CN85205468U - 伺服直流电子唱机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种伺服控制的直流电子唱机。本实用新型的特征是唱机的稳速部分使用了直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路，而唱机的起动和驱动则使用了转盘位置检测器，因本实用新型抖晃小，结构紧凑，开机后自行起动且起动平稳。

Description

本实用新型涉及一种改进的自感应开关式直流电子唱机，属于电声领域中的音响驱动设备。

自感应开关式直流电子唱机「申请号85204843」，用四相驱动、四相稳速、电子起动器起动，进一步减小了直流电子唱机的抖晃率，改善了唱机的负载特性。但由于自感应开关式直流电子唱机的稳速电压取自稳速铁芯的稳速线圈，而稳速线圈的感应电压又取决于永磁柱的剩余磁场强度、几何尺寸的大小和转盘旋转的速度，因而，要使唱机获得很高的稳速特性，就对同一转盘上各永磁柱剩余磁场强度和几何尺寸的一致性提出了较高的要求。既便如此，要把唱机的抖晃率稳定地控制在0.2％以下，在工艺上也有困难。另外，自感应开关式直流电子唱机用四只铁芯和电子起动器起动，结构上不紧凑。伺服直流电子唱机就是为解决以上二个问题，即为进一步降低唱机的抖晃率；为简化唱机的机械结构而对自感应开关式直流电子唱机的完善和改进。

本实用新型的以上两个目的，是通过在原机型的基础上增设直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路和转盘位置检测器而实现的。

本实用新型由于使用了转盘位置检测器，因而唱机通电后无需起动器而能自行起动运转，这就革除了四个激励线圈和电子起动器；本实用新型的稳速部分使用了直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路，因而它不再使用稳速铁芯和稳速线圈，且唱机的转速只和检出的频率相关，而频率只和唱机转盘的转速相关，这就排除了同一转盘上永磁柱的剩余磁场强度和几何尺寸的微量差别对唱机转盘运转平稳性的影响，进一步降低了唱机的抖晃率。和现在通行的直接传动式无刷电机驱动的唱机相比，本实用新型由于把无刷电机的转子、唱机的转盘、唱机转速频率信号发生器、电机转子的位置检测四部分合为一体，结构紧凑、简化、制造成本低且便于大批量生产。又由于使用了直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路，使唱机的驱动部分和放音系统可以合用一个电源，使唱机可以用干电池供电。

本实用新型由于在稳速方面作了相应的改进，由于设置了转盘位置检测器，因而本实用新型抖晃小、结构紧凑、开机后自行起动且起动平稳。

本实用新型的原理和具体实现，可由以下附图和实施例详细给出。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的电原理图。

图中虚线框「1」内是驱动电路，它由驱动晶体管BG₁、BG₂、BG₃、BG₄、电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、电容C₁、C₂、C₃、C₄、驱动线圈［4］、［5］、［13］、［14］所组成。驱动线圈［4］、［5］绕在驱动铁芯［6］上、驱动线圈［13］、［14］绕在驱动铁芯［15］上。两铁芯的设置如图1所示：铁芯的极掌正对转盘［7］上的磁柱［21］，铁芯用螺钉［12］和垫圈［23］固定在转盘底板［25］上，永磁柱和铁芯被设置在同一个水平面上，且两者保持0.5～3毫米的间隙。两铁芯互相错开90°电角度。为达到这一要求，可把两只铁芯设置在转盘园周的一条直径上，其中，一只铁芯的中心对称线和这一直径重合，另一只铁芯的中心对称线，如果转盘上用24个磁柱，则偏离这一直径7.5°。本实施例共使用24个磁柱，如图所示，其偏离数值是7.5°，符合这一要求。唱机驱动部分的工作原理是这样的：转盘位置检测器，在唱机开机后能正确地检测出转盘在每一瞬间的旋转位置，使驱动线圈「14」、「4」、「13」、「5」周而复始地依次导通，推动转盘不断旋转。由于两铁芯在设置位置上互相错开90°电角度而每只铁芯上的两个线圈如同名端所示互相错开180°电角度，所以当四个驱动线圈按以上顺序周而复始地依次导通时，必然依次错开90°电角度，因而在转盘旋转的任一位置上，至少有一相驱动线圈导通而产生对转盘的周向推动力。因此电路接通后，唱机能自行起动且起动没有冲击，比较平稳；唱机转盘所受的推动力比较匀恒。又因为唱机的转盘位置检测器能准确地识别转盘上永磁柱的极性，而各相驱动线圈的绕向和导通时所产生的磁性是唯一确定的，因而，当各相驱动线圈按以上顺序依次导通时，转盘起动运转的方向是唯一确定的。各相驱动线圈在工作过程中会产生杂散电磁场和电压冲击，电容C₁、C₂、C₃、C₄和电阻R₅、R₆就是为改善这一状况而设置的。

