一种硬币分拣装置及其控制方法和硬纸币兑换机与流程

本发明涉及一种货币兑换机，更具体的是，本发明涉及一种硬币分拣装置及其控制方法和硬纸币兑换机。

背景技术：

中国是一个现金使用量非常大的国家，银行卡、硬币和纸币的使用量非常广泛，随着科技的发展，手机支付也被越来越多的人所使用，但是，也并不能完全取代银行卡、硬币和纸币的使用。由于硬币的不便携性，很多人手中会囤积大量的硬币，而没有使其及时的流通出去，相反，在公交或某些购票机器上，只接受硬币等零钱，人们又需将纸币兑换成硬币以供使用，同时，一些商户，超市却急需大量的硬币作为找零使用，以至于国家每年都要耗费大量的资源制造硬币。目前，人们可以去银行存储硬币，需要耗费人力物力清点，也要常常跑银行，非常不便，而常规的硬、纸币兑换机在使用硬币兑换纸币时，圆形硬币入口仅能一枚硬币一枚硬币的投入，仅限于一元硬币，既麻烦，而且耗时时间长。

技术实现要素：

为解决硬、纸币处理机的硬币处理机的硬币投入单一、麻烦且耗时这一技术问题，本发明设计开发了一种硬币分拣装置，硬币存储投入时可以一次投入大量硬币。

本发明的另一个技术目的是，为解决硬币在批量投入时分拣效率低这一技术问题，本发明提供了一种硬币分拣装置的控制方法，通过控制电机转速，可以快速将批量投入的硬币快速的打入到硬币滑槽中。

本发明提供的技术方案为：

一种硬币分拣装置，包括：

圆形硬币入口通道；以及

旋转轴，其可旋转地设置在所述圆形硬币入口通道底部中心；

打币风翅，其固定在所述旋转轴上；

硬币滑槽，其水平设置在所述圆形硬币入口通道的底部四周；

重力传感器，设置在所述圆形硬币入口通道的底部，用于检测投入硬币重量；

优选的是，还包括：

控制系统，其与所述电机和重力传感器连接，用于控制所述电机旋转；

硬币识别传感器，设置在所述硬币滑槽之后，用于识别硬币类别；以及

计数传感器，设置在硬币识别传感器之后，用于识别硬币数量；

硬币存储箱，用于存储硬币。

优选的是，所述圆形硬币入口通道包括对应不同币种大小的第一、第二和第三投币入口。

优选的是，所述打币风翅包括三个翅片，相互成120°角。

优选的是，所述翅片包括相互呈120°角的第一翅片主体和第二翅片主体，呈弯折形状。

优选的是，所述硬币存储箱设置有隔板，将其分隔为存储不同币种的第一、第二和第三存储箱。

相应地，本发明还提供一种一种硬币分拣装置的控制方法，包括：

步骤1：将硬币分币种批量投入圆形硬币入口通道中；

步骤2：所述圆形硬币入口通道底部的重力传感器检测投入硬币的重量，并将重力信号传送给控制系统，所述控制系统驱动电机以一定转速旋转带动打币风翅旋转，将所述硬币依次打入所述圆形硬币入口底部周围的硬币滑槽内，所述电机的转速为：

其中，n为转速，α为校正因子，f0为初始脉冲频率，m为电机定子相数，z为电机转子齿数，c是通电方式；

所述校正因子α为：

其中，m1为硬币第一入口内重力传感器检测的重力，m1为硬币第一入口应投币种的单位重量，r1为硬币第一入口内打币风翅的翅片长度，r1为第一入口应投币种的半径；m2为硬币第二入口内重力传感器检测的重力，m2为硬币第二入口应投币种的单位重量，r2为硬币第二入口内打币风翅的翅片长度，r2为第二入口应投币种的半径；m3为硬币第三入口内重力传感器检测的重力，m3为硬币第三入口应投币种的单位重量，r3为硬币第三入口内打币风翅的翅片长度，r3为第三入口应投币种的半径；

步骤3：硬币进入硬币滑槽后，进入硬币存储箱。

优选的是，所述步骤2还包括：

当电机通电方式为单相轮流通电或双相轮流通电时，c＝1；

当电机通电方式为单、双相轮流通电时，c＝2。

优选的是，所述步骤2还包括：m1为6.05，m2为3.80，m3为3.20。

相应地，本发明还提供一种硬纸币兑换机，包括：

硬币处理机，其包括上述的硬币分拣装置。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明提供的硬币分拣装置，结构简单，操作方便，可以一次投入大量硬币，无需人工一枚一枚投入，节省人力和时间；

