CN113330671B - 驱动系统和用于运行具有可电磁致动的制动器的驱动系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动系统和用于运行驱动系统的方法，该系统具有可电磁致动的制动器、电机(M)和电子电路，制动器具有可通电的线圈(L)、特别是制动线圈，电子电路具有整流器(1)、可控上半导体开关(T1)、续流二极管(D1)和变阻器(V1)，借助于闭合或脉宽调制地驱控可控上半导体开关(T1)，可为线圈(L)提供由整流器(1)提供的直流电压(UZ+，UZ‑)，而借助于断开可控上半导体开关(T1)，在线圈(L)去激励时由线圈驱动的电流自由经过和/或流过续流二极管(D1)和变阻器(V1)或与变阻器(V1)并联的元器件(T2)。

Description

驱动系统和用于运行具有可电磁致动的制动器的驱动系统的 方法

技术领域

本发明涉及一种驱动系统和用于运行驱动系统的方法。

背景技术

众所周知，以直流电流驱控可电磁致动的制动器的制动线圈，以释放制动器或使制动器接合。

发明内容

因此本发明的目的是，实现制动器的高效运行方式。

根据本发明，该目的在根据下述特征所述的驱动系统和方法中实现。

驱动系统的重要特征是，它具有可电磁致动的制动器、电机(尤其是三相交流电机)和电子电路，

其中制动器具有可通电的线圈，尤其是制动线圈，

其中电子电路具有整流器、可控上半导体开关、续流二极管和变阻器/压敏电阻，

其中借助于闭合或脉宽调制地驱控/驱动可控上半导体开关，可为线圈提供由整流器提供的直流电压，

借助于断开可控上半导体开关，在线圈去激励时由线圈驱动的电流流过和/或自由经过续流二极管和变阻器或与变阻器并联的元器件。

在此优点是，可以有效地运行制动器。这是因为，由于通过上半导体开关控制的功率馈入，可以在规定的条件下监视制动器的磨损，因为最初可以将提供给制动器的电压控制在一个电压值上。此外，通过使用变阻器、即在低电压下首先电阻高并且然后在高电压下电阻变低的构件，制动器可以被快速去激励。此外，还存在有与变阻器并联的元器件，该元器件可以实现为半导体开关，并因此在还更低的电阻范围内是可控的。借助于闭合该半导体开关，变阻器可基本短路。

在有利的设计方案中，线圈与分流电阻和可控上半导体开关形成由直流电压供电的串联电路。在此优点是，可以以简单的方式检测电流。此外，分流电阻可以布置在零电位，从而控制电子设备也可以布置在零电位，并因此在分流电阻和控制电子设备之间不需要电流隔离。

在有利的设计方案中，续流二极管与变阻器形成串联电路，该串联电路与由线圈和分流电阻形成的串联电路并联。在此优点是，在去激励时自由移动的电流通过二极管和变阻器传导。因此，电流只有在去激励时能在这条路径上传导，而在线圈通电时则不能。

在有利的设计方案中，该元器件是可控下半导体开关，

特别是其中，当可控下半导体开关闭合时，由线圈在线圈去激励时驱动的电流完全或基本上流过下半导体开关，特别是即变阻器保持高电阻。在此优点是，线圈可以快速去激励。

在有利的设计方案中，续流二极管以第一端子连接到直流电压的较低电位。在此优点是，下半导体开关受到续流二极管的保护。此外，在相应半导体开关的集电极和发射极之间还布置了另一个续流二极管，从而避免在半导体开关接通时产生高电压。

在有利的设计方案中，分流电阻以第一端子既连接到下半导体开关又连接到上半导体开关。在此优点是，分流电阻连接到零电位，因此控制电子设备和分流电阻之间不需要电流去耦。

在有利的设计方案中，控制电子设备产生用于上半导体开关的驱控信号/控制信号和用于下半导体开关的驱控信号，并检测直流电压和分流电阻两端的电压降、特别是作为流过线圈的电流，

特别是其中，借助于特别是由两个电阻形成的分压器分压地检测直流电压的较高电位与零电位之间的电压。在此优点是，控制电子设备控制制动器的运行。当线圈通电或去激励时，相应的半导体开关被致动。特别是也可以进行上半导体开关的脉宽调制的驱控。此外，只有在在驱动系统启动时输入了相应的快速去激励参数时，才驱控下半导体开关。

