采用串联电机驱动的刮板输送机

权利要求书： 1.一种采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，包括：刮板输送机本体、控制器(6)、采集模块(4)、电机控制装置(5)及固定安装在所述刮板输送机本体的机体侧边上的机头驱动部和机尾驱动部；所述机头驱动部由N1个动力部组成，所述机尾驱动部由N2个所述动力部组成；

所述动力部由依次同轴连接的电机组(1)、联轴器(2)、减速器(3)组成，所述减速器(3)的输出轴键连接至所述刮板输送机本体中链轮组件中的链轮；

所述电机组(1)由M个首尾串联的电机组成，相邻两个所述电机的外壳通过紧固件(7)固定连接；M个所述电机中，1号电机的输出轴与所述链轮键连接，2号电机-M号电机均将轴伸端与前一电机的尾部同轴连接，形成同步转动关系；

控制器(6)与采集模块(4)、电机控制装置(5)电性连接，所述采集模块(4)与各所述电机组(1)中各电机之间电性连接、用于采集实时电流，所述电机控制装置(5)与各所述电机组(1)中各所述电机之间电性连接、用于电机投切控制；所述控制器(6)用于根据所述采集模块(4)采集到的电流数据控制各所述电机组(1)的电机投入数目。

2.如权利要求1所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于：所述电机的轴伸端为外花键轴，所述电机的尾部为内花键结构；或者，所述电机的轴伸端为平键轴，所述电机的尾部为带平键槽的圆孔结构。

3.如权利要求2所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，所述电机组(1)中串联电机数目M为至少3个，N1的取值为1或者2，N2的取值为1或者2。

4.如权利要求3所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，所述电机控制装置(5)包括断路器开关组，所述断路器开关组具有M*(N1+N2)个断路器、分别对应电连接至各个所述电机组(1)中的各所述电机。

5.如权利要求4所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，所述电机控制装置(5)还包括变频器，所述变频器具有M*(N1+N2)个信号输出端口、分别对应电连接至各个所述电机组(1)中的各所述电机，所述变频器用于电机调速。

6.如权利要求1所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，所述电机的壳体外缘具有螺栓孔，所述紧固件(7)包括螺栓、螺母、2个垫片，所述螺栓依次穿过第一垫片、所述电机的螺栓孔、相邻电机的螺栓孔、第二垫片、所述螺母，最后通过所述螺母锁紧、使相邻两个所述电机保持定子相对静止；相邻两个电机通过一组所述紧固件(7)紧固。

7.如权利要求1所述的采用串联电机驱动的刮板输送机，其特征在于，所述机头驱动部有2个动力部、分别安装在位于机头部位的所述链轮两侧；所述机尾驱动部有2个动力部、分别安装在位于机尾部位的所述链轮两侧。

说明书： 一种采用串联电机驱动的刮板输送机技术领域

本实用新型涉及井下输送技术领域，尤其涉及一种采用串联电机驱动的刮板输送机。

背景技术

刮板输送机通常用于井下运煤，由于输送路线长，链轮组件上煤块量大，导致机体负荷大、功率大，因此电机的功率需求也随之增加，导致电机直径也随着增大，影响驱动部空间尺寸。由于刮板输送机为煤矿井下运输用，驱动部通常位于刮板输送机机体侧边，因此电机直径增大会导致刮板输送机的宽度增加、直接提高对井下空间的宽度需求。

刮板输送机通常配备两个驱动部，每个驱动部配置1个驱动电机，通常情况下，刮板输送机启动时要求大扭矩启动，最大扭矩约为额定扭矩的2倍，启动后刮板输送机按照60％-70％的额定负荷运行；在检修时，需要刮板输送机低速空载运行；由于井下工作面地质条件复杂，机头和机尾电机工作负荷通常不一致，但是在实际使用过程中，为了驱动部通用性，机头和机尾的电机选用同种电机，这种配置导致其中一个电机会在更加低于额定功率的情况下运行；因此，刮板输送机电机在运行过程中极大部分时间都是非额定功率运行，存在电机功率因数低、电机工作效率低的问题，导致电机能耗高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种采用串联电机驱动的刮板输送机，能够减小对井下空间的宽度需求，同时提高刮板输送机的驱动部中电机运行的功率因数及工作效率，以降低电机能耗。

本实用新型实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种采用串联电机驱动的刮板输送机，包括：刮板输送机本体、控制器(6)、采集模块(4)、电机控制装置(5)及固定安装在刮板输送机本体的机体侧边上的机头驱动部和机尾驱动部；机头驱动部由N1个动力部组成，机尾驱动部由N2个动力部组成；

