專利名稱：用于磁場(chǎng)掃描理療機(jī)的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用磁場(chǎng)掃描理療機(jī)的釹鐵硼永磁直線電機(jī)及其電氣系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器械直線電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
本發(fā)明申請(qǐng)人于1993年8月5日向中國(guó)專利局申請(qǐng)了《一種磁療方法及磁場(chǎng)掃描式理療機(jī)》發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?3109226.4.該理療機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)經(jīng)機(jī)械減速傳動(dòng)，拖動(dòng)理療機(jī)的兩磁體作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在試用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行噪聲較大，該理療機(jī)電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有無(wú)極調(diào)速功能，從而影響了理療機(jī)的操作性能和效果，需要對(duì)該理療機(jī)的電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
為實(shí)現(xiàn)上述改進(jìn)要求本發(fā)明研制一種釹鐵硼永磁同步步進(jìn)式直線運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)代替理療機(jī)旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到運(yùn)行低噪聲的目的。控制系統(tǒng)采用無(wú)極調(diào)速達(dá)到操作方便、效果好的目的。
本發(fā)明的一種用于磁場(chǎng)掃描理療機(jī)的直線電機(jī)及電氣控制系統(tǒng)，其直線電機(jī)分豎磁式和橫磁式兩種，它由磁極激磁線圈3、釹鐵硼磁鋼4、定子磁極鐵心8、磁軛11、磁極支座14構(gòu)成，電氣控制系統(tǒng)分?jǐn)?shù)字邏輯電路系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)兩種，它由位置顯示譯碼電路15、連續(xù)脈沖發(fā)生器16、主控電路17、計(jì)時(shí)與顯示電路18、速度顯示電路19、聲光告知電路20、調(diào)速電路21、定時(shí)電路22、區(qū)段選擇電路23、掃描方式選擇電路24、操作電路25脈沖分配與放大電路26構(gòu)成，脈沖分配放大電路26放在主電路箱6中，其他控制電路放在控制箱5中，并用連結(jié)導(dǎo)線7將控制電路與主電路箱相連接，主電路箱輸出的大功率信號(hào)送入由磁極激磁線圈3組成的電機(jī)線圈系統(tǒng)27。


圖1磁場(chǎng)掃描理療機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖側(cè)視2磁場(chǎng)掃描理療機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖正視3豎磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖正視4豎磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖正視5橫磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖頂視6橫磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖正視剖面7橫磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖側(cè)視8理療機(jī)直線電機(jī)拖動(dòng)電氣系統(tǒng)原理框9電氣控制系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路原理框10電氣控制系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理框11電氣控制系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控程序流程12實(shí)例1電氣控制箱面板布置13實(shí)例1電氣原理總14～圖19圖13相應(yīng)部分電路放大圖。
1床身2磁鋼支架立柱3磁極激磁線圈4釹鐵硼磁鋼5電氣控制箱6主電路箱7連結(jié)導(dǎo)線8定子磁極鐵心9滾輪10導(dǎo)軌11磁軛12磁鋼支架底板13激磁線圈接線板14磁極支座15位置顯示譯碼電路16連續(xù)脈沖發(fā)生器17主控電路18計(jì)時(shí)與顯示電路19速度顯示電路20聲光告知電路21調(diào)速電路22定時(shí)電路23區(qū)段選擇電路24掃描方式選擇電路25操作電路26脈沖分配與放大電路27電機(jī)線圈系統(tǒng)28指示燈系統(tǒng)29脈沖分配-指示燈系統(tǒng)譯碼器30控制電路電源31功率放大器32區(qū)段選擇電路33脈沖分配電路34主令開(kāi)關(guān)系統(tǒng)35中央控制單元(亦稱主控電路)36測(cè)速系統(tǒng)37定時(shí)器38調(diào)頻電路39連續(xù)脈沖發(fā)生器40工作方式選擇電路41時(shí)鐘脈沖源42驅(qū)動(dòng)電路電源43中央處理單元CPU44驅(qū)動(dòng)放大電路45內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM46輸入輸出接口電路I/O47操作控制箱48脈沖發(fā)生器49