CN202076975U - 一种直流电机断电刹车装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流电机断电刹车装置，包括继电器供电电路、直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路，所述继电器供电电路的继电器的常闭触点和动触点连接所述直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路的直流电机的两端，其特征在于，还包括直流电机换向电路和感应电动势隔离电路，所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路分别连接所述继电器的常闭触点和常开触点。该刹车装置将断电时电机产生的感应电动势与电源隔离，消除了电机断电后对电源的影响，使得制动迅速而准确，制动效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流电机的刹车装置，尤其是一种电力制动的刹车装置。
背景技术
电机在生产实践中有着广泛的应用，由于电机在工作时转子部分有惯性，所以在切断电源后，电机还会继续转动一段时间后才能停止。在实际的电机工作中，为了缩短辅助工时，提高工作效率，保障机械、电机和人身安全，往往要求电机能够迅速停车或反转，这就需要对电机进行科学、有效的制动。
现有的直流电机的制动主要有机械制动和电力制动。机械制动是采用机械装置使电机断开电源后迅速停转，但是机械装置易磨损打滑、损坏失灵，制动效果并不好；电力制动是电机在切断电源的同时给电机一个和实际转向相反的电磁力矩使电机迅速停止，最常用的有反接制动和能耗制动。反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件；能耗制动平稳、准确，能量消耗小，但需要附加直流电源装置，设备投资较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。
已研制了一种快速制动电机的刹车系统，如公开号为CN1433137A的中国专利公开的一种直流电机快速制动方法及其快速制动电机和刹车系统，在该刹车系统的电路中设有切断直流电机电源时能使直流电机短接的开关或开关电路，开关可以是继电器，也可以是可控硅、双极性晶体管或场效应管等。能快速、逐渐、平稳地制动，然而这样的刹车系统，在断电后，电机产生的感应电动势会影响到电源，进一步影响到开关如继电器，需要在感应电动势全部释放后继电器才能释放电能从而短接电机。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种直流电机断电刹车装置，消除了电机断电后对电源的影响，使得制动迅速而准确，制动效果好。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种直流电机断电刹车装置，包括继电器供电电路、直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路，所述继电器供电电路的继电器的常闭触点和动触点连接所述直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路的直流电机的两端，其特征在于，还包括直流电机换向电路和感应电动势隔离电路，所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路分别连接所述继电器的常闭触点和常开触点。
进一步地，所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路的左输入端通过第一电阻接地，并通过第二电阻分别连接第一PMOS管和第一NMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的漏极共同连接所述继电器的常开触点，所述第一PMOS管的漏极连接第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接第一电源，所述第一NMOS管的源极通过第三电阻接地；所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路的右输入端通过第四电阻接地，并通过第五电阻分别连接第二PMOS管和第二NMOS管的栅极，所述第二PMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极共同连接继电器K1的常闭触点，所述第二PMOS管的漏极连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接所述第一电源，所述第二NMOS管的源极通过所述第三电阻接地，从而将断电时电机产生的感应电动势与电源有效的隔离，使得继电器能够在断电后立即失电释放而短接电机，电机制动迅速而准确。
还包括直流电源输入及行程限位电路，所述直流电源输入及行程限位电路包括第二电源，所述第二电源的一个输出端分别连接第一行程开关和第二二极管的负极，所述第二电源的另一输出端分别连接第二行程开关和第三二极管的负极，用于实现电机的行程限位。
还包括直流电机驱动电路的供电电路，所述直流电机驱动电路的供电电路包括一整流桥，所述第一行程开关和所述第二行程开关分别连接到所述整流桥的两端，所述整流桥的另两端分别连接第三电源和接地端，所述第三电源和所述接地端之间连接有滤波电容，用于向电机提供电能保证电机的运转。
还包括继电器供电电路，所述第三电源通过所述继电器供电电路的供电电阻连接稳压器的输入端，所述稳压器的输出端和所述接地端之间并联连接有储能电容、继电器和保护继电器的保护二极管，用于向继电器提供电能。
