CN109789866B - 通过可控制的衔铁盘运动控制电磁制动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种用于控制电磁释放的制动器(1)的方法，所述制动器包括线圈载体(2)，所述线圈载体具有内极(3)和外极(4)、磁线圈(5)和至少一个另外的施力元件。在此，线圈载体(2)的内极(3)和外极(4)分别具有：具有变化的梯度的表面；以及衔铁盘(7)，所述衔铁盘同样具有内极(8)和外极(9)，其中衔铁盘(7)的内极(8)和外极(9)的表面分别以互补的方式匹配线圈载体(2)的相应的内极(3)和外极(4)的表面。在此，制动器具有大小变化的气隙(11)，所述气隙形成基本气隙(16)和额定气隙(20)之间的行程区域(21)。在此，磁线圈(5)在激励时产生磁力并且施力元件产生相反于磁线圈(5)的磁力的第二力，其中磁线圈(5)的磁力和施力元件的第二力的比例在衔铁盘(7)在行程区域(21)中运动期间由于磁线圈(5)的激励的变化而在大于一和小于一之间至少变化一次。

Description

通过可控制的衔铁盘运动控制电磁制动器的方法
本发明涉及一种用于控制电磁制动器、尤其弹簧加载制动器的方法，所述制动器还由具有至少一个施力元件(例如至少一个压缩弹簧)、至少一个磁线圈和衔铁盘的线圈载体构成，其中线圈载体和衔铁盘上的内极和外极的表面具有变化的梯度。经由由于在制动器的行程区域中磁线圈的磁力和至少一个施力元件的相反定向的第二力之间存在的负反馈引起的链接的磁通量的变化能够控制衔铁盘在压缩弹簧加载制动器的行程区域中的运动速度。第二力例如能够是至少一个压缩弹簧的弹簧力。在激励磁场时由于具有在线圈载体和衔铁盘上变化的梯度的极表面而产生磁力和弹簧力的负反馈，由此与没有极表面的变化的梯度的几何形状相比，在气隙小的情况下实现磁力的减少并且在气隙大的情况下实现磁力的增加。
实用新型DE 7142 492公开了一种制动释放磁体，在所述制动释放磁体中存在由励磁线圈和插入式衔铁或衔铁活塞构成的起重磁体，所述励磁线圈由用于引导磁通量的铁顶包围，所述插入式衔铁或衔铁活塞与推杆固定地连接，以传递磁力。极芯在其朝向活塞的正面具有两个或更多个阶梯，插入式衔铁在朝向极芯6的一侧处同样具有两个阶梯。极芯或插入式衔铁的两个阶梯如阴部件与阳部件那样对应，使得插入式衔铁能够几乎无间隙地进入极芯中。在这种情况下，在电激励线圈时，力作用于活塞上。如果插入式衔铁经过一定行程，那么所述插入式衔铁借助其端侧撞击到极芯上。极芯和插入式衔铁的阶梯形设计得到磁力-气隙特征曲线，该特征曲线匹配于负载线。
DE 30 24 059描述了一种电动起重磁体，其具有能够借助直流或交流运行的磁线圈以及可纵向移动的衔铁和磁对极，其中衔铁和对极的朝向侧具有阶梯，在所述阶梯的区域中，磁场力线增多。该构造得到如下磁力行程特征曲线，所述磁力行程特征曲线在气隙小的情况下具有最大值，在气隙随后增加的情况下描述变小的力，直至该力描述具有斜率零的相对最小值，并且在进一步走向中随气隙增加磁力再次增加。
在DE 44 16 500中描述一种直流起重磁体。其目的在于：在结构体积最小的情况下实现尽可能大的起重工作，其中磁起重力线适当地匹配于需求特征曲线是期望的。在这种情况下，衔铁配对件和衔铁的圆柱体和空心圆柱体分别具有不同的长度，其中衔铁和衔铁配对件的两个空心圆柱体和两个圆柱体的总长度相同长，并且衔铁和/或衔铁配对件能够朝向彼此相反地移动，并且配设有大致近似居中的控制器-双重控制锥体或阶梯形的壁部。
相对于此，本发明的目的是在于：控制衔铁盘在电磁制动器中的运动，使得能够以可调节的速度在行程区域中移动衔铁盘。所述目的借助独立权利要求的特征来实现。这通过如下方式实现：由磁线圈的磁力和施力元件的第二力构成的比例在衔铁盘在行程区域中运动期间由于磁线圈激励的变化而在大于一和小于一之间至少变化一次。
由于具有在线圈载体和衔铁盘上的变化的梯度的极表面，在激励磁场时，在链接的磁通量分别恒定的情况下，与常规压缩弹簧加载制动器(即线圈载体和/或衔铁盘上的平面的极表面)中的磁力-气隙特征曲线相比产生磁力-气隙特征曲线的变形。由此，磁力从小的气隙朝大的气隙移动。通过磁力分布的该优化，能够通过磁力和弹簧力的负反馈在衔铁盘运动期间替代由磁力和弹簧力的已知的正反馈。在常规的弹簧加载制动器中，磁力-气隙特征曲线在链接的磁通量恒定的情况下在气隙增加时以连续下降的函数下降。在常规的弹簧加载制动器的情况下，因此，衔铁盘在磁力和弹簧力的正反馈的区域中分别朝其开启或关闭位置运动。衔铁盘在运动期间在整个行程区域中不断加速。
具有根据本发明的操控方法的制动器的一个优点是：与现有技术相比，由于优化的磁力分布，在衔铁盘行程相同的情况下弹簧力提高是可行的，即通过将弹簧力-气隙特征曲线匹配于磁力-气隙特征曲线来进行。这引起制动器的功率密度更高。
对于具有变化的极表面的制动器，有利的可能性在于：获得可稳定控制的衔铁盘运动进而能够在没有衔铁盘的外部位置信号(位移传感器)的情况下构建电子减震的制动器。此外，能够接通和切断衔铁盘运动的所描述的影响、即减震，或者能够经由电流馈电的类型(磁线圈的激励)来改变所述影响到一定程度，根据制动器的应用领域和需要选择合适的设定，由此要么优化的开关时间、最小化的制动器噪声是可行的，要么优化的制动力矩是可行的，或者从所提出的目标中找出折衷是可行的。