定時(shí)顯示器50編碼開(kāi)關(guān)51速度顯示器52、53調(diào)速旋鈕54步進(jìn)方向選擇開(kāi)關(guān)55運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān)56單脈沖按鈕57恢復(fù)運(yùn)行按鈕58暫停運(yùn)行按鈕59治療結(jié)束按鈕60啟動(dòng)按鈕61電源開(kāi)關(guān)62電源保險(xiǎn)器63喇叭64結(jié)束指示燈65初位選擇開(kāi)關(guān)66全程/區(qū)段選擇開(kāi)關(guān)67區(qū)段選擇開(kāi)關(guān)68位置指示燈消隱開(kāi)關(guān)69位置指示燈70電源指示燈71步進(jìn)脈沖指示燈本發(fā)明的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)同原技術(shù)相比較主要有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.降低了運(yùn)行噪聲(1)免去了原技術(shù)中高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)及機(jī)械減速傳動(dòng)系統(tǒng)，用直線電機(jī)直接拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載，而直線電機(jī)運(yùn)行噪聲極小。(2)用無(wú)觸點(diǎn)無(wú)機(jī)械動(dòng)作的電子線路替代原技術(shù)中的有觸點(diǎn)電器控制，消除了控制電路的工作噪聲。
2.簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)(1)免去了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)和減速傳動(dòng)系統(tǒng)，由直線電機(jī)直接拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。(2)電子線路系用集成電路芯片，印刷電路板和薄膜開(kāi)關(guān)技術(shù)，簡(jiǎn)化了電路的結(jié)構(gòu)。
3.直線電機(jī)可在很大范圍內(nèi)帶負(fù)載無(wú)級(jí)調(diào)速，原技術(shù)無(wú)此等功能。
4.由于采用邏輯電路或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，大大豐富了控制功能可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)與計(jì)時(shí)顯示，無(wú)級(jí)調(diào)速與速度顯示位置的指示燈顯示及指示燈消隱控制，連續(xù)運(yùn)行與步進(jìn)、步退運(yùn)行，啟動(dòng)與結(jié)束控制、結(jié)束與時(shí)間到、回歸初位停止運(yùn)動(dòng)、聲光告知及初位置選擇、運(yùn)行暫停與恢復(fù)、全程掃描與區(qū)段掃描選擇與掃描區(qū)段選擇功能。
下面結(jié)合附圖敘述
具體實(shí)施例方式直線電機(jī)的定子磁極鐵心8與磁極激磁線圈3組成的電磁鐵可以縱向放置產(chǎn)生豎直磁場(chǎng)，也可橫向放置產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)，據(jù)此，分為豎磁式與橫磁式，圖1與圖2為采用豎磁式直線電機(jī)拖動(dòng)的磁場(chǎng)掃描理療機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖與正視圖。由滾輪9支撐的磁鋼支架底板12下面固定的釹鐵硼永磁鋼4，在激磁線圈3通電使磁極鐵心8產(chǎn)生磁性時(shí)受到電磁力使?jié)L輪9沿導(dǎo)軌10運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌10固定在床身1的底部，因而使底板12產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)立柱2使整個(gè)支架運(yùn)動(dòng)。按一定規(guī)律給直線電機(jī)各線圈通入電流，即可推動(dòng)磁鋼4作直線運(yùn)動(dòng)，其速度、方向、運(yùn)動(dòng)范圍由加到各線圈產(chǎn)生電流的脈沖電壓的頻率、相序及換相位置決定。
圖3與圖4為豎磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖的正視圖與側(cè)視圖，電磁鐵豎向放置的直線電機(jī)由磁極鐵心8、激磁線圈3、磁軛11、放置在磁極鐵心上方的釹鐵硼磁鋼4構(gòu)成，裝有磁鋼4的支架底板12由滾輪9支撐，沿導(dǎo)軌10運(yùn)動(dòng)，圖5、圖6與圖7為橫磁式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖的頂視圖、正視剖面圖和側(cè)示圖。電磁鐵橫向放置的直線電機(jī)由磁極鐵心8、激磁線圈3、放置在磁極鐵心兩側(cè)的釹鐵硼磁鋼4、磁極鐵心支座14構(gòu)成，裝有磁鋼4的支架底板12由滾輪9支撐，沿導(dǎo)軌10運(yùn)動(dòng)，在圖中畫出釹鐵硼磁鋼4的位置，當(dāng)磁極8中鐵心(1)的線圈通電產(chǎn)生與磁鋼4中凸極(1)異性磁場(chǎng)，吸引磁鋼4移動(dòng)一步，移動(dòng)距離為d′。接著對(duì)(2)(3)(4)磁極線圈通電產(chǎn)生對(duì)磁鋼凸極(2)(3)(4)吸力，牽引磁鋼右移三步，經(jīng)四步右移，移過(guò)距離為一個(gè)極距τ。而后對(duì)線圈(2)(3)(4)(5)相繼逐個(gè)通電，牽引磁鋼又移動(dòng)四步一個(gè)τ的距離。如線圈通電順序反向，則磁鋼左移。磁鋼四個(gè)凸極有異極性排列如NSNS，和同極性排列如NNNN兩種方式。激磁線圈通電規(guī)律為i，(i+1)，(i+2)，(i+3);(i+1)，(i+2)，(i+3)，(i+4)……每次都是與磁鋼凸極位差為d′的磁極線圈激磁產(chǎn)生與磁鋼凸極異極磁性，并由此確定激磁電流的方向。豎磁式電機(jī)磁鋼除受水平工作推力外，尚受到向下的非工作吸力，此吸力提高了運(yùn)動(dòng)部分穩(wěn)定性但也加重了滾輪9對(duì)導(dǎo)軌10的壓力。橫磁式結(jié)構(gòu)磁鋼置于兩側(cè)，非工作吸力方向相反而抵消，減輕了滾輪對(duì)導(dǎo)軌的壓力，但因無(wú)縱向吸力而降低了運(yùn)動(dòng)部分的穩(wěn)定性。本發(fā)明用于拖拖理療機(jī)的兩磁體的直線電機(jī)采用了上述兩種結(jié)構(gòu)形式，形成兩種產(chǎn)品。
