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电动机

阅读：494发布：2021-03-03

IPRDB可以提供电动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种电动机(1)，特别是用于纺织机械的电动机(1)，如果电源电压失效则所述电动机(1)能够作为发电机工作，所述电动机(1)包括设置为所述电动机(1)的电枢的转子，以及用于对所述多相电动机(1)进行相控的电动机电路(3)，该电动机电路(3)包括多个半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)，其中，如果在发电机工作期间越过了可预先设定的阈值，则可以短接所述电动机(1)，其中，可以在越过了所述阈值时，通过表示工作状态的信号来激活所述电动机电路(3)的所述半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)中的一个或更多个，以执行所述短接。，下面是电动机专利的具体信息内容。

1.一种电动机(1)，其特别适用于纺织机械，如果电源电压失效则 所述电动机(1)能够作为发电机工作，所述电动机(1)包括：作为所 述电动机(1)的电枢的转子，以及用于对所述多相电动机(1)进行相 控的电动机电路(3)，该电动机电路(3)包括多个半导体元件(4，5， 6，7，8，9，10，11)，其中，如果在作为发电机工作的期间越过了可预 先设定的极限值，则可以短接所述电动机(1)，其特征在于，所述电动 机电路(3)被设置为：可以在越过了所述极限值时，通过激活所述电动 机电路(3)包括的所述半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)中的 一个或更多个来执行所述短接。

2.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，可以按照短接 所述电动机(1)的绕组的方式，来激活用于对所述电动机(1)进行相 控的所述半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)。

3.根据权利要求1或2所述的电动机(1)，其特征在于，所述电动 机电路(3)包括至少一个能量存储器(13)，该能量存储器(13)在越 过了所述可预先设定的极限值之后，保持所述半导体元件(4，5，6，7， 8，9，10，11)的激活。

4.根据权利要求3所述的电动机(1)，其特征在于，所述至少一个 能量存储器(13)被设置为电容器(13)。

5.根据权利要求1到4中任意一项所述的电动机(1)，其特征在于， 所述电动机电路(3)被设置为：可以通过反映工作状态的信号来激活所 述半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的电动机(1)，其特征在于， 所述电动机(1)具有与控制装置连接的用于监视实际值的测量装置。

7.根据权利要求6所述的电动机(1)，其特征在于，所述控制装置 被设计为微处理器。

8.根据权利要求6或7所述的电动机(1)，其特征在于，所述测量 装置被设计为电压和/或电流测量装置。

9.根据权利要求6或7所述的电动机(1)，其特征在于，所述测量 装置被设计为转速测量装置。

10.根据权利要求1到8中任意一项所述的电动机(1)，其特征在 于，所述电动机电路(3)包括延迟部件，通过所述延迟部件可以预先将 某一时间间隔确定为极限值，并且一旦越过了所述极限值，则通过所述 半导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)的自动激活来执行所述短接。

11.根据权利要求1到10中任意一项所述的电动机(1)，其特征在 于，用于短接所述绕组的所述半导体元件(4，5)被设计为晶体管(4，5)。

12.根据权利要求11所述的电动机(1)，其特征在于，所述晶体管 (4，5)被设计为场效应晶体管或双极晶体管。

13.根据权利要求1到12中任意一项所述的电动机(1)，其特征在 于，所述转子为非接触安装。

14.根据权利要求13所述的电动机(1)，其特征在于，轴承被设计 为磁轴承以实现非接触安装。

15.根据权利要求1到14中任意一项所述的多相电动机(1)作为 纺杯的单独驱动源的用途，其特征在于，当越过了可预先设定的极限值 时，为所述电动机(1)的相控提供的相桥的半导体元件(4，5，6，7， 8，9，10，11)非接触地短接所述电动机(1)的绕组，以对所述电动机 (1)进行制动。

