CN103802103B - 制动器驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以将制动器的状态迅速从释放状态变更为止动状态的制动器驱动控制装置。二极管（23）具有与制动器线圈（7a、7a’）的另一端连接的阳极以及与滤波电容器（3）的一端连接的阴极。二极管（24）具有与滤波电容器（3）的另一端连接的阳极以及与制动器线圈（7a、7a’）的一端连接的阴极。通过设置二极管（23、24），NPN型晶体管（21）和NPN型晶体管（22）中的至少一方为导通状态时积蓄在制动器线圈（7a、7a’）中的能量，当NPN型晶体管（21、22）为截止时被回馈给滤波用电容器（3）。

Description

制动器驱动控制装置

技术领域

本发明涉及制动器驱动控制装置，尤其涉及将制动器的状态迅速从释放状态变更为止动状态的制动器驱动控制装置。

背景技术

在具有重力轴的工业用机器人等中，为了防止臂等被驱动体在电动机停止时下落，使用了驱动控制对被驱动体进行制动的制动器的制动器驱动控制装置。

这种现有的制动器驱动控制装置，用经由变换器与交流电源连接的DC连接部中积蓄的电力对制动器进行驱动控制（例如专利文献1）。

但是，现有的制动器驱动控制装置中存在如下问题。即，由于积蓄在制动器中的能量的影响、以及电动机的加减速等引起的DC连接部的电压的变动所导致的制动器两端间的电压的变动的影响中的至少一方，有时无法将制动器的状态迅速从释放状态变更为止动状态。

专利文献1：JP-A-7-328966

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够将制动器的状态迅速从释放状态变更为止动状态的制动器驱动控制装置。

一个实施方式的制动器驱动控制装置，为了通过停止在制动器中流过的制动器驱动电流来将制动器的状态从释放状态变更为止动状态，用经由变换器与交流电源连接的DC连接部中积蓄的电力对制动器进行驱动控制，该制动器用于对通过电动机在重力轴方向驱动的被驱动体进行制动，所述制动器驱动控制装置具有：第一开关元件，其与制动器的一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入开关指令从关断状态切换为接通状态；第二开关元件，其与制动器的另一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入开关指令从关断状态切换为接通状态；第一整流元件，其一端与制动器的另一端连接，并且另一端与DC连接部的一端连接；以及第二整流元件，其一端与DC连接部的另一端连接，并且另一端与制动器的一端连接，第一整流元件以及第二整流元件中的至少一方，在第一开关元件以及第二开关元件为关断状态时，将第一开关元件和第二开关元件中的至少一方为接通状态时在制动器中积蓄的能量回馈给DC连接部。

其他实施方式的制动器驱动控制装置，优选还具有：电压检测部，其检测施加在制动器上的制动器电压；以及电压控制部，其控制制动器电压，使得制动器电压不随DC连接部的电压的变动而变动。

另一实施方式的制动器驱动控制装置，优选还具有：第三整流元件，其防止制动器的反电动势以及与该制动器并联连接的至少一个其他制动器的反电动势之间的差异所导致的制动器间的能量的流动。

根据本发明，可以提供能够将制动器的状态从释放状态迅速变更为止动状态的制动器驱动控制装置。

附图说明

图1是应用了本发明的制动器驱动控制装置的系统的框图。

图2是用于说明图1的电压控制部的动作的图。

具体实施方式

参照附图说明一个实施方式的制动器驱动控制装置。图1是应用了该实施方式的制动器驱动控制装置的系统的框图。图1所示的系统被用于工业用机器人中，具有：作为交流电源的三相交流电源1；变换器2；作为DC连接部的滤波电容器3；逆变器4、4’；工业用机器人5中包含的重力轴用伺服电动机6、6’；制动器7、7’；以及旋转位置检测器8、8’；逆变器控制装置9、9’；制动器驱动控制装置10；机器人控制器11。

变换器2例如由多个（3相交流的情况下为6个）整流二极管构成，将从三相交流电源1供给的交流电变换为直流电。滤波电容器3为了对通过变换器2的整流二极管整流后的电压进行滤波而与变换器2并联连接。逆变器4与滤波电容器3并联连接。逆变器4例如由多个（3相的情况下为6个）晶体管构成。逆变器4基于后面说明的PWM信号V_PWM进行晶体管的导通截止动作，由此将通过变换器2变换后的直流电变换为交流电。逆变器4’与滤波电容器3并联连接。逆变器4’例如由多个（3相交流的情况下为6个）晶体管构成。逆变器4’基于后面说明的PWM信号V_PWM’进行晶体管的导通截止动作，由此将通过变换器2变换后的直流电变换为交流电。

