CN1871172A - 升降机制动器和制动器控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于控制机电升降机制动器的控制电路，所述控制电路包括至少一个制动器线圈(L1)、直流电压电源(BR1)、半导体开关布置和用于控制该电路的控制单元(CO1)，而且该电路还包括产生电流数据的电流测量单元(IM1)，该电流数据可以传递给控制单元(CO1)。该电路包括至少两个半导体开关(SW1，SW2)，而且这些开关可以由控制单元(CO1)以可以基于通过电流测量获得的反馈数据而对每个开关在轮到其操作时检查其工作状况的交替方式控制。
Description
本发明涉及如权利要求1的前序部分所定义的、用于控制机电升降机制动器的电路，并且涉及如权利要求12的前序部分所定义的机电升降机制动器。
升降机的机电制动器的操作是这样的，当制动器线圈没有电流时，因为由例如弹簧的机械压力装置所生成的力使制动片压在制动表面上，所以制动器保持闭合。当将足够的电流传导至制动器线圈时，因此而建立的磁场所产生的力在与从压力单元传送到制动片的力相反的方向上起作用，并且松开制动器，以允许牵引滑轮的旋转和升降机的运动。松开制动器所需要的制动器线圈电流，即所谓的操作电流，大于在制动器已经松开了之后保持该制动器处于松开状态所需要的保持电流。该制动器被认为是当松开时处于通电状态，而且相对应地当闭合该制动器时处于断电状态。为了操作安全，必须具有在必要时使制动器进入断电状态的可能性，这可以通过中断到制动器线圈的电流供应来可靠地实现。
为了控制到机电升降机制动器的电供应，通常使用连接到控制该制动器的直流电路的接触器。例如借助于整流器，从交流电路中获得直流电压。因为接触器在直流侧工作，所以它必须是相对大的。此外，接触器是随着时间而磨损的机械元件。为了确保直流电路中的接触器故障不会导致危险的情况，该制动器另外由连接到交流侧的接触器所控制，然而这是相对缓慢的过程。现有技术的制动器以这样的方式工作，即当升降机停止时，升降机驱动器的控制单元控制在直流侧的开关，以便使该制动器开始制动，于是控制单元从升降机电机中除去转动力矩。在那之后，打开在交流侧的接触器。如果直流侧的控制未工作或者开关已经损坏了，则升降机在停止时将弹跳(bound)，这涉及安全性的风险并且给升降机乘客一种不便的感觉。此外，升降机驱动器的控制系统不接收有关制动器控制的反馈信息。
在某些现有技术的升降机制动器控制电路中，直流电路中的接触器由诸如晶体管之类的受控半导体开关替代。在JP 2001278554的说明书中公开了这种类型用于控制电磁制动器的控制电路。它描述了一种控制电路，该控制电路包括直流电路，该直流电路包括制动器线圈、与之串联的电流测量电路以及控制该制动器线圈的晶体管。直流电路经由整流器从交流网络接收电压。在这个说明书中，通过将制动器线圈电流与参考值进行比较并且使用如此获得的比较值控制晶体管，来控制制动器。这个布置被设计成减少制动系统的噪声、损耗和成本。根据所谈及的说明书的制动器系统的缺陷是该制动器电路仅仅包括一个晶体管，这意指晶体管的故障会涉及安全性的风险。此外，不能检查晶体管的工作状况。
本发明的目的是克服现有技术的缺点，并且创建比先前的制动器更可靠的升降机制动器以及新型的升降机制动器控制电路，其中将检测到开关的可能故障并且借此即使在开关发生故障的情况下也可以可靠地闭合制动器。
该控制电路的特征在于由权利要求1的特征部分所公开的内容。本发明的制动器的特征在于由权利要求12的特征部分所公开的内容。本发明的其它实施例的特征在于由其它权利要求所公开的内容。本发明的实施例还存在于本申请的说明书部分和附图中。在说明书中公开的创造性内容还可以以除了下面的权利要求中的方式之外的其它方式限定。该创造性内容还可以包括几个单独的发明，特别是如果鉴于显式或者隐式的子任务或者相对于所实现的优点或者优点集合来考虑本发明时。在这种情况下，从各个发明构思的观点上看，包括在以下权利要求中的一些属性可能是多余的。本发明不同实施例的特征可以在基本发明构思的范围内结合其它实施例应用。
本发明的机电升降机制动器至少包括：制动器线圈；压力元件；由压力元件压向制动面的制动片，所述制动片可因制动器线圈中流动的电流所生成的磁场产生的力效应而移动；以及制动器控制电路，用于控制提供给制动器线圈的电流。就它的机械结构而言，制动器可能例如类似于说明书EP1294632中所公开的制动器。制动器控制电路包括两个连接到直流电压电路的半导体开关，而且该制动器线圈电流可以由连接到直流电压电路的单个起作用的半导体开关完全切断而与另一个开关的操作状态无关。