16.根据权利要求15所述的用途，其特征在于，所述极限值可以固 定在维持所述控制装置的工作和作为发电机工作的所述电动机(1)的半 导体元件(4，5，6，7，8，9，10，11)的工作的阈值之上。

17.根据权利要求15或16所述的用途，其特征在于，所述电动机 (1)被设计为纺织机械的纺杯的单独驱动源。

18.根据权利要求17所述的用途，其特征在于，所述转子被设计为 转杯纺纱机的转杯。

说明书全文

技术领域

本发明涉及具有如权利要求1前序部分所述特征的电动机，以及根 据如权利要求15前序部分所述特征的、该电动机作为单独驱动源的用途。

背景技术

当将电动机用作转子、特别是纺织机械的纺杯(其被设置为电动机 的电枢)的驱动源时，必须使电源电压失效时能够作为发电机工作的电 动机在一定时间内转换到停止状态，以避免从转子开始减速直到其停止 为止由于晃动而对转子轴承造成的损坏。
由已公开的专利申请DE4421406A1可以了解作为纺杯驱动源的多 相电动机，该多相电动机设置为自由端转杯纺纱机的转杯。如果电源电 压失效，则该电动机作为发电机工作，直到超过临界极限值时通过短接 对该电动机进行制动，此时保持发电机工作已经没有意义。电动机的电 动机电路包括半导体元件，其负责电流的相序时钟以及电动机绕组的电 流方向。此外，该电动机电路包括两个继电器，如果发生电源电压失效， 在各种情况下都使工作线路(line run)短接，其中，一条工作线路具有 负载电阻。在闭合一个继电器之后，在第二继电器中切断通向直流电源 的工作线路。
这里，该直流电源用于该电动机的电流供应。以这种方式，对该电 动机进行制动时由感应电压产生的电流通过该工作线路引向该负载电 阻。通过线路电阻的相应选择，可以通过该负载电阻降低所产生的制动 能量。
使用继电器或开关增加了系统成本、并占据了相当大的安装空间， 这已被证明是一项缺陷。此外，当使用继电器时，总要有电流流经继电 器线圈，以使继电器不会失去作用。此外，机械开关会受到磨损，而电 弧会增加磨损，且机械开关通常对与机械影响相关的故障很敏感。此外， 开关和继电器只能以有限的速度工作。

