CN104242512A - 一种应用于地铁闸机的直流力矩电机及地铁闸机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于地铁闸机的直流力矩电机及地铁闸机控制系统，电机转子包括若干片等边10边形的转子冲片，若干片转子冲片叠压铆接为一体，转子冲片的每条边上均留有磁钢表贴定位工艺槽，磁钢的截面包括底部的倒等腰梯形部及上部的隆起圆弧部，磁钢的底部定位于磁钢表贴定位工艺槽中；地铁闸机控制系统包括与闸机主控模块通讯连接的检票处理模块和通行逻辑模块，通行逻辑模块与电机控制模块连接，左侧闸门由左侧电机驱动，右侧闸门由右侧电机驱动，在左右两侧闸机上布置有相互对射的光电传感器，所述光电传感器与通行逻辑模块通讯连接。本发明中的电机输出转矩更加平稳，而地铁闸机控制系统保证了左右侧闸门同步运行。

Description

一种应用于地铁闸机的直流力矩电机及地铁闸机控制系统

技术领域

本发明涉及地铁闸机，具体涉及地铁闸机的电机及控制系统。

背景技术

目前常用的地铁闸机，剪式门门板开关的反复摆动主要依靠高速电机经减速机构通过电磁铁吸附门板绕门板旋转轴做反复摆动，电机的输出功率及输出转矩不够平稳。

另外，出于安全方面的考虑，地铁闸机要求门板在关闭状态下，当外部施加足够大的力(一般设定为250N)时，门板能够被强制打开。其防夹力只能依靠电磁铁的吸附力，且不可调，而且电机控制简单，仅依靠通行逻辑软件进行防夹保护、一旦判断失误将对行人造成人身伤害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，使电机的输出功率及输出转矩更加平稳。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，包括转子和定子，所述转子安装于转子轴上，所述定子设于转子外圆周侧，所述转子外周表贴有磁钢，所述转子包括若干片等边10边形的转子冲片，所述若干片转子冲片叠压铆接为一体，所述转子冲片的每条边上均留有磁钢表贴定位工艺槽，所述磁钢的截面包括底部的倒等腰梯形部及上部的隆起圆弧部，所述磁钢的底部定位于磁钢表贴定位工艺槽中。

优选的，所述转子冲片在内轴孔开有记号槽，所述转子冲片在两条边交接处内侧留有自扣凸铆结构，所述转子冲片通过自扣凸铆结构叠压铆接。

优选的，所述转子轴设有中空轴孔，所述转子冲片上设有转子散热孔。

优选的，所述定子由9块分别装配的扇形结构的定子铁芯拼块组成，所述定子铁芯拼块由扇形结构的定子冲片叠压铆接并绕线后形成。

优选的，所述定子冲片的中心设有中心孔，围绕中心孔分布有三个自扣凸铆结构。

优选的，所述定子冲片外圆弧中心设有内凹的圆底槽，所述定子冲片两边设有铁芯扣铆齿槽。

本发明所要解决的另一个技术问题就是提供一种地铁闸机控制系统，提高安全性，避免造成人身伤害。

其采用如下技术方案：

一种地铁闸机控制系统，包括与闸机主控模块通讯连接的检票处理模块和通行逻辑模块，所述通行逻辑模块与电机控制模块连接，左侧闸门由左侧电机驱动，右侧闸门由右侧电机驱动，所述左侧电机和右侧电机与直流电源连接，所述电机控制模块根据通行逻辑模块的指令控制左侧电机和右侧电机驱动左侧闸门和右侧闸门执行闸门的开关动作，所述电机控制模块对应左侧电机和右侧电机分别设置左侧电机控制模块和右侧电机控制模块组成，在左右两侧闸机上布置有相互对射的光电传感器，所述光电传感器与通行逻辑模块通讯连接。

优选的，所述通行逻辑模块中设有闸门同步模块，所述闸门同步模块根据光电传感器反馈的信息比较左侧闸门和右侧闸门的位置并向两侧电机发出指令控制两侧闸门同步运行，同时一旦一侧闸门损坏不能按照通行逻辑模块指令动作，另一侧也立即停止。

优选的，还包括电流检测模块，所述电流检测模块中设定电流最大值，所述电流检测模块检测电机电流并控制电机电流不超过该电流最大值。

本发明采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

首先，磁钢截面为底部呈倒等腰梯形部而上部呈隆起圆弧的平底圆弧的结构，平行充磁后自然形成类似方波叠加正弦波的磁场分布，兼顾方波输出类驱动器和正弦波输出类驱动器，使之有较均匀的磁场分布，同时使输出功率更大，输出转矩更加平稳。

