专利名称：无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机电一体化的混凝土振动棒，尤其是一种无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，属于机电一体化技术的工程机械领域。
背景技术：
目前，传统的用于混凝土捣实的振动棒一般有两种形式一种是在结构上外侧配备普通异步电机，用软轴连接传动，软轴带动偏心振子形成振动；另一种是将普通异步电机直接嵌入棒体，由电机的转子直接带动偏心振子形成振动。这两种结构都有其内在不可避免的缺陷采用软轴连接式振动棒，其振动的形成是靠软轴来传动，之后由偏心振子敲击产生振动，这种方式不可避免的造成传递效率低下，由于软轴传动属机械传动的一种，传递效率低，并且随传动长度的增加而趋于更加明显，因此外置电机的功率一般比较大，能耗高，造成资源上的过度浪费；由于偏心振子敲击振动棒内壁工作，工作时金属撞击，噪声很高，一般在90db以上，形成高噪声污染，对操作者和周围环境造成不良影响；这种工作方式使得棒体、软轴等各个部分均为易损件，因此，使用寿命短。
采用普通异步电机嵌入式振动棒，虽然其在结构上有了长足的进步，但是异步电机本身的缺陷仍然制约着其整体的性能。由于采用异步电机，其棒体的体积相对于无刷直流电机必然偏大，否则很难达到振动棒工作所需的激振力，如果采用的体积过大则造成振动棒实用性很差，其体积和激振力是一对矛盾体，因此目前的这种类型的振动棒均存在激振力不足的缺陷；另外，普通异步电机本身很难做到高效率，使得该种形式的振动棒效率指标不理想；同时，该种振动棒还需要外置变频器，致使操作方便性和操作范围大受影响。
还由于上述振动棒振动体和电机或者电机和控制器均离散放置，需要多人协调操作，大大影响工作的效率。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，无刷直流电机直接嵌入到振动棒棒体内部并与棒体直接接触，无刷直流电机控制器嵌入到振动棒操作手柄体内，棒体、无刷直流电机和控制器实现一体化，它不仅使用寿命长，小型化、轻量化、方便使用，而且，还具备节能，环保，工作噪音低，激振力强，传动效率高的特点。
本实用新型的目的是这样实现的，其技术方案是在无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒中，振动棒棒体、无刷直流电机、内置导线的橡胶软管、防松式接插件和嵌入了控制器的操作手柄顺序连接。其特征在于无刷直流电机直接嵌入到振动棒棒体内部并与棒体直接接触，该电机在结构上以振动棒棒体为外壳，棒体和无刷直流电机实现一体化，无刷直流电机控制器嵌入到振动棒操作手柄体内，并且通过橡胶软管、防松式接插件和振动棒棒体、无刷直流电机连接，操作手柄材质选用轻量金属材料，同时兼作控制器的散热器。
实现集成化的效果，保证集成式混凝土振动棒高速工作的可靠性。
由于在振动棒体结构中，包括振动头、振动体内嵌入了无刷直流电机的定子和转子、以及置于定子端部的温度传感器；在轻量金属化的操作手柄内嵌入了无刷直流电机控制器，封闭的同时实现了控制器的散热，并配有振动棒的开关以实现对振动棒的方便控制，直接和外部电源相连，电源线可以相对较长，实现大范围的操作；由于在无刷直流电机的控制器中，导线通过橡胶软管与棒体电机相连，实现对无刷直流电机速度及转矩的控制，并实现对无刷直流电机控制器的过热保护、过电流保护、过电压保护以及电机的堵转保护；由于整体结构设计合理，集成了无刷直流电机及其控制器，使得振动棒体和无刷直流电机构成完美结合的系统，真正实现机电一体化。该系统使用寿命长，具有小型化、轻量化、方便使用、节能、环保、工作噪音低、激振力强、传动效率高的特点。
