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基于 开关磁阻电机的底卸式铲车

阅读：124发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于开关磁阻电机的底卸式铲车专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，属于地下矿山开采技术领域，包括车架，所述车架上安装有电源装置、开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统；所述电源装置给开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统供电；所述控制系统通过开关磁阻电机控制器控制开关磁阻电机，所述开关磁阻电机通过驱动装置驱动铲车运动，所述翻斗装置通过升降装置控制翻斗，所述升降装置与控制系统连接。解决了因巷道断面小，前翻式铲车翻斗无法正常使用的问题，同时具有可靠性高，抗干扰能力强，效率高，响应时间更短，连续负载运行时间更长、寿命更长的特点。，下面是基于开关磁阻电机的底卸式铲车专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，包括车架，所述车架上安装有电源装置、开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统；
所述电源装置给开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统供电；所述控制系统通过开关磁阻电机控制器控制开关磁阻电机，所述开关磁阻电机通过驱动装置驱动铲车运动，所述翻斗装置通过升降装置(3)控制翻斗，所述升降装置(3)与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述翻斗装置包括翻斗(4)和翻斗(4)下方的固定底座，所述底座一侧下方设有第一转轴(5)，沿着底座(4)底部边沿在所述第一转轴(5)上方的位置设有第二转轴(2)，第二转轴(2)上方靠近翻斗(4)边沿内侧的地方设有第三转轴(6)，所述第一转轴(5)与举升臂(1)的一端连接，举升臂(1)另一端通过连接杆与第三转轴(6)连接，升降装置(3)连接在举升臂(1)和连接杆的铰接处；所述举升臂(1)为C型力臂；所述翻斗(4)沿第二转轴(2)翻转；所述升降装置(3)采用液压缸，所述液压缸包括缸体、活塞、连杆，活塞设置在缸体中，活塞外部连杆头部设有举升块，所述举升块连接在臂和连接杆的铰接处，所述缸体在活塞两侧分别形成容积腔，其中一个容积腔与油口A相连，另一个容积腔与油口B相连，当油口A进油，油口B出油时，能够推动活塞向一侧移动；当油口A出油，油口B进油时，能够推动活塞向相反一侧移动，所述液压缸与液压动力及控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述开关磁阻电机包括壳体，所述壳体上设有前端盖和后端盖，所述壳体内腔设有定子、转子，所述前端盖上装有位置传感器；所述定子上设有8个串联温度开关的绕组；每两个对极的绕组为一相，每相绕组中串联有一个温度开关，所述定子包括定子铁芯、骨架、引线板、绕组，温度开关；所述骨架安装在定子铁芯上，所述引线板固定在骨架上；所述绕组分别绕制在定子铁芯上的骨架上；所述引线板与位置传感器夹角为90°；所述壳体外侧套接有风扇，所述风扇外套有风罩，所述风罩内表面设有过滤网。
4.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述开关磁阻电机控制器包括电源模块、中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块；所述功率模块的端子通过导线与电机直接连接，信号处理模块将信息传送到中央处理模块；所述功率模块包括IGBT和功率二极管、散热模块，所述IGBT在电路板上紧固于散热模块上，所述散热模块上设有温度检测器，所述功率二极管紧靠于对应的IGBT；所述驱动模块包括驱动芯片及外围电路，所述驱动模块在电路板上以最短的电路路径将开关信号输送到相应IGBT上。所述中央处理模块由ARM和CPLD双芯片组成，所述通讯模块与ARM芯片连接。所述通讯模块通过光耦隔离与人机交互面板通讯，且所述通讯模块在电路板上与其他模块的距离均大于与中央处理模块的距离；
所述信号处理模块接收温度检测器和电机上的温度传感器及位置传感器的信号，并将所述信号传递给中央处理模块，所述电源模块给中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述开关磁阻电机控制器的控制电路模块接收来自控制系统的指令；所述功率模块控制功率电路各开关管对功率输出进行变换，分解来自控制系统的指令，计算各功率开关管的开通顺序及各功率开关管的开、关时刻，实时检测功率电流，并在电流超过设定上限时保护功率开关管的安全；
所述驱动模块将用于功率驱动的电流输出到此刻需要功率输出的开关磁阻电机中的一相绕组；
所述位置传感器将用于位置检测的电压脉冲以固定间隔加到此刻不需功率输出相的绕组；
信号处理模块将电机转子的实时位置信息发送给中央处理模块，中央处理模块结合来自控制系统的指令，确定功率输出相与非功率输出相的转换及开、关时刻；
中央处理模块计算开关磁阻电机的转速和旋转加速度并将开关磁阻电机的转速和旋转加速度信息发送给控制系统。
6.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述电源装置包括法拉电容，所述法拉电容通过直流开关电源变换器给系统供电，所述法拉电容安装在电容容置箱内，所述电容容置箱设置在车后架上，所述法拉电容管理电路接收超级电容的数据，所述数据包括超级电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制系统读取法拉管理电路所接收的超级电容组数据并在显示屏显示。
7.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，其特征在于，所述法拉电容为非对称大动力超级电容器。

