电磁电机的制动系统的制作方法
本发明涉及紧急制动系统及其使用方法，其特别地涉及测试设备所使用的电磁电机。
背景技术：
用于测试设备的电机——包括伺服液压电机和电磁电机这两种常见形式电机——包括具有大质量的输出轴。如果在设备内发生故障，则大质量可能加速并对设备和附近的任何人造成损伤。因此，制动系统设计成防止输出轴的不期望的运动。
伺服液压系统可以包括机械制动器，由此通过夹紧或释放输出轴来控制输出轴的运动和/或可以通过控制液压缸中的油液流动来管理输出轴的运动。
电磁电机的操作原理与伺服液压电机不同。相反，包括磁性材料的输出轴位于线圈组件内，或者，动圈式电磁电机将线圈组件安装到输出轴上并定位在包括磁性材料的壳体内。线圈组件包括多个单独的线圈回路，通过线圈组件施加的电流信号感应出磁场，该磁场与磁性材料的磁场相互作用，因此取决于施加电流的大小和方向产生输出轴上的力。该力可用于使运动的输出轴加速或减速，另外，当测试设备处于垂直取向或除水平以外的任何取向时，它可用于抵消作用在输出轴上的重力。在非水平取向中，应当理解，在没有电力的情况下，输出轴在重力作用下自由运动。因此，必须启动机械制动器以诸如当电机切断时防止输出轴的不希望的运动。用于对电磁电机的运动中的输出轴进行制动的附加手段是电磁感应，通过电磁感应，输出轴在线圈组件内的运动在输出轴中引起涡流，从而在输出轴与线圈之间产生电磁制动力，另外称为电子制动。
虽然目前没有合规性标准规定具有不希望的运动的输出轴必须被多快地止动，但是在输出轴行进2mm或更短距离之前和/或在旋转电机：360度的情况下，最好停止运动。由于输出轴的大的组合质量，输出轴可以仅在重力作用下在几毫秒内行进其行程的长度。因此，在接合机械制动器或使施加到线圈组件的电流反转或施加电子制动时，制动系统的响应时间需要非常短以防止2mm的行程。
用于控制不同制动方法的致动的几种已知方法涉及监测输出轴的速度。在理想情况下，使用完美的安全限速(sls)机构来预先防止输出轴达到大于预定阈值的速度-通常为10mm/s或对于旋转运动为30°/s。不幸的是，当前的sls机制无法执行这种所需的功能；它们通过监测速度并在超过阈值时提高故障条件来运行。因此，一旦故障条件已提高，输出轴的速度已经超过阈值——sls没有预先限制速度以避免超过阈值，超过阈值才会作出反应。这相当于安全速度监测器(ssm)，它可以监测速度并在该速度低于或高于预定阈值时结合安全转矩关断(sto)机制产生安全和/或故障信号，该安全转矩关断机制使线圈组件上的绕组短路，由此产生磁制动效果。类似地，速度的监测可以扩展到监测输出轴的加速度，其中当超过预定加速度阈值时sto被接合，所述加速度阈值通常为30mm/s2或对于旋转运动为90度/s2。
关于上述制动系统存在若干问题，该制动系统使用ssm结合sto来防止不希望的运动。存在这样的情况，其中可能超过速度或加速度的阈值但是没有发生故障。这些被称为误触发事件或误跳闸。在这些情况下，制动系统工作并且认为设备是安全的，直到可以进行检查为止。这些误触发事件发生的频率导致相当测试设备的大比例的操作者切断紧急制动系统；这种做法不仅会导致设备损坏，还会导致操作员受伤。
超过速度或加速度阈值但未发生故障的情况示例包括(但不限于)：
1.每次释放机械制动器时，输出轴都会经历脉冲，导致较大的加速度和速度。
2.在测试设备的环境中工作，设备可能意外地受到撞击，导致较大的加速度和速度。
3.用工具调整负载线可能会产生脉冲而产生较大的加速度和速度。
4.操作样品保持夹具可能会导致脉冲而产生较大的加速度和速度。
5.当在其中施加到电机的电流受到严格限制的设置模式下操作时，‘电机齿槽效应’可导致超过速度和加速度阈值。
因此，需要开发一种紧急系统，其具有高精度以将误触发事件与实际上不希望的输出轴运动区别开来。
用于停止不受控制的输出轴的运动的传统手段是使用电制动：通过将线圈组件的多个单独的线圈回路中的每一个彼此连接。为此，使用机械装置；在施加电子制动的指令与启动制动器的机械装置之间的延迟导致识别故障事件与输出轴被停止之间的时间为约10毫秒。该持续时间的延迟不足以使输出轴在2mm行程内停留，因此需要新装置来通过减少延迟时间而减小行程距离。
测试设备必须遵守某些安全标准，一个这样的标准涉及每个机械制动器中使用的机械制动片的寿命。因此，希望生产一种用于监测安装在机械制动器上的制动片寿命的装置。
技术实现要素：
本发明的第一方面涉及一种用于控制电磁电机的制动系统的方法，该电磁电机具有可运动的输出轴，包括以下步骤：基于输出轴的运动接收速度信号和/或加速度信号，所述速度信号和/或加速度信号具有相应的频谱；使用相应的频谱从速度和/或加速度信号识别事件，其中所述事件对应于输出轴的不受控制的运动并且具有特征频谱。
识别事件包括对速度和/或加速度信号进行滤波以衰减频谱的一个或多个频率分量；由滤波器衰减的一个或多个频率分量可以代表输出轴不会给操作者带来风险的不受控制运动的频率分布的一部分或全部。因此，申请人给出了一种在先前无法区分的事件之间作出区分的方法。
为了减少触发电制动器的致动与实际致动之间的延迟，本发明的第二方面提出了一种装置，包括：线圈组件电路，其包括多个单独的线圈回路，其被配置成在施加电力时引起电机的输出轴的运动；开关装置，其被配置成在线圈组件电路的多个单独的线圈回路之间形成电连接，使得输出轴的运动停止；以及用于致动开关装置的光隔离器。所述装置还具有将高电压电路与低电压电路电隔离的优点，因此提供了用于保护组件免受损坏的装置。
作用在输出轴上的力以及因此输出轴相对于线圈组件的运动取决于施加到线圈组件中的线圈的电流的大小和方向。当测试机关闭时，输出轴可以处于任何位置，因为当电源关闭时机械制动器与输出轴接合。在测试机的初始启动期间，即当测试机接通时，在机械制动器从输出轴脱离，即制动蹄从输出轴脱离时，会存在突然的振动。这种突然的振动可以被认为是上面关于本发明的第一方面讨论的故障事件，并且被检测为将触发故障状况的脉冲。
为了在机械制动器与输出轴解除接合时减少输出轴的运动，例如，在测试机的初始启动期间，本发明的第三方面提出了一种方法，该方法将输出轴的位置与施加到线圈组件的为了抵抗输出轴的运动所需的电流相关联。优选地，该方法包括以下步骤：确定输出轴的位置；基于输出轴的位置确定电流，当在线圈组件中施加该电流时，在机械制动器被释放时在输出轴上产生力以防止输出轴的运动；并且将该电流施加到线圈组件。所述方法还可以包括使用查找表来基于输出轴的位置确定施加到线圈组件的电流。为了产生所述查找表，线圈组件中的电流在输出轴的轴向位移的固定间隔上被采样。优选地，申请人还提出了以下方法：确定将输出轴保持在第一位置所需的第一电流；确定将输出轴保持在第二位置所需的第二电流；将第一和第二位置与第一和第二电流一起存储在查找表中。
