CN105305730B - 直线电机滑触式分段供电切换装置 - Google Patents

Abstract

直线电机滑触式分段供电切换装置，它包括固定在井道机架或基础上的定子轨道、电源母线、设置在定子轨道内的多段单元电机定子模块，以及与单元电机定子模块相对应的电机动子，至少一组单元电机定子绕组接入至少一组作为切换常开主触点使用的分段供电机构，分段供电机构为滑触开关；在动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组，滑触开关导通获得电能；而与动子非重叠区域的定子绕组，滑触开关不导通，处于断电状态，实现滑触分段供电。本发明与现有技术相比，传统直线电机驱动系统分段供电切换机构复杂、可靠性低，成本高，本发明的自动直线电机分段供电切换装置，结构简单、安全可靠、经济适用。

Description

直线电机滑触式分段供电切换装置

技术领域

本发明涉及直线电机驱动领域，具体涉及直线电机驱动系统分段供电与切换装置。

背景技术

直线电机驱动系统已经广泛应用于各行各业。在直线电机地铁、直驱电梯、直线电机自动化流水线等长行程应用领域，一般采用长初级、短次级直线电机结构，其供电技术成为关键技术之一。目前采用的方案主要有整体连续供电和分段供电两种类型。整体连续供电方式结构和控制简单，但是整个供电线路的空耗很严重。采用分段供电的意义在于可以显著提高效率，节约电能，减小电源容量和驱动功率。分段供电也符合模块化、标准化的要求，有利于制造安装及维护使用等。目前常用的分段供电有IGBT、晶闸管、固态继电器等功率器件或功率开关电子切换方式，和接触器等电磁、机械切换方式。图1所示为现有直驱系统分段供电切换原理图，各单元电机均布置了常开常闭双向主触点，N组单元电机，就有N组常开常闭双向主触点，数量繁多，都需要沿途布置大量的位置检测传感器，专门的保护电路、可编程控制器、上位机等处理器件，中间环节多，存在电子开关和电磁开关线圈损耗大，电路复杂，传感器失灵误动作，切换不可靠等缺陷，而且电子切换难以实现直驱电梯等应用领域永磁直线电机无源发电制动保护（断电情况下自动将所有电机绕组短接，保护轿厢“永不下坠”）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、安全可靠、经济适用的直线电机分段供电切换装置，本发明解决了传统直线电机驱动系统分段供电切换机构复杂、可靠性低，成本高的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

直线电机滑触式分段供电切换装置，它包括固定在井道机架或基础上的定子轨道、电源母线、设置在定子轨道内的多段单元电机定子模块，以及与单元电机定子模块相对应的电机动子，其特征在于：至少一组单元电机定子绕组接入至少一组作为切换常开主触点使用的分段供电机构，分段供电机构为滑触开关；在动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组，滑触开关导通获得电能；而与动子非重叠区域的定子绕组，滑触开关不导通，处于断电状态，实现滑触分段供电。

所述的分段供电机构是指：沿井道动子运动方向布置的一列或两列滑触导电轨，滑触导电轨包括电源滑触轨和单元电机滑触轨，其中，电源滑触轨为与电源线连接的连续体，单元电机滑触轨由间断排列的多段导体组成，每段导体的长度与单元电机定子的纵向长度一致，相邻两段导体间隔设置绝缘块，各段单元电机定子绕组分别通过导线与单元电机滑触轨对应各段导体连接，各段导体之间是相互绝缘的；在电源滑触轨和单元电机滑触轨之间设置至少一组可以自由滑动的电刷，电刷通过绝缘杆与动子固结，随动子移动而移动；当电刷位于对应单元电机定子位置时，电源滑触轨上的电能通过电刷滑触馈送到与单元电机滑触轨相连的单元电机定子绕组；当电刷移到该定子绕组范围之外时，电刷与该单元电机对应的滑触轨脱离，该单元电机定子绕组断电。

两列滑触导电轨平行分离布置，或者两列滑触导电轨平行布置为一体结构。

电源滑触轨为内部带有连续导体的半闭口U形槽状滑触轨，单元电机滑触轨为内部带间隔绝缘块非连续导体的半闭口U形槽状滑触轨；两个半闭口U形槽滑触轨相对应的两个通过导体棒相连的电刷与动子绝缘连接，配合两半闭口U形槽滑触轨、单元电机定子绕组及动子设置，构成至少一组滑触开关。

电源滑触轨和单元电机滑触轨共用一列滑触导电轨，其中滑触导电轨一侧为连续布置导体与电源线相连，另一侧为带间隔绝缘块的滑触轨并与单元电机定子绕组相连，滑触导电轨底部或两侧之间为绝缘体，与动子绝缘相连的电刷配合滑触导电轨、单元电机定子绕组及动子设置，构成至少一组滑触开关。

