CN205692774U - 一种无接触电磁开关及直线电机电磁式分段供电切换装置 - Google Patents

Abstract

一种无接触电磁开关及应用的直线电机电磁式分段供电切换装置，它包括安装在单元电机机架或沿途基础上的定子部和位于动子上的移动部，所述的定子部和移动部间隙配合设置，构成一组无接触电磁开关。本实用新型与现有技术相比，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，本实用新型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

一种无接触电磁开关及直线电机电磁式分段供电切换装置

技术领域

本实用新型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”）。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种无接触电磁开关，它包括安装在单元电机机架或沿途基础上的定子部和位于动子上的移动部，所述的定子部和移动部间隙配合设置，构成一组无接触电磁开关单元。

所述的移动部为移动衔铁，定子部为动作衔铁，在移动衔铁或者动作衔铁上设置永磁体；动作衔铁通过触头弹簧与动触点相连接，动触点设有与其相配合的静触点。

所述的动触点上还设有压力弹簧，动作衔铁连接有平衡弹簧，在触头弹簧、平衡弹簧及动作衔铁的共同作用下，移动衔铁和动作衔铁无接触。

所述的动触点和静触点位于灭弧罩内或真空管内。

所述的移动衔铁和动作衔铁为E形或U形或矩形衔铁，永磁体设置在移动衔铁或者动作衔铁的铁芯柱端面。

在移动衔铁或者动作衔铁的铁芯柱上套有励磁线圈。

所述的移动部为永磁体，定子部为干簧管，干簧管内设置动触头和静触头。

应用所述的直线电机电磁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，以及与电机定子单元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分段供电机构，分段供电机构为无接触电磁开关，无接触电磁开关有若干个，其中第n个无接触电磁开关为Cn， n为自然数；动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组，无接触电磁开关吸合，使得耦合的电磁开关处于闭合状态，持续获得电能，而与动子非重叠区域的定子绕组由于无接触电磁开关没有吸合，处于断电状态。

沿井道动子运动方向平行布置一列电源母线，电源母线通过母线开关与地面上电源联接；各段单元电机定子绕组侧分别均匀布置至少一组无接触电磁开关的定子部，各段单元电机定子绕组分别通过无接触电磁开关与电源母线连接；在动子上设置与电磁开关定子部平行且保持固定间隙的长条状磁性棒，该磁性棒为连续均质杆，通过若干绝缘杆与动子固结在一起，磁性棒随动子移动而移动，当磁性棒位于对应定子位置时，磁性棒将对应电磁开关定子部的动作衔铁吸起来，动作衔铁带动电磁开关的触头动作，接通电路，将电源母线的电能馈送给对应的定子绕组；当磁性棒移到对应的定子绕组范围之外时，磁性棒与对应的动作衔铁脱离，动作衔铁在弹簧的反作用下返回，将对应的触点断开，定子绕组断电。

所述的无接触电磁开关设置串联去磁电路或串联增磁电路或串并联增磁去磁电路；

所述无接触电磁开关的常开辅助触点与励磁线圈、励磁电源一起构成电磁开关串联去磁电路；

所述的第n个电磁开关Cn相邻至少两个电磁开关Cn-1、Cn+1的常开辅助触点并联，与电磁开关Cn常闭辅助触点和励磁电源一起构成电磁开关Cn的串联增磁电路；

所述的去磁电路、增磁电路与多组常开、常闭辅助触点串并联组合构成电磁开关吸合前增磁、吸合后去磁的串并联增磁去磁电路。

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，与所述的至少一组无接触电磁开关、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。

所述的任一组无接触电磁开关可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，用于接通或关断各单元电机或单元执行机构供电主回路的功率电子器件或功率电子开关。

本实用新型与现有技术相比，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，本实用新型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为本实用新型的电气主接线示意图。

图3为本实用新型的分段供电切换装置的原理图。

图4a为本实用新型无接触电磁开关结构示意图一。

图4b为本实用新型无接触电磁开关结构示意图二。

图4c为本实用新型无接触电磁开关结构示意图三。

图4d为本实用新型无接触电磁开关结构示意图四。

图5为本实用新型无接触电磁开关电气原理示意图。

图6为本实用新型无接触电磁开关工作状态结构示意图。

图7为本实用新型干簧管无接触电磁开关示意图。

具体实施方式

一种无接触电磁开关，它包括安装在单元电机机架或沿途基础上的定子部和位于动子上的移动部，所述的定子部和移动部间隙配合设置，构成一组无接触电磁开关单元。

如图4a、4b、4c、4d所示，动子部为移动衔铁12，定子部为动作衔铁11，在移动衔铁12或者动作衔铁11上设置永磁体；动作衔铁通过触头弹簧9与动触点8相连接，动触点设有与其相配合的静触点7。

