专利名称：轨道摇床的驱动装置以及使用所述驱动装置的摇床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道摇床的驱动装置，本发明还涉及使用这种驱动装置的轨道摇床。
背景技术：
所谓轨道摇床也称振荡器，广泛用于生物学、医学、食品、化工等领域中，以均匀的环转运动沿一种轨道的路径移动持定在摇台的上表面上的、内含各种液体的烧怀、试管、培养皿或者其它容器，起混匀或者搅拌其内容物的作用。特别地，轨道摇床移动摇台的方式是在X-Y平面中，摇台的上表面上所有的点都在一种具有共同半径的圆周路径上运行，但是在摇台上任意两点间的联线始终都在运动中保持平动。一般地，烧怀、试管、培养皿或者其它容器附着到紧固在摇台上的托盘的上表面上，从而绕容器的内壁涡转或者振荡含于其中的液体，以促进混合，或者加快相互作用或加快液体与局部气体环境之间的交换。
常规地，所述摇床主要包含一个支座、一个摇台、一个枢支机构和一个驱动装置、所述枢支机构连接在摇台和支座之间，包括至少一个曲柄。所述曲柄具有一个竖直的上端轴、一个竖直的下端轴和一个连接部分。下端轴通过轴承连接支座上，上端轴通过轴承连接在摇台上。下端轴的轴线与上端轴之间的距离称为曲柄的偏心距。在驱动力的带动下，曲柄的上端轴的轴线将沿一个其半径由曲柄的偏心距决定的圆圆周地运动，而整个枢支机构阻止摇台绕任一个轴线旋转，从而摇台的所有的点都能够，而且只能够沿具有其半径由曲柄的偏心距决定的圆周路径运动。
一个摇床还可以包含例如配重、托盘、卡具、机壳等等领域内普通技术人员公知的装置，同样也不是本发明的目标，因此不在本说明书中说明。
摇床的驱动装置通常是一个可调速的旋转电动机，电动机通过一个皮带传动装置驱动至少一个曲柄。在此情况下，一般地电动机于曲柄的下方固定安装在支座上。
发明内容
因此本发明的目标是提出一种轨道摇床驱动装置，使用这种摇床驱动装置的摇床不需传动装置，不需要常规电动机的附加的轴及轴承或者联轴装置。
本发明的另一个目标是提出一种包含所述摇床驱动装置的摇床。
本发明的轨道摇床驱动装置包含多个驱动组件，例如三个驱动组件。一个所述驱动组件实质上是一个低相数的电机，例如单相电机。一个驱动组件，也就是一个低相数的电机的转子直接固定安装在一个曲柄的下端轴上，所述低相数的电机的定子与转子同心地固定安装在摇床的支座上，相邻转子与对应的曲柄上端轴轴线与下端轴轴线之间连线的夹角的差与相邻的定子磁极中心线彼此间夹角的和为转子极距/总相数的角度，所述总相数是全部所述多个驱动组件的相数的总和，例如采用三个单相的驱动组件时，所述总相数是三。这里，也可以是转子与对应的曲柄相对角度位置相同，而相邻的定子磁极中心线彼此间夹角的是转子极距/总相数的角度。还可以是转子与对应的曲柄的上端轴和下端轴之间的连线的夹角的差为转子极距/总相数，定子磁极中心线彼此平行。所述驱动组件在领域内公知的电子开关控制下轮流工作驱动摇床完成连续的轨道回转运动。
优选地，所述每个驱动组件是一个开关磁阻电动机，并且优选地是一个单相的开关磁阻电动机。优选地所述开关磁阻电动机的定子磁极数是任意的偶数并且与转子磁极数相同，更加优选地所述开关磁阻电动机的定子磁极数、转子磁极数是不能够被三整除的偶数。
由于曲柄的同步联动关系，多个，优选地，三个分别固定安装在曲柄下端轴上的驱动组件，在电子开关的控制下轮流地驱动各个曲柄，形成了一个分体式的高相数的总电动机。