對(duì)直線電機(jī)磁極激磁線圈3按要求的規(guī)律施以要求的電壓，產(chǎn)生電流的任務(wù)由電氣系統(tǒng)完成。電氣系統(tǒng)中主電路放在主電路箱6中，控制電路放在電氣控制箱5中，用導(dǎo)線7將控制信號(hào)送入主電路，主電路輸出的移位脈沖電壓接到各激磁線圈，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。電氣控制系統(tǒng)可以是數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)，也可是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)中的邏輯器件可以用CMOS4000/4500系列IC芯片，也可以用TTL74/54系列IC芯片，也可以用可編程矩陣邏輯GAL、PAL芯片實(shí)現(xiàn)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)中中央處理單元CPU43、內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45、輸入輸出接口電路I/O46可以使用Intel8000系列、Z80系列微機(jī)芯片、MCS系列單片機(jī)、PIC16C5X系列單片機(jī)構(gòu)成。兩種結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)都可以用數(shù)字邏輯電路或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。
圖8是電氣系統(tǒng)原理示意框圖。電氣系統(tǒng)中主電路由脈沖分配與放大電路26構(gòu)成，將來(lái)自主控電路17的連續(xù)脈沖變?yōu)橛蒠1到Y(jié)n的n位移位脈沖，此脈沖已經(jīng)過(guò)放大，具有足夠的電壓，接到n個(gè)激磁線圈上，能產(chǎn)生對(duì)磁鋼凸極足夠的引力，拖動(dòng)電機(jī)負(fù)荷。步進(jìn)脈沖由連續(xù)脈沖發(fā)生器16產(chǎn)生，其頻率受到主控電路17的控制。調(diào)速電路21可對(duì)連續(xù)脈沖CP0的頻率進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)，并可在顯示電路示出掃描速度，定時(shí)電路22可設(shè)定理療機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，計(jì)時(shí)與顯示電路示出時(shí)間，區(qū)段選擇電路23可選定理療的掃描區(qū)段，掃描方式電路24可以選定連續(xù)掃描單步運(yùn)動(dòng)，單步進(jìn)/單步退的工作方式，操作電路25可對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)/結(jié)束、暫仃/恢復(fù)操作，治療結(jié)束時(shí)電機(jī)回歸初位后仃止運(yùn)動(dòng)并發(fā)出聲光告知信號(hào)20。輸出信號(hào)Yi經(jīng)譯碼器15轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)由指示燈LED顯示。圖9是數(shù)字電子系統(tǒng)框圖。數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)由電機(jī)線圈系統(tǒng)27、指示燈系統(tǒng)28、脈沖分配-指示燈系統(tǒng)譯碼器29、控制電路電源30、功率放大器31、區(qū)段選擇電路32、脈沖分配電路33、主令開(kāi)關(guān)系統(tǒng)34、中央控制單元35、測(cè)速系統(tǒng)36、定時(shí)器37、調(diào)頻電路38、連續(xù)脈沖發(fā)生器39、工作方式選擇電路40、時(shí)鐘脈沖源41、驅(qū)動(dòng)電路電源42組成。驅(qū)動(dòng)電路電源42對(duì)電機(jī)線圈提供電流;控制電路電源30給數(shù)字電路供電;連續(xù)脈沖發(fā)生器39在調(diào)頻電路38、工作方式選擇電路40控制下對(duì)中央控制單元(即主控電路)35輸送步進(jìn)脈沖;測(cè)速系統(tǒng)36在時(shí)鐘脈沖源41送來(lái)的定時(shí)脈沖控制下測(cè)速并顯示;時(shí)鐘脈沖經(jīng)定時(shí)器37計(jì)時(shí)及顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并將時(shí)間到信號(hào)送入主控電路;區(qū)段選擇電路32將脈沖分配電路33的反饋信號(hào)取回，控制主控電路的換向。主控電路輸出步進(jìn)脈沖經(jīng)脈沖分配器33及功率放大器31后推動(dòng)負(fù)載-電機(jī)線圈系統(tǒng)27。驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)脈沖分配-指示燈系統(tǒng)譯碼器29使步進(jìn)位置指示燈系統(tǒng)28顯示步進(jìn)位置。主令開(kāi)關(guān)系統(tǒng)34對(duì)主控電路進(jìn)行操作控制并接受反饋信息反饋控制主控電路。