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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb mit einer elektromechanischen Bremse.
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Um den elektrischen Motor eines elektrischen Antriebs zu bremsen, können elektrisch ansteuerbare mechanische Bremsen (elektromechanische Bremsen) verwendet werden, welche beispielsweise mittels einer Elektronik bzw. Elektrik von einer Steuerung oder Regelung des Antriebs angesteuert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen vereinfachten elektrischen Antrieb mit einer dem Motor des Antriebs zugeordneten elektromechanischen Bremse anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch elektrischen Antrieb, aufweisend
- – einen elektrischen Gleichstrommotor mit einem ersten und einem zweiten elektrischen Anschluss,
- – eine dem Gleichstrommotor zugeordnete elektromechanische Bremse mit einem ersten elektrischen Anschluss und einem zweiten elektrischen Anschluss, der zumindest indirekt mit einem Referenzpotenzial verbunden ist,
- – ein erstes Ventil, das in Durchlassrichtung den ersten Anschluss des Gleichstrommotors mit dem ersten elektrischen Anschluss der Bremse verbindet, und
- – ein zweites Ventil, das in Durchlassrichtung den zweiten Anschluss des Gleichstrommotors mit dem ersten elektrischen Anschluss der Bremse verbindet.
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Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb umfasst demnach den Gleichstrommotor und die dem Gleichstrommotor zugeordnete elektromechanische Bremse, die insbesondere als eine Haltebremse ausgeführt ist. Die Bremse ist erfindungsgemäß mit den Anschlüssen des Gleichstrommotors über die beiden Ventile, die insbesondere als Dioden ausgeführt sein können, verbunden. Dadurch wird im Betrieb des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs die Bremse über die Motorwicklungen, d. h. den Anschlüssen des Gleichstrommotors mit elektrischer Spannung versorgt, wodurch die Bremse in ihrer gelösten Stellung betrieben wird. Aufgrund der Schaltung der Ventile liegt an der Bremse eine elektrische Spannung an, solange wenigstens an einem der Anschlüsse des Gleichstrommotors eine elektrische Spannung anliegt. Die Bremse ist nur dann stromlos, hält also nur dann den Gleichstrommotor fest bzw. bremst diesen, wenn an keinem der Anschlüsse des Gleichstrommotors eine elektrische Spannung anliegt. Dadurch wird ein relativ einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebs ermöglicht.
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Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb kann ferner aufweisen:
- – einen ersten steuerbaren Schalter, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung den ersten Anschluss des Gleichstrommotors mit einem ersten Knoten, an dem im Betrieb des elektrischen Antriebs eine elektrische Gleichspannung anliegt, und in einer zweiten Stellung den ersten Anschluss des elektrischen Antriebs mit einem zweiten Knoten zu verbinden,
- – einen zweiten steuerbaren Schalter, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung den zweiten Anschluss des Gleichstrommotors mit dem ersten Knoten und in einer zweiten Stellung den zweiten Anschluss des elektrischen Antriebs mit dem zweiten Knoten zu verbinden, und
- – einen dritten steuerbaren Schalter, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung den zweiten Knoten zumindest indirekt mit dem Referenzpotential zu verbinden und in einer zweiten Stellung den zweiten Knoten vom Referenzpotenzial zu entkoppeln.
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Mittels der steuerbaren Schalter kann je nach gewollter Drehrichtung des Gleichstrommotors wahlweise an den ersten oder an den zweiten Anschluss des Gleichstrommotors die elektrische Spannung angelegt werden. Der andere Anschluss des Gleichstrommotors kann über den dritten steuerbaren Schalter mit dem Referenzpotenzial verbunden werden. Das Referenzpotenzial kann insbesondere das elektrische Potenzial 0 V aufweisen oder auf Masse liegen.
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Der erste steuerbare Schalter kann als ein erstes Relais, der zweite steuerbare Schalter kann als ein zweites Relais, und/oder der dritte steuerbare Schalter als ein Halbleiterschalter, insbesondere als ein Transistor und vorzugsweise als ein FET (Feld-Effekt-Transistor), ausgebildet sein.
