉或螺栓)紧固在相邻的段对之间。

铰接动子的每个模块或单元可以包括短路棒段对和连接在所述段之间的一个或多个导电棒。一个或多个导电棒可以容纳在如上面描述的安装件或芯中，即铰接动子的每个模块或单元可以包括用于容纳其相应导电棒的安装件。

备选电稳定器的其它特征(即，与轨道、平面定子等相关的)及其操作方法是一般如上面描述的。

本发明进一步提供一种使用电稳定器来稳定浮动结构的方法，所述电稳定器包括：

轨道；

包括沿着所述轨道延伸的平面定子和动子的DC线性马达；以及

放置在所述轨道与所述动子之间的至少一个主动磁轴承；

所述方法包括使用至少一个主动磁轴承来悬浮动子，以及控制线性马达以作为稳定器质量沿着轨道向前和向后移动的动子。

电稳定器可以是如本文所描述的。特别地，定子可以包括多相定子绕组，并且动子可以包括面对多相定子绕组的限定沿着轨道方向的交替极性的多个动子磁极的多个永磁马达磁体。备选地，动子可以包括沿着轨道方向延伸的电导电短路棒对和面对多相定子绕组的多个电导电导电棒。导电棒在所述短路棒对之间延伸并且沿着轨道方向间隔开以限定鼠笼式构造。

本发明提供一组技术方案，如下。

技术方案1.一种用于稳定浮动结构的电稳定器(1)，所述电稳定器(1)包括：

用于沿着轨道方向引导移动的稳定器质量的轨道(2)；

包括沿着所述轨道(2)延伸的平面定子(10)和适于作为所述稳定器质量沿着所述轨道(2)向前和向后移动的动子(6)的直流DC线性马达(8)，其中所述平面定子(10)包括多相定子绕组(16)，并且所述动子(6)包括面对所述多相定子绕组(16)的限定沿着所述轨道方向的交替极性的多个动子磁极的多个永磁马达磁体(40)；以及

用于选择性地悬浮所述动子(6)的至少一个主动磁轴承(44，48)。

技术方案2.根据技术方案1所述的电稳定器(1)，其中，所述轨道(2)具有限定通道(4)的基部(2a)和相对的侧面(2b，2c)对，所述动子(6)放置在所述通道中，并且其中所述动子(6)的两个侧面进一步包括一个或多个引导构件(34)，所述引导构件适于接触所述轨道(2)的所述面对侧面(2a，2b)，以在所述动子(6)沿着所述轨道(2)向前和向后移动时引导和定位所述动子。

技术方案3.根据技术方案1或技术方案2所述的电稳定器，其中，所述DC线性马达进一步包括一个或多个附加的平面定子，每个平面定子包括多相定子绕组，并且其中所述动子进一步包括一个或多个附加的多个永磁马达磁体，所述永磁马达磁体限定沿着所述轨道方向的交替极性的附加的多个动子磁极，每个附加的多个永磁马达磁体面对相应的多相定子绕组。

技术方案4.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，每个多相定子绕组(16)包括多个相绕组(18a，18b，...，18f)，每个相绕组(18a，18b，...，18f)限定所述多相定子绕组(16)的相，并且包括被容纳在所述相应平面定子(10)的绕组槽(12)中的一个或多个绕组线圈(14)。

技术方案5.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(6)进一步包括用于安装所述永磁马达磁体(40)的一个或多个马达安装件(42)，每个马达安装件(42)优选地包括导磁材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着所述动子(6)的所述横向轴线(38)堆叠，以限定具有安装表面的平面安装结构，所述永磁马达磁体(40)安装在所述安装表面上。

技术方案6.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，每个平面定子(10)被放置：

-在所述动子(6)下方，其中面对的永磁马达磁体(40)在所述动子(6)的下部上提供，

-在所述动子上方，其中面对的永磁马达磁体在所述动子的上部上提供，或

-与所述动子并排，其中面对的永磁马达磁体在所述动子的侧部上提供。

技术方案7.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，每个主动磁轴承(44，48)包括电磁体(46a，46b和50a，50b)对和面对每个电磁体并且形成在所述动子(6)的下部上的多个永磁轴承磁体(52a，52b和54a，54b)。

技术方案8.根据技术方案7所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(6)的所述下部进一步包括第一多个永磁轴承磁体(52a，54a)和第二多个永磁轴承磁体(52b，54b)，所述第一多个永磁轴承磁体限定沿着所述动子(6)的所述纵向轴线(36)延伸的第一极性的第一轴承磁极，所述第二多个永磁轴承磁体限定沿着所述动子(6)的所述纵向轴线(36)延伸的第二且相反极性的第二轴承磁极，其中所述第一和第二多个永磁轴承磁体(52a，52b和54a，54b)并列布置并且可选地沿着所述动子(6)的所述横向轴线(38)间隔开，并且其中所述第一多个永磁轴承磁体(52a，54a)与所述电磁体(46a，48a)对中的一个相反布置，并且所述第二多个永磁轴承磁体(52b，54b)与所述电磁体(46b，48b)对中的另一个相反布置。

技术方案9.根据技术方案7或技术方案8所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(6)进一步包括用于安装所述永磁轴承磁体(52a，52b和54a，54b)的一个或多个轴承安装件(56，58)，每个轴承安装件(56，58)优选地包括导磁材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着所述动子的所述纵向轴线堆叠以限定具有安装表面的平面安装结构，所述永磁轴承磁体(52a，52b和54a，54b)安装在所述安装表面上。

