TWI792786B

TWI792786B - 電機制動系統

Info

Publication number: TWI792786B
Application number: TW110147813A
Authority: TW
Inventors: 陳昭淵; 歐國寶
Original assignee: 致揚科技股份有限公司
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW202327252A

Abstract

本發明公開一種電機制動系統。電機制動系統連接一馬達。電機制動系統包括一輸入電路、一制動電路以及一驅動電路。驅動電路連接馬達。制動電路包括一第一開關元件。制動電路根據一控制訊號，調控第一開關元件，以使電機制動系統形成一電氣能量迴路，或是形成不互相影響之一第二電氣能量迴路及一第三電氣能量迴路。

Description

電機制動系統

本發明涉及一種電機制動系統，特別是涉及一種電能控制的電機制動系統。

傳統電機制動架構中，先將輸入固定電壓大小、固定電壓頻率交流電轉換為直流電壓(DCbus)，再通過電路轉換成可變大小且可變頻率的交流電輸出至電機馬達中。電機馬達降速時，須要將電機馬達的機械能透過電路轉換為電能，且通過電路轉換後的回升電壓還須高於直流電壓(DCbus)，才可使用耗能元件消耗電能，藉由消耗轉換後的電能，完成降速動作；且在回升電壓定會高於直流電壓(DCbus)的架構下，在元件的耐壓條件則需要以較高條件進行選用。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電機制動系統，連接一馬達，所述電機制動系統包括：一輸入電路，連接一輸入電源；一制動電路，連接所述輸入電路，所述制動電路包括一第一開關元件；以及一驅動電路，連接所述制動電路，所述驅動電路連接所述馬達；其中，所述制動電路根據一控制訊號，調控所述第一開關元件，以使所述電機制動系統形成一第一電氣能量迴路，或是形成不互相影響之一第二電氣能量迴路及一第三電氣能量迴路。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電機制動系統當馬達需要降速時，能夠有效釋放馬達的能量，回升電壓無須高於直流電壓，即可透過能量洩放單元消耗電能，來執行降速動作，此外，因回升電壓無須高於直流電壓，使本發明之回升電壓低於傳統電機制動系統，得以降低電路元件的選用條件，有效降低成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

SYS1,SYS2,SYS3:電機制動系統

1:輸入電路

2:制動電路

3:驅動電路

C1:電容

SW1,SW1”:第一開關元件

SW2:第二開關元件

EC1:能量洩放元件

MT:馬達

VAC:輸入電源

4:匯流排連接介面

41:連接節點

P1:第一電氣能量迴路

P2:第二電氣能量迴路

P3:第三電氣能量迴路

圖1是本發明第一實施例的電機制動系統的示意圖。

圖2是本發明第一實施例的電機制動系統的另一示意圖。

圖3是本發明第二實施例的電機制動系統的示意圖。

圖4是本發明第三實施例的電機制動系統的示意圖。

圖5是本發明第三實施例的電機制動系統的另一示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電機制動系統”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1以及圖2，圖1是本發明第一實施例的電機制動系統的示意圖。圖2是本發明第一實施例的電機制動系統的另一示意圖。

電機制動系統SYS1連接一馬達MT。電機制動系統SYS1包括一輸入電路1、一制動電路2以及一驅動電路3。輸入電路1連接一輸入電源VAC。制動電路2連接輸入電路1。

制動電路2至少包括一第一開關元件SW1。在本實施例中，制動電路2還包括一第二開關元件SW2、一能量洩放元件EC1以及一電容C1。

電容C1包括一電容正端以及一電容負端。電容C1的電容正端與電容負端連接設置在輸入電路1的一側。第一開關元件SW1連接設置電容C1的電容正端或是電容負端，以連接第二開關元件SW2或能量洩放元件EC1。第二開關元件SW2連接能量洩放元件EC1，以控制能量洩放元件EC1的動作時機。

如圖1所示，第一開關元件SW1連接電容C1的電容正端。第二開關元件SW2設置在第一開關元件SW1與能量洩放元件EC1之間。能量洩放元件EC1連接電容C1的電容負端以及驅動電路3。第一開關元件SW1與第二開關元件SW2則是連接驅動電路3。圖2中的第一開關元件SW1則是設置在電容C1的電容負端與能量洩放元件EC1之間。