所述直流电机的两端并联连接有TVS和瓷片电容，用于保护MOS管和电机，以及除去一些不必要的干扰。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：1.通过设置感应电动势隔离电路，将断电后电机产生的感应电动势与电机的电源相隔离，使得继电器能够在断电时就立即释放电能，从而将电机短接；2.通过采用在断电时将电机短接的方式实现电机的制动，在切断直流电机电源时短接直流电机，使直流电机惯性所产生的电流能在电机里产生一个与惯性旋转方向相反的旋转磁场，使电机内部产生很强的磁阻尼，从而使直流电机快速制动。
附图说明
图1为本实用新型的刹车装置的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
参见图1，一种直流电机断电刹车装置，包括直流电源输入及行程限位电路1、直流电机驱动电路的供电电路2、继电器供电电路3、直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路4、直流电机换向电路和感应电动势隔离电路5。
直流电源输入及行程限位电路1，包括第二电源6，第二电源6的一个输出端分别连接第一行程开关S1和第二二极管D2的负极，第二电源6的另一输出端分别连接第二行程开关S2和第三二极管D3的负极。
正常时第一行程开关S1和第二行程开关S2是闭合的，电流从两个方向都可以流，即直流电机7正转或反转都行，设电流从第二电源6---第一行程开关S1---负载(电机)---第二行程开关S2---第二电源6为直流电机7正转。如果直流电机7正转到了行程位置，使第一行程开关S1断开，则电流只能从第二电源6---第二行程开关S2---负载(电机)----第二二极管D2正-----第二二极管D2负-----第二电源6，即直流电机7只能反方向转。如果直流电机7反转到了行程位置，使第二行程开关S2断开，则电流只能从第二电源6---第一行程开关S1---负载(电机)----第三二极管D3正-----第三二极管D3负-----第二电源6，即直流电机7只能正方向转，由此实现了行程限位功能。
直流电机驱动电路的供电电路2，该供电电路2包括全波整流桥，第一行程开关S1和第二行程开关S2分别连接到整流桥的两端，整流桥的另两端分别连接第三电源，为24V，和接地端，第三电源和接地端之间连接有滤波电容C1。由此可使得无论第二电源6的极性怎么调换，直流电机驱动电路都能得到固定方向的直流电压。
继电器供电电路3，第三电源通过供电电路3的供电电阻R5连接稳压器78L05的输入端，稳压器78L05的输出端和接地端之间并联连接有储能电容C3、继电器K1和保护继电器K1的保护二极管D1。供电电阻R5和稳压器78L05用于向继电器K1供电。继电器K1采用的线圈电压是5V，这样在一定电压范围内的直流电机7都可以控制。
直流电机刹车电路及MOS管保护电路4，直流电机7的两端并联连接有TVS和电容C2，TVS为双向TVS管，主要保护MOS管，也可以保护直流电机7，防止由于过压而烧坏直流电机7。电容C2为瓷片电容，可以去除一些电机干扰。继电器K1的常闭触点连接直流电机7。在通电时，继电器K1的常闭触点与直流电机7断开，常开触点吸合，直流电机7正常运转；在断电时，继电器K1的常闭触点吸合，常闭触点和动触点直接连接直流电机7的两端，从而将直流电机7短接，以实现刹车。
直流电机换向电路和感应电动势隔离电路5，左输入端L_S1和右输入端R_S1分别连接MOS管驱动极，左输入端L_S1通过第一电阻R4接地，并通过第二电阻R2分别连接第一PMOS管U2_1和第一NMOS管U1_1的栅极，第一PMOS管U2_1的源极和第一NMOS管U1_1的漏极共同连接继电器K1的常开触点，第一PMOS管U2_1的漏极连接第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极连接第一电源，为24V，第一NMOS管U1_1的源极通过第三电阻R6接地；直流电机换向电路和感应电动势隔离电路5的右输入端R_S1通过第四电阻R3接地，并通过第五电阻R1分别连接第二PMOS管U2_2和第二NMOS管U1_2的栅极，第二PMOS管U2_2的源极和第二NMOS管U1_2的漏极共同连接继电器K1的常闭触点，第二PMOS管U2_2的漏极连接第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极连接第一电源，第二NMOS管U1_2的源极通过第三电阻R6接地。
本实用新型的原理及工作过程如下：
设第二电源6为上正下负，则此时右输入端R_S1为高电平，左输入端L_S1为低电平，则第一PMOS管U2_1与第二NMOS管U1_2两个MOS管导通，电流从24V---D1---第一PMOS管U2_1---直流电机7---第二NMOS管U1_2---地，直流电机7正转。
设第二电源6为上负下正，则此时左输入端L_S1为高电平，右输入端R_S1为低电平，则第二PMOS管U2_2与第一NMOS管U1_1两个MOS管导通，电流从24V---D1---第二PMOS管U2_2---直流电机7---第一NMOS管U1_1---地，直流电机7反转。
直流电机7的短接制动是这样实现的：