技术方案10.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(6)进一步包括一个或多个非磁支脚(62)，当所述动子(6)没有被所述至少一个主动磁轴承(44，48)悬浮时，所述非磁支脚适于接触所述轨道(2)。

技术方案11.根据技术方案10所述的电稳定器(1)，其中，每个非磁支脚(62)形成为形成在所述动子(6)的下部上的向下延伸的突起。

技术方案12.根据任何前述技术方案所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(64)从多个单独的模块或单元(66a，66b，...，66d)形成，所述单独的模块或单元连接在一起，使得所述动子(64)优选地具有铰接构造。

技术方案13.根据技术方案12所述的电稳定器(1)，其中，每个模块或单元(66a，66b)包括限定一个或多个动子磁极的一个或多个永磁马达磁体(72，74)，每个动子磁极具有特定的极性，并且其中所述单独模块或单元(66a，66b，...，66d)连接在一起，以便限定沿着所述轨道方向的交替极性的动子磁极。

技术方案14.根据技术方案12或技术方案13所述的电稳定器(1)，其中，所述动子(64)进一步包括多个连接杆(78，100)，其中每个连接杆(78，100)枢转地连接到相邻的模块或单元对，并且其中每个连接杆(78，100)的长度优选地是可调节的，以便调节所述相邻的模块或单元(66a，66b，...，66d)对之间的侧向间距。

技术方案15.一种使用电稳定器(1)来稳定浮动结构的方法，所述电稳定器包括：

轨道(2)；

包括沿着所述轨道(2)延伸的平面定子(10)和动子(6)的DC线性马达(8)；以及

至少一个主动磁轴承(44，48)；

所述方法包括使用所述至少一个主动磁轴承(44，48)来悬浮所述动子(6)并控制所述DC线性马达(8)以沿着所述轨道(2)向前且向后移动作为稳定器质量的所述动子(6)。

附图说明

图1是根据本发明的电稳定器的透视图；

图2是图1的电稳定器沿着线A-A的截面图；

图3是图1的电稳定器的U形轨道的透视图；

图4是图1的电稳定器的动子的上透视图；

图5是图1的电稳定器的动子的下透视图；

图6是图1的电稳定器的模块化平面定子的详细视图；

图7是多相定子绕组和转换器系统的示意图；

图8A和8B是图1的电稳定器的主动磁轴承的详细视图；

图9A和9B是示出了动子的相对运动的电稳定器的线性马达的示意图；

图10至14是根据本发明的不同电稳定器配置的示意图；

图15是铰接的动子的两个模块或单元的透视图；

图16是铰接的动子的两个模块或单元的透视图；

图17A和17B是铰接的动子的两个连接的模块或单元的侧视图；

图18是铰接的动子的“磁极对”的透视图；

图19A和19B是铰接的动子的两个连接的“磁极对”的侧视图；

图20是图19B中两个连接的“磁极对”的透视图；

图21是根据本发明的铰接的动子的下透视图；

图22是电磁体的详细视图；

图23是具有图22的电磁体的主动磁轴承的截面图；

图24是用于电磁体的模块或单元；

图25是线性电稳定器的水平轨道布局；

图26是圆形电稳定器的水平轨道布局；

图27是根据本发明的铰接的动子的下透视图，其中DC线性马达是具有“鼠笼式”构造的感应马达；

图28是图27的铰接的动子的两个模块或单元的上透视图；

图29是图28的两个模块或单元的下透视图；

图30是图29的两个模块或单元的详细视图；

图31是图27的铰接的动子的四个模块或单元的下视图；

图32是图31的铰接的动子的四个模块或单元沿着线B-B所取的截面图；

图33是图31的铰接的动子的四个模块或单元沿着线C-C所取的截面图；以及

图34是图31中示出的铰接的动子的四个模块或单元的详细的上透视图，其示出了柔性连接器。

具体实施方式

参考图1至9B，用于海洋船舶的电稳定器1包括在轨道方向上(沿着X轴)延伸的U形轨道2。图1和3中仅示出了轨道2的一部分。轨道2包括基部2a和直立的相对侧面2b、2c对，它们限定通道4，动子6放置在所述通道中。用于轨道2的适合材料可以包括例如钢、铸铁、电工钢叠片。取决于操作要求，在实际的布置中，轨道2可以具有大约1m至大约20m的宽度和大约5m至大约100m的长度。轨道2的侧面2b、2c可以具有大约0.4m至大约2m的高度。

电稳定器1包括直流(DC)线性马达8。线性马达8包括居中地安装在轨道2的基部的平面定子10。平面定子10在轨道方向上沿着轨道2延伸。

如图6中示出的，平面定子10具有模块化构造-即，它从多个模块或单元构造，所述模块或单元沿着轨道组装在一起并通过任何适合的部件连接在一起。平面定子10具有沿着轨道2间隔开的多个绕组槽12，以用于容纳多相定子绕组16的绕组线圈14。绕组槽12形成在平面定子10的导磁部分中。平面定子10包括多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，在横向方向(沿着Y轴)跨轨道2堆叠，以最小化涡流损耗。薄片或叠片可以通过例如绝缘清漆的薄涂层或氧化物层彼此电绝缘。

