用于电机驱动能源复用的电机选通装置及工作方法与流程

本发明属于电机驱动负载运动的电气传动技术领域，具体涉及一种用于电机驱动能源复用的电机选通装置及工作方法。

背景技术：

电机驱动是一种借助电磁力做功拖动负载运动的电力拖动技术，在轨道交通、航空航天、工业自动化、武器发射等军事和民用领域都有着巨大的潜在优势和广阔的应用前景。

电机驱动装置的实质是将电磁能转换为负载运动动能的能量转换装置。在电机驱动应用场合，一般以较小的功率长时间从直流供电系统中获取电能，经过一定的变换后储存于储能设备中；接收到工作命令后，储能设备即以合适的功率向能量变换设备释放直流电能，能量变换设备将直流电变换为频率和幅值协调变化的交流电，进而向驱动电机释放电能，使驱动电机产生电磁力推动负载运动。

在多数应用场合，电机驱动工作过程具有间歇循环的工作特点，这就要求电机驱动系统中各设备具备短时重复运行能力。一方面，考虑到驱动电机的散热、负载装填速度等限制，为保证电机驱动系统的短时连续运行，需要配备多套驱动电机及装填机构进行交替切换。另一方面，为满足电机驱动过程中的能量消耗需求与瞬时功率输出需求，电机驱动能源的体积重量一般较大。此时，若在电机驱动系统中配备与驱动电机相同套数的电机驱动能源，则电机驱动系统总体积重量过于庞大，实用性差。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种用于电机驱动能源复用的电机选通装置及工作方法，解决了电机驱动系统中单套电机驱动能源向多套驱动电机进行分时切换供电的难题。

为实现上述目的，本发明所设计的用于电机驱动能源复用的电机选通装置，包括配电单元、选通单元、主控单元及网络交换单元，配电单元分别给选通单元、主控单元及网络交换单元供电，选通单元实现多套驱动电机的选通控制，主控单元实现电机选通装置的实时控制，网络交换单元实现与电机驱动系统健康网中心和控制网中心的网络通信。

进一步地，所述配电单元包括ac-dc电源模块和两路供电输入模块，每路供电输入模块均包括依次串联的空气开关和交流滤波器，每路供电输入模块的交流滤波器均与ac-dc电源模块连接，一路供电输入模块的空气开关与一路供电输入接口相连，另一路供电输入模块的空气开关与另一路供电输入接口相连；同时，ac-dc电源模块的三个输出接口分别与三路供电输出接口相连，三路供电输出接口分别与选通单元、主控单元和网络交换单元相连。

进一步地，所述选通单元包括io光接收板、io光发射板和电路底板，io光发射板将来自于电路底板的io电信号转换为io光信号并发出，io光接收板将外部输入的io光信号转换为io电信号并发送至电路底板，电路底板通过io接口与主控单元进行通信；io光发射板的通信输出接口分别与外部的电机驱动控制器和m个驱动电机的通信输入接口相连，外部的电机驱动控制器和m个驱动电机的通信输出接口均与io光接收板的通信输入接口相连，m为≥1的整数。

进一步地，所述主控单元包括主控板，且电路底板与主控板双向通信。

进一步地，所述网络交换单元包括控制网络交换机和健康网络交换机，控制网络交换机和健康网络交换机与主控板进行双向通信，控制网络交换机与外部的电机驱动系统控制网中心进行双向通信，健康网络交换机与外部的电机驱动系统健康网中心进行双向通信。

还提供一种如上述所述用于电机驱动能源复用的电机选通装置工作方法，根据m位选通控制指令实时控制电机驱动能源与m套驱动电机之间强电回路的开通与关断，与被选通的驱动电机进行实时通信，其中m位选通控制指令表示为m位二进制数x(1),x(2),…,x(m)，x(i)为1则代表第i套驱动电机被选通，x(i)为0则代表第i套驱动电机未被选通，i为1～m之间的整数，m为≥1的整数。

进一步地，所述工作方法具体如下：

初始时刻，m位选通控制指令x(1),x(2),…,x(m)全部为0，即初始时刻所有驱动电机均处于未被选通的状态；

工作时刻，m位选通控制指令x(1),x(2),…,x(m)中有且仅有1位为1，其余为0，即工作时刻有且仅有一套驱动电机被选通，保证电机驱动能源向一套驱动电机进行供电；

工作时刻，电机选通装置的工作流程如下：

s01，电机驱动控制网中心通过控制网络交换机将m位选通控制指令发送给主控单元中的主控板；

s02，主控单元中的主控板接收并解析m位选通控制指令后，将m位选通控制指令发送至选通单元的电路底板，电路底板将该m位选通控制指令发送至io光发射板和io光接收板；

s03，选通单元中的io光接收板接收来自电机驱动控制器的驱动电机控制指令，并将驱动电机控制指令通过所述电路底板发送至io光发射板；

s04，选通单元中的io光发射板根据m位选通控制指令对驱动电机控制指令进行选通处理，并将选通处理后的驱动电机控制指令发送至m套驱动电机；

s05，选通单元中的io光接收板接收来自m套驱动电机的控制信息，并将m套驱动电机的控制信息通过底板发送给主控单元3中的主控板，io光接收板将m套驱动电机的控制信息进行选通处理后经电路底板发送给所述io光发射板；

s06，选通单元中的io光发射板将选通处理后的驱动电机控制信息发送给驱动电机控制器；

s07，主控单元中的主控板将m套驱动电机的控制信息通过健康网络交换机发送给电机驱动系统健康网中心。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明用于电机驱动能源复用的电机选通装置及工作方法通过单套或较少套数的电机驱动能源向多套驱动电机进行分时切换供电，可大幅提高电机驱动能源的利用率，减小整套电机驱动装置的体积重量。

