CN202889271U - 电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器，包括：控制单元；用于驱动该永磁同步马达的马达驱动单元；用于为该马达驱动单元供电的电源单元；用于输入或输出信号的外部输入输出单元；以及键盘输入单元；其中，该马达驱动单元与该控制单元连接，该电源单元与该马达驱动单元连接，该外部输入输出单元和键盘输入单元均与该控制单元连接。本实用新型在电力单元化复合高速列车上实现了采用永磁同步电机，降低了能耗，提高了控制精度，降低了体积，避免了繁杂的后期维护，提高了运行效率。通过电路方式实现相邻车厢相邻外端门的联动，稳定性较高。

Description

电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种列车控制装置，特别是涉及一种电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器。

背景技术

随着轨道交通行业的迅速发展，电力单元化复合高速列车(动车组)获得空前的高速发展，以CRH系列车型为代表的高速列车车型大量运用在各地区，其具备高速、舒适、恒温的乘车环境。

为满足因适应突发事件而隔离车厢的需求、降低车厢空调器的能耗、节约能源，高速列车的车厢靠近两车厢连接处设置外端门做封闭和区隔，乘客可接连穿过相邻两个车厢各自的外端门而实现在不同车厢的走动。同时，每个车厢内部的乘员席和洗手间、茶炉间、乘务人员办公室之间有内端门隔离。因单个车厢为前后对称结构，所以单个车厢一般都具备4个端门，分别为外端门2个（车厢前、后），内端门2个。

在现有技术中，列车车门的门控装置可实现列车外端门、内端门的开启和闭合，该门控装置具体包括手动式和自动开关式。

手动式的门控装置无动力单元，完全凭借手动力量开启或关闭车门。

自动开关式的门控装置，其动力来自马达，以拖动车门机构的开启和闭合。自动开关式的门控装置采用的马达包括多种形式，通常为交流异步电机和直流有刷电机。

交流异步电机的优点在于免于维护，但是控制精度低，体积大，能耗高。由于交流异步电机的体积较大，则对应的所需车厢容置空间也较大，由于该交流异步电机通常安装在车厢门的顶部，且车体高度固定，则导致车门的有效高度会降低，空间利用率降低，进而影响到了乘客在通过车门时的舒适程度，降低了通行效率。

在现有技术中，列车较为常用的是直流有刷电机，相对于交流异步电机，直流有刷电机的优点是体积小，效率高，控制方式成熟，但是缺点是后期维护时需要更换碳刷。直流有刷电机使用的电刷包括石墨电刷、电化石墨电刷或金属石墨电刷。在其运行过程中，直流有刷电机的集电环和电刷之间旋转摩擦导致电刷损耗，磨损严重时，电机运行中会产生火花、降低效率。虽然电刷的材料在不断更新，但是仍然要面对定期检查、更换的问题。特别是当直流有刷电机应用在电力单元化复合高速列车中时，对保养的要求更加苛刻。

在保养时，需将列车整车入库维修，首先拆除门板，再检查、更换碳刷，之后重新装配门板，进行单车调试，随后整车调试，重新回到轨道。可见，利用直流有刷电机的电力单元化复合高速列车保养维护成本远远高与材料成本，保养时效性差，性价比低。

发明内容

本实用新型解决的技术问题在于，实现永磁同步马达在电力单元化复合高速列车中的应用，提高安全性、稳定性。

更进一步的，使得电力单元化复合高速列车的保养维护更加简便，降低维护成本。

更进一步的，使得电力单元化复合高速列车的两个车厢相邻的外端门实现联动。

为解决上述问题，本实用新型公开了一种电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器，包括：

控制单元；

用于驱动该永磁同步马达的马达驱动单元；

用于为该马达驱动单元供电的电源单元；

用于输入或输出信号的外部输入输出单元；以及

键盘输入单元；

其中，该马达驱动单元与该控制单元连接，该电源单元与该马达驱动单元连接，该外部输入输出单元和键盘输入单元均与该控制单元连接。

该控制单元包括DSP微处理器。

该外部输入输出单元中设置的DI接点采用光耦合器。

该马达驱动单元包括电阻、光耦合器、二极管、保险丝和短接开关，该电阻的一端连接该电源单元，该电阻的另一端连接该光耦合器的输入端的正极，该光耦合器的输出端的集电极接脚与该控制单元连接，该光耦合器的输出端的发射极接脚数字接地，该光耦合器的输入端的负极连接该二极管的正极，该二极管的负极连接该保险丝，该保险丝连接该短接开关的一端，该短接开关的另一端接电源地。

该电力单元化复合高速列车的两个相邻车厢的相邻外端门的两个马达驱动单元的保险丝相互串联且电源地也相互串联。

该驱动器还包括显示单元。

该驱动器还包括用于下载或上传数据的通讯单元，该通讯单元与该控制单元连接。

本实用新型的技术方案在电力单元化复合高速列车上实现了采用永磁同步电机，降低了能耗，提高了控制精度，降低了体积，避免了繁杂的后期维护，提高了运行效率。另外，通过电路方式实现相邻车厢相邻外端门的联动，稳定性较高，避免了现有技术中以通信方式进行联动所可能造成的电路损毁。另外，本实用新型的整个电路***的抗干扰性能强，安全性高。

