CN1122067A - 用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于磁场扫描理疗机的钕铁硼永磁步进式直线电机及电气控制系统。电机分动磁与定磁式、竖磁与横磁式，磁钢凸极分单、双、三、四、五或六极，极性排列为同极性或异极性，可单、双、三、四、五或六拍通电，每拍可给一、二、三、四、五或六个线圈通电。电气控制系统由控制及指示电路和放大驱动电路构成，实现理疗机扫描区间、速度、时间的选择与显示，启止、暂停、单步的操作控制。降低了运行噪声，简化了机构。

Description

用于磁场扫描理疗机的 直线电机及其电气控制系统

本发明涉及一种医用磁场扫描理疗机的钕铁硼永磁直线电机及其电气系统，属于医疗器械直线电机拖动控制系统领域。

本发明申请人于1993年8月5日向中国专利局申请了《一种磁疗方法及磁场扫描式理疗机》发明专利，申请号93109226.4.该理疗机的传动系统采用旋转式电动机经机械减速传动，拖动理疗机的两磁体作直线往复运动，在试用过程中发现运行噪声较大。该理疗机电气控制系统没有无极调速功能，从而影响了理疗机的操作性能和效果，需要对该理疗机的电机拖动控制系统进行改进。

为实现上述改进要求本发明研制一种钕铁硼永磁同步步进式直线运动电动机系统代替理疗机旋转式电动机拖动系统，达到运行噪声低、操作方便、效果好的目的。

本发明的一种用于磁场扫描理疗机的直线电机及电气控制系统，其直线电机由磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统与钕铁硼永磁磁钢4及磁轭11、支座14构成，电气控制系统由控制及指示电路和放大驱动电路构成。磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统可以固定，钕铁硼磁钢4运动，也可以将钕铁硼磁钢4固定，磁极铁心8和激磁线圈3组成的电磁系统运动。简称动磁式与定磁式。由磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统与钕铁硼永磁磁钢4可以纵向放置产生竖向磁场，也可横向放置产生横向磁场。简称竖磁式与横磁式。动磁式直线电机的钕铁硼永磁磁钢4的凸极可以是一个、两个、三个、四个、五个或六个。简称单极、双极、三极、四极、五极、六极磁钢。钕铁硼永磁磁钢4的凸极可以是同极性排列，也可以是异极性排列。电气控制系统的控制及指示电路可以是数字逻辑电路系统，也可以是微型计算机系统。采用数字逻辑电路的电气控制系统由位置显示译码电路15、连续脉冲发生器16、主控电路17、计时与显示电路18、速度显示电路19、声光告知电路20、调速电路21、定时电路22、区段选择电路23、扫描方式选择电路24、操作电路25脉冲分配与放大电路26构成，脉冲分配放大电路26放在主电路箱6中，其他控制电路放在控制箱5中，并用连结导线7将控制电路与主电路箱相连接，主电路箱输出的大功率信号送入由磁极激磁线圈3组成的电机线圈系统27。

数字逻辑电路系统中的逻辑器件可以使用CMOS4000/4500系列集成电路芯片，也可以使用TTL74/54系列集成电路芯片，也可以使用可编程阵列逻辑GAL、PAL芯片实现。微型计算机系统由中央处理单元CPU43、驱动放大电路44、内部存储器RAM/ROM45、输入输出接口电路I/O46、操作控制箱47、脉冲发生器48，构成的硬件系统及在内部存储器RAM/ROM45中的只读存储器ROM区存放系统监控程序构成的软件系统组成。微型计算机系统的硬件系统可以使用Intel8000系列微型计算机芯片，也可以使用MCS系列单片机芯片、也可以使用PIC16C5X系列单片机芯片以及可编程阵列逻辑GAL16v8、GAL20VB芯片构成。装有直线电机运动部分的支架底板12由滚轮9支撑，沿导轨10运动。直线电机的固定部分固定在支座14之上，启动直线电机系统后，直线电机的运动部分直接拖动重约90公斤的机械负载—两磁体支架12在2.4米长度范围内自动往复运动，平均速度可在6米/分～16米/分范围内无级调节，并有速度数字显示，显示精度为0.1米/分。可在全长往复，也可在选定的区间往复，并有全程/区段选择灯光显示和运行位置灯光显示。可予置1分钟～99分钟的运行时间，并有倒计时数字显示时间，显示精度为1秒。定时倒计时回零后，待运行支架回到初位后自动停止运行并有声光告知。运行中有使运动与计时暂停及恢复的功能、有单步前进与后退的控制功能。定磁式电机的放大驱动电路与电磁系统共同装置在运动的支架底板12上，控制及指示电路送给放大驱动电路的信号可以经连接导线传送，也可以由可见光或红外线、也可以由无线电波遥控传送。