工业用机器人5具有多个臂（未图示）。为了在重力轴方向（Z轴方向）驱动工业用机器人5的多个臂中的一个臂，通过积蓄在滤波电容器3中的电力驱动重力轴用伺服电动机6。为了在重力轴方向（Z轴方向）驱动工业用机器人5的多个臂中的通过重力轴用伺服电动机6驱动的一个臂以外的其他一个臂，而通过积蓄在滤波电容器3中的电力来驱动重力轴用伺服电动机6’。

制动器7在重力轴用伺服电动机6的驱动时，为了在重力轴方向驱动对应的臂而流过制动器驱动电流。由此，制动器7将制动器7的状态从止动状态变更为释放状态。另外，制动器7在重力轴用伺服电动机6的停止时，为了制动对应的臂来防止对应的臂的下落，而停止在制动器7中流动的制动器驱动电流。由此，制动器7将制动器7的状态从释放状态变更为止动状态。为此，制动器7具有流过制动器驱动电流的制动器线圈7a。

制动器7’在重力轴用伺服电动机6’的驱动时，为了在重力轴方向驱动对应的臂而流过制动器驱动电流。由此，制动器7’将制动器7’的状态从止动状态变更为释放状态。另外，制动器7’在重力轴用伺服电动机6’的停止时，为了制动对应的臂来防止对应的臂的下落，而停止在制动器7’中流动的制动器驱动电流。由此，制动器7’将制动器7’的状态从释放状态变更为止动状态。为此，制动器7’具有流过制动器驱动电流的制动器线圈7a’。

旋转位置检测器8由检测重力轴用伺服电动机6的旋转角度θ来作为电动机6的位置或速度的旋转编码器构成。旋转位置检测器8’由检测重力轴用伺服电动机6’的旋转角度θ’来作为电动机的位置或速度的旋转编码器构成。

在逆变器4的输出线上设置的电流检测器4U、4V、4W检测三相的U相电流I_U、V相的电流I_V以及W相电流I_W的各电流值。逆变器控制装置9为了控制逆变器4而将电流检测器4U、4V、4W检测出的各电流值作为重力轴用伺服电动机6的电流值数据来进行采样。另外，逆变器控制装置9将旋转角度θ作为电动机的位置或速度数据来进行采样。

然后，逆变器控制装置9基于采样得到的电流值数据以及电动机的位置或速度数据、来自上位控制装置（未图示）的电动机的位置或速度指令数据，生成用于驱动重力轴用伺服电动机6的PWM信号V_PWM。

在逆变器4’的输出线上设置的电流检测器4U’、4V’、4W’检测三相的U相电流I_U’、V相电流I_V’以及W相电流I_W’的各电流值。逆变器控制装置9’为了控制逆变器4’而将电流检测器4U’、4V’、4W’检测出的各电流值作为重力轴用伺服电动机6’的电流值数据来进行采样。另外，逆变器控制装置9’将旋转角度θ作为电动机的位置或速度数据来进行采样。

然后，逆变器控制装置9’基于采样得到的电流值数据以及电动机的位置或速度数据、来自上位控制装置的电动机的位置或速度指令数据，生成用于驱动重力轴用伺服电动机6’的PWM信号V_PWM’。

在此，电流检测器4U、4U’、4V、4V’、4W、4W’例如分别由霍尔元件构成。上位控制装置例如由CNC（Computer Numerical Control：计算机数控系统）构成。

制动器驱动控制装置10对制动器7、7’进行驱动控制。具体来说，制动器驱动控制装置10通过在制动器线圈7a、7a’中流过制动器驱动电流，将制动器7、7’的状态从止动状态变更为释放状态。另外，制动器驱动控制装置10通过停止在制动器线圈7a、7a’中流动的制动器驱动电流，将制动器7、7’的状态从释放状态变更为止动状态。为此，制动器驱动控制装置10具有：作为第一开关元件的NPN型晶体管21；作为第二开关元件的NPN型晶体管22；作为第一整流元件的二极管23；作为第二整流元件的二极管24；电压检测部25；电压控制部26；作为第三整流元件的二极管27、28。

NPN型晶体管21具有第一基极、第一发射极以及第一集电极。在第一基极上直接从机器人控制器11输入用于在制动器线圈7a、7a’中流过制动器驱动电流的开关指令S。第一集电极与第一电位（在这种情况下为电源电压）的连接点A连接。第一发射极与制动器线圈7a、7a’的一端连接。因此，开关指令S被输入到NPN型晶体管21的基极，由此，NPN型晶体管21从截止状态切换为导通状态。