发明内容

本发明的目的在于提高电动机的工作可靠性，并且，从提高工作可 靠性的角度出发，提高电动机作为纺织机械的纺杯的单独驱动源的用途。
根据本发明，通过权利要求1的特征、而且就该用途而言则通过权 利要求15的特征，来实现上述目的。
根据权利要求1，电动机电路被设置为当越过极限值时，能够通过 激活电动机电路所包括的一个或更多个半导体元件来执行短接。使用所 述电动机电路包括的半导体元件来对所述电动机进行短接、从而对所述 电动机进行制动具有这样的优点，即，可以无需安装一个或更多个额外 的部件，因此，与现有技术的电动机相比，能够降低电动机的成本。
优选地，使用在正常工作期间用于相控的相桥的半导体元件来对电 动机进行短接，由此，不需要使用额外的开关部件，例如继电器、开关 或额外的半导体元件以及相关的有源连接。此外，不需要将会增大电动 机的结构外形的额外绝缘空间。
而且，机械开关或继电器并不具有基于半导体元件的相应激活、通 过非接触切换而提供的安全性。特别是在纺杯速度较高时，如果电动机 的电源电压失效，则几乎是无延迟的切换对于避免损坏尤其重要。在作 为发电机工作的期间越过了可预先设定的极限值时，通过半导体元件实 现的电动机的非接触短接使得可以把该极限值固定为：紧接在达到该极 限值之前通过短接停止发电机运转，并使电动机制动以避免对该电动机 和/或连接到该电动机上的设备造成损坏。尤其是所述极限值的可预先确 定性使得可以把断开时间灵活地设成作为发电机工作的根据本发明的电 动机的不同负载状况的函数。因此，当电动机的电源电压失效时，关断 时间可根据各自的当前工作状况而改变。
最好可以按照使电动机的绕组短接的方式激活电动机的相控所使用 的半导体元件。并不需要额外的可控电阻器(其必须适应于纺杯的质量 惯性)来释放在发电机运转期间产生的电压。
具体地，该电动机电路包括至少一个能量存储器，该能量存储器在 越过了所述可预先设定的极限值之后，保持所述半导体元件的激活，其 中该能量存储器提供半导体元件的工作所需要的电压。这样，可以保持 短接一直到纺杯停住。为此，可以把该能量存储器设计成至少一个电容 器，该至少一个电容器被设计成制动过程持续时间的函数，相应的电容 可以保持半导体元件的激活。
具体地，该电动机电路可以被设置为：可以由反映工作状态的信号 来激活所述半导体元件。例如，为此，换向信号(commutation signal) 可以用于相控，在电动机电路中存在该信号反映出作为驱动电动机的工 作状态。或者，可以生成其他的反映工作状态并用于激活半导体元件的 信号。
优选地，该电动机可具有与控制装置连接的用于监视实际值的测量 装置。所述控制装置可被设计为微处理器，并包括可重写存储器，从而 可以通过适当的输入装置输入并保存要监视的极限值。该控制装置评估 从测量装置所获得的测量值，并将其与所述可预先设定的极限值进行比 较。通过这种期望值与实际值之间的比较，在发电机运转期间，进行所 述半导体元件的激活以使所述电动机的绕组短接。优选地，可以把该极 限值固定于发电机运转状态下工作的电动机的、维持该控制装置和电动 机电路的半导体元件的工作所需的阈值以上。
优选地，该测量装置可被设计为用于电压和/或电流测量或输出测量 的装置，从而，当越过了发电机运转中所提供的输出的极限值时或越过 了所产生的电流的极限值时，开始所述绕组的短接。或者，该测量装置 可被设计为转速测量装置，从而，当越过了极限转速时，进行发电机运 转状态下工作的电动机的绕组的短接。为此，可以把极限转速值固定于 维持控制装置与半导体元件的电源电压所需转速阈值以上，从而可以提 高工作可靠性。
根据另一实施方式，该电动机电路包括延迟部件，通过该延迟部件 可以预先将某一时间间隔设定为所述极限值，并且，一旦越过了该极限 值，则通过所述半导体元件的自动激活来执行短接。直到转换为发电机 运转状态才通过反映工作状态的信号适当地激活该延迟部件。在所述可 预先确定的时间间隔的最后，以所述半导体元件导通的方式进行它们的 自动激活，因此实现绕组的短接。可以作为电动机在发电机运转状态中 纺杯的减速特性(基本上由纺杯的质量惯性确定)的函数来输入该时间 间隔的长度。
优选地，用于使所述绕组短接的半导体元件可以由晶体管实现。这 是电动机的相控中通常使用的相桥的晶体管，通过该晶体管进行电流及 电流方向的相序时钟。为此，该晶体管可设计为场效应晶体管或双极晶 体管。同样可以考虑使用晶闸管。
此外，所述纺杯可以是非接触安装。为此，可以把轴承设计为磁轴 承以实现纺杯的非接触安装。发电机运转可以维持磁轴承的功能，当越 过极限值时短接该电动机，以避免由于减速中的纺杯的摆动而对磁轴承 造成不必要的磨损或可能的损坏。
根据权利要求15，当越过了可预先确定的极限值时，为电动机的相 控而提供的相桥的半导体元件非接触地短接电动机的绕组，以对电动机 进行制动，从而避免对该电动机或连接到该电动机的设备造成不必要的 磨损或可能的损坏。
可以从权利要求16到18导出有益的推演。因此，该电动机可以被 设计为纺织机械的纺杯的单独驱动源。具体地，该纺织机械可以是具有 转杯(也可以是无轴纺杯)的自由端转杯纺纱机。在根据本发明的用途 中，可以将该转杯设置为电动机的永磁电枢。