本发明的直线电机及其电气控制系统同原技术相比较主要有如下优点和积极效果

1.降低了运行噪声：(1)免去了原技术中高速旋转电机及机械减速传运系统，用直线电机直接拖动机械负载，而直线电机运行噪声极小。(2)用无触点无机械动作的电子线路替代原技术中的有触点电器控制，消除了控制电路的工作噪声。

2.简化了机构：(1)免去了原旋转电机和减速传动系统，由直线电机直接拖动机械负载。(2)电子线路系用集成电路芯片，印刷电路板和薄膜开关技术，简化了电路的结构。

3.直线电机可在很大范围内带负载无级调速，原技术无此等功能。

4.由于采用微型计算机系统或逻辑电路，大大丰富了控制功能：可以实现定时与计时显示，无级调速与速度显示位置的指示灯显示及指示灯消隐控制，连续运行与步进、步退运行，启动与结束控制、结束与时间到、回归初位仃止运动、声光告知及初位置选择、运行暂仃与恢复、全程扫描与区段扫描选择与扫描区段选择功能。

下面结合附图叙述本发明的实施例：

图1装有四极永磁磁钢动磁竖磁式直线电机的磁场扫描理疗机整体结构示意图侧视图

图2装有四极永磁磁钢动磁竖磁式直线电机的磁场扫描理疗机整体结构示意图正视图

图3动磁竖磁式四极异极性排列直线电机结构示意图正视图

图4定磁竖磁式四极直线电机结构示意图正视图

图5动磁横磁式四极直线电机结构示意图顶视图

图6定磁横磁式四极直线电机结构示意图顶视图

图7装有动磁横磁式直线电机的磁场扫描理疗机磁体支架结构示意图

图8理疗机直线电机拖动电气系统原理框图

图9电气控制系统数字逻辑电路原理框图

图10电气控制系统微型计算机系统原理框图

图11电气控制系统微型计算机系统监控程序流程图

图12实例1电气控制箱面板布置图

图13实例1电气原理总图

图14～图19：图13相应部分电路放大图。

1床身2磁钢支架立柱3磁极激磁线圈4钕铁硼磁钢5电气控制箱6主电路箱7连结导线8定子磁极铁心9滚轮10导轨11磁轭12磁钢支架底板13激磁线圈接线板14磁极支座15位置显示译码电路16连续脉冲发生器17主控电路18计时与显示电路19速度显示电路20声光告知电路21调速电路22定时电路23区段选择电路24扫描方式选择电路25操作电路26脉冲分配与放大电路27电机线圈系统28指示灯系统29脉冲分配-指示灯系统译码器30控制电路电源31功率放大器32区段选择电路33脉冲分配电路34主令开关系统35中央控制单元(亦称主控电路)36测速系统37定时器38调频电路39连续脉冲发生器40工作方式选择电路41时钟脉冲源42驱动电路电源43中央处理单元CPU44驱动放大电路45内部存储器RAM/ROM46输入输出接口电路I/O47操作控制箱48脉冲发生器49定时显示器50编码开关51速度显示器52、53调速旋钮54步进方向选择开关55运行方式选择开关56单脉冲按钮57恢复运行按钮58暂仃运行按钮59治疗结束按钮60启动按钮61电源开关62电源保险器63喇叭64结束指示灯65初位选择开关66全程/区段选择开关67区段选择开关68位置指示灯消隐开关69位置指示灯70电源指示灯71步进脉冲指示灯

图1与图2为采用直线电机拖动的磁场扫描理疗机整体结构示意图的侧视图与正视图。直线电机是动磁竖磁式，磁钢4的凸极为四个，由滚轮9支撑的磁钢支架底板12下面固定的钕铁硼永磁磁钢4，在激磁线圈3通电使磁极铁心8产生磁性时受到电磁力使滚轮9沿导轨10运动，导轨10固定在床身1的底部，因而使底板12产生直线运动，并通过立柱2使整个支架运动。按一定规律给直线电机各线圈通入电流，即可推动磁钢4作直线运动，其速度、方向、运动范围由加到各线圈产生电流的脉冲电压的频率、相序及换相位置决定。