另外，在地铁闸机控制系统中，电机控制模块通过反馈的电机运动位置信息、电流反馈信息及开关门位置传感器信息使闸门平稳地进行开关门动作，保证了左右侧闸门同步运行，而且可根据用户要求调整乘客闯闸阻力矩，避免阻力矩过大夹伤乘客。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为转子的结构示意图；

图2为转子冲片的结构示意图；

图3为磁钢的结构示意图；

图4为定子的结构示意图；

图5为定子冲片的结构示意图；

图6为地铁闸机控制系统的系统示意图。

具体实施方式

首先，本发明在地铁闸机上使用了新型的直流力矩电机，以下结合图1至图5对其具体结构做出说明。

一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，包括转子1和定子2，所述转子1安装于转子轴10上，所述定子2设于转子1外圆周侧。

参考图1至图3，所述转子1外周表贴有磁钢12，所述转子1包括若干片等边10边形的转子冲片11，所述若干片转子冲片叠压铆接为一体，所述转子冲片的每条边上均留有磁钢表贴定位工艺槽112。

如图3所示，所述磁钢12的截面包括底部的倒等腰梯形部121及上部的隆起圆弧部122，所述磁钢12的底部定位于磁钢表贴定位工艺槽112中。

所述转子冲片11在内轴孔开有记号槽，所述转子冲片11在两条边交接处内侧留有转子冲片自扣凸铆结构111，所述转子冲片通过转子冲片自扣凸铆结构111叠压铆接。

磁钢截面为底部呈倒等腰梯形部而上部呈隆起圆弧的平底圆弧的结构，平行充磁后自然形成类似方波叠加正弦波的磁场分布，兼顾方波输出类驱动器和正弦波输出类驱动器，使之有较均匀的磁场分布，同时使输出功率更大，输出转矩更加平稳。

转子冲片以内轴孔的记号槽为定位基准将多片转子冲片通过自扣凸铆结构扣铆在一起形成转子铁芯，转子铁芯经超声波清洁设备清洗，表面烘干后表贴磁钢，最后真空浸绝缘漆，做绝缘漆热烘干和磁钢热老化处理。

所述转子轴10设有中空轴孔，所述转子冲片11上设有转子散热孔113。转子轴的中空轴孔和转子冲片上的散热孔结合形成小惯量转子系统，使电机具有良好的动态响应性能。在特殊情况发生时，使闸机具有良好的处置应变能力。同时中空轴孔结构也增大了散热面积，使电机具有较好的散热能力，增强了电机的可靠性和稳定性。

如图4和图5所示，所述定子2由9块分别装配的扇形结构的定子铁芯拼块21组成，所述定子铁芯拼块由扇形结构的定子冲片22叠压铆接并绕线后形成。所述定子冲片22的中心设有中心孔221，围绕中心孔分布有三个定子冲片自扣凸铆结构222。所述定子冲片外圆弧中心设有内凹的圆底槽223，所述定子冲片两边设有铁芯扣铆齿槽224。

定子冲片22通过定子冲片自扣凸铆结构222以中心孔221定位将多片定子冲片22叠成铁芯拼块。铁芯拼块经绝缘处理后由绕线机按照一定规律自动绕成单片扇状的结构，单片扇状铁芯以外圆面和外圆弧中心的圆底槽223定位，用定位工装拼接成整圆结构的铁芯，定子冲片两边设有铁芯扣铆齿槽224(一侧为凸部另一侧为凹部)使相接的定子冲片扣合连接。定子铁芯绕组23压装到导磁软铁机壳内接线，最后整体绝缘浸漆，定子冲片22两侧设有铁芯绕组槽225，定子铁芯绕组23设于在铁芯绕组槽225内。

转子磁场定位系统：转子轴伸端设置记号标记，转子装配时将S极磁钢中心与该标志对齐，标示出磁场S极位置。定子中的U相位置在装配时与电机的引出线位置对齐。转子位置传感器的初始位置装配时与转子轴伸端标记位置重合。电机在装配调试时只需电机的轴伸端标记对准初始位置，即可实现电机转子磁场的初始化定位。

本发明还根据上述直流力矩电机的特点，针对性的设计了一种地铁闸机控制系统，以下结合图6对该地铁闸机控制系统做出具体说明。

一种地铁闸机控制系统，如图6所示，其包括闸机主控模块以及与闸机主控模块通讯连接的检票处理模块和通行逻辑模块，其中，通行逻辑模块与电机控制模块连接，对应左侧闸门设置左侧电机，对应右侧闸门设置右侧电机，左侧电机和右侧电机与直流电源连接，左侧闸门由左侧电机驱动，右侧闸门由右侧电机驱动，电机控制模块根据通行逻辑模块的指令控制左侧电机和右侧电机驱动左侧闸门和右侧闸门执行闸门的开关动作。