附图说明

图1所示为电力单元化复合高速列车的整体结构图；

图2所示为电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器的结构示意图；

图3所示为电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器的结构示意图；

图4所示为本实用新型的联动电路示意图。

具体实施方式

永磁同步马达为直流无刷电机，具有能耗低，控制精度高，体积小，免于维护的优点，特别是如果应用在电力单元化复合高速列车中，可完全避免现有技术中的列车整车入库维修，拆除门板，更换碳刷，重新装配门板，进行单车调试，随后整车调试，重新回到轨道的繁琐的维护流程与维护成本。

但是，为了实现永磁同步马达在电力单元化复合高速列车中的应用，需针对永磁同步马达设计专门的驱动器，以实现对永磁同步马达的驱动。

如图1所示为电力单元化复合高速列车的整体结构图，图中与本实用新型的技术方案无关的现有技术部分未予显示。该整体结构包括多个驱动器（永磁同步马达驱动器）、多个永磁同步马达单元以及多个列车车门。每个永磁同步马达单元受到其对应的驱动器的驱动。而每个永磁同步马达单元一一对应的为一个列车车门提供动力，该列车车门可以是外端门，也可以是内端门。在一个实施例中，所有驱动器可以与列车中央控制***连接，与列车中央控制***实现通信。

如图2所示为电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器的结构示意图。永磁同步马达驱动器10包括控制单元11、马达驱动单元12、用于为该马达驱动单元12供电的电源单元13、用于输入或输出信号的外部输入输出单元14、用于下载或上传数据的通讯单元15以及键盘输入单元16。永磁同步马达驱动器10用于驱动永磁同步马达单元17。其中，该马达驱动单元12分别与该控制单元11、永磁同步马达单元17连接，该电源单元13与该马达驱动单元12连接，该外部输入输出单元14、键盘输入单元16和通讯单元15均与该控制单元11连接。

控制单元11对与其连接的其他单元进行控制。该控制单元11可具体采用DSP微处理器，或其他微处理器。通讯单元15可实现控制单元11与列车中央控制***，或，控制单元11与其他控制装置之间的连接，利用通讯单元15可从列车中央控制***处下载数据、指令等，同时可上传永磁同步马达驱动器10的相关数据参数至列车中央控制***。键盘输入单元16用于提供输入数据至控制单元11。外部输入输出单元14用于与乘客互动，显示驱动器的当前状态以及便于乘客触发某一功能，例如，外部输入输出单元14可包括开门按钮以及列车门状态显示灯，乘客可通过点击该开门按钮触发列车门开启，该列车门状态显示灯可显示列车门当前处于开启、关闭还是正在开启状态，便于乘客快速的通过车门。马达驱动单元12用于根据控制单元11的指令驱动永磁同步马达单元17。电源单元13用于接收一输入电压，对其进行处理后为马达驱动单元12供电，电源单元13具有宽电压的设计，即使该输入电压波动幅度较大，该电源单元13也可保证整个驱动器在输入电压为18-36V之间时仍正常运行，极大的提高了整个驱动器的运行稳定性。

如图3所示为本实用新型的另一实施例，其中，在图2的基础上永磁同步马达驱动器10进一步包括显示单元18，用于显示部分参数信息。另外，永磁同步马达单元17进一步包括永磁同步马达、编码器和减速机构及负载。

编码器用于通过非接触测量旋转磁场的方式，测量永磁同步马达的实际转速，并将该转速以通讯的形式提供给控制单元11，以便于控制单元监控永磁同步马达的实时工作参数。这一非接触式测量可有效提高***耐振动、耐热能力，提高其稳定性。

当乘客需要从一个车厢穿越到相邻的另一车厢时，需要通过两个车厢相邻的两个外端门，则如果乘客点击开门按钮后可以同时开启这两个外端门，也就是实现这两个外端门的联动，可以大幅改善乘客的乘车体验，提高便利程度。事实上，在现有技术中，已经实现了两个车门的驱动器之间通过发送通信信号的方式进行联动，在一个车门开启时发出通信信号通知相邻的另一个车门也进行开启，但是，以通信的方式实现联动其最大的问题在于稳定性差，当相邻的两个车厢的电压不等时，互相发送通信信号将造成部分电路的故障甚至是损毁。

本实用新型提供了一种直接以控制电路实现联动的技术方案，可大幅提高稳定性，避免由压差带来的损耗。请参阅图4所示为本实用新型的联动电路示意图。

图4中描绘了两个相邻车厢的两个相邻外端门各自对应的驱动器的马达驱动单元12的联动电路。图中所示电路121位于车厢A的驱动器的马达驱动单元12中，电路122位于车厢A的驱动器的马达驱动单元12中，二者结构相同。

