CN117040182A - 一种直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机，其中直驱伺服电机包括对称的第一电机支架和第二电机支架；安装于第一电机支架上的转子中心轴；定子主轴一端固定连接于第二电机支架，定子主轴另一端与转子中心轴同轴设置，电机定子套设于定子主轴；第一连接罩安装于定子主轴另一端，转子中心轴靠近第二电机支架一端固定连接于第一连接罩；第二连接罩安装在定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处；电机转子固定连接于第一连接罩与第二连接罩之间，并罩设于电机定子外周侧；电机定子线圈通电时产生内磁场与电机转子外永磁场作用，驱动电机转子带动转子中心轴及其安装负载定轴转动。该道闸栏杆机结构简单、维护率低，可快速稳定起落闸杆。
Description
技术领域
本发明涉及道闸设备技术领域，具体涉及一种直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机。
背景技术
目前，用作高速路及大车流量通行场所道闸的电动栏杆机，其传统结构采用伺服电机+减速机(包括蜗轮、蜗杆和齿轮组)作为驱动部分，并在其转轴和驱动部之间设置传动装置，该传动装置包括设在减速机输出轴上的曲柄、设在转轴上的连杆和铰接于曲柄与连杆之间的摇杆等机构，并通过设置弹簧、拉簧或扭簧实现栏杆平衡，即传统栏杆机采用弹簧+机械拐臂连杆+蜗轮蜗杆齿轮的结构实现平衡传动。
有些生产厂家的产品为了简化结构，将栏杆机的弹簧部分去除，但仍然保留了机械拐臂连杆+蜗轮蜗杆齿轮的传动结构，采用直流无刷电机或步进电机驱动的蜗轮、蜗杆和齿轮组(罩设于减速机外罩中)以及外观可见的机械曲柄、连杆和摇杆。这种传统结构的栏杆机，随着设备长期、频繁运行其齿轮会发生磨损导致间隙增大，进而造成传动精度误差以及负载晃动、噪音、能耗增加，栏杆机运行不稳定，同时也存在密封圈老化、润滑油脂泄漏的隐患。此外，由于结构较为复杂，导致这种传统的栏杆机的实际安装调试流程过于繁杂且耗时较长。再有，这种传统栏杆机必须通过机械限位、齿轮传动的杠杆作用等中间结构才能让栏杆停留在水平位和垂直位，这些中间结构的设置进一步增加了传动过程的能量损失，提高了栏杆机的能耗。
因此，传统的栏杆机整机产品结构复杂增加了机械故障概率、维护时长、经济成本、整体能耗和实际碳排放，在长时间使用后整机容易处于“带病”运行的状态，降低产品预期使用寿命并增加人工维护成本。
发明内容
本发明提出一种直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机,以解决现有技术中存在的电动栏杆机结构复杂、故障率及维护成本高的技术问题。
为解决以上问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种直驱伺服电机，包括：
第一电机支架、第二电机支架、定子主轴、转子中心轴、第一连接罩、第二连接罩、电机定子和电机转子；
第一电机支架和第二电机支架对称间隔设置；
转子中心轴可转动地安装于第一电机支架上；
定子主轴的一端固定连接于第二电机支架上，定子主轴的另一端靠近第一电机支架延伸并与转子中心轴同轴设置，电机定子套设于定子主轴上；
第一连接罩可转动地安装于定子主轴的另一端，转子中心轴靠近第二电机支架的一端固定连接于第一连接罩；
第二连接罩可转动地安装在定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处；
电机转子固定连接于第一连接罩与第二连接罩之间，并罩设于电机定子外周侧；
当电机定子的内线圈通电时，产生的内磁场与电机转子的外永磁场相互作用，以驱动电机转子带动用于安装负载的转子中心轴定轴转动。
优选地，电机定子包括：
支撑盘，套设于定子主轴上；
铁芯座圈，套设于支撑盘上；
多个铁芯单元，沿铁芯座圈的周向均匀间隔分布于铁芯座圈的外圆周侧；
多个内线圈，分别对应绕设于每个铁芯单元上。
优选地，电机转子包括：
外圈磁轭，固定连接于第一连接罩与第二连接罩之间；
多个外圈磁铁，沿外圈磁轭的周向均匀间隔分布于外圈磁轭的内圆周侧。
优选地，转子中心轴包括：
主轴体，可转动地安装于第一电机支架上；