图中虚线框「2」内是唱机的直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路。它由转速频率检出器、脉冲整形器、频率——电压变换器、调速器和直流放大器所构成。现说明如下：

驱动电路在工作过程中，四相驱动线圈会依次导通和截止，通过电容C₁、C₂、C₃、C₄就会在电阻R₅、R₆上依次形成尖脉冲，通过二极管D₁、D₂可以把这个尖脉冲取出。因而二极管D₁、D₂就构成了唱机的转速频率检出器。每一相驱动线圈导通、截止一次，就会被取出一个尖脉冲，转盘的转速越快，尖脉冲的重复频率越高，因而这些尖脉冲的重复频率是和唱机转盘的转速相关的。取出的尖脉冲被送入脉冲整形器。而脉冲整形器又由单稳态触发器和等幅输出器所构成。晶体管BG₅、BG₆、电阻R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂和电容C₅构成单稳态触发器。晶体管BG₇、电阻R₁₃、R₁₄、R₁₅、电位器W₁、电容C₆构成等幅输出器。它们的工作原理是这样的：转速频率检出部分每检出一个尖脉冲，单稳态触发器就翻转一次，就会输出一个方波脉冲。这个方波脉冲的宽度是确定的，但它的幅度却要受到电源波动的影响。为此，特设置等幅输出器，其原理是这样的：晶体管BG₇被接成三极管稳压器，使在无脉冲输入时E点电位保持不变。为了进一步加强这种稳压作用，又增设电位器W₁、把集电极负载电阻R₁₅上的电压降取出一部分，反馈至晶体管BG₇基极。而三极管稳压器的原理是这样的：现假设W₁阻值为零。当电源电压升高时，E点的电位升高，但通过电阻R₁₃加至晶体管BG₇基极的电位也升高，晶体管BG₇基电极电流上升，集电极电流随之加大，集电极电阻R₁₅上的压降也随之加大，E点电位随之降低；反之，当电源电压下降时，E点电位下降，通过电阻R₁₃加到晶体管BG₇基极的电位亦下降，基极电流减小，集电极电流随之减小，负载电阻R₁₅上的压降相应减小，E点电位随之增高。在晶体管BG₇集电极设置电位器W₁，就可把这种负载电阻的电压降的变化取出一定量，加至晶体管BG₇基极，就可进一步加强晶体管稳压器的稳压作用。电位器W₁就构成了晶体管稳压器的反馈环节。调整W₁可使晶体管稳压器在电源波动时保持E点电位不变。因而，当脉冲通过C₆加至晶体管BG₇基极而使其突然饱和时，由E点输出的方波形必然是等幅的，这就构成了脉冲等幅输出器。等幅输出器输出的等幅方波脉冲被送入频率——电压变换器，进行频率——电压变换。这个变换器是电容C₇、C₈、电阻R₁₆、二极管D₃所构成。C₇、R₁₆对于由等幅输出器输出的等幅方波脉冲构成一个微分电路，因而方波的重复频率越高，F点的非正弦交流电压越高，把这个电压通过二极管D₃整流，电容C₈滤波，就变成了平直的直流电压。这个平直电压只和方波的重复频率相关，即频率越高，电压越高；频率越低，电压越低。经变换后形成的直流电压加至电位器W₂两端，调整W₂可调整电位器输出的直流电压，从而可以控制驱动部分的工作状态，因而可以进行调速。这样，电位器W₂就构成了直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路的调速器。由电位器W₂输出的直流电压被送入直流放大器进行直流放大。直流放大器由晶体管BG₈、BG₉、BG₁₀和电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀所构成，是三极管直接耦合放大器。它的第一个特点是：输出端G与输入端——晶体管BG₈的基极，其电压变化趋势正相反。正因如此，从G点通过电阻R₁、R₂、R₃、R₄连接驱动晶体管BG₁、BG₂、BG₃、BG₄基极，才能按照频率——电压变换器输出电压的相反趋势控制驱动晶体管的工作电流，即，频率——电压变换器输出的电压升高时，驱动晶体管的基极电流减小，驱动电流也随之减小；反之，频率——电压变换部分的输出电压降低时，驱动晶体管的基极电流增大，驱动电流也增大，因而本放大器具有反相作用。这个直流放大器的第二个特点是带有平衡电阻R₁₉，以消除电源电压波动对直流放大器输出电压的影响。其原理是，当电源电压升高时，电源通过R₂₀加至G点的电压升高，但电源经R₁₉加至晶体管BG₁₀基极的电压亦升高，通过晶体管的放大、反相，就把G点的电压拉下来；反之当电源电压降低时，G点的输出电压变低，但电源经R₁₉加至晶体管BG₁₀基极的电压亦降低，G点的电位将被升起。选取R₁₉的适当数值，就可消除电源电压波动对直流放大器输出电压的影响。