从下面参照附图对本发明实施方式的详细地说明可以进一步地理解本发明的其它特征和优点。在附图中图1是示意图，用于说明一种现有技术的轨道摇床的驱动装置的工作原理；图2是分解透视图，示出一种根据本发明的轨道摇床的驱动装置的一个优选实施形式的基本结构；图3a-3b是说明图2所示的实施方式的定子与转子相对位置关系的示意图，用于说明本发明的轨道摇床的驱动装置的工作原理；图4是说明本发明的轨道摇床驱动装置的驱动组件的另一个优选实施方式的定子与转子相对位置关系的示意图。
具体实施例方式
参见图1，图中示意性地示出的一种现有技术的轨道摇床，包含一个位于上方的支座1、一个位于下方的摇台2和一个由三个曲柄3组成的枢支机构。支座1的平面与摇台2的平面相互平行。所述曲柄3具有一个竖直的上端轴3a、一个竖直的下端轴3b和一个连接部分3c。下端轴3b通过轴承连接支座上，上端3a轴通过轴承连接在摇台上。下端轴3b的轴线与上端轴3a之间的距离称为曲柄3的偏心距。在驱动力的带动下，曲柄的上端轴的轴线将沿一个其半径由曲柄3的偏心距决定的圆圆周地运动，而整个枢支机构阻止摇台绕任一个轴线旋转，从而摇台的所有的点都能够，而且只能够沿具有其半径由曲柄的偏心距决定的圆周路径运动。三个曲柄3的下端轴之一穿过所属的轴承从支座1的下方伸出，通过皮带传动装置从一个可调速的电动机M接受驱动力。
下面参照图2和图3说明根据一种本发明的轨道摇床的驱动装置的一个非限定性优选实施例。图2和图3中与图1相同功能的零件用相同的标号加100指代，并且不再对其功能进行详细的说明。
图2是一个分解示意图，示出本发明驱动装置的一个优选实施例。其中，所述驱动装置包含三个驱动组件16a、16b、16c。每个定子驱动组件16a、16b、16c各包含一个定子14a、14b、14c和一个转子15a、15b、15c。如图2中所示，转子15a、15b、15c旋转固定地安排在曲柄103的下端轴103b上。三个转子15a、15b、15c与对应曲柄的角度关系是完全相同的。转子铁芯用软磁材料例如硅钢片制造，是凸极式的，在本实施例中有四个磁极，转子没有线圈。三个定子14a、14b、14c固定地安装在支座101上，分别同心地包围转子15a、15b、15c，与对应的转子一起构成三个驱动组件16a、16b、16c。定子铁芯用软磁材料制造，也是凸极式的，在本实施例中有四个磁极，四个磁极上各绕有一个线圈。一个驱动组件16a、16b、16c的四个线圈串联或者并联在一起构成一相绕组，由图中未示的电子开关控制通电和断电。如图3中所示三个驱动组件的定子磁极中心极相互夹30°角。图3中还示出三个转子15a、15b、15c与三个定子14a、14b、14c的相互位置关系，图中用点划线连接了转子15a、15b、15c的轴心以示意它们的同步联动关系。
下面参照图3a-图3b说明本发明所述摇床驱动装置的工作原理。图中只示出驱动组件16a的开关Sa和电源E，并且略去与说明工作原理无关的部件。为了简化说明，以下的说明以各个驱动组件的定子线圈以50％的占空比通以电流为基础。
参见图3a，在此位置，驱动组件16a的定子14a的磁极中线与转子15a的磁极中心线的夹角为45度角。这时如果合上开关Sa使其绕组通电，在该组件内建立起一个磁场，磁通经过定子轭、定子磁极、气隙、转子磁极、转子轭等处闭合。在此时磁路的磁阻大于定子磁极、转子磁极的中心线重合时的磁阻，因此转子15a将受到气隙中弯曲的磁力线的切向磁拉力产生的转矩作用，例如使转子15a逆时针方向转动，带动曲柄103a以及103b、103c逆时针方向转动。不难看出，曲柄103a以及103b、103c的转动是同步的，从而转子15a、15b、15c的转动也是同步的。