动力部由依次同轴连接的电机组(1)、联轴器(2)、减速器(3)组成，减速器(3)的输出轴键连接至刮板输送机本体中链轮组件中的链轮；

电机组(1)由M个首尾串联的电机组成，相邻两个电机的外壳通过紧固件(7)固定连接；M个电机中，1号电机的输出轴与链轮键连接，2号电机-M号电机均将轴伸端与前一电机的尾部同轴连接，形成同步转动关系；

控制器(6)与采集模块(4)、电机控制装置(5)电性连接，采集模块(4)与各电机组(1)中各电机之间电性连接、用于采集实时电流，电机控制装置(5)与各电机组(1)中各电机之间电性连接、用于电机投切控制；控制器(6)用于根据采集模块(4)采集到的电流数据控制各电机组(1)的电机投入数目。

较优地，电机的轴伸端为外花键轴，电机的尾部为内花键结构；或者，电机的轴伸端为平键轴，电机的尾部为带平键槽的圆孔结构。

较优地，电机组(1)中串联电机数目M为至少3个，N1的取值为1或者2，N2的取值为1或者2。

较优地，所述电机控制装置(5)还包括变频器，所述变频器具有M*(N1+N2)个信号输出端口、分别对应电连接至各个所述电机组(1)中的各所述电机，所述变频器用于电机调速。

较优地，电机控制装置(5)为组合开关，组合开关具有M*(N1+N2)个子开关、分别对应电连接至各个电机组(1)中的各电机。

较优地，所述电机的壳体外缘具有螺栓孔，所述紧固件(7)包括螺栓、螺母、2个垫片，所述螺栓依次穿过第一垫片、所述电机的螺栓孔、相邻电机的螺栓孔、第二垫片、所述螺母，最后通过所述螺母锁紧、使相邻两个所述电机保持定子相对静止；相邻两个电机通过一组所述紧固件(7)紧固。

较优地，所述机头驱动部有2个动力部、分别安装在位于机头部位的所述链轮两侧；所述机尾驱动部有2个动力部、分别安装在位于机尾部位的所述链轮两侧。

由上述技术方案可知，本实用新型实施例提供的采用串联电机驱动的刮板输送机，由刮板输送机本体、控制器、采集模块、电机控制装置及固定安装在刮板输送机本体的机体侧边上的机头驱动部和机尾驱动部；机头驱动部和机尾驱动部均由至少一个动力部组成；动力部由依次同轴连接的电机组、联轴器、减速器组成；电机组由M个首尾串联的电机组成；控制器与采集模块、电机控制装置电性连接，采集模块与各电机组中各电机之间电性连接、用于采集实时电流，电机控制装置与各电机组中各电机之间电性连接、用于电机投切控制；控制器用于根据采集模块采集到的电流数据控制各电机组的电机投入数目。通过本实用新型的方案，能够减小对井下空间的宽度需求，有效增大驱动部可拓展提及，同时提高刮板输送机的驱动部中电机运行的功率因数及工作效率，以降低电机能耗。

附图说明

图1为本实用新型的采用串联电机驱动的刮板输送机结构图。

图2为本实用新型的动力部中电机组结构示意图。

图3为相邻电机连接结构示意图。

图4为本实用新型的采用串联电机驱动的刮板输送机的控制逻辑图。

图中：电机组1、联轴器2、减速器3、采集模块4、电机控制装置5、控制器6、紧固件7、机头101、机尾102、机头驱动部的动力部103、机尾驱动部的动力部104、电机轴伸端81、电机的尾部82。

具体实施方式

以下结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

本实用新型提供一种采用串联电机驱动的刮板输送机，包括刮板输送机本体、控制器6、采集模块4、电机控制装置5及固定安装在刮板输送机本体的机体侧边上的机头驱动部和机尾驱动部；机头驱动部由N1个动力部组成，机尾驱动部由N2个动力部组成；

动力部由依次同轴连接的电机组1、联轴器2、减速器3组成，减速器3的输出轴键连接至刮板输送机本体中链轮组件中的链轮；

电机组1由M个首尾串联的电机组成，相邻两个电机的外壳通过紧固件7固定连接；M个电机中，1号电机的输出轴与链轮键连接，2号电机-M号电机均将轴伸端与前一电机的尾部同轴连接，形成同步转动关系；其中，单个电机组1中串联电机数目N为至少3个。