此外，第二開關元件SW2與能量洩放元件EC1的連接關係可以是互相替換的。也就是，第二開關元件SW2與能量洩放元件EC1是串聯設置的。第一開關元件SW1可連接設置於電容C1的電容正端或是電容負端與第二開關元件SW2或是能量洩放元件EC1之間。

輸入電源VAC是一單相多線式交流電源或是一多相多線式交流電源(常見的如三相三線式，三相四線式)。輸入電路1將輸入電源VAC的交流電源轉換為可利用的直流電源，並透過電容C1抑制脈衝，平滑信號，使其更接近直流電，再輸出至驅動電路3以及馬達MT。

制動電路2可以根據一控制訊號，調控第一開關元件SW1，以使電機制動系統SYS1形成一第一電氣能量迴路P1，或是形成一第二電氣能量迴路及一第三電氣能量迴路。第二電氣能量迴路P2以及第三電氣能量迴路P3是兩個不會互相影響的電氣能量迴路。也就是，在電路中，第二電氣能量迴路P2以及第三電氣能量迴路P3的電流不會互相交會。

控制訊號包括了一驅動訊號及一制動訊號，驅動訊號為透過電機制動系統SYS1調控馬達MT運作的訊號，如：運轉、加速、定速等動作；制動訊號則是用於調降馬達MT運轉速度的訊號，可以是馬達MT要釋放能量的任何情況，例如正常降低轉速、緊急停機等情況。

此外，制動電路2可以根據驅動訊號，調控第一開關元件SW1以及第二開關元件SW2，以使輸入電路1、制動電路2、驅動電路3以及馬達MT形成第一電氣能量迴路P1，也就是，輸入電路1接收的電能可以傳輸至驅動電路3以及馬達MT。

在形成第一電氣能量迴路P1時，第一開關元件SW1是處於導通狀態，且第二開關元件SW2則是處於斷開狀態，使輸入電路1之電能不會被能量洩放元件EC1消耗，得以提供至驅動電路3。

當電機制動系統SYS1接收制動訊號時，第一開關元件SW1處於斷開狀態，使馬達MT、驅動電路3、處於導通狀態的第二開關元件 SW2及能量洩放元件EC1形成第二電氣能量迴路P2，輸入電源VAC、輸入電路1及電容C1形成第三電氣能量迴路P3，形成兩個互不影響的電氣能量迴路時，馬達MT的能量可以通過第二電氣能量迴路P2中的能量洩放元件EC1進行能量洩放。此時，馬達MT的回升電壓不需要有任何限制條件，無須使回升電壓高於直流電壓DCbuc，馬達MT的能量就可以通過第二電氣能量迴路P2進行洩放，而且不會影響到電容C1或是輸入電路1的元件。

此外，在形成第一電氣能量迴路P1時，第一開關元件SW1是處於導通狀態，且第二開關元件SW2則是處於斷開狀態，而第二電氣能量迴路P2與第三電氣能量迴路P3形成時，第一開關元件SW1是處於斷開狀態，且第二開關元件SW2則是處於導通狀態。也就是，在制動電路2接收控制訊號的調控時，不管是什麼狀態，第一開關元件SW1及第二開關元件SW2的開關狀態是相反的。

也就是，當制動電路2接收控制訊號時，制動電路2就會根據驅動訊號控制第一開關元件SW1導通、且使第二開關元件SW2斷開，以使輸入電路1、制動電路2、驅動電路3以及所述馬達形成第一電氣能量迴路P1。

或是將第一開關元件SW1進行斷開，第二開關元件SW2導通，使馬達MT、驅動電路3與制動電路2的第二開關元件SW2、能量洩放元件EC1連接形成一第二電氣能量迴路P2，且輸入電路1以及輸入電源VAC會形成一第三電氣能量迴路P3。第二電氣能量迴路P2以及第三電氣能量迴路P3是不互相影響的兩個電氣能量迴路。

在本實施例中，第一開關元件SW1是處於一導通狀態時(ON)，第二開關元件SW2則是處於一斷開狀態(OFF)。第一開關元件SW1是處於一斷開狀態時(OFF)，第二開關元件SW2則是處於一導通狀態(ON)。也就是，第一開關元件SW1處於導通狀態時，電機制動系統SYS1會形成第一電氣能量迴路P1。此時，由於不需要能量釋放，因此連接能量洩放元件EC1的第二開關元件SW2則會被斷開。

