專利名稱:步進與直流通用型電機的制作方法
本發(fā)明涉及一種步進與直流通用型電機，也稱BZ系列電機。
對已有的實現(xiàn)電機各種定位作用的定位系統(tǒng)，在生產(chǎn)與實踐中遇到的問題較多，往往是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是對較大容量的電機的預(yù)定位置控制是比較困難的。有人提出一種可控的電氣結(jié)構(gòu)的定位系統(tǒng)，如美國US 3395323專利文獻。由于該技術(shù)在預(yù)定的停車位置上不具有定位力矩，只能應(yīng)用于摩擦力型負(fù)荷，不能適應(yīng)多種負(fù)荷力矩的需要，另外它所稱的定位精度高是指對圓周上某一位置而言，而對行程定位精度差，且定位系統(tǒng)與電機分離，給安裝和施工帶來不便。
本發(fā)明的目的是為了克服上述的不足，提供一種適用于各種不同性質(zhì)負(fù)荷的定位機構(gòu)與原電機整流子成一整體的對行程定位控制精度高的并可記錄行程的步進與直流通用型電機。
圖1是2極步進與直流通用型電機制動原理圖。圖2是2極步進與直流通用型電機整流子結(jié)構(gòu)圖。在與原有電刷相隔90°電角度的位置設(shè)置制動電刷7、8與原有換向片相隔90°電角度的制動換向片5、6相接觸。當(dāng)電樞繞組通電時，轉(zhuǎn)子在定子磁場的作用下，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，在需要停車時，斷開原有電刷的供電，同時給制動電刷7、8供電，使旋轉(zhuǎn)的電樞受到制動力矩的作用，并在轉(zhuǎn)動90°電角度時，受到最大制動力矩，當(dāng)電樞電流為額定值時，最大制動力矩為額定力矩。在轉(zhuǎn)子降到一定轉(zhuǎn)速后給出停車信號，將電樞電流切換到制動換向片5、6，此時制動力矩將轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確地停在預(yù)定的磁極中心線±90°電角度之內(nèi)。對制動電流應(yīng)采取限流措施。對額定轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分的電機，在降到1/10額定轉(zhuǎn)速以下停車，切換元件的執(zhí)行時間小于125ms。
這樣在電機運行過程中保持一臺完整的直流電機，對其行程進行記錄，在達到預(yù)定位置時，利用直流電機內(nèi)部有嚴(yán)格按幾何角度分布的定子磁極，通過給電樞繞組特定的供電方式，產(chǎn)生制動力矩，使轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確地停在與磁極對應(yīng)的幾何角度上。定位分辯率α＝360°/磁極數(shù)，定位誤差在±360°/2倍磁極數(shù)。
根據(jù)上述原理，為達到本發(fā)明的目的，采取如下技術(shù)方案。
在包括基座、主磁極、電刷裝置、風(fēng)扇、電樞繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯、整流子的現(xiàn)有直流電機不變的情況下，在整流子側(cè)或適當(dāng)?shù)奈恢梅謩e設(shè)有制動換向片、脈沖發(fā)生器滑片、制動電刷及脈沖發(fā)生器電刷。
制動換向片可根據(jù)不同情況做成圓弧形或圓環(huán)形，圓弧形制動換向片分別與整流子上相隔180°電角度的原有換向片相連。圓環(huán)形制動換向片分別與整流子上相隔360°電角度的原有換向片相連。圓弧形制動換向片每只復(fù)蓋近180°電角度，在每相鄰的圓弧形制動換向片之間裝有與換向片相同材質(zhì)的元件，減少對制動電刷的沖擊磨損，此件與相鄰的制動換向片相絕緣，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到此元件與制動電刷對正時，由于制動電刷的寬度L1小于相鄰兩只制動換向片之間的寬度L1，防止制動電刷造成短路。為了減少制動電刷的數(shù)量，根據(jù)理論電樞繞組處于同極性電刷同側(cè)相同的電角度上相連的換向片處于相同電位，故將相同電位的換向片短接后不會產(chǎn)生不良后果，可將制動換向片做為圓環(huán)形，并分別與整流子上相隔360°電角度的原有換向片相連。
