專利名稱：一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)控制裝置，尤其是一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū) 動(dòng)精度和可靠性的控制裝置。
背景技術(shù)：
在高效率的，主要是聚光型太陽能采集應(yīng)用中，例如太陽能光伏發(fā)電，太陽 能熱發(fā)電，太陽能聚光高溫爐，采用單軸，準(zhǔn)單軸或雙軸的跟蹤裝置是需要的， 一個(gè)帶跟蹤器的平板式光伏電池一年的發(fā)電量要比不帶跟蹤器的相同平板式光
伏電池多出25%- 30%。然而，傳統(tǒng)的高精度的太陽跟蹤器多采用光編碼器，伺服
電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)和帶有電腦的控制系統(tǒng)，成本高昂，難以大面積推廣使用。因此
降低跟蹤器的成本成為一個(gè)首先需要解決的問題。如果使用普通的直流電機(jī)作為
太陽跟蹤器的主驅(qū)動(dòng)，用簡(jiǎn)單便宜的編碼器代替昂貴的高精度光編碼器，用單板
機(jī)或微控制器取代電腦，太陽跟蹤器的制造成本則可大幅度降低。此方案存在一
個(gè)技術(shù)難題，即普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度并非是固定的，其速度是輸入電壓及機(jī)
械負(fù)載的函數(shù)，上述情況是由直流電機(jī)的本身特性造成的。因此，普通直流電機(jī)
在驅(qū)動(dòng)精度和可靠性上存在著先天性不足，所以無法應(yīng)用在定位驅(qū)動(dòng)方面(例如
太陽跟蹤)的跟蹤裝置中。 發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可 靠性的控制裝置，并且能夠應(yīng)用于定位驅(qū)動(dòng)方面的跟蹤裝置中，從而降低了跟蹤 裝置的成本。
本實(shí)用新型技術(shù)方案是 一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的控制 裝置，包括一個(gè)直流電機(jī)和減速箱，以及一個(gè)將減速箱內(nèi)某個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)或 者一個(gè)固定轉(zhuǎn)角發(fā)生的次數(shù)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，所述信號(hào)發(fā)生器 設(shè)置在所述減速箱從輸入端數(shù)起的第一減速級(jí)或第二減速級(jí)的轉(zhuǎn)軸上，所述信號(hào) 發(fā)生器的信號(hào)輸出端與一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端連接。
所述驅(qū)動(dòng)控制器包括微型計(jì)算機(jī)，該微型計(jì)算機(jī)具有與信號(hào)發(fā)生器連接的信 號(hào)輸入口，產(chǎn)生電機(jī)制動(dòng)信號(hào)的信號(hào)輸出口，該信號(hào)輸出口與電機(jī)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路連接。
上述方案中，所述信號(hào)發(fā)生器包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在同一根減速箱轉(zhuǎn)軸外圓 上的起觸發(fā)作用的突起部，所述一個(gè)或多個(gè)突起部都分布在同一垂直面上，所述 信號(hào)發(fā)生器還包括一個(gè)與所述一個(gè)或多個(gè)突起部對(duì)應(yīng)的行禾呈開關(guān)或觸動(dòng)開關(guān)，該 行程開關(guān)或觸動(dòng)開關(guān)的輸入/輸出端與所述驅(qū)動(dòng)控制器輸入端連接。
本實(shí)用新型原理在于，本實(shí)用新型適合用于慢速驅(qū)動(dòng)，特別是太陽能跟蹤的 驅(qū)動(dòng)。把直流電機(jī)安裝在驅(qū)動(dòng)裝置的減速箱的輸入端，在減速箱內(nèi)的其中一根旋 轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器。 一旦該軸旋轉(zhuǎn)到某個(gè)或某幾個(gè)已知的位 置或點(diǎn)上時(shí)，該信號(hào)發(fā)生器就會(huì)被激發(fā)，輸出電訊號(hào)；信號(hào)發(fā)生器的輸出端通過 電線連接到驅(qū)動(dòng)控制器上，驅(qū)動(dòng)控制器處理編碼器的信號(hào)，并實(shí)時(shí)做出啟動(dòng)或停 止直流電機(jī)的決定。本實(shí)用新型提供了可以讓直流電機(jī)在特定的位置上停頓的能 力，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可靠性大大提高了；由于信號(hào)發(fā)生器不安裝在驅(qū)動(dòng)裝置的輸 出端，而是安裝在減速器的其中一個(gè)減速級(jí)上，低分辨率的信號(hào)發(fā)生器己經(jīng)足夠
提供驅(qū)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)高精度驅(qū)動(dòng)的控制能力。