说明书全文

基于开关磁阻电机的底卸式铲车

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，属于地下矿山开采技术领域。

背景技术

[0002] 采矿方法，就是指从矿块(或采区)中采出矿石的方法。它包括采准、切割和回采等三项工作。采准工作是按照矿块构成要素的尺寸来布置的，为矿块回采解决行人、运搬矿石、运送设备材料、通风及通信等问题；切割则为回采创造必要的自由面和落矿空间；等这两项工作完成后，再直接进行大面积的回采。这三项工作都是在一定的时间与空间内进行的，把这三项工作联系起来，并依次在时间与空间上作有机配合，这一工作总称为采矿方法。

[0003] 在矿石回采领域中，目前井下使用的铲车翻斗为前翻式，可以满足很多地方使用，前翻式的翻斗的好处在于尺寸够大，可以满足很多地方使用，但局限于巷道的断面，前翻式翻斗在巷道工作时，需要的铲车翻斗尺寸不能太大，这样就带来了铲装效率不高，劳动强度大，生产成本高的问题。

[0004] 而电动铲车、柴油铲车被广泛的应用于地下的矿山开采，电动挖掘机具有结构简洁，操作简单、工作效率高、维修简单、没有空气污染的特点，然而受电缆的限制工作半径一般不超过90米，柴油铲车具有工作距离不受限制，工作效率高的特点，然而柴油机维护保养繁琐，结构复杂，尾气排放造成二次污染。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，具有结构简单，稳定性高，不受距离限制，不会对环境造成污染，可以满足更高的铲装量提高铲装效率，解决了因巷道断面小，前翻式铲车翻斗无法正常使用的问题，同时具有可靠性高，抗干扰能力强，效率高，响应时间更短，连续负载运行时间更长、寿命更长的特点。

[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，包括车架，所述车架上安装有电源装置、开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统；

[0007] 所述电源装置给开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统供电；所述控制系统通过开关磁阻电机控制器控制开关磁阻电机，所述开关磁阻电机通过驱动装置驱动铲车运动，所述翻斗装置通过升降装置控制翻斗，所述升降装置与控制系统连接。

[0008] 作为一种优选的方案，所述翻斗装置包括翻斗和翻斗下方的固定底座，所述底座一侧下方设有第一转轴，沿着底座底部边沿在所述第一转轴上方的位置设有第二转轴，第二转轴上方靠近翻斗边沿内侧的地方设有第三转轴，所述第一转轴与举升臂的一端连接，举升臂另一端通过连接杆与第三转轴连接，升降装置连接在举升臂和连接杆的铰接处；所述举升臂为C型力臂；所述翻斗沿第二转轴翻转；所述升降装置采用液压缸，所述液压缸包括缸体、活塞、连杆，活塞设置在缸体中，活塞外部连杆头部设有举升块，所述举升块连接在臂和连接杆的铰接处，所述缸体在活塞两侧分别形成容积腔，其中一个容积腔与油口A相连，另一个容积腔与油口B相连，当油口A进油，油口B出油时，能够推动活塞向一侧移动；当油口A出油，油口B进油时，能够推动活塞向相反一侧移动，所述液压缸与液压动力及控制系统连接。

[0009] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机包括壳体，所述壳体上设有前端盖和后端盖，所述壳体内腔设有定子、转子，所述前端盖上装有位置传感器；所述定子上设有8个串联温度开关的绕组；每两个对极的绕组为一相，每相绕组中串联有一个温度开关，所述定子包括定子铁芯、骨架、引线板、绕组，温度开关；所述骨架安装在定子铁芯上，所述引线板固定在骨架上；所述绕组分别绕制在定子铁芯上的骨架上；所述引线板与位置传感器夹角为90°；所述壳体外侧套接有风扇，所述风扇外套有风罩，所述风罩内表面设有过滤网。

[0010] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机控制器包括电源模块、中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块；所述功率模块的端子通过导线与电机直接连接，信号处理模块将信息传送到中央处理模块；所述功率模块包括IGBT和功率二极管、散热模块，所述IGBT在电路板上紧固于散热模块上，所述散热模块上设有温度检测器，所述功率二极管紧靠于对应的IGBT；所述驱动模块包括驱动芯片及外围电路，所述驱动模块在电路板上以最短的电路路径将开关信号输送到相应IGBT上。所述中央处理模块由ARM和CPLD双芯片组成，所述通讯模块与ARM芯片连接。所述通讯模块通过光耦隔离与人机交互面板通讯，且所述通讯模块在电路板上与其他模块的距离均大于与中央处理模块的距离；