图3为动磁竖磁式，磁钢凸极四个，异极性排列直线电机结构示意图由磁极铁心8、激磁线圈3、磁轭11、放置在磁极铁心上方的钕铁硼磁钢4构成，装有磁钢4的支架底板12由滚轮9支撑，沿导轨10运动，图4为定磁竖磁式直线电机结构示意图。磁钢4异极性排列固定在磁轭11上，运动部分是固接在支架底板12上的磁极铁心8、激磁线圈3。由铁心8、线圈3、磁钢4形成的工作磁极可以是一个、两个、三个、四个、五个或六个。图4所画工作磁极为四个。定磁式电机的放大驱动电路与电磁系统共同装置在运动支架底板12上，控制及指示电路送给放大驱动电路的信号可以经连接导线传送，也可以由可见光或红外线、也可由无线电波遥控传送。图5为动磁横磁式4个磁极直线电机结构示意图。图6为定磁横磁式4个磁极直线电机和结构示意图。图7为动磁横磁式直线电机安装在理疗机上的示意图。装有磁钢4的支架底板12由滚轮9支撑，沿导轨10运动。在图3画出钕铁硼磁钢4的位置，当磁极8中铁心(1)的线圈通电产生与磁钢4中凸极(1)异性磁场，吸引磁钢4移动一步，移动距离为d’。接着对(2)(3)(4)磁极线圈通电产生对磁钢凸极(2)(3)(4)吸力，牵引磁钢右移三步，经四步右移，移过距离为一个极距τ。而后对线圈(2)(3)(4)(5)相继逐个通电，牵引磁钢又移动四步一个τ的距离。如线圈通电顺序反向，则磁钢左移。磁钢四个凸极有异极性排列如NSNS，和同极性排列如NNNN两种方式。激磁线圈通电规律为i，(i＋1)，(i＋2)，(i＋3)；(i＋1)，(i＋2)，(i＋3)，(i＋4)……每次都是与磁钢凸极位差为d’的磁极线圈激磁产生与磁钢凸极异极磁性，并由此确定激磁电流的方向。对电机的电磁系统加一次脉冲电压，使电机移动一步叫一拍。电机移过一个极距τ需移过的步数可以是一步、两步等等。本发明的直线电机的电磁系统可以是单拍、双拍、三拍、四拍、五拍或六拍方式通电。在每拍工作时，可以给一个线圈、两个线圈、三个线圈、四个线圈、五个线圈或六个线圈通电。竖磁式电机磁钢除受水平工作推力外，尚受到向下的非工作吸力，此吸力提高了运动部分稳定性但也加重了滚轮9对导轨10的压力。横磁式结构磁钢置于两侧，非工作吸力方向相反而抵消，减轻了滚轮对导轨的压力，但因无纵向吸力而降低了运动部分的稳定性。本发明用于拖动理疗机的两磁体的直线电机采用了竖磁与横磁式、定磁与动磁式、工作磁极为一个、两个、四个、六个的结构，工作方式采用单拍、双拍、四拍、六拍，通电线圈为一个、两个、三个、四个、六个。形成各具特点的几种产品。

对直线电机磁极激磁线圈3按要求的规律施以要求的电压，产生电流的任务由电气系统完成。电气系统中主电路放在主电路箱6中，控制电路放在电气控制箱5中，用导线7将控制信号送入主电路，主电路输出的移位脉冲电压接到各激磁线圈，控制电机运动。电气控制系统可以是数字逻辑电路系统，也可是微型计算机系统。数字逻辑电路系统中的逻辑器件可以用CMOS4000/4500系列IC芯片，也可以用TTL74/54系列IC芯片，也可以用可编程矩阵逻辑GAL、PAL芯片实现。微型计算机系统中硬件系统中中央处理单元CPU43、内部存储器RAM/ROM45、输入输出接口电路I/O46可以使用Intel8000系列、Z80系列微机芯片、MCS系列单片机、PIC16C5X系列单片机构成。两种结构的直线电机都可以用数字逻辑电路或微型计算机系统控制。