所述共用的一列滑触导电轨为半闭口U形槽滑触轨。

所述的半闭口U形槽滑触轨在外表面加电磁屏蔽层或者布置在沿单元电机机架或沿途基础设置的半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内，电刷可伸入半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内与半闭口U形槽滑触轨配合设置。

电源母线侧接入至少一组带常开常闭双向主触点的接触器或电源开关，与所述的至少一组滑触开关、单元电机定子绕组配合构成单元电机短接发电制动保护电路。

所述的任一组滑触开关作为位置开关或位置传感器或中间继电器的辅助触点接入中间控制电路或信号电路，依次接通和关断各单元电机或单元执行机构的供电主回路的功率电子器件或功率电子开关。

本发明与现有技术相比，传统直线电机驱动系统分段供电切换机构复杂、可靠性低，成本高，本发明的自动直线电机分段供电切换装置，结构简单、安全可靠、经济适用。

附图说明

图1为现有直线电机分段供电的电气主接线示意图；

图2为本发明的电气主接线示意图；

图3a为本发明的单相滑触分段供电原理图；

图3b为本发明的三相滑触分段供电原理图；

图4为本发明滑触开关结构示意图一的主视图；

图5为本发明滑触开关结构示意图一的俯视图；

图6为本发明滑触开关结构示意图二的主视图；

图7为本发明滑触开关结构示意图二的俯视图。

具体实施方式

图2所示为本发明直线驱动系统分段供电切换装置，包括固定在机架或沿途基础上的定子轨道、电源线、多个单元电机及其定子绕组，与单元电机定子绕组对应的动子，分段供电切换结构。电源母线上设置至少一组带常开常闭双向主触点的接触器或电源开关，若无发电制动要求，可仅设置常开主触点，各单元电机定子绕组接入至少一组切换常开主触点，如图2所示，同样实现了图1电动和发电制动的效果，但电路非常简单，节省了大量的设备费用。

图2很好实现了直线驱动系统电动和发电制动功能，但要实现分段供电，必须使切换常开主触点C1能够按分段供电要求可靠动作和分断。为达到上述目的，采用以下技术方案：

如图3a所示，以A相供电为例。滑触供电的原理为：沿井道动子运动方向平行布置两列平直的滑触导电轨，电源滑触轨3和单元电机滑触轨4，电源滑触轨3为连续体，通过母线开关与地面上电源联接（图示为A相）。单元电机滑触轨4为间断排列的多段导体组成，每段导体的长度与电机定子的纵向长度一致，相邻两段导体间的间隔与电机定子模块的间隔一致，各段电机定子绕组分别通过导线与单元电机滑触轨4对应各段连接，各段之间是相互绝缘的。在电源滑触轨3和单元电机滑触轨4之间设置与定子分段数量相同或与动子长度相等的可以自由滑动的电刷2，各个电刷2分别通过绝缘杆20与动子18固结，各个电刷2随动子18移动而移动，当电刷位于对应定子位置时，电源滑触轨3上的电能通过该电刷滑触馈送到与单元电机滑触轨4相连的定子绕组；当电刷移到对应的定子绕组范围之外时，单元电机滑触轨4与对应的电刷脱离，对应的定子绕组断电。这样就实现了动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组均通过电刷获得电能，而与动子非重叠区域的定子由于没有电刷接通，处于断电状态，实现了滑触分段供电。

图3b为三相电源供电的滑触分段供电示意图。A、B、C三相的供电原理相同，B相和C相的电刷2通过绝缘杆20，与A相的电刷2固结为一个整体，随动子移动而移动。更多相绕组的供电原理以此相同。

根据图3的原理，可以演化出较为实用的结构，图4为所述的滑触开关分段供电结构示意图。将电源滑触轨3与单元电机滑触轨4集成在一个半闭口U形槽内部。电源滑触轨3为内部带有连续导体的半闭口U形槽状滑触轨与电源线相连，单元电机滑触轨4为内部带间隔绝缘块非连续导体的半闭口U形槽状滑触轨与各单元电机定子绕组相连。两列滑触导电轨平行分离布置，或者两列滑触导电轨平行布置为一体结构。位于动子上的两个通过导体棒1相连的电刷2配合两半闭口U形槽滑触轨和单元电机及动子分别配合设置，构成若干组滑触开关。当电刷2从（N+1）#单元电机向下滑触时（N+1）#定子绕组线圈得电，之后依次是（N）#单元电机、（N-1）#单元电机通电，以此类推，从而达到分段供电的效果，如图4和图5所示。

