CN104682801A - 电磁制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供不会发生控制滞后且功率损耗少的电磁制动控制装置；在利用由交流电源(10)供给的电力来控制电磁制动器(制动器线圈(40))的电磁制动控制装置中，具有：半导体开关(IGBT(34))和控制部(光耦合器(28)、比较仪(29)、基准电源(30)以及SR-FF(31))，其中，半导体开关将从交流电源向电磁制动器流通的电流接通或切断，控制部通过与交流电源的电压波形的零交叉点对应地使半导体开关变为闭合的状态而使电磁制动器中流通电流，并且根据电磁制动器中所流通的电流的值使半导体开关变为断开的状态，从而利用脉宽调制控制来控制从交流电源向电磁制动器流通的电流。

Description

电磁制动控制装置

技术领域

本发明涉及电磁制动控制装置。

背景技术

专利文献1中公开了下述技术：即，对被供给至电磁制动装置的电磁铁的励磁电流进行检测并通过微型电子计算机控制晶闸管的触发角，从而对励磁电流进行反馈控制这一技术。

另外，专利文献2中公开了下述技术：即，在将电动机-制动器驱动用直流电源作为电动机驱动用电源加以利用的期间，由对制动器外加从电动机-制动器驱动用直流电源接收的电压的电压转换电路将外加给制动器的电压进行反馈从而进行控制这一技术。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本公报、特开平06-200963号

专利文献2：日本公报、特开2008-131759号

但是，在专利文献1所公开的技术中，晶闸管的控制由于是根据在前一个周期中所检测出的电流进行的，因此相应会产生一个周期程度的控制滞后。另外，在晶闸管的触发角控制中，由于在正弦波的后半部分进行通电，因此会产生与该部分对应程度的控制滞后。上述那样的滞后在要求即时控制的电磁制动器中将成为问题。

另外，在专利文献2所公开的技术中，利用IGBT(集成门双极型晶体管)以高频切换制动器中所流通的电流。IGBT等半导体开关、或驱动半导体开关的驱动电路，由于在频率变高时电路特性会下降，因此存在会产生功率损耗这一问题。

发明内容

本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种不会发生控制滞后且功率损耗少的电磁制动控制装置。

为解决所述课题，本发明的特征在于，在利用由交流电源供给的电力来控制电磁制动器的电磁制动控制装置中，具有半导体开关和控制部，所述半导体开关将从所述交流电源向所述电磁制动器流通的电流接通或切断(OFF and ON)，所述控制部通过与所述交流电源的电压波形的零交叉点对应使所述半导体开关变为闭合(ON)的状态，而使所述电磁制动器中流通电流，并且根据所述电磁制动器中所流通的电流的值，使所述半导体开关变为断开(OFF)的状态，从而利用脉宽调制控制来控制从所述交流电源向所述电磁制动器流通的电流。

通过这样的构成，能够提供不会发生控制滞后且功率损耗少的电磁制动控制装置。

另外，其他的发明在上述发明的基础上还具有如下特征：对所述电磁制动器供给将所述交流电源进行半波整流后得到的电力，所述控制部仅在所述电磁制动器中流通有电流的期间内，执行所述脉宽调制控制。

通过这样的构成，能够在半波整流的未通电期间内将电磁制动器中所产生的电力进行再生，从而提高反应速度。

另外，其他的发明在上述发明的基础上还具有如下特征：所述控制部通过与所述交流电源的电压波形的零交叉点同步地使所述半导体开关变为闭合(ON)的状态而使所述电磁制动器中流通电流，并且，在所述电磁制动器中所流通的电流的值超过规定阈值时使所述半导体开关变为断开(OFF)的状态，从而实现脉宽调制控制。

这样的构成，通过使电路的构成简单化，从而能够使设计简单化且能够降低制造成本。

另外，其他的发明在上述发明的基础上还具有如下特征：利用电容器对所述交流电源进行降压并进行整流而得到直流电压，并将该直流电压作为电源电压供给至装置的各部件。

这样的构成，通过去除电源变压器，能够使装置轻型化且节省为了符合安全标准所费的工夫。

(发明效果)

