CN102549294A - 无励磁工作型电磁制动器控制装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种在无励磁工作型电磁制动器的保持状态中在减小在制动线圈中流过的平均电流时不会发生振动噪声以及频繁的开关动作的无励磁工作型电磁制动器控制装置以及方法。锐化三角电压波生成部，生成交替配置具有第1角度的谷部以及具有比第1角度小的第2角度的峰部形成的阶梯形的锐化三角电压波。比较电压波生成部，根据流过制动线圈的电流生成比较电压波。比较部，在无励磁工作型电磁制动器处于保持状态时比较锐化三角电压波和比较电压波。开关，进行如下切换，在锐化三角电压波比比较电压波大时对制动线圈提供电流，当此外的情况时中断对制动线圈的电流供给。
Description
技术领域
本发明涉及把在具有感应电动机的卷扬机等上使用的无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态的无励磁工作型电磁制动器控制装置以及方法。
背景技术
以往，提出了将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态的无励磁工作型电磁制动器控制装置(例如，专利文献1)。在无励磁工作型电磁制动器的控制中，在将制动器设置成连结状态的非励磁状态中，用弹簧力按压可动铁心，用在可动铁心和制动盘之间以及制动盘和反可动铁心之间发生的摩擦力的作用发生制动扭矩。另外，在将制动器设置成开放状态的励磁状态中，用磁性吸引力将可动铁心吸引到固定铁心一方，制动盘处于自由状态，没有制动扭矩。为了将制动器设置在开放状态，在将可动铁心吸引到固定铁心一方时需要大的电力，但在将可动铁心吸引到固定铁心后保持在吸引了可动铁心的状态用的电力，即，在将制动器设置成开放状态后用于保持状态的电力也可以少于开放制动器时需要的电力。
图6是以往的无励磁工作型电磁制动器控制装置的电路图。图6所示的无励磁工作型电磁制动器控制装置1具有：交流电源2、制动线圈3、三角电压波形生成部4、比较电压波生成部5、比较部6、开关7、8、控制电源9、二极管10、11。
制动线圈3当根据来自外部的指示开关8变成导通后从交流电源2提供电流I由此生成电磁吸引力，将无励磁工作型电磁制动器(未图示)从连结状态设置成开放状态。此时，电流I从制动线圈3流到二极管11的阳极一侧。另外，在和开关8变成导通的同时，定时器(38)开始测量。用定时器(38)测量开关8成为导通后经过规定的时间的情况，当经过一定时间后，将无励磁工作型电磁制动器(未图示)从开放状态设置成保持状态。
三角电压波形生成电路4生成交替配置形成了具有同一角度的谷部以及峰部的三角电压波。因此，三角电压波生成电路4如图7所示那样具有：比较器21、连接在比较器21的非反向输入部上的CR部22、连接在三角电压波生成电路4的输入部上的电阻部23、一端与三角电压波生成电路4的输出部以及比较器21的非反向输入部连接，另一端与比较器21的输出一侧以及电阻部23连接的电阻24。
CR部22具有：一端与比较器21的非反向输入一侧连接，另一端接地的电阻25、与电阻25并联连接的电容器26、一端与比较器21的反向输入一侧连接，另一端与电阻25的另一端连接的电容器27。电阻部23具有：一端与三角电压波生成电路4的输入部连接，另一端与比较器21的非反向输入一侧连接的电阻28、一端与三角电压波生成电路4的输入部连接，另一端与比较器21的输出一侧连接的电阻29、一端与电阻28的另一端连接，另一端与电阻29的另一端连接的电阻30。
在未向电容器27充电时，因为比较器21的非反向输入一侧的电位高于反向输入一侧的电位，所以比较器21的输出变成高。另一方面，如果对电容器27充电，比较器21的反向输入一侧的电位超过非反向输入一侧的电位，则比较器21的输出变成低。电容器27的充放电的时间由CR部22的CR值以及电阻部23的电阻值决定。
比较电压波生成部5根据电流I生成比较电压波。因此，比较电压波生成部5具有检测电流I，将检测出的电流I变换为电压并生成比较电压波的分流电阻31。
比较部6在无励磁工作型电磁制动器(未图示)是保持状态时比较三角电压波值和比较电压波值。为此，比较部6具有：比较器32、由在比较器32的输出一侧上连接栅极的npn型晶体管以及pnp型晶体管组成的开关部33。
作为切换部的开关7在三角电压波值大于比较电压波值时对制动线圈3提供电流I，在三角电压波值小于等于比较电压波值时进行切换以中断供给制动线圈3的电流I，在无励磁工作型电磁制动器(未图示)是保持状态时减小流过制动线圈3的平均电流。为此，开关7由IGBT(Insulated Gate Bipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)、达林顿晶体管、晶闸管、双向可控硅(注册商标)等的半导体元件构成。
控制电源部9提供用于比较器32的起动、开关7的导通断开等的电力。为此，控制部9具有：控制电源34、由4个二极管组成的整流部35、连接在控制电源34的一端和整流部35的一端之间的电阻36、连接在整流部35上的变压器37。