附图说明

图1为本发明用于电机驱动能源复用的电机选通装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示用于电机驱动能源复用的电机选通装置，包括配电单元1、选通单元2、主控单元3及网络交换单元4，配电单元1实现电机选通装置内部各功能单元的二次供电，选通单元2实现多套驱动电机的选通控制，主控单元3实现电机选通装置的实时控制，网络交换单元4实现与电机驱动系统健康网中心和控制网中心的网络通信。

配电单元1包括ac-dc电源模块和两路供电输入模块，每路供电输入模块均包括依次串联的空气开关和交流滤波器，每路供电输入模块的交流滤波器均与ac-dc电源模块连接，一路供电输入模块的空气开关与一路供电输入接口相连，该路供电输入接口与电机驱动系统供电中心相连，另一路供电输入模块的空气开关与另一路供电输入接口相连，该路供电输入接口与应急供电系统相连，将外部输入的220v交流电滤波后通过ac/dc电源模块转换为24v直流电；同时，ac-dc电源模块的三个输出接口分别与三路供电输出接口相连，三路供电输出接口分别送入电机选通装置内部的选通单元2、主控单元3和网络交换单元4。

选通单元2包括io光接收板、io光发射板和电路底板，io光发射板将来自于电路底板的io电信号转换为io光信号并发出，io光接收板将外部输入的io光信号转换为io电信号并发送至电路底板，电路底板通过io接口与主控单元3进行通信；配电单元的第一路供电输出接口与电路底板的供电输入接口相连，io光发射板的通信输出接口分别与外部的电机驱动控制器和m个驱动电机的通信输入接口相连，外部的电机驱动控制器和m个驱动电机的通信输出接口均与io光接收板的通信输入接口相连，m为≥1的整数。

主控单元3包括主控板，主控板配置为通用型arm(如stm32f030k6)和fpga(如ep3c10e144c7n)芯片的组合，实现与网络交换单元4和选通单元2的通信，配电单元的第二路供电输出接口与主控板的供电输入接口相连，且电路底板与主控板双向通信。

网络交换单元4包括控制网络交换机和健康网络交换机，实现电机选通装置与电机驱动系统控制网中心和电机驱动系统健康网中心的以太网通信；配电单元的第三路供电输出接口分别与控制网络交换机和健康网络交换机的供电输入接口相连，控制网络交换机和健康网络交换机与主控板进行双向通信，控制网络交换机与外部的电机驱动系统控制网中心进行双向通信，健康网络交换机与外部的电机驱动系统健康网中心进行双向通信。

本发明用于电机驱动能源复用的电机选通装置工作方法为，根据m位选通控制指令实时控制电机驱动能源与m套驱动电机之间强电回路的开通与关断，与被选通的驱动电机进行实时通信，其中m位选通控制指令表示为m位二进制数x(1),x(2),…,x(m)，x(i)为1则代表第i套驱动电机被选通，x(i)为0则代表第i套驱动电机未被选通，i为1～m之间的整数。本发明用于电机驱动能源复用的电机选通装置工作方法具体如下：

初始时刻，m位选通控制指令x(1),x(2),…,x(m)全部为0，即初始时刻所有驱动电机均处于未被选通的状态；

工作时刻，m位选通控制指令x(1),x(2),…,x(m)中有且仅有1位为1，其余为0，即工作时刻有且仅有一套驱动电机被选通，保证电机驱动能源向一套驱动电机进行供电；

工作时刻，电机选通装置的工作流程如下：

s01，电机驱动控制网中心通过控制网络交换机将m位选通控制指令发送给主控单元3中的主控板；

s02，主控单元3中的主控板接收并解析m位选通控制指令后，将m位选通控制指令发送至选通单元2的电路底板，电路底板将该m位选通控制指令发送至io光发射板和io光接收板；

s03，选通单元2中的io光接收板接收来自电机驱动控制器的驱动电机控制指令，并将驱动电机控制指令通过所述电路底板发送至io光发射板；

s04，选通单元2中的io光发射板根据m位选通控制指令对驱动电机控制指令进行选通处理，并将选通处理后的驱动电机控制指令发送至m套驱动电机；

s05，选通单元2中的io光接收板接收来自m套驱动电机的控制信息，并将m套驱动电机的控制信息通过底板发送给主控单元3中的主控板，io光接收板将m套驱动电机的控制信息进行选通处理后经电路底板发送给所述io光发射板；

s06，选通单元2中的io光发射板将选通处理后的驱动电机控制信息发送给驱动电机控制器；

s07，主控单元3中的主控板将m套驱动电机的控制信息通过健康网络交换机发送给电机驱动系统健康网中心。

连续工况下，通过修改m位选通控制指令x(1),x(2),…,x(m)，实现电机驱动能源对m套驱动电机的分时切换供电。

通过单套或较少套数的电机驱动能源向多套驱动电机进行分时切换供电，可大幅提高电机驱动能源的利用率，减小整套电机驱动装置的体积重量。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。