上述的动触点8上还设有压力弹簧6，动作衔铁11连接有平衡弹簧10，在触头弹簧9、平衡弹簧10及动作衔铁11的共同作用下，移动衔铁12和动作衔铁11无接触。

优选的，在动作衔铁11的上方设置垫毡14。

优选的，动触点8和静触点7位于灭弧罩内或真空管内。

优选的，移动衔铁12和动作衔铁11为E形或U形或矩形衔铁，永磁体设置在衔铁的铁芯柱端面。

优选的，在设有永磁体的铁芯柱上套有励磁线圈15，如图4c、4d所示。

如图7所示，动子部为永磁体，定子部为干簧管43，干簧管43内设置动触头41和静触头42。

图2所示为本实用新型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（若无发电制动要求，可仅设置常开主触点）接触器或电源开关，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3所示，为所述的无接触电磁开关分段供电的原理图：沿井道动子运动方向平行布置一列电源母线30，电源母线30通过母线开关与地面上电源联接。各段电机定子绕组侧分别均匀布置一台无接触电磁开关的定子部25，各段电机定子绕组分别通过电磁开关与电源母线30连接。在动子上设置与电磁开关平行并保持固定间隙的长条状磁性棒26，该磁性棒26为连续均质杆，通过若干绝缘杆20与动子18固结在一起，磁性棒26随动子18移动而移动，当磁性棒26位于对应初级位置时，磁性棒26将对应电磁开关定子部的动作衔铁吸起来，动作衔铁带动电磁开关的触头动作，接通电路，将电源母线的电能馈送给对应的定子绕组。当磁性棒26移到对应的定子绕组范围之外时，磁性棒26与对应的动作衔铁脱离，动作衔铁在弹簧的反作用下返回，将对应的触点断开，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磁性棒的吸合作用，使得耦合的电磁开关处于闭合状态，持续获得电能，而与动子非重叠区域的定子初级由于没有磁性棒的吸合作用，处于断电状态。从而实现了非接触分段供电。上述方案既可以是单相供电，也可以实现多相绕组的供电。即：电源母线30可以为单相电源，对应电磁开关的触头为单组触头。电源母线30可以为三相电源或多相电源，对应电磁开关的触头为三组触头或多组触头。

如图4a、4b所示，为所述的无接触电磁开关的结构示意图：各组电磁开关定子部安装在单元电机机架或沿途基础上，电磁开关定子部E形动作衔铁对应另一个固定于动子上的E形移动衔铁，两者保持固定间隙，与动作衔铁相连的主触点的动触头与静触头置于灭弧罩5或真空管内，常开或常闭辅助触点也与动作衔铁相连。以1#主触点为例，当动子移动衔铁12移动到电磁开关定子部动作衔铁11位置时，动作衔铁11受永磁体13的吸力作用外伸，动触头8与静触头7吸合，常开触点C11闭合，常闭触点C12断开。由于受压力弹簧6、触头弹簧9和平衡弹簧10的作用，动作衔铁11和动子侧移动衔铁12并未接触，电机通电与动子保持无接触运行。当动子移动到下个位置时，动作衔铁不11再受吸力作用，受压力弹簧6、触头弹簧9和平衡弹簧10的作用，被拉回，电磁开关恢复到先前状态。由于受垫毡14和平衡弹簧10的作用，动作衔铁11不会因受力过大挤压电磁开关内壁。如图4a、4b所示。

为了加快动作衔铁吸合的速度，将图4a中电磁开关定子部改进为带励磁线圈15的电磁铁，得到改进方案如图4c、4d所示。图5中，第n个电磁开关Cn相邻的至少两个电磁开关Cn-1、Cn+1的常开辅助触点并联，与电磁开关Cn常闭辅助触点和励磁线圈、励磁电源一起构成电磁开关Cn的串联励磁电路，励磁线圈的绕向应使动作衔铁表面形成的磁极与动子移动衔铁永磁体13表面的磁极极性相反。

