專利名稱：無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)電一體化的混凝土振動棒，尤其是一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，屬于機(jī)電一體化技術(shù)的工程機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的用于混凝土搗實(shí)的振動棒一般有兩種形式一種是在結(jié)構(gòu)上外側(cè)配備普通異步電機(jī)，用軟軸連接傳動，軟軸帶動偏心振子形成振動；另一種是將普通異步電機(jī)直接嵌入棒體，由電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接帶動偏心振子形成振動。這兩種結(jié)構(gòu)都有其內(nèi)在不可避免的缺陷采用軟軸連接式振動棒，其振動的形成是靠軟軸來傳動，之后由偏心振子敲擊產(chǎn)生振動，這種方式不可避免的造成傳遞效率低下，由于軟軸傳動屬機(jī)械傳動的一種，傳遞效率低，并且隨傳動長度的增加而趨于更加明顯，因此外置電機(jī)的功率一般比較大，能耗高，造成資源上的過度浪費(fèi)；由于偏心振子敲擊振動棒內(nèi)壁工作，工作時金屬撞擊，噪聲很高，一般在90db以上，形成高噪聲污染，對操作者和周圍環(huán)境造成不良影響；這種工作方式使得棒體、軟軸等各個部分均為易損件，因此，使用壽命短。
采用普通異步電機(jī)嵌入式振動棒，雖然其在結(jié)構(gòu)上有了長足的進(jìn)步，但是異步電機(jī)本身的缺陷仍然制約著其整體的性能。由于采用異步電機(jī)，其棒體的體積相對于無刷直流電機(jī)必然偏大，否則很難達(dá)到振動棒工作所需的激振力，如果采用的體積過大則造成振動棒實(shí)用性很差，其體積和激振力是一對矛盾體，因此目前的這種類型的振動棒均存在激振力不足的缺陷；另外，普通異步電機(jī)本身很難做到高效率，使得該種形式的振動棒效率指標(biāo)不理想；同時，該種振動棒還需要外置變頻器，致使操作方便性和操作范圍大受影響。
還由于上述振動棒振動體和電機(jī)或者電機(jī)和控制器均離散放置，需要多人協(xié)調(diào)操作，大大影響工作的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，無刷直流電機(jī)直接嵌入到振動棒棒體內(nèi)部并與棒體直接接觸，無刷直流電機(jī)控制器嵌入到振動棒操作手柄體內(nèi)，棒體、無刷直流電機(jī)和控制器實(shí)現(xiàn)一體化，它不僅使用壽命長，小型化、輕量化、方便使用，而且，還具備節(jié)能，環(huán)保，工作噪音低，激振力強(qiáng)，傳動效率高的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，其技術(shù)方案是在無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒中，振動棒棒體、無刷直流電機(jī)、內(nèi)置導(dǎo)線的橡膠軟管、防松式接插件和嵌入了控制器的操作手柄順序連接。其特征在于無刷直流電機(jī)直接嵌入到振動棒棒體內(nèi)部并與棒體直接接觸，該電機(jī)在結(jié)構(gòu)上以振動棒棒體為外殼，棒體和無刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化，無刷直流電機(jī)控制器嵌入到振動棒操作手柄體內(nèi)，并且通過橡膠軟管、防松式接插件和振動棒棒體、無刷直流電機(jī)連接，操作手柄材質(zhì)選用輕量金屬材料，同時兼作控制器的散熱器。
實(shí)現(xiàn)集成化的效果，保證集成式混凝土振動棒高速工作的可靠性。
由于在振動棒體結(jié)構(gòu)中，包括振動頭、振動體內(nèi)嵌入了無刷直流電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子、以及置于定子端部的溫度傳感器；在輕量金屬化的操作手柄內(nèi)嵌入了無刷直流電機(jī)控制器，封閉的同時實(shí)現(xiàn)了控制器的散熱，并配有振動棒的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對振動棒的方便控制，直接和外部電源相連，電源線可以相對較長，實(shí)現(xiàn)大范圍的操作；由于在無刷直流電機(jī)的控制器中，導(dǎo)線通過橡膠軟管與棒體電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩的控制，并實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)控制器的過熱保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)以及電機(jī)的堵轉(zhuǎn)保護(hù)；由于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，集成了無刷直流電機(jī)及其控制器，使得振動棒體和無刷直流電機(jī)構(gòu)成完美結(jié)合的系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。該系統(tǒng)使用壽命長，具有小型化、輕量化、方便使用、節(jié)能、環(huán)保、工作噪音低、激振力強(qiáng)、傳動效率高的特點(diǎn)。