本實(shí)用新型采用了簡(jiǎn)單的編碼器，邏輯線路和微控器，相對(duì)于傳統(tǒng)的跟蹤裝 置，比如使用高精度光編碼器，伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)和電腦，成本是顯著的降低 了。本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案，就整體功能而言就是用簡(jiǎn)單便宜的元件把直流 電機(jī)改進(jìn)成一個(gè)高精度的步進(jìn)電機(jī)，不同的是該直流電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明-
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)控制器的電路原理圖，
圖3是驅(qū)動(dòng)控制器的邏輯關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
參見圖l、 3，本實(shí)用新型包括直流電機(jī)1和采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的減速箱2，本 方案適合用于慢速的直流電機(jī)或帶有微型減速箱的直流電機(jī)。以及一個(gè)將減速箱 內(nèi)某個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，或一個(gè)固定轉(zhuǎn)角發(fā)生的次數(shù)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的信號(hào) 發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包括一個(gè)設(shè)置在所述減速箱從輸入端數(shù)起第一減速級(jí)轉(zhuǎn)軸 外圓上的起觸發(fā)作用的突起部3，以及一個(gè)與突起部3對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)4，行程開 關(guān)4的輸入/輸出端通過電線與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器5的輸入端A、 B連接。信號(hào)發(fā)
生器可以按應(yīng)用的需要和合適性安裝在其它部位如第二減速級(jí)轉(zhuǎn)軸或電機(jī)輸出 軸等，如果直流電機(jī)速度太快而影響該電機(jī)的停走控制，則可把信號(hào)發(fā)生器安裝在更后面的減速級(jí)的軸上，如果使用其他級(jí)數(shù)的減速箱也可以此類推。
參見圖2，所述驅(qū)動(dòng)控制器5包括微型計(jì)算機(jī)，該微型計(jì)算機(jī)采用單板機(jī)
AT89C2051,它具有與行程開關(guān)4連接的信號(hào)輸入腳7，產(chǎn)生電機(jī)制動(dòng)信號(hào)的信號(hào)輸 出腳14，該信號(hào)輸出腳14與電機(jī)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路連接。電機(jī)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè) 場(chǎng)效應(yīng)管T4，其柵極與信號(hào)輸出腳14連接，其漏極與繼電器.n的一個(gè)觸片連接， 其源極與三極管T3的集電極連接，三極管T3發(fā)射極接地，基極通過電阻R7與信 號(hào)輸出腳ll連接。繼電器J1的輸出回路通過驅(qū)動(dòng)控制器5的輸出端C、 D與直流電 機(jī)1連接。
驅(qū)動(dòng)控制器5的工作原理是單板機(jī)AT89C2051通過輸出腳14發(fā)出高電位 信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)管T4的門被導(dǎo)通，電流通過接線端CD流到直流電機(jī)1，電機(jī)開始 轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由單板機(jī)AT89C2051通過輸出腳11的電位來決定， 當(dāng)輸出腳ll是高電位時(shí)，三極管T3被導(dǎo)通，繼電器J1吸合，電流從D流入直 流電機(jī)1再從C回來，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出腳ll是低電位時(shí)，三極管T3不導(dǎo)通， 繼電器Jl不吸合，電流從C流入直流電機(jī)3再從D回來，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
每當(dāng)?shù)谝粶p速級(jí)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，突起部3觸發(fā)行程開關(guān)4一次，行程開關(guān)4 發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)通過接線端子AB來到單板機(jī)AT89C2051的輸入腳7，單板機(jī) AT89C2051的程序紀(jì)錄該脈沖信號(hào)發(fā)生的次數(shù)，當(dāng)累積的次數(shù)達(dá)到程序指定的次 數(shù)N，比如N-8，單板機(jī)AT89C2051通過輸出腳14發(fā)出低電位信號(hào)，直流電 機(jī)1的電源被切斷，電機(jī)停止，單板機(jī)AT89C2051將內(nèi)存中的脈沖信號(hào)發(fā)生次數(shù) 清零。N決定了減速箱2的輸出軸所要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。其計(jì)算方法如下
假設(shè)圖1中行程開關(guān)4每圈能分辨出N個(gè)位置，既郁個(gè)突起部，那么圖l中一減 速級(jí)轉(zhuǎn)軸最小的，驅(qū)動(dòng)控制器5可以保證的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是A 6 ，由以下公式給出-