电路121包括电阻R、光耦合器photo、二极管DIODE、保险丝Fuse和短接开关1211。电路122包括电阻R、光耦合器photo、二极管DIODE、保险丝Fuse和短接开关1221。

以电路121为例，电阻R接收来自电源单元13的电源电压（24V），电阻R的另一端与光耦合器photo的输入端的正极连接，该光耦合器photo的输出端的集电极接脚（如图中D11所示）后续与该控制单元11连接，该光耦合器photo的输出端的集电极接脚还通过另一电阻R接收***电压（3V3），该光耦合器photo的输出端的发射极接脚数字接地DGND，该光耦合器photo的输入端的负极连接该二极管DIODE的正极，该二极管DIODE的负极连接该保险丝Fuse，该保险丝Fuse连接该短接开关1221的一端，该短接开关1221的另一端接电源地GND_POWER。

在短接开关1221闭合时，电路121的电源电压接地，光耦合器photo导通，并触发控制单元11发出启动信号，以驱动永磁同步马达工作，并实现与电路121对应的外端门的开启。在短接开关1221断开时，电路121的悬空，光耦合器photo的输入端与输出端相互隔离，无法驱动对应的永磁同步马达工作。电路122的工作原理与电路121相同。

另外，电路121与电路122各自的保险丝Fuse相互串联且各自的电源地GND_POWER也相互串联。这样使得在电路121与电路122中的任意一个电路的短接开关闭合时，另一个电路也实现电源电压接地以及光耦合器导通。也就是说，只要一个驱动器中的短接开关实现闭合，则两个驱动器均驱动其对应的永磁同步马达，使得对应的车门联动开启。

电路121与电路122分别用于控制相邻的两个车厢的相邻外端门，该短接开关1211、1221也分别位于相邻的两个车厢的相邻外端门旁边，由乘客控制其闭合或断开。则乘客在车厢A欲穿行至相邻的车厢B时，一次点击车厢A的外端门旁边的开门按钮（短接开关），可联动开启两个车厢的两个相邻的外端门，保证乘客顺利通过。

电路121与电路122中的二极管DIODE、保险丝Fuse起到了双重的保护作用。当电路122的电量反涌到电路121中时，可利用二极管DIODE的反向截止的性质进行阻挡，另外，当电量超过阈值时，保险丝Fuse可自动熔断以保护整体电路。

另一方面，通过该光耦合器photo，可隔离输入端电路与输出端电路，避免了相互干扰，使他们相互独立，提高整个电路***的抗干扰性能。事实上，该外部输入输出单元中设置的DI（digital input）接点均可采用光耦合器，以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用。

另外，针对无需联动开门的内端门，其驱动器的马达驱动单元可直接单独采用电路121进行开门控制，则其短接开关直接与电源地GND_POWER连接，无需与其他组件串联。

本实用新型的上述技术方案可具体应用在电力单元化复合高速列车上，特别是CRH5型列车。

本实用新型的技术方案在电力单元化复合高速列车上实现了采用永磁同步电机，降低了能耗，提高了控制精度，降低了体积，避免了繁杂的后期维护，提高了运行效率。另外，本实用新型还可通过电路方式实现相邻车厢相邻外端门的联动，稳定性较高，避免了现有技术中以通信方式进行联动所可能造成的电路损毁。另外，本实用新型的整个电路***的抗干扰性能强，安全性高。

Claims (7)

1.一种电力单元化复合高速列车电动门的永磁同步马达驱动器，其特征在于，包括：

控制单元；

用于驱动该永磁同步马达的马达驱动单元；

用于为该马达驱动单元供电的电源单元；

用于输入或输出信号的外部输入输出单元；以及

键盘输入单元；

其中，该马达驱动单元与该控制单元连接，该电源单元与该马达驱动单元连接，该外部输入输出单元和键盘输入单元均与该控制单元连接。

2.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，该控制单元包括DSP微处理器。

3.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，该外部输入输出单元中设置的DI接点采用光耦合器。

4.如权利要求1或2或3所述的驱动器，其特征在于，该马达驱动单元包括电阻、光耦合器、二极管、保险丝和短接开关，该电阻的一端连接该电源单元，该电阻的另一端连接该光耦合器的输入端的正极，该光耦合器的输出端的集电极接脚与该控制单元连接，该光耦合器的输出端的发射极接脚数字接地，该光耦合器的输入端的负极连接该二极管的正极，该二极管的负极连接该保险丝，该保险丝连接该短接开关的一端，该短接开关的另一端接电源地。

5.如权利要求4所述的驱动器，其特征在于，该电力单元化复合高速列车的两个相邻车厢的相邻外端门的两个马达驱动单元的保险丝相互串联且电源地也相互串联。

6.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，该驱动器还包括显示单元。

7.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，该驱动器还包括用于下载或上传数据的通讯单元，该通讯单元与该控制单元连接。

Images