连接罩安装部，设于主轴体靠近第二电机支架的一端；
第一连接罩固定连接于连接罩安装部。
进一步地，直驱伺服电机还包括：
固定件，安装于第一连接罩靠近第一电机支架的一端中部；
编码器，套设于固定件外周侧；
连接罩安装部远离主轴体的一端设有与编码器的外形相匹配的内容腔，连接罩安装部远离主轴体的一端固定连接于第一连接罩、并将编码器及固定件收容于内容腔中。
优选地，主轴体通过中心轴轴承可转动地安装于第一电机支架的第一轴承座上；
第一连接罩通过第一连接轴承可转动地安装于定子主轴的另一端；
第二连接罩通过第二连接轴承可转动地安装在定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处。
优选地，第一连接罩中部设有主轴让位孔，主轴让位孔靠近第二电机支架的一端周侧设有第一轴承台阶，第一连接轴承的外圈表面嵌设于第一轴承台阶中，第一连接轴承的内圈表面套设于定子主轴远离第二电机支架的一端，定子主轴远离第二电机支架的一端伸入主轴让位孔中；
第二连接罩中部设有主轴穿孔，主轴穿孔靠近第一电机支架的一端周侧设有第二轴承台阶，第二连接轴承的外表面嵌设于第二轴承台阶中，第二连接轴承的内圈表面套设于定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处，定子主轴远离第一电机支架的一端穿过主轴穿孔后，嵌入第二电机支架的第二轴承座中。
本发明还提供一种道闸栏杆机，包括上述的直驱伺服电机，还包括：
闸杆，固定安装于转子中心轴远离第二电机支架的一端；
电机定子的内线圈通电时驱动电机转子带动闸杆绕转子中心轴的轴心线定轴转动。
进一步地，道闸栏杆机还包括：
闸机机壳、伺服驱动器和I/O接口板；
直驱伺服电机、伺服驱动器和I/O接口板设于闸机机壳内，直驱伺服电机与伺服驱动器电连接，I/O接口板与伺服驱动器电连接。
进一步地，道闸栏杆机还包括：
车辆检测传感器和/或红外对射传感器，车辆检测传感器包括与伺服驱动器电连接的地感线圈，车辆检测传感器和/或红外对射传感器用于感应是否有车辆在落杆时通过或停留于闸杆下方。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机，采用交流电机直驱联动负载栏杆的伺服驱动技术，无需弹簧、减速机(蜗轮、蜗杆和齿轮组)、机械传动(曲柄、连杆和摇杆)等三大类传统平衡传动机构，实现电机的输出轴直联负载，电机无需中间传动连接直接伺服驱动控制栏杆摆动，整机功能一体性高；此外，该直驱伺服电机采用单转子(外转子)设计，具有体积小、结构紧凑，节省道闸栏杆机安装面积和空间，制造成本低和拆装、维护方便的优点。综上所述，该道闸栏杆机可实现电机安装简易、运行稳定、低维护、低噪音及强扭矩输出、高可控性、高可靠性、和长寿命，同时整机产品在全生产链、全生命周期以及实际使用中效率得到显著提升，符合绿色经济、节能减排和碳中和的产业政策。
本发明提供的直驱伺服电机及应用其的道闸栏杆机，可适用于高速公路收费站、通关口岸、大型物流园、机场/车站及车流量大的停车场/车库/住宅区等等需要栏杆频繁、快速起落以开关道闸的应用场景，在实际场景中快速稳定运行以减少车辆等候时间、实现快速通行，使得各种人车分流、大通行量场合下车辆通行效率显著提高，公路收费、物流通行、机场/车站和公共停车的实际效益显著增加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明提出的技术方案，下面结合实施例和附图进行详细地说明，应该理解到，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在本发明的构思下可以对这些附图进行变化。
图1为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的装配立体结构示意图一；
图2为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的装配立体结构示意图二；
图3为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的装配主视结构示意图；
