主要用于提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統的制作方法

專利名稱：主要用于提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統，具有一個可換極的、帶有用于產生至少兩個互不相同的驅動速度的多個線圈的三相電機，并具有一個使三相電機與一個電壓源相連接的換極件，以在三相電機的多個驅動速度間切換。
背景技術：
在現有技術中例如為了在傳動裝置或提升裝置中負載的水平或垂直運動，已知使用可電氣換極的三相電流異步電機，其運動方向是可逆轉的，其中兩個三相電流相位用一個換向電路切換。此外此三相電流異步電機可具有多個線圈，這些線圈有不同的極對數。因而存在以下的可能性電機的轉數通過在具有不同極對數的電機線圈間的所謂換極電路進行改變。轉數關系于是由電機線圈的極數關系確定。換極或換向電路的通常方案是采用切換接點，它們可手動或用電磁傳動裝置控制。上述傳動裝置也稱作接觸器。這里，不僅在換向時，而且在換極電路中規定電機接收功率的電流被切換。在改變旋轉方向和/或轉數時接觸器的所有接點接通完全的電機電流。在電感性負載中的電流中斷——這里負載由電機線圈構成——導致接點上形成火花。接點間的距離必須如此選擇，使得火花迅速消失，并且接點不被這時出現的高溫損傷。因此必須將所有控制接觸器配置用于這種工作方式。換向接觸器和換極接觸器按照上面說明的工作方式來設計尺寸。
已公開的解決方案——如在德國專利DE3907853A1中所說明的——對于換向設置有兩個具有至少6個功率接點的接觸器，而對于換極至少設置有另一個具有至少4個功率接點的接觸器。用于接觸器的占地需求和開銷隨被切換的功率而超正比地增加。替代控制接觸器，也可采用電子半導體開關，然而它們價格較貴。
德國專利DE4026376A1已公開了一種開關組合，它由一個開/關開關和一個換向開關組合在一個公共的開關盒中，其中用于控制電機的換向開關相對于開/關開關被鎖閉。此鎖閉功能的任務是避免在開/關開關還處于開狀態并且電機被提供能量時用于電機旋轉方向變更的換向開關能被操縱。這樣換向開關只能在無電流時被切換，從而可以避免換向開關的接點的損傷或毀壞。此開關組合例如用于在一個機床中電機的切換。
這種機械的解決方案自然伴隨著開關組合的切換時間受限制，從而其應用領域也受到限制。
US5041775公開了一種空調器，它的通風機具有一個可切換的交流電機，此電機的驅動速度可借助一個切換件在兩個速度間切換。一個功率開關串接于此切換件，通過此功率開關，通風機電機在改變速度時可無電流地切換。

發明內容
本發明的目的在于，給出提升裝置和/或傳動裝置的一種具有可換極三相電機的驅動系統，其有關三相電機控制的切換性能被優化。
按照本發明，提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統——具有一個可換極的、帶有用于產生至少兩個互不相同的驅動速度的多個線圈的三相電機，具有一個使三相電機與一個電壓源相連接的換極件，以在三相電機的多個驅動速度間切換——如此實現換極件串接一個功率切換件，并且對于換極過程三相電機可通過功率切換件與電壓源分開，從而換極件可以無電流地被切換。因為用于切換電機電流的接點的使用壽命取決于被切換電流的大小，因此切換接點的使用壽命延長了。因為按照本發明進行無電流的切換，用于換極和換向的切換件可相應有較小的尺寸。這里只需要很低的切換能力，即要克服的接觸力很小并且接點距離很小。切換接點也是成本低廉的。
本發明的核心想法是在可換極三相異步電機中將負載切換功能與用于方向和用于速度的接點邏輯分開。