当转子15a转动过30°角时，由于转子15a、15b、15c的转动是同步的，并且定子14a与定子14a的磁极中心线交角为30°角，定子14b的磁极与转子15b的磁极的相对位置正好与驱动组件16a开始通电时相同，如图3b所示。在此时刻使驱动组件16b的定子绕组通电，在驱动组件16b建立起一个磁场，与上述原理相同，转子15b受到气隙中弯曲的磁力线的切向磁拉力产生的转矩作用，使转子15b逆时针方向转动，与定子14a对转子15a产生的转矩相迭加。对比图3a和图3b可以看出，当此两个定子14a、14b同时通电共同使转子再转过15°角时，定子14a的磁极中心线与转子15a的磁极中心线重合，这时磁阻最小，转子15a达到平衡位置，即定子14a与转子15a极对极时，驱动组件16a贡献的切向力消失。在此时刻打开开关Sa，从而定子14a的绕组断电，使之不对转子15a产生制动矩。当驱动组件16b单独通电再转过一个15°角时，驱动组件16c的定子14c的磁极中心线与转子15c的磁极的相对位置正好与驱动组件16a或者16b的定子绕组开始通电时的状态相同，于是驱动组件16c的定子14c的绕组通电。在驱动组件16c内建立起一个磁场。驱动组件16b和16c的定子绕组同时通电使转子转过15°角、接着驱动组件16c的定子绕组单独通电使转子再转过一个15°角时，整个驱动装置即与图3a所示状态完全一样，只不过驱动组件16a的定子14a的磁极相对的转15a的磁极转过了90°角。也就是说，三个驱动组件16a、16b、16c轮流通电一次，等角度位置关系地安装在三个曲柄下端轴上的三个转子逆时针15a、15b、15c转动了一个90°的转子极距。连续不断地按a-b-c-a的顺序分别给各相定子绕组轮流通电，三个转子15a、15b、15c即沿逆时针方向连续地同步转动。如果连续不断地按a-c-b-a的顺序分别给各相定子绕组轮流通电，三个转子15a、15b、15c即沿顺时针方向连续地转动。
定子14a、14b、14c线圈的通电和断电由电子开关完成，电子开关可以用领域内公知的方式通过位置传感器发出的信号或者相电流检测发出的信号进行控制。因此该实施例的摇床驱动装置可以称为开关磁阻式驱动装置。使用位置传感器提供开关控制信号时，例如可以用一个曲柄下端轴的角位置作为检测对象。
不难看出，以上说明的驱动组件实质上是单相的开关磁阻电动机。如领域内普通技术人员所公知，单相开关磁阻电动机没有在任意位置上自起动的能力。但是由于本发明所述摇床驱动装置的驱动组件的三个转子15a、15b、15c的同步关系和三个定子14a、14b、14c磁极中心线的角度关系，本发明所述的三个驱动组件16a、16b、16c结合构成了一个整体的三相开关磁阻电动机，并且具备开关磁阻电动机与其它电动机相较的优点。本发明在轨道摇床上的应用去掉了常规轨道摇床的传动装置，驱动装置的轴就是曲柄的下端轴，减少了零件数量降低单独制造电动机的附加成本，同时还可以缩小整机的体积。
与常规开关开关磁阻电动机相比，本发明所述摇床驱动装置也具有其独特的优点。例如在本发明的不同驱动组件定子与定子、转子与转子之间没有公共的磁轭，不存在同时通电时的相间互感。而且，如果通过领域内公知的方法采用检测某相的感生电动势检测转子的角度位置时完全不受正在通电的相的感应干扰。
领域内普通技术人员还可以看出本发明与常规的同转子磁极数开关磁阻电动机相比有更大的重复率和电磁转换率。本发明人对于这样一些领域内普通技术人员容易看出的优点和特征不作进一步的说明。
以上说明的实施方式是一种4-4极的磁极安排方式，然而本发明还可以有其它的磁极安排方式。优选地所述驱动组件的磁极数是偶数。图4中示出一个8-8极安排的驱动组件的定子与转子铁芯冲片的示意图。由于本发明所述的磁极数可以有许多的可能性，对于不同转矩要求、不同转速要求和转速稳定性要求等等的摇床设计提供了极大的灵活性。
以上说明50％的驱动电流占空比的假定只是为了便于说明，并不是本发明所必须的。