采用本实用新型的优点和效果在于由于采用无刷直流电机系统技术，无刷直流电机可以做到高能密度，无刷直流电机做成嵌入式结构，无刷直流电机控制器也可以做到小体积并和操作手柄结合，做到高度集成轻量化，易操作，可单人操作，操作范围取决于电源线的长度，因此操作非常方便；振动棒体部分和控制器部分可以方便拆分，装配、使用灵活方便，降低操作使用过程中的废品率，做到资源利用最大化；采用无刷直流电机系统技术，可以做到整个无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒的高效率，低噪音，是真正意义上的环保节能技术。和老式软轴传动振动棒相比较，其能耗只有原来的1/3，整个振动棒的噪音可以做到70db以下，甚至更低，适合于噪声要求苛刻的场合施工；具有多种保护装置，设备可靠性高，经由漏电保护开关接通电源，保证操作者的安全，另区别于软轴传动式振动棒，除棒体外，其他部分无机械传动，也没有不良的机械振动等，确保对操作者无健康损害；采用无刷直流电机系统，振动棒的寿命基本相当于无刷直流电机系统的寿命，众所周知，无刷直流电机系统的特点之一就是寿命长，再加上控制器的多种保护措施，使得无刷直流电机集成式振动棒的寿命高于普通振动棒10倍以上。
以下结合附图和实施例，对本实用新型进一步说明如下
图1是本实用新型的无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒结构图图2是本实用新型的振动棒棒体的剖面结构图图3是本实用新型的嵌入式无刷直流电机控制器框图具体实施方式
在图1中，其技术方案是在无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒中，其特征在于由振动棒棒体(1.1)与无刷直流电机(1.2)、橡胶软管(1.3)连接，含锁紧机构的接插件(1.4)一端与橡胶软管(1.3)连接，无刷直流电机嵌入振动棒棒体中，接插件(1.4)的另一端与嵌入式无刷直流电机控制器(1.6)、操作手柄(1.5)连接，无刷直流电机控制器(1.6)通过操作开关(1.7)、电源线(1.8)和漏电保护插头(1.9)直接连接至外部电源，构成完整装置，该装置可以由含锁紧机构的接插件(1.4)处方便拆分。
在棒体结构中包括振动头、振动体、由定子和转子构成的无刷直流电机嵌入在棒体内部，转子端部轴端直接连接非平衡式偏心振子，以及保证电机转子及偏心振子同心度的轴承，后端通过棒尾柄与橡胶软管相连。达成集成化的效果。
通过图2的振动棒棒体的剖面结构图，对本实用新型的技术方案作详细说明振动棒棒体的剖面结构图如图2所示，图2包含了无刷直流电机嵌入式棒体，其特征在于振动棒头(2.1)与振动棒体(2.2)相连接，非平衡式偏心振子(2.3)安装在振动棒体(2.2)内部，无刷直流电机由定子(2.5)和转子(2.6)构成，其中偏心振子(2.3)用两端轴承(2.10)支撑，偏心振子(2.3)直接安装在无刷直流电机转子(2.6)轴的一端，无刷直流电机定子(2.5)通过其端部(2.4)环氧灌封，其转子设计采用高性能永磁材料，使得电机可以达到小体积大转矩，转子磁钢外部加护磁套(2.7)，无刷直流电机转子轴的另一端通过轴承(2.11)支撑，振动棒体(2.2)棒体尾部通过棒尾柄(2.8)和橡胶软管(2.9)密封相连，以保证高速工作的安全性和可靠性。
在图3嵌入式无刷直流电机控制器中，其特征在于由整流滤波电路(3.1)通过功率放大及控制电路(3.4)和过流保护电路(3.3)与中央处理单元(3.6)实现互连，过压欠压保护电路(3.2)、过流保护电路(3.3)、电机堵转保护(3.5)、过热保护电路(3.7)都与中央处理单元(3.6)连接，并且将检测到的信号送到中央处理单元，中央处理单元适时的发送控制命令给功率放大及控制电路，功率放大及控制电路再连接无刷直流电机，以实现对棒体内嵌入式无刷直流电机的控制和保护。