图4为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的装配侧视结构示意图；
图5为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的装配俯视结构示意图；
图6为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的爆炸立体结构示意图一；
图7为本发明提供的直驱伺服电机的实施例的爆炸立体结构示意图二；
图8为图5中的直驱伺服电机沿A-A方向的剖视结构示意图；
图9为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的装配立体结构示意图一；
图10为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的装配立体结构示意图二；
图11为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的直驱伺服电机与闸杆及电机底座的装配立体结构示意图；
图12为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的安装于地面的结构示意图；
图13为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的机箱主体内部结构示意图；
图14为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的电气连接结构示意图；
图15为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的I/O接口板的接线结构示意图；
图16为本发明提供的道闸栏杆机的实施例的地感检测器的接线结构示意图。
其中，图中各附图主要标记：
1、第一电机支架；11、第一轴承座；2、第二电机支架；21、第二轴承座；3、定子主轴；4、转子中心轴；41、主轴体；42、连接罩安装部；421、内容腔；422、中心轴轴承；43、杆夹；431、闸杆；432、缓冲夹层；5、第一连接罩；51、第一连接轴承；52、主轴让位孔；521、第一轴承台阶；53、编码器；531、固定件；6、第二连接罩；61、第二连接轴承；62、主轴穿孔；621、第二轴承台阶；7、电机定子；71、支撑盘；72、铁芯座圈；721、铁芯单元；73、内线圈；74、UVW电机线接口；741、UVW电机线；8、电机转子；81、外圈磁轭；82、外圈磁铁；9、闸机机壳；90、直驱伺服电机；91、闸机箱门；911、箱门锁；92、机箱主体；921、电机底座；922、机箱顶盖；923、道闸地基；924、防水座；925、膨胀螺栓；93、电源装置；931、电源线；94、伺服驱动器；941、控制线；95、I/O接口板；950、开关电源；951、起杆键；952、落杆键；953、起限输出接口组；954、落限输出接口组；955、24/12V电源接口组；956、起杆/落杆接口组；957、防砸/地感接口组；958、伺服器接口组；959、控制线接口组；96、空气开关；960、火线/零线/地线接口组；98、车辆检测传感器；981、地感线圈。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-16及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请一并参阅图1-8，本发明提供的直驱伺服电机90，包括：
第一电机支架1、第二电机支架2、定子主轴3、转子中心轴4、第一连接罩5、第二连接罩6、电机定子7和电机转子8；
其中，第一电机支架1和第二电机支架2对称间隔设置；转子中心轴4可转动地安装于第一电机支架1上；定子主轴3的轴向一端固定连接于第二电机支架2上，定子主轴3的轴向另一端靠近第一电机支架1延伸并与转子中心轴4同轴设置，电机定子7固定套设于定子主轴3上；第一连接罩5可转动地安装于定子主轴3的另一端，转子中心轴4靠近第二电机支架2的轴向一端固定连接于第一连接罩5；第二连接罩6可转动地安装在定子主轴3位于电机定子7与第二电机支架2之间处；电机转子8固定连接于第一连接罩5与第二连接罩6之间，电机转子8罩设于电机定子7外周侧并与电机定子7之间保持一定间隙，使得转子中心轴4、第一连接罩5、电机转子8和第二连接罩6连为一体，并可绕第一电机支架1转动地支撑于第一电机支架1和第二电机支架2(连接的定子主轴3)之间。