在本发明中，电机控制模块对应左侧电机和右侧电机分别设置左侧电机控制模块和右侧电机控制模块，而在左右两侧闸机上布置有相互对射的光电传感器，光电传感器与通行逻辑模块通讯连接，这样两侧闸门及电机运动位置信息通过CAN传递到通行逻辑控制模块。

电机控制模块根据通行逻辑模块的指令，来执行闸门的开关动作。电机控制模块通过反馈的电机运动位置信息、电流反馈信息以及开关门位置传感器信息(开关门位置信息由其他位置传感器获得，为闸机上的常规设置，本发明中不再赘述)使闸门平稳地进行开关门动作。

具体的，在通行逻辑模块中设有闸门同步模块，闸门同步模块根据光电传感器反馈的信息比较左侧闸门和右侧闸门的位置并通过两侧的电机控制模块向两侧电机发出指令控制两侧闸门同步运行，同时一旦一侧闸门损坏不能按照通行逻辑模块指令动作，另一侧也立即停止。这样，一方面可保证左右侧闸门同步运行，一旦一侧闸门损坏不能按照通行逻辑模块指令动作，另一侧也立即停止，避免乘客只关注一侧闸门运行而导致的夹伤乘客现象(如一侧闸门停止，另一侧闸门还在运行，如果乘客没有注意到运行的闸门，很容易造成夹伤)。

另外，在通行逻辑模块中还设有电流检测模块，电流检测模块检测两侧电机电流，两侧电机电流的变化会反馈至电流检测模块，同时，电流检测模块中还设定了电流最大值，电流检测模块会根据电机电流的反馈情况控制电机电流不超过该电流最大值。由于对电机电流进行监控，一方面保证了电机的平稳运行，另一方面由闸门机构力矩变化可知，当没有外力阻止时，维持闸门运动的力矩基本恒定，电流也基本恒定，而当有外力阻止时，为保持闸门的运动平稳，电机驱动力矩增大，电机电流也逐渐增大，通过合理设定电流，也就是说根据用户要求调整乘客闯闸阻力矩来设定电流最大值，这样可以起到避免阻力矩过大夹伤乘客的作用。

Claims (9)

1.一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，包括转子和定子，所述转子安装于转子轴上，所述定子设于转子外圆周侧，所述转子外周表贴有磁钢，其特征在于：所述转子包括若干片等边10边形的转子冲片，所述若干片转子冲片叠压铆接为一体，所述转子冲片的每条边上均留有磁钢表贴定位工艺槽，所述磁钢的截面包括底部的倒等腰梯形部及上部的隆起圆弧部，所述磁钢的底部定位于磁钢表贴定位工艺槽中。

2.根据权利要求1所述的一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，其特征在于：所述转子冲片在内轴孔开有记号槽，所述转子冲片在两条边交接处内侧留有自扣凸铆结构，所述转子冲片通过自扣凸铆结构叠压铆接。

3.根据权利要求2所述的一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，其特征在于：所述转子轴设有中空轴孔，所述转子冲片上设有转子散热孔。

4.根据权利要求1所述的一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，其特征在于：所述定子由9块分别装配的扇形结构的定子铁芯拼块组成，所述定子铁芯拼块由扇形结构的定子冲片叠压铆接并绕线后形成。

5.根据权利要求4所述的一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，其特征在于：所述定子冲片的中心设有中心孔，围绕中心孔分布有三个自扣凸铆结构。

6.根据权利要求5所述的一种应用于地铁闸机的直流力矩电机，其特征在于：所述定子冲片外圆弧中心设有内凹的圆底槽，所述定子冲片两边设有铁芯扣铆齿槽。

7.一种地铁闸机控制系统，包括与闸机主控模块通讯连接的检票处理模块和通行逻辑模块，所述通行逻辑模块与电机控制模块连接，左侧闸门由左侧电机驱动，右侧闸门由右侧电机驱动，所述左侧电机和右侧电机与直流电源连接，所述电机控制模块根据通行逻辑模块的指令控制左侧电机和右侧电机驱动左侧闸门和右侧闸门执行闸门的开关动作，其特征在于：所述电机控制模块对应左侧电机和右侧电机分别设置左侧电机控制模块和右侧电机控制模块组成，在左右两侧闸机上布置有相互对射的光电传感器，所述光电传感器与通行逻辑模块通讯连接。

8.根据权利要求7所述的一种地铁闸机控制系统，其特征在于：所述通行逻辑模块中设有闸门同步模块，所述闸门同步模块根据光电传感器反馈的信息比较左侧闸门和右侧闸门的位置并向两侧电机发出指令控制两侧闸门同步运行，同时一旦一侧闸门损坏不能按照通行逻辑模块指令动作，另一侧也立即停止。

9.根据权利要求7所述的一种地铁闸机控制系统，其特征在于：还包括电流检测模块，所述电流检测模块中设定电流最大值，所述电流检测模块检测电机电流并控制电机电流不超过该电流最大值。