控制器6与采集模块4、电机控制装置5电性连接，采集模块4与各电机组1中各电机之间电性连接、用于采集实时电流，电机控制装置5与各电机组1中各电机之间电性连接、用于电机投切控制；控制器6用于根据采集模块4采集到的电流数据动态计算出各电机组1的电机投入和切出数目、并将信号发送给电机控制装置5，由电机控制装置5进行电机投切控制。

如图1示例的采用串联电机驱动的刮板输送机结构由刮板输送机中部段100、机头101、机尾102、机头驱动部、机尾驱动部组成，具有一个链轮组件，机头、中部段和机尾连接形成刮板输送机的机械框架结构，机头驱动部和机尾驱动部为刮板输送机提供动力，机头驱动部安装在刮板输送机本体的机头101部位机体侧边，图1示例中机头驱动部的动力部103数目N1为1，动力部103的减速器的输出轴键连接至链轮组件中位于机头101部位的链轮，另一端为盲轴，当然，N1的取值也可以为2，两个动力部可分别安装在机头部位链轮两侧、两个减速器输出轴分别连接到链轮的两侧，同时为机头部位链轮提供动力；机尾驱动部安装在刮板输送机本体的机尾102部位机体侧边，图1中机尾驱动部的动力部104的数目N2也取值为1，机尾驱动部的动力部104中减速器的输出轴键连接至链轮组件中位于机尾102部位的链轮，当然，N2的取值也可以为2，两个动力部可分别安装在机尾部位链轮两侧、两个减速器输出轴分别连接到链轮的两侧，同时为机尾部位链轮提供动力；这里，减速器与链轮之间可以是直接键连接、也可以是通过联轴器等工件间接地建立传动连接，减速器的输出轴和刮板输送机本体上的盲轴的轴伸部分，从相对侧面伸入机头架里，与链轮组件相联接。

图1所采用的电机组如图2示例，单个电机组的电机数目M取值3，为型号相同的3个同轴串联在一起的电机，即后面电机的轴伸端与前面电机的尾部相连接；如图3示例，电机的轴伸端采用外花键轴，则电机的尾部为内花键结构，若电机的轴伸端采用平键轴，则电机的尾部为带平键槽的圆孔结构；为了保证相邻电机的稳固连接、避免振动过程中的脱离，利用紧固件7将相邻电机的外壳固定为一整体，其中，一套紧固件7的结构为螺栓、螺母以及垫片组合而成，相邻两个电机需要通过一组紧固件7(如图示为一组4套)进行紧固，令图示左侧为电机组的输出轴，则从左到右分别定义为1号电机、2号电机和3号电机，则利用2组紧固件7将三个电机相对固定。一个动力部的总功率为M个电机的功率之和，由于3个电机首尾串联，因此可以选用满足刮板输送机原功率三分之一需求的电机，既可以满足刮板输送机对电机的大功率需求，又能够通过减小电机直径实现降低对井下的空间需求，如图所示，3个电机串联会增加驱动部的长度，形成细长结构，参考图1所示摆放方向，由于刮板输送机本身就已经有了很长的长度，增加驱动部长度、缩小驱动部宽度可以大大减小对井下空间的需求，也可以变相视为在原有结构基础上拓展了驱动部的体积，电机组电机的最优个数由动力部空间尺寸决定，在空间尺寸允许的条件下，越多越好，通过此种串联方案可以为刮板输送机接入更多的电机、输送更大的扭矩。

请一并参照图4，其中，采集模块4、电机控制装置5、控制器6之间的连接采用联接电缆，电机组中各电机与采集模块4之间是导线连接，采集模块可通过电流互感器、电流钳等直接采集电机电流，电机控制装置5与各电机之间是采用线缆的方式传输控制信号。采集模块4、电机控制装置5、控制器6可固定安装在刮板输送机本体外壳。

电机控制装置5还包括变频器，变频器具有M*(N1+N2)个信号输出端口、分别对应电连接至各个电机组1中的各所述电机，控制器6通过联接电缆输出控制指令给变频器，变频器对应改变各电机同步频率实现电机调速、以及电机投入或切出。

电机控制装置5选用组合开关，组合开关具有M*(N1+N2)个信号输出端口、分别对应电连接至各个电机组1中的各电机，控制器6通过联接电缆输出控制指令给组合开关，组合开关直接进行对应电机投入或切出。

