CN203329822U - 变速防堵卡碎纸机电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碎纸机制造领域，公开了一种变速防堵卡碎纸机电路，其包括：电源电路、入纸感应电路、正反转切换电路、整流电路、速度反馈电路、电压调速电路、MCU以及电机；所述速度反馈电路的输入端与所述电机连接，所述速度反馈电路的输出端与所述MCU连接，所述速度反馈电路用于输出表征所述电机转速的方波电压信号至所述MCU，所述MCU用于根据所述方波电压信号经所述电压调速电路调节所述电机的电压以及用于根据所述方波电压信号经所述正反转切换电路控制所述电机正转或反转。本实用新型变速防堵卡碎纸机电路不但制造成本低而且能够防止纸堵塞以及能够降低碎纸机工作时的噪音。

Description

变速防堵卡碎纸机电路

技术领域

本实用新型涉及碎纸机技术领域，尤其涉及一种变速防堵卡碎纸机电路。

背景技术

碎纸机是一种办公室常用的办公设备，碎纸机是由一组旋转的刀刃、纸梳、电机等组成的纸张切碎装置。碎纸机工作时电机驱动刀刃旋转将纸张分割成很多的细小纸片，从而实现保密的目的。

随着碎纸机行业竞争越来越激烈，为了提高碎纸机的竞争力，碎纸机制造商在研发过程中，不断寻求提高碎纸机性能（如：减少噪音量）以及降低成本的方法。

其中，申请号为201020172458.2的中国专利公开了一种能够减少噪音的智能调速碎纸机，该智能调速碎纸机包括电机单元、电源、与电机单元连接的电机电流取样单元、与电流取样单元连接的单片计算机中央处理***、与单片计算机中央处理***连接的过零检测取样单元以及与单片计算机中央处理***连接的相位角度调速单元。其中相位角度调速单元由可控硅及其触发驱动电路组成。

该智能调速碎纸机工作原理如下：电机电流取样单元对电机单元碎纸时进行电流取样，并将取样信号送至单片计算机中央处理***，单片计算机中央处理***接收到电流取样信号后进行处理运算，并根据运算的结果通过相位角度调速单元对电机单元进行调速，从而达到节能和降噪音的目的。

然而，该智能调速碎纸机存在以下不足之处：

（1）该智能调速碎纸机无法实现电机单元的反转控制，当纸张过多超出最大碎纸量时，容易出现卡纸的情形，从而影响工作效率；

（2）通过电流取样单元对电机单元的转速进行反馈，在单片计算机中央处理***内部编程过程中，需要找出电流与电机单元转速的对应关系，然而，不同的电压下，电流与转速对应关系不同；不同类型电机单元，电流与转速关系也不同，这样就要找出每个点电流与转速的对应关系，如此，必然增加编程的复杂性，从而导致工作时间增加，工作效率降低；此外，电流取样信号反馈的负载比较难控制，会造成电机单元的转速不平稳，容易造成噪音时高时低。

（3）相位角度调速单元是采用可控硅进行电机单元转速的调节，而可控硅调节电压过程中，电机单元的电压较不稳定，需要使用过零检测取样单元来控制，这无疑增加电气控制部件的复杂性，从而使得智能调速碎纸机的制造成本增加；此外，采用可控硅进行调节电压调节，可控硅容易受外界电网影响，故使得智能调速碎纸机的抗干扰能力较差。

