CN108292127B - 包括滑动联接单元的电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动系统，包括马达、负载装置和联接单元，其中，通过比较马达传感器和负载传感器之间的信号来计算打滑，并且倘若打滑保持在打滑阈值以下，则该负载装置的基于马达传感器的位置就被循环更新。

Description

包括滑动联接单元的电驱动系统

技术领域

本发明涉及一种电驱动系统，包括马达、负载装置和联接单元，其中，所述联接单元被设计为将所述马达的马达轴的旋转运动转换为所述负载装置沿着路径的移动。所述联接单元经受打滑。

背景技术

这种电驱动系统例如在高机架仓库中使用，其中，呈转子形式的负载装置可以沿着位于机架之间的路径行进穿过并插入货盘或待装载到高机架仓库中的其他物品或从所述高机架仓库移除它们。所述高机架仓库中可能出现这种类型的路径的长度，例如几百米。然而，根据本发明的电驱动系统不限于使用这种类型或特定尺寸。例如，它也可以与传送带一起使用，所述传送带将物品或散装货物运送特定距离，特别是沿着所述路径运送。

为了评估所述负载装置的速度和/或位置，如果应用所需的风险降低不是用单一传感器来实现，往往规定两个独立的传感器或编码器（双传感器系统）以用于降低关于功能安全的风险。例如，当传感器反映负载装置或移动轴线的实际绝对位置并且不表现出安全相关等级或唯一安全相关适用性时，就是这种情况。

为了获得足够可靠的负载装置的相应位置的值，从现有技术中已知在所述负载装置的移动区域内提供大量绝对位置标记，其中，传感器通道的绝对位置可以与相应的位置标记相匹配以用于补偿与应用相关的打滑的目的。在这种情况下，不管位置标记的数量如何，仅在所定义的位置标记处执行匹配。

位置标记的数量通常取决于所述位置标记之间的预期打滑、取决于相对于由关于所述应用允许的两个传感器信号形成的绝对值的不准确程度并且取决于所述路径或移动区域的几何范围。

在介绍部分提到的可以覆盖长达200米甚至更长的通道长度的高机架仓库的转子或机架操作员控制装置的情况下，在根据现有技术的设计中这会导致数量非常高的沿着路径的位置标记。所述位置标记通常根据可允许的公差安装在精确的位置。

为了使用与安全相关的评估单元、例如驱动集成的安全工程或安全控制来评估位置标记的目的，所述位置标记通常在被委任之前由使用者参数化，以便在面向安全的应用中可以明确地标识它们。在这种情况下，所述位置标记的正确位置和参数化将作为委任的一部分进行验证。

已经发现，位置标记的使用导致总体支出水平非常高。

发明内容

因此，本发明的问题在于提供一种电驱动系统，所述电驱动系统可以在不损失安全性的情况下以低水平的支出来实现。

根据本发明，这通过如权利要求1所述的电驱动系统来实现。例如，可以从从属权利要求中收集有利的改进。权利要求的内容通过明确的引用并入本说明书中。

本发明涉及电驱动系统。

所述电驱动系统具有带马达轴（输出轴）的马达。例如，所述马达被设计为电动马达并用于驱动目的。

所述电驱动系统具有可沿所述路径移动的负载装置。该负载装置通常为移动有用负载或其他物品的元件。举例来说，所述负载装置可以为高机架仓库的转子。然而，它也可以为例如传送带或其他单元。

所述电驱动系统具有联接单元，所述联接单元被设计为将所述马达轴的旋转运动转换为所述负载装置沿着所述路径的移动，其中，所述联接单元经受打滑。这种联接单元可以为例如摩擦轮或带。术语“打滑”旨在应理解为意指尤其是所述马达轴围绕特定角度的旋转与纯粹是数学上对应于所述旋转的所述负载装置的移动之间的偏差。这种类型的打滑尤其可能在例如当存在部件例如为了力传递的目的而依赖摩擦的无齿带或摩擦轮不处于与驱动和/或输出元件互锁连接时发生。否则，也可以参考关于术语打滑的相关技术文献。