在具有優點的實施例中換極件串接一個換向件，通過此換向件可以已知的方式改變三相電機的旋轉方向。按照本發明此用于換向過程的換向件可通過功率切換件與電壓源分開，并實現無電流切換過程。
特別具有優點的是，功率切換件和換極件，或者換極件及換向件與一個控制邏輯相連接，并且通過控制邏輯以下述方式完成功率切換件的連續控制和換極件或換極件及換向件的連續控制換極件或者換極件及換向件在每次切換過程之前通過相應受控的功率切換件與電壓源分開，并在完成切換過程之后再通過功率切換件與電壓源相連接。這樣可簡單地完成功率切換件、換極件和換向件的連續控制。通過切換邏輯可以使換極件或換極件及換向件的切換時間小于200毫秒，最好小于50毫秒。因為切換時間如此之短，本發明的驅動控制也可用于控制提升裝置或傳動裝置中的可換極三相電機，在無電流切換時間內電機場不會崩潰，并且例如不會發生負載滑落。
在結構簡單的實施例中，功率切換件具有三個功率切換接點，它們之中的兩個與兩極的換向件的換向接點相連接，另一個功率切換接點直接與線圈中的一個相連接，并且換向接點在輸出側分別與兩極的換極件的兩個換極接點中的一個相連接。
在另一個實施方式中，通過控制邏輯以下述方式實現功率切換件和/或換向件的控制；它們的切換過程與三相電機的轉速同步。當電機狀態達到“停止”，“慢行”或“快行”，由操作者引發的切換過程才被觸發。
這使得在不同速度之間可實現無跳動的切換。在電機由停止狀態加速時，用一個很小的電機運行電流就可以實現。為此首先接通高極的線圈并在達到所希望的額定轉速時切換到用于高速度的低極的線圈上。反過來為使電機由一個快的速度減慢下來，一個無跳動的減速通過在達到同步轉速時接通高極的線圈實現。這樣，方向變更可通過減速到停止狀態并在相反方向上加速或再起動來實現。
此外，在更換負載時并且對于兩個旋轉方向，可以控制最佳切換時刻。加速或者達到所希望的額定轉速的加速時間取決于負載和旋轉方向。在提升重的負載時有較長的加速時間，而在重的負載下落時有較短的加速時間。這種影響可通過同步來避免或補償。
在一個實施方式中可以設置一個制動器，尤其是一個電磁制動器，其在制動過程中的控制根據三相電機的轉速實現。在制動時切換過程也可與三相電機的轉速同步。同步最好由三相電機及其借助于控制邏輯的控制形成。在正確的轉速時可以關斷一個發電機式的制動過程或采用反向電流的制動過程。此外可以設置一個機械制動器，尤其是在電機軸上的機械制動器。為了使機械制動器有小的磨損并得到長久的停止時間，可首先從“快行”狀態借助三相電機的發電機驅動或饋送反向電流而制動到“慢行”狀態。為了得到一個不中斷的減速或在發電機驅動下制動直至達到“停止”狀態，關斷高極的線圈并且機械制動器工作。在借助反向電流制動時也可電動地減速或制動直至停止狀態，其中功率切換件在停止狀態下必須被關斷，以阻止在相反方向上的重新起動。
功率切換件具有三個功率切換接點和一個輔助接點是有好處的，接點中的兩個與兩極的換向件的換向接點相連接，另一個直接與線圈中的一個相連接，并且換向接點在輸出側分別與兩極的換極件的兩個換極接點中的一個相連接，輔助接點與機械制動器相連接。
在功率切換件的關斷和重新接通之間的時間在這些實施方式中也按照切換周期被調整。對于換極，例如50毫秒至100毫秒之間的時間是特別合適的。對于相位切換(換向)，大于150毫秒的時間持續期是合適的。對時間的不同選擇用于阻止機械制動器的釋放。此外，在相位切換時的短路通過切換電弧避免。
最好設置一個脈沖發生器，它提供用于控制功率切換件和/或換向件的控制邏輯，并提供一個轉速信號用于使切換過程與三相電機的轉速同步。


