專利名稱：軌道搖床的驅動裝置以及使用所述驅動裝置的搖床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軌道搖床的驅動裝置，本發(fā)明還涉及使用這種驅動裝置的軌道搖床。
背景技術：
所謂軌道搖床也稱振蕩器，廣泛用于生物學、醫(yī)學、食品、化工等領域中，以均勻的環(huán)轉運動沿一種軌道的路徑移動持定在搖臺的上表面上的、內(nèi)含各種液體的燒懷、試管、培養(yǎng)皿或者其它容器，起混勻或者攪拌其內(nèi)容物的作用。特別地，軌道搖床移動搖臺的方式是在X-Y平面中，搖臺的上表面上所有的點都在一種具有共同半徑的圓周路徑上運行，但是在搖臺上任意兩點間的聯(lián)線始終都在運動中保持平動。一般地，燒懷、試管、培養(yǎng)皿或者其它容器附著到緊固在搖臺上的托盤的上表面上，從而繞容器的內(nèi)壁渦轉或者振蕩含于其中的液體，以促進混合，或者加快相互作用或加快液體與局部氣體環(huán)境之間的交換。
常規(guī)地，所述搖床主要包含一個支座、一個搖臺、一個樞支機構和一個驅動裝置、所述樞支機構連接在搖臺和支座之間，包括至少一個曲柄。所述曲柄具有一個豎直的上端軸、一個豎直的下端軸和一個連接部分。下端軸通過軸承連接支座上，上端軸通過軸承連接在搖臺上。下端軸的軸線與上端軸之間的距離稱為曲柄的偏心距。在驅動力的帶動下，曲柄的上端軸的軸線將沿一個其半徑由曲柄的偏心距決定的圓圓周地運動，而整個樞支機構阻止搖臺繞任一個軸線旋轉，從而搖臺的所有的點都能夠，而且只能夠沿具有其半徑由曲柄的偏心距決定的圓周路徑運動。
一個搖床還可以包含例如配重、托盤、卡具、機殼等等領域內(nèi)普通技術人員公知的裝置，同樣也不是本發(fā)明的目標，因此不在本說明書中說明。
搖床的驅動裝置通常是一個可調(diào)速的旋轉電動機，電動機通過一個皮帶傳動裝置驅動至少一個曲柄。在此情況下，一般地電動機于曲柄的下方固定安裝在支座上。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目標是提出一種軌道搖床驅動裝置，使用這種搖床驅動裝置的搖床不需傳動裝置，不需要常規(guī)電動機的附加的軸及軸承或者聯(lián)軸裝置。
本發(fā)明的另一個目標是提出一種包含所述搖床驅動裝置的搖床。
本發(fā)明的軌道搖床驅動裝置包含多個驅動組件，例如三個驅動組件。一個所述驅動組件實質(zhì)上是一個低相數(shù)的電機，例如單相電機。一個驅動組件，也就是一個低相數(shù)的電機的轉子直接固定安裝在一個曲柄的下端軸上，所述低相數(shù)的電機的定子與轉子同心地固定安裝在搖床的支座上，相鄰轉子與對應的曲柄上端軸軸線與下端軸軸線之間連線的夾角的差與相鄰的定子磁極中心線彼此間夾角的和為轉子極距/總相數(shù)的角度，所述總相數(shù)是全部所述多個驅動組件的相數(shù)的總和，例如采用三個單相的驅動組件時，所述總相數(shù)是三。這里，也可以是轉子與對應的曲柄相對角度位置相同，而相鄰的定子磁極中心線彼此間夾角的是轉子極距/總相數(shù)的角度。還可以是轉子與對應的曲柄的上端軸和下端軸之間的連線的夾角的差為轉子極距/總相數(shù)，定子磁極中心線彼此平行。所述驅動組件在領域內(nèi)公知的電子開關控制下輪流工作驅動搖床完成連續(xù)的軌道回轉運動。
優(yōu)選地，所述每個驅動組件是一個開關磁阻電動機，并且優(yōu)選地是一個單相的開關磁阻電動機。優(yōu)選地所述開關磁阻電動機的定子磁極數(shù)是任意的偶數(shù)并且與轉子磁極數(shù)相同，更加優(yōu)選地所述開關磁阻電動機的定子磁極數(shù)、轉子磁極數(shù)是不能夠被三整除的偶數(shù)。
由于曲柄的同步聯(lián)動關系，多個，優(yōu)選地，三個分別固定安裝在曲柄下端軸上的驅動組件，在電子開關的控制下輪流地驅動各個曲柄，形成了一個分體式的高相數(shù)的總電動機。