根据本发明，能够提供不会发生控制滞后且功率损耗少的电磁制动控制装置。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的构成例的图。

图2是模式地表示图1所示实施方式的各部件的信号波形的图。

图3是表示本发明的其他实施方式的构成例的图。

图4是模式地表示图3所示实施方式的各部件的信号波形的图。

(符号说明)

具体实施方式

接下来，对本发明的实施方式进行说明。

(A)实施方式的构成的说明

图1是表示本发明实施方式涉及的电磁制动控制装置构成例的图。如该图所示，本实施方式涉及的电磁制动控制装置以接触器20、电容器21、二极管22～25、齐纳二极管26、电阻27、光耦合器28、比较仪29、基准电源30、SR-FF(Set Reset Flip Flop、置位复位触发器)31、三极管(transistor)32、33以及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、集成门双极型晶体管)34、二极管35、电阻36、37作为主要的结构元件，并且根据从交流电源10输出的交流电对供给至制动器线圈40的电力进行控制。

在此，交流电源10为工业电源，例如是电压为100V、200V或400V且频率为50Hz或60Hz的交流电源。另外，上述电压和频率为一个例子，也可以是上述以外的其他电压和频率。

接触器20为电磁接触器且具有下述功能，即，根据未图示的操作部的操作而呈闭合(ON)或者断开(OFF)的状态，从而向制动器线圈40及其他部件供给从交流电源10输出的电力、或者切断向制动器线圈40及其他部件供给从交流电源10输出的电力这一功能。

电容器21由例如薄膜电容器或陶瓷电容器构成，并且，将经由接触器20而被供给的交流电进行降压并输出。二极管22～25构成二极管电桥(diodebridge)，并将通过电容器21降压的交流电进行全波整流而转换为直流电。

齐纳二极管26从含有由二极管22～25输出的脉动电流成分的直流电压生成电压为固定的直流电压，并将其作为电源电力供给至比较仪29、三极管32、33等装置的各部件。

电阻27是用于将光耦合器28中所流通的电流调整为所期望的值的电流的保护电阻。光耦合器28包括发光二极管28a和光电二极管28b，当在发光二极管28a中流通电流时，光电二极管28b呈导通(ON)的状态，电流从电源流通至电阻37，从而使SR-FF31的S(Set)端成为高(High)的状态。

比较仪29将从基准电源30输出的基准电压、和电阻36中生成的电压进行比较，并根据比较结果控制SR-FF31的R(Reset)端。基准电源30生成基准电压并将基准电压供给至比较仪29的反相输入端。

SR-FF31根据被输入S端的光耦合器28的输出信号的状态、和被输入R端的比较仪29的输出信号的状态而改变输出状态，从而驱动三极管32、33。

三极管32、33构成驱动IGBT34的驱动电路，并且，由例如双极晶体管构成，在SR-FF31的输出为高(H)状态时将IGBT34控制成闭合(ON)的状态，在SR-FF31的输出为低(L)状态时将IGBT34控制成断开(OFF)的状态。

IGBT34由三极管32、33驱动，当IGBT34呈闭合(ON)的状态时，向制动器线圈40供给从交流电源10输出的电力，当IGBT34呈断开(OFF)的状态时，切断向制动器线圈40供给的从交流电源10输出的电力。二极管35为半波整流用的二极管，其将从交流电源10所供给的交流电进行半波整流后供给至制动器线圈40。电阻36是对制动器线圈40中所流通的电流进行检测的检测电阻，并且输出与制动器线圈40中所流通的电流对应的电压。

制动器线圈40作为用于制动例如钢丝绳葫芦(wire hoist)或绳索葫芦(rope hoist)等起重葫芦(hoist crane)(提升机)的制动器的一部分而构成，并且，通过使电流流通从而利用电磁力来制动例如未图示的制动盘。

