專利名稱：伺服電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種伺服電機，它帶有一個主電源裝置，一個影響伺服電機運行的控制電路和制動電路。
伺服電機的概念一般是指具有伺服特性并且特別是沒有電刷的可以調(diào)節(jié)的電機，該電機應用廣泛。和這類電機共同使用的運行電路包括一主電源裝置，一影響電機運行的控制電路和一制動電路。為實現(xiàn)安全運行，這些電路元件應該保護電子傳動器件，電機和由電機驅動的裝置。例如伺服電機傳動電路中的各個部件的主電源和/或電壓應受到監(jiān)視，并且在發(fā)生故障的情況下斷開電機或電源，使電機不再運行。電機這時處在空轉，也就是處在電機軸自由旋轉的狀態(tài)。還應測量伺服電機傳動電路元件的溫度和電機本身的溫度。如果確定達到不能允許的高的溫度，就把電機轉換到無耗電的狀態(tài)，即，不再產(chǎn)生驅動力，電機現(xiàn)在處在空轉的狀態(tài)下。從全速的運行切換到自由的電機軸轉動的狀態(tài)也就是一個不受控制的狀態(tài)，這就可能對運行的裝置也就是機器造成破壞性的危險。
為了避免出現(xiàn)這類不受控制的狀態(tài)出現(xiàn)，設置有制動器，例如制動圓盤，它在中斷電源或過熱時使電機回到靜止狀態(tài)，當電極配有一個大的攜帶質量也就是使用所謂的超負荷離合器時，它在緊急制動的制動過程中使電機由運行狀態(tài)斷開。
但事實說明，這類制動系統(tǒng)并非能提供足夠的保險。例如電子壓鑄機推進速度總計可以達到1000mm/s的速度，在制動器還未觸及電機時已經(jīng)過了30至100mm，在這段時間里，沒剎車的推進已經(jīng)前進30至100mm。這樣電機或它驅動的機械的中間傳動機構有可能受到損害。
本發(fā)明的任務就是完成一伺服電機，該電機在出現(xiàn)故障的情況下具有高可靠性，可以很可靠地避免空轉或自由轉動。
對前述類型的伺服電機所提出的任務可以如下加以解決。即，伺服電機配備一個輔助電機，當運行電機的控制電路在緊急斷電時，該電源至少是在引入緊急制動時仍然提供能量，這樣可以可靠地引入一個急快的制動過程，伺服電機立刻從運行狀態(tài)過渡到剎車狀態(tài)，以此保證了一個電機的最大的制動可控性，并已此避免了損失。
最好如此配置電機，其中，輔助電源是由從屬于主電源的DC-中間回路(直流-中間回路)提供能量的，這樣的中間回路經(jīng)常和主電源相耦合。它總是具有電容，該電容在緊急關斷伺服電機也就是在緊急制動的情況下為緊急制動提供必要的能量。
在伺服電機的實施例中最好如此配置，其中，通過和伺服電機相耦合的數(shù)據(jù)總線向輔助電源提供能量，例如從該數(shù)據(jù)總線帶有的電壓向下分壓。以這樣的方式可以應用伺服電機的控制的范圍內(nèi)具有的能量實現(xiàn)緊急制動。
伺服電機的又一實施形式進而最好如此地配置，其中，包括一個在伺服電機正常運行時可以充電的電容，它在緊急制動時至少是在引入緊急制動時向輔助電源提供能量。實現(xiàn)該電路的花費略微高于從一個DC-中間電路中引出能量，這樣實現(xiàn)該電路的花費可以保持在一個較低的水平。
在另外一個伺服電機的優(yōu)選的實施例中使用電池和/或蓄電池，它們做為輔助電源應用，這種實現(xiàn)方法在伺服電機緊急制動中也可謂是相對價格低廉的方法。