采用本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和效果在于由于采用無刷直流電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，無刷直流電機(jī)可以做到高能密度，無刷直流電機(jī)做成嵌入式結(jié)構(gòu)，無刷直流電機(jī)控制器也可以做到小體積并和操作手柄結(jié)合，做到高度集成輕量化，易操作，可單人操作，操作范圍取決于電源線的長度，因此操作非常方便；振動棒體部分和控制器部分可以方便拆分，裝配、使用靈活方便，降低操作使用過程中的廢品率，做到資源利用最大化；采用無刷直流電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，可以做到整個無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒的高效率，低噪音，是真正意義上的環(huán)保節(jié)能技術(shù)。和老式軟軸傳動振動棒相比較，其能耗只有原來的1/3，整個振動棒的噪音可以做到70db以下，甚至更低，適合于噪聲要求苛刻的場合施工；具有多種保護(hù)裝置，設(shè)備可靠性高，經(jīng)由漏電保護(hù)開關(guān)接通電源，保證操作者的安全，另區(qū)別于軟軸傳動式振動棒，除棒體外，其他部分無機(jī)械傳動，也沒有不良的機(jī)械振動等，確保對操作者無健康損害；采用無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，振動棒的壽命基本相當(dāng)于無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的壽命，眾所周知，無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一就是壽命長，再加上控制器的多種保護(hù)措施，使得無刷直流電機(jī)集成式振動棒的壽命高于普通振動棒10倍以上。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明如下
圖1是本實(shí)用新型的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒結(jié)構(gòu)圖圖2是本實(shí)用新型的振動棒棒體的剖面結(jié)構(gòu)圖圖3是本實(shí)用新型的嵌入式無刷直流電機(jī)控制器框圖具體實(shí)施方式
在圖1中，其技術(shù)方案是在無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒中，其特征在于由振動棒棒體(1.1)與無刷直流電機(jī)(1.2)、橡膠軟管(1.3)連接，含鎖緊機(jī)構(gòu)的接插件(1.4)一端與橡膠軟管(1.3)連接，無刷直流電機(jī)嵌入振動棒棒體中，接插件(1.4)的另一端與嵌入式無刷直流電機(jī)控制器(1.6)、操作手柄(1.5)連接，無刷直流電機(jī)控制器(1.6)通過操作開關(guān)(1.7)、電源線(1.8)和漏電保護(hù)插頭(1.9)直接連接至外部電源，構(gòu)成完整裝置，該裝置可以由含鎖緊機(jī)構(gòu)的接插件(1.4)處方便拆分。
在棒體結(jié)構(gòu)中包括振動頭、振動體、由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的無刷直流電機(jī)嵌入在棒體內(nèi)部，轉(zhuǎn)子端部軸端直接連接非平衡式偏心振子，以及保證電機(jī)轉(zhuǎn)子及偏心振子同心度的軸承，后端通過棒尾柄與橡膠軟管相連。達(dá)成集成化的效果。
通過圖2的振動棒棒體的剖面結(jié)構(gòu)圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作詳細(xì)說明振動棒棒體的剖面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖2包含了無刷直流電機(jī)嵌入式棒體，其特征在于振動棒頭(2.1)與振動棒體(2.2)相連接，非平衡式偏心振子(2.3)安裝在振動棒體(2.2)內(nèi)部，無刷直流電機(jī)由定子(2.5)和轉(zhuǎn)子(2.6)構(gòu)成，其中偏心振子(2.3)用兩端軸承(2.10)支撐，偏心振子(2.3)直接安裝在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.6)軸的一端，無刷直流電機(jī)定子(2.5)通過其端部(2.4)環(huán)氧灌封，其轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)采用高性能永磁材料，使得電機(jī)可以達(dá)到小體積大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子磁鋼外部加護(hù)磁套(2.7)，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的另一端通過軸承(2.11)支撐，振動棒體(2.2)棒體尾部通過棒尾柄(2.8)和橡膠軟管(2.9)密封相連，以保證高速工作的安全性和可靠性。
在圖3嵌入式無刷直流電機(jī)控制器中，其特征在于由整流濾波電路(3.1)通過功率放大及控制電路(3.4)和過流保護(hù)電路(3.3)與中央處理單元(3.6)實(shí)現(xiàn)互連，過壓欠壓保護(hù)電路(3.2)、過流保護(hù)電路(3.3)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)(3.5)、過熱保護(hù)電路(3.7)都與中央處理單元(3.6)連接，并且將檢測到的信號送到中央處理單元，中央處理單元適時的發(fā)送控制命令給功率放大及控制電路，功率放大及控制電路再連接無刷直流電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對棒體內(nèi)嵌入式無刷直流電機(jī)的控制和保護(hù)。
無刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的過程是通過整流濾波電路提供電源，中央處理單元通過接收無刷直流電機(jī)的位置信號，通過相應(yīng)的數(shù)字算法給出正確的電機(jī)工作信號，通過功率放大及控制電路控制無刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了控制的全數(shù)字化，避免了由模擬器件模塊控制所帶來的誤差以及不穩(wěn)定性。
過熱保護(hù)電路通過接收無刷直流電機(jī)內(nèi)置的溫度傳感器信號，經(jīng)處理送至中央處理單元，中央處理單元經(jīng)過計(jì)算溫度傳感器對應(yīng)的溫度值對功率放大及控制電路發(fā)出不同的指令，若溫度高于設(shè)定溫度，中央處理單元則發(fā)出指令，使整個系統(tǒng)停止工作，若溫度處于正常狀態(tài)，則整個系統(tǒng)正常工作。另外為保證無刷直流電機(jī)控制器的可靠運(yùn)行，在無刷直流電機(jī)控制器的散熱器和殼體上也設(shè)有一套溫度傳感器，并實(shí)現(xiàn)了和上述過熱保護(hù)電路同等的功能。
堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路通過接收電機(jī)的位置信號，根據(jù)該信號的規(guī)律判斷電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，若電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，中央處理單元則發(fā)出指令給功率放大控制電路，使得整個系統(tǒng)停止運(yùn)行，否則整個系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。
過流保護(hù)電路采樣流經(jīng)功率放大及控制電路母線的電流，并判斷該電流是否處于過電流狀態(tài)，并把判斷結(jié)果送至中央處理單元，在過流狀態(tài)下中央處理單元發(fā)出指令給功率放大及控制電路，使得整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。過流保護(hù)電路用以確保功率放大電路以及無刷直流電機(jī)的可靠性工作。
過壓欠壓保護(hù)電流采樣整流濾波電路的母線電壓，以此來反應(yīng)系統(tǒng)的輸入電壓，并判斷該電壓是否處于過壓或者是欠壓狀態(tài)，并把判斷結(jié)果送至中央處理單元，在過壓、欠壓狀態(tài)下中央處理單元發(fā)出指令給功放控制電路，使得整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。
如圖2和圖3所示，在無刷直流電機(jī)定子端部(2.4)設(shè)有溫度傳感器(3.8)，其信號引線通過橡膠軟管(2.9)和接插件(1.4)輸入到無刷直流電機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的過熱保護(hù)。
整個振動棒的工作流程如下圖1所示的振動棒系統(tǒng)通過漏電保護(hù)插座(1.9)連接電源后，操作手柄內(nèi)嵌無刷直流電機(jī)控制器(1.6)，首先判斷無刷直流電機(jī)(1.2)的位置信號是否合法，若處于合法狀態(tài)，則啟動無刷直流電機(jī)(1.2)，電機(jī)工作后，圖2所示轉(zhuǎn)子(2.6)帶動端部的偏心振子(2.3)高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生高頻振動。工作過程中圖3所示無刷直流電機(jī)控制器(1.6)的各個保護(hù)電路正常工作，過壓/欠壓保護(hù)電路(3.2)采樣整流濾波電路兩端電壓，通過兩個比較器比較其電壓是否處于過壓或欠壓狀態(tài)，并將比較結(jié)果經(jīng)比較器輸出至中央處理單元(3.6)，中央處理單元進(jìn)行處理并輸出相應(yīng)的指令給功率放大及控制電路(3.4)；過流保護(hù)(3.3)的實(shí)現(xiàn)也是通過比較器實(shí)現(xiàn)，該電路通過采樣流經(jīng)功率及控制電路的母線電流，并和比較器所設(shè)置的保護(hù)電流值進(jìn)行比較，比較器將比較結(jié)果送至中央處理單元(3.6)，中央處理單元(3.6)進(jìn)行處理并輸出相應(yīng)的指令給功率放大及控制電路(3.4)，功率放大及控制電路控制無刷直流電機(jī)是否繼續(xù)正常工作；過熱保護(hù)電路(3.7)，通過采樣溫度傳感器的信號進(jìn)行工作，溫度傳感器為一正溫度系數(shù)的電阻，該電路通過分壓電路采樣溫度傳感器阻值的變化，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸出至中央處理單元(3.6)，中央處理單元(3.6)經(jīng)過計(jì)算其溫度值，并和設(shè)定過熱點(diǎn)溫度值相比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出信號給功率放大及控制電路(3.4)，控制整個系統(tǒng)是否繼續(xù)正常運(yùn)行；堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路(3.5)，在整個系統(tǒng)正常工作的過程中，該電路采樣電機(jī)的位置信號，中央處理單元(3.6)通過處理判斷無刷電機(jī)系統(tǒng)是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號至功率放大及控制電路(3.4)，控制整個系統(tǒng)是否繼續(xù)運(yùn)行。