(B)实施方式的工作的说明

接着，对图1所示的实施方式的工作进行说明。当操作未图示的操作部而使接触器20成为闭合(ON)的状态时，交流电被从交流电源10供给至装置的各部件。电容器21将从交流电源10供给的交流电降压为例如10V左右的电压，并供给至二极管22～25。二极管22～25将通过电容器21降压的交流电进行全波整流而转换为直流电，并供给至齐纳二极管26。

齐纳二极管26将从二极管22～25输出的脉动电流成分进行平滑化，形成电压略为固定的直流电压并供给至装置的各部件(比较仪29和三极管32、33等)。其结果是，装置成为能够工作的状态。

当接触器20变为闭合(ON)的状态时，从交流电源10经由电阻27向光耦合器28的发光二极管28a外加交流电压。当发光二极管28a成为正向偏压的状态时，发光二极管28a中流通电流而发光，并使光电二极管28b呈导通(ON)的状态。另一方面，当发光二级管28a成为反向偏压的状态时，电流被断流从而使光电二极管28b呈断开(OFF)的状态。

图2是模式地表示图1中所示的实施方式的各部件的信号波形的图。当如上所述接触器20变为闭合(ON)的状态时，经由电阻27向光耦合器28的发光二极管28a外加电压。当从交流电源10外加于发光二极管28a的电压呈正向偏压的状态时(图2(A)中以实线表示的情况)，发光二极管28a发光并使光电二极管28b中流通电流，因此，如图2(B)所示，电阻37的端电压在T1时刻呈高(H)的状态。其结果是：由于SR-FF31的S端呈高(H)的状态，因此，SR-FF31被置位，从而如图2(D)所示SR-FF31的输出在T1时刻呈高(H)的状态。

由于当SR-FF31的输出呈高(H)的状态时，三极管32、33变为导通(ON)的状态，因此，其结果是IGBT34变为闭合(ON)的状态。此时，由于二极管35为正向偏压的状态，因此，电流经由二极管35、IGBT34以及电阻36向制动器线圈40流通(参照图2(E))。其结果是：在无励磁工作型电磁制动器(该类型的电磁制动器为：当制动器线圈40通电时制动器被释放，而当制动器线圈40断电时制动器进行工作)的情况下，制动器被释放，在励磁工作型电磁制动器(该类型的电磁制动器为：当制动器线圈40通电时制动器进行工作，而当制动器线圈40断电时制动器被释放)的情况下，制动器进行工作。

当IGBT34变为闭合(ON)的状态时，如图2(E)所示，随着时间的推移，制动器线圈40中所流通的电流逐渐增加。当制动器线圈40中所流通的电流逐渐增加时，电阻36中产生的电压也增加。其结果是：当电阻36中所产生的电压超过了从基准电源30输出的电压时，将如图2(C)所示比较仪29的输出在T2时刻呈高(H)的状态。其结果是：由于SR-FF31的R端成为高(H)的状态，因此，如图2(D)所示，SR-FF31被复位，其输出在T2时刻变为低(L)的状态。

当SR-FF31的输出变为低(L)的状态时，三极管32、33变为断开(OFF)的状态且IGBT34也变为断开(OFF)的状态，因此，如图2(E)所示，制动器线圈40中所流通的电流被断流。其结果是：由于电阻36中所产生的电压下降至0V，因此，如图2(C)所示，比较仪29的输出在T3时刻变为低(L)的状态。然后，当如图2(A)所示交流电源10的电压降低时，发光二极管28a停止发光且光电二极管28b变为断开(OFF)的状态，因此，如图2(B)所示，电阻37的端电压在T4时刻变为低(L)的状态。

另外，制动器线圈40中所流通的电流的大小，能够根据电阻36的元件值和基准电源30的电压进行调整。例如，在基准电源30的电压为1V且将要流通的电流的峰值为4A时，作为电阻36的元件值选择0.25Ω即可。这样，通过设定电流的峰值，能够控制制动器线圈40中所流通的电流的平均值。即，通过设定峰值，能够利用脉宽调制(PWM)控制来调整制动器线圈40中所流通的电流。

当交流电源10的电压波形为负的状态(图2(A)中波形未图示的状态)时，由于光耦合器28中未流通电流，故比较仪29、SR-FF31、三极管32、33以及IGBT34不进行工作，因此能够防止该期间内的电力消耗。