(2)通过控制电机转速，可以快速将批量投入的硬币通过硬币滑槽存入硬币存储箱内；

(3)圆形硬币入口包括对应不同币种的第一、第二和第三入口，支持多币种分拣存储，加快多类别硬币流通；

(4)本发明提供的硬币分拣装置的控制方法，可根据不同圆形硬币入口投入硬币的量来控制打币风翅的转速，实现硬币高效率批量投入，并逐一存储；

(5)本发明提供的硬、纸币兑换机，采用上述硬币分拣装置及其控制方法，加快了硬、纸币兑换速度，也能满足不同币种的投入兑换。

附图说明

图1为本发明所述的硬币分拣装置的结构示意图。

图2为本发明所述的硬币入口底部的结构示意图。

图3为本发明所述打币风翅的结构示意图。

图4为本发明所述硬币分拣工作流程路。

图5为本发明所述电机的刨面结构示意图。

图6为图3中定子和转子展开的平面图。

图7为本发明所述电机的控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。

如图1-2所示，本发明提供一种硬币分拣装置，包括：圆形硬币入口通道100，旋转轴110，可旋转地设置在所述圆形硬币入口通道底部中心；打币风翅120，设置在所述旋转轴110上；硬币滑槽130，均匀水平设置在所述圆形硬币入口100底部周围，与硬币存储箱500连通；重力传感器140，设置在所述圆形硬币入口100底部，用于检测投入硬币重量；电机200，与所述旋转轴110连接，用于驱动所述旋转轴110旋转；硬币识别传感器300，设置在所述硬币滑槽130之后，用于识别硬币类别；计数传感器400，设置在硬币识别传感器300之后，用于识别硬币数量；硬币存储箱500，用于存储硬币。本实施例中，所述圆形硬币入口通道100包括对应不同币种的第一、第二和第三投币入口，分别对应一元、五角和一角硬币。所述硬币存储箱设置有隔板(图中未示出)，将其分隔为存储不同币种的第一、第二和第三存储箱，分别用于存储一元、五角和一角硬币。还包括一控制系统600，所述控制系统600与所述电机200和重力传感器140连接，控制系统600根据重力传感器140检测圆形硬币入口所投入的硬币的重量，并向电机200输入脉冲信号，控制所述电机200旋转，电机200旋转驱动旋转轴110旋转，从而带动打币风翅120旋转，将投入的硬币打入硬币滑槽130，最后流入硬币存储箱500。所述打币风翅120包括三个翅片121，相互成120°角。如图3所示，所述翅片121包括第一主体1211和第二主体1212，所述第一主体1211和第二主体1212的夹角α为120°角，呈弯折形状。第一主体1211的两侧边呈渐宽式，所述第二主体1212的两侧边互相平行，顶部两边夹角β为30°角。所述硬币滑槽130水平均匀设置在每个圆形硬币入口底部四周上，并且硬币滑槽的宽度大于该圆形硬币入口对应币种的直径，小于该币种直径的2倍，滑槽的高度大于该圆形硬币入口对应币种的厚度，而小于该币种厚度的2倍。使其在打币风翅120的旋转击打下快速进入水平设置的硬币滑槽130，同时，也避免了两枚硬币同时进入硬币滑槽，造成硬币滑槽130堵塞，装置宕机而停止工作。应当理解的是，打币风翅和硬币滑槽并不限于上述结构，只要能满足要求即可。

本发明提供的硬币分拣装置，结构简单，在硬币存储时，可以一次投入大量的硬币，无需人工一枚一枚投入，并且设置了不同币种的圆形硬币入口，不仅限于一种硬币(如只限于一元硬币)，可以同时存储不同类别的硬币，实现多币种的流通。

如图4所示，本发明还提供了上述硬币分拣装置的控制方法，包括：

步骤1：将硬币分币种(一元、5角和1角)批量投入第一入口、第二入口和第三入口；

步骤2：所述圆形硬币入口100底部的重力传感器140分别检测对应圆形硬币入口所投入硬币的重量，并将重力信号传送给所述电机200的控制系统600，所述控制系统600产生一个脉冲频率输入给所述电机200，驱动所述旋转轴110带动所述打币风翅120旋转，将所述硬币打入所述圆形硬币入口100底部周围的硬币滑槽130内，所述电机200的转速为：

其中，n为转速，单位为转/分；α为校正因子；f0为初始脉冲频率，单位为hz；m为电机定子相数；z为电机转子齿数；c是通电方式。

通过控制输入给电机的脉冲频率可以控制电机的转速，进而控制打币风翅的转速。电机的转速会根据所投硬币的量而发生改变，所以需要一个校正因子α来改变输入给电机的脉冲频率，所述校正因子α为：

其中，m1为硬币第一入口内重力传感器检测的重力，单位为g；m1为硬币第一入口应投币种的单位重量，单位为g；r1为硬币第一入口内打币风翅的翅片长度，单位cm；r1为第一入口应投币种的半径，单位为cm；m2为硬币第二入口内重力传感器检测的重力，单位为g；m2为硬币第二入口应投币种的单位重量，单位为g；r2为硬币第二入口内打币风翅的翅片长度，单位为cm；r2为第二入口应投币种的半径，单位为cm；m3为硬币第三入口内重力传感器检测的重力，单位为g；m3为硬币第三入口应投币种的单位重量，单位为g，r3为硬币第三入口内打币风翅的翅片长度，单位为cm；r3为第三入口应投币种的半径，单位为cm。