NPN型晶体管22具有第二基极、第二发射极以及第二集电极。在第二基极上经由电压控制部26从机器人控制器11输入用于在制动器线圈7a、7a’中流过制动器驱动电流的开关指令S。第二集电极与制动器7a、7a’的另一端连接。第二发射极与第二电位（在这种情况下为0[V]）的连接点B连接。因此，开关指令S被输入到NPN型晶体管22的基极，由此，NPN型晶体管22从截止状态切换为导通状态。

二极管23具有第一阳极以及第一阴极。第一阳极与制动器线圈7a、7a’的另一端连接。第一阴极与滤波电容器3的一端（＋侧）连接。二极管24具有第二阳极以及第二阴极。第二阳极与滤波电容器3的另一端（－侧）连接。第二阴极与制动器线圈7a、7a’的一端连接。

根据本实施方式，通过设置二极管23、24，当NPN型晶体管21以及NPN型晶体管22中的至少一方为导通状态时在制动器线圈7a、7a’中积蓄的能量，当NPN型晶体管21、22为截止状态时被回馈给滤波电容器3。因此，当将制动器7、7’的状态从释放状态变更为止动状态时，在制动器线圈7a、7a’中积蓄的能量的影响被减轻，可以将制动器7、7’的状态迅速从释放状态变更为止动状态。另外，在制动器线圈7a、7a’中积蓄的能量被回馈给滤波电容器3，因此可以降低消耗电力。

电压检测部25检测在制动器线圈7a、7a’上施加的电压。为此，电压检测器25具有：运算放大器25a，其具有与制动器线圈7a、7a’的一端连接的同相输入部；与制动器线圈7a、7a’的另一端连接的反相输入部；以及与电压控制部26连接的输出部。

电压控制部26控制制动器电压，使得制动器电压不随滤波电容器3的电压的变动而变动。为此，电压控制部26具有RC滤波器26a、三角波振荡器26b以及比较器26c。

RC滤波器26a具有：一端与运算放大器25a的输出部连接的电阻26a’；一端与电阻26a’的另一端连接，并且另一端与基准电位连接的电容器26a’’。

三角波振荡器26b具有：输入开关指令S的输入部；输出根据开关指令S而生成的三角波的输出部。比较器26c具有：与电阻26a’的另一端以及电容器26a’’的一端连接的反相输入部；与三角波振荡器26b的输出部连接的同相输入部；与NPN型晶体管24的栅极连接的输出部。

图2是用于说明图1的电压控制部的动作的图。在滤波电容器3的电压为V1的时间t1，机器人控制器11输出开关指令S。于是，三角波振荡器26b的输入部的电位在时间t1从低（L）电平切换为高（H）电平。运算放大器25a的输出部，在滤波电容器3的电压被维持为V1的从时间t1到t2的期间，间歇地生成宽度W1、振幅A1的脉冲。比较器26c的输出部在从t1到t2的期间，间歇地生成宽度W1’、振幅A1’的脉冲。

在机器人控制器11输出开关指令S的期间，从时间t2（t2>t1）到时间t3（t3>t2），滤波电容器3的电压从V1变为V2。于是，运算放大器25a的输出部间歇地生成宽度W2（W2<W1）、振幅A2（A2>A1）的脉冲。比较器26c的输出部间歇地生成宽度W2’（W2’<W1’）、振幅A2’（A2’>A1’）的脉冲。

在时间t3以后，在机器人控制器11输出开关指令S的期间将滤波电容器的电压维持为V2。在此期间，运算放大器25a的输出部间歇地生成宽度W3（W3<W2）、振幅A3（A3>A2）的脉冲。比较器26c的输出部间歇地生成宽度W3’（W3’<W2’）、振幅A3’（A3’>A2’）的脉冲。

假定制动器驱动控制装置10不具有电压检测部25以及电压控制部26。在这种情况下，制动器线圈7a或者制动器线圈7a’的两端间的电压（制动器电压）随滤波电容器3的电压的变动而变动。与此相对，在本实施方式中，制动器驱动控制装置10具有电压检测部25以及电压控制部26。因此，如图2所示，最初的脉冲的下降沿出现以后的（与制动器电压对应的）比较器26c的反相输入部的电位在电位E1和电位E2（E2>E1）之间线性迁移。这种比较器26c的反相输入部的电位的线性迁移意味着即使滤波电容器3的电压从电压V1变为电压V2，制动器电压也不变动。因此，通过电压检测部25以及电压控制部26将制动器7、7’的状态从释放状态变更为止动状态时，滤波电容器3的电压的变动引起的制动器电压的变动的影响被减轻。其结果，可以迅速地将制动器7、7’的状态从释放状态变更为止动状态。

