CN104205611A - 用于电动力学地制动通用马达的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明建议一种用于制动通用马达的、经改善的电动力学地方法。借助于在制动过程期间使通用马达的电枢短路的电子半导体开关的点火角度与转速的对应关系，借助于求取所述半导体开关的点火角度的转速来适配于实际转速。因此，有利地得出了明显缩短的制动时间和电枢上明显减少的电刷火花，这能够有利地减少磨损进而使通用马达具有增大的使用寿命。

Description

用于电动力学地制动通用马达的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于电动力学地制动通用马达的方法和设备。

背景技术

用于电动力学地制动通用马达的方法例如由WO2011/076827已知。缺点在于：在此公开的方法不适合于在制动运行期间由于外部影响或者额定转速的变化而产生的转速变化。这可能会导致严重的故障，例如可能会导致通用马达不期望的重新启动和/或提高的电刷火花进而形成该通用马达的电枢上的磨损。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种用于电动力学地制动通用马达的经改善的方法。

所述任务根据第一方面通过一种用于电动力学地制动通用马达的方法解决，该方法在制动运行期间具有以下步骤：

-持续地求取所述通用马达的转速；

-借助于半导体开关使所述通用马达的电枢暂时地、周期性地短路，其中，所述半导体开关的点火角度根据所述点火角度与所述通用马达的额定转速的指示式对应关系来调整，其中，每个经调整的点火角度基本上适配于求取到的转速值。

根据本发明的方法的优点在于：通过点火角度与实际转速的适配能够显著地缩短所述通用马达的制动过程。通过根据本发明的、在整个制动运行期间的实际转速变化曲线的考虑能够实现所述第二半导体开关的点火特性的快速调适。

其结果是：因此能够例如显著地降低换向器的磨损。此外，在制动过程中能够有利地考虑到通用马达的个别运行状态。此外有利的是，额定转速与点火角度的预定义的对应关系因此能够被轻易地调适，由此能够以舒适的方式执行制动变化曲线与理想制动变化曲线的适配。

所述方法的一个改进方案为：在求取到的转速与额定转速偏离了定义的量的情况下，根据索引获取所述对应关系中的点火角度。有利的是，因此也可以通过第二半导体开关的点火角度相应大的变化来考虑到通用马达在制动运行期间通常由外部引起的、转速大的变化。

所述方法的优选的改进方案为：所述对应关系构造为表格或者直线逼近。因此，所述对应关系能够有利地以不同的技术类型实现。

所述方法的优选的改进方案为：所述对应关系考虑到通用马达的最大负载。通过这种方式能够考虑到通用马达的极限负载，因此能够以安全的方式和方法将通用马达的较小的负载安全地操控成最大负载。因此，有利地提高了对于通用马达的安全等级。

所述方法的优选的改进方案为：所述最大负载对于所述通用马达具有最大额定转速和最大惯性矩。因此，所述通用马达的负载能够尽可能地以最坏情况的意义来耗尽。

所述方法的优选的改进方案为：第二半导体开关的点火角度附加地借助于调节装置来适配于求取到的转速。因此得出的优势为：能够根据调节原理来附加地执行所述点火角度的变化。

根据本发明的另一方面，所述任务通过一种用于电动力学地制动电动机的装置解决，其具有：

-转速传感器，用于持续地求取所述通用马达的转速；

-半导体开关，利用该半导体开关使所述通用马达的电枢暂时地、周期性地短路以制动所述通用马达，其中，所述半导体开关的点火角度根据设置于控制装置中的、点火角度与所述通用马达的额定转速的指示式对应关系来调整，其中，每个经调整的点火角度基本上适配于求取到的转速值。

附图说明

接下来，依据多个附图详细地阐述本发明的其它特征和优点。在此，所有描述的或者示出的特征本身或以任意组合形成本发明的主题，与专利权利要求中或者其回引中对这些特征的总结无关，也与说明书中或附图中对这些特征的表达、描述无关。这些附图主要设想用于对本发明重要的原理进行阐述。

附图示出：

图1：用于通用马达的电动力学地制动装置的原理示图，利用该电动力学地制动装置可以实施根据本发明的方法；

图2：通用马达在传统的电动力学地制动运行中的特征值的时间变化曲线示意图；和

图3：通用马达在根据本发明的电动力学地制动运行中的特征值的时间变化曲线图示意图。

具体实施方式

图1示出了用于电通用马达的电动力学地制动装置的原理电路图。所述装置基本上相应于WO2011/076827中公开的组件。所述电动力学地制动装置在电子控制装置5(该电子控制装置例如可以构造为微控制器电路)内部具有指示式对应关系Z。在此，对应关系Z包括第二电子半导体开关1'的点火角度与由所述通用马达的事先求取到的理想制动运行得出的该通用马达的分别相应的转速的多个组合。转速传感器35设置用于持续地求取所述通用马达在制动运行中的转速。关于图1中所示的组件的其它电路细节和功能细节由于已经由WO2011/076827中已知，故不再深入描述。