如图2(A)所示，以上所示的动作在交流电源10的每一个周期内反复进行，从而电流被供给至制动器线圈40，由此制动器线圈40利用电磁力来制动未图示的制动盘。即，在本实施方式中，与交流电源10的电压波形的零交叉点(交流电压变为0V的点)对应，使作为半导体开关的IGBT34变为闭合(ON)的状态，从而使电流在构成电磁制动器的制动器线圈40中流通。然后，根据制动器线圈40中所流通的电流的值使IGBT34变为断开(OFF)的状态，由此通过脉宽调制控制来控制流通于制动器线圈40中的电流。

另外，在以上示例中，在各周期中使规定量的电流流通于制动器线圈40中，但是，也可以构成为例如：在从供给电流开始起经过规定时间(例如0.1秒～0.5秒)为止流通大电流而形成过励磁状态，此后由于维持着励磁状态而将电流减小。另外，作为形成上述构成的方法，例如能够通过准备计量器，并在从通电开始起经过规定时间后将基准电源30的电压设定为较低来实现。

如以上所说明，根据本发明的实施方式，由于并不是在与作为交流电源10的控制对象的周期相比前一个周期中控制电流，而是在与控制对象相同的周期中控制电流，因此能够防止发生控制滞后的情况。

另外，在本实施方式中，由于与交流电源10的电压波形的零交叉点对应(或同步)地进行电流的控制，因此，如图2(E)所示，在经过零交叉点后电流波形立即上升，因此，与专利文献1中所示的技术那样在电压波形的后半部分进行控制的情况相比较，能够防止发生控制滞后的情况。

另外，在本实施方式中，由于利用与交流电源10的频率相同的频率来进行脉宽调制控制，例如未像专利文献2中所示的技术那样利用高频进行切换，因此能够抑制因高速切换动作而引起的功率损耗。

另外，在本实施方式中，由于仅在制动器线圈40中流通有电流的期间内执行脉宽调制控制，因此，能够抑制在制动器线圈40中未流通电流的期间内电流流通在驱动电路中所引起的功率损耗。

另外，在进行高速切换时，需要考虑电磁辐射等的影响，但是，由于通过形成与交流电源10的频率相同的频率，则无需考虑上述的电磁辐射等的影响，因此，能够使设计变容易并且也不需要用于抑制噪音的补充电路。

另外，在本实施方式中，如上所述，通过降低损耗，能够从向电路的各部件供给电源电力的电源中去除电源变压器，并利用电容器21进行降压。由此，能够使电路小型化且轻型化。另外，通过去除了电源变压器，无需考虑各国制定的有关变压器的安全标准，因此能够缩短审查所需的时间和降低成本。

另外，在将本实施方式应用于提升机时，通过谋求轻型化而能够提高装置针对物理性冲击等的耐受性。

(C)变形实施方式的说明

以上的实施方式是一个例子，本发明当然并不仅限定于上述实施方式。例如，在以上的实施方式中，是将交流电源10的交流电进行半波整流后供给至制动器线圈40，但是，也可以将交流电源10的交流电进行全波整流后供给至制动器线圈40。在该情况下，每半个周期执行图2所示的控制即可。

另外，在以上的实施方式中使用了IGBT34，但是也可以使用此外的其他半导体开关(例如，FET(Field Effect Transistor、场效应晶体管)开关或SiC(Silicon Carbide、碳化硅)开关)。

另外，在以上的实施方式中，制动器线圈40中电流的流通与交流电源10的电压波形的零交叉点略同步，但是，也可以例如从零交叉点仅延迟规定时间(例如，数毫秒)后再流通电流。该情况也包含于本发明的进行“对应于零交叉点”的动作中。

另外，在以上的实施方式中，是通过电容器21将交流电源10的电压予以降压，但是，当然也可以根据用途等而利用变压器来进行降压。

另外，在以上的实施方式中，利用光耦合器28从交流电源10生成触发电路，但是，也可以通过此外的其他电路生成触发电路。

另外，在以上的实施方式中，光耦合器28的输出为发射极输出型，但是，也可以是集电极输出型。图3是光耦合器28的输出为集电极输出型时的构成例，图4是表示图3所示的构成例的各部件的信号波形的图。