下面對附圖的說明給出本發明的其它特征、優點和特點。附圖中圖1示出用于一個可換極三相電機的驅動電路的一種實施方式，以及圖2示出用于一個具有機械制動器的可換極三相電機的驅動電路的另一實施方式。
具體實施例方式
下面借助圖1所示第一個實施例詳細說明本發明。圖1示出一個用于可換極三相電機2，尤其是三相異步電機的驅動電路1。三相電機2具有兩個有著不同極對數的三相線圈，它們用附圖標記1U，1V，1W，2U，2V和2W表示。
驅動電路1以及三相電機也通過一個三相電源供給能量，三相電源的饋電線用L1，L2和L3表示。從饋電線L1，L2和L3向三相電機2的方向看去，驅動電路1主要包括一個功率切換件3，此切換件后接一個換向件4和一個換極件5。
功率切換件3被設計為具有三個功率切換接點3a，3b和3c的常規功率接觸器，它以相應方式在輸入側連接電源的三根饋電線L1，L2和L3。通過這三個機械上相互連接的功率切換接點3a，3b和3c，可以用一個切換過程將三相電機2與饋電線L1，L2和L3在所有極上都分開。
連接饋電線L1的第一功率切換接點3a在輸出側直接連接于三相電機2的線圈1U。連接饋電線L2的第二功率切換接點3b在輸出側通過一根相應的導線連接于兩極的換向件4的第一換向接點4a，并且連接饋電線L3的第三功率切換接點3c在輸出側連接于換向件4的第二換向接點4b。這兩個功率切換接點3a和3b可共同由第一個切換位置“右轉”移動到第二個切換位置“左轉”。在第一個切換位置“右轉”處，第一換向接點4a在輸出側連接于第一換極接點5a的輸入端，且第二換向接點4b在輸出側連接于兩極換極件5的第二換極接點5b的輸入端。在第二個切換位置“左轉”處，兩根饋電線L2和L3互換，即第一換向接點4a在輸出側連接于第二換極接點5b，而第二換向接點4b在輸出側連接于第一換極接點5a。
換極件5的換極接點5a和5b在輸出側根據換極接點5a和5b的位置電氣上連接于線圖1V，1W，2V和2W。在切換位置“慢行”處，第一換極接點5a連接于線圈1V，第二換極接點5b連接于線圈1W。在另一切換位置“快行”處，第一換極接點5a連接于線圈2V，而第二換極接點5b連接于線圈2W。
這樣通過功率切換件3可在所有極上將三相電機2與三相供電的饋電線L1，L2和L3分開，從而可以在無電流狀態下切換換向件4的兩個換向接點4a和4b以及換極件5的兩個換極接點5a和5b。因此換向件4的兩個換向接點4a和4b以及換極件5的兩個換極接點5a和5b實際上不受電氣接觸磨損，并且不需要設計為大結構尺寸就可實現帶負載切換。這樣就避免了大的結構尺寸，并可使用小接觸器、繼電器或半導體閥。
功率切換件3，換向件4和換極件5通過控制線6a，6b和6c與一個切換邏輯7相連接。切換邏輯7在輸入側與圖中未示出的開關相連接，這些開關被標注為控制功能“停止”，“右轉”，“左轉”，“快行”和“慢行”。如果操作開關中的一個，切換邏輯7首先通過功率切換件3使三相電機2與饋電線L1，L2和L3分開，然后通過換向件4和/或換極件5的相應切換實現被操作開關所對應的控制功能。接著功率切換件3再次被控制，使得三相電機2以所希望的工作方式通過功率切換件3，換向件4和/或換極件5以饋電線L1，L2和L3被饋給電流。這樣按照本發明換向件4和/或換極件5無電流地被切換。切換邏輯7主要具有用于切換過程的時間順序的過程控制功能，用于完成控制功能，并可以實現短的切換時間。在三相電機2用在提升裝置中時切換時間小于50毫秒。這樣就可靠地避免了負載的下落。在三相電機2用在傳動裝置中時切換時間小于200毫秒。