伺服電機實施例的特別優(yōu)選的配置是，通過監(jiān)視電路而顯得更加突出，該監(jiān)視電路可以裝入主和/或輔助電源中，和出現(xiàn)不希望的斷電時，例如通過使伺服電機運行的控制電路預先給出一個相應速度信號而使緊急制動釋放。在這樣的一個電機緊急制動時，該電機作為發(fā)電機起作用，這樣一個電壓就饋送到電源。監(jiān)視電路就是如此設置的，進而，在電源內(nèi)的電壓電平本身升高，制動過程繼續(xù)進行直至伺服電機靜止。
伺服電機的其它的實施例如下輔助電源由一個屬于主電源的DC-中間回路提供能量；輔助電源通過從一個數(shù)據(jù)總線上的電壓向下分接的電壓提供能量；輔助電源通過一個DC/DC變換器提供能源，該變換器最好是屬于主電源的器件；輔助電源至少包括一個在伺服電機正常情況下可以充電的電容；輔助電源包括一個電池和/或一個蓄電電池；一個屬于主電源和/或輔助電源的電壓監(jiān)視電路測量電源的故障特別是電源的斷電；電壓監(jiān)視電路在電壓降到特定的下限值以下時釋放緊急制動；對電壓監(jiān)視電路如此設置，使得電壓降到特定的下限值時對伺服電機進行制動，保證該電機到達靜止狀態(tài)；電壓監(jiān)視電路向控制電路發(fā)出控制信號；電壓監(jiān)視電路在電壓超出了一個特定的電壓上限時使制動電路動作；電壓控制監(jiān)視電路具有和多個伺服電機相耦聯(lián)的多個控制電路，并且這多個伺服電機的緊急制動是依次實現(xiàn)的。
該任務還可由下列措施加以解決，即通過溫度監(jiān)示電路可測量在電機或在它的運行電路內(nèi)存在的溫度值和在超出一個事先給服電機到靜止態(tài)為止。然后定的溫度上限時進行緊急制動，直至伺關斷運行電路和電機的能源。即，基于過熱而出現(xiàn)的功能干擾的情況下，伺服電機從運行狀態(tài)轉到制動狀態(tài)，這樣，可以在任何情況下避免空轉狀態(tài)或自由轉的狀態(tài)。
伺服電機的優(yōu)化方案，特別是引入了輔助電源，在緊急切斷電源至少是在引入緊急制動時，該輔助電源向伺服電機的控制電路提供能量。以這樣的方式可以可靠地確定，在出現(xiàn)一個過熱的情況后，可以不依賴電機和運行電路的電源執(zhí)行緊急制動。
下面借助附圖
詳細地闡述本發(fā)明。該圖給出伺服電機的方框圖和與它共同起作用的電路的各部分。
伺服電機1驅動一個傳動軸3，該軸直接或者通過一個傳動齒輪箱驅動任意一個這里沒有示出的裝置或機器。伺服電機1配有一主電源5，此外還有影響伺服電機1運行的控制電路7及一個制動電路9?？刂齐娐?控制伺服電機1的運行，并且向它發(fā)出相應的速度信號。通過不同的信號，伺服電機1可以加速到最大的速度。當然也可以使電機降回到靜止狀態(tài)，此時將給出速度信號“零”。
作為伺服電機1電源的電路可以包括一DC-中間電路11。該電路和控制電路7一起例如通過變頻可以調(diào)整伺服電機1的實際轉速。DC-中間電路11是以通常的方式實現(xiàn)的，因此它的各個電路元件在此就無須討論了。在此僅僅指出，DC-中間電路11總之可以包括電容器。
此外，這里還設置了附助電源13，它直接和主電源5或者通過DC-中間電路11和主電機5相連。此外還設置了和控制電路7及制動電路9的適當?shù)倪B接。
一個或者多個外部電容15，一個或者多個電池17和/或一個或者多個蓄電池19可以和輔助電路13相連接。
此外，這里還設置了和溫度傳感器相聯(lián)的溫度監(jiān)示電路21。第一個傳感器23例如設置在主電源5內(nèi)，第二個傳感器25設置在控制電路7內(nèi)，第三個傳感器27設置在輔助電源13內(nèi)和第四個傳感器設置在伺服電機1內(nèi)，當然，也可在它的和伺服電機1共同起作用的運行電路的元件和部件內(nèi)設置溫度傳感器。這類傳感器也可以設置在由伺服電機驅動的機器或者中間傳動的齒輪箱內(nèi)。
