直线电机动力塔驱动的高速滑车装置及其控制方法与流程

本申请属于高速动力学试验设备，尤其涉及一种直线电机动力塔驱动的高速滑车装置及其控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车、轨道交通、航空航天等制造领域对高速冲击、动态碰撞试验的测试标准持续升级，行业对长加速距离、高冲击速度的动力学试验平台需求持续增加，高速冲击试验中滑车的高速驱动通常采用长定子平铺式直线电机轨道。该方案将直线电机的定子线圈沿试验轨道全程铺设，滑车作为电机动子直接在轨道磁场中加速。

2、然而，该现有方案存在一个在物理结构上长期难以克服的天然缺陷：

3、滑车在高速运行过程中始终处于长定子线圈产生的强交变电磁场中。为获取精确的动态响应数据，试验滑车上通常搭载有高精度加速度计、应变片等传感器。由于轨道电磁场与滑车传感器在物理空间上高度重合，二者无法实现电磁解耦。 即使采用复杂的硬件屏蔽罩或后置信号滤波算法，也只能被动削弱干扰，传感器底噪依然会随速度增加而急剧升高，严重干扰高速段的数据采集精度，从而影响测试的最终精度。

技术实现思路

1、本申请提供了一种直线电机动力塔驱动的高速滑车装置及其控制方法，旨在一定程度上解决现有长定子平铺式直线电机轨道中，轨道电磁场与滑车传感器物理空间高度重合、无法电磁解耦，导致高速段动态测试精度不准确的问题。

2、第一方面，本申请提供了一种直线电机动力塔驱动的高速滑车装置，包括动力塔、水平轨道和滑动设置在水平轨道上的测试滑车；动力塔包括塔体、设置在塔体上的竖直滑轨、设置在竖直滑轨上的直线电机定子、滑动连接在竖直滑轨上的永磁体动子，以及变速机构；变速机构包括与永磁体动子连接的动滑轮组、设置在塔体上的定滑轮组和牵引绳，牵引绳依次绕经动滑轮组与定滑轮组，并经定滑轮组转向后连接测试滑车，以牵引测试滑车沿水平轨道水平运动。

3、进一步地，动滑轮组与定滑轮组设有供牵引绳交替绕行的滑轮槽；牵引绳在动滑轮组上形成多股受力绳，使牵引绳的倍率k等于受力绳股数，且k≥2。

4、进一步地，塔体上设有沿塔体的高度方向位置可调的机械限位挡块，机械限位挡块用于限制永磁体动子的下行极限行程。

5、进一步地，直线电机定子分别对称布置于永磁体动子的左右两侧，且在每一侧沿垂直于永磁体动子的运动方向设置有至少一列直线电机定子。

6、进一步地，水平轨道沿测试滑车行进方向依次设有加速段、匀速段、减速段以及防撞层。

7、进一步地，减速段包括沿测试滑车行进方向依次设置的摩擦减速段和涡流减速段。

8、进一步地，涡流减速段固定布设有永磁体阵列，测试滑车上设有导体。

9、第二方面，本申请提供了一种直线电机动力塔驱动的高速滑车控制方法包括以下步骤：

10、s100：控制直线电机定子输出逐渐增大的正向推力，驱动永磁体动子从启动位置向下加速运动，进而带动动滑轮组向下移动，再通过与动滑轮组配合的定滑轮组和牵引绳，将永磁体动子的加速运动转化为测试滑车的长行程加速运动，直至测试滑车加速至预设目标速度；

11、s200：当测试滑车达到预设目标速度后，控制直线电机定子切换为恒速控制模式，维持测试滑车匀速运动；

12、s300：当测试滑车进入减速段时，对所述测试滑车进行分级降速制动；同时，控制直线电机定子由正向推力切换为反向阻力，对永磁体动子实施同步减速，进而辅助测试滑车制动。

13、进一步地，在s300步骤中，当测试滑车经过涡流减速段后仍向前运动时，测试滑车撞击防撞层进行缓冲拦截。

14、进一步地，永磁体动子下行至沿塔体高度方向预设位置的机械限位挡块处被限位，通过动滑轮组的倍率k与永磁体动子的下行极限行程的乘积关系，限定测试滑车在水平轨道上的最大滑行极限行程。