圖10是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由中央處理單元CPU43、驅(qū)動(dòng)放大電路44、內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45輸入輸出接口電路I/O46操作控制箱47、脈沖發(fā)生器48構(gòu)成的硬件系統(tǒng)，在內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45中的只讀存儲(chǔ)器ROM區(qū)存放系統(tǒng)監(jiān)控程序構(gòu)成的軟件系統(tǒng)組成。中央處理單元CPU43，內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45，輸入輸出接口電路I/O46由地址總線AB、控制總線CB及數(shù)據(jù)總線DB連接成微型機(jī)系統(tǒng)。操作控制箱47往接口發(fā)出各種主令信號(hào)及接收反饋信號(hào)，驅(qū)動(dòng)放大電路44將I/O口輸出的步進(jìn)脈沖放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。脈沖發(fā)生器48產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖CP，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作。內(nèi)部存儲(chǔ)器45中只讀存儲(chǔ)器ROM區(qū)存儲(chǔ)系統(tǒng)監(jiān)控程序，RAM區(qū)用以暫存運(yùn)行狀態(tài)，主令信號(hào)等中間數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在監(jiān)控程序控制下工作。
圖11是監(jiān)控程序流程圖。
實(shí)例1采用釹鐵硼豎磁式同步步進(jìn)直線電機(jī)，釹鐵硼磁鋼為異極性排列SNSN，拖動(dòng)的理療機(jī)已于93年11月正常運(yùn)轉(zhuǎn)并經(jīng)歷過(guò)14個(gè)小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的工作狀態(tài)。線圈通電規(guī)律為iN，(i+1)S，(i+2)N，(i+3)S;式中i表示磁極鐵心序號(hào)，N與S表示使鐵心產(chǎn)生N與S的激磁線圈極性?；蛘邔懗蛇壿嫳磉_(dá)式iN＝y(tǒng)[i+(i+1)×3]Vy[i+(i-3)×3]、iS＝y(tǒng)[i+(i-2)×3]Vy[i+(i-4)×3]圖12所示電控箱面板布置圖可用以說(shuō)明電控功能。定時(shí)由編碼開(kāi)關(guān)50設(shè)定理療時(shí)間后，按啟動(dòng)按鈕60時(shí)顯示器49顯示設(shè)定時(shí)間，放開(kāi)此鈕電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，顯示器倒計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)到零，電機(jī)推動(dòng)兩磁體回歸初位后停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)發(fā)出聲(喇叭63)光(指示燈64)告知信號(hào)。調(diào)速調(diào)節(jié)旋鈕52，53可在5米/分～15米/分范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，顯示器51示出所調(diào)速度，運(yùn)行區(qū)間選擇區(qū)段選定開(kāi)關(guān)67上排按鈕限定電機(jī)運(yùn)行右端，下排開(kāi)關(guān)限定左端，將全程/區(qū)段選擇開(kāi)關(guān)66撥在1，電機(jī)可在限定區(qū)間往返，撥在2，電機(jī)作全程往返。指示燈69示出電機(jī)位置，開(kāi)關(guān)68置2位時(shí)，指示燈停止顯示。運(yùn)行方式選擇方式選擇開(kāi)關(guān)55置1側(cè)，電機(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng);置2側(cè)則為單步運(yùn)行，這時(shí)每按一次單步按鈕56電機(jī)運(yùn)動(dòng)一步，其方向由開(kāi)關(guān)54確定。置左側(cè)為進(jìn)右側(cè)為退。開(kāi)關(guān)上方各有二指示燈示出工作狀態(tài)。單步按鈕上方指示燈LCP顯示脈沖信號(hào)操作按下啟動(dòng)按鈕60顯示定時(shí)，放開(kāi)時(shí)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行并計(jì)時(shí)，同時(shí)解除暫停狀態(tài)。按暫停按鈕58電機(jī)與計(jì)時(shí)停止，按恢復(fù)按鈕57解除暫停，電機(jī)與計(jì)時(shí)恢復(fù)運(yùn)行。按結(jié)束按鈕59計(jì)時(shí)顯示變?yōu)榱?，電機(jī)回歸初位時(shí)停機(jī)并聲光告知。初位選擇開(kāi)關(guān)65置1側(cè)，以右端為初位。置2側(cè)，以左端為初位圖13為電氣原理圖、電機(jī)繞組(1N，2N，2S...31N，31S，32S)由功放驅(qū)動(dòng)三極管TC1-TC64供電，續(xù)流二極管(Di1N...Di32S)反壓瀉放二極管(DG1...DG64)阻隔二極管(Db1...Db64)及旁路電阻(RG1...RG64)組成保護(hù)電路。末前級(jí)三極管(T2 1...T2 64)輸出300mA電流，推動(dòng)功放三極管。電路按1N，2S，3N，4S;2N，3S，4N，5S...規(guī)律通電，使電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)。