一种电动辊轮机、控制方法及电动辊轮系统

技术领域

本发明属于高压电缆铺设技术领域，特别涉及一种电动辊轮机、控制方法及电动辊轮系统。

背景技术

将高压电缆铺设在电缆隧道内，传统的方式多采用人力或集中式的电缆拖拽机器，把电缆通过拖拽的方式铺设在电缆隧道内。这种方法容易造成电缆损伤，并且要为电缆拖拽机器铺设动力电缆，工作效率低下。并且电缆拖拽设备体积和重量大，现场搬运困难复杂。

又如专利号为201010553860.X的专利申请文件中，提出的电缆铺设方式，采用多台拖拽设备和电动滚轮混合施工同步控制。由于各设备控制器和设备分离，通过大量的集中式控制箱来对分散的设备进行控制，现场布线复杂，工作效率低，可靠性低，现场容易存在漏电安全隐患；并且任何一个电动滚轮发生故障，将要停止整组滚轮，使现场施工停止，施工效率大大降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种电动辊轮机，所述电动辊轮机包括辊轮主体、电机、控制器和电池包；

所述辊轮主体包括辊轮组件和支架，所述辊轮组件、控制器和电池包均安装在所述支架上；

所述电机设置在支架的一侧；所述控制器分别与电机、电池包电性连接；所述电机与辊轮组件传动连接。

进一步的，所述辊轮组件包括辊轮和辊轮套；

所述辊轮通过轴承转动安装在支架上，所述辊轮套套接在所述辊轮的曲面外壁上；

所述电机固定安装在支架上，所述电机通过减速器与辊轮传动连接。

进一步的，所述辊轮组件包括辊轮、辊轮架和辊轮套；

所述辊轮设置为圆柱状空心结构，所述辊轮通过轴承转动套接在辊轮架上；所述辊轮架固定安装在支架上；

所述电机设置在辊轮的内部空腔中，所述电机固定安装在辊轮架上，所述电机通过减速器与辊轮传动连接；所述辊轮套固定套接在辊轮的曲面外壁上。

进一步的，所述辊轮组件包括辊轮、辊轮架和辊轮套；

所述辊轮设置为圆柱状空心结构，所述辊轮通过轴承转动套接在辊轮架上；所述辊轮架固定安装在支架上；

所述电机包括电机转子和电机定子，电机转子和电机定子均位于辊轮内部空腔中；所述电机定子固定安装在辊轮架上，所述电机转子固定安装在辊轮的曲面内壁上，且所述电机转子和电机定子可配合运行；所述辊轮套固定套接在辊轮的曲面外壁上。

进一步的，所述电池包采用可充电电池，且设置为可拆卸式结构。

进一步的，所述电动辊轮机的控制电路包括：电机驱动电路模块、电池包管理电路模块和通信模块；所述电机驱动电路模块、电池包管理电路模块和通信模块相互电性连接；

所述电池包管理电路模块用于监测电池包与控制器的线路连接状态，并根据线路连接状态控制电池包状态；以及对电池包中的电芯参数进行测量，计算电池包电量；

电机驱动电路模块用于控制电机进行正常运行、反拖空转或反拖发电；

所述通信模块用于与外部控制设备建立通信连接。

进一步的，所述电机驱动电路模块和通信模块可集成在控制器内；所述电池包管理电路模块可集成在电池包内。

本发明提供了一种电动辊轮机控制方法，所述控制方法包括：

控制器实时获取辊轮机实际参数，将辊轮机实际参数与控制阈值进行对比，生成控制指令；

根据控制指令控制电机运行状态。

进一步的，所述辊轮机实际参数包括电池包实际电量；

所述控制阈值包括电池包控制阈值；其中，所述电池包控制阈值包括第一电池包控制阈值和第二电池包控制阈值。

进一步的，所述将辊轮机实际参数与控制阈值进行对比，生成控制指令，包括：

当电池包实际电量高于第一电池包控制阈值时，控制器生成正常运行指令；

当电池包实际电量低于或等于第一电池包控制阈值，且大于第二电池包控制阈值，控制器生成反拖空转指令；

当电池包实际电量低于或等于第二电池包控制阈值时，控制器生成反拖发电指令。

进一步的，所述根据控制指令控制电机运行状态，包括：

控制器生成正常运行指令，则控制电机正常运行；

控制器生成反拖空转指令，则控制电机进入反拖空转模式；

控制器生成反拖发电指令，则控制电机进入反拖发电模式。

本发明提供了一种电动辊轮系统，所述电动辊轮系统包括中控设备和若干组电动辊轮机；若干组所述电动辊轮机依次排布，构建出辊轮输送通道；所述中控设备分别与各电动辊轮机的控制器信号连接，用于通过各控制器控制对应电动辊轮机运行。

