一种用于站台动门的非接触式驱动及复位系统的制作方法

1.本发明涉及站台安全门技术领域，特别是一种用于站台动门的非接触式驱动及复位系统。


背景技术：

2.站台安全门作为公共安全防护设备，广泛应用在地铁、轻轨、城际铁路等轨道交通的站台上。站台安全门沿站台边缘设置，将列车与站台候车区隔离，具有节能和安全防护功能。站台安全门主要由固定门和动门组成，其中动门可以移动实现开关门动作。
3.目前的站台安全门多用于地铁系统，高速铁路和城际铁路应用极少，主要是由于高速铁路的车型多变，同一个站台可能会经过不同车门布局的列车。而目前的安全门系统，只能做到动门在固定位置开合，无法做到任意位置开合，故不能满足不同车型停车开门的需求。
4.而要做到任意位置开合，就需要有一种能够满足任意位置开合的驱动方案。目前在研究中的驱动方式主要是两类，一种是接触式，一种是非接触式。接触式的主要以齿条齿轮传动和滚珠丝杆传动为代表，非接触式的主要以直线电机传动为代表。两种方案各有优缺点：接触式的驱动方案复杂，部件有摩擦工况，可靠性差，传动结构复杂，但是配套产品种类多且成熟。非接触式的方案能耗大，启动力小，如果用永磁的话，性价比、可靠性、可维护性等指标又会变差，优点是驱动部件无磨损，可靠性高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种能满足不同列车开门需求的站台动门驱动及复位系统，采用了非接触式的驱动方式，以提高系统的可靠性。这种方式的驱动原理跟异步直线电机不同，是利用磁阻电机原理实现运动，具体是将电磁铁编组构成直线磁阻电机次级的方式。采用这种原理实现的驱动装置具有结构简单、造价低的特点，同时这种结构能提供足够的启动力和定位力，利用好定位力还能实现非接触式的复位功能，在安全门走行机械结构允许的条件下，尽量工作在小气隙，能耗大的问题能得到改善并能满足使用要求。
6.实现本发明目的的技术方案为：
7.一种用于站台动门的非接触式驱动及复位系统，包括第一电磁铁组、驱动齿条、第一位置传感器、齿条形位置感应片和驱动控制器；第一电磁铁组由四个结构相同的电磁铁编组构成；所述电磁铁至少具有三个齿和两个槽，齿、槽长度相等，相邻槽内的绕组方向相反；驱动齿条和齿条形位置感应片的齿、槽长度，均与电磁铁的齿、槽长度相等；驱动齿条和齿条形位置感应片的总长度相等，且大于四个电磁铁编组后总长度的两倍；驱动齿条和齿条形位置感应片均横向固定在动门的走行部分；四个电磁铁编组后，固定在动门处于初始位置时驱动齿条所对应的位置，其中，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线；第一位置传感器包括四个探头，相
邻探头间隔半齿长度；第一位置传感器固定在动门处于初始位置时，齿条形位置感应片的中线所对应的位置；驱动控制器分别连接到第一电磁铁组的每一个电磁铁和第一位置传感器的每一个探头。
8.进一步的技术方案，还包括第一接近探头和第一接近感应板；第一接近探头包括分别连接到驱动控制器的上路探头、中路探头和下路探头，固定在动门处于初始位置时动门中线所对应的位置；第一接近感应板包括多个等距离布置的对应中路探头的中路感应条，还包括对应上路探头的上路感应条和对应下路探头的下路感应条；下路感应条布置在中路感应条中线的左侧，上路感应条布置在中路感应条中线的右侧；或者，上路感应条布置在中路感应条中线的左侧，下路感应条布置在中路感应条中线的右侧；第一接近感应板固定在动门上，中路感应条的中线位于动门的中线。
9.或者，进一步的技术方案，还包括第二电磁铁组和第二位置传感器；第二电磁铁组的结构与第一电磁铁组相同，第二位置传感器的结构与第一位置传感器相同；第一电磁铁组的四个电磁铁编组后，固定在动门处于初始位置时驱动齿条左半部分所对应的位置，其中，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线；第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，固定在动门处于初始位置时驱动齿条右半部分所对应的位置，其中，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线；第一位置传感器固定在动门处于初始位置时齿条形位置感应片左半部分的中线所对应的位置，第二位置传感器固定在动门处于初始位置时齿条形位置感应片右半部分的中线所对应的位置；驱动控制器还分别连接到第二电磁铁组的每一个电磁铁和第二位置传感器的每一个探头。