在现有技术(例如EP 0876 559 B1)中已知的、具有机械减震器的弹簧加载制动器具有弹性环作为用于对冲击、振动和尤其噪声进行减震的装置。这些环插入到机械元件的凹部中，所述机械元件相对于其他的机械元件尺寸过大以用于产生偏压。与其相比，本发明具有如下优点：制动器的减震表现与所使用的减震器的温度和使用寿命无关。此外，与现有技术中已知的其他弹簧加载制动器相比，本发明省去了设置减震器的耗时。
另一优点是：改进了弹簧加载制动器的机械效率，该机械效率限定为在衔铁盘运动时使用的能量与在行程区域中磁性可用的能量的比例。如果将对于该方法所要求保护的弹簧加载制动器与常规的弹簧加载制动器在这方面进行比较并且如果分别使用相同的磁力储备作为在之前限定的行程中的弹簧力的设计标准，那么对于该方法所要求保护的弹簧加载制动器的机械效率总是大于在常规的制动器中的机械效率。
通过借助于可调节的链接的磁通量或电流在弹簧力和磁力之间的力比例的可调节变化，可行的是：通过提高抵抗弹簧力定向的磁力，改变通过弹簧给定的制动力矩，这引起摩擦面的减负，由此降低制动力矩。另一可行性是：降低抵抗弹簧力定向的磁力，这引起对摩擦面进一步负载，由此提高制动力矩。
与常规制动器的制动力矩设定相比本发明的另一优点是：由于衔铁盘的可控的运动和衔铁盘在制动器衬片上由此可能缓慢的撞击，在衔铁盘冲击到摩擦衬片上时几乎不立即形成制动力矩(力矩峰值)，如这在常规的制动器中是这种情况。
附图说明
本发明的其他有利的细节从从属权利要求中以及从下面提出附图的描述中得出。
图1a示出电磁弹簧加载制动器1的线圈载体2，所述线圈载体具有内极3和外极4、具有磁线圈5和具有分布在线圈载体2上的压缩弹簧6，其中内极3和外极4的表面在一个优选的实施例中设计成阶梯形。
图1b示出电磁弹簧加载制动器1的线圈载体2，所述线圈载体具有内极3和外极4、具有磁线圈5和具有分布在线圈载体2上的压缩弹簧6，其中内极3和外极4的表面在另一优选的实施例中具有与弹簧加载制动器1的中轴线向同心环形伸展的凹槽和凸起的形状。
图1c示出电磁弹簧加载制动器1的线圈载体2，所述线圈载体具有内极3和外极4、具有磁线圈5和具有分布在线圈载体2上的压缩弹簧6，其中内极3和外极4的表面在又一优选的实施例中以阶梯钻孔的形式设计，所述阶梯钻孔设置在与中轴线同心的节距圆上。
图2a示出电磁弹簧加载制动器1的衔铁盘7，所述衔铁盘具有内极8和外极9和用于压缩弹簧6的可选的固持件10，其中内极3和外极4的表面在一个优选的实施例中设计成阶梯形，与图1a中的线圈载体2以互补的方式匹配。
图2b示出电磁弹簧加载制动器1的衔铁盘7，所述衔铁盘具有内极8和外极9和用于压缩弹簧6的可选的固持件10，其中内极3和外极4的表面在另一优选的实施例中设计成与图1b中的线圈载体以互补的方式匹配。
图2c示出电磁弹簧加载制动器1的衔铁盘7，所述衔铁盘具有内极8和外极9和用于压缩弹簧6的可选的固持件10，其中内极3和外极4的表面在又一优选的实施例中设计成与图1c中的线圈载体以互补的方式匹配。
图3示出安装的弹簧加载制动器1的一个优选的实施例，所述弹簧加载制动器具有线圈载体2和衔铁盘7、线圈载体2和衔铁盘7之间的气隙11。此外，也示出弹簧加载制动器的分解图，所述弹簧加载制动器具有弹簧板作为用于衔铁盘7的径向引导的设备14和具有间隔保持件15。
图4在弹簧加载制动器1的线圈载体2和衔铁盘7的极表面的阶梯形设计的优选的实施例中在磁线圈5被激励的情况下示出在弹簧加载制动器1中的衔铁盘7部分开启的位置中的径向的和轴向的场线轮廓。
图5a针对具有线圈载体2和衔铁盘7上的扁平的极表面的常规的弹簧加载制动器示出对于常规的弹簧加载制动器的气隙间隔在链接的磁通量17恒定时以及在电流17a恒定时的磁力-气隙特征曲线的走向。除了弹簧力-气隙特征曲线19之外，在标称电压下，可以看见常规的弹簧加载制动器的电流馈电(激励磁线圈)的运动轨迹27。
图5b针对具有线圈载体2和衔铁盘7上的阶梯式的极表面的弹簧加载制动器1的优选的实施例示出对于具有可控的衔铁盘运动的弹簧加载制动器的气隙间隔在链接的磁通量17恒定时以及在电流17a恒定时的磁力-气隙特征曲线的轮廓。除了弹簧力-气隙特征曲线19之外，可以看见弹簧加载制动器1的电流馈电的运动轨迹27，所述弹簧加载制动器根据本发明的方法工作。
图5c分别在区域B(负反馈)对于衔铁盘7沿开口方向12的运动和对于衔铁盘7沿闭合方向13的运动示出磁线圈5的磁力与弹簧力的比例在气隙间隔之上的变化，其作为减速和加速周期的顺序。
图6示出用于利用全桥运行弹簧加载制动器1的可行性，所述全桥具有阀V1、V2、V3、V4、电子操控单元24(例如微控制器)和电压供应装置26。
图7示出电磁弹簧加载制动器1的可行的运行模式，其中借助于中间电压水平进行磁线圈5的激励的变化。此外，针对该运行模式，在制动器开启和闭合时绘制所关联的通过电流、在磁线圈5中能够感应的电压和气隙(11)的变化。
具体实施方式
如在图1a中示出，电磁释放的弹簧加载制动器1的部件是线圈载体2。线圈载体2由内极3、凹部(线圈空间)和外极4组成，凹部优选径向向外与其相邻以及在所述凹部中存在磁线圈5和外极4优选径向向外与其相邻。此外，在线圈载体2上分布多个作为施力元件的压缩弹簧6以及用于固定制动器的其它部件6a、间隔件和引导元件6b的装置。线圈载体2的内极3和外极4的表面具有变化的梯度的表面。线圈载体2可以优选地具有径向上与外极4相邻的加厚圆周边缘。
