CN102926339B - 一种变频力矩道闸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频力矩道闸，包括：齿轮减速器，用于将弹簧力矩、栏杆静力矩、栏杆运行所需力矩的和力矩信号直接反馈到电机上；四象限变频器，根据反馈回来的合力矩信号，对电机的输出力矩，以及配重弹簧与栏杆间的力矩差进行计算；并根据计算结果控制电机四象限运行，控制电机的输出力矩，确保栏杆的抬杆和落杆速度不同；电机，用于输出栏杆运行所需的力矩，并把该力矩通过齿轮减速器作用到传动机构上，传动机构进而带动栏杆的运行。该道闸可使抬杆和落杆速度不同，可满足高速通行，同时兼顾安全，并且可确保不同长度栏杆可以使用相同的机芯。

Description

一种变频力矩道闸

技术领域

本发明涉及道闸领域，更具体的，涉及一种可使抬杆和落杆速度不同的变频力矩道闸。

背景技术

道闸也叫挡车器，目前广泛应用于小区、商场、高速公路等车辆通行场所。随着商业活动的发展，道闸和栏杆也作为了平面广告的载体，由于车辆驾驶失误造成栏杆损坏而更换的事情也比比皆是，但是传统道闸由于机械结构和控制电路设计的原因，在栏杆上加装平面广告或者随意的更换栏杆这样看起来正常的行为，却会严重影响机械结构的平衡系统，加重道闸机芯的老化，使得道闸提前报废。

目前道闸结构多为交流电机，或直流电机，配合涡轮蜗杆减速箱，采用四杆机构实现变速。这种机械结构限制使得栏杆和弹簧平衡不能反馈给电机，无法获知是否出现了平衡问题，并且多采用工频驱动，无法调速，使得每次抬杆和落杆速度都是相同的，不能使得抬杆的速度高于落杆的速度。另外，还存在不同长度栏杆必须使用不同的机芯的问题。

基于上述描述，亟需要一种可变频的力矩道闸，使得道闸在任何时刻都自动，并且抬杆和落杆速度不同，即满足高速通行，同时兼顾安全，不同长度栏杆可以使用相同的机芯。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种变频力矩道闸，以解决抬杆和落杆速度不同的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种变频力矩道闸，包括：

齿轮减速器，用于将弹簧力矩、栏杆静力矩、栏杆运行所需力矩的合力矩信号直接反馈到电机上；

四象限变频器，根据反馈回来的合力矩信号，对电机的输出力矩，以及配重弹簧与栏杆间的力矩差进行计算；并根据计算结果控制电机四象限运行，控制电机的输出力矩，确保栏杆的抬杆和落杆速度不同；

电机，用于输出栏杆运行所需的力矩，并把该力矩通过齿轮减速器作用到传动机构上，传动机构进而带动栏杆的运行。

作为优选，所述齿轮减速器为一级减速器，电机为稀土永磁电机。

作为优选，所述一级齿轮减速器为一级直齿轮减速器。

作为优选，所述一级齿轮减速器为一级斜齿轮减速器。

作为优选，所述栏杆的抬杆速度大于落杆速度。

本发明的有益效果为，由于本发明采用了齿轮减速箱，所以弹簧力矩、栏杆静力矩、栏杆运行所需力矩的和力矩信号可以直接反馈到稀土永磁电机上；又由于电机控制采用四象限变频器，四象限变频器可以根据反馈到电机上的合力矩信号计算出电机的输出力矩以及配重弹簧与栏杆间的力矩差，进而根据计算结果对电机采用四象限运行矢量变频控制，所以四象限变频器可以较慢的控制电机输出力矩，确保栏杆的抬杆速度高于栏杆的落杆速度，保证车辆的快速通行。当采用稀土永磁电机，再配合一级齿轮减速箱时，采用变频控制技术，可以在抬杆时，提高四象限变频器输出频率峰值，使栏杆快速抬起，落杆时，控制栏杆慢速落下。由于稀土永磁电机，力矩大，在四象限变频器的配合下可以使用一个机芯适应不同长度栏杆。

附图说明

图1为本发明提供的变频力矩道闸的结构示意图。

图中：

1、电机；2、齿轮减速器；3、传动机构；4、栏杆；5、配重弹簧。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在变频力矩道闸的运动过程中，