图8是电气系统原理示意框图。电气系统中主电路由脉冲分配与放大电路26构成，将来自主控电路17的连续脉冲变为由Y1到Yn的n位移位脉冲，此脉冲已经过放大，具有足够的电压，接到n个激磁线圈上，能产生对磁钢凸极足够的引力，拖动电机负荷。步进脉冲由连续脉冲发生器16产生，其频率受到主控电路17的控制。调速电路21可对连续脉冲CP0的频率进行无极调节，并可在显示电路示出扫描速度，定时电路22可设定理疗机的运行时间，计时与显示电路示出时间，区段选择电路23可选定理疗的扫描区段，扫描方式电路24可以选定连续扫描单步运动，单步进/单步退的工作方式，操作电路25可对电机进行启动/结束、暂仃/恢复操作，治疗结束时电机回归初位后仃止运动并发出声光告知信号20。输出信号Yi经译码器15转换成位置信号由指示灯LED显示。图9是数字电子系统框图。数字逻辑电路系统由电机线圈系统27、指示灯系统28、脉冲分配-指示灯系统译码器29、控制电路电源30、功率放大器31、区段选择电路32、脉冲分配电路33、主令开关系统34、中央控制单元35、测速系统36、定时器37、调频电路38、连续脉冲发生器39、工作方式选择电路40、时钟脉冲源41、驱动电路电源42组成。驱动电路电源42对电机线圈提供电流；控制电路电源30给数字电路供电；连续脉冲发生器39在调频电路38、工作方式选择电路40控制下对中央控制单元(即主控电路)35输送步进脉冲；测速系统36在时钟脉冲源41送来的定时脉冲控制下测速并显示；时钟脉冲经定时器37计时及显示倒计时时间，并将时间到信号送入主控电路；区段选择电路32将脉冲分配电路33的反馈信号取回，控制主控电路的换向。主控电路输出步进脉冲经脉冲分配器33及功率放大器31后推动负载-电机线圈系统27。驱动脉冲经脉冲分配-指示灯系统译码器29使步进位置指示灯系统28显示步进位置。主令开关系统34对主控电路进行操作控制并接受反馈信息反馈控制主控电路。图10是微型计算机系统框图微型计算机系统由中央处理单元CPU43、驱动放大电路44内部存储器RAM/ROM45输入输出接口电路I/O46操作控制箱47、脉冲发生器48构成的硬件系统，在内部存储器RAM/ROM45中的只读存储器ROM区存放系统监控程序构成的软件系统组成。中央处理单元CPU43，内部存储器RAM/ROM45，输入输出接口电路I/O46由地址总线AB、控制总线CB及数据总线DB连接成微型机系统。操作控制箱47往接口发出各种主令信号及接收反馈信号，驱动放大电路44将I/O口输出的步进脉冲放大后驱动电机运行。脉冲发生器48产生时钟脉冲CP，驱动系统工作。内部存储器45中只读存储器ROM区存储系统监控程序，RAM区用以暂存运行状态，主令信号等中间数据。系统在监控程序控制下工作。

将发明用于磁场扫描理疗机，直线电机的运动部分直接拖动重约90公斤的机械负载-两磁体支架12在2.4米长度范围内自动往复运动，平均速度可在6米/分～16米/分范围内无级调节，并有速度数字显示，显示精度为0.1米/分。可在全长往复，也可在选定的区间往复。并有全程/区段选择灯光指标和运行位置灯光显示。可予置1分钟～99分钟的运行时间，并有倒计时数字显示时间，显示精度为1秒。定时倒计时回零后，待运行支架回到初位后自动停止运行并有声光告知。运行中有使运动与计时暂停及恢复的功能、有单步前进与后退的控制功能。

图11是监控程序流程图。实例1：采用钕铁硼竖磁动磁式、工作磁极四个，永磁磁钢异极性排列SNSN、四拍通电方式，每拍一个线圈通电的直线电机拖动，CMOS4000/4500集成电路芯片构成数字逻辑控制及指示系统与大功率三极管驱动电路控制的磁场扫描理疗机已于93年11月正常运转并经历过14个小时连续运行的工作状态。线圈通电规律为iN，(i＋1)S，(i＋2)N，(i＋3)S；式中i表示磁极铁心序号，N与S表示使铁心产生N与S的激磁线圈极性。或者写成逻辑表达式iN＝y_{[i＋ (i＋1)×3]}Vy_{[i＋(i-3)×3]}、iS＝y_{[i＋(i-2)×3]}Vy_{[i＋(i-4)×3]}图12所示电控箱面板布置图可用以说明电控功能。定时：由编码开关50设定理疗时间后，按启动按钮60时显示器49显示设定时间，放开此钮电机开始运行，显示器倒计时。计时到零，电机推动两磁体回归初位后停止运动，同时发出声(喇叭63)光(指示灯64)告知信号。调速：调节旋钮52，53可在5米/分～15米/分范围内无级调速，显示器51示出所调速度。运行区间选择：区段选定开关67上排按钮限定电机运行右端，下排开关限定左端，将全程/区段选择开关66拨在1，电机可在限定区间往返，拨在2，电机作全程往返。指示灯69示出电机位置，开关68置2位时，指示灯停止显示。运行方式选择：方式选择开关55置1侧，电机连续运动；置2侧则为单步运行，这时每按一次单步按钮56电机运动一步，其方向由开关54确定。置左侧为进右侧为退。开关上方各有二指示灯示出工作状态。单步按钮上方指示灯LCP显示脉冲信号操作：按下启动按钮60显示定时，放开时电机开始运行并计时，同时解除暂停状态。按暂停按钮58电机与计时停止，按恢复按钮57解除暂停，电机与计时恢复运行。按结束按钮59计时显示变为零，电机回归初位时停机并声光告知。初位选择开关65置1侧，以右端为初位。置2侧，以左端为初位