图2a示出衔铁盘7作为弹簧加载制动器1的另一部件。衔铁盘7由内极8构成并且具有优选径向向外与其相邻的扁平面和优选径向向外与其相邻的外极9。此外，衔铁盘2可以具有用于压缩弹簧6的固持件10和用于所提到的固定装置的开口。衔铁盘7的内极8和外极9的表面具有变化的梯度的表面，其中这些表面优选地以互补的方式匹配于线圈载体2的内极3和外极4的表面的梯度。
在优选的实施例中，线圈载体2的内极3和外极4的表面上的变化的梯度构成一个或多个阶梯，其中一个或多个阶梯的棱边平行于衔铁盘7的运动方向构成。阶梯能够在内极3和外极4中上升或下降地构成，然而优选彼此匹配。在替代的实施例中，线圈载体2的(多个)阶梯的(多个)棱边具有朝向衔铁盘7的运动方向成角度的形状。对于优选的实施例和对于替代的实施例，衔铁盘7在内极8和外极9的区域中具有与线圈载体2优选以互补的方式匹配的阶梯形状。
在另一优选的实施例中，线圈载体2或衔铁盘7的内极3、8和外极4、9的表面上的变化的梯度构成一个或多个凹槽或凸起。属于线圈载体2的衔铁盘7优选以互补的方式匹配地设计。在一个替代的实施例中，一个或多个凹槽或凸起在线圈载体2或衔铁盘7的相应的内极3、8和外极4、9上同心地分布。
在另一替代的实施例中，衔铁盘7和线圈载体2的相应的内极3、8和外极4、9上的表面能够阶梯形地设计有凹槽或凸起，其中这些凹槽或凸起在每种情况下能够优选互补匹配地组合。此外，线圈载体2和衔铁盘7的表面上的变化的梯度能够具有与弹簧加载制动器的中轴线同心伸展的圆的形状，如这在图1b和2b中示出。
在另一实施例中，线圈载体2和衔铁盘7的极表面上的变化的梯度以阶梯钻孔的形式设置在与弹簧加载制动器的中轴线同心的节距圆上，如在图1c和2c中示出。
在又一实施例中，将线圈载体2和衔铁盘7的极表面上的变化的梯度设置成，使得表面的轮廓遵循线圈载体的外轮廓和线圈空间之间的任意的几何形状。在这种情况下，表面的轮廓能够基本上平行地遵循于线圈载体和/或衔铁盘的内轮廓或外轮廓。此外，表面的轮廓能够基本上平行地遵循于线圈载体2的线圈空间的轮廓。
替代地，电磁释放的制动器也能够设计为永磁体制动器，其中在这种情况下，线圈载体2上的施力元件是至少一个永磁体，并且第二力是复位弹簧的弹簧力。在这种情况下，永磁体制动器通过激励磁线圈来开启，使得永磁体的磁场基本上被抵消。衔铁盘于是能够借助于复位弹簧(例如片式弹簧)远离线圈载体运动。通过减小磁线圈的激励，从永磁体和磁线圈中产生的磁场又变强并且衔铁盘克服复位弹簧运动到闭合位置中。
图3示出具有线圈载体2和衔铁盘7的安装的弹簧加载制动器1的一个优选的实施例的组合的视图和分解图，所述线圈载体和衔铁盘分别具有阶梯形的表面。也可以看见气隙11，所述气隙限定为线圈载体2和衔铁盘7的内极3、8和外极4、9的表面之间的平均间距。在这个方面，衔铁盘和线圈载体的极表面上的用于弹簧和保持套筒的孔的表面优选不属于极表面。行程22，即衔铁盘7的拉上的(闭合位置)位置和下降的位置(开启位置)之间的气隙差在此处讨论的类型的弹簧加载制动器1中优选处于0.1mm-2.5mm的范围中。内极3、8和外极4、9的表面上的由于变化的梯度产生的成形部的高度(图3：阶梯高度)与行程22的比例对于在此讨论的弹簧加载制动器1优选处于1比1至4比1的范围中。在图3中示出的优选的实施例中，阶梯高度和行程22形成3比1的比例。
在衔铁盘7沿开启方向12运动时，气隙11变小并且压缩弹簧6被压缩。在衔铁盘7沿闭合方向13运动时，气隙11变大并且压缩弹簧6被释放。此外，设有用于衔铁盘7的径向引导件14的设备。
也示出至少一个间隔保持件15，所述间隔保持件能够设置在线圈载体2和衔铁盘7之间。在这种情况下，当衔铁盘7处于开启位置中时，基本气隙16是气隙11。如果衔铁盘7处于闭合位置中，那么该气隙11称作为额定气隙20。衔铁盘7的开启位置(基本气隙16)和闭合位置(额定气隙20)之间的气隙间隔限定弹簧加载制动器1的行程区域21。借助至少一个间隔保持件15，基本气隙16变大，进而衔铁盘7的行程区域21或行程22减小。基本气隙16的大小优选处于0.1-1.5mm的范围中。
图4示出在衔铁盘7处于部分开启位置中具有激励磁线圈5的阶梯形的线圈载体2和阶梯形的衔铁盘7的重叠的表面，其中产生的径向和轴向磁场线轮廓由线圈载体2和衔铁盘7的表面所表示。由于径向的磁场线轮廓，在行程区域21中运动期间，径向力作用于衔铁盘7上。为了在衔铁盘7在行程区域21中运动期间径向地引导衔铁盘7，在优选的实施例中借助于(无间隙的)弹簧盘实现用于衔铁盘7的径向引导的设备14。在另一实施例中，用于径向引导的设备14由至少一个引导套筒实现。在另一实施例中，借助于侧向地接合在衔铁盘7处的圆柱销进行径向引导，或通过螺纹销与作用于衔铁盘上的球或与线圈载体和衔铁盘之间的球来进行径向引导。