图8是表示流过图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置的制动线圈的电流的时间变化的曲线图。在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于开放状态的时间t1的期间，向制动线圈3持续提供来自交流电源2的电流I1。与此相反，在无励磁工作型电磁制动器处于保持状态的时间t2的期间，如以后说明的那样，针对三角电压波的每一载波周期用开关7切换对制动线圈3的电流供给的持续以及中断。因而，与在时间t1期间流过制动线圈的电流I1相比，在时间t2期间流过制动线圈的平均电流I2减小。
图9是表示在图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置中发生的三角电压波以及比较电压波的时间变化的曲线图。在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于开放状态的期间，在对三角电压波生成部4的电容器26、27充电的同时，为了提高比较电压波用控制电源部9生成控制电压。另一方面，当无励磁工作型电磁制动器(未图示)变为保持状态后，通过降低由控制电源部9产生的控制电压使比较电压波降低，由比较部6进行比较电压波和三角电压波的比较。在三角电压波的1载波周期T中，在三角电压波是高于比较电压波的时间的ONduty期间晶体管7导通，在三角电压波小于等于比较电压波的时间OFFduty期间晶体管7截止。
这样在无励磁工作型电磁制动器的保持状态中，在三角电压波值大于比较电压波值时导通开关7，对制动线圈3提供电流I，在三角电压波值小于等于比较电压波值时断开开关7，中断对制动线圈3提供的电流I，由此能够减小流过制动线圈3的平均电流。
专利文献1：特开2009-14196号公报
当在图6所示的无励磁工作型电磁制动器控制装置中生成的三角电压波的载波频率低(例如，小于等于3kHz)的情况下，存在发生振动噪声的问题。因而，需要将三角电压波的载波频率设置在大于等于规定的值(例如，大于等于4kHz)。
为了提高载波频率，缩短比较三角电压波比比较电压波高的时间，形成高精度的比较电压波形，减小在三角电压波的1载波周期T中时间ONduty相对于时间OFFduty的比例，晶体管7导通的时间变短，能够进一步减小流过制动线圈3的平均电流。但是，随着三角电压波的载波频率增高，晶体管7的开关动作频繁发生，构成晶体管7的半导体元件的损失容易发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在无励磁工作型电磁制动器的保持状态中，不会产生振动噪音以及频繁的开关动作，能够进一步减小流过制动线圈的平均电流的无励磁工作型电磁制动器控制装置以及方法。
依据本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置，将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态，所述无励磁工作型电磁制动器控制装置具有：制动线圈，发生磁性吸引力，将上述无励磁工作型电磁制动器从连结状态设置成开放状态；锐化三角电压波生成部，生成交替配置具有第1角度的谷部和具有小于上述第1角度的第2角度的峰部而形成的带台阶的锐化三角电压波；比较电压波生成部，基于流过上述制动线圈的电流，生成比较电压波；比较部，在上述无励磁工作型电磁制动器处于保持状态时，比较上述锐化三角电压波值和上述比较电压波值；以及切换部，进行如下切换，在用上述比较部判断为上述锐化三角电压波值大于上述比较电压波值时对上述制动线圈提供电流，当用上述比较部判断为上述锐化三角电压波值小于等于上述比较电压波值时中断对上述制动线圈的电流供给。
本发明的无励磁工作型电磁制动器控制方法，将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态，所述无励磁工作型电磁制动器控制方法具有以下步骤：在制动线圈中发生磁性吸引力，将上述无励磁工作型电磁制动器从连结状态设置成开放状态；生成交替配置具有第1角度的谷部和具有小于上述第1角度的第2角度的峰部而形成的带台阶的锐化三角电压波；基于流过上述制动线圈的电流，生成比较电压波；在上述无励磁工作型电磁制动器处于保持状态时，比较上述锐化三角电压波值和上述比较电压波值；以及在上述锐化三角电压波值大于上述比较电压波值时对上述制动线圈提供电流，在上述锐化三角电压波值小于等于上述比较电压波值时中断对上述制动线圈的电流供给。
如果采用本发明则在无励磁工作型电磁制动器的保持状态中不会发生振动噪声以及频繁的开关动作，能够进一步减小流过制动线圈的平均电流。
附图说明
图1是本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置使用的卷扬机的概略图。
图2是本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置的电路图。
图3是在图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置中使用的锐化三角电压波生成部的电路图。
图4是表示在图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置的制动线圈中流过的电流的时间变化的曲线图。
图5是表示在图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置中发生的三角电压波以及比较电压波的时间变化的曲线图。