也可以将电源线与各单元电机定子绕组共用半闭口U形槽滑触轨，半闭口U形槽一侧为连续布置导线与电源线相连，另一侧带间隔绝缘块40的滑触轨分别与各单元电机定子绕组相连，半闭口U形槽底部或两侧之间为绝缘40，位于动子上的电刷配合半闭口U形槽滑触轨和单元电机及动子设置，构成若干组滑触开关。此方案只需动子侧一组电刷就可以满足分段供电要求，如图6和图7所示。此种方案不仅可以达到图4和图5的原理效果，更能节省大量材料，降低生产安装费用，节约成本。

为了减小滑触轨、电刷对周围环境的电磁干扰，可将图4、图5、图6和图7半闭口U形槽滑触轨可在外表面加电磁屏蔽层，或者布置在沿单元电机机架或沿途基础设置的半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内，电刷可伸入半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内与半闭口U形槽滑触轨配合设置。

另外，为保证安全运行，电源母线侧接入至少一组带常开常闭双向主触点的接触器或电源开关，与所述的至少一组滑触开关、单元电机定子绕组配合构成单元电机短接发电制动保护电路。

除此之外，还可以优化的是，任一组滑触开关作为位置开关或位置传感器或中间继电器的辅助触点接入中间控制电路或信号电路，用来接通和关断各单元电机或单元执行机构的供电主回路的功率电子器件或功率电子开关。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.直线电机滑触式分段供电切换装置，它包括固定在井道机架或基础上的定子轨道、电源母线、设置在定子轨道内的多段单元电机定子模块，以及与单元电机定子模块相对应的电机动子，其特征在于：至少一组单元电机定子绕组接入至少一组作为切换常开主触点使用的分段供电机构，分段供电机构为滑触开关；在动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组，滑触开关导通获得电能；而与动子非重叠区域的定子绕组，滑触开关不导通，处于断电状态，实现滑触分段供电；

所述的分段供电机构是指：沿井道动子运动方向布置的一列或两列滑触导电轨，滑触导电轨包括电源滑触轨（3）和单元电机滑触轨（4），其中，电源滑触轨（3）为与电源线连接的连续体，单元电机滑触轨（4）由间断排列的多段导体组成，每段导体的长度与单元电机定子的纵向长度一致，相邻两段导体间隔设置绝缘块，各段单元电机定子绕组分别通过导线与单元电机滑触轨（4）对应各段导体连接，各段导体之间是相互绝缘的；在电源滑触轨（3）和单元电机滑触轨（4）之间设置至少一组可以自由滑动的电刷（2），电刷（2）通过绝缘杆（20）与动子（18）固结，随动子（18）移动而移动；当电刷位于对应单元电机定子位置时，电源滑触轨（3）上的电能通过电刷滑触馈送到与单元电机滑触轨（4）相连的单元电机定子绕组；当电刷移到该定子绕组范围之外时，电刷与该单元电机对应的滑触轨（4）脱离，该单元电机定子绕组断电。

2.根据权利要求1所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：两列滑触导电轨平行分离布置，或者两列滑触导电轨平行布置为一体结构。

3.根据权利要求2所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：电源滑触轨（3）为内部带有连续导体的半闭口U形槽状滑触轨，单元电机滑触轨（4）为内部带间隔绝缘块非连续导体的半闭口U形槽状滑触轨；两个半闭口U形槽滑触轨相对应的两个通过导体棒（1）相连的电刷（2）与动子（18）绝缘连接，配合两半闭口U形槽滑触轨、单元电机定子绕组及动子设置，构成至少一组滑触开关。

4.根据权利要求1所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：电源滑触轨（3）和单元电机滑触轨（4）共用一列滑触导电轨，其中滑触导电轨一侧为连续布置导体与电源线相连，另一侧为带间隔绝缘块的滑触轨并与单元电机定子绕组相连，滑触导电轨底部或两侧之间为绝缘体，与动子绝缘相连的电刷配合滑触导电轨、单元电机定子绕组及动子设置，构成至少一组滑触开关。

5.根据权利要求4所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：所述共用的一列滑触导电轨为半闭口U形槽滑触轨。

6.根据权利要求3或5所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：所述的半闭口U形槽滑触轨在外表面加电磁屏蔽层或者布置在沿单元电机机架或沿途基础设置的半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内，电刷可伸入半闭口“凹”形电磁屏蔽槽内与半闭口U形槽滑触轨配合设置。

7.根据权利要求1所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：电源母线侧接入至少一组带常开常闭双向主触点的接触器或电源开关，与所述的至少一组滑触开关、单元电机定子绕组配合构成单元电机短接发电制动保护电路。

8.根据权利要求1所述的直线电机滑触式分段供电切换装置，其特征在于：所述的滑触开关作为位置开关或位置传感器或中间继电器的辅助触点接入中间控制电路或信号电路，依次接通和关断各单元电机或单元执行机构的供电主回路的功率电子器件或功率电子开关。