KR102663521B1 - 스프링 가압 전자 브레이크의 예방적 기능 제어 - Google Patents

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크리스티안 마이어 게엠베하 운트 콤파니 코만티드게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 보다 간단하고 보다 정확한 임계 작동 상태의 결정을 위한 스프링 가압 전자 브레이크의 예방적 기능 제어 방법에 관한 것이다. 상기 스프링 가압 전자 브레이크는 적어도 하나의 코일, 전기자 디스크, 압축 스프링을 가진 코일 캐리어, 제어 모듈, 그리고 적어도 하나의 반도체 소자, 전류 측정 장치 및 전압 측정 장치를 가진 모니터링 모듈을 포함하고 있고, 상기 방법은 다음 단계들을 포함하고 있다: 처음에, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 전압에 의해 제어된다. 그 다음에, 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태변수 전류(I) 및 전압(U)이 상기 모니터링 모듈에 의해서 측정된다. 이어서, 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 결정변수(T; F)가 상기 모니터링 모듈에 의해서 결정된다. 상기 결정변수(T; F)는 제어의 시작 시점으로부터 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)까지 뻗어 있는 범위(a)에 걸쳐서 합산된다. 상기 시점(W)에서, 상기 전기자 디스크의 이동이 시작되는 전류값을 검출한다. 상기 결정변수(T; F)는 전류(I)가 위에서 검출한 값에 다시 도달할 때의 제어 시점으로부터 정전류에 도달하는 시점까지 뻗어 있는 범위(b)에 걸쳐서 추가적으로 합산된다. 이어서, 범위(a)와 범위(b)에 걸친 상기 결정변수의 합에 대한 범위(a)에 걸친 상기 결정변수의 합으로부터 비(X)가 계산된다. 상기 비(X)가 미리 결정된 값(Y)에 도달하거나 초과하면, 상기 스프링 가압 전자 브레이크에 관한 상태 신호가 출력된다.

Description

스프링 가압 전자 브레이크의 예방적 기능 제어
본 발명은 스프링 가압 전자 브레이크의 예방적 기능 제어 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 엘리베이터, 스테이지 및 리프팅 기술 분야에서 사용하는 것이 바람직하다.
DE 103 14 390 B4는 자기장을 발생시키는 코일과 이 자기장에 의해서 이동가능하게 배치되어 있는 전기자 디스크를 가진 전자기적으로 작동되는 브레이크를 모니터링하는 방법 및 장치를 개시하고 있고, 이 방법 및 장치에서 자기장은 코일 전류를 코일에 가함으로써 발생되고 전기자 디스크의 이동은 시간의 경과에 따른 코일 전류의 추이를 모니터링하는 것에 의해서 결정되며, 작동-개시 시점(switch-on point)은 시간의 경과에 따른 코일 전류의 추이로부터 결정되고 전기자 디스크의 이동의 시작을 나타낸다. 상기 작동-개시 시점에서, 코일 전류가 상기 브레이크의 미리 결정된 제1 마모 상태를 나타내는 미리 결정된 제1 임계값과 비교되고, 이 비교의 결과에 기초하여 상기 브레이크의 현재의 마모 상태를 나타내는 신호가 출력된다.
DE 10 2011 075 935 B4는 전자기 액추에이터의 에러 상태를 결정하는 방법을 개시하고 있고, 작용 상태 및/또는 에러 상태가 목표 쇄교자속(linked magnetic target flux)을 전류 세기의 함수로 나타내는 적어도 하나의 기준 자기 특성 곡선(magnetic reference characteristic curve)과, 실제 쇄교자속(linked magnetic actual flux)을 전류 세기의 함수로 나타내는 실제 자기 특성 곡선(magnetic actual characteristic curve)의 비교에 기초한다. 자기장의 발생 회로에서 전류 및 전압 측정값의 실제 쇄교자속은 전자기 액추에이터가 작동하는 동안 결정된다. 게다가, 상기 전자기 액추에이터에 대한 일반적 또는 일괄 특성적(batch-specific) 자기 특성 곡선이 결정되고, 이 곡선은 기준 자기 특성 곡선을 결정하기 위해 교정(calibration)에 의해 상기 전자기 액추에이터의 구체적인 각각의 특성에 맞게 조정된다. 각각의 전자기 액추에이터의 목표 쇄교자속을 결정하기 위해서, 먼저 작용적이고 일반적인 전자기 액추에이터를 선택하고, 이후의 프로세스 단계에서, 일괄 특성적 작용(batch-specific behavior)이, 평균화(averaging)에 의해, 실제로 사용되는 전자기 액추에이터에서 측정되는 측정값으로 조정된다. 이것에 의해 상기 전자기 액추에이터의 각각의 전자기적 또는 기계적 특성이 기준 자기 특성(magnetic reference characteristic)에 포함된다.
