CN105818819A - 一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，包括：导向运动部分和电磁激励源部分；电磁激励源部分由两个电磁铁、上下弯道导磁轨和中间隔环组成，上下弯道导磁轨采用上下安装结构形式，并与中间隔环利用环氧胶粘结成为一体，利用螺钉紧固在外部轨道一侧端面，使上下弯道导磁轨成为外部轨道的一部分。本发明实现机车在弯道运行的变轨，能够导向稳定可控。
Description
技术领域
本发明涉及一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置及方法，在航天物资运输过程中复杂轨道上应用的基于电磁的物流运输导引用，属于航天器电磁制造技术领域。
技术背景
智能轨道分拣运输系统是智能物流、货存、货物分拣以及分类运输等行业所普遍采用的核心系统。同时，也是航天物资部门以及高效制造车间智能化、数字化和流水化的重要组成部分。在航天器制造过程中，各类卫星、空间站等航天器平台为了提高产品工程化效率，要求对产品用材料、零件以及部件进行系统管理，在制造过程中原材料供给以及零部件装配过程中，对应的物资位置分拣需要精确配送和运输系统。运输机动车在直线运行过程中，通过永磁同步直线电机的高精度闭环驱动，能够实现平稳的运行，在行进到弯道处时，机车需要一定弯道导引，即在弯道位置安装一定导引装置，使机车在靠近弯道处受到吸引，并且在弯道行驶过程中不能发生速度突变，保证运输货物能过不至于发生磕碰和不必要的安全隐患。
目前，尚没有相关的报道。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种弯道电磁导引装置，实现机车在弯道运行的变轨，能够导向稳定可控。
本发明技术解决方案：一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，包括：导向运动部分2和电磁激励源部分3；电磁激励源部分3由两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32和中间隔环33组成，上下弯道导磁轨32采用上下安装结构形式，并与中间隔环33利用环氧胶粘结成为一体，利用螺钉4紧固在外部轨道1一侧端面，使上下弯道导磁轨32成为外部轨道1的一部分；两个电磁铁31分别安装在上下弯道导磁轨32两侧的对应的位置，即轨道1的弯道入口处与弯道出口处，并利用螺钉4紧固；导向运动部分2由安装在车体前后的四个导向轮21、旋转支撑平台22、旋转轴承23、导磁环24、车体安装平台25和支撑滚轮26组成；导向轮21和导磁环24是导磁材料，是该装置磁路的受力部分；导向运动部分2中的四个导向轮21和电磁激励源部分3中的两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32形成导向装置的双闭合磁路，即第一磁路路径为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32中的上弯道导磁轨，经由导向轮21的一端到导向轮21的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨，再到电磁铁31形成一个闭合磁路；第二电磁路路径为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32的上弯道导磁轨，再经过导磁环24的一端流向导磁环24的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨到电磁铁31形成第二个闭合磁路；导向轮21沿轴线自由旋转，并采用双列结构形式安装在旋转支撑平台22上，支撑平台22与车体平台25利用旋转轴承23配合连接，沿轴承轴线自由旋转；26支撑滚轮与车体安装平台25依靠旋转轴承连接。
所述电磁铁31与上下弯道导磁轨32的安装面结构尺寸一致，电磁铁31一个安装面与上弯道导磁轨32对应，电磁铁31另外一个安装面与下弯道导磁轨32对应，利用环氧胶进行端面粘结，并用螺钉进行紧固，使电磁铁31与上下弯道导磁轨32安装面紧密贴合，尽可能降低电磁铁31与上下弯道导磁轨32之间的间隙。
电磁铁31可以装配到弯道角度入口处0°和弯道出口处90°位置，也可以安装在弯道的其它位置，装配到弯道角度入口处0°和弯道出口处90°位置时，电磁铁31绕制一定线圈匝数，当线圈通电后，会产生一定磁场，能够产生控制0°‐45°范围变轨和45°‐90°之间的变轨电磁吸力，实现大角度弯道变轨。