参考图7，多相定子绕组16具有6个相绕组18a、18b、...、18f，每个相绕组限定多相定子绕组的相(即，相A、B、...、F)并且包括容纳在绕组槽中的多个绕组线圈14。用于互连每个相绕组18a、18b、...、18f的绕组线圈14的母线或线缆20与平面定子10并排走线，绕组线圈14是两层线圈，并且每个绕组线圈包括容纳在对应的绕组槽对中的绕组走线对。平面定子10中的每个绕组槽12容纳绕组线圈对的绕组走线，其中绕组走线放置在彼此的顶部。这在图9A和9B中示意性地示出，其中绕组线圈14的绕组走线布置在上层和下层中。特定的绕组线圈通过阴影突出显示，并且具有容纳在第一绕组槽中作为下绕组走线的第一绕组走线以及容纳在第二绕组槽中作为上绕组走线的第二绕组走线。第一和第二绕组槽由五个中间绕组槽分开。突出显示的绕组线圈是相绕组18a的限定多相定子绕组的相A的一部分。在图9A和9B中标记了相A、B、...、F。在图9A和9B中还标记了通过每个绕组走线的电流流动方向，其中加号(“+”)指示在第一方向(例如，正方向)中的电流流动，并且减号(“-”)指示在第二且相反方向(例如，负方向)中的电流流动。

图6示出了绕组线圈中的一些如何跨越平面定子的两个相邻模块或单元。例如，绕组线圈14a、14b、...、14f中的六个具有被容纳在一个模块或单元10a的绕组槽中作为下绕组走线的绕组走线以及被容纳在相邻模块或单元10b的绕组槽中作为上绕组走线的另一绕组走线。

多相定子绕组16被设计成通常与6个相绕组18a、18b、...、18f一起操作，但是定子绕组及其关联的功率转换器系统可以适于与较少的相绕组(例如与5个相绕组)一起安全操作。这在相绕组中的一个中故障的情况下提供了改进的冗余。

多相定子绕组16电连接到可以由控制器24控制的功率转换器系统22。在图7中示出的功率转换器系统22中，多相定子绕组16的每个相绕组18a、18b、...、18f的绕组线圈14连接到相应的母线或线缆20a、20b、...、20f，所述母线或线缆进而连接到功率转换器系统的相应的转换器单元26a、26b、...、26f。特别地，限定多相定子绕组的第一相(或相A)的第一相绕组18a的绕组线圈连接到与第一转换器单元26a连接的第一母线或线缆20a，限定多相定子绕组的第二相(或相B)的第二相绕组18b的绕组线圈连接到与第二转换器单元26b连接的第二母线或线缆20a，限定多相定子绕组的第三相(或相C)的第三相绕组18c的绕组线圈连接到与第三转换器单元26c连接的第三母线或线缆20c，并且对于其它相绕组18d、...、18f依此类推。转换器单元26a、26b、...、26c借助于插入开关或断路器30a、30b、...、30f并联地电连接到两个交流(AC)电源28a、28b。如上面注意到的，每个转换器单元26a、26b、...、26f电连接到母线或线缆20a、20b、...、20f中的一个，以用于互连每个相绕组18a、18b、...、18f的绕组线圈14。将转换器单元26a、26b、...、26f电连接到两个单独的AC电源28a、28b在AC电源中的一个中故障的情况下提供了改进的冗余。每个转换器单元26a、26b、...、26f是AC/DC转换器，其中AC输入端子并联连接到AC电源28a、28b，并且DC输出端子连接到相应的母线或线缆20a、20b、...、20f。

动子6放置在轨道2的通道4中，并且适于作为稳定器质量沿着轨道向前和向后移动。动子6具有主体32，所述主体具有上表面32a、下表面32b和侧面表面32c、32d。主体32包括材料块，所述材料块具有足以作为海洋船舶的稳定器质量起作用的质量。在实际的布置中，取决于操作要求，主体32的质量可以在大约100kg至大约250公吨的范围内。用于主体32的适合材料可以包括例如钢、铸铁、电工钢叠片。

主体32的两个侧面32c、32d包括作为引导构件的多个滚轮34。滚轮34适于接触轨道2的面对侧面2a、2b，以在悬浮的动子6沿着轨道向前和向后移动时引导和定位所述悬浮的动子。滚轮34布置成两个排-即如示出的上排和下排。将容易理解，也可以使用其它引导构件。

动子6具有与轨道方向对齐(并且平行于X轴)的纵向轴线36和横向轴线38(平行于Y轴)。

动子6包括面对多相定子绕组16的多个永磁马达磁体40。永磁马达磁体40限定沿着其纵向轴线的交替极性(即北极和南极)的多个动子磁极。在附图中，永磁马达磁体40的相应极性-以及因此动子磁极-由明和暗阴影示意性地指示。马达安装件42形成在主体32的下表面32b中心的凹槽中，以用于安装永磁马达磁体40。马达安装件42沿着动子6的纵向轴线36延伸。马达安装件42包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着动子6的横向轴线38堆叠，以最小化涡流损耗。马达安装件42限定具有安装表面的平面安装结构，永磁马达磁体40通过任何适合的部件安装在所述安装表面上。永磁马达磁体40也位于主体32中的凹槽中，并且与动子6的下表面32b基本上齐平。

电稳定器1进一步包括放置在轨道2和动子6之间的主动磁轴承44、48对以用于选择性地悬浮动子。第一主动磁轴承44放置在动子6的第一侧面，并且第二主动磁轴承48放置在动子的第二侧面。

每个主动磁轴承44、48包括电磁体对和面对每个电磁体的多个永磁轴承磁体。多个永磁轴承磁体形成在动子6的下部，并且每个电磁体安装在轨道2的基部上。更特别地，第一主动磁轴承44包括第一电磁体46a、46b对，并且第二主动磁轴承48包括第二电磁体50a、50b对。

每个电磁体具有模块化构造-即，其从沿着轨道2组装在一起的多个模块或单元构造，如图1和3中示出的。每个电磁体包括形成在磁芯上的一个或多个线圈，所述磁芯可以包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着轨道堆叠以最小化涡流损耗。