图6是以往的无励磁工作型电磁制动器控制装置的电路图。
图7是在图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置中使用的锐化三角电压波生成部的电路图。
图8是表示在图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置的制动线圈中流过的电流的时间变化的曲线图。
图9是表示在图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置中发生的三角电压波以及比较电压波的时间变化的曲线图。
具体实施方式
参照附图详细说明本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置以及方法的实施方式。而且，在图中，在同一构成要素上标注相同符号。
图1是本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置使用的卷扬机的概略图。在图1中，卷扬机100安装在可以在箭头a或者b方向上移动的横行装置101上，从如3相电源那样的电源102中提供电力。
卷扬机100具有：进行箭头c方向的卷上或者箭头d方向的卷下(旋转)的感应电机103；对感应电机103进行制动的无励磁工作型电磁制动器104；放大在感应电机103中发生的扭矩的减速器105；可以安装工件的吊钩106；连接吊钩106的钢绳107；用经过扭矩放大的减速器105卷上或者卷下钢绳107的卷绕体108。另外，在卷扬机100上设置根据操作部109的操作将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态的无励磁工作型电磁制动器控制装置110。
图2是本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置的电路图。图2所示的无励磁工作型电磁制动器控制装置110具有：交流电源2；制动线圈3；锐化三角电压波生成部111；比较电压波生成部5；比较部6、开关7、8；控制电源部9；二极管10、11。
锐化三角电压波生成电路111生成交替配置具有第1角度的谷部以及具有小于第1角度的第2角度的峰部而形成的带台阶的锐化三角电压波。为此，锐化三角电压波生成电路111如图3所示那样具有：比较器121a、121b；连接在比较器121a、121b的非反向输入部上的CR部122a、122b；连接在锐化三角电压波生成部111的输入部上的电阻部123a、123b；一端连接在锐化三角电压波生成电路111的输出部以及比较器121a、121b的非反向输入部上，另一端连接在比较器121a、121b的输出一侧以及电阻部123a、123b上的电阻124a、124b。
CR部122a具有：一端连接在比较器121a的非反向输入一侧，另一端接地的电阻125a；与电阻125a并联连接的电容器126a；一端与比较器121a的反向输入一侧连接，另一端与电阻125a的另一端连接的电容器127a。电阻部123a一端与锐化三角电压波生成电路111的输入部连接，另一端与比较器121a的非反向输入一侧连接的电阻128a；一端与锐化三角电压波生成电路111的输入部连接，另一端与比较器121a的输出一侧连接的电阻129a；一端与电阻128a的另一端连接，另一端与电阻129a的另一端连接的电阻130a。
CR部122b具有：一端连接在比较器121b的非反向输入一侧，另一端接地的电阻125b；与电阻125b并联连接的电容器126b；一端与比较器121b的反向输入一侧连接，另一端与电阻125b的另一端连接的电容器127b。电阻部123b一端与锐化三角电压波生成电路111的输入部连接，另一端与比较器121b的非反向输入一侧连接的电阻128b；一端与锐化三角电压波生成电路111的输入部连接，另一端与比较器121b的输出一侧连接的电阻129b；一端与电阻128b的另一端连接，另一端与电阻129b另一端连接的电阻130b。
在未向电容器127a充电时，因为比较器121a的非反向输入一侧的电位高于反向输入一侧的电位，所以比较器121a的输出变成高。另一方面，当向电容器127a充电，并且比较器121a的反向输入一侧的电位超过非反向输入一侧的电位后，比较器121a的输出变成低。电容器127a的充放电时间由CR部122a以及电阻部123a的电阻值决定。
同样，在未向电容器127b充电时，因为电容器121b的非反向输入一侧的电位高于反向输入一侧的电位，所以比较器121b的输出变成高。另一方面，当向电容器127b充电，并且比较器121b的反向输入一侧的电位超过非反向输入一侧的电位后，比较器121b的输出变成低。电容器127b的充放电时间由CR部122b以及电阻部123b的电阻值决定。
在图3中，电阻部123a的电阻值低于电阻部123b的电阻值，CR部122a的CR值低于CR部122b的CR值。这样通过设定电阻部123a、123b的电阻值以及CR部122a、122b的CR值，CR部122a的放充电的时间和CR部122b的放充电的时间发生不同。其结果，三角电压波的谷的部分从由比较器121a、CR部122a、电阻部123a以及电阻124a构成的电路部生成并从锐化三角电压波生成电路111输出，三角电压波的峰的部分从由比较器121b、CR部122b、电阻部123b以及电阻124b构成的电路部生成并从锐化三角电压波生成电路111输出。而且，从由比较器121b、CR部122b、电阻部123b以及电阻124b构成的电路部生成的三角电压波的峰的部分具有比从由比较器121a、CR部122a、电阻部123a以及电阻124a构成的电路部生成的三角电压波的谷的部分小的角度。
