一种无刷伺服驱动的蠕动泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种蠕动泵，尤其涉及一种用无刷伺服电机驱动的蠕动泵系统。
【背景技术】
[0002]目前，各行业广泛应用的蠕动泵，尤其是血液成分分离机上应用的蠕动泵，大部分是采用步进电机驱动，有些是采用有刷直流伺服电机驱动。应用步进电机驱动的优点是价格低、低速力矩大、控制简单、寿命长，缺点是振动、发热、容易丢步、高速力矩小、效率低、体积大，安全性差，动态性能差。由于步进电机不具备伺服特性，所以在血液成分分离机上应用时，更大的隐患是容易将液体管路挤裂，造成血液污染。
[0003]应用有刷直流伺服电机的优点是伺服特性好、效率高、发热低、不丢步、高速和低速时的转矩都高，缺点是成本高、控制难度大，由于电刷的磨损问题，导致寿命短，体积大。总之，由有刷直流伺服电机驱动的蠕动泵在血液成分分离机上应用，性能好，但寿命低。
【实用新型内容】
[0004]为了克服步进电机驱动的蠕动泵和有刷直流伺服电机驱动的蠕动泵带来的种种弊端，本实用新型提供了一种新型的无刷伺服驱动的蠕动泵系统，通过新型无刷伺服电机驱动的蠕动泵的使用，为血液成分分离机带来了长寿命，准确性，高效性。
[0005]本实用新型采取的技术方案是:一种无刷伺服驱动的蠕动泵系统，包括泵头、无刷伺服电机、电机驱动器、传感元件和控制器；无刷伺服电机由所述电机驱动器电连接，而所述电机驱动器与所述控制器电连接；无刷伺服电机的输出轴连接泵头，泵头另一端连接泵管；所述传感元件安装于无刷伺服电机上。无刷伺服电机主要由定子和转子两部分组成，定子包括定子支架和三组电枢绕组，各缠绕在支架上；转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体由若干个小磁体组成，在转轴横截面上看所述若干个磁体是按照S、N、S、N磁极顺序包围在转轴的周围。
[0006]所述无刷伺服电机包括直流无刷伺服电机、交流无刷伺服电机。
[0007]优选的，所述无刷伺服电机的三组电枢绕组做成三相对称星形接法，分别由半H桥电子开关线路连接，每组绕组各由一电子开关线路连接，所述电子开关线路由电机驱动器提供电压。
[0008]优选的，所述电机驱动器提供的电压以直流电或交流电输入；电流输入绕组线圈前将电压由换流器转成三相电压。
[0009]所述电子开关线路中带有换流器，如果输入的是交流电，先将输入的交流电转换成直流电，直流电压再由换流器转成三相电压。
[0010]所述换流器由6个功率晶体管组成，两两为一组，每一组分为上臂和下臂，分别连接到电机的同一组绕组的线圈上。
[0011]所述传感元件也是包括传感器定子部分和转子部分，定子部分安装于伺服电机的定子上，转子部分安装于伺服电机的转子上，监测无刷伺服电机的转矩、位置和速度信息，反馈给电机驱动器。
[0012]所述传感元件采用增量式编码器，或绝对式编码器，或旋变，或测速机。
[0013]本实用新型的技术方案的有益效果是:本实用新型采用无刷伺服电机驱动蠕动泵，由于无刷伺服电机具有转矩大、效率高、功率密度大、体积小和伺服性能好等特点，且通过电子换向，不使用电刷换向，从而避免了电刷磨损等技术问题，从根本上延长了蠕动泵的使用寿命，从而保证了整个蠕动泵的优良动态特性。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型蠕动泵系统的部件控制关系图。
[0015]图2是无刷伺服电机的结构简图；
[0016]图3是电子开关线路与电机电子的连接关系图；
[0017]图4是传感元件在电机上的安装示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0019]本实用新型提供一种无刷伺服驱动的蠕动泵系统，图1所示为该蠕动泵系统图，包括:泵头1、无刷伺服电机2、电机驱动器3、传感元件4和控制器5五部分，图中实线箭头指向为控制方向，虚线箭头指向为信号反馈方向。无刷伺服电机2由电机驱动器3驱动，而驱动器的指令来自于控制器5(也就是计算机或工控机系统)发出的驱动指令。电机的输出轴连接泵头1，为泵头提供动力。泵头I另一端连接泵管。传感元件4用于反馈电机的转速情况。
[0020]本实用新型提供的伺服电机是无刷伺服电机，无刷伺服电机包括直流和交流两种。无刷伺服电机2的内部结构如图2所示，无刷伺服电机具有体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定等优点。重要的是它可以采用智能化控制，其电子换相方式灵活，可以以方波或正弦波形式换相。可以全面替代有刷直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速形式。
[0021]图2是无刷伺服电机的一种实施例结构简图，图中表明无刷伺服电机主要由定子21和转子22两部分组成，定子包括定子支架211和三组电枢绕组212，记为U、V、W三组绕组，每组有两个线圈，各绕组缠绕在支架上，各绕组固定不动，见图2。转子包括转轴221和固定于转轴上的永磁体222，永磁体222由四块磁体组成，在转轴截面上看是按照S、N、S、N磁极顺序包围在转轴的周围，相对组成两组S、N极。转轴221也是由磁钢制成。