当电机定子7的内线圈73通电时，产生的内磁场与电机转子8的外永磁场相互作用并产生力矩，以驱动电机转子8带动用于安装负载的转子中心轴4定轴转动，从而带动固定安装于转子中心轴4端部的栏杆在水平位与垂直位之间快速摆动、起落，实现道闸快速开关、车辆快速通行。
请一并参阅图6-8，在本实施例中，电机定子7包括：
支撑盘71，固定套设于定子主轴3上；铁芯座圈72，固定套设于支撑盘71上；多个铁芯单元721，沿铁芯座圈72的周向均匀间隔分布于铁芯座圈72的外圆周侧；多个内线圈73，分别对应绕设于每个铁芯单元721上。
请一并参阅图1-8，在本实施例中，电机转子8包括：
外圈磁轭81，固定连接于第一连接罩5与第二连接罩6的对应外缘之间；多个外圈磁铁82，沿外圈磁轭81的周向均匀间隔分布于外圈磁轭81的内圆周侧。作为优选的实施方式，外圈磁轭81的两端分别对应通过螺栓和第一连接罩5、第二连接罩6的外缘固定连接。
请一并参阅图1-8，在本实施例中，转子中心轴4包括：
主轴体41，可转动地穿设并安装于第一电机支架1上；连接罩安装部42，设于主轴体41靠近第二电机支架2的轴向一端；第一连接罩5固定连接于连接罩安装部42。作为优选实施方式，第一连接罩5通过螺栓固定连接于连接罩安装部42。
请参阅图7、8，在本实施例中，直驱伺服电机90还包括：
固定件531，安装于第一连接罩5靠近第一电机支架1的一端中部；编码器53，套设于固定件531外周侧；连接罩安装部42远离主轴体41的一端设有与编码器53的外形相匹配的内容腔421，连接罩安装部42远离主轴体41的一端固定连接于第一连接罩5，并与第一连接罩5将编码器53及固定件531合围收容于该内容腔421中。编码器53用于感应电机转子8转动的具体位置，以精确感应转子中心轴4安装的负载(如闸杆431)是否起杆抵达垂直位或者落杆抵达水平位。作为优选的实施方式，编码器53采用精度为65000线的绝对值编码器，可实现较高精度的电机转子8旋转角度(即闸杆431起落摆动角度)定位测量。
请参阅图1、4、6-8，在本实施例中，主轴体41通过中心轴轴承422可转动地安装于第一电机支架1的第一轴承座11设置的轴承安装孔上；第一连接罩5通过其中心嵌设的第一连接轴承51，可转动地安装于定子主轴3靠近第一电机支架1的轴向另一端；第二连接罩6通过其中心嵌设的第二连接轴承61，可转动地安装在定子主轴3位于电机定子7与第二电机支架2之间处。
请一并参阅图6-8，在本实施例中，第一连接罩5靠近第二电机支架2的一端中部设有主轴让位孔52，主轴让位孔52靠近第二电机支架2的一端周侧设有第一轴承台阶521，第一连接轴承51的外圈表面嵌设于第一轴承台阶521中，第一连接轴承51的内圈表面套设于定子主轴3远离第二电机支架2(即靠近第一电机支架1)的一端，定子主轴3远离第二电机支架2的一端伸入主轴让位孔52中；第二连接罩6中部设有主轴穿孔62，主轴穿孔62靠近第一电机支架1的一端周侧设有第二轴承台阶621，第二连接轴承61的外表面嵌设于第二轴承台阶621中，第二连接轴承61的内圈表面套设于定子主轴3位于电机定子7与第二电机支架2之间处，定子主轴3远离第一电机支架1(即靠近第二电机支架2)的一端穿过主轴穿孔62后，嵌入第二电机支架2的第二轴承座21的轴承固定孔中。
请一并参阅图9-16，本发明还提供一种道闸栏杆机，包括上述的直驱伺服电机90，还包括：
闸杆431，固定安装于转子中心轴4远离第二电机支架2的一端；电机定子7的内线圈73通电时，驱动电机转子8带动闸杆431绕转子中心轴4的轴心线定轴转动，以实现闸杆431在水平位与垂直位之间快速稳定地摆动、起落。
请一并参阅图9-13，在本实施例中，道闸栏杆机还包括：
杆夹43，固定安装于转子中心轴4远离第二电机支架2的一端，闸杆431的一端固定装夹于杆夹43，闸杆431的另一端可绕穿过杆夹43的转子中心轴4的轴心线定轴转动。作为优选的实施方式，杆夹43通过螺栓固定安装于转子中心轴4远离第二电机支架2的一端，闸杆431通过螺栓固定、并通过杆夹43的相对内侧可调节松紧的夹板夹紧锁定于杆夹43。
