CN101369792B - 电磁刹车的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电磁刹车的控制电路，其是以时序讯号电路控制电源波形产生脉冲讯号，并且以计时电路产生的讯号来控制计数电路中正反器的输出波形讯号，而后由逻辑电路将计数电路输出的不同波形讯号进行逻辑运算而产生控制波形讯号，再通过控制波形讯号来控制晶体管以变化电磁刹车的工作电压。即控制电路从开始启动到预定的时间内以额定电压的数倍工作电压驱动电磁刹车的线圈产生磁吸力，在经过预定的时间后在每N个波形期间取一个波形将工作电压降至1/N，用来继续维持电磁刹车线圈的磁吸力。当开关停止后再重新启动时，则再次重复上述工作电压的控制方式。

Description

电磁刹车的控制电路

技术领域

本发明涉及的是一种电磁式刹车的控制的技术领域，尤指涉及一种应用在工业用马达的小型化电磁式刹车控制电路。

背景技术

请参阅图3，一般马达的断电式刹车装置是在马达81的一端设置一个座体82、一可动板83与一转动件84，所述的转动件84是与所述的马达81的心轴811连结，而所述的座体82内设有线圈821，所述的座体82与所述的可动板83之间设有数个弹性件85，且所述的可动板83相邻在所述的转动件84的一面设有来令片86，而在常态下使所述的可动板83通过来令片86紧抵在所述的转动件84，而保持在刹车的状态。

当要启动马达81时，会同步控制所述的控制电路87启动，使所述的座体82的线圈821被通电而产生磁力，将所述的可动板83往座体82的方向吸附，如图4所示，让来令片86不再抵住转动件84使所述的转动件84被释放，马达81便能被启动；而当要停止马达81时，则控制所述的控制电路87对线圈821断电，使所述的可动板83不再被吸附，而由弹性件85抵推所述的可动板83，使可动板83上的来令片86抵紧转动件84，即可对马达81产生刹车的动作，如图3所示的状态。

但是在控制电路87对线圈821通电产生磁吸力吸附所述的可动板83的初始，必需先克服弹性件85的弹力，才能使可动板83位移而让来令片86脱离所述的转动件84。换言的，若要使刹车能精确地作动，就必需对线圈821供给较高的电压，使线圈对可动板83产生强大的磁吸力，才能使马达81在瞬间被启动。

当马达81愈大时需要的刹车力量愈大，相对地由线圈821所形成的电磁铁的磁吸力也需要增大，因此线圈821卷绕的圈数也需相应增加，线圈的卷绕圈数变多之后其感应系数也会增加，相对地线圈在通电后产生磁吸力的时间也会有延迟的现象发生；同时，愈多圈数的线圈与较高的工作电压在工作时也容易发生过热的问题，而需要另外设置散热设备。

另外，使用在大型工业用马达AC400V级的线圈，其线径必需是AC200V等级的1/2，但较细线径的线材其表面绝缘层的厚度相对变薄，绝缘耐压的可靠度也相对下降；同理，其耐热的可靠度也会相对变差。

为了解决前述问题，必需在刹车启动的一预定时间(如：0.5秒)给予数倍的额定工作电压来克服延迟现象，而后降回额定工作电压以防止线圈过热或烧毁。常见的控制电路有下列几种方式：

A、使用变压器转换的方式

以计时回路连结变压器以控制工作电压输出的时间。但此种方式的缺点在于此回路中的定时器、继电器等零件与变压器的体积较大，设置的成本也较高，在半导体技术成熟前较常被采用，但目前已不太被使用了。

B、电容启动方式

设置启动用电容，并预先对电容作蓄压的动作，而在启动刹车时由蓄压的电容放电提高启动时的电压，而后电压下降保持在一定的电流进行刹车。此种方式的电路简单，在小型马达的刹车容易被使用，但对大型马达的刹车而言，电容需要变得很大，容易发生过热问题，而需设置散热设备，且不利于将控制电路作小型化的设计。

C、阻抗短路方式

在刹车线圈启动时将阻抗短路使工作电压增高，在一预定时间后解除短路，使阻抗加入串联将工作电压降低。

此种方式需使用定时器与继电器等零件，其体积较大，且阻抗会增加电力的消耗并产生高热，而难以作小型化的设计，且对电力的利用效率也不佳。

D、硅控整流方式

目前最常见的方式是以硅控整流器作半波整流以及使用三相双向硅控组件作全波整流，而由相位控制来作电压调整。

此种方式在AC200V等级的电路能有不错的效用，但在AC400V等级的电路中，因电流高达20A以上，而无适当的硅控组件可供使用，且使用硅控组件的成本较高，也存在难以小型化的问题。