栏杆4的转动惯量公式为：J＝1/3mL²

合力矩公式为：M＝J*β，其中β为角加速度，

运动过程中配重弹簧5力矩为：Ms＝K*L₂*cos(δ+t)

运动过程中栏杆4所需力矩为：M_l＝1/2Ml₁cost

运动过程方程为：Ms+M_motor+M_l＝M

即K*L₂*cos(δ+t)+M_motor+1/2Ml₁cost＝1/3mL²β

由以上公式可以看出，采用齿轮减速器2，配重弹簧5力矩、栏杆4静力矩、栏杆4运行所需力矩的合力矩才能直接反馈到驱动电机1上，上述运行过程中方程才能成立，电机1的输出力矩才能直接影响栏杆4的运行。

要确保栏杆4的抬杆速度或者落杆速度不相同，则变频器控制电机1的输出力矩必须可以变化，即在栏杆4抬杆时确保输出高力矩，以确保栏杆4抬杆时具有快的速度；在栏杆4落杆是确保输出的力矩可以使落杆速度小于抬杆速度。所以变频器控制电机1必须可以四象限运行，也就是说必须采用四象限变频器对电机1进行控制才可以实现以上功能。

在产品的生命周期中，由于配重弹簧5老化，机械磨损等原因造成新旧产品对电机1力矩大小变化范围大，稀土永磁电机体积小，扭矩密度大，配合一级减速器就可以实现控制栏杆4抬杆和落杆具有不同的运行速度。

基于以上描述，本发明采用稀土永磁电机，再配合一级齿轮减速箱及其四象限变频器，采用变频控制技术，可以在抬杆时，提高四象限变频器输出频率峰值，使栏杆4快速抬起，落杆时，控制栏杆4慢速落下。

由于稀土永磁电机的力矩比较大，在四象限变频器的配合下还可以使用一个机芯适应不同长度的栏杆。

本发明所述的变频力矩道闸从结构上分为机箱、机芯、控制器、栏杆四个部分。其中机箱和栏杆采用现有技术中已有的。

机芯由传动机构3、一级齿轮减速器和稀土永磁电机组成，其中一级齿轮减速器和稀土永磁电机采用一体化。传动机构3连接在一级齿轮减速器上，传动机构3的另一端和栏杆4相连接，稀土永磁电机把力矩传输到一级齿轮减速器上，由一级齿轮减速器进而带动传动机构3的转动。其中在传动机构3的另一端，即和栏杆4的连接端相对的一端，连接有一配重弹簧5。其中一级齿轮减速器可以采用一级直齿轮减速器，也可以采用一级斜齿轮减速器。

控制器采用四象限变频器，四象限变频器可以减少制动过程的能量损耗，将能量回收反馈回来，达到节能、环保的功效。四象限变频器采用四象限运行矢量变频控制技术对稀土永磁电机进行控制，不仅可以精确控制稀土永磁电机运行速度，而且采用变频控制技术，在抬杆时，提高四象限变频器输出频率峰值，使栏杆4快速抬起，落杆时，控制栏杆4慢速落下。

与本实施例中，当然也可以采用其它的电机，但是和采用的电机相配套，所采用的齿轮减速器也必须为多级的。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变频力矩道闸，其特征在于，包括：

齿轮减速器(2)，用于将弹簧力矩、栏杆静力矩、栏杆运行所需力矩的合力矩信号直接反馈到电机(1)上；

四象限变频器，根据反馈回来的合力矩信号，对电机(1)的输出力矩，以及配重弹簧(5)与栏杆(4)间的力矩差进行计算；并根据计算结果控制电机(1)四象限运行，控制电机(1)的输出力矩，确保栏杆(4)的抬杆和落杆速度不同；

电机(1)，用于输出栏杆(4)运行所需的力矩，并把该力矩通过齿轮减速器(2)作用到传动机构(3)上，传动机构(3)进而带动栏杆(4)的运行。

2.根据权利要求1所述的变频力矩道闸，其特征在于：所述齿轮减速器(2)为一级减速器，电机(1)为稀土永磁电机。

3.根据权利要求2所述的变频力矩道闸，其特征在于：所述一级齿轮减速器为一级直齿轮减速器。

4.根据权利要求2所述的变频力矩道闸，其特征在于：所述一级齿轮减速器为一级斜齿轮减速器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的变频力矩道闸，其特征在于：所述栏杆(4)的抬杆速度大于落杆速度。