二极管27、28防止制动器线圈7a的反电动势和制动器线圈7a’的反电动势的差异所引起的、制动器线圈7a和制动器线圈7a’之间的能量流动。因此，即使在制动器线圈7a的反电动势与制动器线圈7a’的反电动势不同的情况下，在NPN型晶体管21、22为截止时，也可以将NPN型晶体管21、22中的至少一方为导通状态时在制动器线圈7a、7a’中积蓄的能量回馈给滤波电容器3。

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变更以及变形。例如，也可以将本发明的制动器驱动控制装置应用于在机床等中使用重力轴用伺服电动机等的系统。

另外，在上述实施方式中说明了作为交流电源而使用了三相交流电源1的情况，但是也可以将三相以外的多相交流电源作为交流电源来使用。另外，也可以通过旋转编码器以外的部件（例如霍尔元件以及旋转变压器（resolver））来构成旋转角度检测器8。另外，也可以代替检测U相电流、V相电流以及W相电流的全部而仅检测U相电流、V相电流以及W相电流中的两相的电流（例如U相电流以及V相电流）。

在上述实施方式中说明了作为第一开关元件以及第二开关元件而使用NPN型晶体管的情况，但是不限于此。即，作为第一开关元件以及第二开关元件也可以使用PNP型晶体管、场效应晶体管（FET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、继电器等。

另外，在上述实施方式中说明了电压检测部25具有运算放大器25a的情况，但是也可以通过光耦合器构成电压检测部25。另外，在上述实施方式中，也可以省略电压检测部25以及电压控制部26和二极管27、28中的至少一方。而且，在上述实施方式中说明了对两个制动器6、6’进行驱动控制的情况，但是本发明也可以应用于对一个或三个以上的制动器进行驱动控制的情况。

Claims (2)

1.一种制动器驱动控制装置，为了通过停止在制动器中流过的制动器驱动电流来将制动器的状态从释放状态变更为止动状态，用经由变换器与交流电源连接的DC连接部中积蓄的电力对制动器进行驱动控制，所述制动器用于对通过电动机在重力轴方向驱动的被驱动体进行制动，所述制动器驱动控制装置的特征在于，

具有：

第一开关元件，其与制动器的一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入开关指令从关断状态切换为接通状态；

第二开关元件，其与制动器的另一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入所述开关指令从关断状态切换为接通状态；

第一整流元件，其一端与制动器的另一端连接，并且另一端与DC连接部的一端连接，以便在所述第一开关元件以及所述第二开关元件为关断状态时，将所述第一开关元件和所述第二开关元件中的至少一方为接通状态时在制动器中积蓄的能量回馈给DC连接部；

第二整流元件，其一端与DC连接部的另一端连接，并且另一端与制动器的一端连接，以便在所述第一开关元件以及所述第二开关元件为关断状态时，将所述第一开关元件和所述第二开关元件中的至少一方为接通状态时在制动器中积蓄的能量回馈给DC连接部；以及

第三整流元件，其防止制动器的反电动势和与该制动器并联连接的至少一个其他制动器的反电动势之间的差异所导致的制动器间的能量的流动。

2.一种制动器驱动控制装置，为了通过停止在制动器中流过的制动器驱动电流来将制动器的状态从释放状态变更为止动状态，用经由变换器与交流电源连接的DC连接部中积蓄的电力对制动器进行驱动控制，所述制动器用于对通过电动机在重力轴方向驱动的被驱动体进行制动，所述制动器驱动控制装置的特征在于，

具有：

第一开关元件，其与制动器的一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入开关指令从关断状态切换为接通状态；

第二开关元件，其与制动器的另一端连接，为了在制动器中流过制动器驱动电流，通过输入所述开关指令从关断状态切换为接通状态；

第一整流元件，其一端与制动器的另一端连接，并且另一端与DC连接部的一端连接，以便在所述第一开关元件以及所述第二开关元件为关断状态时，将所述第一开关元件和所述第二开关元件中的至少一方为接通状态时在制动器中积蓄的能量回馈给DC连接部；

第二整流元件，其一端与DC连接部的另一端连接，并且另一端与制动器的一端连接，以便在所述第一开关元件以及所述第二开关元件为关断状态时，将所述第一开关元件和所述第二开关元件中的至少一方为接通状态时在制动器中积蓄的能量回馈给DC连接部；

电压检测部，其检测施加在制动器上的制动器电压；

电压控制部，其控制所述制动器电压，使得所述制动器电压不随DC连接部的电压的变动而变动；以及

第三整流元件，其防止制动器的反电动势和与该制动器并联连接的至少一个其他制动器的反电动势之间的差异所导致的制动器间的能量的流动。