面对第一电磁体46a、46b对，动子6的下部包括第一多个永磁轴承磁体52a和第二多个永磁轴承磁体52b，第一多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线36延伸的第一极性(例如，北极)的第一轴承磁极，第二多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线延伸的第二且相反极性(例如，南极)的第二轴承磁极。第一和第二多个永磁轴承磁体52a、52b并列布置，并沿着动子6的横向轴线38间隔开。如示出的，第一多个永磁轴承磁体52a与电磁体46a对中的一个相反布置，并且第二多个永磁轴承磁体52b与电磁体46b对中的另一个相反布置。

面对第二电磁体50a、50b对，动子6的下部包括第三多个永磁轴承磁体54a和第四多个永磁轴承磁体54b，第三多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线36延伸的第一极性(例如，北极)的第三轴承磁极，第四多个永磁轴承磁体限定沿着动子的纵向轴线延伸的第二且相反极性(例如，南极)的第四轴承磁极。第三和第四多个永磁轴承磁体54a、54b并列布置，并且沿着动子6的横向轴线38间隔开。如示出的，第一多个永磁轴承磁体54a与电磁体50a对中的一个相反布置，并且第二多个永磁轴承磁体54b与电磁体50b对中的另一个相反布置。

动子6包括用于安装永磁轴承磁体52a、52b和54a、54b的两个轴承安装件56、58。每个轴承安装件56、58沿着动子6的纵向轴线36延伸。每个轴承安装件56、58包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，沿着动子6的纵向轴线36堆叠，以最小化涡流损耗。每个轴承安装件56、58限定具有安装表面的平面安装结构，永磁轴承磁体52a、52b和54a、54b通过任何适合的部件安装在所述安装表面上。每个轴承安装件56、58位于动子6的下表面中的面对相应电磁体的相应凹槽中。永磁轴承磁体52a、52b和54a、54b也位于主体32中的相应凹槽中，并且与动子6的下表面32b基本上齐平。

对于用于生成磁场以选择性地悬浮动子6的每个电磁体46a、46b和50a、50b对，电流在第一流动方向上被供应到所述电磁体对中的一个的(一个或多个)线圈以限定第一极性(例如，北极)的第一电磁体磁极，并且在第二且相反的流动方向上被供应到所述电磁体对中的另一个的(一个或多个)线圈以限定第二且相反极性(例如，南极)的第二电磁体磁极。这在图8A中针对第一主动磁轴承44示出。更特别地，通过第一主动磁轴承44的每个电磁体46a、46b的电流流动方向在图8A中被标记，其中叉号(“×”)指示在第一方向上的电流流动，并且点(“.”)指示在第二且相反方向上的电流流动。在图8B中，缺少流过每个电磁体46a、46b的电流流动由“0”指示。

图8A还示出了对于每个主动磁轴承，动子6上的面对的永磁轴承磁体52a、52b如何生成附加磁场Φ

在图8A中，电磁体46a、46b被激励，并且动子6被悬浮在轨道2上方。

在图8B中，电磁体46a、46b不被激励，并且动子6与轨道2物理接触。图8B示出了由永磁轴承磁体52a、52b生成的磁场Φ

动子6包括四个非磁支脚62，当动子不被主动磁轴承44、48悬浮时，所述非磁支脚适于接触轨道2。当支脚62与轨道2物理接触时，动子6与平面定子10之间或者动子与电磁体46a、46b和50a、50b之间不存在物理接触。

每个支脚62形成为向下延伸的突起。每个支脚62沿着动子6的纵向轴线36延伸，并形成在动子的下部上。支脚62沿着动子的横向轴线38间隔开。每个支脚62被定大小和成形使得当其与轨道2物理接触时不承载任何显著的磁通量。由永磁马达和轴承磁体生成的磁场被局限到平面定子和电磁体的磁芯。这阻止了在支脚62和轨道2之间的任何磁吸引，所述磁吸引可能由于动子6重复地被悬浮而引起对轨道表面的损坏。例如，图8B示出了由永磁轴承磁体52a、52b生成的磁场Φ

用于一个或多个支脚62的适合的非磁材料可以包括例如不锈钢。

电稳定器1可以在两种操作状态中操作，也就是断开状态和接通状态，在断开状态中动子6不被主动磁轴承44、48悬浮(即，当没有电力或不足的电力被供应到主动磁轴承的电磁体时)，在接通状态中动子被主动磁轴承悬浮在轨道基部2a上方(即，当充足的电力被供应到电磁体时)。

在断开状态中，动子6是静止的，并且其非磁支脚62与轨道2物理接触。非磁支脚62和轨道2之间的摩擦接触足以将动子6维持在轨道上的固定和静止的位置，而没有对液压或机械制动器的需要。

如果响应于例如海洋船舶的翻滚或俯仰移动而沿着轨道2移动动子6是必需的，则向主动磁轴承44、48的电磁体供应电力，以将电稳定器1转变到接通状态。如下面更详细描述的，如果由通过主动磁轴承的电磁体和永磁轴承磁体生成的磁场之间的相互作用生成的总和向上作用的排斥磁力等于动子的总和重量加上任何向下作用的力的总和，则动子6将悬浮，所述向下作用的力诸如放置在动子6下方的平面定子10和动子下部上的面对的永磁马达磁体40之间的吸引磁力，以及例如永磁轴承磁体52a、52b和54a、54b和面对的电磁体46a、46b和50a、50b的磁芯之间的吸引磁力。在一些其它布置中，例如，通过将一个或多个平面定子放置在动子上方以提供对应的向上作用的吸引磁力，或者通过仅将一个或多个平面定子放置在动子的侧面，平面定子10与永磁马达磁体40之间的任何向下作用的吸引磁力可以被降低或基本上抵消。此类布置还可以帮助降低在动子被悬浮时动子的弯曲，并且下面参考图11至14更详细地描述一些示例。

