[发明专利]采用串联方式连接的直流电机电动推杆群系统

说明书

本发明公开了采用串联方式连接的直流电机电动推杆群系统，上位机通过RS485或CAN总线串行通讯电路给所述电动推杆群中每个电动推杆的控制与通讯单元发出电动推杆编号ID和伸出、缩进或停止指令，以控制对应电动推杆的单相逆变全桥输出电压端口Vsubgt;o1/subgt;和Vsubgt;o2/subgt;之间的电压差，进而控制电动推杆群的伸出、缩进或停止，解决了并联连接的电动推杆群需要过多的上位机I/O端子和电源连线、位置传感器信号连线过长的问题，并且用寿命长、开关次数多的直流电源极性变换单相逆变全桥代替常用的机械电磁式继电器和对电动推杆直流电机实现过电流保护，从而本发明显著减少了上位机的I/O端子数、节省了电源连线和信号线和提高了电动推杆应用的可靠性和寿命。

技术领域

本发明涉及直流电机电动推杆群系统控制技术领域，具体涉及采用串联方式连接的直流电机电动推杆群系统。

背景技术

电动推杆是由直流电机、推杆、齿轮组、限位开关和外壳等组成的一种直线运动执行机构，可以实现远距离控制、集中控制，在一定行程范围内作往返直线运动。由于其快速可控、无需使用液体或者气体取代了许多液压和气动直线运动执行机构，在提供推力或者拉力的同时实现直线运动的速度和定位控制。电动推杆适用于远距离操纵而广泛用于电力、化工、冶金、矿山、轻工、交通、船舶等部门的风门、阀门、闸门等机构的启闭、物料装卸、流量控制等。现已被越来越多的场合用它来代替机构手、液压阀、减速传动机构等装置。其中一个典型的应用场景就是新能源电动车动力电池自动换电站，一座电池自动换电站往往就可能采用了多达36个的电动推杆，形成了一组电动推杆群。

如图1所示，一个直流电机驱动的电动推杆通常需要两个继电器RLYnF 和RLYnR（n=1，2，…, N）来分别控制N个电动推杆的伸出和缩进以及停止三种运动状态。为了控制被电动推杆所推动的工件或目标物体到指定的位置，通常还会配2个光耦或霍尔位置传感器SnF和SnR，它们通常由+12V电源供电，输出PnF和PnR两路位置信号，可分别用“1”高电平表示所推动的工件已经到达设定的伸出和缩进的停止位置。图中的CnF和CnR是分别用来控制继电器RLYnF 和RLYnR导通和断开的信号。当CnF为高电平、CnR为低电平时，继电器RLYnF导通，电动推杆伸出；当CnF为低电平、CnR为高电平时，继电器RLYnR导通，电动推杆缩进。其它状态下，电动推杆停止运行。

目前电动推杆群都采用图1所示的并联方式控制，由1到N个电动推杆、2N个继电器RLYnF 和RLYnR、2N个位置传感器SnF和SnR和一个可编程逻辑控制器PLC组成。其中PLC需要至少2N个输出端子，2N个输入端子，3N个电源或地端子。每个电动推杆单元都是独立地连接到电控柜，直流电源线、位置传感器电源和信号线连接方式相同，即每个电动推杆都用2路电源线连接到控制柜继电器RLYnF 和RLYnR来获取电动推杆工作直流电源，位置传感器SnF和SnR的电源、地线和输出信号由4路信号电源线也从电动推杆附近连接到电控柜中PLC的端子上。

连接电动推杆群的电源和控制信号线路可能长达7m，电动推杆直流电源连接线就需要36 × 7 × 2 = 504m， 传感器的连接线就要 36 × 7 × 4 = 1008m，可见连接导线非常长。另外，并联连接控制的电动推杆群需要PLC具备至少4~7N或（4 ~7）× 36= 144 ~252个I/O端子，要求的端子数多。随着电动推杆的个数N增加，I/O端子数目也是显著增加。此外在使用伸出和缩进继电器时，也发现在继电器断开时由于直流电机和长连接导线电感存在断电拉弧问题，不久继电器触点就被烧伤或者损坏，造成继电器不能正常工作，即不能正常闭合导通或者继电器触点导通电阻明显增大和发热，继电器的寿命在直流电机电动推杆应用场合普遍非常短。

发明内容