從下面參照附圖對本發(fā)明實施方式的詳細地說明可以進一步地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。在附圖中圖1是示意圖，用于說明一種現(xiàn)有技術的軌道搖床的驅動裝置的工作原理；圖2是分解透視圖，示出一種根據(jù)本發(fā)明的軌道搖床的驅動裝置的一個優(yōu)選實施形式的基本結構；圖3a-3b是說明圖2所示的實施方式的定子與轉子相對位置關系的示意圖，用于說明本發(fā)明的軌道搖床的驅動裝置的工作原理；圖4是說明本發(fā)明的軌道搖床驅動裝置的驅動組件的另一個優(yōu)選實施方式的定子與轉子相對位置關系的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，圖中示意性地示出的一種現(xiàn)有技術的軌道搖床，包含一個位于上方的支座1、一個位于下方的搖臺2和一個由三個曲柄3組成的樞支機構。支座1的平面與搖臺2的平面相互平行。所述曲柄3具有一個豎直的上端軸3a、一個豎直的下端軸3b和一個連接部分3c。下端軸3b通過軸承連接支座上，上端3a軸通過軸承連接在搖臺上。下端軸3b的軸線與上端軸3a之間的距離稱為曲柄3的偏心距。在驅動力的帶動下，曲柄的上端軸的軸線將沿一個其半徑由曲柄3的偏心距決定的圓圓周地運動，而整個樞支機構阻止搖臺繞任一個軸線旋轉，從而搖臺的所有的點都能夠，而且只能夠沿具有其半徑由曲柄的偏心距決定的圓周路徑運動。三個曲柄3的下端軸之一穿過所屬的軸承從支座1的下方伸出，通過皮帶傳動裝置從一個可調(diào)速的電動機M接受驅動力。
下面參照圖2和圖3說明根據(jù)一種本發(fā)明的軌道搖床的驅動裝置的一個非限定性優(yōu)選實施例。圖2和圖3中與圖1相同功能的零件用相同的標號加100指代，并且不再對其功能進行詳細的說明。
圖2是一個分解示意圖，示出本發(fā)明驅動裝置的一個優(yōu)選實施例。其中，所述驅動裝置包含三個驅動組件16a、16b、16c。每個定子驅動組件16a、16b、16c各包含一個定子14a、14b、14c和一個轉子15a、15b、15c。如圖2中所示，轉子15a、15b、15c旋轉固定地安排在曲柄103的下端軸103b上。三個轉子15a、15b、15c與對應曲柄的角度關系是完全相同的。轉子鐵芯用軟磁材料例如硅鋼片制造，是凸極式的，在本實施例中有四個磁極，轉子沒有線圈。三個定子14a、14b、14c固定地安裝在支座101上，分別同心地包圍轉子15a、15b、15c，與對應的轉子一起構成三個驅動組件16a、16b、16c。定子鐵芯用軟磁材料制造，也是凸極式的，在本實施例中有四個磁極，四個磁極上各繞有一個線圈。一個驅動組件16a、16b、16c的四個線圈串聯(lián)或者并聯(lián)在一起構成一相繞組，由圖中未示的電子開關控制通電和斷電。如圖3中所示三個驅動組件的定子磁極中心極相互夾30°角。圖3中還示出三個轉子15a、15b、15c與三個定子14a、14b、14c的相互位置關系，圖中用點劃線連接了轉子15a、15b、15c的軸心以示意它們的同步聯(lián)動關系。
下面參照圖3a-圖3b說明本發(fā)明所述搖床驅動裝置的工作原理。圖中只示出驅動組件16a的開關Sa和電源E，并且略去與說明工作原理無關的部件。為了簡化說明，以下的說明以各個驅動組件的定子線圈以50％的占空比通以電流為基礎。
參見圖3a，在此位置，驅動組件16a的定子14a的磁極中線與轉子15a的磁極中心線的夾角為45度角。這時如果合上開關Sa使其繞組通電，在該組件內(nèi)建立起一個磁場，磁通經(jīng)過定子軛、定子磁極、氣隙、轉子磁極、轉子軛等處閉合。在此時磁路的磁阻大于定子磁極、轉子磁極的中心線重合時的磁阻，因此轉子15a將受到氣隙中彎曲的磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉矩作用，例如使轉子15a逆時針方向轉動，帶動曲柄103a以及103b、103c逆時針方向轉動。不難看出，曲柄103a以及103b、103c的轉動是同步的，從而轉子15a、15b、15c的轉動也是同步的。