本发明用于控制机电升降机制动器的控制电路包括至少一个制动器线圈、直流电源、半导体开关布置和控制单元，以及产生电流数据的电流测量单元，可以将该电流数据输入到控制单元中。所使用的半导体开关的数目至少为两个，而且它们由升降机驱动控制单元通过测量直流电路中流动的电流并且监控半导体开关的操作来控制。每个制动器线圈的电流由两个半导体开关控制。开关可以由控制单元以可以通过利用通过电流测量而获得的反馈数据而对每个开关在轮到其操作时检查其工作状态的方式交替控制。可以与直流电路中的半导体开关的故障无关地、可靠地使制动器断电。通过利用从电路收集的测量数据连续地确定制动器的当前状态。
还可以基于从经由整流器向直流电路供电的交流电路中测量的电流来控制制动器控制电路中的半导体开关并监控它们的状态，并且为了允许对制动器线圈状态的更精确确定，如有必要，有可能分别向控制单元提供有关制动器线圈的电压的信息或者流过该制动器线圈的电流的信息。半导体开关还可以通过电压供应而控制，例如使得当安全电路中断时打开这些开关。因此，半导体开关的操作既可以经由电流测量来控制又可以经由电压供应来控制。每个制动器线圈使用两个半导体开关使得在半导体开关发生故障的情况下有可能确保电路的操作，因此在本发明的控制电路中，在控制制动器的一个半导体开关已经损坏了之后，借助于连接到直流电路的另一个半导体开关可以完全中断到每个制动器线圈的电流供应。
本发明的控制电路的特征细节呈现在下面的权利要求中。
除了上述之外，本发明提供了以下的优点：
-控制电路是不耗损、简单并且可靠的电路，而且由于半导体开关的使用，它比使用接触器实现的控制电路更安静。
-可以非常迅速地检测控制电路的半导体开关的故障，所以制动器及其控制电路的使用是可靠且安全的。
-使用从电流测量中获得的信息，有可能监控开关的操作、监控制动器的操作以及控制开关的操作。
-与基于电压数据相比，基于电流测量数据可以更可靠地确定制动器的状态以及更可靠地调整制动器，这是因为制动器线圈的阻抗随温度而改变。
-可以使用两个不同的速度实现制动器的闭合。
-控制电路可以与现有的控制电路兼容。
-同一个控制电路可用于控制几个制动器。
下面，将参考示例和附图更详细地描述本发明。
图1给出了根据本发明用于控制升降机的制动器的制动器控制电路；
图2给出了根据本发明用于控制升降机的制动器的第二制动器控制电路；
图3给出了根据本发明用于控制升降机的制动器的第三制动器控制电路；
图4给出了根据本发明的控制电路，其中同一个电路用于同时控制两个制动器。
图1表示升降机制动器控制电路，其包括直流电路，该直流电路包括：制动器线圈L1；连接到交流网络AC1的整流器电桥BR1，该交流网络AC1可以是例如230V安全电路；以及如IGBT的半导体开关SW1和SW2，它们每个都由升降机驱动控制单元CO1经由单独的通道CH1和CH2进行控制。此外，该直流电路包括续流二极管(flywheel diode)D1和D2，当仅仅一个半导体开关处于导通状态时，由制动器线圈电感馈送的电流通过这些续流二级管流动。此外，该电路包括电阻R1和二极管D3的串联连接，该串联连接与制动器线圈L1并联连接，而且在制动的情况下由线圈L1的大电感生成的电流可以通过它们。
此外，该电路包括：产生输入到驱动控制单元的电流数据的直流测量单元IM1，以及连接到整流器的调压器VREG1、和电压测量单元VM1，所述电压测量单元VM1产生还可以用于控制半导体开关的电压数据。
图1所示的电路如下所述工作：当开关SW1和SW2打开时，没有电流流入直流电路，而且制动器是闭合的。这可以经由电流测量IM1验证。当要打开制动器时，闭合开关SW1和SW2。在本发明的电路中，当一个开关打开时，从直流电源BR1到制动器线圈的电流供应完全中断，因此，在松开制动器之前，可以通过交替地闭合开关片刻并且经由电流测量单元确定没有电流流入电路来验证开关的操作状态。如果电流测量单元在一个开关(例如，SW1)已经闭合之后检测到电流，则另一个开关(SW2)已经损坏了，并且可以拒绝允许升降机启动。