图5a针对具有线圈载体和衔铁盘上的扁平表面的常规的弹簧加载制动器在内极和外极的区域中示出在链接的磁通量17恒定时连续下降的磁力-气隙特征曲线。也示出在电流17a恒定的情况下示出磁力-气隙特征曲线。此外，示出弹簧力-气隙特征曲线19。在磁线圈的激励充分提高/减小的情况下或磁线圈的激励恒定的情况下，在常规的弹簧加载制动器的行程区域21中，衔铁盘总是在弹簧力和磁力之间正反馈的区域中运动，使得衔铁盘在其朝闭合位置(额定间隙20)和开启位置(基本气隙16)运动时分别在整个行程区域2中运动期间不断加速。
在图5b中针对在图3中示出的优选的实施例示出在电流17a恒定时以及在链接的磁通量17恒定时的磁力-气隙特征曲线。由于线圈载体2和衔铁盘7的表面叠加，后者与常规弹簧加载制动器相比具有变形的磁力分布。在链接的磁通量17恒定的情况下的磁力-气隙特征曲线在气隙11近似零时构成最大值，并且于是随衔铁盘7的气隙11变大该曲线具有沿闭合方向13的负的斜率，以便在气隙11变大时构成局部最小值18，并且此后随气隙11变大具有沿闭合方向13的正的斜率。随后，磁力-气隙特征曲线在链接的磁通量17恒定时随气隙11增加构成局部的最大值23并且此后具有由沿闭合方向13的负的斜率。
具有恒定的链接的磁通量17的磁力-气隙特征曲线的走向能够经由衔铁盘7或线圈载体2的内极3、8和外极4、9的表面的成形部来变化。例如，比在图3中示出的实施例更大数量的阶梯在负反馈区域中在链接的磁通量17恒定时引起磁力-气隙特征曲线的更陡的走向。
对于衔铁盘7在行程区域21中的运动，构成三个区域A、B和C。在基本上处于零气隙和局部最小值18之间的区域A中，在衔铁盘7运动期间在磁力和弹簧力之间构成正反馈的区域。正反馈在气隙11沿运动方向变小或变大时引起增加的加速。在基本上处于局部最小值18和局部最大值23之间的区域B中，对于衔铁盘7的运动在磁力和弹簧力之间构成负反馈的区域。负反馈在气隙11沿运动方向变小或变大时引起降低的加速。在基本上局部最大值23的区域C中，衔铁盘7在弹簧力和磁力之间的正反馈的区域中运动。在这种情况下，能够将衔铁盘在正反馈的区域(A、C)中的运动与在常规的弹簧加载制动器中的情况下比较。
在这种情况下，通过如下方式提供区域A(正反馈)和区域B(负反馈)之间的过渡部：即在链接的磁通量17恒定时磁力-气隙特征曲线沿闭合方向13的斜率大于弹簧力-气隙特征曲线19沿闭合方向13的斜率。相同的情况适用于区域B(负反馈)和区域C(正反馈)之间的过渡部。因此，各个区域之间的过渡部在链接的磁通量17恒定的情况下不精确地位于磁力-气隙特征曲线的局部的极值18、23中，而是根据弹簧力-气隙特征曲线19的斜率大致稍微错开。
在附加至少一个间隔保持件15的情况下，弹簧加载制动器1中的在线圈载体2和衔铁盘7之间的行程区域21能够限制于较小的气隙区间，使得在链接的磁通量17恒定的情况下在自间隔保持件15起的区域中，磁力-气隙特征曲线与弹簧力-气隙特征曲线19相比具有沿制动器闭合方向13的更大的斜率。此外，能够对额定气隙20(闭合位置)分配成，使得该额定气隙也处于区域B(负反馈)中，使得整个行程区域21处于区域B中。
在一个实施例中，至少一个间隔保持件15设计为由至少部分不可磁化的材料构成的板，并且安装在线圈载体2和/或衔铁盘7的表面上。在另一实施例中，间隔保持件15是设置在衔铁盘7的间隔件或引导元件上的盘并且由至少部分不可磁化的材料构成。在另一实施例中，将间隔或引导元件6b设置为间隔保持件15，其中间隔保持件15的一部分由至少部分不可磁化的材料构成。
在另一实施例中，间隔保持件15的至少一部分由聚合物或弹性体构成进而用于在衔铁盘7冲击在间隔保持件15上时用于附加地衰减噪声。因此，在形成恒定的噪声的情况下能够实现更高的冲击速度，这引起开关时间的缩短。
下面，根据图5b描述根据弹簧加载制动器1中的变形的磁力分布引起的衔铁盘7的可控的运动。在弹簧加载制动器1开启时，借助于施加的电压或流动的电流激励处于线圈载体2中的磁线圈5。由于激励磁线圈，产生感应电压，其中感应电压对应于链接的磁通量的变化，因此，产生沿开启方向12作用于衔铁盘7上的磁力。施加的电压或施加的电流进一步提高，直至作用于衔铁盘7上的磁力大于作用于衔铁盘7上的弹簧力。作用于衔铁盘7上的磁力和弹簧力的比例大于一，使得进行加速的力作用于衔铁盘7上并且衔铁盘7从闭合位置(额定气隙20)沿开启方向12运动。因为链接的磁通量是弹簧加载制动器1的电磁子系统的状态变量进而磁通量的值在短时间内不会突然变化，所以弹簧加载制动器1的运动轨迹27在链接的磁通量17恒定的情况下对于衔铁盘的快速的运动首先总是基本上遵循磁力-气隙特征曲线。
如果运动在额定气隙20中始于区域C中(正反馈)，在该处磁力-气隙特征曲线的斜率在链接的磁通量17恒定的情况下小于或等于弹簧力-气隙特征曲线19的斜率，衔铁盘7在其运动开始时不断加速。这适用于直至从区域C(正反馈)到区域B(负反馈)中的过渡，在那里磁力-气隙特征曲线的斜率在链接的磁通量17恒定的情况下大于弹簧力-气隙特征曲线19的斜率。
在衔铁盘7在区域B(负反馈)中运动期间，或当衔铁盘7的运动在额定气隙20中始于区域B(负反馈)时，衔铁盘7在随后链接的磁通量保持恒定或少量变化的情况下在运动的走向中经受下降的进行加速度力，直至相反于开启方向12的原始运动的复位力。该复位力由于沿开启方向12基本上下降的磁力-气隙特征曲线在链接的磁通量17恒定时直至从区域B(负反馈)至区域A(正反馈)的过渡能够结合变大的弹簧力(由于弹簧压缩)一起出现。衔铁盘7的运动由此被制动。这对应于小于一的由磁力和弹簧力构成的比例，其作用于衔铁盘7处。在衔铁盘7在区域B中运动期间在压缩弹簧6的弹簧力和磁线圈5的磁力之间形成负反馈。能够借助于经由链接的磁通量变化磁力来控制衔铁盘7在行程区域21中的位置或运动/速度。