E、使用脉宽调变(PWM)电路调整电压的方式

使用脉宽调变(PWM)电路可以调整工作电压，但脉宽调变(PWM)电路需使用相当多的零件，不利于小型化且成本较高，并且在输出时有产生高频噪音的问题。

前述的各种方式，都还存在着尚待改进的缺点，因此如何克服这些缺点，便成为本发明所要解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述的问题而提供一种应用在大型工业用马达上的小型化且低成本的电磁刹车控制电路。

为达前述的目的，本发明的控制电路具有一个连接电源的全波整流电路；一个依整流后的波形产生脉冲讯号的时序讯号电路；一个计时电路；一个分别接受时序讯号电路与计时电路的讯号，而分别产生对应的波形讯号的计数电路；以及一个将计数电路输出的波形讯号进行逻辑运算后输出控制波形讯号的逻辑电路。

本发明的控制电路是由计时电路产生的讯号来控制计数电路中正反器的输出波形讯号，而后由所述的逻辑电路产生控制波形讯号来控制电磁刹车的工作电压，使控制电路启动起预定的时间内以全部波形所产生的工作电压驱动线圈产生磁吸力，经过预定的时间后在每N个波形期间取一个波形将工作电压降至1/N用来继续维持电磁刹车的线圈的磁吸力，其中N为自然数。

据此，本发明的控制电路能在启动的瞬间产生数倍的高工作电压，以解决大型工业用马达的电磁式刹车启动动作延迟的问题，而后则将电压降至额定电压来继续维持电磁式刹车的线圈的磁吸力，而能达到小型化、低成本的功效。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是本发明的动作波形图；

图3是背景技术中断电式刹车装置的结构示意图；

图4是背景技术中断电式刹车装置的动作示意图。

附图标记说明：1-全波整流电路；10-驱动开关；2-稳压电路；3-时序讯号电路；4-计时电路；41-电容；42-重置IC；5-计数电路；51、52-正反器；6-逻辑电路；7-晶体管；81-马达；811-心轴；82-座体；821-线圈；83-可动板；84-转动件；85-弹性件；86-来令片；87-控制电路。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请配合参阅图1与图2，图1是本发明较佳实施例的控制电路图，而图2为本发明的动作波形图。其中图2中所示波形由上至下分别为：电源波形、全波整流波形、直流波形、脉冲讯号波形、讯号电路波形、Q11波形讯号、Q12波形讯号、控制波形讯号以及工作电压波形。

本发明的电磁刹车控制电路包括有：

一全波整流电路1，其是连接在电源的输出端，以将电源波形(如图2中的电源波形所示)作全波整流(如图2中全波整流波形所示)。在本实施例中所述的电源为380V的交流电源。

一稳压电路2，其是将全波整流电路1输出的电源波形处理成为稳定的直流电(如图2中直流波形所示)后输出供应后续使用；在本实施例中，是利用齐纳二极管(ZD2)将电源处理成12V的直流电后输出。

一时序讯号电路3，其是在驱动开关10启动后输出控制所需的脉冲讯号(如图2中脉冲讯号波形所示)；在本实施例中，是利用齐纳二极管(ZD1)将电源处理成12V的脉冲讯号。

一计时电路4，其是由稳压电路2提供所需的工作电压，当计时电路4中的电容41在充电期间，计时电路4中的重置IC(IC3)42的输出就相当在高态(Hight)讯号输出，而在电容41被充满后则会使计时电路4中的重置IC42的输出就相当在低态(Low)讯号输出，如图2中所示的讯号电路波形。其中电容41的数值会影响到充电时间，也即高态的讯号输出的时间长短，在本实施例中高态的讯号输出时间约为0.3秒。

一计数电路5，在本实施例中其是由两个正反器(Flip-Flop)51、52所构成，而所述的二正反器51、52分别接受时序讯号电路3与计时电路4输出的讯号，而产生对应的Q11波形讯号与Q12波形讯号，如图2所示。

一逻辑电路6，在本实施例中所述的逻辑电路6为一与逻辑闸的形态，其是将计数电路5的两个正反器51、52所输出的讯号进行逻辑运算后输出一控制波形讯号(如图2所示)，以控制电磁刹车的工作电压。

请参阅图2的动作波形图，380V的交流电源的波形是呈一正弦波的形态；而电源在经过全波整流电路1整流后形成一脉冲波形。当电磁刹车的驱动开关10被启动时，则由所述的稳压电路2则将电源整流成12V的直流电压给计时电路4作动，且回路当中的电容41进行充电；与此同时驱动开关10会启动所述的时序讯号电路3输出脉冲讯号波形到计数电路5。而计时电路4一开始在电容41充电期间会输出高态的讯号，而当电容41被充满后则输出低态的讯号；而后所述的计数电路5的两个正反器51、52会依所述的时序讯号电路3与所述的计时电路4输出的讯号，而产生对应的Q11波形讯号与Q12波形讯号，随后Q11波形讯号与Q12波形讯号会输送至所述的逻辑电路6，经过所述的逻辑电路6的逻辑运算后输出控制波形讯号。