图B为电气原理图、电机绕组(1N，2N，2S…31N，31S，32S)由功放驱动三极管TC1—TC64供电，续流二极管(Di1N…Di32S)反压泻放二极管(DG1…DG64)阻隔二极管(Db1…Db64)及旁路电阻(RG1…RG64)组成保护电路。末前级三极管(T2 1...T2 64)输出300mA电流，推动功放三极管。电路按1N，2S，3N，4S；2N，3S，4N，5S…规律通电，使电机正向运动。这种规律是由二次脉冲分配电路UC/LY实现的。连续脉冲CP1经一次分配电路后得到移位信号y1...y128经三极管T1 1…T1 128放大后按表1关系连接即可将y1…y128的移位顺序译为上述要求的脉冲顺序。脉冲一次分配电路由四位二进制可逆计数器V6，四线—十六线译码器V4，JK触发器V5，及三态门V1，V3等组成，实现将主控电路三输入与门U2输出的连续脉冲CP1变为y1…y128的转换。系统上电时，初始化电容CV将全部JK触发器置1，即4—16译码器使能端E＝1，处于无效状态，因而没有驱动管Tcx导通，绕组不通电，处于停机状态。按下启动按钮A2，V6清零，最低位(图中最右V5)JK触发器清零，其他置1，使最低位译码器V4有效，y1＝1。如在电机运行中按A2，则使移位脉冲由y1开始移位，而使当时正有有效输出的任一非最低位的译码器输出无效。在主控电路换向信号CP2＝1时，计数器V16加减控制端M＝1，为加计数，同时置三态门V3的使能端有效，将CP1脉冲转换成由右向左(即由低位向高位)的移位步脉冲Yx。当某一个4—16译码器输出的最高位有效(即y16 y32 y48 y64...)时，此信号经三态门V3将控制本译码器的JK触发器J端置1，左侧邻近JK触发器的K端置1，在下一个CP1脉冲前沿到来时，使这两个JK触发器分别置1与置0，因而使这位译码器输出无效而左侧译码器输出有效，使步脉冲由高位译码器输出。这样就实现了移位步脉冲由最低位y1步进移位到最高位y128。在″全程—区段″选择开关K2置于″全程″一侧时，当y128＝1时，此信号送入主控电路后，CP2即变为0。于是上述过程变为减计数，每一个4—16译码器的最低位控制JK触发器置本位无效而置右侧邻近一位有效，实现步脉冲自左向右的步进移位。当步脉冲左移到某一位Yj时，CP2变为0，改为右移；到右侧某一位Yi时CP2置1改为左移，就实现了在Yi到Yj区间的区段运动。八位选择开关K1将步脉冲的全程分为九段，可由有两个选择按钮的八位开关任选换向信号Yi与Yj的位置。这时开关K2置区选一侧，即可将区段的端点换向信号Yi与Yj输入到主控电路。输入到一次分配电路的脉冲CP1是由脉冲发生器产生的。反向器V14与RC电路形成自激振荡器，产生连续脉冲CP10，经200分频(U11，U10，U9)后的CP101进入二输入与门U8，″连续—单步″选择开关K4置右方″连续″侧时，由其控制的RS触发器U12置1，上述与门开门，CP101经此门送出。如三输入与门U2也开门，即有连续脉冲CP1送入一次脉冲分配电路。如果K4置于左方″单步″一侧，RS触发器U12置0，上述与门关闭，其左侧与门开门U7，由联动按钮A1及消抖RS触发器U13构成的单脉冲发生器产生的脉冲即可进入译码电路，产生单步的移位步脉冲。脉冲指示发光二极管LY1—LY128接在放大级电路中，显示移位脉冲位置。CP10经二分频U35后的CP102送入速度显示系统的BCD加1计数器U37，经BCD—七段译码器U34驱动七段显示器，显示电机平均速度。由时基脉冲源提供的周期为100mS的定时脉冲触发单稳态触发器U38，其Q端变零时，将计数器数据装入译码器由显示器显示出来，Q恢复时的上升沿触发第二级单稳态触发器U39，其Q输出端将计数器清零。因此显示器所示为200mS中CP102的个数。由于步长为1/4极距，即一步距离为200/(3×4)mm，要求电机平均速度为15米/分时，移动一步的时间t15＝(200×60)/(15×3×4)ms＝200/3mS，则CP10的周期T150＝1/3mS。