无刷直流电机的运转的过程是通过整流滤波电路提供电源，中央处理单元通过接收无刷直流电机的位置信号，通过相应的数字算法给出正确的电机工作信号，通过功率放大及控制电路控制无刷直流电机的运转，实现了控制的全数字化，避免了由模拟器件模块控制所带来的误差以及不稳定性。
过热保护电路通过接收无刷直流电机内置的温度传感器信号，经处理送至中央处理单元，中央处理单元经过计算温度传感器对应的温度值对功率放大及控制电路发出不同的指令，若温度高于设定温度，中央处理单元则发出指令，使整个系统停止工作，若温度处于正常状态，则整个系统正常工作。另外为保证无刷直流电机控制器的可靠运行，在无刷直流电机控制器的散热器和壳体上也设有一套温度传感器，并实现了和上述过热保护电路同等的功能。
堵转保护电路通过接收电机的位置信号，根据该信号的规律判断电机是否处于堵转状态，若电机处于堵转状态，中央处理单元则发出指令给功率放大控制电路，使得整个系统停止运行，否则整个系统继续正常运行。
过流保护电路采样流经功率放大及控制电路母线的电流，并判断该电流是否处于过电流状态，并把判断结果送至中央处理单元，在过流状态下中央处理单元发出指令给功率放大及控制电路，使得整个系统停止运行。过流保护电路用以确保功率放大电路以及无刷直流电机的可靠性工作。
过压欠压保护电流采样整流滤波电路的母线电压，以此来反应系统的输入电压，并判断该电压是否处于过压或者是欠压状态，并把判断结果送至中央处理单元，在过压、欠压状态下中央处理单元发出指令给功放控制电路，使得整个系统停止运行。
如图2和图3所示，在无刷直流电机定子端部(2.4)设有温度传感器(3.8)，其信号引线通过橡胶软管(2.9)和接插件(1.4)输入到无刷直流电机控制器，实现对无刷直流电机的过热保护。
整个振动棒的工作流程如下图1所示的振动棒系统通过漏电保护插座(1.9)连接电源后，操作手柄内嵌无刷直流电机控制器(1.6)，首先判断无刷直流电机(1.2)的位置信号是否合法，若处于合法状态，则启动无刷直流电机(1.2)，电机工作后，图2所示转子(2.6)带动端部的偏心振子(2.3)高速旋转，由此产生高频振动。工作过程中图3所示无刷直流电机控制器(1.6)的各个保护电路正常工作，过压/欠压保护电路(3.2)采样整流滤波电路两端电压，通过两个比较器比较其电压是否处于过压或欠压状态，并将比较结果经比较器输出至中央处理单元(3.6)，中央处理单元进行处理并输出相应的指令给功率放大及控制电路(3.4)；过流保护(3.3)的实现也是通过比较器实现，该电路通过采样流经功率及控制电路的母线电流，并和比较器所设置的保护电流值进行比较，比较器将比较结果送至中央处理单元(3.6)，中央处理单元(3.6)进行处理并输出相应的指令给功率放大及控制电路(3.4)，功率放大及控制电路控制无刷直流电机是否继续正常工作；过热保护电路(3.7)，通过采样温度传感器的信号进行工作，温度传感器为一正温度系数的电阻，该电路通过分压电路采样温度传感器阻值的变化，并经过A/D转换后输出至中央处理单元(3.6)，中央处理单元(3.6)经过计算其温度值，并和设定过热点温度值相比较，根据比较结果输出信号给功率放大及控制电路(3.4)，控制整个系统是否继续正常运行；堵转保护电路(3.5)，在整个系统正常工作的过程中，该电路采样电机的位置信号，中央处理单元(3.6)通过处理判断无刷电机系统是否处于堵转状态，根据判断结果输出信号至功率放大及控制电路(3.4)，控制整个系统是否继续运行。