本实用新型的稳速原理是这样的：当唱机的转速通过W₂被整好后，如因负载增大使转盘转速下降，则驱动线圈导通的重复频率下降，由频率检出器所检出的尖脉冲的重复频率随之下降，经脉冲整形器整形后的方波的重复频率也随之下降，因之，由频率——电压变换器输出的直流电压下降，通过直流放大器的放大、反相，使驱动晶体管的工作电流加大，驱动线圈的驱动力上升，转盘加速运转。反之，当转盘因负载减小而转速上升时，驱动线圈导通的重复频率上升，经频率检出、脉冲整形器输出的方波脉冲的重复频率随之上升，经频率——电压变换器变换后输出的直流电压也随之上升，这个电压经直流放大器放大、反相，使驱动晶体管的工作电流减小，驱动线圈的驱动力减小，转盘转速下降，这就实现了稳速。

图中虚线框「3」内是唱机的转盘位置检测器电原理图。其中，晶体管BG₁₁、电容C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、电阻R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄和线圈「26」构成电容式三点振荡器。晶体管BG₁₂、电容C₁₃、C₁₄、电阻R₂₅、R₂₆、R₂₇构成振荡器缓冲输出级。输出的高频电流分别经电阻、R₂₈、R₂₉、R₃₀、R₃₁加到线圈「8」、「10」、「16」、「19」上。如图1所示：线圈「8」和「9」、线圈「10」和「11」、线圈「16」和「17」、线圈「19」和「20」都分别设置在塑料支架「24」上而构成感应线圈组件。各组件内两线圈相距3～5毫米。由于线圈「9」、「11」、「17」、「20」都分别接在晶体管BG₁₃、BG₁₄、BG₁₅、BG₁₆的基极和射极之间，因而当接通K而使振荡器正常工作时，如果各感应线圈组件内两线圈之间无金属片阻隔，则线圈「9」、「11」、「17」、「20」的两端必有高频感应电压而使晶体管BG₁₃、BG₁₄、BG₁₅、BG₁₆处在高频导通状态，即处在对高频电流的检波和整流状态。经电容C₁₅、C₁₆、C₁₇、C₁₈滤波，则晶体管BG₁₃、BG₁₄、BG₁₅、BG₁₆相当于处在直流导通和饱和状态，因而，各驱动晶体管截止，驱动线圈中无驱动电流。今把4个感应线圈组件「24」，分别设置在和转盘园周同心的一个园周相对应的转盘底板上，其位置和分布如图1所示。感应线圈组件附近的N、S符号，是用来确定该组件内两线圈之间被金属片阻隔时，相关的驱动铁芯A、B端所产生的磁场极性。相对于感应线圈组件的园周，在转盘本身的底平面上，正对转盘上N极朝向转盘轴心的各磁柱，共设置如图所示的12个金属齿片「22」，使转盘在运转过程中，各齿片依次通过各感应线圈组件内两线圈之间的间隙。从而完成检测唱机转盘位置的功能。详细的检测过程是这样的：现假定唱机的转盘是停在如图1所示的位置而通电，则电路各部分开始工作。在这个位置时，转盘上的N极正对着感应线圈组件的线圈「8」、「9」，而金属齿片又是正对着N极设置在转盘底面上正对各感应组件所在的园周上，因而，这时必有一齿片进入线圈「8」、「9」之间的间隙，两线圈之间的高频感应被阻隔，线圈「9」两端无高频电压，晶体管BG₁₃截止，驱动晶体管BG₄导通，驱动线圈「14」有驱动电流。（而其余驱动晶体管，由于各自相关的感应线圈组件内无金属齿片进入，因而都处在截止状态）驱动线圈「14」的绕向是这样的：此相线圈导通时，它所在的铁芯「15」的B端应是N极。这时，铁芯B端的N极和它的另一端的S极与转盘上的永磁柱互相作用，则转盘受到一个顺时针方向的旋转力，转盘开始起动运转。当转盘按顺时针方向旋转一定角度（约3.8°）后，齿片脱离线圈「8」、「9」之间的间隙，线圈「9」有高频电压，晶体管BG₁₃又导通饱和，晶体管BG₄截止，驱动线圈「14」中无电流，铁芯「15」无电磁性。但与此同时，就在齿片刚刚脱离线圈「8」、「9」之间的间隙前，却有另一齿片逐渐进入线圈「19」、「20」之间的间隙，使线圈「20」两端无高频电压，使晶体管BG₁₆截止而晶体管BG₁导通，驱动线圈「4」的绕向是这样确定的，它导通时，铁芯「6」的A端电磁场极性为S。这时，驱动线圈「4」导通所产生的磁力与转盘上的永磁柱相互作用，继续推动转盘按顺时针方向旋转。转盘再转过一定角度后，金属齿片脱离线圈「19」、「20」之间的间隙，线圈「20」两端有高频电压、晶体管BG₁₆导通而晶体管BG₁截止，驱动线圈「4」中无电流通过。与此同时，就在晶体管BG₁刚刚截止前，却有另一齿片进入线圈「10」、「11」之间的间隙，使线圈「10」、「11」之间的高频感应被阻断，使晶体管BG₁₄截止而晶体管BG₃导通，驱动线圈「13」有驱动电流通过，使铁芯的B端产生电磁性S极，继续推动转盘按顺时针方向旋转。依次类推，当转盘转过一定角度后，就在晶体管BG₃刚刚截止前，齿片进入线圈「16」、「17」之间的间隙而使晶体管BG₁₅截止，使晶体管BG₂导通。再转过一定角度后，晶体管BG₂将截止而晶体管BG₄将导通。又一个驱动周期将开始。转盘每转30°而完成一个驱动周期。由图可知，由于金属齿片是正对着转盘上的N极磁柱（即N极朝向转盘轴心的磁柱）而使其与N极磁柱具有一一对应的位置关系，又由于感应线圈组件和相关铁芯的位置是如图确定而使各感应线圈与各驱动线圈具有一一对应的相位关系，还由于两铁芯在位置上错开90°电角度，因而在转盘的任一转动位置上必有一金属齿片进入一感应线圈组件，阻隔两感应线圈之间的高频感应而使一只驱动晶体管导通，因而转盘在任一旋转位置上至少受到一相驱动线圈的推动力，这就决定了它在任一周向位置上关闭电源停止时，一旦通电都能自行起动且起动平稳，转盘受力较为均恒。转盘位置检测器的工作过程说明，转盘位置检测，就是转盘上永磁柱的极性识别，而每一对线圈之间的高频感应被阻隔时，也就必有一N极磁柱正对感应线圈组件的这二个感应线圈，这就识别了永磁柱的极性，起到了转盘位置检测的作用。

