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专利名称:步进与直流通用型电机的制作方法
本发明涉及一种步进与直流通用型电机,也称BZ系列电机。
对已有的实现电机各种定位作用的定位系统,在生产与实践中遇到的问题较多,往往是结构复杂,特别是对较大容量的电机的预定位置控制是比较困难的。有人提出一种可控的电气结构的定位系统,如美国US3395323专利文献。由于该技术在预定的停车位置上不具有定位力矩,只能应用于摩擦力型负荷,不能适应多种负荷力矩的需要,另外它所称的定位精度高是指对圆周上某一位置而言,而对行程定位精度差,且定位系统与电机分离,给安装和施工带来不便。
本发明的目的是为了克服上述的不足,提供一种适用于各种不同性质负荷的定位机构与原电机整流子成一整体的对行程定位控制精度高的并可记录行程的步进与直流通用型电机。
图1是2极步进与直流通用型电机制动原理图。图2是2极步进与直流通用型电机整流子结构图。在与原有电刷相隔90°电角度的位置设置制动电刷7、8与原有换向片相隔90°电角度的制动换向片5、6相接触。当电枢绕组通电时,转子在定子磁场的作用下,沿顺时针方向旋转,在需要停车时,断开原有电刷的供电,同时给制动电刷7、8供电,使旋转的电枢受到制动力矩的作用,并在转动90°电角度时,受到最大制动力矩,当电枢电流为额定值时,最大制动力矩为额定力矩。在转子降到一定转速后给出停车信号,将电枢电流切换到制动换向片
5、6,此时制动力矩将转子准确地停在预定的磁极中心线±90°电角度之内。对制动电流应采取限流措施。对额定转速1200转/分的电机,在降到1/10额定转速以下停车,切换元件的执行时间小于125ms。
这样在电机运行过程中保持一台完整的直流电机,对其行程进行记录,在达到预定位置时,利用直流电机内部有严格按几何角度分布的定子磁极,通过给电枢绕组特定的供电方式,产生制动力矩,使转子准确地停在与磁极对应的几何角度上。定位分辩率α=360°/磁极数,定位误差在±360°/2倍磁极数。
根据上述原理,为达到本发明的目的,采取如下技术方案。
在包括基座、主磁极、电刷装置、风扇、电枢绕组、转子铁芯、整流子的现有直流电机不变的情况下,在整流子侧或适当的位置分别设有制动换向片、脉冲发生器滑片、制动电刷及脉冲发生器电刷。
制动换向片可根据不同情况做成圆弧形或圆环形,圆弧形制动换向片分别与整流子上相隔180°电角度的原有换向片相连。圆环形制动换向片分别与整流子上相隔360°电角度的原有换向片相连。圆弧形制动换向片每只复盖近180°电角度,在每相邻的圆弧形制动换向片之间装有与换向片相同材质的元件,减少对制动电刷的冲击磨损,此件与相邻的制动换向片相绝缘,当电机转子转到此元件与制动电刷对正时,由于制动电刷的宽度
L1小于相邻两只制动换向片之间的宽度L1,防止制动电刷造成短路。为了减少制动电刷的数量,根据理论电枢绕组处于同极性电刷同侧相同的电角度上相连的换向片处于相同电位,故将相同电位的换向片短接后不会产生不良后果,可将制动换向片做为圆环形,并分别与整流子上相隔360°电角度的原有换向片相连。
脉冲发生器滑片由相互连接的圆环与矩形片构成,也可由相互连接的圆环与梯形片构成或者由相互连接的圆环与梯形片及矩形片构成,矩形片或梯形片的轴向中心线与制动换向片相连的原有换向片的轴向中心线在同一电角度位置上。
与圆弧形制动换向片相接触的制动电刷设置在与原有电刷相隔90°电角度的位置上,与相隔360°电角度的圆弧形制动换向片对应的电刷并接后引出引线。与圆弧形制动换向片相接触的制动电刷可设置在任意电角度位置上。
与梯形片或矩形片相接触的脉冲发生器电刷设置在与原有电刷成90°电角度位置上,并可在轴向或沿圆周方向调节,与圆环相接触的脉冲发生器电刷可设置在任意电角度位置上。
本发明由于采取了上述技术方案,与现有技术相比,除具有效率高,运行特性好,成本低等优点外,还具有对行程定位控制精度高,定位分辩率
α=360°/磁极数,定位误差在±360°/2倍磁极数,并可记录行程。因而使大功率直流电机拖动系统的行程位置控制成为简单易行。当采用本发明电机取代步进电机时,可得到优良的速度、电流和功率控制。