이에 반해서, 본 발명의 목적은 스프링 가압 브레이크의 보다 정밀한 예방적 기능 제어를 위한 보다 간단한 대체 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 적어도 하나의 코일뿐만 아니라, 전기자 디스크, 압축 스프링을 가진 코일 캐리어, 제어 모듈, 그리고 적어도 하나의 반도체 소자, 전류 측정 장치 및 전압 측정 장치를 가진 모니터링 모듈을 포함하는 스프링 가압 전자 브레이크가 아래의 방법 단계들을 거치는 본 발명에 따라 달성된다. 처음에는, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 전압으로 제어된다. 그 다음에 상기 모니터링 모듈이 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태변수 전류(I) 및 전압(U)을 측정한다. 후속 과정 중에, 상기 모니터링 모듈에 의해 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 결정변수(T; F)가 결정된다. 이 결정변수(T; F)는 제어의 시작 시점(12)으로부터 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)까지 뻗어 있는 범위(a)에 걸쳐서 합산된다. 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)의 전류값이 기록된다. 또한, 상기 결정변수(T; F)는 전류(I)가 상기한 전류값에 다시 도달할 때의 제어 시점으로부터 정전류가 달성되는 시점까지 뻗어 있는 범위(b)에 걸쳐서 합산된다. 후속 과정에서, 범위(a)와 범위(b)에 걸친 상기 결정변수의 합에 대한 범위(a)에 걸친 상기 결정변수의 합으로부터 비(X)가 계산된다. 상기 비(X)의 값이 미리 결정된 값(Y)에 도달하거나 초과하면 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 임계 작동 상태에 관한 상태 신호가 출력된다.
하나의 바람직한 실시례에서는, 결정변수(T)가 시간이다. 하나의 대체 실시례에서는, 결정변수(F)가 쇄교자속이다.
하나의 바람직한 실시례에서는, 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)이 아래의 단계들에 의해 결정된다. 제일 먼저, 상기 모니터링 모듈에 의해 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태변수 전류(I) 및/또는 전압(U)이 측정된다. 이어서, 추가 상태변수를 측정된 상태변수 전류(I), 전압(U)으로부터 그리고 코일의 저항값(Rs)으로부터 결정하거나, 측정된 상태변수 전류(I), 전압(U)으로부터 그리고 코일의 저항값(Rs)으로부터 유도된 변수로부터 계산한 다음, 상기 추가 상태변수를 미리 정한 값/상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상기 전기자 디스크의 이동에 대해 상기 모니터링 모듈에 저장된 이 추가 상태변수의 추이와 비교한다. 그 다음에 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)의 전류값을 결정하고 출력한다.
하나의 바람직한 실시례에서, 측정된 상태변수로부터 유도된 변수는 측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U)의 동기화된 이동 평균이다.
또한, 하나의 바람직한 실시례에서, 상기 추가 상태변수는 인덕턴스(L)이다. 하나의 대체 실시례에서, 상기 추가 상태변수는 인덕턴스의 변화(dL/dt)이다. 다른 하나의 대체 실시례에서는, 상기 추가 상태변수가 유도 전압(Uind)이다.
하나의 바람직한 실시례에서는, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 DC 전압으로 제어된다. 하나의 대체 실시례에서는, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 맥동 DC 전압으로 제어된다.