360。
Ar (1)
圖1中的第二級(jí)減速的減速倍數(shù)是G2，第三級(jí)減速的減速倍數(shù)是G3，減速器的 輸出端的轉(zhuǎn)角P的最小的，驅(qū)動(dòng)控制器5可以保證的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是A P ，由以下公 式給出
5<formula>formula see original document page 6</formula>
(2)
行程開關(guān)4發(fā)出信號(hào)的次數(shù)和其所在轉(zhuǎn)軸的關(guān)系是每發(fā)出兩次信號(hào)，代表了
該轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為A e ，減速箱2輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度為A p 。
驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的最小的驅(qū)動(dòng)角度為ap ，驅(qū)動(dòng)精度取決于減速箱的減速倍數(shù)， 如公式(2)說明。由于太陽跟蹤器多采用高減速比的減速箱，故此方法可以使 因?yàn)轵?qū)動(dòng)精度不準(zhǔn)確而不適合用于驅(qū)動(dòng)太陽跟蹤器的普通直流電機(jī)，達(dá)到了跟蹤
太陽所需的精度。舉例假設(shè)在第一減速級(jí)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置四個(gè)突起部，行程開關(guān) 4分辨率為每圈四個(gè)點(diǎn)，SPN=4;減速箱有兩個(gè)減速級(jí)，總減速倍數(shù)為5化54=2916， 從公式(2)可求得最小的驅(qū)動(dòng)角度為Ap^.03 ° ，精度足夠用于太陽跟蹤器 了。
權(quán)利要求1. 一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的控制裝置，包括一個(gè)直流電機(jī)和減速箱，以及一個(gè)將減速箱內(nèi)某個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)或者一個(gè)固定轉(zhuǎn)角發(fā)生的次數(shù)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器設(shè)置在所述減速箱從輸入端數(shù)起的第一減速級(jí)或第二減速級(jí)的轉(zhuǎn)軸上，所述信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端與一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)控制器包括微型計(jì)算機(jī)，該微型計(jì)算機(jī)具有與信號(hào)發(fā)生器連接的信號(hào)輸入口，產(chǎn)生電機(jī)制動(dòng)信號(hào)的信號(hào)輸出口，該信號(hào)輸出口與電機(jī)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的控制裝 置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在同一根減速箱轉(zhuǎn)軸外圓 上的起觸發(fā)作用的突起部，所述一個(gè)或多個(gè)突起部都分布在同一垂直面上，所 述信號(hào)發(fā)生器還包括一個(gè)與所述一個(gè)或多個(gè)突起部對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)或觸動(dòng)開 關(guān)，該行程開關(guān)或觸動(dòng)開關(guān)的輸入/輸出端與所述驅(qū)動(dòng)控制器輸入端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)控制裝置，尤其是一種能提高普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的控制裝置，包括一個(gè)直流電機(jī)和減速箱，以及一個(gè)將減速箱內(nèi)某個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)或者一個(gè)固定轉(zhuǎn)角發(fā)生的次數(shù)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，所述信號(hào)發(fā)生器設(shè)置在所述減速箱從輸入端數(shù)起的第一減速級(jí)或第二減速級(jí)的轉(zhuǎn)軸上，所述信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端與一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端連接。本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案，就整體功能而言就是用簡(jiǎn)單便宜的元件把直流電機(jī)改進(jìn)成一個(gè)高精度的步進(jìn)電機(jī)，不同的是該直流電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G01B7/30GK201242686SQ200820129498
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者林文漢, 林晨星, 陳應(yīng)天 申請(qǐng)人:陳應(yīng)天