速度计数脉冲CP102的周期为2/3mS，在100mS中共计数N＝100/(2/3)＝150个，显示出的150个脉冲个数在将小数点设于最低位之前，恰是15.0，表示了电机的15米/分的速度值。对应5米/分的电机速度的CP10周期T50＝1mS。故要求自激振荡器的脉冲周期应为0.3mS—1mS，CP1的周期T15＝66.6mS—200mS。时基脉冲由时基脉冲发生器产生。50赫兹市电经变压器由副边NB4输出，经桥式整流后在电阻桥电路左侧支路分压后得到的脉动电压加到电压比较器U42同相输入端，其反相输入信号取自由二极管隔离的右侧分压电路，平波电容CT使此信号为稳定直流信号，于是在电压比较器输出端得到周期为10mS的时基脉冲，经施密特触发器输出的反相器U28整形及10分频器得到100mS定时脉冲。再经10分频器得到1秒脉冲，经控制门U29进入由BCD减1计数器U26，六进制减1计数器U27，BCD—七段译码器U25及七段显示器U22显示出倒计时定时时间。计时回零时，最左端最高位发出″时间到″的控制信号送入主控电路。电机换向由三个二输入与门和RS触发器U6构成的电路控制。开关K4置于连续一侧，按下启动按钮使开—停RS触发器U19置1时，换向信号Yi，Yj将换向RS触发器U6置1或清零，其Q端输出就是接到V6M端的CP2信号，CP2与CP2接返回三态门V1与前进三态门V3的使能端。Yi，Yj的前沿触发延时单稳态触发器U5，将三输入与门U2关闭，停止向译码电路输送CP1脉冲，以实现电机换向时的机械延时缓冲。开关K4置于单步一侧时，Yi，Yj通向RS触发端的控制门U3，U4关闭，解除定位换向功能，其进退方向由方向选择开关K3决定。当按下停止按钮A3后，Yi的控制门U1关闭，在Yi位置电机不会换向，只有到初位Y1＝1时，才会经二输入与门U15将全部JK触发器置1，使所有一次分配译码输出无效，电机停止运动。同时触发告知声光电路，产生告知信号。电机的启动，停止由按钮A2，A3控制。按下接于RS触发器S端的按钮A2时，将计数器V6清零，最低位JK触发器置零，从而使最低位4—16译码器输出有效y1＝1，而其他4—16译码器输出无效。经反相器U23置高两位(分计时)的计数器U26置数端LD为零，将编码开关U32设定的定时值置入计数器并显示，再经反相器将低两位的秒计时计数器U27 U26清零。RS触发器U19 Q端的1信号使启动指示灯L6亮，同时经反相器U16将二输入与门U15关闭。计时器时间到发出借位信号经反相器U24后，触动R端，使开—停RS触发器U19复位，或按A3也可将RS复位，同时将计时计数器清零。RS触发器复位后，将控制秒脉冲门的三输入控制门U30及yi通向S端的二输入控制门U1关闭，停止计时，yi失效。只有在y1＝1时才使电机停止运动。由电路可见，在选择单步运行时，三态输入控制门U30也关闭，停止计时。输入连续工作时，计时才继续进行。电机运行中按暂停按钮A5时将暂停RS触发器U21置零，受其控制两个三输入与门U21 U30关闭，计时脉冲与CP1脉冲均被阻断，停止计时与运动，并有指示灯表示。按恢复按钮A4后，RS触发器置1，恢复计时与运动，指示灯换为恢复状态指示。按启动按钮A2时，同时解除暂停状态。使用CMOS4000/4500系列IC芯片构成的电路由四位二进制可逆计数器CD4516V6、十六选一译码器CD4514V4产生移位脉冲、JK触发器CD4027V5、三态门CD4503V1V3控制移位方向，计时与测速电路由BCD计数器CD40192。BCD-七段译码器CD4511，七段显示器构成，施密特输出反相器CD40106构成RC振荡器，产生连续脉冲，RS触发器CD4043，二输入与门CD4081三输入与门CD4073，二输入施密特输出与非门CD4093，单稳态触发器CD4538，构成主令控制电路。放大与功率推动极采用NPN硅三极管。表1列出电气原理图元器件与部件名细，表2列出所用逻辑器件型号。