本实施例中，所述圆形硬币入口110分别对应一元、五角和1角，所以，m1为6.05，m2为3.80，m3为3.20。应当理解的是，三个圆形硬币入口可以相互调换。

图5为本实施例中所用电机200的刨面结构示意图，电机200上均匀分布有6个定子磁极210，相邻两磁极间的交角为60°，磁极上绕有三相控制绕组(即m＝3)，分别对应a、b和c三相电源，转子220外部均匀分布有40个齿(即z＝40)，每个齿的齿距是9°，定子的每个极弧上也有5个齿，定子和转子的齿宽和齿距都相同，每个定子磁极210的极距是60°，故每个磁极所占的齿距数不是整数。

如图6所示，现将定子210和转子220展开成平面，定子a极上的齿与转子220上的齿是对齐的，但是b极和c极上的齿分别和转子220上齿相错1/3齿(即3°)，若使b相绕组通电，电机就会沿b极轴向产生磁场，转子220因受到反应转矩作用而转动，直到b极上的齿与转子220上的齿对齐，但a极和c极上的齿有分别和转子上齿相错1/3齿，若断开b极控制绕组中的电流，二接通c极控制绕组的电流，c极和转子220间产生的反应转矩使转子继续转动，同理，a极通电驱使a极上齿与转子220上齿对齐。

电机200是在一定顺序的脉冲频率下控制转动的，通电方式有：

(1)三相单三拍通电方式：a→b→c→a，c＝1；

这种方式每次只有一相通电，容易使转子在平衡位置上发生振荡，稳定性不好。而且在转换时，由于一相断电时，另一相刚开始通电，易失步(指不能严格地对应一个脉冲转一步)，因而不常采用这种通电方式。

(2)三相双三拍通电方式：ab→bc→ca→ab，c＝1；

这种通电方式由于双相同时通电，转子受到的感应力矩大，静态误差小，定位精度高，而且转换时始终有一相通电，可以工作稳定，不易失步。

(3)三相双三拍通电方式：a→ab→b→bc→c→ca，c＝2；

这是单、双相轮流通电的方式，它具有双一拍的特点，且由于通电状态数增加一倍，而使步距角减少一倍。

按照以上顺序电机正转，要使电机反转，将上述电机各相绕组的通电相序反过来即可，如三相单三拍反转的通电方式：a→c→b→a，c＝1。

控制系统600接收重力传感器140检测的重力信号，通过上述公式(1)和公式(2)，校正电机200的初始频率而产生不同的脉冲频率，产生的频率为：

并将其正确分配各项控制脉冲，使各相绕组按照规定的顺序轮流通电(如图7所示)，即可实现电机200的正反转控制和角度的精确控制，从而控制旋转轴带动打币风翅120旋转，得到的打币风翅120的转速为：

从而使得批量投入的硬币在打币风翅的旋转击打下，逐一进入硬币滑槽130内。

硬币批量投入圆形硬币入口110后，圆形硬币入口底部的的重力传感器140检测所投入硬币的重量并发送给控制系统600，控制系统600接收重力信号，并对电机的脉冲频率进行校正，使电机的转速发生改变，当然，随着硬币进入硬币滑槽130后，重力传感器140检测的重量也发生变化，电机200的旋转速度也随之发生变化，使得硬币能够快速进入硬币滑槽130内，同时，硬币入口为圆形，打币风翅120的翅片121的长度与圆形硬币入口110的半径的差小于硬币的直径，保证打币风翅在旋转过程中能够击打到所有的硬币，并且在校正因子α的校正下，驱动打币风翅120旋转，保证其转速击打硬币的力度使得硬币能够全部进入硬币滑槽内，不会有硬币留在硬币入口的通道内。

步骤3：硬币进入硬币滑槽130后，设置在硬币滑槽130后的硬币识别传感器300进一步对硬币类别进行识别，以免用户在硬币投入时，没有分开不同类别的硬币，而使硬币存储到不对应的硬币存储箱内，也防止在硬币存储时，计数传感器400识别硬币数量后，生成不对应的硬币总额，导致硬币存数金额错误。最后硬币按类别存储到第一、第二和第三存储箱，完成硬币分拣。

本发明提供的硬币分拣装置的控制方法，可以分硬币类别批量投入，圆形硬币入口内的打币风翅在电机的控制下旋转，转速可根据所投入硬币的量而发生变化，使得批量投入的硬币逐一进入硬币滑槽，经识别后，存储到硬币存储箱内，无需用户一枚一枚投入，操作简单，节省人力和时间，提高了硬币分拣效率，同时，也支持不同币种投入分拣存储，不限于单一币种，实现多币种的流通。

本发明还提供了一种硬、纸币兑换机，包括硬币处理机，所述硬币处理机采用上述硬币分拣装置及其控制方法。加快了硬币兑换纸币时，硬币的投入速度，也能满足不同币种的投入兑换。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。