专利名称：Pcb钻孔机高速电机的闭环控制系统的制作方法
PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统方法
技术领域：
本发明涉及在印制电路板(PCB)上钻微孔的钻孔机械，特别是涉及一 种PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统。背景技术：
印制电路板(PCB)的钻孔机是一种高速联动钻孔机，因其转动速度快 且精度要求高，因此其运动必须实行闭环控制。当钻孔过程中出现钻头脱 落，钻孔深度不够，转子转速不稳定等故障时，其实时状态将在液晶显示 屏上模拟显示，并自动停机。当故障排除，恢复正常状态后，系统才能正 常工作。这一系列的控制过程是由CNC (计算机数控)单元来实现的。现有 的PCB钻孔机控制系统存在如下问题和缺陷其一是机-电控制方式不统一， 有的采用伺服电机或线性电机，信号反馈和执行慢，动作有较大误差；其 二是机-电控制是开环的，即机械或电气上的故障，不能互相及时补偿，需 要人工干预。因而降低了 PCB钻机的工作速度，增加了操作者的工作强度； 其三是机-电控制即使实现了闭环控制，所采用的电子元器件的工作频率 低，因此对高速PCB钻孔机(如18万转/ )就不能适用。
发明内容本发明旨在解决上述问题，而提供一种能自动检测电机转子的运转速 度，并根据反馈的信号自动调整电机的电源频率，从而自动控制电机转速 的PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统。为实现上述目的，本发明提供一种PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统，该系统包"^:高速电冲几，其与电源相连接；电源变频器，其连接于高速电机的电源端；测速器，其装设于高速电机上，并与电源变频器连接，所述测速器将检测到的高速电机转子的频率信号经处理后送到电源变 频器，对高速电机的转速进行闭环控制。高速电机包括机壳、转子、定子及轴承，其中，转子上一体地形成有 铜鼠笼，转子装在机壳内中央；定子是由硅钢片叠装而成，硅钢片的中部 四周绕有按一定顺序排列的多组线圈，定子装在转子的铜鼠笼外部；轴承 为空气轴承，它装在转子与机壳的内壁之间。转子的端面边缘间隔地设有多个测速用的缺口 。测速器装在转子的前端面外侧的动力板上。测速器为微型无接触式传感器，具体地说，传感器为磁敏传感器，更 具体地说，测速器有一外壳，外壳内通过封装材料依次封装有检测和处理 速度信号用的传感器芯片、用于磁感应的微型永久磁钢及聚磁软铁，连接 芯片的导线由外壳一端引出。传感器芯片内包含有模/数电路、与之相连的放大整形电路及信号反馈 电路，其中，信号反馈电路经导线与电源变频器连接。永久磁钢为含镍、铬的合金制成的柱状体。聚磁纯铁为片状体。本发明的贡献在于，它有效克服了现有PCB的钻孔机控制系统的缺陷。 本发明的系统能自动检测电机转子的运转速度，并根据反馈的信号自动调 整电机的电源频率，从而自动控制电机转速，因此形成了一个闭环控制系 统，该系统自动化程度高，能对转子的高速旋转和瞬间速度实施连续检测 和自动调整，因而可有效保证PCB钻孔机的加工质量和正常工作。
图l是本发明的结构框图。图2是本发明的高速电机结构示意图，其中图2A为整体结构剖视图， 图2B为转子结构示意图，图2C为转子前端面示意图，图2D为定子结构示 意图。图3是本发明的测速器结构剖视图。图4是本发明的测速器的模/数电路示意图。图5是测速器信号输出简图。