하나의 실시례에서는, 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태에 대한 한계값을 한정하는 값(Y)이 50% 내지 80%이다. 하나의 대체 실시례에서는, 상기 값(Y)이 80% 내지 90%이다. 다른 하나의 대체 실시례에서는, 상기 값(Y)이 90% 내지 99%이다.
종래 기술에 대비한 본 발명의 장점은 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 마모 정도를 상기 예방적 기능 제어에 의해 이전에 알려진 방법보다 더 정확하게 특정할 수 있다는 것인데, 이는 2개의 범위로부터의 비의 형성으로 인해, 상기 브레이크의 남아 있는 예비부분(reserve)에 대한 측정값을 특정할 수 있기 때문이다.
자속에 의해 마모를 결정할 때의 다른 장점은 전류값이 계속 증가하는 동안 자속은 포화상태로 된 다음 더 이상 증가하지 않으므로 마모 정도를 보다 정확하게 판단할 수 있다는 것이다.
게다가, 스프링 가압 브레이크의 연속적인 작동에서, 스프링 가압 브레이크의 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이(course)의 관련 변경과 같은 다른 부각되는 임계 작동 상태를 인지할 수 있다.
또 다른 장점은 상기 스프링 가압 브레이크와 상기 스프링 가압 브레이크의 내부 또는 외부 제어장치 사이의 정보의 안정적인 흐름이 가능하다는 것이다.
본 발명의 다른 이로운 세부 사항은 종속항과 아래에 기술된 설명 및 도면으로부터 알 수 있다. 본 명세서에 기술된 특징들은 개별적으로 또는 임의의 결합으로 본 발명에 필수적일 수 있다는 점을 유념해야 한다.
도 1은 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 동안 발생하는 물리적 변환 과정을 블록 구조로 나타내고 있다.
도 2는 DC 전압으로 스프링 가압 전자 브레이크를 작동할 때(해제시) 측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U)을 나타내고 있다.
도 3은 맥동 DC 전압으로 스프링 가압 전자 브레이크를 작동할 때(해제시) 측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U)을 나타내고 있다.
도 4는 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 과정(switch-on process) 동안 상기 스프링 가압 전자 브레이크에서의 쇄교자속 대 전류 감소의 추이를 나타내고 있다.
도 5는 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 과정 동안 상기 스프링 가압 전자 브레이크에서의 전류 감소 대 시간의 추이를 나타내고 있다.
도 6은 맥동 DC 전압에 의한 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 과정 동안의 인덕턴스의 추이를 나타내고 있다.
도 7은 맥동 DC 전압에 의한 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 과정 동안의 인덕턴스의 변화의 추이를 나타내고 있다.
도 1에는, 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크가 블록 구조(1)로 도시되어 있고, 상기 블록 구조에서 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 전기자 디스크의 이동은 일련의 상이한 물리적인 에너지 변환 과정(2, 3, 4)으로 묘사될 수 있다. 이 물리적인 에너지 변환 과정(2, 3, 4)은 아래에 상세하게 설명되어 있으며 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 전기자 디스크 이동의 모델 기반 설명(model-based description)으로 모니터링 모듈에 저장되어 있다.
전기 에너지원으로부터 DC 전압 또는 맥동 DC 전압의 형태로 공급된 전기 에너지(5)는 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 작동 중일 때 여러 에너지 변환 과정을 거친다. 처음에는, 전자기 액추에이터(electromagnetic actuator)인 상기 브레이크를 전기-자기 에너지 변환기(2)로 기술할 수 있다. 상기 전기 에너지는 전기 에너지로부터 자기 에너지로의 변환(3)과 동시에 퍼텐셜 에너지로부터 운동 에너지로의 변환(4)을 겪는다. 퍼텐셜 에너지의 운동 에너지로의 변환은 전기자 디스크의 코일 캐리어쪽으로의 이동(해제)을 통해서 상기 전자기 액추에이터에서 실시된다. 전기자 디스크가 해제되는 것과 동시에, 추가적인 에너지 변환이 이루어진다. 전기자 디스크가 이동할 때, 운동 에너지가 퍼텐셜 에너지로 변환되고, 이 변환은 전기자 디스크가 개방 위치에 도달하면 종료된다. 동시에, 자기-역학적 에너지 변환(magneto-mechanical energy conversion)이 발생하여(3), 마지막 변환 단계에서 원래 전기 에너지가 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 질량 스프링 시스템(mass spring system)에 저장된다. 상기 브레이크가 닫힐 때, 다시 말해서, 전기자 디스크가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동할 때, 상기한 물리적 변환 과정이 발생한다. 이들 물리적 변환 과정은 반동 효과(retroactive effects)가 없는 것은 아니며 전기자 디스크 이동의 모델 기반 설명에 반영되어 있다. 상기 모델 기반 설명은 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 전기자 디스크의 이동에 해당하는 미리 정한 값(predefined value)을 포함한다.