所述电驱动系统具有用于确定所述马达轴的旋转角度位置的马达传感器。所述马达传感器通常以电或电子可处理的形式输出所述马达或所述马达轴的相应旋转角度位置。所述马达传感器可以为例如解析器等。

所述电驱动系统进一步具有用于确定所述负载装置的基于负载传感器的位置的负载传感器。所述负载传感器通常以电或电子可处理的形式输出所述负载装置的位置。

所述电驱动系统进一步具有电子控制装置。所述电子控制装置与所述马达传感器和所述负载传感器连接，即与所述马达传感器和所述负载传感器形成信号传输连接。

所述电子控制装置被设计为基于所述马达轴的旋转角度位置的变化来计算所述负载装置的基于马达传感器的位置，该变化由所述马达传感器确定。此外，所述电子控制装置被设计为，在所述马达轴的旋转角度位置每次改变可预先规定的参考值或者在借助于马达传感器检测到的所述位置改变可预先规定的参考值之后，执行基于马达传感器的位置和基于负载传感器的位置之间的差值计算（打滑计算），也就是说基于基于马达传感器的位置和基于负载传感器的位置之间的差值来计算打滑，并且当所述打滑小于第一可预先规定打滑阈值时将所述基于马达传感器的位置设定为所述基于负载传感器的位置，并且当所述打滑大于第二可预先规定打滑阈值时采取故障状态。第一打滑阈值和第二打滑阈值可以相同或不同以形成滞后。（第一、第二）打滑阈值可以为例如10％、5％、2.5％、2％或1％（例如，计算为基于马达传感器的位置和基于负载传感器的位置之间的差值相对于所述基于所述马达传感器的位置的大小）。

在这种情况下，所述基于马达传感器的位置尤其是基于所述马达轴的改变的旋转角度位置。所述基于负载传感器的位置通常基于来自所述负载传感器的输出数据。特别地，可以考虑与先前值（例如与相应采样时间）的相应差值。当采取故障状态时，系统可能会特别停止以避免损坏或故障。

根据本发明的电驱动系统可以用于不仅基于可能有故障的和非安全评级的负载传感器而且基于更可靠的马达传感器来计算所述负载装置沿着路径的位置。这允许使用可靠的马达传感器来冗余计算所述负载装置的位置。只要所述打滑保持在所述打滑阈值以下，才借助于所述马达传感器对所述负载装置的位置进行冗余确定。因此，可以确保两个传感器保持彼此兼容，由此可以确保双通道传感器评估的可用性和准确性。不言而喻，马达传感器也可能具有不安全的设计。在这种情况下，可以通过两个不安全部件的交互再次产生安全功能。

根据一个实施例，参考值对应于所述马达或马达轴的完整旋转。这对应于简单又实用的设计。完整的旋转可能意味着尤其是360°的角度。然而，也可以使用几个完整旋转，例如两个、三个或四个或甚至更多的完整旋转的参考值。也可以使用完整旋转的一部分，例如180°或90°。

所述基于马达传感器的位置可以特别借助于所述联接单元的模型来计算。这种模型可以考虑例如所述联接单元的传动比和其他机械特性。例如，沿着所述路径的特定距离可以与所述马达或马达轴的完整旋转相关联。

根据本发明的电驱动系统背后的概念原则上基于从马达传感器的固定的限定的相对运动，例如360°马达运动得出的连续循环补偿。在这种情况下，通过电子控制装置来监测针对该相对运动而参数化的容许打滑，所述电子控制装置例如也可以被称为安全系统。如果检测到的相对于所述相对运动的打滑位于预期的参数化限度内，特别是在所述打滑阈值以下，则在实现所述相对运动之后，所述打滑被补偿被传递到所述马达传感器的绝对值通道的所述负载传感器的绝对值。因此，所述循环打滑补偿并不需要任何物理位置标记。