附图说明

从以下描述的实施方式、并辅以附图，能够得出本发明的进一步细 节，在附图中：
图1为示出根据本发明的电动机的电动机电路的框图。

具体实施方式

图1示出例如可以在纺织机械中用作纺杯的单独驱动源的三相电动 机1。在当前描述的实施方式中，该纺杯为非接触地安装。为实现纺杯的 非接触，提供磁轴承，该磁轴承可以设计成有源或无源。为了实现非接 触安装，也可以使用空气轴承或空气/磁组合轴承。纺杯被设计为电动机 1的永磁电枢。电动机1对于每一相R、S、T具有绕组，通过电源线2 向该绕组提供电源电压VMot。
为了起动电动机1，提供与控制装置(未示出)连接的电动机电路3。 该控制装置例如是微处理器和作为存储器的可重写EEPROM。
电动机电路3包括多个半导体元件4、5、6、7、8、9、10、11，其 以公知的方式用于在纺杯驱动的正常工作期间进行三相电动机1的相控。 特别地，这里考虑在纺织机械中的用途，例如，作为自由端转杯纺纱机 中的转杯的单独驱动源。为激活各相R、S、T，控制装置经由输入端15、 16、17、18、19和20连接到电动机电路3。根据与各相R、S、T的分配 关系指定了各输入端15、16、17、18、19和20。半导体元件4、5、6、 7、8、9、10、11被设计为具有相应栅极驱动器6、7、8、9、10、11的 上晶体管4和下晶体管5。
在图1所示的框图中，标号15表示用于激活相R(ARO)的上晶体 管4的输入端，16表示用于激活相R的下晶体管5的输入端(ARU)， 17表示用于激活相S的上晶体管4的输入端(ASO)，18表示用于激活 相S的下晶体管5的输入端(ASU)，19表示用于激活相T的上晶体管4 的输入端(ATO)，20表示用于激活相T的下晶体管5的输入端(ATU)。 在当前描述的实施方式中，上晶体管4和下晶体管5设计为场效应晶体 管。或者，也可以使用双极晶体管或晶闸管。
栅极驱动器6、7、8、9、10、11布置在各输入端15、16、17、18、 19和20的下游，并根据对各相R、S、T的分配关系而指定。这里，标 号6表示相R的上晶体管4的栅极驱动器(GTRO)，7表示相R的下晶 体管5的栅极驱动器(GTRU)，8表示相S的上晶体管4的栅极驱动器 (GTSO)，9表示相S的下晶体管5的栅极驱动器(GTSU)，10表示相 T的上晶体管4的栅极驱动器(GTTO)，11表示相T的下晶体管5的栅 极驱动器(GTTU)。在各种情况下，上栅极驱动器GTRO 6、GTSO 8和 GTTO 10都具有非(negation)功能12，通过该非功能12将用于激活各 上晶体管4的控制信号发送到相R、S、T的上晶体管4的控制电极。所 述半导体元件4、5、6、7、8、9、10、11和12在作为驱动源的正常工 作期间用于对电动机1进行相控，并且，就电路而言，其应用和设置是 为本领域技术人员所熟知的。栅极驱动器6、7、8、9、10、11被提供有 电源电压UT。
在各相中，并联地为栅极驱动器6、8和10分配了上电容器13和电 阻器14，电容器13和电阻器14又经由线路连接到各相R、S、T的各上 晶体管4的输入端。
此外，提供了测量装置(未示出)，其连接到各相R、S、T的电源 线2和控制装置。在图1所示实施方式中，该测量装置用于在电源电压 VMot失效时连续测量电动机1在发电机运转状态中提供的输出。该测量 装置将测量值传送给控制装置，控制装置评估该测量值、并以反映各个 工作状态的控制信号的形式将评估结果传送到输入端15、17、19。或者， 该测量装置可以被设计为监视处于发电机运转状态的电动机1的纺杯的 转速，或者监视发电机运转状态中的电流输出。