本实用新型的采用串联电机驱动的刮板输送机在启动时，所有驱动部中的电机投入工作，刮板机启动并按照全速运行后，采集模块采集刮板输送机机头和机尾电机组总电流，并将信息传递给控制器，控制器可以根据刮板输送机的负载情况分析电机的投入切出数量，从而通过断路器开关组和变频器控制电机组中某个电机的启停及转速，使工作状态的电机大部分时间保持在最佳、效率最高的区间运行(指额定功率)。

本实用新型的采用串联电机驱动的刮板输送机的工作原理为：在启动阶段，控制器控制全部电机组中的全部电机按照额定功率投入工作；具体是，控制器通过断路器组控制各电机上电、通过变频器控制各电机按照额定功率运转；采集模块实时采集各电机的实时工作电流Ii、并上报给控制器，其中，i∈[1,M*(N1+N2)]；控制器根据各电机的实时工作电流Ii判断当前是否切换为分档调整模式，并基于判断结果调整采用串联电机驱动的刮板输送机的工作模式；采用串联电机驱动的刮板输送机处于分档调整模式时，控制器根据各电机的实时工作电流Ii生成分档控制指令并发送至电机控制装置；电机控制装置执行分档控制指令，以实现电机组内部分电机启停的操控。

其中，控制器根据各电机的实时工作电流Ii判断当前是否切换为分档调整模式，并基于判断结果调整采用串联电机驱动的刮板输送机的工作模式的具体操作为：

当85％I额总≤I总≤I额总时，控制器控制采用串联电机驱动的刮板输送机中各电机保持按照额定功率投入工作，具体是通过控制变频器实现电机调速，其中，I总为所有电机组中所有电机的实时总电流，I总＝∑Ii，i∈[1,M*(N1+N2)]，I额总＝M*(N1+N2)*I单额，I单额为电机的额定电流；

当I总＜85％I额总时，控制器控制采用串联电机驱动的刮板输送机进入分档调整模式。

当进入分档调整模式后，控制器可进行分档控制。本实用新型提供了2种控制方案，分别为机头驱动部和机尾驱动部的整体联合控制方案、以及机头驱动部与机尾驱动部分别控制方案。

下面对机头驱动部和机尾驱动部的整体联合控制方案作出说明，分档控制指令，包括停止投入控制指令以及增加投入控制指令中至少一种：

对于需要减少电机投入数目的情况，当|I总-I额总|≥K1×I单额时，控制器根据I总计算出停止投入电机总数N计-，N计-＝|I总-I额总|/(K1×I单额)，N计-采用下取整运算输出结果；计算出各动力部中单个动力部所需停止投入电机数目N-，N-＝N计-/N动，其中，N动＝N1+N2，N-采用下取整运算输出结果；生成停止投入控制指令并发送至电机控制装置(5)，停止投入控制指令包含N-；N余＞N-状态下，电机控制装置执行停止投入控制指令，按照倒序顺序在每一个电机组中切断N-个处于投入状态的电机的电源，使各个电机组中投入电机数目相比于N余减少N-个，N余为单个电机组中处于投入状态的实时电机总数；这里，停止投入是指通过断路器进行电源切断，断电的电机会跟随工作的电机空转，以防电机发电导致过热损坏；

但对于需要增加电机投入数目的情况，I总≥(I单额×Q)时，控制器根据I总计算出增加投入电机总数N计+，N计+＝|I总-(I单额×Q)|/(K2×I单额)，其中，Q为实时运行的电机总数，N计+采用上取整运算输出结果；计算出各动力部所需增加投入电机数目N+，N+＝N计+/N动，N+采用上取整运算输出结果；生成增加投入控制指令并发送至电机控制装置，增加投入控制指令包含N+；M-N余≥N+状态下，电机控制装置执行增加投入控制指令，按照正序顺序在每一个电机组中增加投入N+个处于掉电状态的电机(即给N+个电机通电令其转动)，使各个电机组中投入电机数目相比于N余增加N+个；M-N余小于N+状态下，电机控制装置执行增加投入控制指令，将各个电机组中所有电机投入使用。

下面对机头驱动部与机尾驱动部分别控制方案作出说明，分档控制指令包括机头停止投入控制指令、机头增加投入控制指令、机尾停止投入控制指令、机尾增加投入控制指令中至少一种：

