CN101069870B - 碎纸机的变频控速装置及其自动变速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碎纸机的变频控速装置，包括：进纸检测单元，检测进纸状态，生成电信号；控制与变频单元，控制整个碎纸机的运转，识别所述电信号的状态输出正转或反转控制信号；以及基于电机的转速/电流进行变频并输出变频后的综合控制信号；功率驱动单元，将综合控制信号进行放大后输出至电机并对其进行转速控制；速度/电流反馈单元，检测电机的转速/电流并将其反馈至所述控制与变频单元。此外，提供了通过检测电机转速和工作电流之后对电机的输出力矩进行调节的自动变速方法。本发明实现了对碎纸机进行自动变速的控制功能，使电机的运转效率得以大大提高，进而带来了节能的有益效果。

Description

碎纸机的变频控速装置及其自动变速方法

【技术领域】

本发明涉及一种碎纸机的变频控速装置及其自动变速方法。

【背景技术】

碎纸机所采用的碎纸机构通常包括电机、传动齿轮、刀辊组以及相应的控制电路，电机外接电源，并通过传动齿轮与刀辊组连接，控制电路则通过开关电路控制电机电源的通断。使用时，先启动电源，使碎纸机构进入待机状态，当用户通过碎纸机的进纸口进纸时，控制电路内置的进纸检测电路侦察到有进纸后，向开关电路发送信号，使电机导通，电机开始进行碎纸工作。

碎纸机的这种工作原理较为简单，但是却带来了相应的问题：碎纸时，无论进纸口纸张多寡，电机速度长期以近乎恒定的较大功率运转，而实际上粉碎不同纸张数量所需的功耗并不相同，当待碎纸张数量大于电机的负荷时，会使碎纸速度变慢直至导致电机停止工作；而当待碎纸张数量太少时，则会造成电机功耗的白白浪费。

此外，日常使用时的碎纸机，不同类型的机器一般具有不同功率，意味着具有不同的转速，这些碎纸机根据不同的碎纸量需求而进行选购，并被安置于不同场合，但实际应用中很多时候每次碎纸时都未能使电机达到最充分的利用，因此，这种碎纸机在很大程度上对电能造成了浪费。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种碎纸机的变频控速电路，以改进传统的碎纸机控制电路，使同一部碎纸机能够适应不同碎纸量而变换不同的碎纸速度，并且，在综合提高速度和碎纸量的同时进一步节省能耗。

本发明的另一目的在于提供一种应用于上述变频控速电路的自动变速方法，以使碎纸机的变速控制显得更为科学。

为此，本发明采取如下技术方案：

适应于第一目的，本发明的碎纸机的变频控速装置，由碎纸机供电并通过改变电机的工作频率实现对碎纸机的变速控制，包括：

进纸检测单元，装设于碎纸机进纸口检测进纸状态，生成电信号；

控制与变频单元，控制整个碎纸机的运转，识别所述电信号的状态输出正转或反转控制信号；以及基于电机的转速/电流进行变频并输出变频后的综合控制信号；

功率驱动单元，将所述综合控制信号进行放大后输出至电机并对其进行转速控制；

速度/电流反馈单元，检测电机的转速/电流并将其反馈至所述控制与变频单元。

所述控制与变频单元包括控制单元和变频单元，其中变频单元专门用于基于电机的转速/电流进行变频并输出变频后的综合控制信号。

该装置还包括整流电路，其对碎纸机电源输入的信号进行整流成直流，为所述功率驱动单元供电。

该装置还包括保护单元，其通过所述功率驱动单元监测电机的电流、电压、温度中的至少一个参数，对变频单元进行控制以此实现对该装置的保护。

所述速度反馈单元包括速度检测器，装设于电机转轴上计算其转速并生成电信号进行放大后输出至所述控制与变频单元。

所述电流反馈单元直接将功率驱动单元输出的电机工作电流进行放大后输出至所述控制与变频单元。

适应于本发明第二目的，本发明的一种碎纸机的自动变速方法，包括：

步骤1：有进纸时即以最低或最高的初始速度启动电机工作；

步骤2：检测电机的速度，判断电机转速是否等于或低于某一预设的最低值，若是，则在工作频率高于或等于某一预设的最低值的前提下进一步降低电机的工作频率，循环本步骤；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值且电机转速达到其最低值时，控制电机反转退纸。