本实用新型的实施可参照元器件的如下参数：

转盘的内径200毫米；一个转盘上共有24个永磁柱；永磁柱的几何尺寸是φ16×10；铁芯用0.5毫米厚的矽钢片冲制而成，铁芯极掌的宽度是16毫米。齿片「22」厚度1.2～2毫米，宽度8～12毫米。

驱动晶体管BG₁、BG₂、BG₃、BG₄可使用3DX201，晶体管BG₉可使用3CG14A，其它晶体管可用3DG6或3DG201。

驱动线圈「4」、「5」、「13」、「14」用φ0.19或φ0.21毫米的漆包线，每个线圈2000圈。线圈「26」可用φ0.10毫米的漆包线在φ4毫米的磁芯上绕100圈而成，也可绕成空芯的，但圈数要加倍。其余线圈可用φ0.08的漆包线绕制，可用φ3毫米的磁芯，每个线圈的圈数是100～200圈。R₁₆为4.3K，C₇为0.22微法。

本实用新型的装配应注意铁芯和磁柱的间隙以2毫米为最恰当，应注意金属齿片和感应线圈组件应布置在与转盘轴18同心的同一个园周上，并且组件内二线圈的间隙以4毫米最为恰当，过大，感应电压不足，过小，容易与金属齿片相碰。

本实用新型的调试最好按如下顺序进行：

振荡器→振荡器缓冲输出级→感应线圈组件→驱动线路部分→频率检出器→脉冲整形器→频率→电压变换器→直流放大器。

Claims (3)

1、一种直流电子唱机，它是由机壳、电源、低速无刷电机、拾音系统及放音系统构成的。其特征在于唱机的低速无刷电机的稳速部分采用直流电子唱机用频率检出式伺服控制线路；它的起动和驱动则使用了转盘位置检测器。

2、按照权利要求1所说的直流电子唱机用频率检出式伺服控制电路，是由转速频率检出器、脉冲整形器、频率——电压变换器、调速器及直流放大器构成的。其特征是转速频率检出是通过二极管，经电容C₁、C₂、C₃、C₄和电阻R₅、R₆，从驱动晶体管BG₁、BG₂、BG₃、BG₄的集电极取出的；脉冲整形使用单稳态触发器和带反馈环节的三极管稳压器；频率——电压变换器由RC微分电路和整流、滤波电路构成。

3、按照权利要求1所说的转盘位置检测器，是由振荡器、振荡器缓冲输出级、感应线圈组件所构成。其特征在于，它是利用与唱机转盘上的N极永磁柱一一对应，并固定在唱机转盘本身的底平面上的金属齿片，依次阻隔各个感应线圈组件内与各相驱动线圈具有一一对应的相位关系的两线圈之间的高频感应的原理制成的。

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