以下故障

- 马达传感器的打滑，

- 所述负载传感器的位置跳动，

- 所述负载传感器的位错误，

- 所述负载传感器的测量误差，包括障碍物的任何干扰。

从安全的角度来考虑的上述故障特别是尽管打滑补偿仍借助于这个过程进行控制或标识。

因此，借助于根据本发明的电驱动系统可以可靠地标识出现的最频繁且最重要的误差。使用本文描述的打滑补偿，仅仅未标识所述负载传感器的长期漂移误差。

根据一种开发方案，最大数量的（例如至多两个）诊断标记被布置在沿着所述路径的限定的、特别是固定的诊断标记位置处。在这种情况下，所述诊断标记位置通常被限定并且是已知的。诊断标记也可以被称为位置标记。在这种情况下，电子控制装置被设计为例如借助于扫描装置或传感器标识所述负载装置穿过所述诊断标记，并且当穿过所述诊断标记时，将所述诊断标记位置于所述基于负载传感器的位置进行比较以便检测所述负载传感器中的可能漂移误差和/或连同所述诊断标记的误差（例如弄脏诊断标记）。

所述控制装置可以进一步设计为监测所述诊断标记是否可以在所述诊断标记位置处被检测到或者可以被标识，并且当所述诊断标记不能在所述诊断标记位置处检测到时、例如因为所述诊断标记被弄脏或有缺陷而采取故障状态。

由于使用附加的诊断标记，所述负载传感器的漂移误差、特别是长期漂移误差也可以被检测到并相应地进行补偿或者所述系统可以停止。特别地，在所述诊断标记位置和所述基于负载传感器的位置的偏差大于预先规定的阈值的情况下可以采取所述故障状态。因此，可以可靠地避免由于所述负载传感器中的漂移误差而导致的误差或损坏。应当指出，与根据现有技术的设计相比，为了标识所述负载传感器中的这种漂移误差，仅需要一个单个诊断标记。可分配使用大量的诊断标记（这根据现有技术是常规的），这对降低支出作出了相当大的贡献。

所述电子控制装置优选被设计为以这样的方式致动所述马达，使得所述负载装置循环地穿过所述诊断标记。这确保了针对漂移误差的定期监测。举例来说，所述电子控制装置可以被设计为以这样的方式致动所述马达，使得所述负载装置在预定时间之后或在预定行进距离之后穿过所述诊断标记。

所述诊断标记特别地可以布置在沿着允许所述负载装置的最大移动速度的路径的点处。这已被发现是有利的。

所述电子控制装置可以进一步被设计为基于所述打滑来计算与所述联接单元相关联的磨损量。举例来说，所述打滑越高，可以确定的磨损量越高。因此，例如，当部件、特别是所述联接单元将被替换或者不再确保安全操作时，可以通知使用者。

所述马达可以为特别是电动马达。然而，所述马达也可以为例如内燃机、液压马达、热力学马达或其他类型的马达。

所述负载单元可以为特别是高机架装置的转子、旋转台或传送带。已经发现所述电驱动系统对于这种应用特别有利。

所述电子控制装置可以有利地设计为在功能安全的系统中进行操作。因此，特别地，由根据现有技术的设计中的大量诊断标记实现的安全性可以通过相对简单的计算来实现。

当所述电驱动系统用于具有需要对绝对位置进行安全相关的监控的安全功能的应用中时，通常有利的是首先执行使用位置开关和至少一个位置标记或诊断标记的参考运行。这个需要的原因在于，绝对位置或绝对位置值与内部测量系统之间的联系首先借助于参考运行建立。然后可以使用参考事件来标识所述诊断标记是否处于预期的位置并且该绝对位置值是否也与所述绝对值传感器位置一致。

所述负载传感器特别为具有机械零件的任何期望的非安全评级接口的传感器，并且由于机械性能，所述传感器可以具有相对于经受打滑的第一传感器、特别是马达传感器的位置，该位置由于操作原因而不同。

例如，在配备摩擦轮的驱动装置中，这种效果非常重要。由于交替的制动和加速过程，倾向于增加的打滑可根据所述马达传感器和负载传感器之间发生的打滑而累积。由于所述安全相关的诊断基于两个传感器通道的可比性，因此所描述的效果可能在短期内导致可用性方面的问题。

在本文描述的设计中，所述打滑考虑到所有相关的安全相关方面进行补偿。一个典型的先决条件在于可以在已定义的、可参数化的路径上发生的待补偿最大打滑或最大允许打滑是已知的。考虑到安全相关的各方面，所述打滑补偿通常会引起安全关键型应用的双通道系统中两个传感器通道的位置的比较，其中，比较可以在预先规定的路径一在每种情况下都被涵盖就重复发生。