[0011] 所述信号处理模块接收温度检测器和电机上的温度传感器及位置传感器的信号，并将所述信号传递给中央处理模块，所述电源模块给中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块供电。

[0012] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机控制器的控制电路模块接收来自控制系统的指令；所述功率模块控制功率电路各开关管对功率输出进行变换，分解来自控制系统的指令，计算各功率开关管的开通顺序及各功率开关管的开、关时刻，实时检测功率电流，并在电流超过设定上限时保护功率开关管的安全；

[0013] 所述驱动模块将用于功率驱动的电流输出到此刻需要功率输出的开关磁阻电机中的一相绕组；

[0014] 所述位置传感器将用于位置检测的电压脉冲以固定间隔加到此刻不需功率输出相的绕组；

[0015] 信号处理模块将电机转子的实时位置信息发送给中央处理模块，中央处理模块结合来自控制系统的指令，确定功率输出相与非功率输出相的转换及开、关时刻；

[0016] 中央处理模块计算开关磁阻电机的转速和旋转加速度并将开关磁阻电机的转速和旋转加速度信息发送给控制系统。

[0017] 作为一种优选的方案，所述电源装置包括法拉电容，所述法拉电容通过直流开关电源变换器给系统供电，所述法拉电容安装在电容容置箱内，所述电容容置箱设置在车后架上，所述法拉电容管理电路接收超级电容的数据，所述数据包括超级电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制系统读取法拉管理电路所接收的超级电容组数据并在显示屏显示。

[0018] 作为一种优选的方案，所述法拉电容为非对称大动力超级电容器。

[0019] 本发明有益效果：

[0020] 本发明采用超级电容器，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，省去了电缆箱的结构，使挖掘机重心降低，开阔视野，同时具有结构简单，不受距离限制，不会对环境造成污染的特点，腔室状的电容容置箱可以增强箱体的机械强度，减少超级电容间影响，利于散热，挡板用于固定超级电容，同时腔室底部的弹簧有利于铲运车在工作工程中对超级电容进行减震，充电机构的设计方便充电，通过调节开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机转速调节油泵输出压力，能够减少液压损失、减少机械磨损、降低液压油温度、延长液压油更换周期，降低生产成本。附图说明

[0021] 图1为本发明的系统框图；

[0022] 图2为本发明翻斗结构示意图；

[0023] 图3为本发明开关磁阻电机结构示意图；

[0024] 图4为本发明控制器工作流程框图；

[0025] 图5为本发明供电系统；

[0026] 其中：1、举升臂；2、第二转轴；3、升降装置；4、翻斗；5、第一转轴；6、第三转轴；。

具体实施方式

[0027] 以下所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。

[0028] 实施例1：

[0029] 参照说明书附图，本实施例所述的一种基于开关磁阻电机的底卸式铲车，包括车架，所述车架上安装有电源装置、开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统；

[0030] 所述电源装置给开关磁阻电机控制器、开关磁阻电机、驱动装置、翻斗装置及控制系统供电；所述控制系统通过开关磁阻电机控制器控制开关磁阻电机，所述开关磁阻电机通过驱动装置驱动铲车运动，所述翻斗装置通过升降装置3控制翻斗，所述升降装置3与控制系统连接。

[0031] 作为一种优选的方案，所述翻斗装置包括翻斗4和翻斗4下方的固定底座，所述底座一侧下方设有第一转轴5，沿着底座4底部边沿在所述第一转轴5上方的位置设有第二转轴2，第二转轴2上方靠近翻斗4边沿内侧的地方设有第三转轴6，所述第一转轴5与举升臂1的一端连接，举升臂1另一端通过连接杆与第三转轴6连接，升降装置3连接在举升臂1和连接杆的铰接处；所述举升臂1为C型力臂；所述翻斗4沿第二转轴2翻转；所述升降装置3采用液压缸，所述液压缸包括缸体、活塞、连杆，活塞设置在缸体中，活塞外部连杆头部设有举升块，所述举升块连接在臂和连接杆的铰接处，所述缸体在活塞两侧分别形成容积腔，其中一个容积腔与油口A相连，另一个容积腔与油口B相连，当油口A进油，油口B出油时，能够推动活塞向一侧移动；当油口A出油，油口B进油时，能够推动活塞向相反一侧移动，所述液压缸与液压动力及控制系统连接。