图1是2极步进与直流通用型电机制动原理图。
图2是2极步进与直流通用型电机整流子结构图。
图1-1是2极步进与直流通用型电机整流子主视图。
图1-2是图1-1的M-M剖面图。
图1-3是图1-1的N-N剖面图。
图1-4是图1-1的P-P剖面图。
图1-5是图1-1的Q-Q剖面图。
图2-1是4极直流与步进通用型电机整流子主视图。
图2-2是图2-1的M-M剖面图。
图2-3是图2-1的N-N剖面图。
图2-4是图2-1的P-P剖面图。
图2-5是图2-1的Q-Q剖面图。
图3-1是8极步进与直流通用型电机整流子主视图。
图3-2是图3-1的R-R剖面图。
图3-3是图3-1的M-M剖面图。
图3-4是图3-1的N-N剖面图。
图3-5是图3-1的P-P剖面图。
图3-6是图3-1的Q-Q剖面图。
图3-7是图3-5的S-S剖面图。
图3-8是8极步进与直流通用型电机制动电枢供电图。
图3-9是8极步进与直流通用型电机电枢供电控制图。
下面结合附图所示的实施例对本发明步进与直流通用型电机进行详细描述。
图1-1是2极步进与直流通用型电机整流子主视图。电机基座、主磁极、电刷装置、风扇、电枢绕组、转子铁芯的结构不变,仅将整流子侧的转子轴加长,相应的整流子绝缘基座套筒16a也加长,在整流子外侧的整流子绝缘基座套筒上设置圆弧形制动换向片5a和6a,制动换向片5a和6a分别与整流子上相隔180°电角度的换向片2a和3a相连,每只制动换向片复盖近180°电角度。在相邻制动换向片5a和6a之间装有与换向片相同材质的元件19a,以减少对制动电刷7a、8a的冲击磨损,元件19a与制动换向片相绝缘。当电机转子转到元件19a与制动电刷对正时,由于制动电刷的宽度L1小于制动换向片5a和6a之间的宽度L1,防止制动电刷造成短路。
在制动换向片的外侧装有由相互连接的圆环10a和梯形片9a构成的脉冲发生器滑片,并使每个梯形片9a的轴向中心线分别与制动换向片5a和6a相连的原有换向片2a和3a的轴向中心线在同一电角度位置上。
与制动换向片接触的制动电刷7a、8a设置在与原有电刷
1a相隔90°电角度的位置上。由于2极电机旋转一周为360°电角度,所以只有两只不同极性的制动电刷7a、8a各引出引线。
脉冲发生器电刷12a设置在与原有电刷相隔90°电角度位置上,可轴向调节,以提前发出脉冲,补偿切换元件及控制系统的时滞,达到最佳制动效果。另一个脉冲发生器电刷13a可设置在任意电角度位置上。
图2-1是4极步进与直流通用型电机整流子主视图。与上述实施例一样将整流子侧的转子轴和相应的整流子绝缘基座套筒16b加长,在整流子外侧整流子绝缘基座套筒上设置圆弧形制动换向片5b和6b,每只制动换向片复盖近180°电角度,制动换向片5b和6b分别与整流子上相隔180°电角度的原有换向片2b和3b相连。在相邻的制动换向片5b和6b之间装有与换向片相同材质的元件19b,以减少对制动电刷7b、8b的冲击磨损,元件19b与制动换向片相绝缘,当电机转子转到元件19b与制动电刷对正时,由于制动电刷的宽度L1小于制动换向片5b和6b之间的宽度L1,防止制动电刷造成短路。
在制动换向片外侧的整流子绝缘基座套筒16b。装有相互连接的圆环10b与矩形片9b构成的脉冲发生器滑片,并使矩形片9b的轴向中心线分别与制动换向片相连的原有换向片2b和3b的轴向中心线在同一电角度位置上。
与制动换向片5b、6b相接触的制动电刷7b、8b分别设置在原有电刷相隔90°电角度的位置上,两只相对的制动电刷7b并接后作出引线,另两只相对的制动电刷8b并接后作出另一引线。
与矩形片9b相接触的脉冲发生器电刷12b设置在与原有电刷相隔90°电角度位置上,可沿圆周方向在±90°电角度范围内调节,以提前发出脉冲,补偿切换元件及控制系统的时滞,达到最佳制动效果,与圆环10b相接触的脉冲发生器电刷13b可设置在任意电角度位置上。
电机转动后,通过脉冲发生器电刷12b、13b与脉冲发生器滑片的通断,记录电机转子转过的电角度,到达预定位置时,经脉冲发生器电刷12b、13b及其脉冲发生器滑片发出准确的信号,切断经原有电刷1b向电枢绕组的供电,同时接通由制动电刷7b、8b向电枢绕组的供电,以制动停车。