所述电机转速的最低值被设计为0。

此外，本发明公开另一种自动变速方法，包括：

步骤1：有进纸时即启动电机工作在空载状态；

步骤2：检测电机的电流，识别该电流是否等于或高于某一预设的最高值，若是，则在工作频率高于或等于预设的最低值的前提下进一步降低电机的工作频率，循环本步骤；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值且电流达到其最高值时，控制电机反转退纸。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：本发明利用电路对电机的工作电流的频率进行调节，实现对电机转矩的调节，从而，针对不同的碎纸量自动调节电机的碎纸速度，使电机的整体利用效率提高，既节能省电，又能高效碎纸，使碎纸机的碎纸能力具有较大的兼容性。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的变频控速装置的原理框图；

图2为本发明第二实施例的变频控速装置的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

传统的碎纸机，通常包括机芯、外壳和控制单元，外壳一般由盖板和箱体组成，控制单元用于接受用户的指令控制整机的各种操作，然后控制机芯运转。一般在盖板上设置进纸口，碎纸机运转时，机芯从盖板的碎纸口卷入纸张，进行粉碎，将粉末存储在箱体内的垃圾桶处。机芯一般包括电机和至少两个刀辊，通过电机带动刀辊实现碎纸。

请参阅图1，本发明第一实施例的碎纸机的变频控速装置包括进纸检测单元1、控制与变频单元(2和3)、功率驱动单元5、速度反馈单元6、整流电路7以及保护单元4。

所述控制与变频单元(2和3)用于控制整机的各种操作，包括控制单元2和变频单元3两个部分，其中控制单元2保留了传统碎纸机的功能，为碎纸机的核心控制芯片，其可以提供实现人机交互的功能，也可完成各种自动控制操作，在本发明中尤其需要强调的是其负责辨识进纸检测单元1传递过来的电信号从而判断当前进纸状态的功能。而所述变频单元3则为新增模块，其主要负责基于电机的转速或者电流对电机的工作状态进行判断，进而根据需要输出一个优化了的载有工作频率的综合控制信号，以求改善电机的工作效率直至最佳。在输出该综合控制信号之前，需要对电机的转速或者电流信号进行预处理，以得出该综合控制信号，该功能既可在控制单元2中集成，也可在变频单元3中集成。

进纸检测单元1装设于碎纸机的进纸口附近，对进纸状态进行检测，一旦有进纸，便发送标识了进纸状态(正转或反转)的电信号至所述控制与变频单元(2和3)，以完成进一步的控制。所述的进纸检测单元1与该控制与变频单元(2和3)电性连接，具体而言，其应与控制单元2电性连接，由控制单元2识别电机为正转或反转状态，放大后输出至变频单元3。进纸检测单元1多见于公知技术，因此不行赘述。

所述的功率驱动单元5，与控制与变频单元(2和3)电性连接，接收其综合控制信号，该综合控制信号包括了标识正转或反转的信号和标识电机工作频率的信号，功率驱动单元5识别该综合控制信号后，将其放大并对电机的功率输出进行控制，以及根据需要控制电机进行正转或者反转。

所述保护单元4，电性连接于功率驱动单元5和控制与变频单元(2和3)之间，具体可与变频单元3电性连接，其接收功率驱动单元5的信号输出，检测电机的运转状态，将电流、电压和/或温度信息传输至变频单元3，从而使变频单元3对电机工作频率做出调整，起到保护电机的作用。

所述整流电路7，在于将交流电转换为直流电，以提供给所述功率驱动芯片进行工作。

所述速度反馈单元6，包括速度检测器和相应的放大电路，速度检测器装设于电机背部的转轴上，对电机的转速进行计算，其计算结果通过放大电路放大后输出至所述控制与变频单元(2和3)，以便进行变频工作。

请参阅图2，揭示本发明的第二实施例，其不同点在于由电流反馈单元6′代替了速度反馈单元6，通过检测电机的工作电流来识别电机的工作状态，从而可控制变频单元3进行适当的变频，达到自动控制的目的。该电流反馈单元6′直接接收功率驱动单元5输出的电流信号，进行处理后输出至控制与变频单元(2和3)。

需要说明的是，所述各单元均可由独立的芯片集成，其中控制单元2与变频单元3也可共同集成在同一芯片上，构成所述控制与变频单元(2和3)，因此，对于速度反馈单元6或者电流反馈单元6′反馈输入的信号，根据芯片具体功能不同，可与变频单元3电性连接，也可与控制单元2电性连接，综合请见图1和图2所揭示的本发明的两个实施例所示。

为了实现本发明的自动控制变速功能，本发明适应两个实施例可采用不同的方法。

适应图1的第一实施例，其方法如下：

步骤1：启动进纸检测单元1对进纸口进行检测，发现有进纸时即发送启动信号至控制单元2，控制单元2通过变频单元3和功率驱动单元5控制电机以最低或最高的初始速度启动电机工作，该初始速度出厂时预设定即可；