设断电时直流电机7产生左正右负的电动势，且第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1导通，则加到第二电源6的电动势与原第二电源6电压相反，直流电机7会有一个反相制动过程，同时，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左正右负的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二NMOS管U1_2导通，则加到第二电源6的电动势与原第二电源6电压相同，但由于加有第一二极管D1使得感应电动势不能加到第二电源6两端，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左正右负的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1，第二NMOS管U1_2都导通，则直流电机7直接通过上述MOS管短接，同时，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1和MOS管释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左正右负的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1，第二NMOS管U1_2都截止，则感应电动势不能加到第二电源6两端，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左负右正的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二NMOS管U1_2导通，则加到第二电源6的电动势与原第二电源6电压相反，直流电机7会有一个反相制动过程，同时，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左负右正的电动势，且第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1导通，则加到第二电源6的电动势与原第二电源6电压相同，但由于加有第一二极管D1使得感应电动势不能加到第二电源6两端，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生正负右正的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1，第二NMOS管U1_2都导通，则直流电机7直接通过MOS短接，同时，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1和MOS管释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
设断电时直流电机7产生左正右负的电动势，且第一PMOS管U2_1，第二PMOS管U2_2，第一NMOS管U1_1，第二NMOS管U1_2都截止，则感应电动势不能加到第二电源6两端，继电器K1失电释放掉，能量通过继电器K1释放掉，同时实现直流电机7短接制动。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种直流电机断电刹车装置，包括继电器供电电路(3)、直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路(4)，所述继电器供电电路(3)的继电器(K1)的常闭触点和动触点连接所述直流管状电机刹车电路及MOS管保护电路(4)的直流电机(7)的两端，其特征在于，还包括直流电机换向电路和感应电动势隔离电路(5)，所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路(5)分别连接所述继电器(K1)的常闭触点和常开触点。
2.如权利要求1所述的刹车装置，其特征在于，所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路(5)的左输入端(L_S1)通过第一电阻(R4)接地，并通过第二电阻(R2)分别连接第一PMOS管(U2_1)和第一NMOS管(U1_1)的栅极，所述第一PMOS管(U2_1)的源极和所述第一NMOS管(U1_1)的漏极共同连接所述继电器(K1)的常开触点，所述第一PMOS管(U2_1)的漏极连接第一二极管(D1)的负极，所述第一二极管(D1)的正极连接第一电源，所述第一NMOS管(U1_1)的源极通过第三电阻(R6)接地；所述直流电机换向电路和感应电动势隔离电路(5)的右输入端(R_S1)通过第四电阻(R3)接地，并通过第五电阻(R1)分别连接第二PMOS管(U2_2)和第二NMOS管(U1_2)的栅极，所述第二PMOS管(U2_2)的源极和所述第二NMOS管(U1_2)的漏极共同连接所述继电器(K1)的常闭触点，所述第二PMOS管(U2_2)的漏极连接所述第一二极管(D1)的负极，所述第一二极管(D1)的正极连接所述第一电源，所述第二NMOS管(U1_2)的源极通过所述第三电阻(R6)接地。
3.如权利要求1所述的刹车装置，其特征在于，还包括直流电源输入及行程限位电路(1)，所述直流电源输入及行程限位电路(1)包括第二电源(6)，所述第二电源(6)的一个输出端分别连接第一行程开关(S1)和第二二极管(D2)的负极，所述第二电源(6)的另一输出端分别连接第二行程开关(S2)和第三二极管(D3)的负极。
4.如权利要求3所述的刹车装置，其特征在于，还包括直流电机驱动电路的供电电路(2)，所述直流电机驱动电路的供电电路(2)包括一整流桥，所述第一行程开关(S1)和所述第二行程开关(S2)分别连接到所述整流桥的两端，所述整流桥的另两端分别连接第三电源和接地端，所述第三电源和所述接地端之间连接有滤波电容(C1)。
5.如权利要求4所述的刹车装置，其特征在于，还包括继电器供电电路(3)，所述第三电源通过所述继电器供电电路(3)的供电电阻(R5)连接稳压器的输入端，所述稳压器的输出端和所述接地端之间并联连接有储能电容(C3)、所述继电器(K1)和保护所述继电器(K1)的保护二极管(D1)。
6.如权利要求5所述的刹车装置，其特征在于，所述直流电机(7)的两端并联连接有TVS和瓷片电容(C2)。
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