脈沖發(fā)生器滑片由相互連接的圓環(huán)與矩形片構(gòu)成，也可由相互連接的圓環(huán)與梯形片構(gòu)成或者由相互連接的圓環(huán)與梯形片及矩形片構(gòu)成，矩形片或梯形片的軸向中心線與制動換向片相連的原有換向片的軸向中心線在同一電角度位置上。
與圓弧形制動換向片相接觸的制動電刷設(shè)置在與原有電刷相隔90°電角度的位置上，與相隔360°電角度的圓弧形制動換向片對應(yīng)的電刷并接后引出引線。與圓弧形制動換向片相接觸的制動電刷可設(shè)置在任意電角度位置上。
與梯形片或矩形片相接觸的脈沖發(fā)生器電刷設(shè)置在與原有電刷成90°電角度位置上，并可在軸向或沿圓周方向調(diào)節(jié)，與圓環(huán)相接觸的脈沖發(fā)生器電刷可設(shè)置在任意電角度位置上。
本發(fā)明由于采取了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，除具有效率高，運行特性好，成本低等優(yōu)點外，還具有對行程定位控制精度高，定位分辯率α＝360°/磁極數(shù)，定位誤差在±360°/2倍磁極數(shù)，并可記錄行程。因而使大功率直流電機拖動系統(tǒng)的行程位置控制成為簡單易行。當(dāng)采用本發(fā)明電機取代步進電機時，可得到優(yōu)良的速度、電流和功率控制。
圖1是2極步進與直流通用型電機制動原理圖。
圖2是2極步進與直流通用型電機整流子結(jié)構(gòu)圖。
圖1-1是2極步進與直流通用型電機整流子主視圖。
圖1-2是圖1-1的M-M剖面圖。
圖1-3是圖1-1的N-N剖面圖。
圖1-4是圖1-1的P-P剖面圖。
圖1-5是圖1-1的Q-Q剖面圖。
圖2-1是4極直流與步進通用型電機整流子主視圖。
圖2-2是圖2-1的M-M剖面圖。
圖2-3是圖2-1的N-N剖面圖。
圖2-4是圖2-1的P-P剖面圖。
圖2-5是圖2-1的Q-Q剖面圖。
圖3-1是8極步進與直流通用型電機整流子主視圖。
圖3-2是圖3-1的R-R剖面圖。
圖3-3是圖3-1的M-M剖面圖。
圖3-4是圖3-1的N-N剖面圖。
圖3-5是圖3-1的P-P剖面圖。
圖3-6是圖3-1的Q-Q剖面圖。
圖3-7是圖3-5的S-S剖面圖。
圖3-8是8極步進與直流通用型電機制動電樞供電圖。
圖3-9是8極步進與直流通用型電機電樞供電控制圖。
下面結(jié)合附圖所示的實施例對本發(fā)明步進與直流通用型電機進行詳細(xì)描述。
圖1-1是2極步進與直流通用型電機整流子主視圖。電機基座、主磁極、電刷裝置、風(fēng)扇、電樞繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)不變，僅將整流子側(cè)的轉(zhuǎn)子軸加長，相應(yīng)的整流子絕緣基座套筒16a也加長，在整流子外側(cè)的整流子絕緣基座套筒上設(shè)置圓弧形制動換向片5a和6a，制動換向片5a和6a分別與整流子上相隔180°電角度的換向片2a和3a相連，每只制動換向片復(fù)蓋近180°電角度。在相鄰制動換向片5a和6a之間裝有與換向片相同材質(zhì)的元件19a，以減少對制動電刷7a、8a的沖擊磨損，元件19a與制動換向片相絕緣。當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到元件19a與制動電刷對正時，由于制動電刷的寬度L1小于制動換向片5a和6a之間的寬度L1，防止制動電刷造成短路。
在制動換向片的外側(cè)裝有由相互連接的圓環(huán)10a和梯形片9a構(gòu)成的脈沖發(fā)生器滑片，并使每個梯形片9a的軸向中心線分別與制動換向片5a和6a相連的原有換向片2a和3a的軸向中心線在同一電角度位置上。
與制動換向片接觸的制動電刷7a、8a設(shè)置在與原有電刷1a相隔90°電角度的位置上。由于2極電機旋轉(zhuǎn)一周為360°電角度，所以只有兩只不同極性的制動電刷7a、8a各引出引線。
脈沖發(fā)生器電刷12a設(shè)置在與原有電刷相隔90°電角度位置上，可軸向調(diào)節(jié)，以提前發(fā)出脈沖，補償切換元件及控制系統(tǒng)的時滯，達到最佳制動效果。另一個脈沖發(fā)生器電刷13a可設(shè)置在任意電角度位置上。