图2示出了通用马达在传统的电动力学地制动运行期间的特征值的原理性时间变化曲线图，所述电动力学地制动运行例如利用图1的电动力学地制动装置来执行。在通用马达的制动运行中，第一半导体开关1在相位截止控制(Phasenanschnittsteuerung)中的电网电压的每个半波中被点火，并且在短暂延迟之后第二半导体开关1'被点火。在此，在相位截止运行中，第二半导体开关1'的点火角度根据在所述对应关系Z中存储的、预设的点火角度变化曲线来改变。对于第二半导体开关1'的点火的前提相应是：第一半导体开关1事先被点火或被接通。

认识到的是，通用马达的转速n在制动运行中从大约30000U/min(转/分钟)下降至大约1000U/min。电枢电流I_A的时间变化曲线或场电流I_F的变化曲线代表了通用马达在制动运行中的电流消耗，其中，对所述通用马达的制动作用基本上由所述电枢电流I_A产生。在大约为1.15s时，由于已经强烈的转速下降的原因应用所谓的“半波运行”，在所述“半波运行”中，第二半导体开关1'此时仅还在电网电压的每个第二半波中被点火。

在图2中示出的通用马达的传统的制动运行具有作为较大缺点的情况是：第二半导体开关1'的点火角度根据预定义的、理想的点火角度变化曲线被设置为始终不变。这也为这样的情况：转速在转速变化曲线中太突然地下降、例如由于所述通用马达的工具受到外部的机械作用。由此不利的是，增加了电刷火花，同时因此导致增加所述通用马达的换向器的磨损，从而会使所述通用马达的使用寿命显著减少。此外，借助于不变的点火角度曲线，不会考虑到通用马达的个别的运行状态，例如由于使用润滑剂而改变的粘度、制造公差、由于工具、温度等产生的负载等，这些都可以影响所述通用马达的工作特性。

为了消除上述缺点，根据本发明设置了：在所述通用马达的制动运行期间，借助于转速传感器35持续地求取转速n，并且与存储在对应关系Z中的、指示的、所述通用马达的制动运行的理想额定转速相比较。所述的指示式对应关系Z例如可以构造为表格或者构造为由至少两个直线形成的直线逼近。不言而喻的是，所述的对应关系Z可以按照每种已知的方式来构造。

如果在对转速的所述比较中探测出求取到的转速n与相应的时间点上预期的额定转速的偏差，则根据基于本发明的方法来执行所述第二电子半导体开关1'的点火角度的适配。通过该方式，所述第二电子半导体开关1'的点火角度与实际转速n总是尽可能地适配。为此，在转速大幅降低时，也可能需要在指示式对应关系内部执行越过多个索引的阶跃，以便获取且应用针对第二半导体开关1'点火所适配的点火角度

也就是说，根据本发明力求的是，在指示式对应关系Z中(所述指示式对应关系相应于理想的、借助于点火角度值和转速值所定义的制动变化曲线)调整这样的点火角度所述点火角度的特征在于，该点火角度在指示式对应关系Z中与这样的额定转速相对应：所述额定转速基本上相应于求取到的转速n。

在定义所述理想制动变化曲线时，力求如下的折中方案：一方面保持尽可能短的制动时间，另一方面然而出于较小磨损的目的也保持经过电枢2尽可能小的电流。针对这种情况：在通用马达的制动运行中求取到的转速基本上相应于额定转速(正如以已知的方式)，则执行对所述对应关系Z中的点火角度的连续处理。

在图3中原理性示出了特征值(点火角度、转速、电枢电流和场电流)的根据本发明的变化曲线。在图3的时间变化曲线中可以看出，所述的、由外部所造成的、转速n在制动运行大约0.5s至大约1.1s之间的突然降低。所标记的转速下降例如可以通过作用于所述通用马达的外部密集的力作用(例如作用于由该通用马达驱动的工具)导致。

作为对此的反应是：在点火角度(或电流角度)与转速n的指示式对应关系Z内如此执行该对应关系内的阶跃，使得第二电子半导体开关1'的点火角度如此选择，使得由此所导致的通用马达转速基本上相应于实际的、求取到的转速n。这在图3中通过点火角度变化曲线中的图形强调来表示。当前的转速n借助于转速传感器35在电网电压的每个半波中求取，并且在制动过程期间与存储在对应关系Z中的理想额定转速相比较。

