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伺服电机

阅读:624发布:2020-05-12

IPRDB可以提供伺服电机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且现提供一具有主电源(5),一影响伺服电机(1)运行的控制电路(7)和一制动电路(9)的伺服电机(1),其特征在于,设置附助电源(13),该电源在伺服电机(1)紧急切断电源时至少在开始紧急制动的同时向控制电路(7)馈电。,下面是伺服电机专利的具体信息内容。

1.具有一主电源,一控制伺服电机运行的控制电路和一制动 电路的伺服电机,其特征是;辅助电源(13)在伺服电机(1)紧急切断 电源时至少是在开始紧急制动的同时向控制电路(7)馈电。

2.根据权利要求1的伺服电机,其特征是,辅助电源(13)由一 个属于主电源(5)的DC-中间回路(n)提供能量。

3.根据权利要求1或2的伺服电机,其特征是,辅助电源(13)通 过从一个数据总线(39)上的电压向下分接的电压提供能量。

4.根据前述权利要求中任一个的伺服电机,其特征是,辅助电 源(13)通过一个DC/DC变换器(41)提供能源,该变换器最好是属于 主电源(5)的器件。

5.根据前述权利要求中任一个的伺服电机,其特征是,辅助电 源(13)至少包括一个在伺服电机正常情况下可以充电的电容(15)。

6.根据前述权利要求中任一个的伺服电机,其特征是,辅助电 源(13)包括一个电池(17)和/或一个蓄电电池(19)。

7.根据前述权利要求的任一个的伺服电机,其特征是,一个属 于主电源和/或辅助电源(5,13)的电压监视电路(31)测量电源的故 障特别是电源的断电。

8.根据权利要求7的伺服电机,其特征是,电压监视电路(31) 在电压降到特定的下限值以下时释放紧急制动。

9.根据权利要求7或8的伺服电机,其特征是,对电压监视电路 (31)如此设置,使得电压降到特定的下限值时对伺服电机进行制动, 保证该电机(1)到达静止状态。

10.根据权利要求7至9中任一个的伺服电机,其特征是,电压 监视电路(31)向控制电路(7)发出控制信号。

11.根据权利要求7至10中任一个的伺服电机,其特征是,电压 监视电路(31)在电压超出了一个特定的电压上限时使制动电路(9) 动作。

12.根据权利要求7至11的任一个的伺服电机,其特征是,电压 控制监视电路具有和多个伺服电机相耦联的多个控制电路,并且这 多个伺服电机的紧急制动是依次实现的。

13.一种伺服电机具有一个主电源,一个影响伺服电机运行的 控制电路和一个制动电路,其特征是,设置一温度监视电路(21),该 电路在温度超过预先给定的温度上限时释放紧急制动,一直进行紧 急制动直至伺服电机到静止状态,然后才切断伺服电机(1)的能源。

14.根据权利要求13的伺服电机,其特征是,设置有根据权利 要求1至12中任何一个所述的辅助电源(13)。

说明书全文

本发明涉及一种伺服电机,它带有一个主电源装置,一个影响 伺服电机运行的控制电路和制动电路。

伺服电机的概念一般是指具有伺服特性并且特别是没有电刷 的可以调节的电机,该电机应用广泛。和这类电机共同使用的运行 电路包括一主电源装置,一影响电机运行的控制电路和一制动电路。 为实现安全运行,这些电路元件应该保护电子传动器件,电机和由 电机驱动的装置。例如伺服电机传动电路中的各个部件的主电源 和/或电压应受到监视,并且在发生故障的情况下断开电机或电源, 使电机不再运行。电机这时处在空转,也就是处在电机轴自由旋转 的状态。还应测量伺服电机传动电路元件的温度和电机本身的温 度。如果确定达到不能允许的高的温度,就把电机转换到无耗电 的状态,即,不再产生驱动力,电机现在处在空转的状态下。从全速 的运行切换到自由的电机轴转动的状态也就是一个不受控制的状 态,这就可能对运行的装置也就是机器造成破坏性的危险。

为了避免出现这类不受控制的状态出现,设置有制动器,例如 制动圆盘,它在中断电源或过热时使电机回到静止状态,当电极配 有一个大的携带质量也就是使用所谓的超负荷离合器时,它在紧急 制动的制动过程中使电机由运行状态断开。