在(借助于通过产生匹配的感应电压来改变磁线圈5的激励)进一步提高链接的磁通量，衔铁盘7继续沿开启方向12的运动。发生这种情况，因为通过比同时变大的弹簧力更强地通过提高链接的磁通量产生的磁力。衔铁盘7随后在链接的磁通量17恒定的情况下在磁力-气隙特征曲线上运动，所述磁力-气隙特征曲线首先位于弹簧力-气隙特征曲线19之上。衔铁盘7的运动由于磁力和弹簧力的比例大于一而加速地继续。磁力由于在链接的磁通量17恒定的情况下在磁力-气隙特征曲线上运动而又下降，并且磁力与弹簧力的比例再次小于一并且对衔铁盘7的运动制动。
在(借助于通过产生调节的感应电压来改变磁线圈5的激励)重新提高链接的磁通量时，衔铁盘7又加速地继续沿开启方向12的运动。
以该方式，如在图5c中针对沿开启方向12的运动所示出的那样，衔铁盘7在至少一个加速和减速周期内，通过典型多个加速和减速周期内调节地提高磁通量的方式在区域B(负反馈)中沿断开方向12运动，其中磁力和弹簧力的比例在大于一和小于一之间变化。在这种情况下，衔铁盘在区域B(负反馈)中的运动根据其作为加速和减速一系列动态能够视作为衔铁盘7的连续运动。
在本发明的一个实施例中，衔铁盘7的运动在过渡到区域A(正反馈)中之后继续。衔铁盘7在此由于磁力-气隙特征曲线17的陡的上升而再次加速。磁力和弹簧力的比例在区域A(正反馈)中再次持久地大于一并且衔铁盘不断加速直至达到开启位置(基本气隙16)。
在优选的实施例中，由于区域B(负反馈)中的至少一个间隔保持件15，发生衔铁盘7沿开启方向12的运动。衔铁盘7在至少一个加速和减速周期之上运动并且随后以能调节的速度或在能调节的时间内达到开启位置(基本气隙16)。
在达到开启位置之后，通过借助于提高施加的电压或施加的电流进一步激励磁线圈5来进一步提高磁力，使得磁力与弹簧力的比例在达到开启位置之后变得大于一，并且衔铁盘7紧紧地压向线圈载体2，并且在弹簧加载制动器1中在衔铁盘7的开启位置中构建磁力储备。
在弹簧加载制动器1闭合时，借助于减小施加的电压或施加的电流更少地激励磁线圈5，使得作用于衔铁盘7上的磁力下降。将磁线圈5的激励减小直至磁力和弹簧力的比例小于一并且衔铁盘7沿闭合方向13加速，其中所述磁力和弹簧力作用于衔铁盘7上。
在没有间隔保持件15的弹簧加载制动器1的实施例的情况下，在开启位置中(基本气隙16)在区域A(正反馈)中开始衔铁盘7的运动，并且由于沿运动方向(闭合方向13)在链接的磁通量17恒定的情况下下降的磁力-气隙特征曲线，衔铁盘7的运动不断加速直至从区域A(正反馈)过渡至区域B(负反馈)。
在具有通过间隔保持件15限制于区域B(负反馈)的行程区域21的弹簧加载制动器1的优选的实施例的情况下，其中在链接的磁通量17恒定的情况下磁力-气隙特征曲线的斜率大于弹簧力-气隙特征曲线19的斜率，在链接的磁通量保持恒定或少量变化的情况下，衔铁盘7由于在链接的磁通量17恒定时磁力-气隙特征曲线沿闭合方向13上升而经受下降的加速力，直至相反于闭合方向13的复位力。这对应于磁力与弹簧力的比例大于一。因此，在衔铁盘7运动期间又在压缩弹簧6的弹簧力和磁线圈5的磁力之间存在负反馈。这也对于没有间隔保持件15的实施例是这种情况，其中在此负反馈仅在从区域A(正反馈)至区域B(负反馈)过渡之后开始。衔铁盘7在行程区域21中的位置或运动或速度能够借助经由链接的磁通量改变磁力来控制。
在(借助于通过产生匹配的感应电压来改变磁线圈5的激励)进一步减小链接的磁通量时，衔铁盘7继续沿闭合方向13的运动。发生这种情况，因为通过与同时变小的弹簧力相比磁力通过减小激励磁线圈5更强地下降。衔铁盘7在链接的磁通量17恒定的情况下在磁力-气隙特征曲线上运动，所述磁力-气隙特征曲线位于弹簧力-气隙特征曲线19之下。衔铁盘7的运动随后由于磁力和弹簧力的比例小于一而加速地继续。
磁力由于在链接的磁通量17恒定时在磁力-气隙特征曲线上沿闭合方向13运动而再次增加，并且磁力与弹簧力的比例再次大于一并且衔铁盘7的运动减速。
在(借助于通过产生匹配的感应电压来改变磁线圈5的激励)进一步减小链接的磁通量时，衔铁盘7再次加速地继续沿闭合方向13的运动。
以该方式，如在图5c中针对沿闭合方向13的运动所示出的那样，衔铁盘7在区域B(负反馈)中沿闭合方向13运动超过至少一个加速和减速周期，通过进一步减小磁通量超过典型的多个加速和减速周期，其中磁力和弹簧力的比例在大于一和小于一之间变化。在这种情况下，衔铁盘7在行程区域21中的运动根据其动态作为加速和减速周期的顺序能够视作为连续的衔铁盘运动。
在本发明的一个实施例中，闭合位置(额定气隙20)处于区域C(正反馈)中。运动在从区域B(负反馈)向区域C(正反馈)过渡时继续。磁力和弹簧力的比例变得小于一并且衔铁盘再次不断加速直至达到额定气隙20。
在优选的实施例中，衔铁盘沿闭合方向13直至额定气隙20的运动在区域B(负反馈)中发生。
衔铁盘7在至少一个加速和制动周期之内运动，并且随后以能调节的速度或在能调节的时间内达到弹簧加载制动器1的额定气隙20。随后，通过减小电压或电流进一步降低磁线圈5的激励，直至磁力和弹簧力的比例接近零，这对应于零电压或无电流。