10.更进一步的技术方案，还包括第一接近探头和第一接近感应板；第一接近探头包括分别连接到驱动控制器的上路探头、中路探头和下路探头，固定在动门处于初始位置时动门中线所对应的位置；第一接近感应板包括多个等距离布置的对应中路探头的中路感应条，还包括对应上路探头的上路感应条和对应下路探头的下路感应条；下路感应条布置在中路感应条中线的左侧，上路感应条布置在中路感应条中线的右侧；或者，上路感应条布置在中路感应条中线的左侧，下路感应条布置在中路感应条中线的右侧；第一接近感应板固定在动门上，中路感应条的中线位于动门的中线。
11.或者，更进一步的技术方案，还包括第一接近探头、第二接近探头、第一接近感应板和第二接近感应板；第一接近探头包括分别连接到驱动控制器的上路探头、中路探头和下路探头，第二接近探头的结构与第一接近探头相同；第一接近探头固定在动门处于初始位置时动门左半部分的中线所对应的位置，第二接近探头固定在动门处于初始位置时动门右半部分的中线所对应的位置；第一接近感应板包括多个等距离布置的对应中路探头的中路感应条，还包括对应上路探头的上路感应条和对应下路探头的下路感应条；下路感应条布置在中路感应条中线的左侧，上路感应条布置在中路感应条中线的右侧；或者，上路感应条布置在中路感应条中线的左侧，下路感应条布置在中路感应条中线的右侧；第二接近感应板的结构与第一接近感应板相同；第一接近感应板的中路感应条的中线位于动门左半部分的中线，第二接近感应板的中路感应条的中线位于动门右半部分的中线。
12.特别的，第一电磁铁组的四个电磁铁从左向右编组，其中，第一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，第二个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，第三个电磁铁的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线，第四个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线；第二电磁铁组的四个电磁铁从左向右编组，其中，第一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，第二个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，第三个电磁铁的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线，第四个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线。
13.本发明的有益效果在于，结构简单，无接触式传动，电机绕制方便，复位准确，可靠性高。
附图说明
14.图1是系统布置示意图。
15.图2是电磁铁结构示意图。
16.图3是电磁铁编号定义示意图。
17.图4是驱动齿条走行和停止原理示意图。
18.图5编组电磁铁布置示意图。
19.图6位置传感器布置示意图。
20.图7是接近预报单元示意图。
21.图8是接近预报单元工作原理示意图。
具体实施方式
22.一种用于站台安全门的非接触式驱动及复位系统，包括编组型电磁铁单元、齿槽型次级单元和接近预报单元。
23.将该驱动及复位系统布置在站台安全门线路基座和各个安全门系统的动门的走行部分上，以驱动动门的运动和复位。所谓动门的复位位置是指动门在开门前的初始位置，所谓复位是指动门在开门后再回到最初启动的位置(关门)。具体是：将驱动与复位系统中的需要通电的电机初级部分和需要通电的传感器探头部分布置在线路基座上，将不需要通电的电机的次级部分和不需要通电的感应片和感应板部分布置在动门的走行部件上，电机的初级部分和次级部分不接触，在一定的间隙条件下工作。利用接近预报的方式，控制动门在关门运动过程中接近复位位置时速度降低，利用驱动电机能够定位的功能将低速运动下的动门准确停止并保持在复位位置。