图3-1是8级步进与直流通用型电机整流子主视图。与上述2极、4极电机一样将电机整流子侧的转子轴和相应的整流子绝缘基座套筒16c加长,在整流子外侧的整流子绝缘基座套筒上设置圆环形制动换向片5c、6c,制动换向片5c与整流子上相隔360°电角度的原有换向片2c相连,制动换向片6c经元件17c与整流子上另一相隔360°电角度的原有换向片3c相连。
在制动换向片外侧的整流子绝缘基座套筒16c。装有由相互连接的圆环
10c、梯形片9c和矩形片11c构成的脉冲发生器滑片,并使梯形片9c中心线分别与制动换向片5c、6c相连的原有换向片2c、3c的轴向中心线在同一电角度位置上。
与制动换向片5c、6c相接触的制动电刷7c、8c可设置在任意电角度位置上。与梯形片9c相接触的脉冲发生器电刷12c设置在与原有电刷1c相隔90°电角度位置上,可轴向移动调节,使其与梯形片9c接触于不同位置,达到提前脉冲。与圆环10c相接触的脉冲发生器电刷13c可设置在任意电角度位置上。
由于制动换向片5c、6c是圆环形,不起换向作用,为此设有矩形片11c及脉冲发生器电刷14c、15c。矩形片11c的宽度L2小于脉冲发生器电刷14c、15c之间的宽度L2,以防止脉冲发生器电刷14c、15c同时接通矩形片11c造成短路,矩形片11c复盖近90°电角度,其轴向中心线可与整流子上原有换向片4c的轴向中心线在同一电角度位置上,其目的是变换制动电刷7c、8c中通电的极性,使制动开始时刻转子S极能恰好位于定子N极之下,避免出现转子S极位于定子S极之下,脉冲发生器电刷14c与15c相隔180°电角度,且分别于定子磁极对正在同一个电角度位置上,其中一只脉冲发生器电刷14c或15c位于定子N极位置时,另一脉冲发生器电刷15c或14c则与定子S极对正,与之对应的图3-8是8极步进与直流通用型电机制动电枢供电图。以J1接通时电枢电流为正,则
J2接通时电枢电流为负。
图3-9是8极步进与直流通用型电机制动电枢供电控制图。当脉冲发生器电刷14c与矩形片11c接通时可给出停车信号,使K闭合,则J1接通,电枢电流为正,转子磁极S位于定子N极之下,在预定位置准确制动。如果转子再继续转动180°电角度时得到停车信号,则脉冲发生器电刷15c与矩形片11c接通,J2动作,电枢电流反向接通,仍能使转子S极位于定子N极之下,实现准确制动。
以上对2极、4极、8极步进与直流通用型电机的实施例的描述,也可适用于其他极对数的步进与直流通用型电机,只要能满足制动时刻转子S极位于定子N极之下,并在转子可能继续旋转的±90°电角度之内,电枢电流不换向的条件下都可达到准确停车。
权利要求
,包括基座、主磁极、电刷装置、风扇、电枢绕组、转子铁心、整流子所组成,其特征在于在直流电机整流子侧分别设有制动换向片、脉冲发生器滑片、制动电刷及脉冲发生器电刷。
1所述的步进与直流通用型电机,其特征在于制动换向片为圆弧形或圆环形,圆弧形制动换向片分别与整流子上相隔
180°电角度的原有换向片相连,圆环形制动换向片分别与整流子上相隔360°电角度的原有换向片相连。
1所述的步进与直流通用型电机,其特征在于脉冲发生器滑片由相互连接的圆环10a与梯形片9a构成,也可由相互连接的圆环10b与矩形片9b构成或由相互连接的圆环10c与梯形片9c及矩形片11c构成,矩形片9b或梯形片9a、9c的轴向中心线与制动换向片相连的原有换向片的轴向中心线在同一电角度位置上。
1所述的步进与直流通用型电机,其特征在于与圆弧形制动换向片接触的制动电刷7a、8a或7b、8b设置在与原有电刷相隔90°电角度位置上,与圆环形制动换向片接触的制动电刷7c、8c可设置在任意电角度位置上。
1所述的步进与直流通用型电机,其特征在于脉冲发生器电刷12a或12b或12c设置在与原有电刷相隔90°电角度的位置上,并可在轴向或沿圆周方向调节,与圆环接触的脉冲发生器电刷13a或13b或13c可设置在任意电角度位置上。
3所述的步进与直流通用型电机,其特征在于由相互连接的圆环10c与梯形片9c及矩形片11c构成的脉冲发生器滑片的矩形片