상기 모델 기반 설명은 전류(I) 또는 전압(U)과 같은 상태변수 또는 특히 인덕턴스, 인덕턴스의 변화 또는 유도 전압과 같은 상기 상태변수로부터 유도된 변수의 값과 추이를 포함하고 있다. 스프링 가압 브레이크의 전기자 디스크 이동의 모델 기반 설명에서 나온 다양한 미리 정한 값은 스프링 가압 전자 브레이크의 다양한 작동 상태와 관련되어 있다.
스프링 가압 브레이크의 다양한 작동 상태가 아래에 설명되어 있다. 작동의 시작시에 또는 스프링 가압 전자 브레이크를 개방할 때, 스프링 가압 전자 브레이크가 켜진다, 다시 말해서, 전압(맥동 DC 전압 또는 DC 전압)을 공급받는다. 충분한 전압을 공급하면, 전기자 디스크가 폐쇄(작용) 위치로부터 개방(해제) 위치로 이동한다. 그러면 상기 스프링 가압 브레이크가 개방 작동 상태로 된다. 작동의 종료시에 또는 스프링 가압 전자 브레이크를 폐쇄(제동)할 때, 전력 공급이 중단된다, 다시 말해서, 상기 스프링 가압 전자 브레이크에 전압(AC 전압 또는 DC 전압)이 공급되지 않거나 충분히 공급되지 않는다. 전력 공급을 하지 않거나 불충분하게 공급하면, 전기자 디스크가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동한다. 그러면 상기 스프링 가압 브레이크가 폐쇄 작동 상태로 된다. 추가적으로, 상기 스프링 가압 브레이크는, 특히 감쇠 스프링 가압 브레이크(damped spring-loaded brake)의 경우에, 일부 작용 작동 상태를 포함할 수 있다. 이 경우에, 전기자 디스크는 상기 스프링 가압 브레이크 내에서 전기자 디스크가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 천천히 이동하도록 전압을 공급받는다. 전압 공급에 따라, 전기자 디스크가 위쪽 또는 아래쪽으로 천천히 이동한다.
상기 스프링 가압 브레이크의 가능한 작동 상태들에 관한 전기자 디스크의 이동의 모델 기반 설명은 모니터링 모듈에 저장된다. 상기 모니터링 모듈은 적어도 하나의 반도체 소자, 특히 마이크로프로세서, 그리고 적어도 하나의 전류 측정 장치 및/또는 전압 측정 장치를 포함하고 있다.
적어도 하나의 스프링 가압 브레이크와 상기 모니터링 모듈에 연결되어 있는 제어 모듈에 의해, 상기 스프링 가압 브레이크가 하나의 작동 상태에 놓일 수 있고 이 작동 상태에 해당하는 전압을 공급받을 수 있다.