在闭合电磁释放的弹簧加载制动器1时，在此介绍的方法中得到另一调节可行性。磁力和弹簧力之间的比例能够通过在衔铁盘7在区域B(负反馈)中运动期间改变磁线圈5的激励以能在磁力和弹簧力之间调节的方式来改变。由于能调节地变化链接的磁通量，磁力与弹簧力的比例在大于一、小于一和等于一之间变化。随后，衔铁盘7能够被施加能调节的力。此外，磁力和弹簧力之间的比例由于磁线圈5的激励的变化能够在弹簧加载制动器1的闭合位置中在小于或等于一之间变化，使得为了调节弹簧加载制动器的限定的转矩而施加变化的力。
此外，在图6中示出用于控制弹簧加载制动器1的操作的一种可行的类型。这可以是具有四个由电子操控单元24(例如微控制器)操控的阀25的全桥。根据实施例，可以省略阀V3或者通过短路桥取代阀V4。使用这些阀可以控制出自电压供应装置26的电压，使得能够将各种电流和/或电压曲线应用到制动器中。作为优选的实施方案，可以使用模拟的功率输出级代替全桥。
电子的操控单元24(例如微控制器)经由电流和电压传感器提供施加在制动器处的电压和流动经过制动器的电流。在一个实施例中，电操控单元经由温度传感器θ提供线圈温度，以便检测与温度有关的电阻变化并且在控制器中评估该变化。
在图7中示出弹簧加载制动器1的磁线圈5中的激励的变化类型以在行程区域21中控制衔铁盘7，此外，也示出在激励磁线圈5期间的同时的电流测量值、从电流和电压中计算的感应电压和气隙11的变化。在这种情况下，磁线圈5通过第一电压跃迁到第一电压的方式被激发，例如跃迁到+19V上，并且随后在第二电压跃迁中例如跃迁到+24V的电压上。该电压中间级在磁线圈5中引起正的感应电压，所述感应电压随时间下降，而电流随时间增加。如在气隙11的变化的表示中示出的那样，衔铁盘7沿开启方向12从额定气隙20朝基本气隙16的运动在感应电压的值小的情况下发生，并且能够在电流测量中通过负的电流斜率可见。第二电压跃迁又引起感应电压中的跃迁，所述电压随时间下降并且同时产生增加的电流，其中第二电压跃迁在达到基本气隙16时或在达到基本气隙16之后开始并且在开启位置中产生制动器的磁力储备。
在磁线圈5的激励减小的情况下，借助于电压跃迁将制动器电压设定于例如12V。因此，在磁线圈5中产生负的感应电压，所述感应电压随时间在量值上下降，同时电流也随时间下降。如在气隙11的变化的表示中示出的那样，衔铁盘7从基本气隙16到额定气隙20沿闭合方向13的原本的运动在感应电压的值小的情况下发生，并且在此在电流测量中通过正的电压斜率可见。随此之后，将电压设定于0，使得在达到额定气隙20之后在衔铁盘7上几乎没有磁力作用于磁线圈5上。
在这种情况下，在优选的实施例中，为了控制制动器中的衔铁盘7有利的是：如果感应电压的量值在衔铁盘7运动期间假定为弹簧加载制动器1的静态临界电压的0至1.5倍的范围中的值，使得弹簧力和磁力处于一定力比例中，使得衔铁盘的撞击速度仅足够高，使得对于相应的应用情况实现充分的噪声衰减。
用于变化地激励具有可控的衔铁盘7的电磁制动器1中的磁线圈5的另一运行模式是：启动电压斜坡或电流斜坡或者在磁线圈5处产生合适的恒定的感应电压。另一运行模式是：借助于多个电压跃迁来激励磁线圈5。另一运行模式是电压跃迁到额定电压或过激励电压的常规应用。另一运行模式是：借助于至少一个电压跃迁激励磁线圈5并且随后借助电流或电压斜坡进一步提高磁线圈5的变化的激励。根据弹簧加载制动器1的运行模式，在变化地激励磁线圈5之前确定磁线圈5的欧姆电阻。
在减小磁线圈5的激励时，相应的运行模式是可行的，以便减小磁力并且使衔铁盘7可控地沿闭合方向13运动。
附图标记列表
1 弹簧加载制动器
2 线圈载体
3 线圈载体的内极
4 线圈载体的外极
5 磁线圈
6 压缩弹簧
6a 用于固定的装置
6b 间隔和引导元件
7 衔铁盘
8 衔铁盘的内极
9 衔铁盘的外极
10 固持件
11 气隙
12 开启方向
13 闭合方向
14 用于径向引导的设备
15 间隔保持件
16 基本气隙
17 在磁通量恒定情况下的磁力-气隙特征曲线
17a 在电流恒定的情况下的磁力-气隙特征曲线
18 局部最小值
19 弹簧力-气隙特征曲线
20 额定气隙
21 行程区域
22 行程
23 局部最大值
24 电子操控单元
25 阀
26 电压供应装置
27 运动轨迹
A： 区域(正反馈)
B： 区域(负反馈)
C： 区域(正反馈)
V1 阀1
V2 阀2
V3 阀3
V4 阀4
U 电压
I 电流
θ 温度传感器

Claims (31)

1.一种用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，所述制动器包括线圈载体（2），所述线圈载体具有内极（3）和外极（4）、磁线圈（5）和至少一个另外的施力元件；
-其中所述线圈载体（2）的所述内极（3）和所述外极（4）分别具有：具有变化的梯度的表面；以及
-衔铁盘（7），所述衔铁盘具有内极（8）和外极（9）以及气隙（11），其中所述衔铁盘（7）的所述内极（8）和所述外极（9）的表面分别以互补的方式匹配于所述线圈载体（2）的相应的所述内极（3）和所述外极（4）的表面，以及所述气隙（11）大小变化并形成基本气隙（16）和额定气隙（20）之间的行程区域（21）；