在有利的设计方案中，控制电子设备具有第一调节器，该第一调节器将在线圈处直接检测或分压检测到的电压朝向一电压值、特别是理论值调节，其方式为：第一调节器具有上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比作为调节变量。在此优点是，电压值在第一时间段内保持恒定，从而在该时间段期间可以在确定的边界条件下进行制动器的诊断。在此可以监视电流变化曲线，并因此可以检测到由衔铁片的松动引起的、并且因此由相关联的电感变化引起的、电流变化曲线的拐点。相关的电流值可用作后续调节的初始值。

在替代的有利设计方案中，控制电子设备给线圈提供一电压值，其方式为：根据分压检测的电压、特别是在整流器直流电压的较高电位与零电位之间的电压，来确定上半导体开关的驱控信号的脉宽调制比，即特别是控制所述电压。在此优点是，以受控方式提供所述电压值。在此，制动器的有效运行成为可能，因为可以确定制动衬片/制动块的磨损并相应地运行制动器。

在有利的设计方案中，控制电子设备具有第二调节器，该第二调节器将借助于分流电阻检测的电流朝向理论电流调节，其方式是：第二调节器具有上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比作为调节变量。在此优点是，可以进行电流受调节的运行，从而实现节能和进而高效的连续运行。

在有利的设计方案中，控制电子设备具有切换装置，切换装置或者激活第一调节器或者激活第二调节器，并且特别是分别停用另一个。在此优点是，一方面可以诊断制动衬片的状况，另一方面可以实现高效的连续运行。

在有利的设计方案中，控制电子设备具有用于确定制动器的制动衬片支架的制动衬片的磨损的装置，被检测电流的借助于分流电阻检测到的变化曲线被馈送到该装置，并且该装置具有用于确定变化曲线中的拐点和拐点处的电流值的器件。在此优点是，可以简单可靠地、即高效地确定制动衬片的磨损。

在有利的设计方案中，分流电阻的一个端子电连接到零电位，

特别是其中，控制电子设备由其较低电位是零电位的电源电压供电，

特别是使得分流电阻两端的电压降直接、即特别是无电流隔离地被馈送到控制电子设备，以用于检测特别是流过线圈的电流。在此优点是，可以节省电流去耦。

用于运行驱动系统的方法的重要特征是，驱动系统具有可电磁致动的制动器，该制动器具有线圈，

其中在第一方法步骤中，将施加在线圈上的电压朝向一电压值控制，

特别是其方式为：根据分压检测的电压、特别是在整流器提供的直流电压的较高电位与零电位之间的电压，来确定馈送到上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比，从而使施加在线圈上的电压达到该电压值，

在第一方法步骤之后的第二方法步骤中，特别是借助于分流电阻，检测流过线圈的电流，并将流过线圈的电流朝向理论值调节，特别是其方式为：确定馈送到上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比，从而使流过线圈的电流被朝向理论值调节。

在此优点是，首先以受控方式提供线圈的电压值，因此为线圈提供规定的电压，从而可以精确确定电流变化曲线，并且因此可以精确确定拐点。

在有利的设计方案中，在第一方法步骤之前对于一段时期(T1)给线圈提供由整流器提供的电压。在此优点是，线圈电流可以在开始时尽可能快地建立起来。

在有利的设计方案中，在第一方法步骤期间检测流过线圈的电流的变化曲线，并且确定流过线圈的电流的时间变化曲线的拐点或断点处的电流值。在此优点是，很容易确定衔铁片抬起时电流变化曲线的拐点。

在有利的设计方案中，借助于分流电阻检测电流，该分流电阻布置在与驱动系统的执行控制或调节的信号电子设备相同的电位、特别是零电位上。在此优点是，可以节省电流隔离。

本发明不局限于上述特征组合。对于本领域技术人员而言，尤其是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到上述特征组合和/或单项上述特征和/或以下说明的特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

下面根据示意性附图详述本发明：

图1示出驱动系统的根据本发明的制动驱控装置的示意性电路图。

具体实施方式

如在附图中所示的，驱动系统具有电机M和可电磁致动的制动器，其中制动器产生的制动力矩被馈送到电机的转子上。

制动器具有电感为L的线圈，该线圈在通电时克服弹簧元件产生的弹力吸引衔铁片，从而使与转子以不能相对转动但可轴向移动的方式连接的制动衬片支架可以与制动表面分离。制动表面与线圈固定连接，衔铁片以不能相对转动但可轴向移动的方式与线圈连接。当线圈未通电时，衔铁片被弹簧元件压靠在制动衬片支架上，该制动衬片支架因此被压到制动表面上。在此，制动表面布置在制动衬片支架的背离衔铁片的一侧上。