电磁铁31采用软磁材料DT4C叠层，绕制一定线圈匝数，上下弯道导磁轨32同样采用软磁材料DT4C棒材；采用软磁材料是为了建立磁路通道，中间隔环33为非导磁材料，将上下弯道导磁轨32上的磁路隔开，选用2A12材料。
导向轮21材料为软磁材料DT4C棒材，结构为圆柱结构，该结构通过滑动配合与支撑平台22装配，可以沿轴向自由旋转，导向运动部分2在弯道运行时，可以在上下弯道导磁轨32上自由旋转，该结构利于小车前进和降低摩擦。
支撑平台22安装的四个导向轮21采用双列安装，并且支撑平台22上两侧双并列导向轮21的相对宽度与导轨1两侧端面接触配合，配合精度保证双并列导向轮21能够在弯道端面自由滚动即可。
导磁环24采用软磁材料，作为第二磁路的通道，设置在前后导向轮21中间位置，用3个螺钉4紧固在导向运动部分2上，并且其宽度与上下导磁轨32之间的宽度一致，弧度与上下导磁轨32同心，之间的气隙均匀，提供导向运动部分2有较大面积吸收磁力线形成闭合回路，使导向运动部分2受力均匀。
一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向方法，实现如下：
(1)通过导向运动部分2中的四个导向轮21和电磁激励源部分3中的两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32形成导向装置双闭合磁路，即第一双闭合磁路为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32中的上弯道导磁轨，再由导向轮21的一端到导向轮21的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨，再到电磁铁31形成一个闭合磁路；第二双闭合磁路为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32的上弯道导磁轨，再经过导磁环24的一端流向导磁环24的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨再到电磁铁31形成第二个闭合磁路，从而形成双闭合磁路，实现对导向运动部分2弯道全程导向；
(2)当导向运动部分2以一定速度运行到轨道1弯道入口处，外部控制系统发出变轨指令，将电磁激励部分3上的两个电磁铁31同时通电，此时，通过双闭合磁路电磁铁31对四个导向轮21产生电磁吸力；
(3)在电磁吸力作用下，四个导向轮21带支撑平台22沿旋转轴承发生偏转，导向运动部分2进入弯道；
(4)当导向运动部分2完全进入弯道后，外部控制系统关掉入口处电磁铁31电源，仅利用出口处弯道电磁铁31继续对导向运动部分2进行导向，直到导向结束，从而完成全程弯道变轨。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明利用电磁铁吸力原理搭建双闭合磁路结构，该原理简单，通过建立弯道与导向轮导磁，实现静态磁场对动态导体力的作用，巧妙实现导向；并且控制线圈电流大小，可以实现力大小的控制，使导向稳定可控。
(2)本发明将导磁部分作为弯道导轨一部分，增加结构集成度，降低装置复杂性，并采用环氧胶粘结固化，实施方便实用；使设计的弯道电磁变轨导向装置与产品有机的结合，装置构紧凑，高度集成。
(3)本发明采用双闭环磁路作用，导向轮紧贴导磁轨可以很快速进行方向转变，双并列导向轮可以防止过导向，并拥有较大面积的导磁环在运行过程中能够很好平衡转变波动，均能避免换向过程中速度突变和大幅度方向突变，所以该装置导向可靠平稳。
(4)本发明0°和90°弯道出入口安装电磁铁，可以实现大角度变轨导向。
(5)本发明可以通过控制电磁铁上线圈电流大小，进而调整电磁铁磁力大小，从而实现导向吸力的大小调节，能够实现对运动部件的主动变轨控制。
(6)本发明采用对称双列导向轮与支撑平台一体装配，相互制约，导向轮受到吸力可以快速发生驱动旋转支撑平台快速换向，而导向轮的双列结构又可以在运动部分进入轨道后，制约支撑平台不再发生旋转，防止过导向，换向方法可靠实用。
附图说明
图1为双闭合磁路弯道上电磁变轨导向装置装配示意图；
图2导向运动部分；
图3电磁激励源部分；
图4弯道上电磁变轨导向装置电磁部分；
图5电磁铁与轮体之间的磁路流程图；
图6电磁铁与导向环之间的磁路流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明进一步描述：