以第2个电磁开关C2为例，当动子从C1→C3运动时，C1电磁开关已经提前动作，C2电磁开关尚未动作，此时C1常开辅助接点C11闭合，C2常闭辅助接点C22仍为常闭状态，故C2电磁开关内的电磁铁励磁线圈15提前通电，电磁铁呈现上N下S极性，当动子移动衔铁12进入C2电磁开关动作区域，由于动子移动衔铁12上的永磁体13表面的磁极是N极，与C2电磁开关动作衔铁表面形成的S极异性相吸，两者产生较大的电磁吸力，使C2电磁开关定子部动作衔铁11快速动作，永磁体13与动作衔铁之间的机械间隙迅速变小，C2常闭辅助接点变常开，使得C2励磁电路断电，凸铁17失去磁性，但由于永磁体13与动作衔铁之间的机械间隙已经变小，靠永磁体吸力仍能保持可靠吸合，使C2常开主触点快速闭合，接通2#单元电机电源，同时C2常开辅助触点闭合，接通C3电磁开关励磁电路，为C3电磁开关和3#单元电机接通做好准备；当动子移动衔铁12离开C2电磁开关动作区域，C2电磁开关复位、C2常开主触点变常开，2#单元电机断电；以此类推。图5电磁开关的动作时间大为减小。

需要说明的是，从设计和工程实用角度，即使供给电磁铁励磁线圈的全线路励磁电源停电，动子移动衔铁与定子部动作衔铁之间的吸力也可保证电磁开关可靠吸合，只是吸合时间更长。另外，由于本实用新型中的电磁铁线圈只起加快吸合作用，其励磁电源电压和功率可以做到很小，而且其通电时间也不长，电磁开关吸合后即自动断电，其损耗、发热比通常的接触器低得多，大大延长了工作寿命。

图6为另外一种永磁与电励磁混合电磁铁电磁开关方案。图6中，永磁体16下表面的磁极与动子侧永磁体13上表面的磁极相反，以保证C2电磁开关快速吸合；电磁开关常开辅助触点C21和励磁线圈15、励磁电源构成电磁开关串联励磁电路，励磁线圈的绕向应使动作衔铁形成的励磁场与动作衔铁端面永磁体16磁场的磁化方向相反，即电励磁场减弱永磁体磁场。当动子移动衔铁12进入C2电磁开关动作区域，C2电磁开关快速动作、C2常开辅助触点闭合，电磁铁励线圈通电，使两块永磁产生的吸力减小，降低电磁开关稳态吸合力和触头压力，延长工作寿命。当动子移动衔铁12离开C2电磁开关动作区域，C2电磁开关复位、C2常开辅助触点变常开，励磁回路断电。

由上述增磁电路、去磁电路和多组常开、常闭辅助触点串并联组合还可构成电磁开关吸合前增磁、吸合后去磁的串并联增磁去磁电路。

图7为另外一种干簧管无接触电磁开关方案。所述的无接触电磁开关分段供电机构，电磁开关的定子部为干簧管43安装在单元电机机架或沿途基础上，动子上设置永磁体，与电磁开关定子部干簧管配合间隙设置，构成一组无接触电磁开关。当动子永磁体移动到干簧管43所在区域，干簧管内部的动触头41、静触头42受永磁体作用由常开变成常闭，接通所在单元电机绕组。反之，当动子永磁体离开干簧管43所在区域，干簧管内部的动触头41、静触头42由常闭变成常开，断开所在单元电机绕组。

此外，作为本实用新型的一个扩展应用，所述的电源侧滑触轨和单元电机侧滑触轨也可接入中间控制电路或信号电路，滑触开关可替代或作为常开式位置开关或位置传感器或中间继电器的辅助触点，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。用于直线电机等驱动控制系统的IGBT、晶闸管、固态继电器等电子式分段供电和切换等场合，动作更加可靠。

所述的无接触电磁开关的常开或常闭触点也可替代或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。用于直线电机等驱动控制系统的IGBT、晶闸管、固态继电器等电子式分段供电和切换等场合。

因为信号电流、控制电流很小，作为位置开关和中间控制用的滑触开关和无接触电磁开关可以按小电流、小型化设计与制造。

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

Claims (12)