도 2는 스프링 가압 전자 브레이크가 DC 전압에 의해 작동될 경우의 예시적인 전류 곡선(6)과 전압 곡선(7)을 나타내고 있다. 이 경우에, 상기 스프링 가압 브레이크는 제어 모듈에 의해서 전압으로 제어되고 달성될 작동 상태가 특정될 수 있는데, 이 경우에는 개방 작동 상태이다. 적어도 하나의 스프링 가압 브레이크에 적절한 DC 전압을 가하면, 전류가 지수 함수에 따라 증가한다. 상기한 전기 에너지의 물리적 변환 과정이 지금까지 진행되어 전기자 디스크가 코일 캐리어쪽으로 이동하는 즉시, 이 이동은 특히 상태변수 전류(6)에도 반영된다. 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전기자 디스크의 이동은 상태변수 전류의 곡선(6)에서의 특징적인 감소(characteristic drop)를 초래한다. 이 특징적인 감소 후, 개방 작동 상태에 도달한 후 전류가 정전류값에 도달할 때까지, 전류는, 유도성 작동 과정(inductive switch-on process)의 지수 함수에 따라, 전기자 디스크의 이동 동안 다시 증가한다.
도 3은 스프링 가압 전자 브레이크가 브리지 정류기에 의해 (주) AC 전압으로 작동될 경우의 예시적인 전류(8)와 전압(9) 추이를 나타내고 있다. 이 경우에, 전압 곡선(9)은 맥동 DC 전압을 나타내고 전류 곡선(8)은 상승 곡선(rising curve)을 나타내며, 이 곡선은 파 구조(wave structure)와 중첩되어 있다. 게다가, 측정된 상태변수 전류(10)와 전압(11)에 대한 동기화된 이동 평균값(synchronized moving average value)이 유도 변수(derived variable)로서 도 3에 표시되어 있다. 이와 관련하여 동기화된 이동 평균은 측정된 전류 및 전압 값들의 이동 평균의 길이가 설정되고 현장에서 공통인 입력 전압의 주 주파수의 반주기(half period)의 정수배로 동기화되는 것을 의미한다. 특히, 상기 이동 평균값들은 50Hz 또는 60Hz의 공통 주 주파수로 동기화된다. 게다가, 동기화된 이동 평균 대신에 동등한 고차 필터링 방법(higher-order filtering methods)을 사용할 수 있다.
도 4에는, 쇄교자속(13)의 곡선이 상기 브레이크에 가해진 전류에 대하여, 특히 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 DC 전압에 의한 상기 스프링 가압 브레이크의 제어(12)에 대해, 나타내져 있다. 이 경우에, 쇄교자속은 전류가 증가함에 따라 제어의 시작 시점으로부터 지속적으로 증가한다. 전류(I)가 증가함에 따른 쇄교자속의 이러한 지속적인 증가는 상기 스프링 가압 브레이크 내에서 전기자 디스크의 이동이 시작되는 시점(W)까지 유지된다. 모니터링 모듈에 의해서 측정되는 전류값이 이 시점(W)에 할당될 수 있다. 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 전기자 디스크의 이동의 시작 후에, 전류가 크게 감소하고, 쇄교자속은 계속하여 증가한다. 전기자 디스크가 계속하여 이동하는 동안, 쇄교자속이 계속하여 증가함에 따라 전류가 다시 증가하여 시점(W)에서 측정된 전류값에 다시 도달한다. 그 후에, 쇄교자속은 전류와 함께 전류의 일정한 값까지 지속적으로 증가한다. 자속은 포화 상태가 되는데, 이는 전류가 더 증가하더라도 쇄교자속이 거의 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 도달될 정전류값은 인가 전압 및 코일 저항(Rs)에 의해 결정된다. 상기 스프링 가압 브레이크의 기능성(functionality)을 결정하기 위해, 결정변수 쇄교자속(F)이 범위(a)와 범위(b)에서 합산된다. 범위(a)에 대해서, 제어의 시작 시점으로부터 전기자 디스크가 이동하는 시점(W)까지 합산된다. 시점(W)에서, 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 해당 전류값이 모니터링 모듈에 의해서 기록된다.
범위(b)에 대해서, 결정변수 쇄교자속은 전류값이 전기자 디스크의 이동 후 다시 시점(W)의 전류값에 도달하는 제어 시점으로부터 정전류가 달성되는 시점까지 합산된다.