24.编组型电磁铁单元包括：安装基板101，1号电磁铁，2号电磁铁，3号电磁铁，4号电磁铁，位置传感器，驱动控制器。其中，安装基板101为非导磁材料，安装在线路基座上，由1号电磁铁、2号电磁铁、3号电磁铁、4号电磁铁组成的编组电磁铁沿线路上动门的走行方向固定在安装基板上101，再由安装基板101固定到线路基座上，位置传感器和驱动控制器均安装在线路基座上。
25.齿槽型次级单元包括驱动齿条和齿条形位置感应片。其中，驱动齿条为导磁材料，安装在门体的走行部分，构成直线磁阻电机的次级；齿条形位置感应片材料不限，安装在门体的走行部分，由位置传感器采集其与电机初级相对位置的信息。
26.接近预报单元包括：接近感应板，接近探头。其中，接近感应板安装在门体的走行
部分，接近探头安装在线路基座上。
27.在编组电磁铁单元中，1号电磁铁、2号电磁铁、3号电磁铁和4号电磁铁在外形尺寸，材料，线圈都是一样的，唯一不同的是布置位置的不同。电磁铁齿的长度和槽的长度相等，并且与驱动齿条齿的长度和槽的长度相等。将1号电磁铁、2号电磁铁、3号电磁铁和4号电磁铁以编组的方式安装到基板上构成一个直线电机初级单元。动门处于初始位置时，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的齿，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的齿、槽分割线，一个电磁铁所有的齿对准驱动齿条的槽，一个电磁铁所有的齿的中线对准驱动齿条的槽、齿分割线。该电机初级单元通电后跟安装在门体走行部分上的驱动齿条构成的电机次级相互作用，产生推动安全门动门运动的力。电机初级单元中各电磁铁的通电顺序由驱动控制器根据位置传感器和运行方向的信息进行控制。
28.每个安全门走行部分需要布置一个驱动齿条和一个齿条形位置感应片，驱动齿条和齿条形位置感应片的齿的长度和槽的长度均相等，整体长度也相等，该整体长度需大于2倍编组型电磁铁单元的长度。
29.接近感应板上分三路布置感应条，上面一路布置左向(或右向)到位触发感应条，中间一路按等距离布置一排感应条，并且感应条以安全门复位位置为中线对称布置，下面一路布置右向(或左向)到位触发感应条。接近探头布置在安全门复位位置处，也分三路探头，上面一路探头对应接近感应板的上面一路感应条，中间一路探头对应接近感应板的中间一排感应条，下面一路探头对应接近感应板的下面一路感应条。接近探头采集到的信息将上报给驱动控制器。驱动控制器在识别到安全门进入复位触发位置时，保持通电电流状态不变，从而实现复位功能。
30.具体实施例如下：
31.一种用于站台动门的非接触式驱动及复位系统，包括编组型电磁铁单元100、齿槽型次级单元和接近预报单元。系统布局如图1所示，将该系统布置在站台安全门线路基座和各个安全门系统的动门的走行部分上，具体是：将驱动与复位系统中的需要通电的电机初级部分和需要通电的传感器探头部分布置在线路基座上，将不需要通电的电机的次级部分和不需要通电的感应片和感应板部分布置在动门的走行部件上，每个走行部件上的电机的次级部分即驱动齿条201在长度上覆盖两个电机的初级部分，齿条形位置感应片202与驱动齿条201等长，系统各单元均布置在站台地面以下。
32.采用本发明实现的安全门驱动及复位系统，可以实现非接触式运动，其构成电机初级的编组型电磁铁单元内的各个电磁铁均为同一种电磁铁。如图2所示，本实施例中，构成电机初级的单个电磁铁采用了一种多极板式电磁铁，其每个槽内的绕组方向和相邻槽内的绕组方向相反，其具体尺寸见下表。
33.参数名称参数值(mm)参数名称参数值电磁铁深度60最大工作电流5a槽深40绕组匝数300槽宽20最大工作间隙5mm极板宽度20驱动齿条齿宽20mm铁芯宽度30驱动齿条槽宽20mm铜线直径0.8
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34.以该多极板式电磁铁为基本单元，用4个电磁铁编组构成一个编组电磁铁单元，作为直线磁阻驱动电机的初级，其电磁铁定义如图3所示，以驱动齿条201的复位位置为参考，定义1号电磁铁102与驱动齿条正对，即齿与齿正对，槽与槽正对；2号电磁铁103相对驱动齿条偏移半个齿，即10mm；3号电磁铁104相对驱动齿条偏移一个齿，即20mm；4号电磁铁105相对驱动齿条偏移一个半齿，即30mm。该定义是在驱动齿条处于初始位置(即复位位置)下确定的，在安全门系统的动门运动过程中，驱动齿条也在运动，运动过程中，各电磁铁的对应关系会动态变化。下面阐述实施例所提出结构的驱动和复位原理。