圖2-1是4極步進與直流通用型電機整流子主視圖。與上述實施例一樣將整流子側(cè)的轉(zhuǎn)子軸和相應(yīng)的整流子絕緣基座套筒16b加長，在整流子外側(cè)整流子絕緣基座套筒上設(shè)置圓弧形制動換向片5b和6b，每只制動換向片復(fù)蓋近180°電角度，制動換向片5b和6b分別與整流子上相隔180°電角度的原有換向片2b和3b相連。在相鄰的制動換向片5b和6b之間裝有與換向片相同材質(zhì)的元件19b，以減少對制動電刷7b、8b的沖擊磨損，元件19b與制動換向片相絕緣，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到元件19b與制動電刷對正時，由于制動電刷的寬度L1小于制動換向片5b和6b之間的寬度L1，防止制動電刷造成短路。
在制動換向片外側(cè)的整流子絕緣基座套筒16b。裝有相互連接的圓環(huán)10b與矩形片9b構(gòu)成的脈沖發(fā)生器滑片，并使矩形片9b的軸向中心線分別與制動換向片相連的原有換向片2b和3b的軸向中心線在同一電角度位置上。
與制動換向片5b、6b相接觸的制動電刷7b、8b分別設(shè)置在原有電刷相隔90°電角度的位置上，兩只相對的制動電刷7b并接后作出引線，另兩只相對的制動電刷8b并接后作出另一引線。
與矩形片9b相接觸的脈沖發(fā)生器電刷12b設(shè)置在與原有電刷相隔90°電角度位置上，可沿圓周方向在±90°電角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以提前發(fā)出脈沖，補償切換元件及控制系統(tǒng)的時滯，達到最佳制動效果，與圓環(huán)10b相接觸的脈沖發(fā)生器電刷13b可設(shè)置在任意電角度位置上。
電機轉(zhuǎn)動后，通過脈沖發(fā)生器電刷12b、13b與脈沖發(fā)生器滑片的通斷，記錄電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度，到達預(yù)定位置時，經(jīng)脈沖發(fā)生器電刷12b、13b及其脈沖發(fā)生器滑片發(fā)出準(zhǔn)確的信號，切斷經(jīng)原有電刷1b向電樞繞組的供電，同時接通由制動電刷7b、8b向電樞繞組的供電，以制動停車。
圖3-1是8級步進與直流通用型電機整流子主視圖。與上述2極、4極電機一樣將電機整流子側(cè)的轉(zhuǎn)子軸和相應(yīng)的整流子絕緣基座套筒16c加長，在整流子外側(cè)的整流子絕緣基座套筒上設(shè)置圓環(huán)形制動換向片5c、6c，制動換向片5c與整流子上相隔360°電角度的原有換向片2c相連，制動換向片6c經(jīng)元件17c與整流子上另一相隔360°電角度的原有換向片3c相連。
在制動換向片外側(cè)的整流子絕緣基座套筒16c。裝有由相互連接的圓環(huán)10c、梯形片9c和矩形片11c構(gòu)成的脈沖發(fā)生器滑片，并使梯形片9c中心線分別與制動換向片5c、6c相連的原有換向片2c、3c的軸向中心線在同一電角度位置上。
與制動換向片5c、6c相接觸的制動電刷7c、8c可設(shè)置在任意電角度位置上。與梯形片9c相接觸的脈沖發(fā)生器電刷12c設(shè)置在與原有電刷1c相隔90°電角度位置上，可軸向移動調(diào)節(jié)，使其與梯形片9c接觸于不同位置，達到提前脈沖。與圓環(huán)10c相接觸的脈沖發(fā)生器電刷13c可設(shè)置在任意電角度位置上。
由于制動換向片5c、6c是圓環(huán)形，不起換向作用，為此設(shè)有矩形片11c及脈沖發(fā)生器電刷14c、15c。矩形片11c的寬度L2小于脈沖發(fā)生器電刷14c、15c之間的寬度L2，以防止脈沖發(fā)生器電刷14c、15c同時接通矩形片11c造成短路，矩形片11c復(fù)蓋近90°電角度，其軸向中心線可與整流子上原有換向片4c的軸向中心線在同一電角度位置上，其目的是變換制動電刷7c、8c中通電的極性，使制動開始時刻轉(zhuǎn)子S極能恰好位于定子N極之下，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子S極位于定子S極之下，脈沖發(fā)生器電刷14c與15c相隔180°電角度，且分別于定子磁極對正在同一個電角度位置上，其中一只脈沖發(fā)生器電刷14c或15c位于定子N極位置時，另一脈沖發(fā)生器電刷15c或14c則與定子S極對正，與之對應(yīng)的圖3-8是8極步進與直流通用型電機制動電樞供電圖。以J1接通時電樞電流為正，則J2接通時電樞電流為負(fù)。