实用新型内容

本实用新型目的在于解决碎纸机所存在的不足，提出一种不但制造成本低而且能够防止纸堵塞以及能够降低碎纸机工作时噪音的变速防堵卡碎纸机电路。

本实用新型提供一种变速防堵卡碎纸机电路，其包括：电源电路、入纸感应电路、正反转切换电路、整流电路、速度反馈电路、电压调速电路、MCU以及直流电机；

所述电源电路与外部交流电源连接，为所述入纸感应电路、所述正反转切换电路、所述速度反馈电路以及所述MCU提供所需电源；

所述入纸感应电路与所述MCU连接，所述入纸感应电路安装于碎纸机的入纸口；

所述正反转切换电路与所述直流电机连接；

所述整流电路与所述直流电机连接，用于将外部交流电源转换成直流电源并提供给所述直流电机；

所述电压调速电路的输入端与所述MCU连接，所述电压调速电路的输出端与所述直流电机连接；

所述速度反馈电路的输入端与所述直流电机连接，所述速度反馈电路的输出端与所述MCU连接，所述速度反馈电路用于输出表征所述直流电机转速的方波电压信号至所述MCU，所述MCU用于根据所述方波电压信号经所述电压调速电路调节所述直流电机的电压以及用于根据所述方波电压信号经所述正反转切换电路控制所述直流电机正转或反转。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型通过速度反馈电路、电压调速电路以及MCU相互配合，实现直流电机转速的调节，使得碎纸机在负载较少（少纸或无纸）时，直流电机的转速可以降低，从而避免直流电机由于转速过高而产生的高噪音，且节能环保。

（2）通过速度反馈电路输出表征所述直流电机转速的方波电压信号并输送至所述MCU，从而使得MCU可计算出直流电机的转速，MCU根据该转速判定负载量是否超出直流电机可承受的最大负载量，若超出，MCU控制直流电机反转退纸，从而避免卡纸的情形。

（3）本实用新型采用直流电机作为动力源，直流电机价格便宜，从而有利于降低碎纸机的制造成本。

（4）本实用新型采用速度反馈电路作为反馈，不但有利于简化MCU内部编程的过程，且能够使得直流电机的转速更加平稳，噪音控制得更低。

附图说明

图1为本实用新型变速防堵卡碎纸机电路的原理框图；

图2为本实用新型变速防堵卡碎纸机电路图；

图3为本实用新型MCU与电压调速电路输出电压的时序波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

请参照图1至图3，本实用新型提供一种用于碎纸机中的变速防堵卡碎纸机电路，其包括：电源电路1、入纸感应电路2、正反转切换电路3、整流电路4、速度反馈电路5、电压调速电路6、MCU(Micro Controller Unit，中文名称为微控制单元)7、直流电机8、保险管F1、电源开关K1、纸桶开关K2以及用于与外部电源连接的插头K3。

所述电源电路1通过插头K3与外部交流电源连接，所述电源电路1由用于降低电压的变压器T1、连接插件J5、连接插件J6、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、电容C2、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R16以及稳压管U1组成。电阻R16与电容C9接点处输出18V电压，用于提供给电压调速电路6；电阻R16与电容C5接点处输出12V电压，用于提供给正反转切换电路3；稳压管U1与电容C6接点处输出5V电压，用于提供供给入纸感应电路2以及速度反馈电路5。

所述入纸感应电路2与所述MCU7连接，所述入纸感应电路2安装于碎纸机的进纸口，其由红外发射接收管L、连接插件J2、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5组成，当纸张进入进纸口时，红外发射接收管接通整个变速防堵卡碎纸机电路，从而启动直流电机8运行。

所述正反转切换电路3与所述直流电机8连接，所述正反转切换电路3包括用于控制所述直流电机8正转的继电器Y1、与继电器Y1连接的正转驱动电路9、用于控制所述直流电机8反转的继电器Y2以及与继电器Y2连接的反转驱动电路10。其中，所述正转驱动电路9由三极管Q1以及分别与三极管Q1连接的二极管D1、电阻R6、电阻R8组成，当三极管Q1导通时，继电器Y1导通，直流电机8正转运行；所述反转驱动电路10由三极管Q2以及分别与三极管Q2连接带二极管D2、电阻R9、电阻R10组成，当三极管Q2导通时，继电器Y2导通，直流电机8反转运行。

所述整流电路4与所述直流电机8连接，用于将外部交流电源转换成直流电源并提供给所述直流电机8。

所述速度反馈电路5的输入端与所述直流电机8连接，所述速度反馈电路5的输出端与所述MCU7连接，本实施例中，所述速度反馈电路5由连接插件J1、霍尔元件U1881，电阻R1、电容C1以及设置在所述直流电机8的转轴上的条形的磁铁组成。所述速度反馈电路5的工作原理如下：当直流电机8的转轴转动时，磁铁随着所述直流电机8的转轴而转动，此时，霍尔元件U1881根据所述磁铁转动时产生的变化磁场输出表征所述直流电机8转速的方波电压信号至MCU7，MCU7接收到该方波电压信号后，即可运算得出该方波电压信号的脉冲宽度，以供与MCU内部设定值进行对比，从而根据比对结果调节直流电机8的电压，从而达到直流电机8转速的调节。