请参阅图10、11，在一种实施例中，杆夹43的相对内侧和闸杆431之间分别对应夹装一对缓冲夹层432。作为优选的实施方式，缓冲夹层432采用带弹性的亚克力夹层板，且亚克力夹层板呈与闸杆431的外轮廓弧面相匹配的弧形板，一对亚克力夹层板分别对应夹装于闸杆431的两侧与杆夹43之间。当车辆与闸杆431发生撞杆时，可利用一对亚克力夹层板的内凹弧面及弹性作用，将撞开错位的闸杆431推回压紧与原位，实现撞杆后的自动退杆复位，有效保护闸杆431及转子中心轴4。
请一并参阅图9-15，在本实施例中，道闸栏杆机还包括：
闸机机壳9、伺服驱动器94和I/O接口板95；
直驱伺服电机90、伺服驱动器94和I/O接口板95设于闸机机壳9内，直驱伺服电机90与伺服驱动器94电连接，I/O接口板95与伺服驱动器94电连接伺服驱动器94。
通过伺服驱动器94控制电机定子7的各个内线圈73通电，从而使得内线圈73产生的内磁场与电机转子8的外永磁场相互作用并产生力矩，以驱动电机转子8带动转子中心轴4及其安装的闸杆431定轴转动。
请一并参阅图9-11，在本实施例中，道闸栏杆机还包括机箱主体92和机箱顶盖922，机箱主体92设于闸机机壳9内，伺服驱动器94和I/O接口板95设于机箱主体92中，直驱伺服电机90的第一电机支架1和第二电机支架2对称间隔设置与电机底座921上，直驱伺服电机90通过电机底座921固定安装于机箱主体92顶端，并通过覆盖安装于机箱主体92顶端的机箱顶盖922，将直驱伺服电机90封闭安装于机箱顶盖922内部与机箱主体92顶端围成的保护空间中，直驱伺服电机90的转子中心轴4通过闸机机壳9设置的中心轴穿孔穿出闸机机壳9，使得闸杆431的一端可固定安装于转子中心轴4穿出闸机机壳9的一端端部。
请参阅图11、13，在本实施例中，电机底座921采用底衬板。
请参阅图12，在本实施例中，在安装道闸栏杆机前，在选定的位置根据现场情况施工完成道闸地基923作为基础，如选定位置为非混凝土地面需现场浇注混凝土基础，选定位置若已是混凝土地面可用膨胀螺栓925将闸机机壳9和机箱主体92的底板与地面固定。作为优选的实施方式，先在选定的位置制作高出地面15-20cm的防水座924，再在防水座924的对应位置钻设螺栓孔，在螺栓孔中放置膨胀螺栓925后调整闸机机壳9和机箱主体92的水平度、垂直度后拧紧螺母。
请参阅图9，在本实施例中，闸机机壳9一侧设有开口，开口处一侧端铰接安装闸机箱门91，闸机箱门91上设有用于锁定闸机箱门91的箱门锁911，操作者可通过开关闸机箱门91启闭闸机机壳9的内部容纳空间，以便对设于闸机机壳9内的机箱主体92、伺服驱动器94和I/O接口板95等装置、器件进行维护、测试和更换作业。
在本实施例中，闸杆431采用碳纤维泡沫圆杆，可在意外或其它原因与车辆发生碰撞时有效减轻对车辆及成员的伤害，保护人身财产安全。
在本实施例中，伺服驱动器94搭载闭环控制系统，具有电流环1K带宽、PWM载波16K等特点，可实现精确位置环控制插补，具有控制精度高、响应时间短、高速运行稳和抗干扰能力强的优势，可以精确控制道闸栏杆机稳定运行。
在本实施例中，通过伺服驱动器94的菜单按键可一键设置水平位，简化设置操作；同时可通过伺服驱动器94的菜单按键快速实现闸杆431调转运转方向，使得道闸栏杆机可以根据实际需求灵活、快速实现开关道闸方向的左右调换。
请一并参阅图14-16，在本实施例中，I/O接口板95包括：
开关电源950、起杆键951、落杆键952、起限输出接口组953、落限输出接口组954、24/12V电源接口组955、起杆/落杆接口组956、防砸/地感接口组957、伺服器接口组958、控制线接口组959、火线/零线/地线接口组960(火线接口和零线接口接空气开关96，空气开关96接AC220V)以及UVW电机线接口74。
在本实施例中，开关电源950分别对应与AC22V和24/12V电源接口组955电连接，用于将AC220V交流转为DC24V直流，24/12V电源接口组955用于外接线缆与车辆检测传感器98(地感)和/或红外对射传感器电连接，用于为车辆检测传感器98(地感)和/或红外对射传感器供电。
请参阅图14、16，在本实施例中，道闸栏杆机还包括：