如上所述，与根据现有技术的设计相比，特别地可以使用明显更少的诊断标记或位置标记。与基于避免打滑的例如由于使用齿形带传动装置或齿轮的其他设计相比，明显更有利的设计是可能的。此外，该系统的参数化被高度简化、组装和委任时间显著缩短、维护支出减少并且系统的可用性增加，因为在其他方面使用的位置标记可能导致系统故障，例如如果所述位置标记被弄脏或损坏。

附图说明

下面将参考附图详细地描述本发明，其中：

图1：示出了电驱动系统，以及

图2：示出了基于马达传感器的位置进行计算的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的电驱动系统10。电驱动系统10具有呈电动马达形式的马达20。马达20具有第一（马达）轴22或者以可旋转固定的方式连接到轴22。马达传感器24被布置在第一轴22上。

所述电驱动系统具有呈传送带装置形式的负载装置30。负载装置30具有第二轴32，负载传感器34被布置在第二轴32上。由第二轴32驱动的第一驱动辊36被布置在第二轴32上。第二驱动辊37平行于所述第一驱动辊进行布置。当第二轴32旋转时移动的传送带38在两个驱动辊36、37之间伸展。

固定在传送带38的特定点处的参考元件39被布置在传送带38上。所述参考元件的重要性在下面进一步更详细地讨论。

联接单元40被布置在马达20和负载装置30之间。联接单元40具有第一轮42、第二轮44和在所述轮之间伸展的带46。第一轮42被安装在第一轴22上。第二轮44被安装在第二轴32上。带46在两个轮42、44之间以这样的方式伸展，使得第一轮42的旋转运动被传递到第二轮44。

由于带46为特别不具有任何齿或其他结构的扁平带，并且两个轮42、44也具有相应的平坦表面，因此将马达20的旋转运动传递到负载装置30经受打滑。这意味着，尽管特定的传动比原则上由两个轮42、44的直径的比率预先规定，所述传动比指示第二轴32相对于第一轴22的转速，但是这种关系经受一定程度的不可靠性，因为旋转运动的传递最终取决于两个轮42、44和带46之间的摩擦。

马达传感器24被设计为测量第一轴22的旋转角度位置。负载传感器34被设计为测量第二轴32的旋转角度位置。在这种情况下，马达传感器24是有安全等级的，也就是说它具有特别高的可信度。相反，负载传感器34不是有安全等级的，并因此只具有有限的可信度。因此，传送带38的位置的控制仅基于负载传感器34是不允许的。

电驱动系统10进一步具有电子控制装置50。如所示，电子控制装置50与马达传感器24和负载传感器34形成信号传输连接（信号传输连接可以为有线或无线的），使得电子控制装置50接收相应的旋转角度位置。

此外，电驱动系统10具有作为诊断标记的开关52，该开关同样连接到电子控制装置50。开关52被布置成直接与传送带38相邻并且被设计为检测参考元件39何时经过开关52的对应点。

为了计算准确的，即负载装置30的基于马达传感器的位置，电子控制装置50持续地评估来自马达传感器24和负载传感器34的信号。在这种情况下，基于第一轴22的旋转角度位置的变化来计算负载装置的基于马达传感器的位置，该变化由马达传感器24确定。原则上，上面已进一步提到的联接单元40的特性可以用于此目的。在第一轴22的旋转角度位置每次改变360°之后，电子控制装置50基于第二轴32与第一轴22的旋转角度位置之间的差值来计算打滑。所述打滑尤其可以测量为所期望的旋转角度位置或第二轴32的旋转角度位置从实际测量的旋转角度位置的变化或第二轴32的旋转角度位置的变化之间的偏差。

如果所计算的打滑位于打滑阈值以下，则基于马达传感器的位置被设定为基于负载传感器的位置，也就是说，被设定为已经使用负载传感器34直接测量的位置。这基于以下考虑：在打滑非常小的情况下，负载传感器34似乎是可信的。然而，如果所述打滑高于打滑阈值，则采取故障状态，这尤其意味着马达20停止并且系统因此停止。