權(quán)利要求1.在一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒中，振動棒棒體、無刷直流電機(jī)、內(nèi)置導(dǎo)線的橡膠軟管、防松式接插件和嵌入了控制器的操作手柄順序連接，其特征在于無刷直流電機(jī)直接嵌入到振動棒棒體內(nèi)部并與棒體直接接觸，該電機(jī)在結(jié)構(gòu)上以振動棒棒體為外殼，棒體和無刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化，無刷直流電機(jī)控制器嵌入到振動棒操作手柄體內(nèi)，并且通過橡膠軟管、防松式接插件和振動棒棒體、無刷直流電機(jī)連接，操作手柄材質(zhì)選用輕量金屬材料，同時兼作控制器的散熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，其特征在于由振動棒棒體(1.1)與無刷直流電機(jī)(1.2)、橡膠軟管(1.3)連接，含鎖緊機(jī)構(gòu)的接插件(1.4)一端與橡膠軟管(1.3)連接，無刷直流電機(jī)嵌入振動棒棒體中，接插件(1.4)的另一端與嵌入式無刷直流電機(jī)控制器(1.6)、操作手柄(1.5)連接，無刷直流電機(jī)控制器(1.6)通過操作開關(guān)(1.7)、電源線(1.8)和漏電保護(hù)插頭(1.9)直接連接至外部電源，構(gòu)成完整裝置，該裝置可以由含鎖緊機(jī)構(gòu)的接插件(1.4)處方便拆分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，其特征在于振動棒頭(2.1)與振動棒體(2.2)相連接，非平衡式偏心振子(2.3)安裝在振動棒體(2.2)內(nèi)部，無刷直流電機(jī)由定子(2.5)和轉(zhuǎn)子(2.6)構(gòu)成，其中偏心振子(2.3)用兩端軸承(2.10)支撐，偏心振子(2.3)直接安裝在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.6)軸的一端，無刷直流電機(jī)定子(2.5)通過其端部(2.4)環(huán)氧灌封，其轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)采用高性能永磁材料，使得電機(jī)可以達(dá)到小體積大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子磁鋼外部加護(hù)磁套(2.7)，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的另一端通過軸承(2.11)支撐，振動棒體(2.2)尾部通過棒尾柄(2.8)和橡膠軟管(2.9)密封相連，以保證高速工作的安全性和可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，其特征在于在無刷直流電機(jī)定子端部(2.4)設(shè)有溫度傳感器(3.8)，其信號引線通過橡膠軟管(2.9)和接插件(1.4)輸入到無刷直流電機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的過熱保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，其特征在于在嵌入式無刷直流電機(jī)控制器中，由整流濾波電路(3.1)通過功率放大及控制電路(3.4)和過流保護(hù)電路(3.3)與中央處理單元(3.6)實(shí)現(xiàn)互連，過壓欠壓保護(hù)電路(3.2)、過流保護(hù)電路(3.3)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)(3.5)、過熱保護(hù)電路(3.7)都與中央處理單元(3.6)連接，并且將檢測到的信號送到中央處理單元，中央處理單元適時的發(fā)送控制命令給功率放大及控制電路，功率放大及控制電路再連接無刷直流電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對棒體內(nèi)嵌入式無刷直流電機(jī)的控制和保護(hù)。
專利摘要一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)集成式混凝土振動棒，振動棒與嵌入的無刷直流電機(jī)直接連接，無刷直流電機(jī)控制器嵌入到振動棒操作手柄體內(nèi)，屬于機(jī)電一體化技術(shù)的工程機(jī)械領(lǐng)域。整體結(jié)構(gòu)包括振動棒體、嵌入無刷直流電機(jī)及置于定子端部的溫度傳感器、輕量金屬化的操作手柄、內(nèi)嵌電機(jī)控制器，既密封又散熱，配有振動棒開關(guān)，實(shí)現(xiàn)方便控制，及對電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩、過熱保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)的控制；使得振動系統(tǒng)和無刷直流電機(jī)及其控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，具有使用壽命長、小型化、輕量化、方便使用、節(jié)能、環(huán)保、工作噪音低、激振力強(qiáng)、傳動效率高的特點(diǎn)。
文檔編號E04G21/08GK2851418SQ20052001835
公開日2006年12月27日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者姚宏, 任雷, 孫寶奎 申請人:北京森創(chuàng)電機(jī)技術(shù)有限公司