进一步的，所述控制器和中控设备中均设置有无线通信模块，所述控制器和中控设备通过无线通信方式信号连接。

本发明的有益效果是：

1.电动辊轮机结构精巧，便于在电缆隧道环境中实施，提高了施工效率；并且电动辊轮机采用电池包供电，施工现场无需架设供电电缆，大大节约了施工效率，减少了安全隐患；

2.各电动辊轮机独立执行控制方法，在面对不同条件时，各电动辊轮机能够及时调整自身运行状态，使得装置工作更加稳定可靠；

3.电动辊轮系统由若干组电动辊轮机依次排布，构建出辊轮输送通道；可根据施工要求，设置电动辊轮机的数量，调整辊轮输送通道的长度；所有电动辊轮机实现联动，使电缆在输送过程中受力均匀，避免磨损；

4.各电动辊轮机上均设置有控制器，在部分电动辊轮机出现故障无法运行时，不会影响其它电动辊轮机正常运行，使电动辊轮系统能够保持正常运行，提高了电动辊轮系统的鲁棒性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的电动辊轮机的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的电机设置在辊轮套内的电动辊轮机的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的电机和辊轮主体设置一体的电动辊轮机的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的电动辊轮机控制方法的流程示意图；

图5示出了本发明实施例的电动辊轮机的控制电路结构示意图；

图6示出了本发明实施例的电动辊轮系统的结构示意图。

图中：1-支架、2-辊轮、201-辊轮架、3-辊轮套、4-导向轮、5-减速器、6-电机、601-电机转子、602-电机定子、7-控制器、8-电池包、9-高压电缆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以铺设高压电缆为例，本发明实施例提供了一种电动辊轮机，如图1所示，所述电动辊轮机包括辊轮主体、电机6、控制器7和电池包8。

所述辊轮主体包括支架1、辊轮2和辊轮套3。所述辊轮2通过轴承转动安装在支架1上，所述辊轮套3固定套接在辊轮2的曲面外壁上。所述电机6设置在支架的一侧，且电机6通过减速器5与辊轮2传动连接。

具体的，所述电机6的输出轴一端与减速器5输入端传动连接，所述减速器5的输出轴一端与辊轮2的一端传动连接。电机6提供动力，可驱动辊轮2转动，从而实现辊轮套3带动放置在其上的高压电缆9移动。

所述控制器7和电池包8均安装在支架1上，且控制器7分别与电机6、电池包8电性连接；电池包8为装置提供工作电压，控制器7控制电机6的运行状态。由电池包8为电动辊轮机提供工作电压，减少了供电电缆的设置，优化了装置结构，便于装置在电缆隧道环境中实施。

需要说明的是，所述减速器5和电机6均可集成在支架1上，使装置结构更加紧凑、小巧，便于装置在电缆隧道环境中实施。另外，所述支架1为电动辊轮机的支撑主体，其结构可根据实施环境需要进行适应性调整，此处不作限定。

为进一步缩小上述电动辊轮机的产品尺寸，还可将电机6和减速器5设置在辊轮2的内部，示例性的，如图2所示。所述辊轮2设置为圆柱状空心结构，所述辊轮2通过轴承转动套接在辊轮架201上。

所述辊轮架201固定安装在支架1上；所述电机6和减速器5均设置在辊轮2的内部空腔中，所述电机6固定安装在辊轮架201上，所述减速器5的本体固定安装在辊轮架201上，所述电机6的输出轴与减速器5的输入端传动连接，所述减速器5的输出轴与辊轮2传动连接；所述辊轮套3固定套接在辊轮2的曲面外壁上。

所述控制器7和电池包8均安装在支架1上，且控制器7分别与电机6、电池包8电性连接；所述控制器7用于为电机6提供工作电压，控制电机6运行状态；电机6提供动力，通过减速器5带动辊轮2转动，从而实现辊轮套3带动放置在其上的高压电缆9移动。

将电机6和减速器5设置在辊轮套3的内部，进一步缩小了装置的尺寸，便于装置在电缆隧道环境中实施。

优选的，在上述电动辊轮机的基础上，还可将电机6、减速器5和辊轮主体进行融合设计，进一步缩小装置尺寸。示例性的，如图3所示，所述辊轮2设置为圆柱状空心结构，所述辊轮2通过轴承转动套接在辊轮架201上。

所述辊轮架201固定安装在支架1上；所述电机6包括电机转子601和电机定子602，电机转子601和电机定子602均位于辊轮2内部空腔中。其中，所述电机定子602固定安装在辊轮架201上，所述电机转子601固定安装在辊轮2的曲面内壁上，且所述电机转子601和电机定子602可配合运行，即通过磁场耦合，电机定子602能够驱动电机转子601做旋转运动。所述辊轮套3固定套接在辊轮2的曲面外壁上。