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Die elektromechanische Bremse kann eine Induktivität aufweisen. Um beim Einschalten der Bremse, d. h. wenn an dieser die angelegte elektrische Spannung abgeschaltet wird, einen Strompfad für den elektrische Strom der Induktivität zu schaffen, kann parallel zu den elektrischen Anschlüssen der Bremse eine Freilaufdiode geschaltet sein.
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Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb kann eine Steuervorrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, den ersten steuerbaren Schalter, den zweiten steuerbaren Schalter und den dritten steuerbaren Schalter anzusteuern. Aufgrund verschiedener Ansteuerzustände kann die Steuervorrichtung den Gleichstrommotor und die Bremse aktivieren und deaktivieren.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist die Steuervorrichtung eingerichtet, in einem ersten Betriebszustand den ersten, den zweiten und den dritten steuerbaren Schalter in ihren zweiten Stellungen zu betreiben. Dadurch liegt an keinem der Anschlüsse des Gleichstrommotors eine elektrische Spannung an und der Gleichstrommotor ist kurz geschlossen. Dadurch ist auch die Bremse stromlos und hält somit den Gleichstrommotor fest. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ferner eingerichtet, anschließend entweder den ersten oder den zweiten steuerbaren Schalter in seine erste Stellung zu schalten. Dadurch liegt an einem der Anschlüsse des Gleichstrommotors die elektrische Spannung des ersten Knotens an, wodurch auch an der Bremse eine elektrische Spannung anliegt, wodurch diese sich löst. Da jedoch der dritte steuerbare Schalter den zweiten Knoten noch vom Referenzpotenzial trennt, bleibt der Gleichspannungsmotor in Ruhe. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ferner eingerichtet, danach zeitverzögert den dritten steuerbaren Schalter in seine erste Stellung zu schalten. Dadurch wird der zweite Knoten zumindest indirekt mit dem Referenzpotenzial verbunden, wodurch der Gleichstrommotor beginnt, sich zu drehen.
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Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist die Steuervorrichtung eingerichtet, in einem zweiten Betriebszustand, nachdem der dritte steuerbare Schalter in seine erste Stellung gebracht wurde, diesen derart zu takten, dass er abwechselnd von seiner ersten in seine zweite Stellung schaltet. Dadurch kann die elektrische Leistung des Gleichstrommotors eingestellt, gegebenenfalls geregelt werden, um z. B. die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors zu steuern oder zu regeln.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist die Steuervorrichtung eingerichtet, in einem dritten Betriebszustand den ersten und den zweiten steuerbaren Schalter in ihre ersten Stellungen und gegebenenfalls den dritten steuerbaren Schalter in seine zweite Stellung zu bringen. Dadurch liegt an beiden Anschlüssen des Gleichstrommotors die Gleichspannung an, wodurch der Gleichstrommotor kurz geschlossen ist und elektrisch bremst. Gleichzeitig liegt jedoch aufgrund des ersten und des zweiten Ventils eine elektrische Spannung an der Bremse an, sodass diese gelöst bleibt. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ferner eingerichtet, zeitverzögert oder nachdem der Gleichstrommotor sich nicht mehr dreht, den ersten und den zweiten steuerbaren Schalter in ihre zweiten Stellungen zu bringen. Dadurch liegt an der Bremse keine Spannung mehr an, wodurch diese auslöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in der beigefügten schematischen Zeichnung dargestellt, deren Figur ein Blockschaltbild eines elektrischen Antriebs mit einer Bremse für den Motor des elektrischen Antriebs zeigt.