這種規(guī)律是由二次脈沖分配電路UC/LY實(shí)現(xiàn)的。連續(xù)脈沖CP1經(jīng)一次分配電路后得到移位信號(hào)y1...y128經(jīng)三極管T11...T1128放大后按表1關(guān)系連接即可將y1...y128的移位順序譯為上述要求的脈沖順序。脈沖一次分配電路由四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器V6，四線-十六線譯碼器V4，JK觸發(fā)器V5，及三態(tài)門V1，V3等組成，實(shí)現(xiàn)將主控電路三輸入與門U2輸出的連續(xù)脈沖CP1變?yōu)閥1...y128的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)上電時(shí)，初始化電容CV將全部JK觸發(fā)器置1，即4-16譯碼器使能端E＝1，處于無(wú)效狀態(tài)，因而沒(méi)有驅(qū)動(dòng)管Tcx導(dǎo)通，繞組不通電，處于無(wú)效狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕A2，V6清零，最低位(圖中最右V5)JK觸發(fā)器清零，其他置1，使最低位譯碼器V4有效，y1＝1。如在電機(jī)運(yùn)行中按A2，則使移位脈沖由y1開(kāi)始移位，而使當(dāng)時(shí)正有有效輸出的任一非最低位的譯碼器輸出無(wú)效。在主控電路換向信號(hào)CP2＝1時(shí)，計(jì)數(shù)器V16加減控制端M＝1，為加計(jì)數(shù)，同時(shí)置三態(tài)門V3的使能端有效，將CP1脈沖轉(zhuǎn)換成由右向左(即由低位向高位)的移位步脈沖Yx。當(dāng)某一個(gè)4-16譯碼器輸出的最高位有效(即 y16 y32 y48 y64...)時(shí)，此信號(hào)經(jīng)三態(tài)門V3將控制本譯碼器的JK觸發(fā)器J端置1，左側(cè)鄰近JK觸發(fā)器的K端置1，在下一個(gè)CP1脈沖前沿到來(lái)時(shí)，使這兩個(gè)JK觸發(fā)器分別置1與置0，因而使這位譯碼器輸出無(wú)效而左側(cè)譯碼器輸出有效，使步脈沖由高位譯碼器輸出。這樣就實(shí)現(xiàn)了移位步脈沖由最低位y1步進(jìn)移位到最高位y128。在“全程-區(qū)段”選擇開(kāi)關(guān)K2置于“全程”一側(cè)時(shí)，當(dāng)y128＝1時(shí)，此信號(hào)送入主控電路后，CP2即變?yōu)?。于是上述過(guò)程變?yōu)闇p計(jì)數(shù)，每一個(gè)4-16譯碼器的最低位控制JK觸發(fā)器置本位無(wú)效而置右側(cè)鄰近一位有效，實(shí)現(xiàn)步脈沖自左向右的步進(jìn)移位。當(dāng)步脈沖左移到某一位Yj時(shí)，CP2變?yōu)?，改為右移;到右側(cè)某一位Yi時(shí)CP2置1改為左移，就實(shí)現(xiàn)了在Yi到Y(jié)j區(qū)間的區(qū)段運(yùn)動(dòng)，八位選擇開(kāi)關(guān)K1將步脈沖的全程分為九段，可由有兩個(gè)選擇按鈕的八位開(kāi)關(guān)任選換向信號(hào)Yi與Yj的位置。這時(shí)開(kāi)關(guān)K2置區(qū)選一側(cè)，即可將區(qū)段的端點(diǎn)換向信號(hào)Yi與Yj輸入到主控電路。輸入到一次分配電路的脈沖CP1是由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的。反向器V14與RC電路形成自激振蕩器，產(chǎn)生連續(xù)脈沖CP10，經(jīng)200分頻(U11，U10，U9)后的CP101進(jìn)入二輸入與門U8，“連續(xù)-單步”選擇開(kāi)關(guān)K4置右方“連續(xù)”側(cè)時(shí)，由其控制的RS觸發(fā)器U12置1，上述與門開(kāi)門，CP101經(jīng)此門送出。如三輸入與門U2也開(kāi)門，即有連續(xù)脈沖CP1送入一次脈沖分配電路。如果K4置于左方“單步”一側(cè)，RS觸發(fā)器U12置0，上述與門關(guān)閉，其左側(cè)與門開(kāi)門U7，由聯(lián)動(dòng)按鈕A1及消抖RS觸發(fā)器U13構(gòu)成的單脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖即可進(jìn)入譯碼電路，產(chǎn)生單步的移位脈沖。脈沖指示發(fā)光二極管LY1-LY128接在放大級(jí)電路中，顯示移位脈沖位置。CP10經(jīng)二分頻U35后的CP102送入速度顯示系統(tǒng)的BCD加1計(jì)數(shù)器U37，經(jīng)BCD-七段譯碼器U34驅(qū)動(dòng)七段顯示器，顯示電機(jī)平均速度。由時(shí)基脈沖源提供的周期為100mS的定時(shí)脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U38，其Q端變零時(shí)，將計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)裝入譯碼器由顯示器顯示出來(lái)，Q恢復(fù)時(shí)的上升沿觸發(fā)第二級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U39，其Q輸出端將計(jì)數(shù)器清零。因此顯示器所示為200mS中CP102的個(gè)數(shù)。由于步長(zhǎng)為1/4極距，即一步距離為200/(3×4)mm，要求電機(jī)平均速度為速度為15米/分時(shí)，移動(dòng)一步的時(shí)間t15＝(200×60)/(15×3×4)ms＝200/3mS，則CP10的周期T150＝1/3mS。速度計(jì)數(shù)脈沖CP102的周期為2/3mS，在100mS中共計(jì)數(shù)N＝100/(2/3)＝150個(gè)，顯示出的150個(gè)脈沖個(gè)數(shù)在將小數(shù)點(diǎn)設(shè)于最低位之前，恰是15.0，表示了電機(jī)的15米/分的速度值。