空气开关96，直驱伺服电机90的内线圈73分别通过UVW电机线741和36芯控制线941与伺服驱动器94对应电连接，伺服驱动器94分别通过UVW电机线741和11芯控制线941与I/O接口板95的控制线接口组959和UVW电机线接口74对应电连接，空气开关96分别与I/O接口板95的火线/零线/地线接口组960和AC220V市电电连接。在其它实施例中，道闸栏杆机还包括：作为后备电源的电源装置93，通过3芯电源线931与伺服驱动器94电连接，并与空气开关96电连接。当市电停电时，电源装置93应急供电，道闸栏杆机实现断电自动起杆的停电应急功能。
在另一种实施例中，道闸栏杆机无需设置电源装置93，而是通过设置断电保护用的电容器(图中未示出)，当市电停电时，利用电容器的蓄电实现应急供电，使得道闸栏杆机无需设置备用电源即可实现断电自动起杆的停电应急功能。
请参阅图14、15，在本实施例中，起杆键951和落杆键952分别对应电连接于起杆/落杆接口组956的对应起杆接口和落杆接口，起杆接口和落杆接口分别对应电连接于伺服驱动器94的起杆和落杆输入，起杆键951和落杆键952的设置用于实现二键控制起落杆的调试功能：按下起杆键951，闸杆431将抬起；按下落杆键952，闸杆431将落下。如发现闸杆431起落不到位，则检查地面是否水平或闸机是否未水平安装；如果无法落杆，先确认是否由车辆检测传感器98(地感)引起，若否，则检查接线。
在本实施例中，I/O接口板设有起限继电器和落限继电器(图中未示出)，I/O接口板95的起限输出接口组953分别对应与伺服驱动器94和起限继电器电连接，I/O接口板95的落限输出接口组954分别对应与伺服驱动器94和落限继电器电连接。
当直驱伺服电机90驱动闸杆431起杆运转至垂直位时，编码器感应到闸杆431运转到垂直位，反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断闸杆431垂直到位，生成对应起限输出控制信号给直驱伺服电机90，将闸杆431停止于垂直位，同时控制起限继电器吸合；当车辆检测传感器98(地感)和/或红外对射传感器感应消失或者人工判断车辆通过时，通过传感器反馈或者人为控制伺服驱动器94指令落杆，同时释放起限继电器，并由伺服驱动器94控制闸杆431反转离开垂直位、直至其落杆运动至水平位。
当直驱伺服电机90驱动闸杆431起杆运转至水平位时，编码器感应到闸杆431运转到水平位，反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断闸杆431水平到位，生成对应落限输出控制信号给直驱伺服电机90，将闸杆431停止于水平位，同时控制落限继电器吸合；当车辆满足通行条件(如已付费、已身份识别等等)或者人为控制闸杆431起杆时，通过传感器反馈或者人为控制伺服驱动器94指令起杆，同时释放水平限位继电器，并由伺服驱动器94控制闸杆431反转离开水平位、直至其起杆运动至垂直位。
落限输出接口组954：落杆至水平位到位时落限输出。
请参阅图15、16，在本实施例中，道闸栏杆机还包括：
车辆检测传感器98(地感)和/或红外对射传感器，车辆检测传感器98包括与伺服驱动器94电连接的地感线圈981，车辆检测传感器98和红外对射传感器分别对应与伺服驱动器94电连接，用于感应是否有车辆在落杆时通过或停留于闸杆431下方。
在本实施例中(图中未示出)，道闸栏杆机采用手柄控制器，包括其一面设置的FOR按钮、REV按钮、STOP按钮(急停按钮)，以及设置于其另一面、分别对应与I/O接口板95的起杆/落杆接口组的起杆接口和落杆接口电连接的起杆按钮(UP)和落杆按钮(DOWN)，起杆按钮(UP)和落杆按钮(DOWN)的设置分别对应用于一键实现控制闸杆431起杆至垂直位及闸杆431落杆至水平位。作为优选的实施方式，手柄控制器采用有线控制器。在其它实施方式中，手柄控制器也可以采用无线控制器。