-其中所述磁线圈（5）在激励时产生磁力并且所述施力元件产生相反于所述磁线圈（5）的磁力的第二力，
其特征在于：
所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力的比例在所述衔铁盘（7）在所述行程区域（21）中运动期间由于所述磁线圈（5）的适当激励而在大于一和小于一之间至少变化一次；并且
在所述衔铁盘（7）在所述行程区域（21）中运动期间，所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力之间的比例由于所述磁线圈（5）的适当激励而在大于一、小于一和等于一之间变化，使得将变化的力施加到所述衔铁盘（7）。
2.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，
-在通过所述磁线圈（5）的适当激励开启所述制动器（1）时，产生磁力，使得由所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力构成的比例大于一，并且所述衔铁盘（7）从所述额定气隙（20）沿开启方向（12）加速；
-在所述衔铁盘（7）在所述行程区域（21）中运动期间进一步提高所述磁线圈（5）的激励，并且所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力的比例小于一至少一次，并且将所述衔铁盘（7）至少减速一次，并且以能调节的速度达到所述基本气隙（16）；
-进一步提高所述磁线圈（5）的激励，使得所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力的比例在运动结束之后又大于一；
-在所述制动器（1）闭合时通过变化所述磁线圈（5）的激励减小所述磁力，使得所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力的比例变得小于一并且所述衔铁盘（7）从所述基本气隙（16）沿闭合方向（13）加速；和
-在所述衔铁盘（7）在所述行程区域（21）中运动期间进一步降低所述磁线圈（5）的激励，并且所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力的比例大于一至少一次，并且将所述衔铁盘（7）至少减速一次，并且所述衔铁盘（7）以能调节的速度达到所述额定气隙（20）；
-并且进一步减小所述磁线圈（5）的激励，直至所述磁力和所述施力元件的第二力的比例接近零。
3.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，在制动器（1）闭合时，所述磁线圈（5）的磁力和所述施力元件的第二力之间的比例由于在激励所述磁线圈（5）中的变化而小于一或等于一，使得将用于设定所述制动器（1）的转矩的变化的力施加到所述衔铁盘（7）。
4.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）或所述衔铁盘（7）的表面相对于行程（22）的高度差的比例处于1.0至4.0的范围中,其中所述行程(22)为衔铁盘(7)的拉上的位置和下降的位置之间的气隙差。
5.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，将所述线圈载体（2）和所述衔铁盘（7）之间的间隔保持件（15）安置在所述线圈载体（2）的极表面上和/或安置在所述衔铁盘（7）的所述极表面上，使得缩小所述行程区域（21）。
6.根据权利要求5所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述间隔保持件（15）是由不可磁化的材料构成的板，设置在所述线圈载体（2）的所述极表面和/或所述衔铁盘（7）的极表面上。
7.根据权利要求5所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述间隔保持件（15）是由至少部分不可磁化的材料构成的盘，设置在所述衔铁盘（7）的间隔或引导元件（6b）上。
8.根据权利要求5所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，将所述间隔或引导元件（6b）设置为间隔保持件（15），所述间隔或引导元件（6b）至少部分地由不可磁化的材料构成。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，一个或多个所述间隔保持件（15）由不可磁化的聚合物材料构成并且假定具有简单机械减震器的附加的功能。
10.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，在所述衔铁盘（7）运动期间，感应的电压的量值假定为所述制动器（1）的静态确定的临界电压的0至1.5倍的范围中的值。
11.根据权利要求1或10所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，借助一个多个电压跃迁改变所述磁线圈（5）的激励。