如图1所示，本发明一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置包括：导向运动部分2和电磁激励源部分3，电磁激励源部分3由紧固螺钉4固定安装在1轨道上，其中导向运动部分2受到轨道上的直线电机驱动(暂不介绍)可以沿直线导轨和弯道导轨运行。
如图1、3所示，电磁激励源部分3由两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32和中间隔环33组成，上下弯道导磁轨32采用上下叠安装方式，并与中间隔环33利用环氧胶粘结成为一体，利用螺钉4紧固在外部轨道1两侧端面，使上下弯道导磁轨32成为外部轨道1的一部分；两个电磁铁31分别安装在上下弯道导磁轨32两侧的对应的位置，即外部轨道1弯道入口处与弯道出口处，并利用螺钉4紧固，两个电磁铁31线圈引线与外部控制电路连接，可以控制电磁铁31产生电磁力大小，其中电磁铁31采用导磁材料DT4C叠层方式，上下弯道导磁轨32采用导磁材料DT4C棒材，中间隔环33采用不导磁材料2A12材料，导磁材料用来建立磁场的通道，不导磁材料用来将磁路隔开，其中电磁铁31与上下弯道导磁轨32的安装面结构尺寸一致，电磁铁31可以装配到弯道角度入口处0°和弯道出口处90°位置，能够产生控制0°‐45°范围变轨和45°‐90°之间的变轨电磁吸力，实现大角度弯道变轨。
如图2所示，导向运动部分2由安装在车体前后的四个导向轮21、旋转支撑平台22、旋转轴承23、导磁环24、车体安装平台25和支撑滚轮26组成；导向轮21和导磁环24采用导磁材料DT4C棒材，构成电磁场磁路通道，同时也是是该装置磁路的受力部分，其中四个导向轮采取双并列方式连接，目的用来防止旋转支撑平台22过导向，导磁环24其结构与上下弯道导磁轨32弧度同心，目的在于保证导磁环24与上下弯道导磁轨32之间距离等间隙，实现电磁力在间隙处得均匀一致。前后两个旋转支撑平台22通过旋转轴承23连接在车体安装平台25上，旋转支撑平台22相对车体安装平台可以沿旋转轴承360°自由旋转，四个双并列导向轮21通过滑动连接在选装支撑平台22上，同样可以360°自由旋转，导向轮21结构为圆柱结构，可以在上下弯道导磁轨32上自由旋转，利于小车前进和降低摩擦，并且支撑平台22对应的四个导向轮21相对宽度与导轨1两侧端面接触配合。支撑滚轮26作为导向运动部分2的支撑和前进运行作用。
如图4所示，导向运动部分2中的四个导向轮21和电磁激励源部分3中的两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32形成导向装置的双闭合磁路，电磁磁路结构部分，分别由电磁铁31、上下弯道导磁轨32、中间隔环33、导向轮21、导磁环24组成，其结构均匀导磁材料组成，为双闭环电磁磁路搭建通道。
图5所示为第一磁路路径：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32中的上弯道导磁轨，经由导向轮21的一端到导向轮21的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨，再到电磁铁31形成一个闭合磁路。
图6所示为第二电磁路路径：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32的上弯道导磁轨，再经过导磁环24的一端流向导磁环24的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨到电磁铁31形成第二个闭合磁路。
本发明的工作过程实现如下：
(1)通过导向运动部分2中的四个导向轮21和电磁激励源部分3中的两个电磁铁31、上下弯道导磁轨32形成导向装置双闭合磁路，即第一双闭合磁路为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32中的上弯道导磁轨，再由导向轮21的一端到导向轮21的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨，再到电磁铁31形成一个闭合磁路；第二双闭合磁路为：从电磁铁31经过上下弯道导磁轨32的上弯道导磁轨，再经过导磁环24的一端流向导磁环24的另一端，进入上下弯道导磁轨32的下弯道导磁轨再到电磁铁31形成第二个闭合磁路，从而形成双闭合磁路，实现对导向运动部分2弯道全程导向；