所述控制器7和电池包8均安装在支架1上，且控制器7分别与电机定子6、电池包8电性连接；所述控制器7用于为电机定子602提供工作电压，控制电机转子601携带辊轮2转动，从而实现辊轮套3带动放置在其上的高压电缆9移动。

将电机6和辊轮主体在物理结构融合为一个零件，取消了减速器，进一步简化了装置结构，并且降低了装置运行时产生的噪音，提高了输送速度。

具体的，所述电池包8采用可充电电池。

优选的，所述电池包8可设置为可拆卸式结构，在电池包8低电量时，便于更换操作。

优选的，如图1-3所示，所述辊轮套3的曲面外壁设置有环形凹槽。在工作时，高压电缆9位于环形凹槽的上端槽内。环形凹槽的设置，增大了辊轮套3与高压电缆9的接触面，并且起到约束高压电缆9的作用，使高压电缆9在输送过程中，始终保持在辊轮套3的环形凹槽中，提高了高压电缆9输送的可靠性。

优选的，所述环形凹槽的槽壁上还可设置防滑纹路，增大与高压电缆9的摩擦力，确保电缆输送过程稳定可靠。

优选的，所述支架1上还设置有导向轮4，两组导向轮4对称设置在所述辊轮套3的两侧，用于对位于所述辊轮套3上的高压电缆9进行限位导向。确保高压电缆9按照规定路径稳定移动，提高了装置的实用性。

在上述电动辊轮机的基础上，本发明实施例还提供了一种电动辊轮机控制方法，示例性的，如图4所示，所述电动辊轮机控制方法包括：

控制器实时获取辊轮机实际参数，将辊轮机实际参数与控制阈值进行对比，生成控制指令；

根据控制指令控制电机运行状态。

具体的，所述辊轮机实际参数包括但不限于电池包实际电量和电机实际转速。所述控制阈值为预设阈值，包括但不限于电池包控制阈值和电机转速阈值。

具体的，所述电池包控制阈值包括但不限于第一电池包控制阈值和第二电池包控制阈值，其中，第一电池包控制阈值大于第二电池包控制阈值。电机转速阈值包括但不限于第一电机转速阈值、第二电机转速阈值和第三电机转速阈值，其中，第一电机转速阈值小于第二电机转速阈值，第二电机转速阈值小于第三电机转速阈值。

进一步的，将所述辊轮机实际参数与控制阈值进行对比，生成控制指令，包括：

当电池包实际电量高于第一电池包控制阈值时，控制器生成正常运行指令；

当电池包实际电量低于或等于第一电池包控制阈值，且大于第二电池包控制阈值，控制器生成反拖空转指令；

当电池包实际电量低于或等于第二电池包控制阈值时，控制器生成反拖发电指令。

进一步的，所述根据控制指令控制电机运行状态，包括：

控制器生成正常运行指令，则控制电机正常运行；

控制器生成反拖空转指令，则控制电机进入反拖空转模式；

控制器生成反拖发电指令，则控制电机进入反拖发电模式。

具体的，所述反拖空转模式是指：当前电池包电量低，无法为电机的正常运行提供工作电压，但能够满足控制器联网通信功能的用电。此时电机与电源断开连接，电机不做功，电机转子跟随辊轮空转。从而降低了辊轮对高压电缆输送的阻力，并保护控制器不受高反电动势损坏。

所述反拖发电模式是指：当前电池包电量极低，无法为电机的正常运行提供工作电压，且也无法满足控制器联网通信功能的用电。此时电机处于被辊轮反拖发电，即辊轮带动电机转子转动，对电池包进行充电操作。通过反拖发电，能够及时为电池包补充电量，确保电动辊轮机的联网通信功能始终能够正常使用，提高装置的稳定性。

进一步的，所述电动辊轮机控制方法还包括：

获取电池包与控制器电源接口处的绝缘电阻，判断绝缘电阻是否大于电阻阈值；

若是，则控制电池包进行供电；否则，则控制电池包停止供电。

需要说明的是，所述绝缘电阻属于辊轮机实际参数，所述电阻阈值属于控制阈值，为预设阈值。当电池包输出接口与控制器电源输入接口连接后，若连接处产生的绝缘电阻高于电阻阈值，则表示电池包和控制器间的电源线路连接正常，此时电池包可为电动辊轮机进行供电；若连接处产生的绝缘电阻低于或等于电阻阈值，则表示电池包和控制器间的线路连接异常，此时电池包无法为电动辊轮机进行供电。通过监测电池包线路接通状态，提高了装置的安全性。