12.根据权利要求1或10所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，借助电压斜坡改变所述磁线圈（5）的激励。
13.根据权利要求1或10所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，借助一个或多个电压跃迁结合电流或电压斜坡改变所述磁线圈（5）的激励。
14.根据权利要求1或10所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，借助电流斜坡改变所述磁线圈（5）的激励。
15.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）的或所述衔铁盘（7）的内极（3，8）和外极（4，9）的表面具有一个或多个阶梯或一个或多个凹槽和凸起。
16.根据权利要求15所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）的或所述衔铁盘（7）的所述一个或多个阶梯或所述一个或多个凹槽和凸起具有平行于开启方向的一个或多个棱边。
17.根据权利要求15所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）的或所述衔铁盘（7）的所述一个或多个阶梯或所述一个或多个凹槽和凸起具有倾斜于开启方向的一个或多个棱边。
18.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）的内极（3）和外极（4）的表面具有一个或多个阶梯或一个或多个凹槽和凸起，并且所述衔铁盘（7）的内极（8）和外极（9）的表面具有一个或多个与其以互补方式匹配的阶梯或凹槽和凸起。
19.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）和所述衔铁盘（7）的表面上的变化的梯度具有与所述制动器（1）的中轴线同心地伸展的圆的形状。
20.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述线圈载体（2）和所述衔铁盘（7）的表面上的变化的梯度以阶梯孔的形式设置在与所述制动器（1）的中轴线同心的节距圆上。
21.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，在所述线圈载体（2）和所述衔铁盘（7）的表面上设置有变化的梯度，并且所述表面的轮廓基本上平行地遵循所述线圈载体（2）的和/或所述衔铁盘（7）的内轮廓或外轮廓。
22.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，在所述线圈载体（2）或所述衔铁盘（7）的表面上设置有变化的梯度，并且所述表面的轮廓基本上平行地遵循所述线圈载体（2）的线圈空间的轮廓。
23.根据权利要求1或4所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，在所述线圈载体（2）或所述衔铁盘（7）的表面上设置有变化的梯度，并且所述表面的轮廓遵循位于所述线圈载体的外轮廓和所述线圈载体的线圈空间之间的任意的几何形状。
24.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述制动器（1）具有所述衔铁盘（7）的用于径向引导的设备（14）。
25.根据权利要求24所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述衔铁盘（7）的用于径向引导的所述设备（14）是无间隙的弹簧板。
26.根据权利要求24所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述衔铁盘（7）的用于径向引导的所述设备（14）具有一个或多个引导套筒。
27.根据权利要求24所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述衔铁盘（7）的用于径向引导的所述设备（14）通过圆柱销进行，所述圆柱销接合在所述衔铁盘（7）处。
28.根据权利要求24所述的用于控制电磁释放的制动器（1）的方法，其特征在于，所述衔铁盘（7）的用于径向引导的所述设备（14）具有螺纹销，所述螺纹销具有作用于所述衔铁盘（7）上的球。
29.根据权利要求24所述的用于控制电磁释放的制动器的方法，其特征在于，所述衔铁盘的用于径向引导的所述设备（14）由球构成，所述球设置在线圈载体（2）和衔铁盘（7）之间。
30.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器的方法，其特征在于，至少一个另外的所述施力元件是至少一个处于所述线圈载体（2）上的压缩弹簧（6），并且所述第二力是弹簧力，所述弹簧力相反于所述磁线圈（5）的磁力。
31.根据权利要求1所述的用于控制电磁释放的制动器的方法，其特征在于，至少一个另外的所述施力元件是复位弹簧，并且所述第二力是弹簧力，所述弹簧力相反于从永磁体和磁线圈中得出的磁力。
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