在电动机1的正常工作期间，电源电压UMot是可用的，从而在输入 端15、16、17、18、19和20处存在用于电动机1的相控的相应换向信 号，该变换信号对应于反映正常工作状态的控制信号。将逻辑值为“1” 的该控制信号传送给栅极驱动器6、8和10。将该控制信号传送给栅极驱 动器6、8和10意味着，非功能12将该控制信号的值从“1”转换为“0”， 并且，改变后的控制信号被传送给各上晶体管4的控制电极。选择上晶 体管4的电路，使得在值为“0”的控制信号的当前激活情况下不导通。
如果电动机1的电源电压失效，则这会使电动机1自动转换到发电 机运转状态。这确保能够保持控制装置、电动机电路3、尤其是用于实现 非接触安装的纺杯磁轴承的工作。在发电机运转状态期间，纺杯的转速 持续下降，这导致了处于发电机运转状态中的电动机1所产生的输出下 降。这引起在越过了处于发电机运转状态中的电动机1所产生的输出的 可原先设定的极限值时，无法确保磁轴承功能和控制装置的工作。优选 地，该极限值位于对于维持磁轴承的功能和该控制装置的工作而言必需 的电源输出的预定阈值以上。以这种方式，确保了如果电动机1的电源 电压VMot失效、并随后转换到发电机运转状态，在下降到该阈值以下之 前就启动制动过程。
在越过了电动机1所产生的输出的可预先设定的极限值时，在输入 端15、17、19处不存在通报正常工作状态的值为“1”的控制信号，相 反，控制信号的逻辑值为“0”。然后，将值为“0”的控制信号传送给栅 极驱动器6、8、10，并由非功能12将其转换为值为“1”的控制信号。 这导致各相R、S、T的上晶体管4的激活，使得这些上晶体管4导通， 并且，这引起各相R、S、T的电动机绕组的非接触短接。这样，对纺杯 进行制动，以防止电动机1中纺杯的磁轴承在处于发电机运转状态中的 纺杯的无制动减速的情况下，由于晃动而遭受不必要的磨损或可能的损 坏。
为了在纺杯制动期间直到停住为止，保持上晶体管4的激活，通过 上晶体管4的导通而维持R、S、T相绕组的短接，必须在触发短接的激 活时间之外也向上晶体管4提供电源电压。为了在短接时间之外也维持 上晶体管4的导通，使用电容器13作为能量存储器。由电动机1在发电 机运转状态中所产生的电压对电容器13进行充电。在值为“0”的控制 信号进入栅极驱动器6、8、10时，利用随后由非功能12转换为值“1” 的控制信号，由电容器13向已导通的上晶体管4提供所需要的电源电压 以维持其导通状态。根据纺杯的制动过程的持续时间，来确定电容器13 的容量设计。在这种情况下，制动过程的持续时间可以大约在几毫秒到 几秒的范围内。
根据本发明的电动机1的另一实施方式，按上述方式激活下晶体管 5，以短接电动机1的各个绕组。
此外，具有相应电容量的栅极驱动器6、7、8、9、10的相关电容器 能够用作栅极驱动器6、8、10及上晶体管4的能量存储器，或者栅极驱 动器7、9、11及下晶体管5的能量存储器。这样，能够额外地降低元件 要求。
此外，不采用测量装置、或者除测量装置之外，还提供用于发电机 运转的时间控制的装置。该装置可以设置为延迟部件的形式，并在转换 到发电机运转之后在预定时间内，允许由栅极驱动器6、7、8、9、10、 11生成能引起电动机1的绕组短接的信号，以通过使绕组短接来启动纺 杯的制动过程。
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