对于机头驱动部需要减少电机投入数目的情况，计算位于机头驱动部中各电机的实时电流Ii之和I头总；当I头总＜I额总、且|I头总-I头额总|≥K1×I单额时，控制器根据I头总计算出停止投入电机总数N头计-，N头计-＝|I头总-I头额总|/(K1×I单额)，其中，I头额总为机头驱动部中所有电机的额定电流之和，I头额总＝N1M×I单额，N头计-采用下取整运算输出结果；计算出机头驱动部中单个动力部所需停止投入电机数目N头-，N头-＝N头计-/N1，其中，N头-采用下取整运算输出结果；生成机头停止投入控制指令并发送至电机控制装置(5)，机头停止投入控制指令包含N头-；N头余＞N头-状态下，电机控制装置执行机头停止投入控制指令，按照倒序顺序在机头驱动部中每一个电机组中切断N头-个处于投入状态的电机的电源，使机头驱动部的各个电机组中投入电机数目相比于N头余减少N头-个，N头余为机头驱动部中单个电机组中处于投入状态的实时电机总数；

对于机头驱动部需要增加电机投入数目的情况，I头总≥(I单额×Q头)时，控制器根据I总计算出增加投入电机总数N头计+，N头计+＝|I头总-(I单额×Q头)|/(K2×I单额)，其中，Q头为机头驱动部中实时运行的电机总数，N头计+采用上取整运算输出结果；计算出机头驱动部中单个动力部所需增加投入电机数目N头+，N头+＝N头计+/N1，N头+采用上取整运算输出结果；生成机头增加投入控制指令并发送至电机控制装置，机头增加投入控制指令包含N头+；M-N头余≥N头+状态下，电机控制装置执行机头增加投入控制指令，按照正序顺序在机头驱动部的每一个电机组中增加投入N头+个处于掉电状态的电机，使机头驱动部的各个电机组中投入电机数目相比于N头余增加N头+个；M-N头余＜N头+状态下，电机控制装置执行增加投入控制指令，将各个机头驱动部的电机组中所有电机投入使用；

对于机尾驱动部需要减少电机投入数目的情况，计算位于机尾驱动部中各电机的实时电流Ii之和I尾总；当I尾总＜I额总、且|I尾总-I尾额总|≥K1×I单额时，控制器根据I尾总计算出停止投入电机总数N尾计-，N尾计-＝|I尾总-I尾额总|/(K1×I单额)，其中，I尾额总为机尾驱动部中所有电机的额定电流之和，I尾额总＝N2M×I单额，N尾计-采用下取整运算输出结果；计算出机尾驱动部中单个动力部所需停止投入电机数目N尾-，N尾-＝N尾计-/N2，其中，N尾-采用下取整运算输出结果；生成机尾停止投入控制指令并发送至电机控制装置(5)，机尾停止投入控制指令包含N尾-；N尾余＞N尾-状态下，电机控制装置执行机尾停止投入控制指令，按照倒序顺序在机尾驱动部中每一个电机组中切断N尾-个处于投入状态的电机的电源，使机尾驱动部的各个电机组中投入电机数目相比于N尾余减少N尾-个，N尾余为机尾驱动部中单个电机组中处于投入状态的实时电机总数；

对于机尾驱动部需要增加电机投入数目的情况，I尾总≥(I单额×Q尾)时，控制器根据I总计算出增加投入电机总数N尾计+，N尾计+＝|I尾总-(I单额×Q尾)|/(K2×I单额)，其中，Q尾为机尾驱动部中实时运行的电机总数，N尾计+采用上取整运算输出结果；计算出机尾驱动部中各动力部所需增加投入电机数目N尾+，N尾+＝N尾计+/N2，N尾+采用上取整运算输出结果；生成机尾增加投入控制指令并发送至电机控制装置，机尾增加投入控制指令包含N尾+；M-N尾余≥N尾+状态下，电机控制装置执行机尾增加投入控制指令，按照正序顺序在机尾驱动部的每一个电机组中增加投入N尾+个处于掉电状态的电机，使机尾驱动部的各个电机组中投入电机数目相比于N尾余增加N尾+个；M-N尾余＜N尾+状态下，电机控制装置执行增加投入控制指令，将各个机尾驱动部的电机组中所有电机投入使用。

上述采集装置的采集周期T为60s-90s；K1值的取值范围为1.1～1.2；K2值的取0.95。

通过本实用新型的方案，将驱动部中的大功率电机改为电机组，多个电动机的功率之和为驱动部的总功率，电机组中多个电机通过紧固件首尾串联在一起，每个电机的功率小，直径小，组成的电机组为细长结构，增加刮板输送机在驱动部处的空间。

控制器可以根据刮板输送机的负载情况控制电机的投入使用数量，匹配负载要求，从而使电机在最佳功率因素和效率最高的区间运行。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。