對(duì)應(yīng)5米/分的電機(jī)速度的CP10周期T50＝1mS。故要求自激振蕩器的脈沖周期應(yīng)為0.3mS-1mS，CP1的周期T15＝66.6mS-200mS。時(shí)基脈沖由時(shí)基脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。50赫茲市電經(jīng)變壓器由副邊NB4輸出，經(jīng)橋式整流后在電阻橋電路左側(cè)支路分壓后得到的脈動(dòng)電壓加到電壓比較器U42同相輸入端，其反相輸入信號(hào)取自由二極管隔離的右側(cè)分壓電路，平波電容CT使此信號(hào)為穩(wěn)定直流信號(hào)，于是在電壓比較器輸出端得到周期為10mS的時(shí)基脈沖，經(jīng)施密特觸發(fā)器輸出的反相器U28整形及10分頻器得到100mS定時(shí)脈沖。再經(jīng)10分頻器得到1秒脈沖，經(jīng)控制門U29進(jìn)入由BCD減1計(jì)數(shù)器U26，六進(jìn)制減1計(jì)數(shù)器U27，BCD-七段譯碼器U25及七段顯示器U22顯示出倒計(jì)時(shí)定時(shí)時(shí)間。計(jì)時(shí)回零時(shí)，最左端最高位發(fā)出“時(shí)間到”的控制信號(hào)送入主控電路。電機(jī)換向由三個(gè)二輸入與門和RS觸發(fā)器U6構(gòu)成的電路控制。開(kāi)關(guān)K4置于連續(xù)一側(cè)，按下啟動(dòng)按鈕使開(kāi)-停RS觸發(fā)器U19置1時(shí)，換向信號(hào)Yi，Yj將換向RS觸發(fā)器U6置1或清零，其Q端輸出就是接到V6M端的CP2信號(hào)，CP2與CP2接返回三態(tài)門V1與前進(jìn)三態(tài)門V3的使能端。Yi，Yj的前沿觸發(fā)延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U5，將三輸入與門U2關(guān)閉，停止向譯碼電路輸送CP1脈沖，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向時(shí)的機(jī)械延時(shí)緩沖。開(kāi)關(guān)K4置于單步一側(cè)時(shí)，Yi，Yj通向RS觸發(fā)端的控制門U3，U4關(guān)閉，解除定位換向功能，其進(jìn)退方向由方向選擇開(kāi)關(guān)K3決定。當(dāng)按下停止按鈕A3后，Yi的控制門U1關(guān)閉，在Yi位置電機(jī)不會(huì)換向，只有到初位Y1＝1時(shí)，才會(huì)經(jīng)二輸入與門U15將全部JK觸發(fā)器置1，使所有一次分配譯碼輸出無(wú)效，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)觸發(fā)告知聲光電路，產(chǎn)生告知信號(hào)。電機(jī)的啟動(dòng)，停止由按鈕A2，A3控制。按下接于RS觸發(fā)器S端的按鈕A2時(shí)，將計(jì)數(shù)器V6清零，最低位JK觸發(fā)器置零，從而使最低位4-16譯碼器輸出有效y1＝1，而其他4-16譯碼器輸出無(wú)效。經(jīng)反相器U23置高兩位(分計(jì)時(shí))的計(jì)數(shù)器U26置數(shù)端LD為零，將編碼開(kāi)關(guān)U32設(shè)定的定時(shí)值置入計(jì)數(shù)器并顯示，再經(jīng)反相器將低兩位的秒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器U27 U26清零。RS觸發(fā)器U19Q端的1信號(hào)使啟動(dòng)指示燈L6亮，同時(shí)經(jīng)反相器U16將二輸入與門U15關(guān)閉。計(jì)時(shí)器時(shí)間到發(fā)出借位信號(hào)經(jīng)反相器U24后，觸動(dòng)R端，使開(kāi)-停RS觸發(fā)器U19復(fù)位，或按A3也可將RS復(fù)位，同時(shí)將計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器清零。RS觸發(fā)器復(fù)位后，將控制秒脈沖門的三輸入控制門U30及yi通向S端的二輸入控制門U1關(guān)閉，停止計(jì)時(shí)，yi失效。只有在y1＝1時(shí)才使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。由電路可見(jiàn)，在選擇單步運(yùn)行時(shí)，三態(tài)輸入控制門U30也關(guān)閉，停止計(jì)時(shí)。輸入連續(xù)工作時(shí)，計(jì)時(shí)才繼續(xù)進(jìn)行。電機(jī)運(yùn)行中按暫停按鈕A5時(shí)將暫停RS觸發(fā)器U21置零，受其控制兩個(gè)三輸入與門U21 U30關(guān)閉，計(jì)時(shí)脈沖與CP1脈沖均被阻斷，停止計(jì)時(shí)與運(yùn)動(dòng)，并有指示燈表示。按恢復(fù)按鈕A4后，RS觸發(fā)器置1，恢復(fù)計(jì)時(shí)與運(yùn)動(dòng)，指示燈換為恢復(fù)狀態(tài)指示。按啟動(dòng)按鈕A2時(shí)，同時(shí)解除暫停狀態(tài)。使用CMOS4000/4500系列IC芯片構(gòu)成的電路由四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器CD4516V6、十六選一譯碼器CD4514V4產(chǎn)生移位脈沖、JK觸發(fā)器CD4027V5、三態(tài)門CD4503V1V3控制移位方向，計(jì)時(shí)與測(cè)速電路由BCD計(jì)數(shù)器CD40192。BCD-七段譯碼器CD4511，七段顯示器構(gòu)成，施密特輸出反相器CD40106構(gòu)成RC振蕩器，產(chǎn)生連續(xù)脈沖，RS觸發(fā)器CD4043，二輸入與門CD4081三輸入與門CD4073，二輸入施密特輸出與非門CD4093，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538，構(gòu)成主令控制電路。放大與功率推動(dòng)極采用NPN硅三極管。表1列出電氣原理圖元器件與部件名細(xì)，表2列出所用邏輯器件型號(hào)。