1.一种无接触电磁开关，其特征在于：它包括安装在单元电机机架或沿途基础上的定子部和位于动子上的移动部，所述的定子部和移动部间隙配合设置，构成一组无接触电磁开关单元。

2.根据权利要求1所述的无接触电磁开关，其特征在于：所述的移动部为移动衔铁（12），定子部为动作衔铁（11），在移动衔铁（12）或者动作衔铁（11）上设置永磁体；动作衔铁通过触头弹簧（9）与动触点（8）相连接，动触点设有与其相配合的静触点（7）。

3.根据权利要求2所述的无接触电磁开关，其特征在于：所述的动触点（8）上还设有压力弹簧，动作衔铁（11）连接有平衡弹簧（10），在触头弹簧（9）、平衡弹簧（10）及动作衔铁（11）的共同作用下，移动衔铁（12）和动作衔铁（11）无接触。

4.根据权利要求2所述的无接触电磁开关，其特征在于：所述的动触点（8）和静触点（7）位于灭弧罩内或真空管内。

5.根据权利要求2所述的无接触电磁开关，其特征在于：所述的移动衔铁（12）和动作衔铁（11）为E形或U形或矩形衔铁，永磁体设置在移动衔铁（12）或者动作衔铁（11）的铁芯柱端面。

6.根据权利要求5所述的无接触电磁开关，其特征在于：在移动衔铁（12）或者动作衔铁（11）的铁芯柱上套有励磁线圈（15）。

7.根据权利要求1所述的无接触电磁开关，其特征在于：所述的移动部为永磁体，定子部为干簧管（43），干簧管（43）内设置动触头（41）和静触头（42）。

8.采用权利要求1-7任一所述无接触电磁开关而实现的直线电机电磁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，以及与电机定子单元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分段供电机构，分段供电机构为无接触电磁开关, 无接触电磁开关有若干个，其中第n个无接触电磁开关为Cn， n为自然数；动子移动过程中，凡是与动子耦合重叠的定子绕组，无接触电磁开关吸合，使得耦合的电磁开关处于闭合状态，持续获得电能，而与动子非重叠区域的定子绕组由于无接触电磁开关没有吸合，处于断电状态。

9.根据权利要求8所述的直线电机电磁式分段供电切换装置，其特征在于：沿井道动子运动方向平行布置一列电源母线（30），电源母线（30）通过母线开关与地面上电源联接；各段单元电机定子绕组侧分别均匀布置至少一组无接触电磁开关的定子部（25），各段单元电机定子绕组分别通过无接触电磁开关与电源母线（30）连接；在动子上设置与电磁开关定子部平行且保持固定间隙的长条状磁性棒（26），该磁性棒（26）为连续均质杆，通过若干绝缘杆（20）与动子（18）固结在一起，磁性棒（26）随动子（18）移动而移动，当磁性棒（26）位于对应定子位置时，磁性棒（26）将对应电磁开关定子部的动作衔铁吸起来，动作衔铁带动电磁开关的触头动作，接通电路，将电源母线的电能馈送给对应的定子绕组；当磁性棒（26）移到对应的定子绕组范围之外时，磁性棒（26）与对应的动作衔铁脱离，动作衔铁在弹簧的反作用下返回，将对应的触点断开，定子绕组断电。

10.根据权利要求8所述的直线电机电磁式分段供电切换装置，其特征在于：所述的无接触电磁开关设置串联去磁电路或串联增磁电路或串并联增磁去磁电路；

所述无接触电磁开关的常开辅助触点与励磁线圈、励磁电源一起构成无接触电磁开关的串联去磁电路；

所述的第n个无接触电磁开关Cn相邻至少两个无接触电磁开关Cn-1、Cn+1的常开辅助触点并联，与无接触电磁开关Cn常闭辅助触点和励磁电源一起构成无接触电磁开关Cn的串联增磁电路；

所述的去磁电路、增磁电路与多组常开、常闭辅助触点串并联组合构成电磁开关吸合前增磁、吸合后去磁的串并联增磁去磁电路。

11.根据权利要求8所述的直线电机电磁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，与所述的至少一组无接触电磁开关、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。

12.根据权利要求8所述的直线电机电磁式分段供电切换装置，其特征在于：所述的任一组无接触电磁开关可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，用于接通或关断各单元电机或单元执行机构供电主回路的功率电子器件或功率电子开关。