所述电压调速电路6的输入端与所述MCU7连接，所述调速电路6的输出端与所述直流电机8连接。本实施例中，电压调速电路6是由绝缘栅双极型晶体管Q3（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）及其驱动电路（未标号）组成，在其它实施例中，绝缘栅双极型晶体管Q3可用金氧半场效晶体（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET）或达林顿管代替。

所述驱动电路由三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、稳压管Z1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14及R15组成。所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q4的基极与所述三极管Q6的基极连接；所述三极管Q5的集电极与所述三极管Q4的基极连接；所述稳压管Z1的正极分别与所述绝缘栅双极型晶体管Q3的栅极连接以及所述三极管Q4的发射极连接。所述稳压管Z1用于稳定绝缘栅双极型晶体管Q3的电压，使得绝缘栅双极型晶体管Q3的电压不会超出18V，而避免绝缘栅双极型晶体管Q3损坏。

所述驱动电路的工作原理如下：当MCU7输出低电平时，三极管Q5截止，电源电路1提供的18V电压通过电阻R12加到三极管Q4的基极，使三极管Q4以及绝缘栅双极型晶体管Q3导通；当MCU7输出高电平时，三极管Q5基极有电流流入而导通，三极管Q5导通时，三极管Q5的集电极电平为0.2V，三极管Q4基极电压为0.2V不能导通，而三极管Q6导通，此时，绝缘栅双极型晶体管Q3栅极通过三极管Q6放电，使绝缘栅双极型晶体管Q3截止。

以下是负载值较小（少纸或无纸）时，本实用新型变速防堵卡碎纸机电路的直流电机转速调节的工作过程：

入纸感应电路2接收到纸张进入碎纸机的进纸口的启动指令后，将该启动指令输入到MCU7，MCU7接收到该启动指令后控制直流电机8的转轴转动，直流电机8的转轴转动时，磁铁随着所述直流电机8的转轴而转动，此时霍尔元件根据所述磁铁转动时产生的变化磁场输出表征所述直流电机8转速的方波电压信号至MCU7，MCU7接收到该方波电压信号后，运算得出该方波电压信号的脉冲宽度并与MCU内部设定值进行对比，若脉冲宽度小于MCU7内部设定值，说明直流电机8转速比MCU7预定转速高，此时，MCU输出一定占空比可调的脉冲宽度调制信号到所述电压调速电路6，所述电压调速电路6根据脉冲宽度调制信号降低所述直流电机8的电压，从而使得直流电机8的转速与MCU7内部程序预设转速相同，从而实现直流电机8转速相对恒定（保持MCU预设转速），避免直流电机8在少纸或无纸时转速变快而造成的高噪音。

请参照图3，V1是MCU7输出的脉冲宽度调制信号的时序波形，V2是电压调速电路6输出电压信号的时序波形,（即加到直流电机上的电压）。

脉冲宽度调制信号在t1-t2期间，电压为0V（低电平）时，三极管Q5，三极管Q6截止，三极管Q4导通，从而绝缘栅双极型晶体管Q3导通，直流电机8通电工作，当脉冲宽度调制信号在t2-t3期间，电压为5V（高电平）时，三极管Q5，三极管Q6导通，三极管Q4截止，从而绝缘栅双极型晶体管Q3截止，直流电机8截止不通电。实际应用过程中，根据需要只要MCU7输出一个占空比可变脉冲宽度调制信号，就能控制直流电机8的导通时间，从而控制直流电机8的电压，达到调速的目的。

以下是负载值较大（纸较多）时，本实用新型变速防堵卡碎纸机电路的直流电机反转退纸的工作过程：

在负载值较大时，MCU7运算得出的方波电压信号的脉冲宽度会大于MCU7内部设定值,此时说明直流电机8转速比MCU7预定转速低（由于MCU输出脉冲宽度调制信号没改变，故直流电机转速会变慢），此时MCU通过电压调速电路6提高所述直流电机8的电压，使得直流电机8的转速与MCU7内部程序预定转速相同，可是当该电压已经调节到最大电压220V时，若直流电机8的转速依然小于MCU7内部程序预定转速时，MCU7通过正反转切换电路3的继电器Y2控制直流电机8反转退纸，从而避免由于纸张的负载量超出直流电机8可承受的最大负载量而造成卡纸。