위에서 정한 범위들에 걸쳐서 결정변수 쇄교자속을 합산한 후에, 범위(a)와 범위(b)에 걸친 결정변수 쇄교자속의 합에 대한 범위(a)에서의 결정변수 쇄교자속의 합으로부터 비(X)가 계산된다. 이 비(X)는 상기 브레이크를 작동하기 위한 쇄교자속의 예비부분(reserve)의 크기에 대한 정보를 제공한다. 사용된 브레이크의 유형, 특히 감쇠형(damped) 브레이크 또는 비감쇠형(undamped) 브레이크에 따라 또는 브레이크 크기에 따라, 모니터링 모듈에 값(Y)이 저장되고, 비(X)의 값이 이 값(Y)에 도달하거나 초과할 때 상태 신호가 발생된다. 이 상태 신호는 상기 브레이크의 마모에 대한 한계값이 도달되었거나 초과되었다는 것 및/또는, 필요한 경우, 상기 스프링 가압 브레이크의 정비 또는 교체를 즉시 수행해야 하는 것을 나타낸다. 따라서 여기에 제시된 이 방법은 맥동 DC 전압으로 스프링 가압 브레이크를 제어하는데 사용될 수도 있다.
도 5에는, 전류의 곡선(14)이 스프링 가압 브레이크의 스위치가 켜지는 시간에 대하여, 특히 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 DC 전압에 의한 스프링 가압 브레이크의 제어에 대해, 나타내져 있다. 전류(I)는 제어의 시작 시점으로부터 시간이 증가함에 따라 지속적으로 증가한다. 시간의 경과에 따른 전류의 이러한 지속적인 증가는 상기 스프링 가압 브레이크 내에서 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)까지 유지된다. 모니터링 모듈에 의해서 측정되는 전류값이 이 시점(W)에 할당될 수 있다. 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 전기자 디스크의 이동의 시작 후에, 시간이 증가함에 따라 전류가 크게 감소한다. 시간의 경과에 따라 전기자 디스크 이동이 계속됨에 따라, 전류가 다시 증가하여 시점(W)에서 측정된 전류값에 다시 도달한다. 시간이 더 경과함에 따라, 전류는 정전류값까지 지속적으로 증가한다. 도달될 정전류값은 인가 전압 및 코일 저항(Rs)에 의해 결정된다.
상기 스프링 가압 브레이크의 기능성을 결정하기 위해, 결정변수 시간(T)이 범위(a)와 범위(b)에서 합산된다. 범위(a)에 대해서, 제어의 시작 시점(12)으로부터 전기자 디스크가 이동하는 시점(W)까지 합산된다. 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)에서 해당 전류값이 기록된다. 범위(b)에 대해서, 결정변수 시간은 전류값이 전기자 디스크의 이동 후 시점(W)의 전류값으로 복귀한 제어 시점으로부터 정전류가 달성되는 시점까지 합산된다.
위에서 정한 범위(a)와 범위(b)에 걸쳐서 결정변수 시간을 합산한 후에, 범위(a)와 범위(b)에 걸친 결정변수 시간의 합에 대한 범위(a)에서의 결정변수 시간의 합으로 비(X)가 계산된다. 이 비(X)는 상기 스프링 가압 브레이크를 해제하기 위한 남아 있는 예비부분(reserve)에 대한 정보를 제공한다. 사용된 브레이크의 유형, 특히 감쇠형(damped) 브레이크 또는 비감쇠형(undamped) 브레이크에 따라 또는 브레이크 그룹에 따라, 모니터링 모듈에 값(Y)이 저장되고, 비(X)의 값이 이 값(Y)에 도달하거나 초과할 때 상태 신호가 발생된다. 이 상태 신호는 상기 브레이크의 임계 작동 상태에 대한 한계값이 도달되었거나 초과되었다는 것 및/또는, 필요한 경우, 상기 스프링 가압 브레이크의 정비 또는 교체를 즉시 수행해야 하는 것을 나타낸다. 따라서 여기에 제시된 이 방법은 맥동 DC 전압으로 스프링 가압 브레이크를 제어하는데 사용될 수도 있다.