當轉子15a轉動過30°角時，由于轉子15a、15b、15c的轉動是同步的，并且定子14a與定子14a的磁極中心線交角為30°角，定子14b的磁極與轉子15b的磁極的相對位置正好與驅動組件16a開始通電時相同，如圖3b所示。在此時刻使驅動組件16b的定子繞組通電，在驅動組件16b建立起一個磁場，與上述原理相同，轉子15b受到氣隙中彎曲的磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉矩作用，使轉子15b逆時針方向轉動，與定子14a對轉子15a產(chǎn)生的轉矩相迭加。對比圖3a和圖3b可以看出，當此兩個定子14a、14b同時通電共同使轉子再轉過15°角時，定子14a的磁極中心線與轉子15a的磁極中心線重合，這時磁阻最小，轉子15a達到平衡位置，即定子14a與轉子15a極對極時，驅動組件16a貢獻的切向力消失。在此時刻打開開關Sa，從而定子14a的繞組斷電，使之不對轉子15a產(chǎn)生制動矩。當驅動組件16b單獨通電再轉過一個15°角時，驅動組件16c的定子14c的磁極中心線與轉子15c的磁極的相對位置正好與驅動組件16a或者16b的定子繞組開始通電時的狀態(tài)相同，于是驅動組件16c的定子14c的繞組通電。在驅動組件16c內(nèi)建立起一個磁場。驅動組件16b和16c的定子繞組同時通電使轉子轉過15°角、接著驅動組件16c的定子繞組單獨通電使轉子再轉過一個15°角時，整個驅動裝置即與圖3a所示狀態(tài)完全一樣，只不過驅動組件16a的定子14a的磁極相對的轉15a的磁極轉過了90°角。也就是說，三個驅動組件16a、16b、16c輪流通電一次，等角度位置關系地安裝在三個曲柄下端軸上的三個轉子逆時針15a、15b、15c轉動了一個90°的轉子極距。連續(xù)不斷地按a-b-c-a的順序分別給各相定子繞組輪流通電，三個轉子15a、15b、15c即沿逆時針方向連續(xù)地同步轉動。如果連續(xù)不斷地按a-c-b-a的順序分別給各相定子繞組輪流通電，三個轉子15a、15b、15c即沿順時針方向連續(xù)地轉動。
定子14a、14b、14c線圈的通電和斷電由電子開關完成，電子開關可以用領域內(nèi)公知的方式通過位置傳感器發(fā)出的信號或者相電流檢測發(fā)出的信號進行控制。因此該實施例的搖床驅動裝置可以稱為開關磁阻式驅動裝置。使用位置傳感器提供開關控制信號時，例如可以用一個曲柄下端軸的角位置作為檢測對象。
不難看出，以上說明的驅動組件實質(zhì)上是單相的開關磁阻電動機。如領域內(nèi)普通技術人員所公知，單相開關磁阻電動機沒有在任意位置上自起動的能力。但是由于本發(fā)明所述搖床驅動裝置的驅動組件的三個轉子15a、15b、15c的同步關系和三個定子14a、14b、14c磁極中心線的角度關系，本發(fā)明所述的三個驅動組件16a、16b、16c結合構成了一個整體的三相開關磁阻電動機，并且具備開關磁阻電動機與其它電動機相較的優(yōu)點。本發(fā)明在軌道搖床上的應用去掉了常規(guī)軌道搖床的傳動裝置，驅動裝置的軸就是曲柄的下端軸，減少了零件數(shù)量降低單獨制造電動機的附加成本，同時還可以縮小整機的體積。
與常規(guī)開關開關磁阻電動機相比，本發(fā)明所述搖床驅動裝置也具有其獨特的優(yōu)點。例如在本發(fā)明的不同驅動組件定子與定子、轉子與轉子之間沒有公共的磁軛，不存在同時通電時的相間互感。而且，如果通過領域內(nèi)公知的方法采用檢測某相的感生電動勢檢測轉子的角度位置時完全不受正在通電的相的感應干擾。
領域內(nèi)普通技術人員還可以看出本發(fā)明與常規(guī)的同轉子磁極數(shù)開關磁阻電動機相比有更大的重復率和電磁轉換率。本發(fā)明人對于這樣一些領域內(nèi)普通技術人員容易看出的優(yōu)點和特征不作進一步的說明。
以上說明的實施方式是一種4-4極的磁極安排方式，然而本發(fā)明還可以有其它的磁極安排方式。優(yōu)選地所述驅動組件的磁極數(shù)是偶數(shù)。圖4中示出一個8-8極安排的驅動組件的定子與轉子鐵芯沖片的示意圖。由于本發(fā)明所述的磁極數(shù)可以有許多的可能性，對于不同轉矩要求、不同轉速要求和轉速穩(wěn)定性要求等等的搖床設計提供了極大的靈活性。