实例2：由竖磁动磁式四极异极性排列四拍双线圈通电方式直线电机和单片微型计算机PIC16C57与通用可编程阵列逻辑GAL16V8构成的控制-指示系统及达林顿管放大高压功率管驱动组成的直线电机拖动系统安装在磁场扫描理疗机上，运行正常工作可靠，噪声低。

实例3：由横磁动磁式四极异极性排列四拍双线圈通电方式直线电机和单片机PIC16C57与通用可编程阵列逻辑GAL16V8构成的控制-指示系统及达林顿管放大，高压功率管率驱动组成的直线电机拖动系统安装在磁场扫描理疗机上，运行正常、工作可靠，噪声低。

        表1电气原理总图元器件与部件名细表序号    元器件，部件编号      名称                        数量1         RB1....RB64    限流电阻2.2K 2W                  642         LB....LB64     指示发光二极管                   643         ULB/C          主电路指示灯译码单元              14         C1....C64      激磁绕组φ＝0.35 N-3500          645         Ci1....Di64    续流二极管                       646         DG1.…DG64     反压二极管                       647         Bb1....Db64    阻隔二极管                       648         RG1....RG64    泻流二极管                       649         TC1....TC64    功放驱动二极管                   6410        R2 1....R2 64  限流电阻                         6411        T2 1....T2 64  未前级推动三极管                 6412        UC/LY          脉冲二次分配译码单元              113        LY1....LY128   一次脉冲指示灯                  12814        RI1....RI128   限流电阻10K 1/8W                12815        TI1....TI128   一次脉冲放大级三极管            12816        Rb1....Rb128   一次脉冲放大级输入电阻10K 1/8W  12817        K1             区段选择开关(8位)                 218        K2             全程..区段选择开关(双刀双掷)      119        V1             返回有效三态门                   1420        V2             前进..返回互锁反相器              121        V3             前进有效三态门                   1422        V4             4线..十六线译码器                 823        V5             前进..后退控制JK触发器            824     RG                            接地电阻10K 1/8W                     3425     V6                            四位二进制可逆计数器                  826     U1，U3，U4，U7，U8，U15，U29  二输入与门                            727     U2，U30                       三输入与门                            228     D1....D14                     控制二极管                           1429     L1....L15                     指示灯                               1530     T1....T4                      指示信号放大三极管                    431     RE                            放大级输入电阻                        432     RL                            限流电阻                              1433     K3                            前进..返回选择开关(单刀双掷)          134     K4                            运动方式选择开关(双刀双掷)            135     U5                            换向延时单稳态触发器                  136     U6                            换向控制RS触发器                      137     U12                           运动方式RS触发器                      138     U13                           单脉冲发生器                          139     A1                            单脉冲发生按钮                        140     U9，U14，U16，U20

   U23，U24，U28，U31，U36       反向器                                941     SP                            喇叭                                  142     U17                           音响信号发生单元                      143     U18，U19，U20                  RS触发器                             344     A2                            启动按钮                              145     A3                            停止按钮                              146     CV                            上电初始化电容                        647     A4                            恢复按钮                              148     A5                            暂停按钮                              149    U22，U33            七段显示器            750    U25，U34            BCDL..七段译码器      751    U26                 BCD减1计数器          352    U27                 六进制减1计数器       153    U32                 BCD编码开关           254    U37                 BCD加1计数器          355    U38，U39            单稳态触发器          256    U42                 电压比较器            157    RV0                 振荡电阻              158    RV1，RV2            振荡频率调节电位器    259    CP                  振荡电容              160    U10，U11，U40，U41  十分频器              461    U9，U35             T’触发器             162    DT                  整流二极管            463    RT1....RT4          分压电阻              464    D14                 隔离二极管            165    CT                  平波电容              166    BN1                 电源变压器一次绕组    167    BN2，BN3，BN4       变压器二次绕组        368    KU                  电源插座              169    RD1，RD2，RD3       保险管                370    KS                  电源开关              171    AQ，AT              电源开..停按钮        272    CJ                  交流接触器            173    SJ                  时间继电器            174    Dms                 驱动电源整流二极管    475     Rms        启动限流电阻            176     Cms        驱动电源滤波电容        177     Kcc        控制箱电源开关          178     Dc         稳压电源整流二极管      479     Cc1，Cc2   稳压电源滤波电容        280     U43        三端稳压器7812          181     DC1.…DC5  分配二极管              5