在这方面应当指出，例如可以在参考元件39的位置中表示的传送带38的位置尤其可以借助于考虑第二轴32的旋转角度位置的第一驱动辊36的已知直径来推断。

每次参考元件39通过开关52时，电子控制装置50检查第二轴32的旋转角度位置（该旋转角度位置由负载传感器34指示）是否对应于传送带38的所述位置。因此，可以标识负载传感器34中的漂移误差，特别是在相对长的时间段内发生的漂移误差。如果在该过程中确定的偏差太大，则该系统同样停止并输出检查负载传感器34的指令。

图2示意性地示出了电子控制装置50如何以基于马达传感器的位置的形式到达安全的绝对位置。本文示出了包括马达传感器24并且分别包括负载传感器34的两个轴22、32。如已经提到的，由参考标记60示意性地示出的打滑在两个轴22、32之间存在。由于这种打滑，所述旋转角度位置的预期变化之间可能会发生偏差。如果这个偏差足够小，则可以连续循环计算安全的绝对位置。如果所述打滑过大，则会采取故障状态，并从而防止系统发生可能有害的故障。

根据本发明，可以信任非安全评级的传感器。双通道传感器评估是永久可能的，因为可信度的验证在限定的步骤中进行。测得的偏差不得超出预期的打滑。

Claims (10)

1.一种电驱动系统（10），具有：

- 具有马达轴（22）的马达（20），

- 能够沿着路径移动的负载装置（30），

- 联接单元（40），所述联接单元被设计为将所述马达轴（22）的旋转运动转换为所述负载装置（30）沿着所述路径的移动，其中，所述联接单元（40）经受打滑，

- 马达传感器（24），用于确定所述马达轴（22）的旋转角度位置，

- 负载传感器（34），用于确定所述负载装置（30）的基于负载传感器的位置，以及

- 电子控制装置（50）

- 所述电子控制装置连接到所述马达传感器（24）和所述负载传感器（34），

- 所述电子控制装置被设计为基于所述马达轴（22）的所述旋转角度位置的变化来计算所述负载装置（30）的基于马达传感器的位置，所述变化由所述马达传感器（24）确定，

- 并且所述电子控制装置被设计为，在所述马达轴（22）的所述旋转角度位置每次改变参考值之后，基于所述基于马达传感器的位置和所述基于负载传感器的位置之间的差值来计算打滑（60），并且当所述打滑（60）小于打滑阈值时，将所述基于马达传感器的位置设定为所述基于负载传感器的位置，并且当所述打滑（60）大于所述打滑阈值时采取故障状态。

2.如权利要求1所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述参考值对应于所述马达轴（22）的完整旋转。

3.如前述权利要求中任一项所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述基于马达传感器的位置借助于所述联接单元（40）的模型来计算。

4.根据权利要求1或2所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 至少一个诊断标记（52）被布置在沿着所述路径的诊断标记位置处，其中，所述电子控制装置（50）被设计为

- 标识由所述负载装置（30）穿过所述诊断标记（52）并且当穿过所述诊断标记（52）时，将所述诊断标记位置与所述基于负载传感器的位置进行比较以便检测所述负载传感器（34）中的可能漂移误差，和/或

- 监测在所述诊断标记位置处是否能够检测到所述诊断标记（52），并且当在所述诊断标记位置处不能检测到所述诊断标记（52）时采取所述故障状态。

5.如权利要求4所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述电子控制装置（50）被设计为以这样的方式致动所述马达（20），使得所述负载装置（30）循环地穿过所述诊断标记（52）。

6.如权利要求4所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述诊断标记（52）被布置在沿允许所述负载装置（30）的最大移动速度的所述路径的点处。

7.根据权利要求1或2所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述电子控制装置（50）被设计为基于所述打滑（60）来计算与所述联接单元（40）相关联的磨损量。

8.根据权利要求1或2所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述马达（20）为电动马达。

9.根据权利要求1或2所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述负载装置（30）为高机架装置的转子、旋转台和/或传送带（38）。

10.根据权利要求1或2所述的电驱动系统（10），其特征在于，

- 所述电子控制装置（50）被设计为在功能安全的系统中运行。

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