表1電氣原理總圖元器件與部件名細(xì)表序號(hào)元器件,部件編號(hào)名稱數(shù)量1RB1....RB64限流電阻 2.2K 2W642LB....LB64指示發(fā)光二極管643ULB/C主電路指示燈譯碼單元14C1....C64激磁繞組φ=0.35 N-3500645Ci1....Di64續(xù)流二極管646DG1....DG64反壓二極管647Bb1....Db64阻隔二極管648RG1....RG64瀉流二極管649TC1....TC64功放驅(qū)動(dòng)二極管6410R2 1....R2 64限流電阻6411T2 1....T2 64未前級(jí)推動(dòng)三極管6412UC/LY脈沖二次分配譯碼單元113LY1....LY128一次脈沖指示燈12814RI1....RI128限流電阻10K 1/8W12815TI1....TI128一次脈沖放大級(jí)三極管12816Rb1....Rb128一次脈沖放大級(jí)輸入電阻10K 1/8W12817K1區(qū)段選擇開(kāi)關(guān)(8位)218K2全程..區(qū)段選擇開(kāi)關(guān)(雙刀雙擲)119V1返回有效三態(tài)門1420V2前進(jìn)..返回互鎖反相器121V3前進(jìn)有效三態(tài)門1422V44線..十六線譯碼器823V5前進(jìn)..后退控制JK觸發(fā)器8
24RG接地電阻 10K 1/8W3425V6四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器826U1,U3,U4,U7,U8,U15,U29二輸入與門727U2,U30三輸入與門228D1....D14控制二極管1429L1....L15指示燈1530T1....T4指示信號(hào)放大三極管431RE放大級(jí)輸入電阻432RL限流電阻1433K3前進(jìn)..返回選擇開(kāi)關(guān)(單刀雙擲)134K4運(yùn)動(dòng)方式選擇開(kāi)關(guān)(雙刀雙擲)135U5換向延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器136U6換向控制RS觸發(fā)器137U12運(yùn)動(dòng)方式RS觸發(fā)器138U13單脈沖發(fā)生器139A1單脈沖發(fā)生按鈕140U9,U14,U16,U20U23,U24,U28,U31,U36反向器941SP喇叭142U17音響信號(hào)發(fā)生單元143U18,U19,U20RS觸發(fā)器344A2啟動(dòng)按鈕145A3停止按鈕146CV上電初始化電容647A4恢復(fù)按鈕1
48A5暫停按鈕149U22,U33七段顯示器750U25,U34BCDL..七段譯碼器751U26BCD減1計(jì)數(shù)器352U27六進(jìn)制減1計(jì)數(shù)器153U32BCD編碼開(kāi)關(guān)254U37BCD加1計(jì)數(shù)器355U38,U39單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器256U42電壓比較器157RV0振蕩電阻158RV1,RV2振蕩頻率調(diào)節(jié)電位器259CP振蕩電容160U10,U11,U40,U41十分頻器461U9,U35T'觸發(fā)器162DT整流二極管463RT1....RT4分壓電阻464D14隔離二極管165CT平波電容166BN1電源變壓器一次繞組167BN2,BN3,BN4變壓器二次繞組368KU電源插座169RD1,RD2,RD3保險(xiǎn)管370KS電源開(kāi)關(guān)171AQ,AT電源開(kāi)..停按鈕272CJ交流接觸器173SJ時(shí)間繼電器1
74Dms驅(qū)動(dòng)電源整流二極管475Rms啟動(dòng)限流電阻176Cms驅(qū)動(dòng)電源濾波電容177Kcc控制箱電源開(kāi)關(guān)178Dc穩(wěn)壓電源整流二極管479Cc1,Cc2穩(wěn)壓電源濾波電容280U43三端穩(wěn)壓器 7812181DC1....DC5分配二極管5表21.四--十六譯碼器CD45142.四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器CD45163.三態(tài)門CD45034.JK觸發(fā)器CD40275.RS觸發(fā)器CD40436.BCD--七段譯碼器CD45117.BCD可逆計(jì)數(shù)器CD401928.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD45389.反相器CD4010610.三輸入與門CD407311.二輸入與門CD408112.二輸入與非門CD409313.電壓比較器運(yùn)放μA 74權(quán)利要求
1.一種用于磁場(chǎng)掃描理療機(jī)的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于直線電機(jī)由磁極激磁線圈3、釹鐵硼磁鋼4、定子磁極鐵心8、磁軛11、磁極支座14構(gòu)成，電氣控制系統(tǒng)由位置顯示譯碼電路15、連續(xù)脈沖發(fā)生器16、主控電路17、計(jì)時(shí)與顯示電路18、速度顯示電路19、聲光告知電路20、調(diào)速電路21、定時(shí)電路22、區(qū)段選擇電路23、掃描方式選擇電路24、操作電路25、脈沖分配與放大電路26構(gòu)成，脈沖分配與放大電路26放在主電路箱6中，其他控制電路放在控制箱5中，并用連結(jié)導(dǎo)線7將控制電路與主電路箱相連接，主電路箱輸出的大功率信號(hào)送入由磁極激磁線圈3組成的電機(jī)線圈系統(tǒng)27。