请参阅图15，在本实施例中，红外对射传感器(图中未示出)的对射信号平行射出于闸杆431正下方，并通过I/O接口板95的防砸/地感接口组957的防砸接口与伺服驱动器94电连接，用于实现道闸栏杆机的防砸功能：在落杆过程中若对射被车辆或行人截断，则红外对射传感器反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆或行人正通过或停留于闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制直驱伺服电机90改变电流方向，使得闸杆431反转而从落杆变为起杆；在红外对射传感器感应到对射恢复时，则红外对射传感器反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆或行人已通过闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制闸杆431再度反转而从起杆或垂直位变为落杆。
请参阅图15、16，在本实施例中，车辆检测传感器98的地感线圈981埋设于闸杆431正下方，并分别对应与I/O接口板95的防砸/地感接口组957的地感接口和220V市电电连接，车辆检测传感器98用于实现地面车辆感应功能：在落杆过程中若有车辆进入地感线圈981上方地面时，则车辆检测传感器98反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆正通过或停留于闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制闸杆431反转而从落杆变为起杆；如车辆检测传感器98感应到车辆未离开地感线圈981的感应范围，则此时操作者使用手柄控制器按下“落杆”键时，道闸栏杆机不回应(即拒绝执行)落杆动作；当车辆检测传感器98感应到车辆已离开地感线圈981的感应范围，则车辆检测传感器98反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆已通过闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制闸杆431反转而从起杆或垂直位自动变为落杆。即道闸栏杆机可同时设置红外对射传感器和车辆检测传感器98以实现双重防砸功能，避免单独传感器失效即导致防砸失效。
在其它实施例中(图中未示出)，道闸栏杆机还包括车辆检测雷达，同样可用于实现道闸栏杆机的防砸功能：在落杆过程中若雷达波被靠近的车辆或行人反射，则车辆检测雷达反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆或行人正通过或停留于闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制直驱伺服电机90改变电流方向，使得闸杆431反转而从落杆变为起杆；在车辆检测雷达感应到车辆或行人已离开闸杆431正下方时，则车辆检测雷达反馈信号给伺服驱动器94，伺服驱动器94判断车辆或行人已通过闸杆431正下方，生成对应控制信号给直驱伺服电机90，控制闸杆431再度反转而从起杆或垂直位变为落杆。
在本实施例中，道闸栏杆机的工作电压为AC220V/50HZ，实际能耗为41W，采用上述的交流直驱伺服(力矩)电机IO信号包括开闸、关闸、车辆检测(地感)、红外、红绿灯及遥控等等，通讯接口采用RS232/RS485，开闸时间为0.25～0.9秒，可支持断电开闸，工作温度为-40～55℃，运行寿命大于1000万次。
本发明提供的道闸栏杆机，使用上述的直驱伺服电机90，采用无弹簧设计，避免配置弹簧大小、尺寸造成的困扰，同时无减速箱齿轮结构、机械连杆，通过控制器直驱电机运转，直驱电机完全通过运动控制算法对电流环、位置环和速度环实现精确控制，电机直接带动栏杆运动，既快又稳，避免齿轮磨损、间隙增大造成的机械故障及起落晃动，可实现长时间连续全状态运行免维护。采用交流直驱伺服电机90运动控制闸杆431起落，有效解决传统栏杆机通行速度、使用寿命、以及弹簧配置受限的问题。该道闸栏杆机打破了道闸的传统结构和控制方式，实现道闸栏杆机超高速、超强度运行。经试验，本发明提供的道闸栏杆机可实现单车道单日20000台车流通行量，且该道闸栏杆机经整机单日24小时实测，20000次不间断往复起落运行仅耗电不到1度，实际能耗仅为41W，加上其全生产链过程均实现减碳，符合国家“碳中和”的政策。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种直驱伺服电机，其特征在于，包括：