도 6에는, 인덕턴스의 곡선(15)이 도 3에 따른 맥동 DC 전압에 의한 스위치 켜기 과정 동안 전기자 디스크가 이동하는 동안 하나의 예로 나타내져 있다. 제1 실시례에서는, 전기자 디스크의 이동의 시작이 인덕턴스의 곡선에 기초하여 결정될 수 있다. 인덕턴스는 전류와 전압의 동기화된 이동 평균과 코일의 저항값(Rs)으로부터 계산되었다.
스위치를 켠 직후에, 인덕턴스(L)는 처음에는 급격히 증가하고, 그 후에는 인덕턴스가 거의 정체기(plateau)에 도달한다. 이 정체기 동안, 상기한 전기 에너지의 물리적 변환 과정이 지금까지 진행되어 인덕턴스의 추이에서 전기자 디스크의 폐쇄 상태로부터 개방 상태로의 이동을 인덕턴스의 재개된 증가(16)로부터 알 수 있다. 이러한 인덕턴스의 재개된 증가 후에, 인덕턴스(15)는 후속 추이에서 거의 일정한 값으로 감소한다. 바람직하게는, 인덕턴스(L)를 계산하기 위해서 쇄교자속 Ψ=ΣUIND가 결정될 수 있다. 상기 브레이크는 인덕턴스와 옴 저항의 직렬 연결로 간주될 수 있고, 인가 전압 U에 의해서 유도된 전압 UIND가 코일의 옴 저항에 걸쳐서 강하하는 전압 값 URS만큼 감소되므로, 유도 전압 UIND = U - URS이다. 여기에서, 강하하는 전압 URS = I·R이고, 여기에서 RRS는 코일의 저항값(Rs)이다. 그러면, 인덕턴스 L은 관계식 L = Ψ/I로부터 결정된다. 따라서 여기에 제시된 이 방법은 DC 전압으로 스프링 가압 브레이크를 제어하는데 사용될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시례에서는, 전기자 디스크의 이동의 시작이 인덕턴스의 변화(dL/dt)에 기초하여 결정될 수 있다.
도 7은 도 6의 인덕턴스의 곡선으로부터 시간에 대한 도함수로서 인덕턴스의 변화(17)를 나타내고 있다. (주) AC 전압을 가한 결과, 인덕턴스의 변화(dL/dt)는 양의 최대값(전역 최대값(global maximum))까지 빠르게 증가한 다음 다시 감소한다. 이 감소기 동안, 상기한 전기 에너지의 물리적 변환 과정이 전기자 디스크가 코일 캐리어 쪽으로 이동할 때까지 진행된다. 전기자 디스크의 이동의 시작은 인덕턴스의 변화 곡선의 전환점(19)에 할당된다. 이 전환점은 도 4와 도 5의 곡선에서의 시점(W)에 해당한다. 이 전환점(19)에 전류값을 할당할 수 있고, 이것은 상기 브레이크의 예방적 기능 제어를 수행할 수 있게 하기 위해서 위에서 설명한 방법에 사용된다. 전기자 디스크의 이동은 증가를 통하여 인덕턴스의 변화(dL/dt)(17)의 후속 추이에 반영된다. 이 국소 최대값(18)은 전기자 디스크의 이동을 반영한다. 이어서, 일정한 값으로 유지하기 위해서, 전기자 디스크의 이동 동안 인덕턴스의 변화가 감소한다. 전기자 디스크의 이동 시작시에 전류값을 결정하는 여기에 제시된 이 방법은 DC 전압으로 스프링 가압 브레이크를 제어하기 위해서 사용될 수도 있다.