此外在優選實施例中，在切換邏輯7中功率切換件3的操作與三相電流的頻率或三相電機2的轉速同步。由此出發，功率切換件3的接通或關斷時刻可最佳地選擇，并且最好通過其選擇使接點和機械傳動件的磨損減小。通過在切換邏輯7中的過程控制也可最佳地相互獨立地控制制動器抬起及落下的時刻。也可以借助切換邏輯7阻止由操作者產生的不希望的命令順序。
切換邏輯7最好設計為可編程集成電路(例如ASIC，微處理器，PGA)。已用于本發明驅動電路的切換邏輯7也可用于實現其它功能，例如通過高極線圈的電氣制動，通過高極線圈的起動，“阻止點動操作”和/或獲取轉速。
所謂“點動(Tippen)”是指由操作者產生的快速重復的對控制切換鍵“右轉”及“左轉”的操作。接在電網上的三相電機的起動工作時間在小于1秒的范圍內。以小于1秒的重復時間進行的快速點動將使電機起動電流重復地接通和關斷。眾所周知，接在電網上的三相電機的起動電流是額定電流的數倍(典型倍數為6至7倍)。在點動操作下切換接點重復接通和關斷起動電流；這導致切換接點過早地磨損。“阻止點動操作”抑制了重復時間小于電機起動工作時間的“點動”。在起動工作時間之內的鍵操作被程序邏輯忽略掉，從而不可能出現起動電流的反復切換。
對于必須避免由三極的功率切換件3的切換電弧所產生的干擾的那些應用場合，可以很小的成本用半導體開關代替功率切換件。這樣還使本發明驅動電路的壽命延長數倍。
圖2所示實施方式與前面說明的實施方式的主要差別在于設置了一個機械制動器8，一個脈沖發生器9以及它們相應的連接，圖2中使用與圖1相同的附圖標記來描述同一部件。
制動器8設置在三相電機2的軸10上。脈沖發生器9是本領域技術人員已熟知的用于確定電機2的轉速的裝置。此裝置同樣也設置在電機的軸10上，并且向切換邏輯7提供脈沖，用以確定電機2的轉速(對照上述內容)。
在此實施方式中功率切換件3也被設計為具有三個功率切換接點3a，3b和3c的常規功率接觸器，這些接點以相應方式在輸入側連接電源的饋電線L1，L2和L3。通過這三個機械上相互連接的功率切換接點3a，3b和3c，可用一個切換過程將三相電機2在所有極上與饋電線L1，L2和L3分開。此外設置有一個輔助接點3d，它與制動器8相連接并用于制動器的接通和關斷。
機械制動器8一方面通過相應導線直接與第一換極接點5a的輸入端相連接，另一方面與輔助接點3d的輸出端相連接。輔助接點3d在輸入側連接于第二換極接點5b的輸入端相連接。
在所有狀態“停止”，“右轉”，“左轉”，“快行”和“慢行”下，一旦功率切換接點3a，3b和3c以及輔助接點被接通且電流流過制動器8，則制動器8抬起。這樣保證了電機2不需要對著制動器起動和運行。此外，一旦通過功率切換接點(和輔助接點)的打開而切斷電機2的電流，制動器8自動——例如在彈簧作用下——落下。制動器8的控制也通過切換邏輯7與三相電機2的轉速同步。
圖2實施例中的其它部分與圖1對應部分相同。
附圖標記列表1 驅動電路 2 三相電機 3 功率切換件3a，3b，3c 功率切換接點3d 輔助接點4 換向件4a，4b 換向接點5 換極件 5a，5b 換極接點6a，6b，6c 控制線 7 切換邏輯 8 制動器9 脈沖發生器 10 電機軸1U，1V，1W 線圈2U，2V，2W 線圈L1，L2，L3 饋電線。
權利要求
1.提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統，具有一個可換極的、帶有用于產生至少兩個互不相同的驅動速度的多個線圈的三相電機，并具有一個使三相電機與一個電壓源相連接的換極件，以在三相電機的多個驅動速度間切換，其中換極件(5)串接一個功率切換件(3)，且對于換極過程可通過功率切換件(3)使三相電機(2)與電壓源分開。