在方框圖內(nèi)此外還設有電壓監(jiān)示電路31，它例如可以和主電源5，DC-中間電路和輔助電源13相聯(lián)，該電路還包括與其他組件的連接關系。
從方框電路圖中還可以明顯地看出，制動電路9和斷路器33以及制動電阻35相聯(lián)。
在下面將詳細地討論電路的功能；伺服電機1由主電源5提供能量，例如提供可變頻的三相電流的情況下不受干擾地運行。伺服電機1的不同的速度可以通過控制電路7加以調(diào)節(jié)。該控制電路例如和DC-中間電路11實現(xiàn)變頻。
在出現(xiàn)故障時可以確保伺服電機緊急斷開電源。一個故障情況可以這樣出現(xiàn)，借助于溫度監(jiān)示電路21的幫助，一個升高的溫度被在整個電路內(nèi)的一部分上的溫度傳感器23至29測出。只要是出現(xiàn)這種情況，溫度監(jiān)示電路向控制電路發(fā)出一個適當?shù)男盘?，控制電路向伺服電機1發(fā)出速度控制信號“零”，同時制動電路9動作?；趹T性繼續(xù)轉動的伺服電機1現(xiàn)在起到了發(fā)電機的作用。這樣給出的能量由制動電路9在達到特定的電壓界限時通過斷路器33將制動電阻35釋放。制動電路9是如此設置的，使伺服電機用最大的電流實現(xiàn)制動。電機在最短的時間制動到靜止狀態(tài)，使得通過該驅動軸不再提供能量。在達到電機的靜止狀態(tài)以后，該電源將被切斷。
特別有優(yōu)點的是，基于伺服電機1的快速制動可以放棄使用超負荷離合器，也就是在此情況下完全放棄附加的機械制動器和避免電機的空轉。
伺服電機1的緊急切斷電源也可以由具有電壓比較電路37的電壓監(jiān)示電路31保險地給出。該電壓比較電路測量在主電源5和/或在輔助電源13中所提供的電壓。可想而知，電壓監(jiān)示電路31也測量加在DC-中間電路11的電壓?？傊谌魏吻闆r下，通過電壓比較電路31任何一個較低的和較高的電壓值均可做為一比較值，借助于此，在電路的各個部件的電壓值均能夠加以比較。通過電壓比較電路37和電壓監(jiān)視電路31可以測量在主電源5，輔助電源13和/或DC-中間電路11的電壓下降。由此判斷出伺服電機1的能源出現(xiàn)故障，發(fā)出緊急切斷電源的命令。
對于這類的故障，輔助電源13具有特別重要的意義。它至少在發(fā)生緊急制動時向控制電路7提供能量，使得速度控制信號″零″可以向伺服電機1給出，并可以啟動緊急制動，這在其它的電源共同地斷掉的情況下也可以這樣做。輔助電路13也可以向運行電路的其它重要部分提供能量。在達到電機靜止狀態(tài)以后再命令運行電路全面控制關斷，而且最好是自動的。
為了在引起一個由于過熱而引發(fā)的緊急制動出現(xiàn)的故障時在伺服電機1的能源內(nèi)即在與此共同起作用的電路內(nèi)進行補償，可在測量過高溫度時借助于溫度監(jiān)示電路21使輔助電源13起作用，以此使緊急制動可以不依賴整個系統(tǒng)的能源能獨立地進行。這樣就保證了伺服電機1緊急制動特性具有特別高的可靠性。
如方框電路圖明顯看出的，可以以各種不同的方式向輔助電源13提供能源，以此確保緊急制動的引入，例如可以通過DC-中間電路11向輔助電源13提供能量，如果該電路配置有電容時，它在和主電源5共同斷電時仍儲存有能量。