15、本申请与现有技术相比存在的有益效果是：

16、本申请的直线电机动力塔驱动的高速滑车装置工作时，由直线电机定子通电产生推力，驱动永磁体动子沿塔体的竖直滑轨向下加速运动，与动子直接连接的动滑轮组随之同步下移；牵引绳在动滑轮组与定滑轮组之间交替绕行，利用滑轮组的机械倍率将动子的短行程和低速运动放大，随后牵引绳经塔体顶部的定滑轮组将竖直方向的牵引力转换为水平方向的牵引力，最终拉动测试滑车沿水平轨道进行长距离的高速加速运动。在滑车到达目标速度后，系统切换为恒速控制，最后依序进入摩擦及涡流减速段，完成整个高速冲击测试的驱动与制动全过程。

17、具体的，通过将直线电机定子与水平驱动轨道在物理空间上彻底分离，从根本上消除了传统长定子平铺方案中强交变电磁场对滑车上高精度传感器，如加速度计、应变片的电磁干扰，显著提升了高速段动态响应数据的采集精度与可靠性。同时，可以利用动滑轮组的倍率放大效应，使短行程、低速度的立式直线电机即可驱动滑车实现长加速距离和极高冲击速度，大幅减少了直线电机定子线圈及配套电气设备的用量，极大降低了整机制造成本、基建难度与空间占用。此外，动力塔固定的物理行程与滑轮倍率k的乘积，从物理结构上限定了滑车的最大极限行程，在失控状态下能天然锁死滑车的冲撞能量，从而保证了测试的安全性。

1.一种直线电机动力塔（100）驱动的高速滑车装置，其特征在于，包括动力塔（100）、水平轨道（300）和滑动设置在所述水平轨道（300）上的测试滑车（400）；

2.如权利要求1所述的直线电机动力塔（100）驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述动滑轮组（200）与所述定滑轮组（201）设有供牵引绳（202）交替绕行的滑轮槽；所述牵引绳（202）在所述动滑轮组（200）上形成多股受力绳，使所述牵引绳（202）的倍率k等于受力绳股数，且k≥2。

3.如权利要求1所述的直线电机动力塔（100）驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述塔体（101）上设有沿所述塔体（101）的高度方向位置可调的机械限位挡块（105），所述机械限位挡块（105）用于限制所述永磁体动子（104）的下行极限行程。

4.如权利要求1所述的直线电机动力塔（100）驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述直线电机定子（103）分别对称布置于所述永磁体动子（104）的左右两侧，且在每一侧沿垂直于所述永磁体动子（104）的运动方向设置有至少一列所述直线电机定子（103）。

5.如权利要求1所述的直线电机动力塔（100）驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述水平轨道（300）沿所述测试滑车（400）行进方向依次设有加速段（301）、匀速段（302）、减速段以及防撞层（305）。

6.如权利要求5所述的直线电机动力塔驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述减速段包括沿所述测试滑车（400）行进方向依次设置的摩擦减速段（303）和涡流减速段（304）。

7.如权利要求6所述的直线电机动力塔驱动的高速滑车装置，其特征在于，所述涡流减速段（304）固定布设有永磁体阵列，所述测试滑车（400）上设有导体。

8.一种采用如权利要求1至7任一项所述的直线电机动力塔驱动的高速滑车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的直线电机动力塔驱动的高速滑车控制方法，其特征在于，在所述s300步骤中，当所述测试滑车（400）经过所述涡流减速段（304）后仍向前运动时，所述测试滑车（400）撞击所述防撞层（305）进行缓冲拦截。

10.如权利要求8所述的直线电机动力塔驱动的高速滑车控制方法，其特征在于，所述永磁体动子（104）下行至沿塔体（101）高度方向预设位置的机械限位挡块（105）处被限位，通过所述动滑轮组（200）的倍率k与所述永磁体动子（104）的下行极限行程的乘积关系，限定所述测试滑车（400）在水平轨道（300）上的最大滑行极限行程。