2.如權利要求1所述的驅動系統，其特征在于，換極件(5)串接一個換向件(4)，通過此換向件可改變三相電機(2)的旋轉方向，并且對于換向過程可通過功率切換件(3)使三相電機(2)與電壓源分開。
3.如權利要求1或2所述的驅動系統，其特征在于，功率切換件(3)和換極件(5)或者換極件(5)及換向件(4)與一個控制邏輯(7)相連接，并通過控制邏輯(7)按以下方式完成功率切換件(3)，換極件(5)或換極件(5)及換向件(4)的連續控制換極件(5)或換極件(5)和換向件(4)在每次切換過程之前通過相應受控的功率切換件(3)與電壓源分開，并在完成切換過程之后通過功率切換件(3)連接到電壓源。
4.如權利要求3所述的驅動系統，其特征在于，換極件(5)或換極件(5)及換向件(4)的切換時間小于200毫秒，最好小于50毫秒。
5.如權利要求2至4中任一項所述的驅動系統，其特征在于，功率切換件(3)具有三個功率切換接點(3a，3b，3c)，其中兩個功率切換接點連接于兩極的換向件(4)的兩個換向接點(4a，4b)，另一個功率切換接點直接連接于一個線圈(1U，1V，1W，2U，2V，2W)，換向接點(4a，4b)在輸出側分別連接于兩極的換極件(5)的兩個換極接點(5a，5b)中的一個。
6.如權利要求2至5中任一項所述的驅動系統，其特征在于，通過控制邏輯(7)以下述方式完成功率切換件(3)和/或換向件(4)的控制它們的切換過程與三相電機(2)的轉速同步。
7.如權利要求6所述的驅動系統，其特征在于，設置有一個制動器，其控制以下述方式完成其切換過程與三相電機(2)的轉速同步。
8.如權利要求7所述的驅動系統，其特征在于，設置有一個電磁制動器。
9.如權利要求8所述的驅動系統，其特征在于，電磁制動器通過控制邏輯(7)控制。
10.如權利要求1至9中任一項所述的驅動系統，其特征在于，設置有一個機械的制動器(8)，尤其是設置在電機軸(10)上。
11.如權利要求10所述的驅動系統，其特征在于，功率切換件(3)具有三個功率切換接點(3a，3b，3c)和一個輔助接點(3d)，其中的兩個功率切換接點連接于兩極的換向件(4)的換向接點(4a，4b)，另一個功率切換接點直接連接于一個線圈(1U，1V，1W，2U，2V，2W)，且換向接點(4a，4b)在輸出側分別連接于雙極的換極件(5)的兩個換極接點(5a，5b)中的一個，而輔助接點(3d)與機械的制動器(8)相連接。
12.如權利要求11所述的驅動系統，其特征在于，設置有一個脈沖發生器(9)，它向用于控制功率切換件(3)和/或換向件(4)的控制邏輯(7)饋送一個轉速信號，用以使它們的切換過程與三相電機(2)的轉速同步。
全文摘要
本發明涉及提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統，具有一個可換極的、具有用于產生至少兩個互不相同的驅動速度的多個線圈的三相電機，并具有一個使三相電機與一個電壓源相連接的換極件，用于在三相電機的多個驅動速度間切換。為了獲得一個具有三相電機的提升裝置和/或傳動裝置的驅動系統，該系統的切換性能對于三相電機的控制是最佳的，建議換極件(5)串接一個功率切換件(3)，且對于換極過程可通過功率切換件(3)使三相電機(2)與電壓源分開。
文檔編號H02P1/26GK1578106SQ20041006005
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月25日 優先權日2003年6月27日
發明者霍爾格·弗賴塔格, 安東·明澤布魯克, 布克哈德·哈澤納克, 朱利亞諾·佩爾斯克, 埃里克·阿佩爾 申請人:德馬格超重機及部件有限公司