還可考慮到的是，整個運行電路和數(shù)據(jù)總線39相聯(lián)，由此通過電壓的向下分壓也可以向輔助電源13提供能量。不用此法，輔助電源13還可以附加地與一個外部電容15相連，該電容在伺服電機1不受干擾的正常的運行的情況下以適當?shù)姆椒ǐ@得能源，而在引入緊急制動時向輔助電路13提供能量。輔助電路可以不用電容或者再附加地和電池17連在一起，該電池向輔助電源13提供能量，使得控制電路7至少在引入緊急制動時能獲得能量供應。
最后輔助電源13也可以和一個蓄電池19相連，該蓄電池隔一段時間換一次，或在正常運行時通過一個合適的這里沒有示出的充電器加以充電。蓄電池19在這里作為能源，以此為基礎，輔助電源13至少在引入一個緊急制動時能向控制電路7提供能量。
在方框電路圖中還附加標出了一個DC/DC變換器41，它屬于整個電路的一部分或例如屬于主電源，通過該變換器可以向輔助電源13提供能源，使得在緊急制動時至少在引入緊急制動的同時向控制電路7提供能源。
很明顯，輔助電源13的能源可以以各種不同的方式可靠地加以保證。
電源監(jiān)示電路31最好是這樣構成的，在測量到故障時，引入伺服電機的緊急切斷電源和緊急制動，該過程繼續(xù)進行直至電機達到靜止狀態(tài)。同樣，在給出速度信號″零″后由于它的慣性，伺服電機1首先繼續(xù)轉動，并且作為發(fā)電機起作用，進行緊急制動。電機的發(fā)電機作用也可如下方式引入，這時電壓監(jiān)視電路31確定已超出了電壓的下限值，這時的狀態(tài)相應表示系統(tǒng)能源無故障。
在這樣的電壓監(jiān)視電路31中，可以保險地確定，在低于電壓的下限值時，實現(xiàn)伺服電機的緊急切斷電源和緊急制動直至電機可靠地處在完全靜止的狀態(tài)，同樣當通過電機的發(fā)電機作用，整個系統(tǒng)由一個電壓供電，在該電壓的基礎上當?shù)碗妷航缦拗当怀^時，在整個電路由沒有故障的電壓供給之下，進入自行調(diào)節(jié)狀態(tài)。
在設置這樣的電壓監(jiān)視電路31的情況下，伺服電機1的整個電路的功能可靠性非常高。
借助于電壓比較電路37的幫助，電壓監(jiān)視電路31可以當確定超出電壓上限值時發(fā)出一個相應的控制信號到制動電路，該電路直接或基于一個自身的電壓監(jiān)視電路使斷路器33起作用，該斷路器把伺服電機1給出的能量進一步引導到制動電阻35上。通過適當?shù)嘏渲弥苿与娮璧拇笮。苁顾欧姍C1快速制動，這樣可以排除和伺服電機1共同起作用的整個電路和一個和伺服電路1的軸3連在一起的機器發(fā)生危險。
也可以把電壓監(jiān)視電路31和多個伺服電機相耦合和如此地配置電壓監(jiān)視電路，使多個電機依次實現(xiàn)緊急制動，以使制動電阻35不致于過載。當然也可以使多個伺服電機中每一個配有一個單獨的制動電路，每個電路都具有一個單獨的制動電阻。
溫度監(jiān)視電路21最好是如此地配置，在超出上溫度界限時，首先具有最大的制動電流，使伺服電機緊急切斷電源和緊急制動直至電機處于靜止狀態(tài)，然后使伺服電機1的電源不起作用。在這種情況下，在接入能源時可以引入緊急制動，在這種情況下輔助能源可供使用，在直接測到過高溫或在釋放緊急斷電時還附加地通過主電源5切斷伺服電機1的電源。在這種情況下，如上面所述，可以達到特別高的可靠性。
附助電源13的作用是，在任何緊急斷電情況下，至少在引入伺服電機1的緊急制動時可靠地供電，在電機作為發(fā)電機起作用時，這樣產(chǎn)生的能量充分地加以利用控制執(zhí)行緊急制動，直至伺服電機1達到靜止狀態(tài)。
如圖所示，伺服電機1和在方框電路圖中給出的電路共同起作用，能直接地從控制的運行狀態(tài)轉換為控制的制動狀態(tài)，這樣避免了不受控制的空轉自由轉動狀態(tài)，使伺服電機和與之串聯(lián)的裝置，也就是齒輪箱和隨后驅動的機械的危險可以減小到最小，這樣可以去掉通常的保險裝置和過負荷分離器和機械閘等。這樣總的可以降低成本，即使伺服電機1是快轉的電機和驅動的是大慣性裝置也是如此。