在已经松开了制动器之后，通过向线圈提供保持电流而使它保持在通电状态。通过交替地断开开关来由开关SW1和SW2控制馈送给线圈的电流，以便当一个开关处于非导电状态时，电流经由续流二极管D1或者D2流动。使用该电流测量数据来确定供给制动器线圈的电流实际值以及验证开关是否依据控制而工作，其中可以基于提供给制动器线圈的电流实际值确定制动器的当前状态。因此，开关的状态监视是个连续的过程，而且可以基于当制动器处于松开状态以及制动器处于闭合状态时的电流测量数据，检查开关的操作条件。
当要停止升降机时，要么通过快速控制例程要么通过较缓慢的控制例程闭合制动器，其中快速控制例程通过同时打开开关SW1和SW2，而导致存储在线圈电感中的能量在电阻R3中耗尽并导致制动器线圈电流快速地降低；较缓慢的控制例程导致制动器线圈电流较缓慢地下降。在这种情况下，打开了第一个开关，例如开关SW1，结果是存储在线圈电感中的能量使电流通过路线L1-SW2-D2-IM1-L1流动。接下来，也断开了开关SW2，于是电流通过路线L1-R1-D3-L1流动。通过使用缓慢的控制例程，与使用快速控制例程时相比，可以将制动器的机械噪声减少到较低的水平。经由电流测量再次确定电流的中断。此后，可以由控制单元CO1从电机中除去转动力矩。
除了使用经由通道CH1和CH2传送的控制命令之外，还可以由电压测量单元VM1产生的供应来控制开关SW1和SW2。电压控制可以例如以这样的方式工作，其中每当例如由于电力供应的扰动或者安全电路的中断而使电压达到过低值时，打开这些开关。
作为选择，可以以这样的方式使用该电路，其中通过借助于调压器VREG1将供电电压设置为与制动器的期望状态相对应的值，来调整要送给制动器线圈的电流。现在可以结合制动器的闭合和松开轮流测试开关的工作状况。例如，当要停止升降机时，在已经打开了第一个开关，例如SW1之后，电流测量IM1指示电流开始降低。当开关SW2也打开时电流完全中断。在以下的制动情况下，再一次地，首先向开关SW2发送控制信号，然后才向开关SW1发送控制信号，换言之，在每个连续的控制周期期间，可以通过使用电流反馈数据交替地测试每个开关的功能。同样，在这种情况下，可以以两个不同的速度执行制动：在正常情况下以低速执行，其产生低的机械噪声；而在发生故障的情况下以高速执行。开关可以由缓慢停止过程正常控制，但是如果在交流侧的安全电路打开了，在该情况下没有从电压测量单元接收到电压数据，则通过快速过程执行制动。
如果一个半导体开关发生故障，则电路将正常地工作以便可以完全中断制动器线圈电流，但是因为一个开关脱离了，所以略去了当由两个开关切断电流时所产生的负电压脉冲。
图2给出了在仅仅一个通道CH11直通电驱动控制单元的情况下可以使用的控制电路。如果仅仅一个通道CH11直通电驱动控制单元(图2)，则可以通过在分离的制动控制器B01中两个不同的控制电路CH21和CH22之间划分控制功能来实现对开关SW1和SW2的控制。控制电路以与图1所示的电路相同的原理工作。
图3给出了根据本发明的控制电路，其中交流网络AC1、整流器电桥、半导体开关SW1和SW2、具有控制通道CH1和CH2的控制单元CO1、续流二极管D1和D2、电阻R1和二极管D3以及制动器线圈L1如同图1和2中那样布置。电流测量单元IM2位于交流电压网络侧上，因此它测量为直流电路供电的交流电路电流。电流测量单元还可以与图1-3中所说明的方式不同的方式位于电路中，而且该电路可以具有超过一个电流测量点。此外，可以从该电路中测量各种电压。图3示出了作为电流测量点的替换位置示例的两个点P1和P2。如果电流测量单元位于点P2处，则即使电流由存储在线圈电感中的能量生成而且该电流流过电阻R1和二极管D3，电流测量单元也测量流过制动器线圈的电流。此外，图3示出了被布置为测量制动器线圈两端电压的电压测量单元VM2。由该单元产生的电压数据可以传给控制单元，并且还可以用作确定在每个瞬间制动器线圈的主要状态的基础。图3另外示出了安全电路SC1，其可以组成向整流器电桥供电的交流网络AC1的一部分。对开关SW1和SW2的控制可以布置为使得安全电路的中断将导致开关的打开。