第一电机支架、第二电机支架、定子主轴、转子中心轴、第一连接罩、第二连接罩、电机定子和电机转子；
所述第一电机支架和所述第二电机支架对称间隔设置；
所述转子中心轴可转动地安装于第一电机支架上；
所述定子主轴的一端固定连接于第二电机支架上，定子主轴的另一端靠近第一电机支架延伸并与转子中心轴同轴设置，所述电机定子套设于定子主轴上；
所述第一连接罩可转动地安装于定子主轴的另一端，转子中心轴靠近第二电机支架的一端固定连接于第一连接罩；
所述第二连接罩可转动地安装在定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处；
所述电机转子固定连接于第一连接罩与第二连接罩之间，并罩设于电机定子外周侧；
当电机定子的内线圈通电时，产生的内磁场与电机转子的外永磁场相互作用，以驱动电机转子带动用于安装负载的转子中心轴定轴转动。
2.如权利要求1所述的直驱伺服电机，其特征在于，所述电机定子包括：
支撑盘，套设于所述定子主轴上；
铁芯座圈，套设于所述支撑盘上；
多个铁芯单元，沿所述铁芯座圈的周向均匀间隔分布于铁芯座圈的外圆周侧；
多个内线圈，分别对应绕设于每个铁芯单元上。
3.如权利要求1所述的直驱伺服电机，其特征在于，所述电机转子包括：
外圈磁轭，固定连接于第一连接罩与第二连接罩之间；
多个外圈磁铁，沿所述外圈磁轭的周向均匀间隔分布于外圈磁轭的内圆周侧。
4.如权利要求1所述的直驱伺服电机，其特征在于，所述转子中心轴包括：
主轴体，可转动地安装于所述第一电机支架上；
连接罩安装部，设于所述主轴体靠近所述第二电机支架的一端；
所述第一连接罩固定连接于所述连接罩安装部。
5.如权利要求4所述的直驱伺服电机，其特征在于，还包括：
固定件，安装于第一连接罩靠近所述第一电机支架的一端中部；
编码器，套设于所述固定件外周侧；
所述连接罩安装部远离所述主轴体的一端设有与所述编码器的外形相匹配的内容腔，所述连接罩安装部远离所述主轴体的一端固定连接于所述第一连接罩、并将所述编码器及所述固定件收容于所述内容腔中。
6.如权利要求1-5任一项所述的直驱伺服电机，其特征在于，所述主轴体通过中心轴轴承可转动地安装于所述第一电机支架的第一轴承座上；
所述第一连接罩通过第一连接轴承可转动地安装于定子主轴的另一端；
所述第二连接罩通过第二连接轴承可转动地安装在定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处。
7.如权利要求6所述的直驱伺服电机，其特征在于，所述第一连接罩中部设有主轴让位孔，所述主轴让位孔靠近所述第二电机支架的一端周侧设有第一轴承台阶，所述第一连接轴承的外圈表面嵌设于所述第一轴承台阶中，所述第一连接轴承的内圈表面套设于所述定子主轴远离所述第二电机支架的一端，所述定子主轴远离所述第二电机支架的一端伸入所述主轴让位孔中；
所述第二连接罩中部设有主轴穿孔，所述主轴穿孔靠近所述第一电机支架的一端周侧设有第二轴承台阶，所述第二连接轴承的外表面嵌设于所述第二轴承台阶中，所述第二连接轴承的内圈表面套设于所述定子主轴位于电机定子与第二电机支架之间处，定子主轴远离所述第一电机支架的一端穿过所述主轴穿孔后，嵌入所述第二电机支架的第二轴承座中。
8.一种道闸栏杆机，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的直驱伺服电机，还包括：
闸杆，固定安装于所述转子中心轴远离所述第二电机支架的一端；
电机定子的内线圈通电时驱动电机转子带动所述闸杆绕所述转子中心轴的轴心线定轴转动。
9.如权利要求8所述的道闸栏杆机，其特征在于，还包括：
闸机机壳、伺服驱动器和I/O接口板；
所述直驱伺服电机、伺服驱动器和I/O接口板设于所述闸机机壳内，所述直驱伺服电机与所述伺服驱动器电连接，所述I/O接口板与所述伺服驱动器电连接。
10.如权利要求9所述的道闸栏杆机，其特征在于，还包括：
车辆检测传感器和/或红外对射传感器，所述车辆检测传感器包括与所述伺服驱动器电连接的地感线圈，所述车辆检测传感器和/或红外对射传感器用于感应是否有车辆在落杆时通过或停留于所述闸杆下方。
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