在接通状态中，动子6的非磁支脚62不与轨道2接触，并且悬浮的动子可以是静止的，或者可以由DC线性马达8沿着轨道向前或向后驱动。如果轨道2倾斜，例如由于海洋船舶的翻滚或俯仰移动，线性马达8可以用于保持动子6静止以备移动。线性马达8中的切换的DC电流可以由控制器24控制，以沿着轨道2向前或向后移动动子6。特别地，通过由通过多相定子绕组16中的切换的DC电流产生的磁场和由在动子6上的面对的多个永磁马达磁体40产生的磁场之间的相互作用而生成的双向线性驱动力(或“推力”)，动子6可以被选择性地沿着轨道2向前或向后驱动。控制器24可以控制向多相定子绕组16的相绕组18a、18b、...、18f中的一个或多个的电力的供应(即，它可以控制换向)，以便通常通过对应于平面定子10的槽距的放置精度沿着轨道2向前或向后移动动子6。这在图9A和9B中示出，其中当限定多相定子绕组16的相A的相绕组18a被换向时，动子6相对于平面定子10移动对应于槽距的距离D。特别地，从图9A和9B可以看出，通过相绕组18a的绕组线圈的电流流动方向反向。限定相B、C、...、F、A、B、C、...、F的相绕组的顺序换向可以继续，直到动子6已经沿着轨道2移动了必需的距离。

当动子6已经沿着轨道2移动了必需的距离时，为了抑制海洋船舶的翻滚或俯仰移动，DC线性马达8可以用于保持动子静止，并且通过结束向电磁体的电力的供应而将电稳定器1转变到断开状态。动子6需要沿着轨道2移动以抵抗翻滚或俯仰移动的距离取决于动子的质量，并且可以由控制器24或由例如海洋船舶的单独的稳定控制器确定，所述稳定控制器接收诸如海洋船舶的翻滚或俯仰角的其它输入。

一旦电稳定器1转变到断开状态，将通过向下作用的力直接使静止的动子6与轨道2物理接触，所述向下作用的力包括动子的总和重量和上面提到的将动子朝向轨道“拉动”的磁吸引力。如上面已经注意到的，非磁支脚62和轨道2之间的摩擦接触足以将动子6维持在固定和静止的位置，而没有对会增加成本和复杂性的液压或机械制动器的需要。进一步优点是，如果存在例如中断向一个或多个电磁体的电力的供应的故障，则也将直接使动子6与轨道2物理接触，并且从而将动子6维持在固定和静止的位置。这在阻止动子继续悬浮的故障的情况下为动子6提供了“故障安全”状态。

图10是图1中示出的电稳定器的示意图。如果存在降低的高度约束(即，沿着Z轴)，则图10中示出的电稳定器1A是适合的。对于任何给定的质量，动子的尺寸可以由可用于接纳电稳定器的体积的大小来确定。例如，如果对电稳定器的总体高度存在限制，则增加动子的长度(即，在纵向方向上的其尺寸)可能是必需的。在实际的布置中，动子可以具有大约1m至大约50m的长度和大约0.3m至大约2m的高度。在实际的布置中，动子可以具有大约1m至大约20m的宽度(即，在横向方向上的其尺寸)以装配在轨道通道内。

在图10中，使用以下标记来指示电稳定器1A的组件部分：

-“t”针对轨道(例如，轨道2)，

-“m”针对动子(例如，动子6)，

-“gm”针对引导构件(例如，滚轮34)，

-“f”针对动子支脚(例如，非磁支脚(62))，

-“lm”针对线性马达(例如，DC线性马达8)，

-“pmm”针对DC线性马达的永磁马达磁体(例如，马达磁体40)，

-“ps”针对DC线性马达的平面定子(例如，平面定子10)，-“amb1”针对第一主动磁轴承(例如，主动磁轴承44)，

-“em1”针对第一主动磁轴承的电磁体(例如，电磁体46a，46b)，

-“pbm1”针对第一主动磁轴承的永磁轴承磁体(例如，轴承磁体52a，52b)，

-“amb2”针对第二主动磁轴承(例如，主动磁轴承48)，

-“em2”针对第二主动磁轴承的电磁体(例如，电磁体50a、50b)，以及

-“pbm2”针对第二主动磁轴承的永磁轴承磁体(例如，轴承磁体54a、54b)。

为了方便，这些标记对应于以下等式中的下标。

当第一和第二主动磁轴承amb1、amb2的电磁体em1、em2不被激励时，作用于动子m上的向下作用的制动力F

其中F

其中B

对于每个主动磁轴承amb1、amb2：

其中h

当电磁体被激励并且动子m被悬浮在轨道t上方时，作用在动子上的力可以给出为：

-(F

其中F

其中N是相应主动磁轴承ambi的电磁体匝数，I是相应主动磁轴承的电磁体电流，并且x是当电稳定器1A处于接通状态且动子m被悬浮在轨道t上方时的悬浮位移。

对于上面等式，忽略了任何铁磁部分中的磁饱和效应。可以看出，通过最大化永磁轴承磁体的高度和磁场以及电磁体的表面面积，可以增加主动磁承载力的幅值。增加电磁体的激励磁场(即，N×I)增加了悬浮距离。将电磁体与永磁轴承磁体组合还增加了悬浮距离(即，x)。