[0032] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机包括壳体，所述壳体上设有前端盖和后端盖，所述壳体内腔设有定子、转子，所述前端盖上装有位置传感器；所述定子上设有8个串联温度开关的绕组；每两个对极的绕组为一相，每相绕组中串联有一个温度开关，所述定子包括定子铁芯、骨架、引线板、绕组，温度开关；所述骨架安装在定子铁芯上，所述引线板固定在骨架上；所述绕组分别绕制在定子铁芯上的骨架上；所述引线板与位置传感器夹角为90°；所述壳体外侧套接有风扇，所述风扇外套有风罩，所述风罩内表面设有过滤网。

[0033] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机控制器包括电源模块、中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块；所述功率模块的端子通过导线与电机直接连接，信号处理模块将信息传送到中央处理模块；所述功率模块包括IGBT和功率二极管、散热模块，所述IGBT在电路板上紧固于散热模块上，所述散热模块上设有温度检测器，所述功率二极管紧靠于对应的IGBT；所述驱动模块包括驱动芯片及外围电路，所述驱动模块在电路板上以最短的电路路径将开关信号输送到相应IGBT上。所述中央处理模块由ARM和CPLD双芯片组成，所述通讯模块与ARM芯片连接。所述通讯模块通过光耦隔离与人机交互面板通讯，且所述通讯模块在电路板上与其他模块的距离均大于与中央处理模块的距离；

[0034] 所述信号处理模块接收温度检测器和电机上的温度传感器及位置传感器的信号，并将所述信号传递给中央处理模块，所述电源模块给中央处理模块、信号处理模块、通讯模块、驱动模块、功率模块、散热模块供电。

[0035] 作为一种优选的方案，所述开关磁阻电机控制器的控制电路模块接收来自控制系统的指令；所述功率模块控制功率电路各开关管对功率输出进行变换，分解来自控制系统的指令，计算各功率开关管的开通顺序及各功率开关管的开、关时刻，实时检测功率电流，并在电流超过设定上限时保护功率开关管的安全；

[0036] 所述驱动模块将用于功率驱动的电流输出到此刻需要功率输出的开关磁阻电机中的一相绕组；

[0037] 所述位置传感器将用于位置检测的电压脉冲以固定间隔加到此刻不需功率输出相的绕组；

[0038] 信号处理模块将电机转子的实时位置信息发送给中央处理模块，中央处理模块结合来自控制系统的指令，确定功率输出相与非功率输出相的转换及开、关时刻；

[0039] 中央处理模块计算开关磁阻电机的转速和旋转加速度并将开关磁阻电机的转速和旋转加速度信息发送给控制系统。

[0040] 作为一种优选的方案，所述电源装置包括法拉电容，所述法拉电容通过直流开关电源变换器给系统供电，所述法拉电容安装在电容容置箱内，所述电容容置箱设置在车后架上，所述法拉电容管理电路接收超级电容的数据，所述数据包括超级电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制系统读取法拉管理电路所接收的超级电容组数据并在显示屏显示。

[0041] 作为一种优选的方案，所述法拉电容为非对称大动力超级电容器。

[0042] 超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双电层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点。

[0043] 本发明采用超级电容器，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，同时具有结构简单，不受距离限制，不会对环境造成污染的特点。

[0044] 所述升降装置与控制系统之间同样可以采用开关磁阻电机进行调节液压压力，通过调节开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机转速调节油泵输出压力，能够减少液压损失、减少机械磨损、降低液压油温度、延长液压油更换周期，降低生产成本。

[0045] 开关磁阻电动机调速系统是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。

[0046] 工作原理：本发明将将翻斗4底部加入旋转轴，使底部灵活开闭，后加入C型力臂1与升降装置3，使升降装置3连接力臂1和翻斗4。这样铲车翻斗既能前翻也能底卸灵活方便，快速高效。解决了因巷道断面小，翻斗无法正常使用的问题且提高了效率。铲车翻斗4在使用过程中可以根据实际情况自由选择卸货方式，灵活多变，提高效率。

[0047] 安装在电机上的位置传感器装置可以将获得的当前电动机旋转速度、定转子位置信息，通过隔离通讯传送到控制器的中央处理模块，中央处理模块通过得到的信息来判断当前的逻辑控制信号输出。驱动模块收到中央处理模块输出过来的逻辑控制信号后，控制功率模块上相应IGBT的通断来使电动机旋转。

[0048] 在旋转过程中，信号处理模块会实时采集电机系统的电压、电流等信号，并传送给中央处理模块，中央处理模块根据当前电流、电压信号，限制输出电流大小及改变逻辑控制信号，实现系统的闭环控制。。

[0049] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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