综上所述，本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型通过速度反馈电路、电压调速电路以及MCU相互配合，实现直流电机转速的调节，使得碎纸机在负载较少（少纸或无纸）时，直流电机的转速可以降低，从而避免直流电机由于转速过高而产生的高噪音，且节能环保。

（2）通过速度反馈电路输出表征所述直流电机转速的方波电压信号并输送至所述MCU，从而使得MCU可计算出直流电机的转速，从而使得在负载量超出直流电机可承受的最大负载量时，控制直流电机反转退纸，避免卡纸的情形。

（3）本实用新型采用直流电机作为动力源，直流电机价格便宜，从而有利于降低碎纸机的制造成本。

（4）本实用新型采用速度反馈电路作为反馈，在MCU内部编程过程中，只需根据需要预设直流电机的转速，不需要找出电流与电机转速的对应关系，从而有利于简化MCU内部编程的过程，提高工作效率；此外，采用速度反馈电路作为反馈能够使得直流电机的转速更加平稳，使得噪音更小，噪音可降低10分贝左右。

（5）本实用新型采用绝缘栅双极型晶体管来实现直流电机的电压的调节，其调节过程电压稳定，而无需使用过零检测电路，从而有利于简化电路，降低制造成本；此外，由于绝缘栅双极型晶体管输出的电压只与MCU输出的脉冲宽度调制信号的占空比有关，与外电网无关，从而有利于提高整个变速防堵卡碎纸机电路的抗干扰能力。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变速防堵卡碎纸机电路，其特征在于，包括：电源电路、入纸感应电路、正反转切换电路、速度反馈电路、调速电路、MCU以及电机；

所述电源电路与外部交流电源连接，为所述入纸感应电路、所述正反转切换电路、所述速度反馈电路以及所述MCU提供所需电源；

所述入纸感应电路与所述MCU连接，所述入纸感应电路安装于碎纸机的入纸口；

所述正反转切换电路与所述电机连接；

所述电压调速电路的输入端与所述MCU连接，所述电压调速电路的输出端与所述电机连接；

所述速度反馈电路的输入端与所述电机连接，所述速度反馈电路的输出端与所述MCU连接，所述速度反馈电路用于输出表征所述电机转速的方波电压信号至所述MCU，所述MCU用于根据所述方波电压信号经所述电压调速电路调节所述电机的电压以及用于根据所述方波电压信号经所述正反转切换电路控制所述直流电机正转或反转。

2.根据权利要求1所述变速防堵卡碎纸机电路，其特征在于：所述电机是直流电机，所述变速防堵卡碎纸机电路还具有整流电路，所述整流电路与所述直流电机连接，用于将外部交流电源转换成直流电源并提供给所述直流电机；所述速度反馈电路具有霍尔元件以及设置在所述直流电机的转轴上的磁铁；所述直流电机的转轴转动时，所述磁铁随着所述直流电机的转轴而转动，所述霍尔元件根据所述磁铁转动时产生的变化磁场输出表征所述直流电机转速的方波电压信号至所述MCU，MCU接收到该方波电压信号后，运算得出该方波电压信号的脉冲宽度并与MCU内部设定值进行对比，若脉冲宽度小于或大于设定值，MCU输出一定占空比的脉冲宽度调制信号至所述电压调速电路，所述电压调速电路根据脉冲宽度调制信号调节所述直流电机的电压，从而实现所述直流电机的转速的调节。

3.根据权利要求2所述变速防堵卡碎纸机电路，其特征在于：所述电压调速电路由绝缘栅双极型晶体管、金氧半场效晶体管或达林顿管中的一种及其驱动电路组成。

4.根据权利要求3所述变速防堵卡碎纸机电路，其特征在于：所述驱动电路包括三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6以及稳压管Z1，所述三极管Q4的发射极与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q4的基极与所述三极管Q6的基极连接；所述三极管Q5的集电极与所述三极管Q4的基极连接；所述稳压管Z1的正极分别与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接以及所述三极管Q4的发射极连接。

5.根据权利要求2所述变速防堵卡碎纸机电路，其特征在于：所述正反转切换电路包括用于控制所述直流电机正转的继电器Y1、与继电器Y1连接的正转驱动电路、用于控制所述直流电机反转的继电器Y2以及与继电器Y2连接的反转驱动电路。

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