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Der in der Figur dargestellte elektrische Antrieb 1 weist einen elektrischen Motor 3 mit Anschlüssen 5, 7 auf. Der elektrische Motor 3 ist ein Gleichstrommotor, der beispielsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt ist.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der elektrische Antrieb 1 einen steuerbaren ersten Schalter, der insbesondere als ein erstes Relais 9 ausgeführt ist, und einen zweiten steuerbaren Schalter, der insbesondere als ein zweites Relais 11 ausgeführt ist, auf. Die beiden Relais 9, 11 umfassen jeweils ein Schaltelement 9a, 11a, das mittels einer Spule 9b, 11b zwischen zwei Stellungen geschaltet werden kann. Die Spulen 9b, 11b sind beispielsweise mit einem ihrer Anschlüsse mit Erde bzw. Masse und mit ihrem anderen Anschluss 13, 15 mit einer Steuervorrichtung 25 des elektrischen Antriebs 1 verbunden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der elektrische Antrieb 1 einen ersten Knoten 17 auf, über den der elektrische Motor 3 mit einer elektrischen Spannung, insbesondere einer elektrischen Gleichspannung von beispielsweise 24 V versorgt werden kann. Ein zweiter Knoten 19 des elektrischen Antriebs 1 ist mit einem dritten steuerbaren Schalter verbunden, der beispielsweise als Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor und vorzugsweise als FET (Feld-Effekt-Transistor) 21 ausgebildet ist. Der Drain 21a des FET 21 ist mit dem zweiten Knoten 19 und die Source 21b des FET 21 ist über einen Widerstand 23 mit Erde bzw. Masse verbunden. Über das Gate 21c des FET 21, das mit der Steuervorrichtung 25 verbunden ist, kann der FET 21 zwischen seinem leitenden und seinem sperrenden Zustand geschaltet werden. In seinem leitenden Zustand ist der zweite Knoten 19 über den Widerstand 23 mit Erden bzw. Masse verbunden. Es ist möglich, mittels einer mit der Steuervorrichtung 25 verbundenen Strommessvorrichtung 27 der Steuervorrichtung 25 einen Wert des durch den FET 21 fließenden elektrischen Stroms bereit zu stellen.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst der elektrische Antrieb 1 eine dem Motor 3 zugeordnete elektromechanische Bremse 29, welche insbesondere als eine Haltebremse ausgeführt ist. Mittels der Bremse 29 kann insbesondere der Motor 3 in seinem stehenden Zustand festgehalten werden.
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Die Bremse 29 befindet sich in ihrer gelösten Stellung, wenn an ihr eine elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichspannung anliegt. Ist die Bremse 29 stromlos, d. h. liegt an der Bremse 29 keine elektrische Spannung an, dann zieht die Bremse 29 an bzw. bleibt angezogen, um den Motor 29 fest zu halten.
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Die Bremse 29 umfasst zwei elektrische Anschlüsse 29a, 29b, von denen einer der Anschlüsse 29b mit der Kathoden einer ersten Diode 31 und der Kathode einer zweiten Diode 33 verbunden ist. Der andere Anschluss 29a der Bremse 29 ist mit Masse verbunden. Die Anode der ersten Diode 31 ist mit einem der Anschlüsse 5 des Motors 3 und die Anode der zweiten Diode 33 ist mit dem anderen Anschluss 7 des Motors 3 verbunden. Eine dritte Diode 35 ist parallel zur Bremse 29 geschaltet und ist als Freilaufdiode vorgesehen.
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Die Steuervorrichtung 25 des elektrischen Antriebs 1 kann beispielsweise wie folgt sein:
Steht z. B. der Motor 3 still, dann steuert die Steuervorrichtung 25 die beiden Relais 9 derart an, dass diese gelöst sind und die beiden Anschlüsse 5, 7 des Motors 3 mit dem zweiten Knoten 21 verbunden sind. Dieser Zustand ist in der Figur gezeigt. Somit liegt an keinem der Anschlüsse 5, 7 des Motors 3 die elektrische Spannung an, wodurch auch an der elektromechanischen Bremse 29 keine elektrische Spannung anliegt und diese angezogen ist, um den Motor 29 fest zu halten. Außerdem ist der FET 21 in seinem gesperrten Zustand betrieben, sodass der zweite Knoten 19 nicht über dem Widerstand 23 auf Masse liegt, also von Masse entkoppelt ist.