权利要求1.在一种无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒中，振动棒棒体、无刷直流电机、内置导线的橡胶软管、防松式接插件和嵌入了控制器的操作手柄顺序连接，其特征在于无刷直流电机直接嵌入到振动棒棒体内部并与棒体直接接触，该电机在结构上以振动棒棒体为外壳，棒体和无刷直流电机实现一体化，无刷直流电机控制器嵌入到振动棒操作手柄体内，并且通过橡胶软管、防松式接插件和振动棒棒体、无刷直流电机连接，操作手柄材质选用轻量金属材料，同时兼作控制器的散热器。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，其特征在于由振动棒棒体(1.1)与无刷直流电机(1.2)、橡胶软管(1.3)连接，含锁紧机构的接插件(1.4)一端与橡胶软管(1.3)连接，无刷直流电机嵌入振动棒棒体中，接插件(1.4)的另一端与嵌入式无刷直流电机控制器(1.6)、操作手柄(1.5)连接，无刷直流电机控制器(1.6)通过操作开关(1.7)、电源线(1.8)和漏电保护插头(1.9)直接连接至外部电源，构成完整装置，该装置可以由含锁紧机构的接插件(1.4)处方便拆分。
3.根据权利要求1所述的无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，其特征在于振动棒头(2.1)与振动棒体(2.2)相连接，非平衡式偏心振子(2.3)安装在振动棒体(2.2)内部，无刷直流电机由定子(2.5)和转子(2.6)构成，其中偏心振子(2.3)用两端轴承(2.10)支撑，偏心振子(2.3)直接安装在无刷直流电机转子(2.6)轴的一端，无刷直流电机定子(2.5)通过其端部(2.4)环氧灌封，其转子设计采用高性能永磁材料，使得电机可以达到小体积大转矩，转子磁钢外部加护磁套(2.7)，无刷直流电机转子轴的另一端通过轴承(2.11)支撑，振动棒体(2.2)尾部通过棒尾柄(2.8)和橡胶软管(2.9)密封相连，以保证高速工作的安全性和可靠性。
4.根据权利要求1所述的无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，其特征在于在无刷直流电机定子端部(2.4)设有温度传感器(3.8)，其信号引线通过橡胶软管(2.9)和接插件(1.4)输入到无刷直流电机控制器，实现对无刷直流电机的过热保护。
5.根据权利要求1所述的无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，其特征在于在嵌入式无刷直流电机控制器中，由整流滤波电路(3.1)通过功率放大及控制电路(3.4)和过流保护电路(3.3)与中央处理单元(3.6)实现互连，过压欠压保护电路(3.2)、过流保护电路(3.3)、电机堵转保护(3.5)、过热保护电路(3.7)都与中央处理单元(3.6)连接，并且将检测到的信号送到中央处理单元，中央处理单元适时的发送控制命令给功率放大及控制电路，功率放大及控制电路再连接无刷直流电机，以实现对棒体内嵌入式无刷直流电机的控制和保护。
专利摘要一种无刷直流电机系统集成式混凝土振动棒，振动棒与嵌入的无刷直流电机直接连接，无刷直流电机控制器嵌入到振动棒操作手柄体内，属于机电一体化技术的工程机械领域。整体结构包括振动棒体、嵌入无刷直流电机及置于定子端部的温度传感器、轻量金属化的操作手柄、内嵌电机控制器，既密封又散热，配有振动棒开关，实现方便控制，及对电机的速度、转矩、过热保护、过电流保护、过电压保护、堵转保护的控制；使得振动系统和无刷直流电机及其控制器实现机电一体化，具有使用寿命长、小型化、轻量化、方便使用、节能、环保、工作噪音低、激振力强、传动效率高的特点。
文档编号E04G21/08GK2851418SQ20052001835
公开日2006年12月27日 申请日期2005年5月8日 优先权日2005年5月8日
发明者姚宏, 任雷, 孙宝奎 申请人:北京森创电机技术有限公司