在本實施例中，能量洩放元件EC1是一阻抗或是一能量洩放電路或一儲能元件。第一開關元件SW1以及第二開關元件SW2可以是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、雙極性電晶體(BJT)、絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)、繼電器(Relay)、電磁接觸器(MC)等可以開與關的元件。

[第二實施例]

請參閱圖3，圖3是本發明第二實施例的電機制動系統的示意圖。

本實施例的制動電路系統SYS2還包括一匯流排連接介面4，包括多個連接節點41。多個連接節點41可以分別連接電容C1、能量洩放元件EC1、第一開關元件SW1、第二開關元件SW2以及驅動電路3。在其他實施例中，匯流排連接介面4的多個連接節點41至少連接電容C1、能量洩放元件EC1、第一開關元件SW1、第二開關元件SW2以及驅動電路3的其中之一，以進行制動電路系統SYS2的動作。也就是，使用者可以利用匯流排連接介面4的多個連接節點41的一個或是多個連接節點41。

使用者可以根據需求將電路連結方式連接成第一實施例的制動電路2的圖1或是圖2所示的電路連接方式。使用者也可以加入其他元件形成其他的電路設計方式。只要利用電路方式或是控制方式，根據控制訊號，在不同狀態下，形成第一電氣能量迴路P1、第二電氣能量迴路P2以及第三電氣能量迴路P3，即可完成本發明。

[第三實施例]

請參閱圖4以及圖5，圖4是本發明第三實施例的電機制動系統的示意圖。圖5是本發明第三實施例的電機制動系統的另一示意圖。

本實施例提供了一種電機制動系統SYS3。電機制動系統SYS3與第一實施例的電機制動系統SYS1以及第二實施例的電機制動系統SYS2類似。主要的區別之處是電機制動系統SYS3的制動電路2包括一第一開關元件SW1”、一電容C1以及一能量洩放元件EC1。

在本實施例中，第一開關元件SW1”是一雙切開關。也就是，本實施例中的第一開關元件SW1”可以根據控制訊號切換地在兩個接點上進行連接。第一開關元件SW1”連接能量洩放元件EC1、電容C1的電容正端或是電容負端以及驅動電路3，根據控制訊號，以切換地連接能量洩放元件EC1、電容C1的電容正端(如圖4所示)或是電容負端(如圖5所示)。電容C1包括一電容正端以及一電容負端。電容C1的電容正端與電容負端連接輸入電路1。

如圖4所示，第一開關元件SW1”是連接能量洩放元件EC1、電容C1的電容正端以及驅動電路3，根據控制訊號，以切換地連接能量洩放元件EC1或是電容C1的電容正端。

如圖5所示，第一開關元件SW1”是連接能量洩放元件EC1、電容C1的電容負端以及驅動電路3，根據控制訊號，以切換地連接能量洩放元件EC1以及電容C1的電容負端。

在本實施例中，只需要調整控制訊號的訊號內容，就可以調整第一開關元件SW1”的導通狀態或是斷開狀態，以使輸入電路1、制動電路2、驅動電路3以及馬達MT形成第一電氣能量迴路P1；或是使馬達MT與制動電路2的第一開關元件SW1”、能量洩放元件EC1連接形成第二電氣能量迴路P2，且輸入電路1、輸入電源VAC與制動電路2的電容C1形成一第三電氣能量迴路P3。第二電氣能量迴路P2以及第三電氣能量迴路P3是不互相影響的兩個電氣能量迴路。

在本實施例中，能量洩放元件EC1是一阻抗、一能量洩放電路或是一儲能元件。第一開關元件SW1以及第二開關元件SW2可以是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、雙極性電晶體(BJT)、絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)、繼電器(Relay)、電磁接觸器(MC)等可以開與關的元件。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電機制動系統當馬達需要降速時，能夠迅速有效釋放馬達的能量，回升電壓無須高於直流電壓，即可透過能量洩放單元消耗電能，來執行降速動作，此外，因回升電壓無須高於直流電壓，使本發明之回升電壓低於傳統電機制動系統，得以降低電路元件的選用條件，有效降低成本。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

SYS1:電機制動系統