进一步的，所述电动辊轮机控制方法还包括：若控制器发生故障，则切断电池包与控制器间的电源线路。防止电机因被反拖速度过高，而导致反电动势高于电池包电压，从而给电池包充电。避免辊轮对被高压电缆输送产生过大的阻力，或电池包被过度充电而造成损坏。

示例性的，以电机采用永磁无刷电机为例，所述电动辊轮机可采用图5所示的控制电路，所述控制电路包括但不限于电机驱动电路模块、电池包管理电路模块和通信模块；所述电机驱动电路模块、电池包管理电路模块和通信模块相互电性连接；其中，所述电机驱动电路模块包括功率模块和非功率模块。

具体的，所述电池包管理电路模块用于监测电池包与控制器的线路连接状态，并根据线路连接状态控制电池包状态。

例如，当电池包安装在电动辊轮机上后，所述电池包管理电路模块获取到的绝缘电阻高于电阻阈值，则闭合开关K

进一步的，所述电池包管理电路模块还用于对电池包中的电芯参数进行测量，计算电池包电量，并基于电芯参数具备故障诊断和保护功能；其中，所述电芯参数包括但不限于电压、电流和温度。

例如，当控制器发生故障无法正常工作时，所述电池包管理电路模块会打开开关K

进一步的，所述功率模块用于控制电机进行正常运行或反拖空转。

例如，电机在正常运行状态下时，所述功率模块中的功率管S

若电池包实际电量低于或等于第一电池包控制阈值，且大于第二电池包控制阈值，并且电机实际转速大于第一电机转速阈值时，此时电机的反电动势低于电池包实际电压。控制器全部关断功率管S

若电池包实际电量低于或等于第一电池包控制阈值，且大于第二电池包控制阈值，并且电机实际转速大于第二电机转速阈值时，此时电机的反电动势高于电池包实际电压，且低于功率管和直流支撑电容C

若电池包实际电量低于或等于第一电池包控制阈值，且大于第二电池包控制阈值，并且电机实际转速大于第三电机转速阈值时，此时电机的反电动势高于电池包实际电压，且高于功率管和直流支撑电容C

所述非功率模块用于控制所述功率模块按照既定策略工作，使电机进行反拖发电。

若电池包实际电量低于或等于第二电池包控制阈值时，此时通信电路模块无法完成联网通信功能。控制器闭合开关K

所述通信模块用于与外部控制设备建立通信连接。例如，中控设备可通过通信模块向各电动辊轮机的控制器下达控制指令，实现对各电动辊轮机的控制操作。

优选的，所述通信模块采用无线通信方式。所述控制器和中控设备通过无线通信方式信号连接，优化了电动辊轮机结构，便于电动辊轮机在电缆隧道环境中实施。

优选的，所述电机驱动电路模块和通信模块可集成在控制器内；所述电池包管理电路模块可集成在电池包内。

进一步的，如图5所示，所述非功率模块还包括相电流测量模块和转子位置测量模块；所述相电流测量模块用于对三相线中电流的大小进行测量；所述转子位置测量模块对电机转子和电机定子之间的相对转角位置进行测量。

需要说明的是，上述实施例中提出电动辊轮机控制方法，是基于永磁无刷电机实施的。对于其它类型电机，例如直流有刷电机、异步电机、开关磁阻电机和无永磁的电机等，在本实施例基础上，可以对控制电路结构进行适应性调整，此处不做赘述。

基于上述电动辊轮机和控制方法，本发明实施例还提供了一种电动辊轮系统，示例性的，如图6所示，所述电动辊轮系统包括若干组所述电动辊轮机和中控设备。若干组所述电动辊轮机依次排布，构建出辊轮输送通道，高压电缆可在辊轮输送通道内移动；所述中控设备分别与各电动辊轮机的控制器信号连接。中控设备可根据各控制器同时控制所有电动辊轮机运行，实现多机联动。并且由于各电动辊轮机上均设置有控制器，因此，在部分电动辊轮机出现故障无法运行时，不会影响其它电动辊轮机正常运行，使电动辊轮系统能够保持正常运行，提高了电动辊轮系统的鲁棒性。

在进行高压电缆铺设时，通过设置在电缆隧道外的放线设备，慢慢把线缆展开，送入隧道口。高压电缆的一段搭在第一个电动辊轮机的滚轮套上，电动辊轮系统即可对高压电缆进行输送。

优选的，所述控制器和中控设备中均设置有无线通信模块，所述控制器和中控设备通过无线通信方式信号连接，优化了电动辊轮系统结构，便于电动辊轮系统在电缆隧道环境中实施。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。