为了释放制动器，线圈必须通电，为了使制动器接合，线圈必须断电，即去激励。去激励速度越快，即流过线圈的电流消失得越快，制动器越快地接合。

制动驱控装置具有整流器1，它由三相电压网络的两相(L1、L2)供电。

整流器1因此在其直流电压侧端子处提供直流电压，该直流电压可以被称为中间电路电压，并且具有较高电位Uz+和较低电位Uz-。由该直流电压给串联电路供电，该串联电路具有上半导体开关T1、下半导体开关T2和二极管D1。

在直流电压的较高电位Uz+与电气接地、即零电位之间为上半导体开关T1供电。

下半导体开关T2和二极管D1串联布置，其中，在直流电压的较低电位Uz-与电气接地、即零电位之间为该串联电路供电。

线圈的电感L由存在于直流电压的较低电位Uz-与电气接地、即零电位之间的电压供电，其中，分流电阻Rs布置在电感L的馈电线中，分流电阻以其第一端子连接到电气接地、特别是零电位，并以另一端子与电感L连接。

两个半导体开关(T1、T2)中的每一个分别与续流二极管并联。

实现为信号电子设备的控制电子设备2生成用于两个半导体开关T1和T2的驱控信号(3、6)。

由第一电阻R1和第二电阻R2组成的串联电路形成分压器，向控制电子设备2提供经由分压器分压的电压，该被分压的电压存在于较高电位Uz+与电气接地之间。检测被分压的电压。

控制电子设备2为上半导体开关T1产生如下脉宽调制的驱控信号3，即，使得上半导体开关为给线圈通电而提供的电压值小于较高电位Uz+和电气接地之间的电压的大小。

该电压值例如为200伏，与由整流器实际提供的直流电压无关。因此可以在不同的三相网络中实现宽电压运行。但是，电压值始终保持相同。以这种方式使得可以在启动释放过程时诊断制动器。这是因为，在接通制动器后，即提供电压值后，监视借助于分流电阻检测到的电流的变化曲线。一旦衔铁片开始移动，该变化曲线就会出现拐点或短暂的扰动，因为线圈的电感发生了变化。

由于可以非常精确地给定电压值，因此可以尽可能精确地确定所述变化曲线、特别是拐点的电流值，并由此确定衔铁片要跨越的气隙值，气隙值是制动衬片支架的制动衬片磨损的度量。

因此，尽可能精确地生成电压值对于尽可能精确地确定磨损非常重要。

变阻器V1与下半导体开关T2并联。如果上半导体开关T1断开以去激励，则线圈电流将自由经过变阻器V1。线圈产生的磁场因此降低，并且弹簧元件将衔铁片压到制动衬片支架上，使得制动衬片支架压靠在制动表面上。

然而，如果给定了线圈更快去激励，则控制电子设备以如下方式驱控下半导体开关T2，即，使得下半导体开关闭合和进而线圈电流流过晶体管并因此磁场减小。

即，如果上半导体开关T1断开，则下半导体开关T2可以保持断开以使线圈去激励，或者替代地可以闭合以加快去激励。

由于分流电阻Rs以其第一端子连接到接地电位，因此控制电子设备2能够在没有电流隔离的情况下检测分流电阻两端的电压降，以便因此确定流过线圈的电流。

如上所述，为了释放线圈，上半导体开关T1闭合，其中在任何情况下都事先断开下半导体开关T2。

在第一时间段中，分压检测的电压然后由控制电子设备2检测，确定脉宽调制比，并且相应地调制的驱控信号被馈送到上半导体开关T1。因此可以非常精确地控制所述电压值。即，如果整流器提供可变电压或较高的直流电压，则借助于分别适配的脉宽调制比以受控方式提供所述电压值。

在第一时间段之后的第二时间段中进行电流调节。在此通过再次将脉宽调制比用作调节值和进而提供线圈的相应电压，借助于线性调节器、尤其是PI调节器将借助于分流电阻Rs检测到的电流朝向理论值调节。

在第一时间段期间，执行所述诊断，即监视电流变化曲线，以及在电流变化曲线的拐点处、即衔铁片抬起时的电流强度，从而可以确定制动器的磨损。

在根据本发明的其他实施例中，在释放时在所描述的第一时间段之前上半导体开关T1首先持久闭合、即不中断地闭合一段时期。因此，尽可能高的可用电压是有效的，以便使电流尽可能陡峭地上升。该时期选择成短得无法达到电流变化曲线的拐点。然后对于第一时间段，借助于所描述的电压控制来提供电压值，然后在第二时间段中再次执行电流调节。