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于直線電機(jī)的定子磁極鐵心8與磁極激磁線圈3組成的電磁鐵可縱向放置產(chǎn)生豎向磁場(chǎng)，也可橫向放置產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于電磁鐵橫向放置的直線電機(jī)由磁極鐵心8、激磁線圈3、放置在磁極鐵心兩側(cè)的釹鐵硼磁鋼4、磁極鐵心支座14構(gòu)成，裝有磁鋼4的支架底板12由滾輪9支撐，沿導(dǎo)軌10運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于電磁鐵豎向放置的直線電機(jī)由磁極鐵心8、激磁線圈3、磁軛11、放置在磁極鐵心上方的釹鐵硼磁鋼4構(gòu)成，裝有磁鋼4的支架底板12由滾輪9支撐，沿導(dǎo)軌10運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于電氣控制系統(tǒng)可以是數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)，也可是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)由電機(jī)線圈系統(tǒng)27、指示燈系統(tǒng)28、脈沖分配-指示燈系統(tǒng)譯碼器29、控制電路電源30、功率放大器31、區(qū)段選擇電路32、脈沖分配電路33、主令開(kāi)關(guān)系統(tǒng)34、中央控制單元35、測(cè)速系統(tǒng)36、定時(shí)器37、調(diào)頻電路38、連續(xù)脈沖發(fā)生器39、工作方式選擇電路40、時(shí)鐘脈沖源41、驅(qū)動(dòng)電路電源42組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)中的邏輯器件可以用CMOS4000/4500系列IC芯片，也可以用TTL74/54系列芯片，也可以用可編程矩陣邏輯GAL、PAL芯片實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于使用CMOS4000/4500系列IC芯片構(gòu)成的電路由四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器CD4516 V6、十六選一譯碼器CD4514 V4產(chǎn)生移位脈沖、JK觸發(fā)器CD4027 V5、三態(tài)門CD4503 V1V3控制移位方向，計(jì)時(shí)與測(cè)速電路由BCD計(jì)數(shù)器CD40192、BCD-七段譯碼器CD4511、七段顯示器構(gòu)成，施密特輸出反相器CD40106構(gòu)成RC振蕩器，產(chǎn)生連續(xù)脈沖，RS觸發(fā)器CD4043、二輸入與門CD4081、三輸入與門CD4073、二輸入施密特輸出與非門CD4093、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4538構(gòu)成主令控制電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由中央處理單元CPU43、驅(qū)動(dòng)放大電路44、內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45、輸入輸出接口電路I/O46、操作控制箱47、脈沖發(fā)生器48構(gòu)成的硬件系統(tǒng)，在內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45中的只讀存儲(chǔ)器ROM區(qū)存放系統(tǒng)監(jiān)控程序構(gòu)成的軟件系統(tǒng)組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直線電機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)，其特征在于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)中中央處理單元CPU43、內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM/ROM45、輸入輸出接口電路I/O46可使用Intel8000系列微機(jī)系統(tǒng)、Z80系列微機(jī)芯片、MCS系列單片機(jī)、PIC16C5X系列單片機(jī)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是用于磁場(chǎng)掃描理療機(jī)的直線電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)，其直線電機(jī)分豎磁式和橫磁式兩種，由磁極激磁線圈、釹鐵硼磁鋼、定子磁極鐵心、磁軛、磁極支座構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)分?jǐn)?shù)字邏輯和微機(jī)系統(tǒng)兩種，由脈沖發(fā)生器、譯碼、主控、操作、定時(shí)、調(diào)速、速度顯示、聲光告知、區(qū)段選擇、掃描選擇、脈沖分配與放大電路組成。用直線電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)掃描理療機(jī)，降低了工作噪音，增強(qiáng)了控制功能，簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，提高了操作性能。
文檔編號(hào)H02K37/10GK1105787SQ9410066
公開(kāi)日1995年7月26日 申請(qǐng)日期1994年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月22日
發(fā)明者張朝綱 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古新優(yōu)佳企業(yè)聯(lián)合總公司