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Soll der Motor 3 bewegt werden, dann schaltet die Steuervorrichtung 25 je nach gewollter Drehrichtung des Motors 3 entweder das erste Relais 9 oder das zweite Relais 11, um den entsprechenden Anschluss 5, 7 des Motors 3 mit dem ersten Knoten 17 zu verbinden und somit den entsprechenden Anschluss 5, 7 mit der elektrischen Gleichspannung zu beaufschlagen. Wird z. B. das erste Relais 9 geschaltet, dann liegt die Gleichspannung am Anschluss 5 und wird das zweite Relais 11 geschaltet, dann liegt am Anschluss 7 die elektrische Gleichspannung an. Aufgrund der ersten und der zweiten Diode 31, 33, liegt unabhängig davon, welches Relais 9, 11 geschaltet ist, die Gleichspannung der Bremse 29 an, wodurch die Bremse 29 gelöst wird.
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Danach schaltet die Steuervorrichtung 25 zeitverzögert den FET 21, um den Anschluss 5, 6 des Motors 3, der noch mit dem zweiten Knoten 19 verbunden ist, über den Widerstand 23 mit Masse zu verbinden. Dadurch ist der den Motor 3 umfassende Stromkreis geschlossen, wodurch der Motor 3 anfängt, sich zu drehen. Gesteuert durch die Steuervorrichtung 25 kann durch Takten des FETs 21, z. B. basierend auf Puls Weiten Modulation (PWM) die elektrische Leistung am Motor 3 gesteuert, gegebenenfalls auch geregelt werden.
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Soll der Motor 3 gestoppt werden, um beispielsweise seine Drehrichtung zu ändern, dann schaltet im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Steuervorrichtung 25 dasjenige Relais 9, 11, welches noch nicht geschaltet ist, sodass beide Relais 9, 11 geschaltet sind und beide Anschlüsse 5, 7 des Motors 3 mit dem ersten Knoten 17 verbunden sind. Dadurch liegt an beiden Anschlüssen 5, 7 die Gleichspannung an und der Motor 3 ist kurz geschlossen. Dadurch bremst dieser. Aufgrund der ersten Diode 31 und der zweiten Diode 33 liegt für diesen Betriebszustand die Gleichspannung an dem elektrischen Anschluss 29b der Bremse 29 an, wodurch diese gelöst bleibt. Auch der FET 21 wird von der Steuervorrichtung 25 derart angesteuert, dass er sperrt, um den zweiten Knoten 19 von Masse zu entkoppeln.
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Nach einer vorbestimmten Zeit oder wenn der Motor 3 zum Stillstand gekommen ist, steuert die Steuervorrichtung 25 die beiden Relais 9, 11 derart an, sodass diese in ihre in der Figur gezeigten gelösten Stellung schalten, also die beiden Anschlüsse 5, 7 des Motors 3 mit dem zweiten Knoten 19 verbinden. Dadurch bleibt der Motor 3 kurz geschlossen und an der Bremse 29 liegt keine elektrische Spannung mehr an, wodurch diese anzieht und somit den Motor 3 fest hält. Durch die als Freilaufdiode ausgeführte dritte Diode 35 kann gegebenenfalls ein in einer Induktivität der Bremse 29 gespeicherter elektrischer Strom abfließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Antrieb
- 3
- Motor
- 5, 7
- Anschluss
- 9, 11
- Relais
- 9a, 11a
- Schaltelement
- 9b, 11b
- Spule
- 13, 15
- Anschluss
- 17, 19
- Knoten
- 21
- FET
- 21a
- Drain
- 21b
- Source
- 21c
- Gate
- 23
- Widerstand
- 25
- Steuervorrichtung
- 27
- Strommessvorrichtung
- 29
- Bremse
- 29a, 29b
- Anschluss
- 31, 33, 35
- Diode