35.在如图4中a所示的初始位置情况下，根据磁阻电机的原理，此时如果想让驱动齿条201固定不动，则只需要让符合正对关系的1号电磁铁102持续通电流即可；如果想让驱动齿条201往右行走，则需要给满足错位关系的2号电磁铁103通电。在驱动齿条201继续往右走行的过程中，3号电磁铁104将会满足错位关系，一旦满足也立即通电。当驱动齿条201走到距离初始位置半个齿距的位置时，如图4中b所示，此时，3号电磁铁104通电使驱动齿条201继续往右运行，如果想停车，只需让符合正对关系的2号电磁铁103持续通电流即可。当驱动齿条201走到距离初始位置一个齿距的位置时，如图4中c所示，此时，4号电磁铁通电使驱动齿条201继续往右运行，如果想停车，只需让符合正对关系的3号电磁铁104持续通电流即可。当驱动齿条201走到距离初始位置一个半齿距的位置时，如图4中d所示，此时，1号电磁铁102通电使驱动齿条201继续往右运行，如果想停车，只需让符合正对关系的4号电磁铁105持续通电流即可。驱动齿条201继续往前走行半齿距离时，会重现如图4中a所示的情况，这样循环往复，即可实现驱动齿条201的走行和停止，由于驱动齿条201固定在安全门动门的走行部分上，所以会带动动门实现走行和停止。
36.上面讲述了驱动齿条向右行走的原理，驱动齿条向左行走与其类似。例如，初始位置时，让驱动齿条201固定不动，只需要让符合正对关系的1号电磁铁102持续通电流；如果想让驱动齿条201向左行走，则需要给满足错位关系的4号电磁铁105通电，之后的控制可根据向右行走的方法进行类推。
37.编组电磁铁可以采用多种不同的编组方式，只要4个电磁铁符合对位关系即可。
38.对应一个动门的走行部分，设置一组编组电磁铁、位置传感器和接近单元即可。为了提高系统的灵活和可靠性，本实施例为一个动门的走行部分设置了两组编组电磁铁，并分别设置了位置传感器。接近单元可以两组电磁铁共用，也可以分别设置。驱动控制器也可以分别设置。
39.为使电磁铁编组结构紧凑，整体长度小，如图5所示，左边的编组电磁铁按1、3、2、4编组，右边的编组电磁铁按3、1、4、2编组。
40.本实施例中，位置传感器106采用了光电传感器形式，具体是采用松下槽型光电传感器pm-t45作为探头，一个位置传感器106配置了四路探头，如图6所示。相邻探头按间隔0.5齿的距离布置，位置传感器106各探头与齿条形位置感应片202相互作用。本实施例中，齿条形位置感应片202的材料为塑料，齿宽20mm，槽宽20mm，厚度为1.5mm。探头在对应齿的部分将产生高电平信号，在对应槽的部分将产生低电平信号，驱动控制器107根据位置传感器106上传的信息来控制各电磁铁的通断电。
41.为了给动门降速，还可以设置接近单元。如图7所示，本实施例中，接近探头302采用了跟位置传感器106一样的光电传感器作为探头，接近探头302分上路探头，中路探头，下
路探头，其中上路探头对应接近感应板301的上路感应条，中路探头对应接近感应板301的中路感应条，下路探头对应接近感应板301的下路感应条。接近探头302布置线路基座上，对应动门的复位位置，接近感应板301布置在动门的走行部分上，其上路有一个偏右布置的感应条，其中路以复位位置为中心对称布置多个感应条，其下路有一个偏左布置的感应条。本实施例中，感应条宽1mm，相邻感应条间距为10mm，材料为塑料。当接近感应板301随着动门以从右向左的方向复位位置运动时，如图8中a所示，接近感应板301中路最左侧的感应条先到位，由接近探头302的中路探头先接收到信号，通知驱动控制器107动门接近信息，由驱动控制器107执行降速操作，在动门继续运动的过程中，每隔10mm，驱动控制器107会收到一个信息，驱动控制器107根据收到的接近信息来控制输入电磁铁的电流大小，使动门降低速度。当动门移动到图8中b所示位置时，接近感应板301下路感应条到位，由接近探头302的下路探头接收到信号，通知驱动控制器107动门复位信息，此时，驱动控制器107将给在复位位置处电机定子和动子满足齿槽正对关系的电磁铁持续通电，而其它电磁铁断电，使得动门停止并保持在其复位位置。动门从左向右的情况与之类似，不再赘述。