在本发明的第四方面中，本发明提供一种机械制动器设计，其增加制动器与输出轴的接合速度。所述制动器包括：枢转地安装的板，该板具有用于接收电机的输出轴的空间；电操作的保持装置，其接触板的自由端并设置成将板保持在允许输出轴运动并允许板枢转到卡住位置的状态；其中电操作的保持装置包括螺线管以控制板的移动。本发明的机械制动器的制动作用是自供能的，这意味着在重力作用下向下作用的输出轴的重量产生将输出轴保持在适当位置所需的制动力。螺线管可以是线性螺线管，以提供超越现有技术中已知的先进致动机构。此外，机械制动器可以包括弹性构件，该弹性构件布置成将板朝向卡住位置偏压。可选地，机械制动器被制造为模块化组件。
本发明在其第五方面提供了一种用于监测线性电磁电机的机械制动器的性能的方法，该线性电机具有可线性移动的输出轴，该方法包括监测输出轴在机械制动的致动持续时间内的行程并将所述行程与预定行程阈值进行比较。所述方法提供了一种监测可靠性，确保正常运行并提高线性电机安全性的装置。可以提醒用户行程的程度，以便他们可以采取适当的行动。
在一些情况下，本发明第四方面的机械制动器可能由于各种原因而不能接合。例如，机械制动器的螺线管可能由于电气开关中的故障而失效或卡住，该故障不能撤除为了将细长板保持在释放状态而对螺线管施加的电力，从而防止细长板与输出轴接合或使机械制动器的制动蹄不能与输出轴接合，例如磨穿。在机械制动器故障的情况下并且为了防止输出轴下落并产生挤压力，在本发明的第六方面中，本发明提供了一种冗余机械制动器。优选地，本发明的机械制动器包括主机械制动器和辅助(冗余)机械制动器。上面讨论的机械制动器是主机械制动器，并且其中机械制动器还包括辅助机械制动器。辅助机械制动器类似于本发明的主机械制动器，即包括：枢转地安装的细长板，该细长板具有用于接收输出轴的空间并且当处于制动“接通”状态时与输出轴接合；以及电操作的保持装置，用以控制枢转地安装的第二板的运动。为了适应主机械制动器和辅助机械制动器，主机械制动器可围绕输出轴的纵轴线与辅助机械制动器旋转地错开，使得它们相应的板围绕非平行轴线枢转。辅助机械制动器与主机械制动器配合以提供上述机械制动器的功能特征。优选地，主机械制动器包括枢转地安装的第一板，并且辅助机械制动器包括枢转地安装的第二板，枢转地安装的第一和第二板中的每一个包括用于接收电机的输出轴的同轴空间，其中辅助机械制动器与主机械制动器配合以提供止挡部，该止挡部与第二板的下表面间隔开并且配置成当由输出轴作用在第二板上的力超过阈值时接触第二板的下表面。优选地，辅助机械制动器的电操作的保持装置(例如螺线管)耦接到主机械制动器的枢转地安装的第一板，使得辅助机械制动器的电操作的保持装置骑在枢转地安装的第一板上。更优选地，枢转地安装的第二板枢转地安装在弹性加载(或支撑)的支点上，当由输出轴作用在第二板上的力超过阈值时，该支点能够移动，使得第二板围绕止挡部枢转并且克服弹性构件的偏压力，其中弹性加载(或支撑)的支点是通过辅助机械制动器与主机械制动器的配合提供的。
优选地，在使用中，第一机械制动器的枢转地安装的第一板和第二机械制动器的枢转地安装的第二板布置成按顺序独立地枢转或同时地枢转。第一机械制动器和第二机械制动器并行地起作用以停止输出轴的运动。在正常制动中，枢转地安装的第一板和枢转地安装的第二板枢转以与输出轴接合，更具体地说是用于接收输出轴的空间与输出轴接合。机械制动器与输出轴有两种接合状态。第一个状态是机械制动器的“受保护”状态并且表示机械制动器没有或没有完全由输出轴的重量加载的情况，因此，细长板——更准确地说是用于接收输出轴的空间——不会卡住输出轴。第二个状态是完全制动状态并且当机械制动器被加载时发生，因为输出轴的重量导致用于接收输出轴的空间进一步卡住输出轴以在板倾斜时承受输出轴的负载。可选地，用于保持输出轴的负载在主机械制动器与辅助机械制动器之间分担。优选地，在正常制动状态下，主机械制动器比辅助机械制动器占据输出轴负载的更多份额。优选地，在正常制动状态下，主机械制动器被加载，即，承受输出轴的负载并且辅助机械制动器受到保护。通过在主机械制动器分担输出轴的较大部分负载的同时对辅助机械制动器进行保护，辅助机械制动器的制动蹄得以保持，因此，在主机械制动器的制动蹄之前辅助机械制动器的制动蹄不太可能磨损。因此，如果主机械制动器故障，则辅助机械制动器的制动蹄仍将处于承受输出轴的负载而没有过度滑动的状态。
优选地，在正常制动状态下，主机械制动器的枢转地安装的第一板相对于水平轴线以比辅助机械制动器的枢转地安装的第二板更大的角度枢转。通过允许枢转地安装的第二板比枢转地安装的第一板枢转得更远，枢转地安装的第一板将比枢转地安装的第二板早几分之一秒地与输出轴接合，所得到的效果是主机械制动器相比将要处于受保护状态的辅助机械制动器分担输出轴的更多负载或全部负载。辅助机械制动器将变得受更多负载作用，即脱离受保护状态，在主机械开始发生故障时。由主机械制动器支撑的输出轴的负载量越小，即与输出轴接合的程度越低，由辅助机械制动器占用的输出轴的负载的份额就越大(反之亦然)，从而提供额外的安全性。
本发明的每个方面可以与任何其它方面组合，就像可以在每个方面内作出每种选择那样；除非它们被特别教示为替代方案。本发明的不同方面单独地或以任何组合提供了改进的测试设备。
附图说明
本发明的进一步优选特征和方面将从权利要求和以下参考附图的说明性描述中变得显而易见，其中：
图1是现有技术中已知的电磁电机控制系统的流程图表示。
图2是根据本发明第一方面的电磁电机控制系统的流程图表示。
图3a是根据本发明第一方面的选项的fir滤波器在第一信道上的频率响应的曲线图。
图3b是根据本发明第一方面的选项的fir滤波器在第二信道上的频率响应的曲线图。
图4是根据本发明第一方面的选项的输出轴运动分析的流程图表示。
图5a和图5b分别是根据本发明第一方面的选项的原始速度信号和经滤波的速度信号相对于时间的说明性图表。
图5c和图5d分别是根据本发明第一方面的选项的原始加速度信号和经滤波的加速度信号相对于时间的说明性图表。
图6a是现有技术中已知的机械继电器开关的电路图。
图6b和图6c是根据本发明第二方面的固态继电器电路开关的电路图。
图7是根据本发明的第三方面的使输出轴抵抗重力作用保持固定所需的电流与输出轴的位置的关系的说明性图表。
图8是根据本发明第三方面的用于确定查找表的本发明的选项的流程图表示。
图9a和图9b是根据本发明第四方面的机械制动系统的示意图，分别示出了处于关闭配置和接通配置的机械制动器。
图9c是制动系统的图解表示，以帮助理解制动理论。
图9d是包括主制动系统和辅助制动系统的机械制动系统的平面图表示。
图9e-h是包括主制动系统和辅助制动系统的机械制动系统的图解表示。
图9i是耦接到延伸特征部的致动器杆的图解表示。
图9j是示出致动器力与致动器杆行程之间的非线性行为的说明性图表。
图10是根据本发明第五方面的选项的制动性能监测方法的流程图表示。
具体实施方式
作为目的，本发明提供了一种用于包括电磁电机的致动器的制动系统的结构以及用于通过控制系统致动的方法。虽然以下描述是参考垂直取向的测试设备给出的，但是本发明不限于此并且可以结合到需要由此提供的效果的另一系统中。
控制系统和制动系统可以结合到包括致动器的传统测试设备中，该致动器包括电磁电机，该电磁电机包括可移动地定位在线圈组件内的输出轴。或者，电磁电机可以包括安装在输出轴上的线圈组件，输出轴位于包括磁性材料的壳体内(被称为动圈式电机)。线圈组件包括线圈组件电路，该线圈组件电路布置成使得电机是多相电机。在本文描述的本发明的选项中，电机是三相电机，其被配置成产生输出轴的线性和/或旋转运动。包括电机的致动器包括用于确定输出轴在线圈组件内的位移的一个或多个位移传感器，以及用于计算输出轴随时间的位移的编码器。位移传感器的示例包括但不限于lvdt(线性可变差动变压器)；应变计和旋转电位计。编码器具有采样频率，该采样频率可以是固定的或可控的，使得采样频率在1khz与20khz之间。或者，输出轴的位移可以通过以下步骤确定：测量输出轴的速度和/或加速度并随后对其求积分来求得位移。用于测量速度的装置的示例是速度换能器。用于测量加速度的装置的示例是加速度计。这些装置可以使用任何已知的方法包括在致动器中，例如，纳入到输出轴中。进一步替代地，可以通过对输出轴的基部的测量值求微分来确定输出轴的位移，并随后再求微分以求得速度和/或加速度。
本发明的第一方面的目的是产生一种控制系统，该控制系统能够区分输出轴的不同运动，使得控制系统在发生故障事件时停止输出轴的运动，故障事件是由线性电机的构件的故障引起的输出轴的不受控制的(未经允许的、未经指令的诸如此类的)移动。
如在引言中所讨论的，存在若干事件导致传统的控制系统停止输出轴的运动。传统的控制系统被配置成使用由位移传感器随时间测量的位移来确定输出轴的速度(由运动检测器11计算)何时超过预定阈值。为实现此目的，如图1所示的传统ssm10包括至少一个比较器20，其适于将输出轴的速度与预定速度阈值进行比较，例如对于线性运动为10mm/s和/或对于旋转运动为30°/s。可以通过对位移信号求微分、对加速度信号求积分或通过使用速度检测器的测量值来确定速度信号。当超过所述预定速度阈值时，比较器的输出触发安全扭矩关断(sto)装置40，其启动制动装置。另外，作为速度比较器的补充或替代方案，传统的ssm还可以包括另外至少一个比较器，其适于将输出轴的加速度与预定加速度阈值(例如对于线性运动为30mm/s和/或对于旋转运动为90°/s)进行比较并触发sto装置。
可能因为若干事件而使预定速度和/或加速度阈值被超过。这些事件包括但不限于引言中讨论的和下面重复的那些事件：
1.当机械制动器脱离时，输出轴会经历脉冲，导致瞬间较大的加速度和速度。
2.在测试设备的环境中工作，设备可能意外地受到撞击，导致较大的加速度和速度。
3.用工具调整负载线可能会产生脉冲而产生较大的加速度和速度。
4.操作样品保持夹具可能会导致脉冲而产生较大的加速度和速度。
5.当在设置模式下操作时，其中施加到电机的电流受到严格限制，‘电机齿槽效应’可导致超过速度和加速度阈值。
6.由于测试设备的组件故障导致的输出轴的不受控制的运动或对操作者构成风险的任何其它事件包括但不限于：缠结、摩擦或磨损、切割、剪切、刺伤或刺穿、撞击、挤压或拉入。其中超出预定移动阈值的不受控制的运动对应于操作者的风险。对于线性运动，预定运动阈值可选地在0mm至200mm或0mm至60mm的范围内。在本发明的选项中，阈值是2mm。对于旋转运动，预定运动阈值可选地在0度至30度的范围内。
事件1至5被认为是并非由于组件故障引起和/或没有给操作员带来风险的假故障事件，而事件6是真实故障事件。
申请人发现当测试设备操作时需要区分不同事件，使得sto装置被触发的频率降低，即仅由(真实)故障事件而不是由假故障事件触发。因此，当因(假故障)发生频率高而引起操作员不满时，操作员切断控制系统的可能性较低。
在本发明中，申请人注意到，如果表示输出轴的速度或加速度的信号被分解到离散的时间段内，则可以使用对每个周期的频谱的分析来识别和区分一些事件，这些事件是不能通过使用包括仅检查时间信号中的速度和/或加速度的传统比较器方法来区分的。傅立叶变换是本发明中的一个示例，其用以提供表示输出轴的速度或加速度的信号的频域表示。
这样，根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制制动系统的控制系统。控制系统和制动系统可以结合到包括致动器的测试设备中，该致动器包括电磁电机，该电磁电机包括可移动地定位在线圈组件内的输出轴。动圈式电机不排除在本发明的范围之外。制动系统包括用于基于输出轴的运动产生信号的装置。出于解释本发明的目的，这种装置通常被称为线性和/或旋转运动检测器111。在本发明的选项中，运动检测器包括用于确定输出轴在线圈组件内的位移的一个或多个位移传感器，以及用于随时间产生输出轴的位移的编码器。编码器具有采样频率，该采样频率可以是固定的或可控的，使得采样频率在1khz与20khz之间。在本发明第一方面的选项中，编码器具有10khz的采样频率。在本发明的选项中，输出轴的速度可以使用速度换能器来确定。在本发明的另一个选项中，运动检测器包括加速度检测器，诸如加速度计。在本发明的另一个选项中，线性和/或旋转运动检测器包括以下中的至少一个：位移检测器、速度检测器或加速度检测器。
根据本发明第一方面的控制系统包括安全速度监测器(ssm)110，其被配置成使用速度和/或加速度信号的频谱识别输出轴的不受控制的运动。ssm被配置成从运动检测器111接收输入信号，该运动检测器选自位移检测器、速度检测器或加速度检测器中的至少一个，这些检测器的信号对应于输出轴的运动。ssm可以另外被配置成基于输入信号确定对应于输出轴的速度和/或加速度的速度信号和/或加速度信号，该输入信号是以下任何一个：输出轴的位移、速度或加速度。
图2表示本发明的一个选项，其中运动检测器包括位移检测器，ssm被配置成通过相对于时间对信号进行微分(d/dt)基于位移来确定对应于输出轴的运动的速度信号和/或加速度信号。
如图2中所示的控制系统包括第一信道120，该第一信道包括用于衰减速度信号的一个或多个频率分量的第一滤波器121。在本发明第一方面的选项中，第一滤波器是有限脉冲响应(fir)滤波器。虽然本发明不希望排除将第一滤波器作为软件滤波器提供，但是在接收位移检测器的输出与将第一滤波器作为使用价格适合包含在商业上可销售的产品中的可用组件的软件滤波器之间处理信号的延迟不足够短以至于无法令人满意地限制输出轴的运动。如上所述，软件滤波器将利用数学运算，例如，傅里叶变换，从而计算速度信号的频域表示，特定频率将被衰减。因此，本发明承认一些软件滤波器可能适用于本发明的目的，但在商业要求方面是不实用的。此外，在软件滤波器内存在更多出现错误或故障的机会，导致安全性降低并且生产和维护成本增加。因此，在本发明的选项中，第一滤波器以硬件方式实现为模拟或数字滤波器。
如图2中所示，本发明第一方面的选项可以包括第二信道130，该第二信道包括第二滤波器131，用于通过衰减频域中的加速度信号的一个或多个频率分量来修改加速度信号。在另一选项中，第二滤波器可以是有限脉冲响应(fir)滤波器。与第一滤波器一样，第二滤波器可以用软件或硬件实现。读者应该知道，虽然用第一和第二信道描述本发明的第一方面，但本发明的第一方面可以仅用第一或第二信道中的一个信道实现，即只有速度信号或加速度信号被滤波器修改。
以下对第一或第二滤波器的描述使用fir滤波器作为示例，然而可以实现产生期望信号衰减的任何其它形式的滤波器。典型的fir滤波器包括具有n级的延迟线，每级具有预定系数。级数和它们相应系数的选择取决于滤波器的所需功能要求。每个级的系数选择将影响滤波器的功能或‘形状’，即它是低通滤波器、带通滤波器还是高通滤波器。增加级数将增加接收编码器输出与从滤波器输出信号之间的延迟；然而，它将提高滤波器辨别的精度。
在分析导致故障事件或假故障事件的每次事件的频谱时，可以注意到故障事件的频谱显著低于暂时发生的假故障事件的频谱。因此，通过设计理想的低通滤波器，使其等于故障事件的特征频谱，可以滤除假故障事件，使得这些事件不会导致sto装置的触发。为了确定理想低通滤波器的参数，可以通过计算或手动计算确定几个故障事件的平均特征频谱。一旦确定，选择理想的低通滤波器，使得滤波器将消除所有的假故障事件-通过使由于假故障事件而存在于频谱中的速度和/或加速度信号中的频率分量衰减-但仍然能够检测离群故障事件。离群故障事件是具有统计概率较低的频谱的故障事件。图3a中示出了用于第一滤波器的理想滤波器的频率响应的示例，并且图3b中示出了用于第二滤波器的理想滤波器的频率响应的示例。
必须在滤波器的辨别精度与随着滤波器级数增加而引入的延迟之间进行权衡。在本发明的选项中，第二低通滤波器被选择为具有20级并因此具有21个系数。在另一个选项中，第一低通滤波器被选择为具有60级并因此具有61个系数。第二滤波器内的级数被选择为小于第一滤波器的级数以减少控制系统的反应时间。越快检测到故障事件，建立的动量越小，给操作员带来的风险越小。在本发明第一方面的替代选项中，每个滤波器可以具有任何数量的级和系数，或者可选地，第二滤波器可以具有比第一滤波器更多的级。
将第一和/或第二滤波器分别应用于被滤波的速度或加速度信号的结果是，只有真实故障事件才能通过触发sto装置140来停止输出轴。经滤波的速度信号——或者未衰减地传递或者被滤波器衰减——被传输到第一信道上的第一比较器122，该第一比较器被配置成将滤波的速度信号与预定速度阈值进行比较。这类似地通过在第二信道上的第二比较器132通过滤波的加速度信号和预定加速度阈值的比较来实现。本发明第一方面的选项具有对于线性运动以约10mm/s的预定速度阈值和对于旋转运动以约30°/s(例如29.8°/s)的预定速度阈值，以及对于线性运动以约30mm/s2和对于旋转运动以约90°/s2(例如89.4°/s2)的预定加速度阈值。可以选择任何其它值并且不在本说明书的范围之外，选择其它值以改变ssm的灵敏度；例如，预定速度阈值对于线性运动可选地在0mm/s至100mm/s范围内和/或对于旋转运动在0°/s至360°/s的范围内；和/或预定加速度阈值对于线性运动可选地在0mm/s2至500mm/s2和/或对于旋转运动在0°/s2至1000°/s2的范围内。
通过第一和/或第二比较器对滤波信号进行识别的结果是仅在发生故障事件的情况下才触发sto装置。
替代地参考图4的流程图和图5a和图5b的曲线图表示：对应于输出轴的速度的原始速度信号125被输入到滤波器，滤波器被配置成衰减由假故障事件引起的速度信号的频率分量。因此，将滤波器定制为使得对应于故障事件的特征频谱内的频率分量不衰减，而不在该频谱内的那些频率分量被衰减；该分布称为预定频率分布。然后将滤波的信号126输入到比较器中，从而将速度信号的幅度与预定速度阈值127进行比较。如果超过预定速度阈值，则触发sto装置并停止输出轴。如图5c和图5d中所示，相同的方法可以同等地应用于对应于输出轴的加速度的加速度信号，其中基准值135、136和137分别对应于原始加速度信号、经滤波的加速度信号和预定加速度阈值。从图5a和图5c可以看出，原始速度和加速度信号-特别是峰值128和138-将导致针对传统ssm触发sto装置，然而，在对原始信号进行滤波以从中删除假故障事件之后，当使用滤波的信号执行与所需阈值的比较时，即当加速度和速度的峰值不再超过预定阈值时，不触发sto。
第一和/或第二信道可各自包括选频器。图2示出了本发明第一方面的选项，其中第一信道包括选频器123，其用于将输入速度信号的频率从10khz的采样频率转换为大约200hz。应该理解，选频器可以将输入信号频率降低到任何选定的频率。进行选频以使滤波器具有足够的辨别性；为确保这一点，输入速度或加速度信号的采样频率应接近滤波器的拐点频率。
在本发明第一方面的另一选项中，来自ssm的信号被馈送到看门狗定时器150。看门狗定时器可以被配置成确定ssm内的组件故障。在正常操作期间，看门狗定时器监测ssm内的信号，如果看门狗检测到故障，例如如果信号无法通过ssm传播到看门狗定时器，则看门狗定时器产生超时信号，该超时信号触发sto的启动。看门狗定时器可以被配置成接收与ssm内的组件的输入或输出相对应和/或来自运动检测器的输入。在图2所示的本发明的所选择的选项中，看门狗定时器被配置成在速度和/或加速度信号在进入比较器时已被滤波之后接收来自ssm的输入，使得滤波器的性能可以受到监测。在本发明的选项中，看门狗定时器的输入是滤波器速度和/或加速度信号，如果看门狗在接收到最后一个输入后的预定时间周期内没有接收到输入，则触发sto。
在本发明第一方面的选项中，第二ssm170——与第一ssm类似地——共享并通信地耦接到sto装置和位移检测器，以在第一或第二ssm中的组件故障的情况下经由交叉检查提供冗余度和/或确保sto装置的准确致动。第一和第二ssm独立地确定输入信号是否包括故障事件。
在本发明的选项中，如果第一和第二ssm的输出在交叉检查内不等同于已经发生故障事件，则sto将不会触发制动系统。或者，无论ssm的输出是否等同，sto都将触发制动系统，然后标记错误，以便操作员可以知道其中一个ssm中可能存在的故障。
在本发明第一方面的另一选项中，ssm包括错误管理器160，错误管理器被配置成可选地从第一信道、第二信道和运动检测器中的至少一个接收输入。错误管理器生成用于传递给用户的信号，识别控制系统的哪个组件或信号负责触发sto装置。例如，如果经滤波的加速度信号超过加速度阈值，则错误管理器将生成表示已超过加速度阈值的信号。在控制系统的一个或多个组件触发sto装置的情况下，错误管理器可以生成表示这种事件的信号。在包括交叉检查以及第一和第二ssm的本发明的选项中，第一和第二ssm可以共享错误管理器，或者每个ssm可以包括单独的错误管理器。
虽然本发明的第一方面的目的是产生一种提高了识别故障事件的准确度的控制系统，但本发明的第二方面的目的是提高在将事件识别为故障事件的情况下使输出轴停止的速度。
如在引言中所讨论并在图6a中所示，传统上包括机械继电器210的sto装置用于将线圈组件的多个单独线圈回路中的每一个彼此连接，使得在轴中感应的电流产生足以停止轴的洛伦兹力。机械继电器包括由ssm控制的电磁线圈，用于断开和闭合线圈组件所连接的电路211。选择使用机械继电器是为了延长其使用寿命和在功能上的可靠性。然而，当前的机械装置不能在充足的时间内连接线圈组件的单独线圈回路，该充足的时间足以在轴可以行进的最大距离(例如对于线性运动的200mm和对于旋转运动的360度)之前使输出轴停止。
用于驱动电机的电压必须高，以便在线圈中产生的磁场在输出轴上产生足够的洛伦兹力。传统上使用机械开关来移除不同线圈回路之间的隔离，使得该高电压不能损坏sto和ssm的低电压组件。
为了减少停止决定与输出轴停止运动之间的延迟，本发明的第二方面包括具有固态继电器(ssr)电路开关220的sto装置。
固态继电器电路开关可选地包括背对背mosfet224设计，如图6b中所示；图6b表示用于线圈组件的sto装置，所述线圈组件包括两个单独的线圈回路。在正常操作下，即当sto装置未被触发时，多个单独的线圈回路中的每一个被隔离。ssr电路位于多个单独的线圈回路中的每一个之间，使得当sto装置接收到来自ssm的指令输入以停止输出轴的运动时，ssr电路从“切断”配置切换到‘接通’配置，电流可以流过ssr电路的右侧，从而移除了回路之间的隔离。
在本发明第二方面的选项中，通过引入光隔离器221克服了线圈组件内的高电压问题。光隔离器使ssr电路能够切换，而不会因为电路的隔离而使低电压电路暴露于来自线圈组件的高电压。光隔离器包括发光二极管led222和光伏电池223。一旦发出停止输出轴的指示，供电电流启动led，所发射的光由光伏电池检测，并且当电流可以在在背对背mosfet电路内流动时ssr电路变得完整，因此连接单独的线圈回路并提供制动效果。选择电源电压、led、光伏电池和mosfet晶体管的参数以使得ssr电路的开关时间最小化。
为了进一步降低由于暴露于高电压而导致组件损坏的风险，ssr电路经由保护装置225连接到线圈组件。这些保护装置可以包括熔断器，或者在本发明的选项中，瞬态电压抑制器(tvs)二极管使得在高电压(超出正常操作中预期的那些电压)的情况下mosfet晶体管受到保护。
对于三相电机，使用两个固态继电器电路，如图6c中所示。第一ssr电路226用于连接第一和第二线圈回路；然后使用第二ssr电路227将第二线圈回路连接到第三线圈回路。为了提供冗余，在本发明的选项中，sto装置包括一组冗余ssr电路，其被配置用于连接线圈组件的线圈回路。冗余ssr电路由与主ssr电路相同的装置触发。例如，在本发明的一种选择中，其中电机是三相线性电机，包括冗余电路，在这种情况下sto装置内有四个ssr电路。
虽然根据第一方面的本发明使得控制系统能够充分区分故障事件与假故障事件，但是减少或消除这种混淆的起因才是优选的。
本发明第三方面的目的涉及当机械制动器从输出轴被释放或施加到输出轴时，即在测试设备的初始启动期间，输出轴所经历的冲击。所经历的冲击或“振动”是由于机械制动器与输出轴脱离所致。然而，这种冲击或振动可以被认为是关于本发明第一方面所讨论的故障事件并且可以触发故障。
根据第三方面的选项，本发明提供了一种装置，当输出轴被机械制动器释放时，例如当测试设备接通并通过由线圈组件引起的力保持时，该装置减小由输出轴的运动引起的输出轴的移动。保持输出轴在线圈组件内的位置所需的电流随着输出轴内的磁体相对于线圈组件的三个相的位置而变化。因此，可以为测试设备确定电流相对于位置的查找表，如图7中的图表所示，其中绘出了输出轴沿着运动长度的位置相对于所需电流的关系。图7中所示的曲线图示出了对三相电机设计而言施加到线圈组件的电流相对于输出轴的位置的变化。在图7中，有两个标绘图，一个是表示电机内的电流的正弦标绘图，而另一个表示第一标绘图中电流平均值的恒定电流的直线标绘图。查找表是从正弦标绘图得出的并且表示要施加到线圈组件以保持或抵抗输出轴运动的电流。例如，在输出轴的每2mm行程处，在查找表或数据库中记录对应的电流。对于输出轴的整个行程重复这一过程。直线提供基线，电流或者被加至该基线或者从该基线被减去以便送入到测试机器的电子器件中。
根据本发明的第三方面，控制器确定输出轴的位置并在查找表中将输出轴的位置与将输出轴保持在该给定位置所需的电流相关联，由此当该电流被施加到线圈组件时输出轴停止运动。
用于电机的运动控制系统包括机械制动器和控制器，控制器被配置成接收输出轴在线圈组件内的位置，并将该位置与使得当机械制动器被释放时阻止输出轴的运动所需的、施加到线圈组件的电流相关联。控制器可以通过计算或通过检索电流与位置关系的查找表来将位置与电流相关联。查找表可以在制造期间被校准，或者可以在每次装载样品以供测试时校准，因为样品和所选择的测力传感器的质量将改变每个位置处的电流值。例如，可以运行测试机器，使得输出轴行进通过一系列不同的行程位置，并且在不同的行程位置处测量线圈组件中的电流，以产生线圈组件中的电流相对于输出轴的行程位置的标绘图，如图7中所示。通常，在输出轴的2mm增量位置处记录电流，并且该电流表示当机械制动器脱离时输出轴的运动的可接受的余量。然而，在本发明中允许输出轴的其它增量位置。
可以使用以下方法来校准查找表，也如图8中所示：
步骤a1-确定将输出轴保持在第一位置而不接合机械制动器所需的第一电流。
步骤a2-确定将输出轴保持在第二位置而不接合机械制动器所需的第二电流。
步骤a3-可选地-确定将输出轴保持在第二位置而不接合机械制动器所需的第三电流。
步骤a4-可选地-对于输出轴的连续位置重复步骤a3。
步骤a5-将第一位置和第一电流以及其它存储在查找表中。
在本发明的选项中，对于沿输出轴的整个行程长度的每个位置校准查找表。
上述校准过程可以自动执行，例如，在测试机器启动期间，每当沿线圈组件在给定位置释放机械制动器时，使用反馈回路来改变线圈组件中的电流，直到输出轴保持在该位置为止。输出轴的运动可以通过运动传感器检测。输出轴的位置以传统方式测量，并且包括固定到电机主体或固定到与附接到移动中的输出轴的刻度尺配合的测试机器的任何固定部分的光学绝对编码器(换能器)。当输出轴运动时，刻度尺相对于光学绝对编码器移动。因此，从刻度尺测量出输出轴的位置结果。在输出轴沿线圈组件的不同位置重复这个过程。将输出轴保持在线圈组件内的不同位置的电流值被存储在查找表中。
通过实现查询表，每次机械制动器脱离时输出轴的运动很小或没有运动，在本发明的选项中，运动减小到小于2mm。
行业标准要求对机械制动器的蹄进行评级，使其在整个使用寿命期间可靠地接合。机械制动器可以包括管状制动蹄，其同心地围绕电机的输出轴或制动轴定位。制动蹄的“内径”略大于电机的输出轴或制动轴。传统的测试设备监测机械制动器已针对每个制动蹄致动的次数，并且一旦超过预定致动阈值就建议用户更换制动蹄。
机械制动的目的是在线性电机关闭时防止输出轴在重力作用下掉落。在没有机械制动器的情况下，在操作员进入测试工作室时会对操作员的手或手指造成危险。破碎力的来源源自致动器轴的下落质量。
本发明第四方面的目的是提供一种机械制动器，其相比传统的线性电机制动器能够取得更好的接合反应时间。
如图9a、图9b所示，安装在包含线性电机的输出轴401的测试设备的框架上的制动器400包括细长板410，该细长板设置有用于接收输出轴的空间，其中在根据本发明的细长板中的空间可以包括但不限于孔、开口、切口、孔口或狭槽(通过任何合适的方式制成)。出于描述的目的，在以下选项中，细长板中的空间是孔411。细长板410平面可以定位成使得当未接合制动器400时该平面垂直于输出轴轴线403或输出轴401的运动方向。孔的形状和尺寸刚好大于输出轴的横截面形状和尺寸(例如，以提供径向间隙)，以便当细长板倾斜时与输出轴和/或制动轴摩擦接合。
或者，孔的形状和尺寸可以对应于输出轴，使得当制动器未接合时孔的边缘接近但不接触输出轴和/或制动轴。相对于垂直于输出轴轴线403的轴线的倾斜角可以是大约0.1-15度，或更优选地大约1-10度，进一步优选地大约2-4度。通过控制间距的几何形状或尺寸来控制细长板的倾斜角。例如，大的间距或孔将导致细长板进一步倾斜，因为间距的边缘在与输出轴接触之前需要进一步移动。因此，孔的边缘离输出轴越远，当接合时孔的边缘与输出轴形成接触所需的细长板的倾斜角越大。为了帮助细长板与输出轴摩擦接合，更具体地说是细长板的孔与输出轴摩擦接合，输出轴包括制动轴402，制动器与该制动轴402接合。在本发明的选项中，制动轴和输出轴可以整体形成为一体；或者，制动轴402形成为围绕输出轴的套筒或者是输出轴的延伸部。制动轴可以通过任何合适的方式(例如粘合剂或机械紧固件)固定在输出轴上。细长板在一端412处枢转地或铰接地安装或耦接，并且在其另一端413处由制动抑制器420接触，该制动抑制器布置成将板保持在一位置以使得在孔的边缘与制动轴和/或输出轴之间存在足够间隙，以允许制动轴和/或输出轴自由地穿过孔而不接触孔的边缘。优选地，当板与制动轴和/或输出轴的运动方向或运动轴线成直角时，这种情况发生。制动抑制器是电致动的装置420，诸如螺线管423，由此电致动的装置可以是电操作的保持装置和/或电操作的提升装置。在这种情况下，线性螺线管在正常使用状态下当电力可用时通过致动器杆421将板保持在“断开”状态，但是当电力不可用时，线性螺线管在细长板上施加很小的力或不施加力，因此允许它在重力的作用下枢转，使得孔的边缘接触制动轴和/或输出轴，并使制动轴在万有引力的作用下由下降趋势时与孔的边缘摩擦接合并卡住孔的边缘。或者，细长板被偏压以卡住制动轴，即处于“接通”状态，并且致动器杆布置成在“断开”状态下使细长板——更具体地说使细长板的孔——与制动轴脱离。在“接通”状态下，使两个接触点(优选径向相对但垂直偏移的接触点)与输出轴接合。这是“制动开启”或“接合”状态，并且与电机断电同时发生。因此，在电机断电时，制动蹄和/或细长板被向下“拖动”。这允许制动动作是自供能的，这意味着在重力(重量)下向下作用的输出轴的质量产生保持输出轴所需的制动力。
细长板的运动是通过如下方式实现的：将细长板——更具体地将细长板的端部——自由地枢转地连接到致动器杆以使得致动器杆的垂直运动引起细长板的运动。在本发明的特定实施例中，致动器杆包括保持凹槽422，板位于该保持凹槽中。其它耦接装置包括在本发明的范围内，例如球窝接头。垂直螺线管提供高过传统制动系统中使用的旋转螺线管的优势。在旋转螺线管中，当没有可用的电力时，制动抑制器向下旋转，因此重力的作用通过引入阻力的枢转点被传递。对于线性螺线管，致动器杆在重力作用下下降而没有来自枢轴点或其它方面的阻力。因此，其加速度更接近于重力加速度，从而导致制动器与制动轴的较早接合。
重要的是，在“断开”状态下，制动器不会对制动轴产生摩擦，如图9a中所示。这在本发明中是通过限位止挡部430实现的，该限位止挡部固定在框架上并且制动抑制器抵靠该限位止挡部挤压该板。为了增加机械制动器与制动轴摩擦接合的灵敏度，细长板的孔必须精确地定位在制动轴附近。使用装配在细长板的孔中的插入结构440实现孔相对于制动轴的精确定位。插入结构包括空间，其中根据本发明的空间可以包括但不限于孔、开口、切口、孔口、狭槽(通过任何合适的装置制成)，制动轴和/或输出轴从中穿过。出于描述的目的，插入结构的空间在本文被描述为孔441。当制动器处于“接通”状态时，孔的边缘与制动轴结合或卡住制动轴，从而防止制动轴的进一步运动。为了在孔的边缘与输出轴之间提供必要的摩擦力，可选地，插入结构包括制动蹄，当制动器处于“接通”状态时，制动蹄与输出轴的外表面结合。
本发明的机械制动器的基本特征是制动作用是自供能的。这意味着在重力作用下向下作用的输出轴的质量产生保持输出轴所需的制动力。该制动力与输出轴的重量或任何进一步施加到输出轴的负载成正比。制动力与输出轴的比率由细长板和/或插入结构的几何形状确定。制动力垂直于输出/制动轴作用，并产生摩擦保持力。如果摩擦系数高于临界值，则制动器将自锁。当制动器处于“接通”状态时保持输出轴所需的力可以通过考虑当孔与制动轴结合时细长板的力矩来解释。这通过下面参考图9c的等式在数学上表示：
fd＝rtcosθ(1)
其中：-
f＝要支撑的质量力，例如输出轴的重量；
r＝制动板作用在制动轴或输出轴上的反作用力；
t＝制动板的厚度；
θ＝当制动器处于“接通”状态时，孔的边缘与输出轴形成的角度；
d＝枢轴点(支点)与孔441的中心之间的距离；
μ＝与制动轴接触的孔441的边缘与制动轴之间的摩擦系数。
对于小的枢轴角度，cosθ可以近似为1，即fd＝rt。
当制动器处于“接通”状态时，细长板412的自由端绕枢轴点或支点450枢转。当孔与制动轴结合或卡住制动轴时在该点处作用在细长板上的扭矩t或力矩m由下式给出：-
t＝fd(2)
当孔由于摩擦而与制动轴结合或卡住制动轴时，作用在与制动轴的两个接触点上的制动力由下式给出：-
制动力＝2μr(3)
因此，当孔与制动轴结合时，停止制动轴所需的制动力必须等于或大于由输出轴的质量引起的力，即2μr≥f。
当制动力等于输出轴的重量2μcr＝f时，达到临界摩擦μc。
在如图9b所示的本发明的特定实施例中，细长板围绕位于弹性构件450上的支点倾斜。支点定位成使得细长板围绕与输出轴的轴线偏移一定距离的点枢转。在“关闭”状态下，限位止挡部可防止插入结构倾斜，从而确保插入结构的孔的边缘与制动器之间存在间隙，从而允许制动轴和/或输出轴行进穿过钻孔和/或孔口。在本发明的特定实施例中，插入结构包括突出部分，该突出部分具有与限位止挡部配合的外表面。在本发明的一个示例中，突出部分的外表面具有截头圆锥形状，该截头圆锥形状布置成容纳在限位止挡部的互补轮廓中。
插入结构是可选的附加，通过将板的上表面的一部分成形为与限位止挡部的轮廓配合的轮廓，可以实现相同的功能。在本发明中，插入结构包括适于在制动轴上提供制动作用的材料，诸如橡胶(例如制动蹄)。在本发明的选项中，插入结构包括磷青铜。在另一个选项中，插入结构包括陶瓷。在本发明的选项中，板包括铝或其它合适的硬质材料。在本发明的选项中，板包括陶瓷。当细长板包括陶瓷时，插入结构也可以是陶瓷或另一种制动材料，并且板和插入结构可以整体形成为单个主体。
作用在致动器杆上的力在致动器杆的每个行程处是非线性的。这可以在图9j中所示的作用在致动器杆上的力相对于致动器杆的行程长度的标绘图中看出，并且受到致动器杆与电致动装置的线圈的重叠程度的影响。当致动器杆从缩回位置移动到伸出位置时，该力减小。这可能是有问题的，因为在这种伸出程度下的保持力可能不会产生足够的保持力来将细长板和/或输出轴保持在“断开”状态。因此，在制动器释放点(“断开”状态)处，致动器杆将处于大行程位置，在该位置致动器杆产生最小的力。
由于致动器杆具有与细长板的刚性连接，因此在细长板抵靠限位止挡部430就位之前的“断开”状态下，致动器杆可能处于缩回位置，即碰到螺线管的端部止挡部。在这种情况下，机械制动器仍然可以至少部分地与输出轴接合，从而使机械制动器，更具体地使插入结构(制动蹄)抵靠输出轴产生“摩擦”。
同样地，当致动器杆处于部分缩回位置时，细长板可以抵靠限位止挡部430就位。根据图9j，在致动器杆的部分缩回状态下，螺线管产生越来越低的保持力。
为了克服这些“缺点”，致动器杆与细长板之间的耦接包括可伸展特征部。可伸展特征部501(耦接装置)包括预加负载的弹性构件502(例如，预加载的拉伸弹簧或弹性可延伸构件)，其附接到致动器杆的耦接到细长板的一端(或提升端)，使得在弹性构件的松弛状态下，可伸展构件伸展，从而使致动器杆进一步缩回，并由此使细长板在“断开”制动状态下抵靠限位止挡部，即抵靠限位止挡部430。在细长板的这种取向下，细长板的孔与输出轴之间的间隙足以允许输出轴移动而不会对细长板产生摩擦。可伸展的耦接件允许致动器杆的长度可伸展大约3.5mm。然而，对于弹性构件上的不同负载水平，延伸部可以具有0.1mm至10mm的范围。可伸展特征部为致动器杆与细长板之间的耦接提供了一些额外的贡献，以允许细长板在缩回时抵靠限位止挡部430就位。
在如图9i所示的本发明的特定实施例中，可伸展特征部包括附接到致动器杆的提升端的插入结构，并且可在带凹槽或带凸缘的壳体503内移动。插入结构通过预加负载的弹性构件保持在带凸缘的壳体内。壳体的凹槽或凸缘与细长板配合，使得致动器杆的运动引起细长板的运动。当预加负载的弹性构件处于松弛状态时，插入结构在带凸缘的壳体内向上移动，从而允许致动器杆在电致动装置或螺线管内更加缩回。
即使细长板抵靠限位止挡部430就位，当机械制动器被释放时，即在“断开”状态下，可伸展特征部501允许致动器杆在电致动装置内更加可缩回。在制动器释放时，当电致动装置用电流形成脉冲时，可伸展特征部允许致动器杆立即伸展过弹性构件的完全行程，因此允许致动器杆在电致动装置壳体(即线圈)内相比没有延伸特征部的情况具有更大程度的缩回。在用于最大保持力的理想情况下，致动器杆相对于电致动装置壳体完全缩回。因此，致动器杆更靠近电致动装置的高力端，优选地是如图9j所示的电致动装置的高力端进行操作。电致动装置的任何致动杆可以包括本发明的致动器杆可伸展特征部。
本发明与诸如2009年5月6日的ep2054219b1(mead，graham)的传统制动器的不同之处在于，细长板围绕由弹性构件460支持或偏压的支点枢转。弹性构件设置成提供用于使板如图9b所示旋转到其“接通”状态的力作用，即弹性构件460将细长板偏压到其“接通”状态。在本发明的选项中，弹性构件是弹簧或另一种适当的弹性构件。弹性构件可以是压缩弹簧，使得当制动器处于“断开”状态时，弹簧通过致动器杆提升板的作用而被压缩。在“接通”状态下，弹簧不被压缩，由此增加了板向下加速的速率。
在替代选项中，弹性构件是延伸弹簧，其定位在板的下表面下方，使得当制动器处于“断开”状态时，弹簧通过致动器杆提升板的作用而伸展。在“接通”状态下，弹簧返回到非伸展状态，由此增加了板向下加速的速率。在本发明的选项中，弹性构件包括位于板下表面下方的拉伸弹簧和位于板上表面上方的压缩弹簧。可选地或另外，通过提供定位在致动器杆421上并且作用以使细长板以倾斜或枢转的取向偏压(这进而导致孔的边缘卡住制动轴)的弹性构件461，细长板可以偏压在“接通”状态。例如，在如图9e所示的本发明的特定实施例中，拉伸弹簧(未示出)可沿致动器杆421定位并位于凹槽422与螺线管主体之间。与其它弹性构件一样，弹簧的伸展增加了细长板向下加速的速率(即，增加了制动器接合到“接通”状态的速率)。
包括弹性构件具有附加效果，使得当制动器从制动轴脱离时，由制动器施加在制动轴上的冲击减小。弹性构件可以包括在诸如2009年5月6日的ep2054219b1(mead，graham)的传统制动器设计中，其中使用旋转螺线管而不是线性螺线管。
当电力恢复时，即指示制动器释放时，需要很大的力，并且优选的是将来自一个或多个电容器的能量脉冲注入螺线管以释放制动器。
为了将细长板从“接通”制动状态移动和/或保持到“断开”制动状态，电致动装置(制动抑制器)420必须能够提升细长板以允许细长板围绕支点450枢转，从而允许制动轴和/或输出轴自由地穿过孔而不接触孔的边缘。然而，由于输出轴对机械制动器施加负载，机械制动器，更具体地说是细长板最初卡住输出轴，并且与当处于“接通”状态时能够由单个电致动装置所能提供的能量相比，可能需要更多的能量来初始提升细长板。一个选项是将电致动装置扩容成更强大的电致动装置。然而，这具有以下缺点：通常需要更多的功率消耗，这使更多的热量消散，其结果是需要额外的冷却。另外的缺点是它的尺寸通常大于测试设备的尺寸限制所允许的尺寸。另一个选项是提供第二电致动装置，其与前述电致动装置(第一电致动装置)串联工作以提升和保持细长板。然而，这仍然存在需要提供额外功率来操作两个电致动装置的问题。本申请人认识到，当最初将细长板提升离开“接通”状态时，仅暂时地需要最大的提升力，即向细长板提供暂时提升“踢离”动作。该瞬时提升“踢离”动作可以是提供必要的力以使插入结构(或制动蹄)首先从输出轴401或制动轴的表面脱离。一旦制动蹄(插入结构)已从输出轴或制动轴脱离，就不需要太多能量来将细长板保持在“断开”状态。因此，通过仅向第一电致动装置供电，可以将细长板保持在“断开”状态。然后第二电致动装置(例如电动提升装置424)可处于断电状态，因此第二电致动装置变得多余，直到需要额外的提升力以使细长板脱离“接通”状态，更具体地说是细长板的孔与输出轴或制动轴脱离。
第一电致动装置的致动杆通过保持凹槽422在致动器杆的向上和向下方向上与细长板接合，即致动器杆的运动对应于细长板的运动，与第一电致动装置相比，第二电致动装置的致动器杆仅允许提供细长板的提升动作。这是为了防止细长板的重量在第二电致动装置的动力被移除时影响机械制动器，即，当移除第二电致动装置的动力时，致动器杆不会向下推动细长板。在如图9e所示的本发明的特定实施例中，第二电致动装置的致动器杆包括支撑表面，该支撑表面在向上方向上与细长板的下侧接合但在向下方向上与细长板脱离。例如，支撑表面可以是当在向上方向上移动时与细长板的下侧接触并因此提供提升动作的板。
为了保护机械制动机构免受过大的负载，本发明的机械制动器还包括用于限制制动力程度的装置，该用于限制制动力程度的装置可以通过枢转板配置产生，以便能够准备好重置设备。这是通过以下方式来实现的：将板的第一端布置成围绕支点枢转，该支点通过弹簧451或另一弹性构件弹性地安装，并且板的第二端设置有突出部453或布置成与致动器的表面404或位于板下方的机械制动器壳体间隔开的过载止挡部。弹簧提供在与重力相反的方向上作用的偏压力。以这种方式，如果在制动器被启用之后向下施加过大的力，则可以克服弹簧力向下拉动板，直到突出部或过载止挡部接触该表面为止，因此细长板将倾向于克服弹簧力围绕突出部或过载止挡部枢转，以允许制动轴和/或细长轴移动通过孔口和/或孔。应当理解，如果移除该过大的力，则将立即恢复制动作用并且制动轴保持在其新位置。弹簧将制动力限制在可以简单地通过激活螺线管而释放的值。