但事实说明,这类制动系统并非能提供足够的保险。例如电子 压铸机推进速度总计可以达到1000mm/s的速度,在制动器还未触及 电机时已经过了30至100mm,在这段时间里,没刹车的推进已经前进 30至100mm。这样电机或它驱动的机械的中间传动机构有可能受到 损害。

本发明的任务就是完成一伺服电机,该电机在出现故障的情况 下具有高可靠性,可以很可靠地避免空转或自由转动。

对前述类型的伺服电机所提出的任务可以如下加以解决。即, 伺服电机配备一个辅助电机,当运行电机的控制电路在紧急断电 时,该电源至少是在引入紧急制动时仍然提供能量,这样可以可靠 地引入一个急快的制动过程,伺服电机立刻从运行状态过渡到刹 车状态,以此保证了一个电机的最大的制动可控性,并已此避免了 损失。

最好如此配置电机,其中,辅助电源是由从属于主电源的DC-中 间回路(直流-中间回路)提供能量的,这样的中间回路经常和主电 源相耦合。它总是具有电容,该电容在紧急关断伺服电机也就是在 紧急制动的情况下为紧急制动提供必要的能量。

在伺服电机的实施例中最好如此配置,其中,通过和伺服电机 相耦合的数据总线向辅助电源提供能量,例如从该数据总线带有的 电压向下分压。以这样的方式可以应用伺服电机的控制的范围内 具有的能量实现紧急制动。

伺服电机的又一实施形式进而最好如此地配置,其中,包括一 个在伺服电机正常运行时可以充电的电容,它在紧急制动时至少是 在引入紧急制动时向辅助电源提供能量。实现该电路的花费略微 高于从一个DC-中间电路中引出能量,这样实现该电路的花费可以 保持在一个较低的水平。

在另外一个伺服电机的优选的实施例中使用电池和/或蓄电池, 它们做为辅助电源应用,这种实现方法在伺服电机紧急制动中也可 谓是相对价格低廉的方法。

伺服电机实施例的特别优选的配置是,通过监视电路而显得更 加突出,该监视电路可以装入主和/或辅助电源中,和出现不希望的 断电时,例如通过使伺服电机运行的控制电路预先给出一个相应速 度信号而使紧急制动释放。在这样的一个电机紧急制动时,该电机 作为发电机起作用,这样一个电压就馈送到电源。监视电路就是如 此设置的,进而,在电源内的电压电平本身升高,制动过程继续进行 直至伺服电机静止。

伺服电机的其它的实施例如下:辅助电源由一个属于主电源的 DC-中间回路提供能量;辅助电源通过从一个数据总线上的电压向 下分接的电压提供能量;辅助电源通过一个DC/DC变换器提供能源, 该变换器最好是属于主电源的器件;辅助电源至少包括一个在伺服 电机正常情况下可以充电的电容;辅助电源包括一个电池和/或一个 蓄电电池;一个属于主电源和/或辅助电源的电压监视电路测量电 源的故障特别是电源的断电;电压监视电路在电压降到特定的下限 值以下时释放紧急制动;对电压监视电路如此设置,使得电压降到 特定的下限值时对伺服电机进行制动,保证该电机到达静止状 态;电压监视电路向控制电路发出控制信号;电压监视电路在电压 超出了一个特定的电压上限时使制动电路动作;电压控制监视电路 具有和多个伺服电机相耦联的多个控制电路,并且这多个伺服电机 的紧急制动是依次实现的。

该任务还可由下列措施加以解决,即通过温度监示电路可测 量在电机或在它的运行电路内存在的温度值和在超出一个事先给 服电机到静止态为止。然后定的温度上限时进行紧急制动,直至 伺关断运行电路和电机的能源。即,基于过热而出现的功能干扰 的情况下,伺服电机从运行状态转到制动状态,这样,可以在任 何情况下避免空转状态或自由转的状态。

伺服电机的优化方案,特别是引入了辅助电源,在紧急切断电 源至少是在引入紧急制动时,该辅助电源向伺服电机的控制电路提 供能量。以这样的方式可以可靠地确定,在出现一个过热的情况后, 可以不依赖电机和运行电路的电源执行紧急制动。

下面借助附图详细地阐述本发明。该图给出伺服电机的方框 图和与它共同起作用的电路的各部分。

伺服电机1驱动一个传动轴3,该轴直接或者通过一个传动齿轮 箱驱动任意一个这里没有示出的装置或机器。伺服电机1配有一主 电源5,此外还有影响伺服电机1运行的控制电路7及一个制动电路 9。控制电路7控制伺服电机1的运行,并且向它发出相应的速度信 号。通过不同的信号,伺服电机1可以加速到最大的速度。当然也 可以使电机降回到静止状态,此时将给出速度信号“零”。