(2)当导向运动部分2以一定速度运行到轨道1弯道入口处，外部控制系统发出变轨指令，将电磁激励部分3上的两个电磁铁31同时通电，此时，通过双闭合磁路电磁铁31对四个导向轮21产生电磁吸力；
(3)在电磁吸力作用下，四个导向轮21带支撑平台22沿旋转轴承发生偏转，导向运动部分2进入弯道；
(4)当导向运动部分2完全进入弯道后，外部控制系统关掉入口处电磁铁31电源，仅利用出口处弯道电磁铁31继续对导向运动部分2进行导向，直到导向结束，从而完成全程弯道变轨。
本发明采用运输轨道和运动部分结构高度集成设计，并弯道处利用电磁铁原理搭建双闭合电磁回路，通过电磁铁通入电流大小可以调整确保运动部分换向速度，同时双闭合回路又能够改善换向过程中力学特性，使运动部分在换相过程中运行平稳。该发明结构简单，容易实现，适合弯道路况使用，满足智能轨道运输系统高精度、高可靠的技术要求。
Claims (7)
1.一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于包括：导向运动部分和电磁激励源部分；电磁激励源部分由两个电磁铁、上下弯道导磁轨和中间隔环组成，上下弯道导磁轨采用上下安装结构形式，并与中间隔环粘结成为一体，并紧固在外部轨道一侧端面，使上下弯道导磁轨成为外部轨道的一部分；两个电磁铁分别安装并紧固在上下弯道导磁轨两侧的对应的位置，即轨道的弯道入口处与弯道出口处；导向运动部分由安装在车体前后的四个导向轮、旋转支撑平台、旋转轴承、导磁环、车体安装平台和支撑滚轮组成；四个导向轮和电磁激励源部分中的两个电磁铁、上下弯道导磁轨形成导向装置的双闭合磁路，即第一磁路路径为：从电磁铁经过上下弯道导磁轨中的上弯道导磁轨，经由导向轮的一端到导向轮的另一端，进入上下弯道导磁轨的下弯道导磁轨，再到电磁铁形成一个闭合磁路；第二电磁路路径为：从电磁铁经过上下弯道导磁轨的上弯道导磁轨，再经过导磁环的一端流向导磁环的另一端，进入上下弯道导磁轨的下弯道导磁轨到电磁铁形成第二个闭合磁路；导向轮沿轴线自由旋转，并采用双并列结构形式安装在旋转支撑平台上，旋转支撑平台与车体平台利用旋转轴承配合连接，沿轴承轴线自由旋转；支撑滚轮与车体安装平台依靠旋转轴承连接。
2.根据权利要求1所述的一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于：所述电磁铁与上下弯道导磁轨的安装面结构尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于：所述电磁铁可以装配到弯道角度入口处0°和弯道出口处90°位置，能够产生控制0°‐45°范围变轨和45°‐90°之间电磁吸力，实现大角度变轨。
4.根据权利要求1所述的一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于：所述中间隔环为非导磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于：所述导向轮结构为圆柱结构，能够在上下弯道导磁轨上自由旋转，利于小车前进和降低摩擦。
6.根据权利要求1所述的一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向装置，其特征在于：所述旋转支撑平台上的四个导向轮相对宽度与导轨两侧端面接触配合。
7.一种双闭合磁路弯道电磁变轨导向方法，其特征在于实现如下：
(1)通过导向运动部分中的四个导向轮和电磁激励源部分中的两个电磁铁、上下弯道导磁轨形成导向装置双闭合磁路，即第一双闭合磁路为：从电磁铁经过上下弯道导磁轨中的上弯道导磁轨，再由导向轮的一端到导向轮的另一端，进入上下弯道导磁轨的下弯道导磁轨，再到电磁铁形成一个闭合磁路；第二双闭合磁路为：从电磁铁经过上下弯道导磁轨的上弯道导磁轨，再经过导磁环的一端流向导磁环的另一端，进入上下弯道导磁轨的下弯道导磁轨再到电磁铁形成第二个闭合磁路，从而形成双闭合磁路，实现对导向运动部分弯道全程导向；
(2)当导向运动部分以一定速度运行到轨道弯道入口处，外部控制系统发出变轨指令，将电磁激励部分上的两个电磁铁同时通电，此时，通过双闭合磁路电磁铁对四个导向轮产生电磁吸力；
(3)在电磁吸力作用下，四个导向轮带动旋转支撑平台沿旋转轴承发生偏转，导向运动部分进入弯道；
(4)当导向运动部分完全进入弯道后，外部控制系统关掉入口处电磁铁电源，仅利用出口处弯道电磁铁继续对导向运动部分进行导向，直到导向结束，从而完成全程弯道变轨。
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