具体实施方式参阅图1，本发明的PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统包括高速电机 10、电源变频器20及测速器30。该系统的闭环控制包括实时检测高速电机 转子的转速和将该转速的检测数据自动反馈到电源变频器，通过调整电机 电源的输入频率，使高速电机得到自动控制。这种控制是一个连续不断的， 通过系统自动^r测、自动反4赍，自动调速的闭环控制。图2示出了高速电机的结构，如图2A所示，所述高速电机10包括机 壳ll、转子12、定子13及轴承14,其中，转子12结构如图2B所示，它 为柱状体，其上一体地形成有铜鼠笼121，如图2C,在转子12的前端面边 缘间隔地设有多个测速用的U形缺口 122。转子12装在^L壳11内中央。定 子13结构如图2D所示，它是由硅钢片叠装而成的套状体，硅钢片的中部 四周绕有按一定顺序排列的多组线圈131,定子的内孔直径与转子鼠笼121 外径相匹配，并套装在转子的鼠笼121外部。轴承14为空气轴承，它装在 转子12与机壳11的内壁之间，其与转子12之间具有气隙，可避免其与转 子间的接触摩擦。本发明的高速电机工作时，当交变电流通过定子线圈时就会产生交变 磁场，交变磁场在鼠笼的条形导电条内感应出极性相反，有相位差的电磁场，转子由正、负交变的电磁力吸引而旋转。转子转动的速度是由变频电源控制的，电源频率f与转子的转速成正比f =Nxn/60 其中，n--转子转速，转/分；N—转轴上的缺口数； 贝寸，n=60 f/N.民卩n-f x 60/N。因此，只要调整变频器的输入频率f ，转子的转速n也相应变化，这 就实现了对高速电机的变频控制过程。所述电源变频器20可选用常规产品，它连接于高速电机的电源输入端， 用于通过改变电源频率来控制高速电机转子的转动速度。测速器30是用于获取高速电机转子转速的器件。为实现转子的高速旋 转和瞬间速度的连续检测，必须使用无接触式测速器，且要求其体积小， 检测的反馈信号幅度值大，抗干扰能力强，信号稳定。本发明中的测速器 30为微型无接触式传感器，具体地说，它是一种微型磁敏传感器，其结构 如图3所示，该测速器30有一中空的柱状外壳31,外壳内沿轴向依次装有 传感器芯片32、微型永久磁钢33及聚磁软铁34,上述器件通过环氧树脂 封装。所述传感器芯片32内包含有模/数电路321、与^目连的放大整形电 路322及信号反馈电路323,其中，信号反馈电路323经导线35与电源变 频器20连接，传感器芯片32内固化有检测和处理速度信号的程序。微型 永久磁钢33为磁敏器件，它是含镍、铬的合金制成的柱状体，其磁通密度 100-150 x 10—M寺斯拉(T),它具有耐高温的优点，其磁通密度在200°C以下 不会变化，可充分适用高速钻孔机的温度环境。聚磁软铁34是含铁纯度为 99.9%的圓形软铁片。连接传感器芯片32的导线35由外壳一端引出。上述 测速器30装在高速电机前端的动力板15上与转子12的前端面边缘的U形 缺口 122对应的^f立置。该测速器30的基本原理如下因为通过传感器的磁通密度cD与转子和 传感器间的磁路总磁阻RM的平方值是成比例的，因此设芯片通过的电流为I,传感器与转子面的距离为S ，磁钢及纯铁的磁导体磁阻为Rm，转子与传感器之间的磁阻为RS ，贝寸0) = Kx I/RM = Kx 1/ (Rm+ Rs ) 其中，K为设计常数，由结构确定。当主轴、转子尺寸设计确定后，传感器与转子间的间隙S按输出信号 强、弱的要求确定后，则有以下的电磁感应关系 △ C = t ( ARS )芯片c端车lr出的^[言号幅度e = — K d①/dt= — K d (K x I/Rm+Rs)/dt=-K2 x I/(Rm+Rs )2而Rm在传感器制作完成后，它是不会变化的，故其输出信号的幅度e 决定于Rs ,而且与R5的平方值成反比的，ARs引起A①。所以，传感器 的安装要十分精确。与转子间距离的微小变化，输出信号将有较大变化。 感应信号e的频率f,可达5-100KHz。