1. 블록 구조로서의 스프링 가압 브레이크
2. 전기-자기 에너지 변환기
3. 자기-역학적 에너지 변환기
4. 퍼텐셜 에너지와 운동 에너지
5. 에너지원
6. 전류 곡선 - DC 전압-스위치 켜기
7. 전압 곡선 - DC 전압-스위치 켜기
8. 전류 곡선 - 맥동 DC 전압-스위치 켜기
9. 전압 곡선 - 맥동 DC 전압-스위치 켜기
10. 전류의 동기화된 이동 평균
11. 전압의 동기화된 이동 평균
12. 제어의 시작 시점
13. 쇄교자속
14. 전류의 곡선
15. 인덕턴스의 곡선
16. 전기자 디스크가 이동할 때 인덕턴스의 변화
17. 시간의 경과에 따른 인덕턴스의 변화(dL/dt)의 곡선
18. 인덕턴스의 변화의 곡선에서의 국소 최대값
19. 인덕턴스의 변화의 곡선에서의 변곡점
I 전류
U 전압
a 범위 a
b 범위 b
T 결정변수 시간
F 결정변수 쇄교자속
W 전기자 디스크의 이동의 시작 시점
Rs 코일의 저항
X 비의 값
Y 미리 정해진 값
L 인덕턴스

Claims (14)

  1. 적어도
    - 코일;
    - 전기자 디스크;
    - 압축 스프링을 가진 코일 캐리어;
    - 제어 모듈; 그리고
    - 적어도
    - 반도체 소자;
    - 전류 측정 장치;
    - 전압 측정 장치;
    를 가진 모니터링 모듈;
    을 포함하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법으로서,
    아래의 단계:
    (i) 상기 제어 모듈에 의해 전압으로 상기 스프링 가압 전자 브레이크를 제어하는 단계;
    (ii) 상기 모니터링 모듈에 의해 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태변수 전류(I) 및 전압(U)을 측정하는 단계;
    (iii) 상기 모니터링 모듈에 의해 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 작동 동안 결정변수(T; F)를 결정하는 단계;
    (iv) 제어의 시작 시점(12)으로부터 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)까지 뻗어 있는 상기 결정변수(T; F)의 범위(a)에 걸쳐서 상기 결정변수(T; F)를 합산하는 단계;
    (v) 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)의 전류값을 검출하는 단계;
    (vi) 전류(I)가 단계 (v)의 전류값에 다시 도달할 때의 제어 시점으로부터 정전류가 달성되는 시점까지 뻗어 있는 상기 결정변수(T; F)의 범위(b)에 걸쳐서 상기 결정변수(T; F)를 합산하는 단계;
    (vii) 범위(a)와 범위(b)에 걸친 상기 결정변수의 합에 대한 범위(a)에 걸친 상기 결정변수의 합으로부터 비(X)를 계산하는 단계;
    (viii) 상기 비(X)의 값이 미리 결정된 값(Y)에 도달하거나 초과하면 상태 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 결정변수(T)가 시간인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 결정변수(F)가 쇄교자속인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)이 아래의 단계:
    상기 모니터링 모듈에 의해 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상태변수 전류(I) 및 전압(U)을 측정하는 단계;
    측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U) 그리고 코일의 저항값(Rs)으로부터 또는 측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U) 그리고 코일의 저항값(Rs)으로부터 유도된 변수로부터 추가 상태변수를 계산하는 단계;
    상기 추가 상태변수를 미리 정한 값 또는 상기 스프링 가압 전자 브레이크의 상기 전기자 디스크의 이동에 대해 상기 모니터링 모듈에 저장된 이 추가 상태변수의 추이와 비교하는 단계;
    상기 전기자 디스크가 이동하기 시작하는 시점(W)의 전류값을 결정하고 출력하는 단계;
    에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 측정된 상태변수로부터 유도된 변수가 측정된 상태변수 전류(I) 및 전압(U)의 동기화된 이동 평균 또는 동등한 고차 필터링 함수인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 추가 상태변수가 인덕턴스(L)인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 추가 상태변수가 인덕턴스의 변화(dL/dt)인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 추가 상태변수가 유도 전압(Uind)인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 DC 전압으로 제어되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 상기 제어 모듈에 의해서 맥동 DC 전압으로 제어되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 가압 전자 브레이크가 감쇠형 또는 비감쇠형 스프링 가압 전자 브레이크인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 값(Y)이 50% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 값(Y)이 80% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 값(Y)이 90% 내지 99%인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 스프링 가압 전자 브레이크의 마모에 대한, 그리고 가열, 전압 변동, 전압 강하 또는 전압 감소시의 작동 그리고 상태변수 전류와 전압의 추이의 관련 변경의 임계 작동 상태에 대한 예방적 기능 제어 방법.
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