电稳定器1A的DC线性马达包括单个平面定子。在其它布置中，线性马达可以包括两个或更多个平面定子，每个平面定子包括多相定子绕组。动子进一步可以包括限定沿着轨道方向的交替极性的附加的多个动子磁极的一个或多个附加的多个永磁马达磁体，每个附加的多个永磁马达磁体面对相应的多相定子绕组。每个平面定子可以放置在动子的下方、动子的上方或与动子并排。将容易理解，在实践中，线性马达可以包括任何适合数量的平面定子，所述平面定子可以取决于可用于接纳电稳定器的体积的大小并取决于操作要求以不同的方式布置。平面定子还可以被布置成当动子被悬浮时降低弯曲。例如，一个或多个平面定子可以被放置：

-在动子下方，例如在轨道的基部上，其中面对的永磁马达磁体在动子的下部上提供，和/或

-在动子上方，其中面对的永磁马达磁体在动子的上部上提供，和/或

-与动子并排，例如在轨道的侧面上，其中面对的永磁马达磁体在动子的侧部上提供。

图11是降低了当被悬浮时动子m的弯曲的备选电稳定器1B的示意图。第一平面定子(标记为“ps1”)放置在动子m下方，并且包括第一多相定子绕组。动子m包括面对第一多相定子绕组的第一多个永磁马达磁体(标记为“pmm1”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第一多个动子磁极。第二平面定子(标记为“ps2”)放置在动子m上方，并且包括第二多相定子绕组。动子m包括面对第二多相定子绕组的第二多个永磁马达磁体(标记为“pmm2”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第二多个动子磁极。第一平面定子ps1和第一多个永磁马达磁体pmm1限定DC线性马达(标记为“lm1”)的第一部分，并且第二平面定子ps2和第二多个永磁马达磁体pmm2限定DC线性马达(标记为“lm2”)的第二部分。

当电磁体未被激励时，作用在动子m上的向下作用的制动力F

F

其中F

DC线性马达lm1的第一部分的气隙被降低了距离x，并且DC线性马达lm2的第二部分的气隙被增加了距离x，因此气隙磁感应B

当电磁体被激励并且动子m被悬浮在轨道t上方时，作用在动子上的力可以给出为：

-(F

通常吸引力F

-(F

在此备选电稳定器1B中，通过将第二平面定子ps2放置在动子m上方以提供对应的向上作用的吸引磁力，第一平面定子psl和第一多个永磁马达磁体pmm1之间的向下作用的吸引磁力基本上抵消。这帮助降低当动子被悬浮时动子的弯曲。在图10至13中，动子的弯曲由在动子m的侧面之间延伸的虚线示意性地指示。

图12是降低当被悬浮时动子的弯曲的备选电稳定器1C的示意图。第一平面定子(标记为“ps1”)放置在动子m下方，并且包括第一多相定子绕组。动子m包括面对第一多相定子绕组的第一多个永磁马达磁体(标记为“pmml”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第一多个动子磁极。第二平面定子(标记为“ps2”)放置在动子m下方，并且包括第二多相定子绕组。动子m包括面对第二多相定子绕组的第二多个永磁马达磁体(标记为“pmm2”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第二多个动子磁极。第一平面定子psl和第一多个永磁马达磁体pmm1限定DC线性马达(标记为“lm1”)的第一部分，并且第二平面定子ps2和第二多个永磁马达磁体pmm2限定DC线性马达(标记为“lm2”)的第二部分。第三主动磁轴承(标记为“amb3”)也在轨道t的中心提供。

当电磁体未被激励时，作用在动子m上的向下作用的制动力F

F

其中F

当电磁体被激励并且动子m被悬浮在轨道t上方时，作用在动子上的力可以给出为：

-(F

其中F

图13是与图12中示出的电稳定器1C类似的但基本上不具有当被悬浮时动子的弯曲的备选电稳定器1D的示意图。第三和第四平面定子(标记为“ps3”和“ps4”)放置在动子m上方，并且包括第三和第四多相定子绕组。动子m包括面对第三和第四多相定子绕组的第三和第四多个永磁马达磁体(标记为“pmm3”和“pmm4”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第三和第四多个动子磁极。第三平面定子和第三多个永磁马达磁体限定DC线性马达(标记为“1m3”)的第三部分和第四平面定子，并且第四多个永磁马达磁体限定DC线性马达(标记为“lm4”)的第四部分。

当电磁体不被激励时，作用在动子m上的制动力F

F

其中F

DC线性马达lm1、1m2的第一和第二部分的气隙被降低了距离x，并且DC线性马达lm3、lm4的第三和第四部分的气隙被增加了距离x，因此气隙磁感应B

当电磁体被激励并且动子m被悬浮在轨道t上方时，作用在动子上的力可以给出为：

-(F

＝(F

通常，吸引力F

图14是如果存在降低的宽度约束(即，沿着Y轴)则适合的备选电稳定器1E的示意图。单个主动磁轴承(标记为“amb1”)位于动子m下方。第一平面定子(标记为“ps1”)放置在动子m的第一侧面，并包括第一多相定子绕组。第二平面定子(标记为“ps2”)放置在动子m的第二侧面，并包括第二多相定子绕组。动子m包括面对第一多相定子绕组的第一多个永磁马达磁体(标记为“pmm1”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第一多个动子磁极。动子m包括面对第二多相定子绕组的第二多个永磁马达磁体(标记为“pmm2”)，其限定沿着其纵向轴线的交替极性(即，北极和南极)的第二多个动子磁极。第一平面定子和第一多个永磁马达磁体限定DC线性马达(标记为“lm1”)的第一部分和第二平面定子，并且第二多个永磁马达磁体限定DC线性马达(标记为“lm2”)的第二部分。