如果设转子每转一周有6个缺口 ，即 N=6,则ARs有6次变化，芯片将会输出6个正弦波信号，主轴转子的转速 n=60x fVN-6Qx ( 5000-100000 ) /6=50000-1000000转。参阅图2A、图4、图5,由于在测速器30上设有永久》兹钢33及聚磁软 铁34,当被检测的转子端面的缺口 122 (见图2C)闪过》兹敏区时，从传感 器芯片32内的模/数电路321 (见图4)表示的MRi和MR2处的磁场就会发生 突变，MR!、 MR2的阻值也发生变化。当a、 b两端加电压Vcc,则c端输入出 一正弦波信号(见图5)。该正弦波信号经传感器芯片32内的》丈大整形电路 322处理后，产生一个脉冲，送入CNC单元，再经传感器芯片的信号反馈电 路323反馈给电源及变频器，实现了闭环控制。
权利要求
1、一种PCB钻孔机电机的闭环控制系统，其特征在于，该系统包括高速电机(10)，其与电源相连接；电源变频器(20)，其连接于高速电机的电源端；测速器(30)，其装设于高速电机(10)上，并与电源变频器(20)连接，所述测速器(30)将检测到的高速电机转子的频率信号经处理后送到电源变频器(20)，对高速电机的转动状态进行闭环控制。
2、 如权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于，所述高速电机(10 ) 包括机壳(11)、转子(12)、定子(13)及轴承(14),其中，转子(12) 上一体地形成有铜鼠笼(121)，转子装在机壳(11)内中央；定子(13) 是由硅钢片叠装而成，硅钢片的中部四周绕有4安一定顺序排列的多组线圏， 定子(13)装在转子的铜鼠笼(121)外部；轴承(14)为空气轴承，它装 在转子(12)与机壳(11)的内壁之间。
3、 如权利要求2所述的闭环控制系统，其特征在于，所述转子(12) 的端面边缘间隔地_没有多个测速用的缺口 ( 122 )。
4、 如权利要求l所述的闭环控制系统，其特征在于，所述测速器(30) 装在转子(12)的前端面外侧的动力板(15)上与转子(12)前端面边缘 的U形缺口 (122)对应的位置。
5、 如权利要求4所述的闭环控制系统，其特征在于，所述测速器(30) 为微型无接触式传感器。
6、 如权利要求5所述的闭环控制系统，其特征在于，所述传感器为磁 敏传感器。
7、 如权利要求6所述的闭环控制系统，其特征在于，所述测速器(30) 有一外壳(31)，外壳内通过封装材料依次封装有检测和处理速度信号用的传感器芯片(32 )、用于磁感应的微型永久磁钢(33 )及聚磁软铁(34 )， 连接芯片的导线(35)由外壳一端引出。
8、 如权利要求7所述的闭环控制系统，其特征在于，所述传感器芯片 (32 )内包含有模/数电路(321 )、与之相连的放大整形电路(322 )及信号反馈电路(323 )，其中，信号反馈电路(323 )经导线(35)与电源变频 器(20)连接。
9、 如权利要求7所述的闭环控制系统，其特征在于，所述永久磁钢(33 ) 为含镍、铬的合金制成的柱状体。
10、 如权利要求7所述的闭环控制系统，其特征在于，所述聚磁纯铁 (34)为片状体。
全文摘要
一种PCB钻孔机高速电机的闭环控制系统，该系统包括一高速电机，其与电源相连接；一电源变频器，其连接于高速电机的电源端；一测速器，其装设于高速电机上，并与电源变频器连接，所述测速器将检测到的高速电机转子的频率信号经处理后送到电源变频器，对高速电机的转速进行闭环控制。该系统自动化程度高，能对转子的高速旋转和瞬间速度实施连续检测和自动调整，因而可有效保证PCB钻孔机的加工质量和正常工作。
文档编号H02K11/00GK101262201SQ200810066258
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者李小琳, 陈忠南 申请人:李小琳