以上說明50％的驅動電流占空比的假定只是為了便于說明，并不是本發(fā)明所必須的。
本發(fā)明的驅動組件不限于單相的，本發(fā)明的軌道搖床驅動裝置也不限于包含三個驅動組件。例如需要時可以設想在兩個或者三個曲柄上設置兩相的驅動組件，這樣構成的四相或者六相驅動裝置也具有任意位置上的可逆自起動能力。
以上說明中各驅動組件的轉子相對于對應曲柄的角度位置關系相同，而相鄰的定子磁極中心線錯開一個轉子極距/相數(shù)的角度，但是也可以有各驅動組件的轉子相對于對應的曲柄對應地錯開一個轉子極路/相數(shù)的角度，而相鄰的定子磁極中心線相互平行的實施方式，甚至于可以有相鄰的定子磁極中心線與轉子中心線一起總地錯開一個轉子極距/相數(shù)的角度的實施方式。
本發(fā)明的驅動組件也不限于開關磁阻式的，例如可以是永磁式的等等。
本發(fā)明所述的搖床主要是指軌道搖床，但是本發(fā)明不排除用公知的技術在軌道搖床基礎上改裝的直線搖床或者軌道-直線兩用搖床。
通過閱讀以的說明，領域內(nèi)可以對以上說明提出各種改進和修改的實施方式而不脫離本發(fā)明的范圍，因此本發(fā)明的范疇只由權利要求書給出的定義限定。
權利要求
1.一種軌道搖床驅動裝置，所述軌道搖床驅動裝置包含多個驅動組件，每個所述驅動組件都具有一個定子和一個轉子，實質(zhì)上是一個低相數(shù)的電機，所述驅動組件的定子固定安裝在搖床的支座上，與轉子同心，定子上繞有線圈，其特征在于，各個驅動組件的轉子直接固定安裝在對應曲柄的下端軸上，相鄰轉子磁極中心線與對應曲柄的上端軸與下端軸連線的夾角的差與相鄰的定子磁極的中心線相互之間的夾角的和等于轉子極距/總相數(shù)，所述總相數(shù)是全部所述多個驅動組件的相數(shù)的總和，用電子開關控制驅動組件的定子繞組的通電和斷電。
2.如權利要求1所述的軌道搖床驅動裝置，其特征在于，所述一個驅動組件是一個開關磁阻電動機。
3.如權利要求1或2所述的軌道搖床驅動裝置，其特征在于，所述驅動組件是一個單相的開關磁阻電動機。
4.如以上權利要求之一所述的軌道搖床驅動裝置，其特征在于，所述開關磁阻電動機的定子磁極數(shù)是偶數(shù)并且與轉子磁極數(shù)相同。
5.如權利要求1至3之一所述的軌道搖床驅動裝置，其特征在于，所述開關磁阻電動機的定子磁極數(shù)是偶數(shù)，與轉子磁極數(shù)相同。
6.如權利要求1或2所述的軌道搖床驅動裝置，其特征在于，所述多個驅動組件的每個是一個兩相的開關磁阻電動機。
7.如以上權利要求之一所述的軌道搖床驅動裝置，其中，所有轉子的磁極中心線與對應曲柄的角度位置關系相同，而相鄰的定子磁極的中心線彼此間呈轉子極距/總相數(shù)的角度，所述總相數(shù)是全部所述多個驅動組件的相數(shù)的和。
8.如權利要求1至6之一所述的軌道搖床驅動裝置，相鄰轉子磁極中心線與對應曲柄的上端軸下端軸連線的夾角差是轉子極距/總相數(shù)的角度，而定子磁極的中心線彼此平行，所述總相數(shù)是全部所述多個驅動組件的相數(shù)的和。
9.一種軌道搖床，所述搖床包含一個支座、一個搖臺和一個連接在支座與搖臺之間的樞支機構，所述樞支機構包含至少一個曲柄，所述曲柄的下端是一個豎直的軸，通過一個軸承連接在支座上，其上端也是一個豎直的軸，通過一個軸承連接到搖臺上，其特征在于，其驅動裝置是以上權利要求之一所述的搖床驅動裝置。
10.如權利要求9所述的搖床，其特征在于，所述搖床是往復式搖床。
全文摘要
公開了一種軌道搖床驅動裝置，所述搖床驅動裝置實質(zhì)上是由分別安裝在搖床曲柄上的功能不完整的低相數(shù)的電動機聯(lián)動組成的功能完整的高相數(shù)電動機，每個低相數(shù)的電動機各自驅動一個曲柄。從而簡化了結構，取消了傳動裝置。本發(fā)明主要涉及的是分體式開關磁阻搖床驅動裝置，還涉及使用這種驅動裝置的搖床。
文檔編號B01F11/00GK1954904SQ20051011472
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權日2005年10月26日
發(fā)明者劉自蘆 申請人:劉自蘆