圖3-9是8極步進與直流通用型電機制動電樞供電控制圖。當(dāng)脈沖發(fā)生器電刷14c與矩形片11c接通時可給出停車信號，使K閉合，則J1接通，電樞電流為正，轉(zhuǎn)子磁極S位于定子N極之下，在預(yù)定位置準(zhǔn)確制動。如果轉(zhuǎn)子再繼續(xù)轉(zhuǎn)動180°電角度時得到停車信號，則脈沖發(fā)生器電刷15c與矩形片11c接通，J2動作，電樞電流反向接通，仍能使轉(zhuǎn)子S極位于定子N極之下，實現(xiàn)準(zhǔn)確制動。
以上對2極、4極、8極步進與直流通用型電機的實施例的描述，也可適用于其他極對數(shù)的步進與直流通用型電機，只要能滿足制動時刻轉(zhuǎn)子S極位于定子N極之下，并在轉(zhuǎn)子可能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的±90°電角度之內(nèi)，電樞電流不換向的條件下都可達到準(zhǔn)確停車。
權(quán)利要求
1.一種用于行程定位控制精度高的可記錄行程的步進與直流通用型電機，包括基座、主磁極、電刷裝置、風(fēng)扇、電樞繞組、轉(zhuǎn)子鐵心、整流子所組成，其特征在于在直流電機整流子側(cè)分別設(shè)有制動換向片、脈沖發(fā)生器滑片、制動電刷及脈沖發(fā)生器電刷。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的步進與直流通用型電機，其特征在于制動換向片為圓弧形或圓環(huán)形，圓弧形制動換向片分別與整流子上相隔180°電角度的原有換向片相連，圓環(huán)形制動換向片分別與整流子上相隔360°電角度的原有換向片相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的步進與直流通用型電機，其特征在于脈沖發(fā)生器滑片由相互連接的圓環(huán)10a與梯形片9a構(gòu)成，也可由相互連接的圓環(huán)10b與矩形片9b構(gòu)成或由相互連接的圓環(huán)10c與梯形片9c及矩形片11c構(gòu)成，矩形片9b或梯形片9a、9c的軸向中心線與制動換向片相連的原有換向片的軸向中心線在同一電角度位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的步進與直流通用型電機，其特征在于與圓弧形制動換向片接觸的制動電刷7a、8a或7b、8b設(shè)置在與原有電刷相隔90°電角度位置上，與圓環(huán)形制動換向片接觸的制動電刷7c、8c可設(shè)置在任意電角度位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的步進與直流通用型電機，其特征在于脈沖發(fā)生器電刷12a或12b或12c設(shè)置在與原有電刷相隔90°電角度的位置上，并可在軸向或沿圓周方向調(diào)節(jié)，與圓環(huán)接觸的脈沖發(fā)生器電刷13a或13b或13c可設(shè)置在任意電角度位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的步進與直流通用型電機，其特征在于由相互連接的圓環(huán)10c與梯形片9c及矩形片11c構(gòu)成的脈沖發(fā)生器滑片的矩形片11c的軸向中心線與整流子原有換向片4c的軸向中心線在同一電角度位置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的步進與直流通用型電機，其特征在于脈沖發(fā)生器電刷14c、15c相隔180°電角度，分別與定子磁極對正在同一個電角度位置上。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種適用于各種不同負(fù)荷的步進與直流通用型電機。由于采取了在直流電機整流子側(cè)分別設(shè)有制動換向片、脈沖發(fā)生器滑片、制動電刷及脈沖發(fā)生器電刷的技術(shù)方案，從而克服了直流電機和步進電機各自的缺點，除具有效率高，運行特性好，成本低等優(yōu)點外，還具有對行程定位控制精度高，定位誤差在±360°/2倍磁極數(shù)，并可記錄行程。
文檔編號H02P3/06GK87103926SQ87103926
公開日1988年12月21日 申請日期1987年6月3日
發(fā)明者趙滿堂 申請人:北京市冶金設(shè)備自動化研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan