专利名称：主要用于提升装置和/或传动装置的驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及提升装置和/或传动装置的驱动系统，具有一个可换极的、带有用于产生至少两个互不相同的驱动速度的多个线圈的三相电机，并具有一个使三相电机与一个电压源相连接的换极件，以在三相电机的多个驱动速度间切换。
背景技术：
在现有技术中例如为了在传动装置或提升装置中负载的水平或垂直运动，已知使用可电气换极的三相电流异步电机，其运动方向是可逆转的，其中两个三相电流相位用一个换向电路切换。此外此三相电流异步电机可具有多个线圈，这些线圈有不同的极对数。因而存在以下的可能性电机的转数通过在具有不同极对数的电机线圈间的所谓换极电路进行改变。转数关系于是由电机线圈的极数关系确定。换极或换向电路的通常方案是采用切换接点，它们可手动或用电磁传动装置控制。上述传动装置也称作接触器。这里，不仅在换向时，而且在换极电路中规定电机接收功率的电流被切换。在改变旋转方向和/或转数时接触器的所有接点接通完全的电机电流。在电感性负载中的电流中断——这里负载由电机线圈构成——导致接点上形成火花。接点间的距离必须如此选择，使得火花迅速消失，并且接点不被这时出现的高温损伤。因此必须将所有控制接触器配置用于这种工作方式。换向接触器和换极接触器按照上面说明的工作方式来设计尺寸。
已公开的解决方案——如在德国专利DE3907853A1中所说明的——对于换向设置有两个具有至少6个功率接点的接触器，而对于换极至少设置有另一个具有至少4个功率接点的接触器。用于接触器的占地需求和开销随被切换的功率而超正比地增加。替代控制接触器，也可采用电子半导体开关，然而它们价格较贵。
德国专利DE4026376A1已公开了一种开关组合，它由一个开/关开关和一个换向开关组合在一个公共的开关盒中，其中用于控制电机的换向开关相对于开/关开关被锁闭。此锁闭功能的任务是避免在开/关开关还处于开状态并且电机被提供能量时用于电机旋转方向变更的换向开关能被操纵。这样换向开关只能在无电流时被切换，从而可以避免换向开关的接点的损伤或毁坏。此开关组合例如用于在一个机床中电机的切换。
这种机械的解决方案自然伴随着开关组合的切换时间受限制，从而其应用领域也受到限制。
US5041775公开了一种空调器，它的通风机具有一个可切换的交流电机，此电机的驱动速度可借助一个切换件在两个速度间切换。一个功率开关串接于此切换件，通过此功率开关，通风机电机在改变速度时可无电流地切换。
发明内容
本发明的目的在于，给出提升装置和/或传动装置的一种具有可换极三相电机的驱动系统，其有关三相电机控制的切换性能被优化。
按照本发明，提升装置和/或传动装置的驱动系统——具有一个可换极的、带有用于产生至少两个互不相同的驱动速度的多个线圈的三相电机，具有一个使三相电机与一个电压源相连接的换极件，以在三相电机的多个驱动速度间切换——如此实现换极件串接一个功率切换件，并且对于换极过程三相电机可通过功率切换件与电压源分开，从而换极件可以无电流地被切换。因为用于切换电机电流的接点的使用寿命取决于被切换电流的大小，因此切换接点的使用寿命延长了。因为按照本发明进行无电流的切换，用于换极和换向的切换件可相应有较小的尺寸。这里只需要很低的切换能力，即要克服的接触力很小并且接点距离很小。切换接点也是成本低廉的。
本发明的核心想法是在可换极三相异步电机中将负载切换功能与用于方向和用于速度的接点逻辑分开。
在具有优点的实施例中换极件串接一个换向件，通过此换向件可以已知的方式改变三相电机的旋转方向。按照本发明此用于换向过程的换向件可通过功率切换件与电压源分开，并实现无电流切换过程。
特别具有优点的是，功率切换件和换极件，或者换极件及换向件与一个控制逻辑相连接，并且通过控制逻辑以下述方式完成功率切换件的连续控制和换极件或换极件及换向件的连续控制换极件或者换极件及换向件在每次切换过程之前通过相应受控的功率切换件与电压源分开，并在完成切换过程之后再通过功率切换件与电压源相连接。这样可简单地完成功率切换件、换极件和换向件的连续控制。通过切换逻辑可以使换极件或换极件及换向件的切换时间小于200毫秒，最好小于50毫秒。因为切换时间如此之短，本发明的驱动控制也可用于控制提升装置或传动装置中的可换极三相电机，在无电流切换时间内电机场不会崩溃，并且例如不会发生负载滑落。
在结构简单的实施例中，功率切换件具有三个功率切换接点，它们之中的两个与两极的换向件的换向接点相连接，另一个功率切换接点直接与线圈中的一个相连接，并且换向接点在输出侧分别与两极的换极件的两个换极接点中的一个相连接。
在另一个实施方式中，通过控制逻辑以下述方式实现功率切换件和/或换向件的控制；它们的切换过程与三相电机的转速同步。当电机状态达到“停止”，“慢行”或“快行”，由操作者引发的切换过程才被触发。
这使得在不同速度之间可实现无跳动的切换。在电机由停止状态加速时，用一个很小的电机运行电流就可以实现。为此首先接通高极的线圈并在达到所希望的额定转速时切换到用于高速度的低极的线圈上。反过来为使电机由一个快的速度减慢下来，一个无跳动的减速通过在达到同步转速时接通高极的线圈实现。这样，方向变更可通过减速到停止状态并在相反方向上加速或再起动来实现。
此外，在更换负载时并且对于两个旋转方向，可以控制最佳切换时刻。加速或者达到所希望的额定转速的加速时间取决于负载和旋转方向。在提升重的负载时有较长的加速时间，而在重的负载下落时有较短的加速时间。这种影响可通过同步来避免或补偿。
在一个实施方式中可以设置一个制动器，尤其是一个电磁制动器，其在制动过程中的控制根据三相电机的转速实现。在制动时切换过程也可与三相电机的转速同步。同步最好由三相电机及其借助于控制逻辑的控制形成。在正确的转速时可以关断一个发电机式的制动过程或采用反向电流的制动过程。此外可以设置一个机械制动器，尤其是在电机轴上的机械制动器。为了使机械制动器有小的磨损并得到长久的停止时间，可首先从“快行”状态借助三相电机的发电机驱动或馈送反向电流而制动到“慢行”状态。为了得到一个不中断的减速或在发电机驱动下制动直至达到“停止”状态，关断高极的线圈并且机械制动器工作。在借助反向电流制动时也可电动地减速或制动直至停止状态，其中功率切换件在停止状态下必须被关断，以阻止在相反方向上的重新起动。
功率切换件具有三个功率切换接点和一个辅助接点是有好处的，接点中的两个与两极的换向件的换向接点相连接，另一个直接与线圈中的一个相连接，并且换向接点在输出侧分别与两极的换极件的两个换极接点中的一个相连接，辅助接点与机械制动器相连接。
在功率切换件的关断和重新接通之间的时间在这些实施方式中也按照切换周期被调整。对于换极，例如50毫秒至100毫秒之间的时间是特别合适的。对于相位切换(换向)，大于150毫秒的时间持续期是合适的。对时间的不同选择用于阻止机械制动器的释放。此外，在相位切换时的短路通过切换电弧避免。
最好设置一个脉冲发生器，它提供用于控制功率切换件和/或换向件的控制逻辑，并提供一个转速信号用于使切换过程与三相电机的转速同步。
下面对附图的说明给出本发明的其它特征、优点和特点。附图中图1示出用于一个可换极三相电机的驱动电路的一种实施方式，以及图2示出用于一个具有机械制动器的可换极三相电机的驱动电路的另一实施方式。
具体实施例方式
下面借助图1所示第一个实施例详细说明本发明。图1示出一个用于可换极三相电机2，尤其是三相异步电机的驱动电路1。三相电机2具有两个有着不同极对数的三相线圈，它们用附图标记1U，1V，1W，2U，2V和2W表示。
驱动电路1以及三相电机也通过一个三相电源供给能量，三相电源的馈电线用L1，L2和L3表示。从馈电线L1，L2和L3向三相电机2的方向看去，驱动电路1主要包括一个功率切换件3，此切换件后接一个换向件4和一个换极件5。
功率切换件3被设计为具有三个功率切换接点3a，3b和3c的常规功率接触器，它以相应方式在输入侧连接电源的三根馈电线L1，L2和L3。通过这三个机械上相互连接的功率切换接点3a，3b和3c，可以用一个切换过程将三相电机2与馈电线L1，L2和L3在所有极上都分开。
连接馈电线L1的第一功率切换接点3a在输出侧直接连接于三相电机2的线圈1U。连接馈电线L2的第二功率切换接点3b在输出侧通过一根相应的导线连接于两极的换向件4的第一换向接点4a，并且连接馈电线L3的第三功率切换接点3c在输出侧连接于换向件4的第二换向接点4b。这两个功率切换接点3a和3b可共同由第一个切换位置“右转”移动到第二个切换位置“左转”。在第一个切换位置“右转”处，第一换向接点4a在输出侧连接于第一换极接点5a的输入端，且第二换向接点4b在输出侧连接于两极换极件5的第二换极接点5b的输入端。在第二个切换位置“左转”处，两根馈电线L2和L3互换，即第一换向接点4a在输出侧连接于第二换极接点5b，而第二换向接点4b在输出侧连接于第一换极接点5a。
换极件5的换极接点5a和5b在输出侧根据换极接点5a和5b的位置电气上连接于线图1V，1W，2V和2W。在切换位置“慢行”处，第一换极接点5a连接于线圈1V，第二换极接点5b连接于线圈1W。在另一切换位置“快行”处，第一换极接点5a连接于线圈2V，而第二换极接点5b连接于线圈2W。
这样通过功率切换件3可在所有极上将三相电机2与三相供电的馈电线L1，L2和L3分开，从而可以在无电流状态下切换换向件4的两个换向接点4a和4b以及换极件5的两个换极接点5a和5b。因此换向件4的两个换向接点4a和4b以及换极件5的两个换极接点5a和5b实际上不受电气接触磨损，并且不需要设计为大结构尺寸就可实现带负载切换。这样就避免了大的结构尺寸，并可使用小接触器、继电器或半导体阀。
功率切换件3，换向件4和换极件5通过控制线6a，6b和6c与一个切换逻辑7相连接。切换逻辑7在输入侧与图中未示出的开关相连接，这些开关被标注为控制功能“停止”，“右转”，“左转”，“快行”和“慢行”。如果操作开关中的一个，切换逻辑7首先通过功率切换件3使三相电机2与馈电线L1，L2和L3分开，然后通过换向件4和/或换极件5的相应切换实现被操作开关所对应的控制功能。接着功率切换件3再次被控制，使得三相电机2以所希望的工作方式通过功率切换件3，换向件4和/或换极件5以馈电线L1，L2和L3被馈给电流。这样按照本发明换向件4和/或换极件5无电流地被切换。切换逻辑7主要具有用于切换过程的时间顺序的过程控制功能，用于完成控制功能，并可以实现短的切换时间。在三相电机2用在提升装置中时切换时间小于50毫秒。这样就可靠地避免了负载的下落。在三相电机2用在传动装置中时切换时间小于200毫秒。
此外在优选实施例中，在切换逻辑7中功率切换件3的操作与三相电流的频率或三相电机2的转速同步。由此出发，功率切换件3的接通或关断时刻可最佳地选择，并且最好通过其选择使接点和机械传动件的磨损减小。通过在切换逻辑7中的过程控制也可最佳地相互独立地控制制动器抬起及落下的时刻。也可以借助切换逻辑7阻止由操作者产生的不希望的命令顺序。
切换逻辑7最好设计为可编程集成电路(例如ASIC，微处理器，PGA)。已用于本发明驱动电路的切换逻辑7也可用于实现其它功能，例如通过高极线圈的电气制动，通过高极线圈的起动，“阻止点动操作”和/或获取转速。
所谓“点动(Tippen)”是指由操作者产生的快速重复的对控制切换键“右转”及“左转”的操作。接在电网上的三相电机的起动工作时间在小于1秒的范围内。以小于1秒的重复时间进行的快速点动将使电机起动电流重复地接通和关断。众所周知，接在电网上的三相电机的起动电流是额定电流的数倍(典型倍数为6至7倍)。在点动操作下切换接点重复接通和关断起动电流；这导致切换接点过早地磨损。“阻止点动操作”抑制了重复时间小于电机起动工作时间的“点动”。在起动工作时间之内的键操作被程序逻辑忽略掉，从而不可能出现起动电流的反复切换。
对于必须避免由三极的功率切换件3的切换电弧所产生的干扰的那些应用场合，可以很小的成本用半导体开关代替功率切换件。这样还使本发明驱动电路的寿命延长数倍。
图2所示实施方式与前面说明的实施方式的主要差别在于设置了一个机械制动器8，一个脉冲发生器9以及它们相应的连接，图2中使用与图1相同的附图标记来描述同一部件。
制动器8设置在三相电机2的轴10上。脉冲发生器9是本领域技术人员已熟知的用于确定电机2的转速的装置。此装置同样也设置在电机的轴10上，并且向切换逻辑7提供脉冲，用以确定电机2的转速(对照上述内容)。
在此实施方式中功率切换件3也被设计为具有三个功率切换接点3a，3b和3c的常规功率接触器，这些接点以相应方式在输入侧连接电源的馈电线L1，L2和L3。通过这三个机械上相互连接的功率切换接点3a，3b和3c，可用一个切换过程将三相电机2在所有极上与馈电线L1，L2和L3分开。此外设置有一个辅助接点3d，它与制动器8相连接并用于制动器的接通和关断。
机械制动器8一方面通过相应导线直接与第一换极接点5a的输入端相连接，另一方面与辅助接点3d的输出端相连接。辅助接点3d在输入侧连接于第二换极接点5b的输入端相连接。
在所有状态“停止”，“右转”，“左转”，“快行”和“慢行”下，一旦功率切换接点3a，3b和3c以及辅助接点被接通且电流流过制动器8，则制动器8抬起。这样保证了电机2不需要对着制动器起动和运行。此外，一旦通过功率切换接点(和辅助接点)的打开而切断电机2的电流，制动器8自动——例如在弹簧作用下——落下。制动器8的控制也通过切换逻辑7与三相电机2的转速同步。
图2实施例中的其它部分与图1对应部分相同。
附图标记列表1 驱动电路 2 三相电机 3 功率切换件3a，3b，3c 功率切换接点3d 辅助接点4 换向件4a，4b 换向接点5 换极件 5a，5b 换极接点6a，6b，6c 控制线 7 切换逻辑 8 制动器9 脉冲发生器 10 电机轴1U，1V，1W 线圈2U，2V，2W 线圈L1，L2，L3 馈电线。
权利要求
1.提升装置和/或传动装置的驱动系统，具有一个可换极的、带有用于产生至少两个互不相同的驱动速度的多个线圈的三相电机，并具有一个使三相电机与一个电压源相连接的换极件，以在三相电机的多个驱动速度间切换，其中换极件(5)串接一个功率切换件(3)，且对于换极过程可通过功率切换件(3)使三相电机(2)与电压源分开。
2.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，换极件(5)串接一个换向件(4)，通过此换向件可改变三相电机(2)的旋转方向，并且对于换向过程可通过功率切换件(3)使三相电机(2)与电压源分开。
3.如权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，功率切换件(3)和换极件(5)或者换极件(5)及换向件(4)与一个控制逻辑(7)相连接，并通过控制逻辑(7)按以下方式完成功率切换件(3)，换极件(5)或换极件(5)及换向件(4)的连续控制换极件(5)或换极件(5)和换向件(4)在每次切换过程之前通过相应受控的功率切换件(3)与电压源分开，并在完成切换过程之后通过功率切换件(3)连接到电压源。
4.如权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，换极件(5)或换极件(5)及换向件(4)的切换时间小于200毫秒，最好小于50毫秒。
5.如权利要求2至4中任一项所述的驱动系统，其特征在于，功率切换件(3)具有三个功率切换接点(3a，3b，3c)，其中两个功率切换接点连接于两极的换向件(4)的两个换向接点(4a，4b)，另一个功率切换接点直接连接于一个线圈(1U，1V，1W，2U，2V，2W)，换向接点(4a，4b)在输出侧分别连接于两极的换极件(5)的两个换极接点(5a，5b)中的一个。
6.如权利要求2至5中任一项所述的驱动系统，其特征在于，通过控制逻辑(7)以下述方式完成功率切换件(3)和/或换向件(4)的控制它们的切换过程与三相电机(2)的转速同步。
7.如权利要求6所述的驱动系统，其特征在于，设置有一个制动器，其控制以下述方式完成其切换过程与三相电机(2)的转速同步。
8.如权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，设置有一个电磁制动器。
9.如权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，电磁制动器通过控制逻辑(7)控制。
10.如权利要求1至9中任一项所述的驱动系统，其特征在于，设置有一个机械的制动器(8)，尤其是设置在电机轴(10)上。
11.如权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，功率切换件(3)具有三个功率切换接点(3a，3b，3c)和一个辅助接点(3d)，其中的两个功率切换接点连接于两极的换向件(4)的换向接点(4a，4b)，另一个功率切换接点直接连接于一个线圈(1U，1V，1W，2U，2V，2W)，且换向接点(4a，4b)在输出侧分别连接于双极的换极件(5)的两个换极接点(5a，5b)中的一个，而辅助接点(3d)与机械的制动器(8)相连接。
12.如权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，设置有一个脉冲发生器(9)，它向用于控制功率切换件(3)和/或换向件(4)的控制逻辑(7)馈送一个转速信号，用以使它们的切换过程与三相电机(2)的转速同步。
全文摘要
本发明涉及提升装置和/或传动装置的驱动系统，具有一个可换极的、具有用于产生至少两个互不相同的驱动速度的多个线圈的三相电机，并具有一个使三相电机与一个电压源相连接的换极件，用于在三相电机的多个驱动速度间切换。为了获得一个具有三相电机的提升装置和/或传动装置的驱动系统，该系统的切换性能对于三相电机的控制是最佳的，建议换极件(5)串接一个功率切换件(3)，且对于换极过程可通过功率切换件(3)使三相电机(2)与电压源分开。
文档编号H02P1/26GK1578106SQ20041006005
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月27日
发明者霍尔格·弗赖塔格, 安东·明泽布鲁克, 布克哈德·哈泽纳克, 朱利亚诺·佩尔斯克, 埃里克·阿佩尔 申请人:德马格超重机及部件有限公司