附图标记列表：

1 整流器

2 控制电子设备

3上半导体开关的驱控信号

4 被分压的中间电路电压

5 分流电阻处的电压

6上半导体开关的驱控信号

Rs 分流电阻

R1 第一电阻

R2 第二电阻

T1 上半导体开关

T2 下半导体开关

D1 二极管

V1 变阻器

L 制动线圈的电感

Uz+中间电路电压的较高电位

Uz-中间电路电压的较低电位

M电机。

Claims (25)

1.一种驱动系统，包括可电磁致动的制动器、电机以及电子电路，所述制动器具有可通电的线圈，

其特征在于，所述电子电路具有整流器、可控上半导体开关、续流二极管和变阻器，借助于闭合或脉宽调制地驱控可控上半导体开关，能为线圈提供由整流器提供的直流电压，而借助于断开可控上半导体开关，在线圈去激励时由线圈驱动的电流流过或自由经过续流二极管和变阻器或与所述变阻器并联的元器件，

所述续流二极管与变阻器形成的串联电路与由所述线圈和分流电阻形成的串联电路并联。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述电机是三相交流电机。

3.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述线圈是制动线圈。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述线圈与分流电阻和可控上半导体开关形成由所述直流电压供电的串联电路。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述元器件是可控下半导体开关。

6.根据权利要求5所述的驱动系统，其特征在于，当可控下半导体开关闭合时，在线圈去激励时由线圈驱动的电流完全或基本上流过下半导体开关，而所述变阻器保持高电阻。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述续流二极管以第一端子连接所述直流电压的较低电位。

8.根据权利要求5所述的驱动系统，其特征在于，所述分流电阻以第一端子既连接到下半导体开关也连接到上半导体开关。

9.根据权利要求5所述的驱动系统，其特征在于，控制电子设备产生用于上半导体开关的驱控信号和用于下半导体开关的驱控信号，并且检测直流电压和所述分流电阻两端的电压降，作为流经所述线圈的电流。

10.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，借助于分压器对直流电压的较高电位与零电位之间的电压进行分压检测。

11.根据权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，分压器由两个电阻形成。

12.根据权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，所述控制电子设备具有第一调节器，该第一调节器通过具有上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比作为调节变量，而将在线圈处直接检测到或分压检测到的电压向一电压值调节。

13.根据权利要求12所述的驱动系统，其特征在于，所述电压值是理论值。

14.根据权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，

控制电子设备通过根据分压检测到的电压来确定上半导体开关的驱控信号的脉宽调制比，即控制该分压检测到的电压，而为线圈提供一电压值。

15.根据权利要求12所述的驱动系统，其特征在于，所述控制电子设备具有第二调节器，该第二调节器通过具有上半导体开关的脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比作为调节变量，而将借助于所述分流电阻检测到的电流向理论电流调节。

16.根据权利要求15所述的驱动系统，其特征在于，所述控制电子设备具有切换装置，该切换装置或者激活第一调节器，或者激活第二调节器，并且分别停用另一调节器。

17.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，所述控制电子设备具有用于对所述制动器的制动衬片支架的制动衬片的磨损进行确定的装置，被检测电流的借助于分流电阻检测到的变化曲线被馈入该装置，所述装置具有用于确定变化曲线中的拐点和拐点处的电流值的器件。

18.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，所述分流电阻的一端子与零电位电连接。

19.根据权利要求18所述的驱动系统，其特征在于，所述控制电子设备由其较低电位是所述零电位的电源电压供电，使得分流电阻两端的电压降直接地、即在没有电流隔离的情况下被馈送给所述控制电子设备，以用于检测流过线圈的电流。

20.一种用于运行根据权利要求1至19中任一项所述的驱动系统的方法，所述驱动系统具有可电磁致动的制动器，该制动器具有线圈，其特征在于，在第一方法步骤中，将线圈上的电压朝向一电压值控制，其方式为：根据分压检测到的电压确定被馈送给上半导体开关的、脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比，从而使线圈上的电压达到所述电压值，

在第一方法步骤之后的第二方法步骤中，借助于分流电阻，检测流过线圈的电流，并且将流过线圈的电流朝向理论值调节，其方式为：确定被馈送给上半导体开关的、脉宽调制的驱控信号的脉宽调制比，从而使流过线圈的电流被朝向理论值调节。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述分压检测到的电压在由整流器提供的直流电压的较高电位与零电位之间。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤之前，对于一段时期(T1)，为线圈提供由整流器提供的电压。

23.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤期间检测流过线圈的电流的变化曲线，并且确定在流过线圈的电流的时间变化曲线的拐点或断点处的电流值。

24.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述分流电阻布置在与驱动系统的执行控制或调节的信号电子设备相同的电位上。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述电位是零电位。