图4是表示在图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置的制动线圈中流动的电流的时间变化的曲线图。在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于开放状态的时间t1期间，和图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置控制装置的情况一样，向制动线圈3连续提供来自交流电源2的电流I1。另一方面，在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于保持状态的时间t2期间流过制动线圈的平均电流I3如以后说明的那样小于平均电流I2。
图5是表示在图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置中发生的三角电压波以及比较电压波的时间变化的曲线图。在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于开放状态期间，在对三角电压波生成部4的电容器26、27充电的同时，为了提高比较电压波用控制电源部9生成控制电压。另一方面，当无励磁工作型电磁制动器(未图示)变成保持状态后，降低控制电源部9产生的控制电压并且降低比较电压波，由比较部6进行比较电压波和锐化三角电压波的比较。在三角电压波的1载波周期T中，在三角电压波高于比较电压波的时间ONduty期间，晶体管7变成导通，在三角电压波小于等于比较电压波的时间OFFduty期间，晶体管7变成截止。
在同一载波周期的情况下，因为用锐化三角电压波生成部111产生的锐化三角电压波高于比较电压波的时间Tb与用锐化三角电压波生成部4产生的三角电压波高于比较电压波的时间Ta相比还短，所以时间ONduty相对于图2的无励磁工作型电磁制动器控制装置中的1载波周期T中的时间OFFduty的比例与图6的无励磁工作型电磁制动器控制装置相比变小。因而，如果采用本实施方式，则在无励磁工作型电磁制动器(未图示)处于保持状态时，因为能够将时间ONduty相对于在1载波周期T中的时间OFFduty的比例在不改变载波频率下减小，所以不会产生振动噪声以及频繁开关的动作，能够进一步减小流过制动线圈3的平均电流。即，平均电流I3小于平均电流I2。因为这样不会发生频繁的开关动作，所以抑制频繁的开关产生的开关7(半导体元件)的损失，能够减小或者省略用于防止频繁的开关动作产生的发热用的风扇等的冷却装置。
另外，由于为了减小时间ONduty相对于1载波周期T中的时间OFFduty的比例而使用锐化三角电压波，因而即使因交流电源2的电压变化致使比较电压波变化，也自动地在比较电压波上施加反馈。其结果，不会有因交流电源2的电压变化引起无励磁工作型电磁制动器(未图示)的控制时刻偏移的现象。
本发明并不限于上述的实施方式，可以有许多变更以及变形。例如，虽然说明了在卷扬机上使用采用本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置的情况，但即使在使用无励磁工作型电磁制动器的其他的设备上也能够使用采用本发明的无励磁工作型电磁制动器控制装置。
Claims (2)
1.一种无励磁工作型电磁制动器控制装置，将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态，所述无励磁工作型电磁制动器控制装置具有：
制动线圈，发生磁性吸引力，将上述无励磁工作型电磁制动器从连结状态设置成开放状态；
锐化三角电压波生成部，生成交替配置具有第1角度的谷部和具有小于上述第1角度的第2角度的峰部而形成的带台阶的锐化三角电压波；
比较电压波生成部，基于流过上述制动线圈的电流，生成比较电压波；
比较部，在上述无励磁工作型电磁制动器处于保持状态时，比较上述锐化三角电压波值和上述比较电压波值；以及
切换部，进行如下切换，在用上述比较部判断为上述锐化三角电压波值大于上述比较电压波值时对上述制动线圈提供电流，当用上述比较部判断为上述锐化三角电压波值小于等于上述比较电压波值时中断对上述制动线圈的电流供给。
2.一种无励磁工作型电磁制动器控制方法，将无励磁工作型电磁制动器控制在连结状态、开放状态或者保持状态，所述无励磁工作型电磁制动器控制方法具有以下步骤：
在制动线圈中发生磁性吸引力，将上述无励磁工作型电磁制动器从连结状态设置成开放状态；
生成交替配置具有第1角度的谷部和具有小于上述第1角度的第2角度的峰部而形成的带台阶的锐化三角电压波；
基于流过上述制动线圈的电流，生成比较电压波；
在上述无励磁工作型电磁制动器处于保持状态时，比较上述锐化三角电压波值和上述比较电压波值；以及
在上述锐化三角电压波值大于上述比较电压波值时对上述制动线圈提供电流，在上述锐化三角电压波值小于等于上述比较电压波值时中断对上述制动线圈的电流供给。
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