当电磁体不被激励时，作用在动子m上的制动力F

F

当电磁体被激励并且动子m被悬浮在轨道t上方时，作用在动子上的力可以给出为：

-F

图1至9B中示出的动子的主体具有整体或单件构造。然而，受限的准入有时可能阻止具有整体或单件构造的物理上大的主体容易地安装在海洋船舶或其它浮动结构中。

在图15至21中示出的备选布置中，动子64从连接在一起的多个单独的模块或单元66a、66b、...形成。此类动子具有铰接构造-即其中模块或单元66a、66b、...可以相对于彼此移动或枢转-并且可以与图1和2中示出的轨道以及与包括多相定子绕组16的平面定子10一起使用。

图15示出了铰接动子64的两个模块或单元66a、66b。每个模块或单元66a、66b包括主体68。面对平面定子10，每个模块或单元66a、66b包括限定具有特定极性(例如，北极或南极)的动子磁极的一个或多个永磁马达磁体。特别地，图15示出了具有限定具有北极的动子磁极的永磁马达磁体70的第一模块或单元66a，以及具有限定具有南极的动子磁极的永磁马达磁体72的第二模块或单元66b。每个永磁马达磁体70、72安装在马达安装件74上，所述马达安装件形成在每个模块或单元66a、66b的下表面的中心的凹槽中。单独的模块或单元连接在一起，以便限定沿着轨道方向的交替极性的动子磁极。在图17A、17B和18中，第一模块或单元66a被示出连接到第二模块或单元66b以限定“动子磁极对”76。

限定动子磁极对76的第一和第二模块或单元66a、66b通过连接杆78连接在一起。更特别地，每个连接杆78包括在第一轴向端处的第一开口80和在第二轴向端处的第二开口82。每个模块或单元66a、66b的每个侧面包括突起84。(尽管在每个模块或单元的近侧面上仅示出一个突起，但是将理解，在每个模块或单元的远侧面上提供等同的突起。)第一连接杆78放置在第一和第二模块或单元66a、66b的一个侧面，并且第一开口80容纳第一模块或单元66a的突起84，并且第二开口82容纳第二模块或单元66b的突起84。第二连接杆(未示出)放置在第一和第二模块或单元的另一侧面，并且第一开口容纳第一模块或单元的突起，并且第二开口容纳第二模块或单元的突起。

第一和第二模块或单元66a、66b枢转地连接到连接杆78。

如图17A和17B中示出的，每个连接杆78的长度可以调节，以便调节所述相邻模块或单元对之间的侧向间距。图17A示出了紧接着连接杆78连接到第一和第二模块或单元66a、66b之后的初始位置，所述第一和第二模块或单元被间隔开第一距离D1。然后，连接杆78被缩短，使得第一和第二模块或单元66a、66b仅被间隔开第二距离D2，所述第二距离小于第一距离D1。第二距离D2足以准许第一和第二模块或单元66a、66b之间的相对移动，例如当动子64沿着轨道2向前或向后移动时。柔性绝缘构件(未示出)可以放置在每个相邻的模块或单元对之间，只要它不阻止它们能够相对于彼此移动或枢转所要求的量。

每个模块或单元66a、66b包括在下表面上的四个非磁支脚86。支脚86沿着主体68间隔开。

每个模块或单元66a、66b还包括在下表面上的第一多个永磁轴承磁体88和第二多个永磁轴承磁体90。第一多个永磁轴承磁体88限定沿着模块或单元66a、66b的横向轴线的交替的第一和第二极性(例如，北极和南极)的多个轴承磁极。第二多个永磁轴承磁体90限定沿着模块或单元66a、66b的横向轴线的交替的第一和第二极性(例如，北极和南极)的多个轴承磁极。更特别地，第一多个永磁轴承磁体88限定6个北极轴承磁极和6个南极轴承磁极，并且第二多个永磁轴承磁体90限定六个北极轴承磁极和六个南极轴承磁极。

永磁轴承磁体88、90安装在两个轴承安装件92、94上，所述轴承安装件形成在每个模块或单元66a、66b的下表面中的相应凹槽中。

每个模块或单元66a、66b包括用于增加其刚性的向上延伸的凸缘96。凸缘96形成在主体68的上表面上并沿着所述主体68的上表面延伸。

每个模块或单元66a、66b的两个侧面包括作为适于接触轨道2的面对侧面以在模块或单元沿着轨道向前和向后移动时引导和定位模块或单元的引导构件的多个滚轮98。滚轮98布置成两个排-即上排和下排。

限定动子磁极对76的第一和第二模块或单元66a、66b可以由双向线性驱动力(或“推力”)沿着轨道2选择性地向前或向后驱动，所述双向线性驱动力由通过在每个多相定子绕组中的切换的DC电流产生的磁场和通过面对的永磁马达磁体72、74对产生的磁场之间的相互作用生成。动子磁极对76表示实际动子的最小构造。