作为伺服电机1电源的电路可以包括一DC-中间电路11。该电 路和控制电路7一起例如通过变频可以调整伺服电机1的实际转速。 DC-中间电路11是以通常的方式实现的,因此它的各个电路元件在 此就无须讨论了。在此仅仅指出,DC-中间电路11总之可以包括电 容器。

此外,这里还设置了附助电源13,它直接和主电源5或者通过 DC-中间电路11和主电机5相连。此外还设置了和控制电路7及制动 电路9的适当的连接。

一个或者多个外部电容15,一个或者多个电池17和/或一个或 者多个蓄电池19可以和辅助电路13相连接。

此外,这里还设置了和温度传感器相联的温度监示电路21。第 一个传感器23例如设置在主电源5内,第二个传感器25设置在控制 电路7内,第三个传感器27设置在辅助电源13内和第四个传感器设 置在伺服电机1内,当然,也可在它的和伺服电机1共同起作用的运 行电路的元件和部件内设置温度传感器。这类传感器也可以设置 在由伺服电机驱动的机器或者中间传动的齿轮箱内。

在方框图内此外还设有电压监示电路31,它例如可以和主电源 5,DC-中间电路和辅助电源13相联,该电路还包括与其他组件的连 接关系。

从方框电路图中还可以明显地看出,制动电路9和断路器33以 及制动电阻35相联。

在下面将详细地讨论电路的功能;

伺服电机1由主电源5提供能量,例如提供可变频的三相电流的 情况下不受干扰地运行。伺服电机1的不同的速度可以通过控制电 路7加以调节。该控制电路例如和DC-中间电路11实现变频。

在出现故障时可以确保伺服电机紧急断开电源。一个故障情 况可以这样出现,借助于温度监示电路21的帮助,一个升高的温度 被在整个电路内的一部分上的温度传感器23至29测出。只要是出 现这种情况,温度监示电路向控制电路发出一个适当的信号,控制 电路向伺服电机1发出速度控制信号“零”,同时制动电路9动作。 基于惯性继续转动的伺服电机1现在起到了发电机的作用。这样给 出的能量由制动电路9在达到特定的电压界限时通过断路器33将制 动电阻35释放。制动电路9是如此设置的,使伺服电机用最大的电 流实现制动。电机在最短的时间制动到静止状态,使得通过该驱动 轴不再提供能量。在达到电机的静止状态以后,该电源将被切断。

特别有优点的是,基于伺服电机1的快速制动可以放弃使用超 负荷离合器,也就是在此情况下完全放弃附加的机械制动器和避免 电机的空转。

伺服电机1的紧急切断电源也可以由具有电压比较电路37的电 压监示电路31保险地给出。该电压比较电路测量在主电源5和/或 在辅助电源13中所提供的电压。可想而知,电压监示电路31也测量 加在DC-中间电路11的电压。总之在任何情况下,通过电压比较电 路31任何一个较低的和较高的电压值均可做为一比较值,借助于此, 在电路的各个部件的电压值均能够加以比较。通过电压比较电路 37和电压监视电路31可以测量在主电源5,辅助电源13和/或DC-中 间电路11的电压下降。由此判断出伺服电机1的能源出现故障,发 出紧急切断电源的命令。

对于这类的故障,辅助电源13具有特别重要的意义。它至少在 发生紧急制动时向控制电路7提供能量,使得速度控制信号″零″可 以向伺服电机1给出,并可以启动紧急制动,这在其它的电源共同地 断掉的情况下也可以这样做。辅助电路13也可以向运行电路的其 它重要部分提供能量。在达到电机静止状态以后再命令运行电路 全面控制关断,而且最好是自动的。

为了在引起一个由于过热而引发的紧急制动出现的故障时在 伺服电机1的能源内即在与此共同起作用的电路内进行补偿,可在 测量过高温度时借助于温度监示电路21使辅助电源13起作用,以此 使紧急制动可以不依赖整个系统的能源能独立地进行。这样就保 证了伺服电机1紧急制动特性具有特别高的可靠性。

如方框电路图明显看出的,可以以各种不同的方式向辅助电源 13提供能源,以此确保紧急制动的引入,例如可以通过DC-中间电路 11向辅助电源13提供能量,如果该电路配置有电容时,它在和主电 源5共同断电时仍储存有能量。