[0022]无刷伺服电机的三组电枢绕组212多做成三相对称星形接法，工作原理同三相异步电动机相似。绕组对应的电子开关线路连接关系如图3所示，为半H桥形，电子开关线路由外接电源提供电压，电源可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220v)，以此区分为无刷直流伺服电机和无刷交流伺服电机。电子开关线路中带有换流器，如果输入的是交流电，先将输入的交流电转换成直流电，直流电压再由换流器转成三相电压；如果输入的是直流电，直接由换流器转成三相电压来驱动电机。不论是直流电输入还是交流电输入，要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器转成三相电压。
[0023]换流器一般由6个功率晶体管组成，两两为一组，分为上臂和下臂，连接到电机的一组绕组上，作为控制流经电机线圈的开关，图3中VTl组晶体管开关线路连接到U绕组上，VT2组晶体管开关线路连接到V绕组上，VT3组晶体管开关线路连接到W绕组上。由于绕组电流的变化，造成永磁体的转动，进而带动转轴转动。因此电子伺服系统既可以实现换向转动，又可以实现电机的无极调速。
[0024]电机的驱动控制由电机驱动器3完成。驱动器3应用空间矢量算法，通过控制电机绕组的电流，实现对电机转矩的精确控制。通过安装在电机上反馈元件反馈的扭矩、速度和位置，与来自控制器5的给定速度或位置进行对比，不断自动矫正，实现对电机的速度和位置的精确控制。驱动器对电机的转矩、速度和位置的控制都是全闭环伺服控制。
[0025]传感器4用于反馈电机转子的速度和位置信息，作为电机驱动器3进行伺服控制时的实时速度和实时位置。同时传感器4也作为相序控制的依据。
[0026]如图4所示，本实用新型选择的传感元件4也是包括传感器定子部分41和转子部分42，定子部分41安装于伺服电机2的定子21上，转子部分42安装于伺服电机2的转子22上，监测无刷直流伺服电机2的转矩、位置和速度信息，并反馈给驱动器3。
[0027]传感元件4用于监测电机的转子转速和位置信息，并反馈给电机驱动器3。电机驱动器3可以根据传感元件4的信息解算出电机的转子速度和位置信息，并且为下一步调整提供依据。
[0028]电机驱动器3与控制器5电连接，接收控制器5的指令，根据传感元件4反馈的信息，控制无刷伺服电机2运转，进行伺服控制，保证蠕动泵的运转特性。
[0029]本实用新型选择的传感元件4可以采用增量式编码器、绝对式编码器、旋变或测速机等。增量式编码器又分为磁电式增量编码器和光电式增量编码器。绝对式编码器原理类似增量式编码器，有多路发射光源和多路感光元件，每一个感光元件输出一路脉冲信号，通过不同时刻的不同感光元件的信号值，对应出转轴的位置值。
【主权项】
1.一种无刷伺服驱动的蠕动泵系统，其特征在于，包括泵头、无刷伺服电机、电机驱动器、传感元件和控制器； 所述无刷伺服电机由所述电机驱动器电连接，而所述电机驱动器与所述控制器电连接; 所述无刷伺服电机的输出轴连接泵头，泵头另一端连接泵管； 所述传感元件安装于无刷伺服电机上； 所述无刷伺服电机主要由定子和转子两部分组成，定子包括定子支架和缠绕在支架上的三组电枢绕组；转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体由若干个小磁体组成，在转轴横截面上看所述若干个磁体是按照S、N、S、N磁极顺序包围在转轴的周围。
2.根据权利要求1所述的蠕动泵系统，其特征在于，所述无刷伺服电机包括直流无刷伺服电机、交流伺服电机。
3.根据权利要求1或2所述的蠕动泵系统，其特征在于，所述无刷伺服电机的三组电枢绕组做成三相对称星形接法，分别由半H桥电子开关线路连接，所述电子开关线路由电机驱动器提供电压。
4.根据权利要求3所述的蠕动泵系统，其特征在于，所述电机驱动器提供的电压以直流电或交流电输入；电流输入绕组线圈前将电压由换流器转成三相电压。
5.根据权利要求4所述的蠕动泵系统，其特征在于，所述电子开关线路中带有换流器，如果输入的是交流电，先将输入的交流电转换成直流电，直流电压再由换流器转成三相电压。
6.根据权利要求5所述的蠕动泵系统，其特征在于，所述换流器由6个功率晶体管组成，两两为一组，每一组分为上臂和下臂，分别连接到电机的绕组线圈上。
7.根据权利要求1所述的无刷伺服驱动的蠕动泵系统，其特征在于，所述传感元件也是包括传感器定子部分和转子部分，定子部分安装于伺服电机的定子上，转子部分安装于伺服电机的转子上，监测无刷伺服电机的转矩、位置和速度信息，反馈给电机驱动器。
8.根据权利要求1所述的无刷伺服驱动的蠕动泵系统，其特征在于，所述传感元件采用增量式编码器，或绝对式编码器，或旋变，或测速机。
【专利摘要】本实用新型公开一种无刷伺服驱动的蠕动泵系统，包括泵头、无刷伺服电机、电机驱动器、传感元件和控制器；无刷伺服电机由所述电机驱动器电连接，而所述电机驱动器与所述控制器电连接；无刷伺服电机的输出轴连接泵头，泵头另一端连接泵管；传感元件安装于无刷伺服电机上。本实用新型采用无刷伺服电机驱动蠕动泵，由于无刷伺服电机具有转矩大、效率高、功率密度大、体积小和伺服性能好等特点，且通过电子换向，不使用电刷换向，从而避免了电刷磨损等技术问题，从根本上延长了蠕动泵的使用寿命，从而保证了整个蠕动泵的优良动态特性。
【IPC分类】H02K11-00, H02K3-28, H02K1-27, F04B43-12
【公开号】CN204376565
【申请号】CN201520102541
【发明人】杜铁军
【申请人】杜铁军
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月11日