本发明的驱动组件不限于单相的，本发明的轨道摇床驱动装置也不限于包含三个驱动组件。例如需要时可以设想在两个或者三个曲柄上设置两相的驱动组件，这样构成的四相或者六相驱动装置也具有任意位置上的可逆自起动能力。
以上说明中各驱动组件的转子相对于对应曲柄的角度位置关系相同，而相邻的定子磁极中心线错开一个转子极距/相数的角度，但是也可以有各驱动组件的转子相对于对应的曲柄对应地错开一个转子极路/相数的角度，而相邻的定子磁极中心线相互平行的实施方式，甚至于可以有相邻的定子磁极中心线与转子中心线一起总地错开一个转子极距/相数的角度的实施方式。
本发明的驱动组件也不限于开关磁阻式的，例如可以是永磁式的等等。
本发明所述的摇床主要是指轨道摇床，但是本发明不排除用公知的技术在轨道摇床基础上改装的直线摇床或者轨道-直线两用摇床。
通过阅读以的说明，领域内可以对以上说明提出各种改进和修改的实施方式而不脱离本发明的范围，因此本发明的范畴只由权利要求书给出的定义限定。
权利要求
1.一种轨道摇床驱动装置，所述轨道摇床驱动装置包含多个驱动组件，每个所述驱动组件都具有一个定子和一个转子，实质上是一个低相数的电机，所述驱动组件的定子固定安装在摇床的支座上，与转子同心，定子上绕有线圈，其特征在于，各个驱动组件的转子直接固定安装在对应曲柄的下端轴上，相邻转子磁极中心线与对应曲柄的上端轴与下端轴连线的夹角的差与相邻的定子磁极的中心线相互之间的夹角的和等于转子极距/总相数，所述总相数是全部所述多个驱动组件的相数的总和，用电子开关控制驱动组件的定子绕组的通电和断电。
2.如权利要求1所述的轨道摇床驱动装置，其特征在于，所述一个驱动组件是一个开关磁阻电动机。
3.如权利要求1或2所述的轨道摇床驱动装置，其特征在于，所述驱动组件是一个单相的开关磁阻电动机。
4.如以上权利要求之一所述的轨道摇床驱动装置，其特征在于，所述开关磁阻电动机的定子磁极数是偶数并且与转子磁极数相同。
5.如权利要求1至3之一所述的轨道摇床驱动装置，其特征在于，所述开关磁阻电动机的定子磁极数是偶数，与转子磁极数相同。
6.如权利要求1或2所述的轨道摇床驱动装置，其特征在于，所述多个驱动组件的每个是一个两相的开关磁阻电动机。
7.如以上权利要求之一所述的轨道摇床驱动装置，其中，所有转子的磁极中心线与对应曲柄的角度位置关系相同，而相邻的定子磁极的中心线彼此间呈转子极距/总相数的角度，所述总相数是全部所述多个驱动组件的相数的和。
8.如权利要求1至6之一所述的轨道摇床驱动装置，相邻转子磁极中心线与对应曲柄的上端轴下端轴连线的夹角差是转子极距/总相数的角度，而定子磁极的中心线彼此平行，所述总相数是全部所述多个驱动组件的相数的和。
9.一种轨道摇床，所述摇床包含一个支座、一个摇台和一个连接在支座与摇台之间的枢支机构，所述枢支机构包含至少一个曲柄，所述曲柄的下端是一个竖直的轴，通过一个轴承连接在支座上，其上端也是一个竖直的轴，通过一个轴承连接到摇台上，其特征在于，其驱动装置是以上权利要求之一所述的摇床驱动装置。
10.如权利要求9所述的摇床，其特征在于，所述摇床是往复式摇床。
全文摘要
公开了一种轨道摇床驱动装置，所述摇床驱动装置实质上是由分别安装在摇床曲柄上的功能不完整的低相数的电动机联动组成的功能完整的高相数电动机，每个低相数的电动机各自驱动一个曲柄。从而简化了结构，取消了传动装置。本发明主要涉及的是分体式开关磁阻摇床驱动装置，还涉及使用这种驱动装置的摇床。
文档编号B01F11/00GK1954904SQ20051011472
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者刘自芦 申请人:刘自芦