在图3所示的构成中，电阻37与光电二极管28b的集电极侧连接。从电阻37与光电二极管28b的集电极的连接点取出输出信号，然后输入SR-FF31的S端。另外，由于S端为低电平有效(Active-Low)，因此，当来自光电二极管28b的输出信号为低(L)的状态时，成为有效(active)状态，从而SR-FF31被置位。与图2比较时，图4中的图4(B)所示的光耦合器输出波形与图2(B)的光耦合器输出波形呈相反。除此以外的其他波形与图2所示的情况相同。

在图3的构成例中，当接触器20变为闭合(ON)的状态时，经由电阻27向光耦合器28的发光二极管28a外加电压。当从交流电源10外加于发光二级管28a的电压呈正向偏压的状态时(图4(A)中以实线表示的情况)，发光二极管28a发光且使光电二极管28b中流通电流，因此，如图4(B)所示，光电二极管28b的端电压在T1时刻从高(H)的状态变为低(L)的状态。其结果是：由于SR-FF31的S端变为低(L)的状态，因此，SR-FF31被置位，从而如图4(D)所示SR-FF31的输出在T1时刻变为高(H)的状态。

当SR-FF31的输出变为高(H)的状态时，三极管32、33变为导通(ON)的状态，因此，其结果是IGBT34变为闭合(ON)的状态。此时，由于二极管35为正向偏压的状态，因此，电流经由二极管35、IGBT34以及电阻36向制动器线圈40中流通(参照图4(E))。其结果是：在无励磁工作型电磁制动器的情况下，制动器被释放，在励磁工作型电磁制动器的情况下，制动器进行工作。

另外，在以上的实施方式中，是利用SR-FF31生成驱动信号，但是，也可以通过此外的其他电路生成驱动信号。另外，也可以使从齐纳二极管26输出的电力不直接供给至各部件，而是经由例如LC滤波电路(无源滤波电路)或三端调节器(3-Terminal regulator)供给至各部件。

另外，在以上的实施方式中，是根据操作部的操作使接触器20进行工作的，但是，也可以例如通过设置微型电子计算机并根据来自该微型电子计算机的控制信号使接触器20进行工作。

Claims (5)

1.一种电磁制动控制装置，其利用由交流电源供给的电力来控制电磁制动器，所述电磁制动控制装置的特征在于，

具有半导体开关和控制部，

所述半导体开关将从所述交流电源向所述电磁制动器流通的电流接通或切断；

所述控制部通过与所述交流电源的电压波形的零交叉点对应使所述半导体开关变为闭合的状态，而使所述电磁制动器中流通电流，并且根据所述电磁制动器中所流通的电流的值，使所述半导体开关变为断开的状态，从而利用脉宽调制控制来控制从所述交流电源向所述电磁制动器流通的电流。

2.如权利要求1所述的电磁制动控制装置，其特征在于，

对所述电磁制动器供给将所述交流电源进行半波整流后得到的电力，

所述控制部仅在所述电磁制动器中流通有电流的期间内，执行所述脉宽调制控制。

3.如权利要求1或2所述的电磁制动控制装置，其特征在于，

所述控制部，通过与所述交流电源的电压波形的零交叉点同步地使所述半导体开关变为闭合的状态而使所述电磁制动器中流通电流，并且，在所述电磁制动器中所流通的电流的值超过规定阈值时使所述半导体开关变为断开的状态，从而实现所述脉宽调制控制。

4.如权利要求1或2所述的电磁制动控制装置，其特征在于，

利用电容器对所述交流电源进行降压并进行整流而得到直流电压，并将该直流电压作为电源电压供给至装置的各部件。

5.如权利要求3所述的电磁制动控制装置，其特征在于，

利用电容器对所述交流电源进行降压并进行整流而得到直流电压，并将该直流电压作为电源电压供给至装置的各部件。