图19A、19B和20示出了限定第一动子磁极对76a的第一和第二模块或单元66a、66b如何以与单独模块或单元相同的方式通过连接杆100对连接到限定第二动子磁极对76b的第三和第四模块或单元66c、66d。特别地，每个连接杆100的长度可以被调节，以便调节所述相邻动子磁极对的对之间的侧向间距。图19A示出了紧接着连接杆100连接到第二和第三模块或单元66b、66c之后的初始位置，所述第二和第三模块或单元被间隔开第一距离D1。然后，缩短连接杆100，使得第二和第三模块或单元66b、66c仅间隔开第二距离D2，所述第二距离小于第一距离D1。第二距离D2足以准许根据要求的第二和第三模块或单元66b、66c之间相对移动，例如当动子64沿着轨道2向前或向后移动时。

这样，铰接动子64可以从适合数量的模块或单元构造。每个模块或单元66a、66b、...具有基本相同的构造，并且可以制造为“标准”模块或单元，使得不同长度的动子可以通过选择所要求数量的模块或单元(或动子磁极对)并如上面描述地将它们连接在一起来构造。每个附加的模块或单元将增加动子的质量。这允许不同质量的动子从多个“标准”模块或单元构造，以供“标准”宽度轨道使用。

图21示出了具有通过连接杆更坚固连接的多个模块或单元的铰接动子64的底侧。永磁马达磁体70、72如何限定沿着铰接的动子64的纵向轴线的交替极性(即北极和南极)的多个动子磁极从图21中是清楚的。图21还示出了由每个模块或单元的第一和第二多个永磁轴承磁体88、90限定的轴承磁极如何沿着动子64的纵向轴线延伸。

如图22至24中示出的，第一多个永磁轴承磁体88与跨轨道的基部布置的六对电磁体102a、102b、...、102f相反放置。每个电磁体具有模块化构造-即，其从沿着轨道组装在一起的多个模块或单元104构造-特别地参见图24。第二多个永磁轴承磁体90也与跨轨道的基部布置的六对电磁体相反布置。限定交替极性的多个轴承磁极的永磁轴承磁体和多个电磁体对的类似布置也可以与图1至9B中示出的电稳定器一起使用。

上面描述的轨道2具有直的水平轨道布局-参见图25，其中轨道标记为“t”并且动子标记为“m”。但是轨道也可以具有圆形水平轨道布局。如果轨道是圆形的，则动子将被成形以允许其沿着轨道移动，并且将具有弯曲的侧面-参见图26，其中轨道被标记为“t”并且动子被标记为“m”。例如，如果轨道是圆形的，则沿着轨道向前驱动动子可以对应于在顺时针方向上驱动动子，以及沿着轨道向后驱动动子可以对应于在逆时针方向上驱动动子。

图25示出了具有直轨道的四个电稳定器106a、106b、...、106d可以如何组合使用以抑制围绕海洋船舶的两个垂直轴线的旋转。更特别地，两个电稳定器106a、106b沿着海洋船舶的横向或左右舷轴线平行布置，并且可以用作抗翻滚稳定器以抑制海洋船舶围绕纵向或船首-船尾轴线的旋转。两个电稳定器106c、106d沿着海洋船舶的纵向或船首-船尾轴线平行布置，并且可以用作抗俯仰稳定器以抑制海洋船舶围绕海洋船舶的横向或左右舷轴线的旋转。如图25中示出的，电稳定器不必须是等同的-它们例如可以具有不同的轨道宽度和不同的轨道长度，并且可以被配置成沿着不同的轴线提供不同的抑制。

图26示出了具有可以以多个弯曲区段110a、110b和110c构造的圆形轨道的电稳定器108。

在图27至34中示出的电稳定器的备选布置中，DC线性马达是具有“鼠笼式”构造的感应马达。鼠笼式构造应用于图15至21中示出的铰接的动子64，并且相像的部分已被给出相同的附图标记。从图27(其一般对应于上面描述的图21)将容易理解，同步马达的永磁马达磁体70、72通过沿着动子64的横向轴线间隔开的电导电短路棒112、114对和在短路棒112、114之间平行延伸并沿着动子64的纵向轴线间隔开的多个电导电导体棒116替换。导体棒116被容纳在形成在每个模块或单元的安装件或芯122中的多个开口中。短路棒112、114和导电棒116可以由例如铝或铜形成。导电棒116部分地暴露在安装件122的下表面处并且面对平面定子。

模块或单元66a、66b对在图28和29中示出。短路棒112被划分成多个段112a、112b、...，并且短路棒114被划分成多个段114a、114b、...，如示出的。每个模块或单元66a，66b包括段对。特别地，模块或单元66a包括间隔的段112a、114a对，并且模块或单元66b包括间隔的段112b、114b对，如示出的。每个模块或单元66a、66b包括多个导电棒116。每个模块或单元66a、66b还包括用于容纳如上面描述的多个导电棒116的安装件122。每个安装件122包括导磁(优选地铁磁)材料的多个薄片或叠片，所述薄片或叠片由电绝缘层分开，在横向方向上堆叠以最小化涡流损耗。

如图33和34中更清楚地示出的，段112a、112b、...通过电导电柔性连接器118物理和电连接。类似地，段114a、114b、...通过电导电柔性连接器120物理连接和电连接。每个柔性连接器118、120通过机械固定装置连接在段对之间，并允许动子的模块或单元移动或枢转，同时维持电接触，使得段112a、112b、...一起限定单个短路棒112，并且段114a、114b、...一起限定单个短路棒114。将容易理解，如果动子不是铰接的，短路棒可以替代地具有单件构造。

在使用中，图27至34中示出的动子64放置在上面描述的轨道2的通道4中，并且适于作为稳定器质量沿着轨道向前和向后移动。特别地，导电棒116面对居中地安装在轨道2的基部上的平面定子10。动子可以由DC线性马达沿着轨道2向前或向后驱动，如上面更详细地描述的。