还可考虑到的是,整个运行电路和数据总线39相联,由此通过 电压的向下分压也可以向辅助电源13提供能量。不用此法,辅助电 源13还可以附加地与一个外部电容15相连,该电容在伺服电机1不 受干扰的正常的运行的情况下以适当的方法获得能源,而在引入紧 急制动时向辅助电路13提供能量。辅助电路可以不用电容或者再 附加地和电池17连在一起,该电池向辅助电源13提供能量,使得控 制电路7至少在引入紧急制动时能获得能量供应。

最后辅助电源13也可以和一个蓄电池19相连,该蓄电池隔一段 时间换一次,或在正常运行时通过一个合适的这里没有示出的充电 器加以充电。蓄电池19在这里作为能源,以此为基础,辅助电源13 至少在引入一个紧急制动时能向控制电路7提供能量。

在方框电路图中还附加标出了一个DC/DC变换器41,它属于整 个电路的一部分或例如属于主电源,通过该变换器可以向辅助电源 13提供能源,使得在紧急制动时至少在引入紧急制动的同时向控制 电路7提供能源。

很明显,辅助电源13的能源可以以各种不同的方式可靠地加以 保证。

电源监示电路31最好是这样构成的,在测量到故障时,引入伺 服电机的紧急切断电源和紧急制动,该过程继续进行直至电机达到 静止状态。同样,在给出速度信号″零″后由于它的惯性,伺服电机1 首先继续转动,并且作为发电机起作用,进行紧急制动。电机的发 电机作用也可如下方式引入,这时电压监视电路31确定已超出了电 压的下限值,这时的状态相应表示系统能源无故障。

在这样的电压监视电路31中,可以保险地确定,在低于电压的 下限值时,实现伺服电机的紧急切断电源和紧急制动直至电机可靠 地处在完全静止的状态,同样当通过电机的发电机作用,整个系统 由一个电压供电,在该电压的基础上当低电压界限值被超过时,在 整个电路由没有故障的电压供给之下,进入自行调节状态。

在设置这样的电压监视电路31的情况下,伺服电机1的整个电 路的功能可靠性非常高。

借助于电压比较电路37的帮助,电压监视电路31可以当确定超 出电压上限值时发出一个相应的控制信号到制动电路,该电路直接 或基于一个自身的电压监视电路使断路器33起作用,该断路器把伺 服电机1给出的能量进一步引导到制动电阻35上。通过适当地配置 制动电阻的大小,能使伺服电机1快速制动,这样可以排除和伺服电 机1共同起作用的整个电路和一个和伺服电路1的轴3连在一起的机 器发生危险。

也可以把电压监视电路31和多个伺服电机相耦合和如此地配 置电压监视电路,使多个电机依次实现紧急制动,以使制动电阻35 不致于过载。当然也可以使多个伺服电机中每一个配有一个单独 的制动电路,每个电路都具有一个单独的制动电阻。

温度监视电路21最好是如此地配置,在超出上温度界限时,首 先具有最大的制动电流,使伺服电机紧急切断电源和紧急制动直至 电机处于静止状态,然后使伺服电机1的电源不起作用。在这种情 况下,在接入能源时可以引入紧急制动,在这种情况下辅助能源可 供使用,在直接测到过高温或在释放紧急断电时还附加地通过主电 源5切断伺服电机1的电源。在这种情况下,如上面所述,可以达到 特别高的可靠性。

附助电源13的作用是,在任何紧急断电情况下,至少在引入伺 服电机1的紧急制动时可靠地供电,在电机作为发电机起作用时,这 样产生的能量充分地加以利用控制执行紧急制动,直至伺服电机1 达到静止状态。

如图所示,伺服电机1和在方框电路图中给出的电路共同起作 用,能直接地从控制的运行状态转换为控制的制动状态,这样避免 了不受控制的空转自由转动状态,使伺服电机和与之串联的装置, 也就是齿轮箱和随后驱动的机械的危险可以减小到最小,这样可以 去掉通常的保险装置和过负荷分离器和机械闸等。这样总的可以 降低成本,即使伺服电机1是快转的电机和驱动的是大惯性装置也 是如此。

在方框图中给出的各个电路部分或部件可以是伺服电机1的任 意的运行电路。事实上有大量可选择的种类和变化,在伺服电机1 的紧急断电和紧急制动的基本原理已经阐述后,无需对这些种类和 变化再进一步地加以讨论。

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