                      表21.四—十六译码器                            CD45142.四位二进可逆计数器                        CD45163.三态门                                    CD45034.JK触发器                                  CD40275.RS触发器 CD4043 6.BCD—七段译码器         CD45117.BCD可逆计数器                             CD401928.单稳态触发器                              CD45389.反相器                                    CD407310.三输入与门                               CD407311.二输入与门                               CD408112.二输入与非门                             CD409313.电压比较器                            运放μA741

Claims (15)

1、一种用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机由磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统与钕铁硼永磁磁钢4及磁轭11、支座14构成，电气控制系统由控制及指示电路和放大驱动电路构成，控制及指示电路由位置显示译码电路15、连续脉冲发生器16、主控电路17、计时与显示电路18、速度显示电路19、声光告知电路20、调速电路21、定时电路22、区段选择电路23、扫描方式选择电路24、操作电路25构成，放大驱动电路由脉冲分配与放大电路26构成，脉冲分配与放大电路26放在主电路箱6中，其他控制电路放在控制箱5中，并用连结导线7将控制电路与主电路箱相连接，主电路箱输出的大功率信号送入由磁极激磁线圈3组成的电线圈系统27。

2、根据权利要求1所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机的磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统可以固定，钕铁硼磁钢运动，也可以将钕铁硼磁钢4固定，磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统运动，简称动磁式与定磁式。

3、根据权利要求2所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：装有直线电机运动部分的支架底板12由滚轮9支撑，沿导轨10运动，直线电机的固定部分固定在支座14之上。

4、根据权利要求2所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机由磁极铁心8和磁极激磁线圈3组成的电磁系统与钕铁永磁磁钢4可以纵向放置产生竖向极场，也可横向放置产生横向磁场，简称竖磁式与横磁式。

5、根据权利要求1所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：钕铁硼永磁磁钢的凸极可以是一个，两个、三个、四个、五个或六个，简称单极、双极、三极、四极、五极、六极磁钢。

6、根据权利要求5所述的直线电机及其电控制系统，其特征在于：钕铁硼永磁磁钢4的凸极可以是同极性排列也可以是异极性排列。

7、根据权利要求1所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机的电磁系统可以是单拍、双拍、三拍、四拍、五拍或六拍方式通电。

8、根据权利要求7所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机的电磁系统在每拍工作时，可以给一个线圈、两个线圈、三个线圈、四个线圈、五个线圈或六个线圈通电。

9、根据权利要求1所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：电气控制系统的控制及指示电路可以是数字逻辑电路系统，也可以是微型计算机系统。

10、根据权利要求9所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：数字逻辑电路系统由中央控制单元35、连续脉冲发生器39、调频电路38，工作方式选择电路40、时针脉冲源41、定时器37、测速系统电路40、时钟脉冲源41、定时器37、测速系统36、主令开关系统34、区段选择电路32、脉冲分配电路33、指示灯系统28组成。

11、根据权利要求10所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：数学逻辑电路系统中的逻辑器件可以使用CMOS4000/4500系列集成电路芯片，也可以使用TTL74/54系列集成电路芯片，也可以使用可编程阵列逻辑GAL、PAL芯片实现。

12、根据权利要求9所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：微型计算机系统由中央处理单元CPU43、驱动放大电路44、内部存储器RAM/ROM45、输入输出接口电路I/O46、操作控制箱47、脉冲发生器48构成的硬件系统及在内部存储器RAM/ROM45中的只读存储器ROM区存放系统监控程序构成的软件系统组成。

13、根据权利要求12所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：微型计算机系统的硬件系统可以使用Intel8000系列微型计算机芯片、也可以使用MCS系列单片机芯片、也可以使用PIC16C5X系列单片机芯片以及可编程阵列逻辑GAL16V8，GAL20V8，芯片构成。

14、根据权利要求1所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：直线电机的运动部分直接拖动重约90公斤的机械负载—两磁体支架12在2.4米长度范围内自动往复运动，平均速度可在6米/分～16米/分范围内无级调节，并有速度数字显示，显示精度为0.1米/分，可在全长往复，也可在选定的区间往复，并有全程/区段选择灯光显示和运行位置灯光显示，可予置1分钟～99分钟的运行时间，并有倒计时数字显示时间，显示精度为1秒，定时倒计时回零后，待运行支架回到初位后自动停止运行并有声光告知，运行中有使运动与计时暂停及恢复的功能、有单步前进与后退的控制功能。

15、根据权利要求2所述的直线电机及其电气控制系统，其特征在于：定磁式电机的放大驱动电路与电磁系统共同装置在运动的支架底板12上，控制及指示电路送给放大驱动电路的信号可以经连接导线传送，也可以由可见光或红外线、也可以由无线电波遥控传送。

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