步骤2：通过该速度反馈单元6对电机的转速进行检测，控制与变频单元(2和3)判断电机的转速是否等于或低于某一预设的最低值，该最低值表明电机是否能正常碎纸的临界状态，如转速为0。若是，则在工作频率高于或等于某一预设的最低值如50Hz的前提下进一步通过控制与变频电源降低电机的工作频率，功率驱动单元5以较低频率输出控制电机的转动办矩，循环本步骤，直至工作频率值不再高于该预设的工作频率最低值；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值如50Hz且电机转速达到其最低值如0时，控制电机反转退纸。

适应图2的第二实施例，其方法如下：

步骤1：启动进纸检测单元1对进纸口进行检测，发现有进纸时即发送启动信号至控制单元2，控制单元2通过变频单元3和功率驱动单元5控制电机工作在空载状态；

步骤2：通过所述电流反馈单元6′检测电机的电流，识别该电流是否等于或高于某一预设的最高值，同理，该最高值代表了电机是否能正常碎纸的临界状态，若是，如上述第一实施例的方法所示，则在工作频率高于或等于预设的最低值的前提下进一步降低电机的工作频率，循环本步骤；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值且电流达到其最高值时，控制电机反转退纸。

由此可见，本发明的原理在于通过适应不同的碎纸量，控制电机的工作频率，进而控制电机的输出力矩。当碎纸量较多时，电机的工作频率降低，其速度变慢，碎纸能力相应增强；而当碎纸量较少时，电机的工作频率相对较高，其碎纸速度也相应加快。

综上所述，本发明实现了对碎纸机进行自动变速的控制功能，使碎纸机的电机的运转效率得以大大提高，进而带来了节能的有益效果。

Claims (9)

1.一种碎纸机的变频控速装置，由碎纸机供电并通过改变电机的工作频率实现对碎纸机的变速控制，包括：

进纸检测单元，装设于碎纸机进纸口检测进纸状态，生成电信号；

控制与变频单元，控制整个碎纸机的运转，识别所述电信号的状态输出正转或反转控制信号；以及基于电机的转速或电流进行变频并输出变频后的综合控制信号；

功率驱动单元，将所述综合控制信号进行放大后输出至电机并对其进行转速控制；

速度反馈单元或电流反馈单元，检测电机的转速或电流并将其反馈至所述控制与变频单元。

2.根据权利要求1所述的碎纸机的变频控速装置，其特征在于：所述控制与变频单元包括控制单元和变频单元，其中变频单元专门用于基于电机的转速/电流进行变频并输出变频后的综合控制信号。

3.根据权利要求2所述的碎纸机的变频控速装置，其特征在于：该装置还包括整流电路，其对碎纸机电源输入的信号进行整流成直流，为所述功率驱动单元供电。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的碎纸机的变频控速装置，其特征在于：该装置还包括保护单元，其通过所述功率驱动单元监测电机的电流、电压、温度中的至少一个参数，对控制与变频单元进行控制以此实现对该装置的保护。

5.根据权利要求4所述的碎纸机的变频控速装置，其特征在于：所述速度反馈单元包括速度检测器，装设于电机转轴上计算其转速并生成电信号进行放大后输出至所述控制与变频单元。

6.根据权利要求5所述的碎纸机的变频控速装置，其特征在于：所述电流反馈单元直接将功率驱动单元输出的电机工作电流进行放大后输出至所述控制与变频单元。

7.一种碎纸机的自动变速方法，其特征在于包括：

步骤1：有进纸时即以最低或最高的初始速度启动电机工作；

步骤2：检测电机的速度，判断电机转速是否等于或低于某一预设的最低值，若是，则在工作频率高于或等于某一预设的最低值的前提下进一步降低电机的工作频率，循环本步骤；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值且电机转速达到其最低值时，控制电机反转退纸。

8.根据权利要求7所述的碎纸机的自动变速方法，其特征在于：所述电机转速的最低值被设计为0。

9.一种碎纸机的自动变速方法，其特征在于包括：

步骤1：有进纸时即启动电机工作在空载状态；

步骤2：检测电机的电流，识别该电流是否等于或高于某一预设的最高值，若是，则在工作频率高于或等于预设的最低值的前提下进一步降低电机的工作频率，循环本步骤；若否则继续正常碎纸；

步骤3：当工作频率达到其最低值且电流达到其最高值时，控制电机反转退纸。

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