与图2的时间变化曲线的点火角度的设定相比，点火角度(根据本发明即该点火角度的时间变化曲线)变化，以便因此以灵活的方式适配于通用马达的当前转速n。

因此能够有利地使制动过程被明显缩短，并且由于电枢2内部的电磁感应过程使电流减小。有利的是，这能够明显地减少对集电器的不利影响。

也可以优选的是，作为电动力学地制动过程的进一步改善方案：在电子控制装置5内部设置一调节装置(未示出)，该调节装置在求取到的转速与额定转速的偏差较小的情况下对第二半导体开关1'的点火角度进行再调整。所述的调节自然具有一定的有限的调节余量并且因此能够如借助于上述在指示式对应关系Z内的阶跃来处理没有过大的转速变化。在与理想转速存在偏差的情况下，对应于转速差的点火角度与当前设定的点火角度相加或相减。

所述的对应关系Z优选地考虑到通用马达在最坏情况中的最大负载。出于该目的，在对应关系Z的确定过程中，例如通用马达装备有较重的工具(例如具有最大直径的分离盘或者具有尽可能最大的凿具的锤)并且被置于最大转速。接着，求取所述通用马达的理想制动过程，其中，所述制动过程应尽可能地不被外界因素影响。在此所求取到的、对于点火角度与额定转速的数值组合以适当的形式存储在所述对应关系Z中。通过这种方式支持了：即使在通用马达的较小负载作为所述最大负载的情况下也可以最大程度实现所期望的制动变化曲线。

优选的是，所述的对应关系Z和所述调节装置在控制装置5内部被存储为计算机程序。也可以替代的是，所述对应关系Z通过已知的方式来实现。通过这种方式，对于根据本发明的方法仅得出在附加的计算功率上或半导体存储器上很小的耗费。因此有利的是，针对根据本发明的方法完全不需要更多硬件耗费。此外，根据本发明的方法也可以在计算机可读的数据载体上存储，并且因此通过简单的方式在不同的控制装置5上实现或实施。

总而言之，通过本发明建议一种经改善的、用于制动通用马达的电动力学地方法，其中，在制动过程期间根据实际的、当前的转速来调整半导体开关的点火角度变化曲线。因此能够有利地实现制动时间的明显缩短和电枢上的电刷火花的明显减少，这能够有利地意味着通用马达的更少的磨损进而延长的使用寿命。

原理上也可以有利的是，根据本发明的方法也能应用于制动过程期间的转速提高。

虽然本发明依据通用马达进行阐述，但不言而喻的是，本发明可以应用于普遍的具有电枢/转子的电动机的各种类型，这些电动机具有转速检测装置和电子制动器。

此外，不言而喻的是，图1中示出的用于实施根据本发明方法的原理性组件仅为示例性。替代于所示出的三端双向可控硅开关，作为第一和第二电子半导体开关1、1'也可以在相应适当数量方面使用闸流管、场效晶体管(MOSFET)、绝缘栅门极晶体管(IGBT)或者其它功率半导体开关。

也就是说，本领域技术人员在不背离本发明核心的情况下以适当的方式修改和/或相互组合本发明的特征。

Claims (9)

1.一种用于电动力学地制动通用马达的方法，所述方法在制动运行期间具有以下步骤：

-持续地求取所述通用马达的转速；

-借助于半导体开关(1')使所述通用马达的电枢(2)暂时地、周期性地短路以制动所述通用马达，其中，所述半导体开关(1')的点火角度根据所述点火角与所述通用马达的额定转速的指示式对应关系(Z)来调整，其中，每个经调整的点火角度基本上适配于求取到的转速值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对应关系(Z)构造为表格。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对应关系(Z)构造为直线逼近。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在求取到的转速与所述额定转速偏离了定义的值的情况下，根据索引获取所述对应关系(Z)中的点火角度。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，所述对应关系(Z)考虑所述通用马达的最大负载。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述最大负载对于所述通用马达具有最大额定转速和最大惯性矩。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述第二半导体开关(1')的点火角度附加地借助于调节装置来适配于求取到的转速。

8.一种用于电动力学地制动通用马达的装置，其具有：

-转速传感器(35)，用于持续地求取所述通用马达的转速；

-半导体开关(1')，利用该半导体开关使所述通用马达的电枢(2)暂时地、周期性地短路以制动所述通用马达，其中，所述半导体开关(1')的点火角度根据设置于控制装置(5)中的、点火角度与所述通用马达的额定转速的指示式对应关系(Z)来调整，其中，每个经调整的点火角度基本上适配于求取到的转速值。

9.一种计算机程序产品，其具有程序代码器件，当所述计算机程序产品在电子控制装置(5)上运行或者在计算机可读的数据载体上存储时，所述程序代码器件执行根据权利要求1至7之一所述的方法。