如此一来，经过全波整流电路1整流后的电源便会被所述的控制波形讯号通过驱动晶体管7(在本实施例中为一MOSFET场效晶体管)所控制，而在启动电磁刹车(驱动开关10ON)的预定时间内产生高电压电源(即图2当中工作电压波形的前段波形密集处)对电磁刹车作动，而后在经过预定时间之后每N个波形期间(N需为整数，在本实施例中N为4)取一个波形将工作电压降为1/N工作电压(即为电磁刹车的额定电压)继续保持刹车的磁吸力。每当驱动开关10OFF之后，下次再ON时，则重复上述工作电压的控制方式。在本实施例中，380V的交流电源在经此控制电路整流后可输出85.5V的额定工作电压，而四倍电压则为342V(初期的0.3秒左右)。

由前述实施例之内容可知，本发明的控制电路通过时序讯号电路3与计时电路4产生的波形来控制计数电路5的两个正反器51、52对应产生Q11与Q12两种不同的波形讯号，最后经由逻辑电路6运算后输出控制波形讯号，使得对电磁刹车的工作电压在初期能产生四倍电压，而四倍电压足可使电磁刹车在瞬间克服弹性组件的弹力，使得电磁刹车能在瞬间作动。再过了电磁刹车启动后的预定时间之后(本实施例约0.3秒)，工作电压又会降至额定工作电压(85.5V)避免持续的高压而破坏刹车线圈，而四倍电压(342V)又能确保电磁刹车的有效作动。如此，本发明的电磁刹车控制电路确实能在维持刹车作动效能的前题下达到小型化、低成本的功效。

当然，前述的计数电路是由两个正反器(Flip-Flop)所构成，而实务上也可采用三个或者是四个正反器来构成计数电路，正反器的多寡会影响前述的N的数值，但整个控制方式仍相同，而可达到相同的功效。

而本发明的控制电路除了可适用在电磁式的断电刹车装置的外，也可用在通电刹车装置。而断电刹车装置与通电刹车装置的差异仅在于，断电刹车装置是在供电给线圈时释放刹车；而通电刹车装置则是在供电给线圈时产生刹车作用，但控制电路的工作原理并无不同。

由以上详细说明，可使熟知本项技艺者明了本发明的确可达成前述目的，实已符合专利法的规定，提出专利申请。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电磁刹车的控制电路，其特征在于：其包含：

一全波整流电路，其是连接在一电源的输出端，以将电源作全波整流；

一时序讯号电路，其是根据全波整流后的波形输出后续进行控制所需的一脉冲讯号；

一计时电路，其是在控制电路启动的预定时间内输出一高态讯号，而后则保持输出低态讯号；

一计数电路，其是分别接受时序讯号电路与计时电路输出的讯号，而产生对应的两种波形讯号；与

一逻辑电路，所述的逻辑电路是将计数电路输出的两种波形讯号进行逻辑运算后输出一控制波形讯号；

如此，由所述的控制波形讯号控制电磁刹车的工作电压在启动起预定时间内以全部的波形所产生的N倍额定电压的工作电压驱动所述的电磁刹车，而在预定时间之后，在每N个波形中取一个波形将前述工作电压调降至1/N，将工作电压调降至额定电压，来保持所述的电磁刹车的吸引动作直到工作结束，其中N为自然数。

2.根据权利要求1所述的电磁刹车的控制电路，其特征在于：所述的全波整流电路为一桥式整流电路。

3.根据权利要求1所述的电磁刹车的控制电路，其特征在于：所述的计数电路是由两个正反器构成，且所述的两个正反器是分别接受时序讯号电路与计时电路输出的讯号，而分别产生对应的波形讯号。

4.根据权利要求3所述的电磁刹车的控制电路，其特征在于：所述的逻辑电路为与逻辑闸的形态，而将计数电路的两个正反器所输出的讯号进行逻辑运算后输出一控制波形讯号，以控制电磁刹车的工作电压。

5.根据权利要求1所述的电磁刹车的控制电路，其特征在于：还包含有一稳压电路，其是连接所述的全波整流电路与所述的计时电路，将所述全波整流电路输出的电源处理成为所述的计时电路所需的电压后输出。

6.根据权利要求1所述的电磁刹车的控制电路，其特征在于：所述的计时电路是由一电容与一重置IC构成，而在所述的电容被充电期间输出高态讯号，且在电容被充满后输出低态讯号。

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