图4给出了根据本发明用于同时控制两个制动器的控制电路。该电路包括一分支，该分支包括：第二制动器线圈L2；阻抗R2和二极管D5的串联连接，该串联连接与第二制动器线圈L2并联连接；以及开关SW3，所述分支与包括制动器线圈L1、阻抗R1、二极管D3和开关SW2的电路部分并联连接。当开关SW3打开时，续流二极管D4从线圈L2和开关SW3之间的点提供用于由线圈L2的电感所提供的电流的流动路径，其对应于由二极管D1为线圈L1的电流提供的流动路径。在图4的电路中，以这样的方式布置了电流的测量，其中电流测量单元IM1测量流过两个制动器线圈的电流。如果要分别监控制动器的状态，则有可能为每个制动器提供单独的电流测量单元，电流数据可以从这些单元流向控制单元。这些测量单元可以位于例如点P3和P4处。电阻R1和R2可以具有要么相等要么不等的阻抗值，而且在后者的情况下，在快速停止过程中，一个制动器将较快工作，而另一个则较慢。
图4给出的电路可以以这样的方式使用，其中制动器线圈的电流仅仅由开关SW1和SW3控制，在这样的情况下，可以与另一个制动器的控制无关地独立控制每个制动器。连续地监控开关SW2和SW3的状态，并且当两个制动器都处于闭合状态时监控开关SW1的状态。如果还将图中虚线所示的二极管D2添加到该电路中，则制动器线圈L1的电流可以由开关SW1和SW2控制，而制动器线圈L2的电流可以由开关SW1和SW3控制。因此，以如下的方式交替地控制全部三个开关，其中在制动器处于通电状态时以及当制动器处于不通电状态时，都可以经由电流测量IM1检查每个开关的工作状态。此外，可以彼此独立地选择制动器的状态，但是在开关的控制中，两个制动器的状态都考虑。例如当一个开关损坏了时，必要时，可以借助于控制一个线圈的电流的另一个开关完全中断到每个制动器线圈的电流供应。
对于本领域的技术人员来说显然：本发明的不同实施例不局限于上面作为示例描述的实施例，而是在所附权利要求所限定的发明构思的范围之内，本发明的许多变化和应用都是可能的。
Claims (12)
1、一种用于控制机电升降机制动器的控制电路，所述控制电路包括至少一个制动器线圈(L1)、直流电压电源(BR1)、半导体开关布置和控制单元(CO1)，而且该电路还包括产生电流数据的电流测量单元(IM1)，所述电流数据可以传递给控制单元(CO1)，该控制电路的特征在于：该电路包括至少两个半导体开关(SW1、SW2)，而且这些开关可以由控制单元(CO1)以可以基于通过电流测量获得的反馈数据而对每个开关在轮到其操作时检查其工作状况的交替方式控制。
2、如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：可以通过连接到直流电路的一个半导体开关完全中断到制动器线圈的电流供应。
3、如权利要求1或者2所述的控制电路，其特征在于：可以由电流测量单元测量流过制动器线圈的电流。
4、如权利要求1-3中任何一项所述的控制电路，其特征在于：直流电压电源(BR1)是整流器电桥，而且可以由电流测量单元测量向直流电压电桥供电的交流网络中的电流。
5、如权利要求1-4中任何一项所述的控制电路，其特征在于：在制动器处于松开状态时和在制动器处于闭合状态时，都可以基于电流测量数据监控半导体开关的工作状况。
6、如权利要求1-5中任何一项所述的控制电路，其特征在于：该电路包括电压测量单元(VM2)，其与制动器线圈并联布置，并且产生可以传递给控制单元(CO1)的数据。
7、如权利要求1-6中任何一项所述的控制电路，其特征在于：基于从该电路获得的测量数据连续地确定制动器的状态。
8、如权利要求1-7中任何一项所述的控制电路，其特征在于：半导体开关被布置为当升降机的安全电路中断时打开。
9、如权利要求1-8中任何一项所述的控制电路，其特征在于：该电路具有电压测量单元(VM1)，该电压测量单元产生还可以用于控制半导体开关的电压数据。
10、如权利要求1-9中任何一项所述的控制电路，其特征在于：可以以两种不同的速度闭合制动器。
11、如权利要求1-10中任何一项所述的控制电路，其特征在于：控制电路包括与之连接的续流二极管(D1、D2)。
12、一种机电升降机制动器，包括：至少一个制动器线圈；压力元件；由所述压力元件压向制动面的制动片，所述制动片可因制动器线圈中流动的电流建立的磁场的力效应的作用而移动；以及制动器控制电路，该机电升降机制动器的特征在于：提供给制动器线圈的电流可以由具有直流电路的控制电路控制，至少有两个半导体开关与该直流电路相连，而且制动器线圈电流可以由控制它的一个半导体开关完全中断。
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