在方框圖中給出的各個電路部分或部件可以是伺服電機1的任意的運行電路。事實上有大量可選擇的種類和變化，在伺服電機1的緊急斷電和緊急制動的基本原理已經(jīng)闡述后，無需對這些種類和變化再進一步地加以討論。
權利要求
1.具有一主電源，一控制伺服電機運行的控制電路和一制動電路的伺服電機，其特征是；輔助電源(13)在伺服電機(1)緊急切斷電源時至少是在開始緊急制動的同時向控制電路(7)饋電。
2.根據(jù)權利要求1的伺服電機，其特征是，輔助電源(13)由一個屬于主電源(5)的DC-中間回路(n)提供能量。
3.根據(jù)權利要求1或2的伺服電機，其特征是，輔助電源(13)通過從一個數(shù)據(jù)總線(39)上的電壓向下分接的電壓提供能量。
4.根據(jù)前述權利要求中任一個的伺服電機，其特征是，輔助電源(13)通過一個DC/DC變換器(41)提供能源，該變換器最好是屬于主電源(5)的器件。
5.根據(jù)前述權利要求中任一個的伺服電機，其特征是，輔助電源(13)至少包括一個在伺服電機正常情況下可以充電的電容(15)。
6.根據(jù)前述權利要求中任一個的伺服電機，其特征是，輔助電源(13)包括一個電池(17)和/或一個蓄電電池(19)。
7.根據(jù)前述權利要求的任一個的伺服電機，其特征是，一個屬于主電源和/或輔助電源(5，13)的電壓監(jiān)視電路(31)測量電源的故障特別是電源的斷電。
8.根據(jù)權利要求7的伺服電機，其特征是，電壓監(jiān)視電路(31)在電壓降到特定的下限值以下時釋放緊急制動。
9.根據(jù)權利要求7或8的伺服電機，其特征是，對電壓監(jiān)視電路(31)如此設置，使得電壓降到特定的下限值時對伺服電機進行制動，保證該電機(1)到達靜止狀態(tài)。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一個的伺服電機，其特征是，電壓監(jiān)視電路(31)向控制電路(7)發(fā)出控制信號。
11.根據(jù)權利要求7至10中任一個的伺服電機，其特征是，電壓監(jiān)視電路(31)在電壓超出了一個特定的電壓上限時使制動電路(9)動作。
12.根據(jù)權利要求7至11的任一個的伺服電機，其特征是，電壓控制監(jiān)視電路具有和多個伺服電機相耦聯(lián)的多個控制電路，并且這多個伺服電機的緊急制動是依次實現(xiàn)的。
13.一種伺服電機具有一個主電源，一個影響伺服電機運行的控制電路和一個制動電路，其特征是，設置一溫度監(jiān)視電路(21)，該電路在溫度超過預先給定的溫度上限時釋放緊急制動，一直進行緊急制動直至伺服電機到靜止狀態(tài)，然后才切斷伺服電機(1)的能源。
14.根據(jù)權利要求13的伺服電機，其特征是，設置有根據(jù)權利要求1至12中任何一個所述的輔助電源(13)。
全文摘要
現(xiàn)提供一具有主電源(5)，一影響伺服電機(1)運行的控制電路(7)和一制動電路(9)的伺服電機(1)，其特征在于，設置附助電源(13)，該電源在伺服電機(1)緊急切斷電源時至少在開始緊急制動的同時向控制電路(7)饋電。
文檔編號H02P3/18GK1120760SQ9510857
公開日1996年4月17日 申請日期1995年6月1日 優(yōu)先權日1994年6月1日
發(fā)明者B·斯蒂爾哈德 申請人:維克斯公司