本发明提供了对2009年5月6日的ep2054219b1(mead，graham)的机械制动器的改进。在制动器的整个使用寿命期间，板与制动轴之间的磨损导致板(或者，如果存在的话，插入结构)的表面磨损。随着板中孔的形状改变形状和尺寸，当制动器处于“接通”状态时板所处的制动角度增加。因此，在制动器的使用寿命的后期，即使制动器尚未接合制动轴，突出部也会接触板下方的表面。在本发明中，该表面是可调节的，使得表面可以降低和/或升高。因此，恢复突出部与表面之间的距离并延长制动器的使用寿命。在本发明的另一个选项中，突出部包括可调节的长度。
相反，在本发明的另一个选项中，不是板包括突出部，而是表面404包括用于接触板的下表面的过载止挡部452。过载止挡部的高度可调。调节方式可以是经由螺纹机构或任何其它合适的方式。止挡部具有与突出部相同的功能。
本发明第五方面的目的是提供一种机械制动性能监测器，其能够改进对机械制动器的监测。
性能监测器包括控制器，该控制器被配置成接收与输出轴的位置相对应的信号。在本发明的选项中，输出轴的位置由编码器确定。
在正常使用过程中，机械制动器的启动有几个阶段：
1.保护-包括从螺线管中移除电力，使得板枢转并与制动轴接合；在“保护”阶段期间，制动轴由电磁线性电机保持在适当位置。
2.加载-包括从线性电机移除电力，使得制动轴在重力作用下的运动仅通过机械制动器的作用而停止。
在加载阶段，线性电机的制动轴‘下降’，这是由于制动板内的机械应力造成的。下降是制动器的固有属性，是所选材料和系统能量的结果，然而，它不是常数，随时间具有极小的变化。当处于制动阶段时，存在可能导致制动轴运动的另一效果；该效果可能是由于制动器的过度磨损或制动板与制动轴接合的部分和制动轴本身的摩擦系数的变化。需要监测‘滑动’程度-制动轴在加载阶段时不能归因于‘下降’的移动距离-，因为增加的‘滑动’表示需要维修或更换制动器。此外，随着机械制动器磨损，更具体地说是制动蹄磨损，细长板的下表面与过载止挡部452之间的间距逐渐减小。这导致当细长板与制动轴接合时细长板的倾斜角增加。如果细长板的下表面在保护状态下与过载止挡部452接触，则这也表示机械制动器受到危害或磨损。术语“板”、“制动板”、“细长板”和“细长的板”在整个说明书中可互换使用，以描述相同的特征。
性能监测器被配置成确定制动轴的‘滑动’。由于‘下降’变化极小但始终存在，所以性能监测器确定‘滑动’加‘下降’。在本说明内容中，术语‘行程’应理解为包括下降距离(即行程＝滑动+下降)。其中行程对应于输出轴在机械制动器的致动持续时间内的位移。按照图10所示的方法步骤，性能监测器监测输出轴的行程：
步骤b1-当机械制动器最初被致动以使得机械制动器与输出轴接合时，记录对应于输出轴的位置的第一位置。
步骤b2-在记录第一位置之后的预定时间或当输出轴停止时，记录对应于输出轴位置的第二位置。
步骤b3-通过计算第一位置与第二位置之间的距离来确定行程，和/或存储行程。
步骤b4-将行程与预定滑动阈值进行比较。
步骤b5-如果行程超过预定行程阈值则警告用户行程的程度。
步骤b6-如果行程超过预定行程阈值则关闭测试设备，直到测试设备已经被维修和/或机械制动器已被检查为止。
例如光学开关的传感器用于监测机械制动器，更具体地说是监测细长板的孔是否与输出轴或制动轴处于接合状态。每当机械制动器与输出轴接合(即处于倾斜取向)时，安装在细长板上的“光学标记”将中断至光学开关的光束。这向控制器产生反馈信号，该反馈信号指示机械制动器处于“接通”状态。当机械制动器被释放或处于“断开”状态时，细长板处于水平状态，并且至光学开关的光不会中断。在本发明中，允许其它传感器(例如旋转传感器)监测细长板位置并因此监测与输出轴的接合。
在本发明的选项中，第一次测量与第二次测量之间的时间在0到1秒之间，可选地为0.25秒。
在本发明的选项中，预定行程阈值在0到10mm之间，可选地为2mm。
在紧急事件中，输出轴经受不受控制的移动，性能监测器将机械制动器接收制动指令的位置而不是在制动器受保护后的位置记录为第一位置。
为了事先防止输出轴的过度滑动，性能监测器还可以监测和/或记录机械制动器的致动次数。固件对传感器检测到机械制动器与输出轴接合的次数进行记录/计数。如果控制器确定机械制动器的致动次数超过预定值，则向用户发送警告消息。例如，耐久性测试表明，在细长板的下表面接触过载止挡部之前，机械制动器可以从构建阶段的初始设置开始完成超过50,000次操作。
通过监测机械制动器的致动次数和/或行程，性能监测器可以更准确地确定机械制动器何时未按需求配合并可能造成伤害或损坏。性能监测器被配置成当机械制动器对操作者的安全构成危险时警告操作员和/或第三方。
机械制动的目的是在电机关闭时防止电机的输出轴在重力作用下下落。在没有这种机械制动器的情况下，当接近测试工件时，操作者的手或手指有被压碎的危险。破碎力的来源源于输出轴的下落重量。然而，如果机械制动器未能与输出轴接合并且未能提供必要的制动作用以停止输出轴，则可能出现危险情况。例如，制动蹄/插入结构可能磨损并且不能提供必要的摩擦力来停止输出轴。其它示例包括电致动装置由于电气开关中的故障未能处于受保护位置，该故障未能移除螺线管的电力以允许机械制动器与输出轴接合，即细长板未能移动，例如电致动装置的致动器杆不能在螺线管内往复运动。为了减轻机械制动器故障的可能性，在本发明的第六方面中，机械制动器包括主机械制动器和辅助机械制动器。如果主制动系统发生故障，辅助制动器会为主制动系统提供冗余(辅助)机械制动。主制动器和辅助制动器可以基于参照图9a和图9b讨论的本发明第四方面中讨论的机械制动器，即它们相应的细长板围绕它们相应的支点450、450a枢转。主制动器和辅助制动器可以独立地或相互依赖地操作。可选地或另外地，主制动器和辅助制动器可以同时或按顺序地工作。
主机械制动器和辅助机械制动器可以同时致动，即同时切断对其相应螺线管的供电。输出轴的制动作用在主机械制动器与辅助机械制动器之间分担。可选地，在正常制动中，主制动器和辅助制动器都处于接合状态但仅主制动器承受制动负载，即保持输出轴。在这种情况下，辅助制动器被接合但不会被施加负载，即它处于受保护状态。由于当主机械制动器承担输出轴的负载时，辅助机械制动器处于受保护状态，因此需要额外的电致动装置，例如螺线管，与主机械制动器一样，不需要提供辅助机械制动器的细长板的额外提升动作以暂时释放辅助机械制动器。与承受输出轴的全部负载的主机械制动器不同，提升辅助机械制动器的细长板的力不是很大，因为它主要处于“受保护”状态。
可以通过控制主机械制动器和辅助机械制动器相应的细长板的倾斜动作来控制在主机械制动器而不是辅助机械制动器上分担较多的制动动作，所述倾斜动作的控制则由用于接收相应细长板的输出轴的孔的几何形状和/或尺寸控制。例如，有意地使辅助机械制动器的细长板中的孔与主机械制动器的细长板中的孔相比具有更大尺寸和/或具有不同的几何形状，使得当主机械制动器和辅助机械制动器同时致动时，主机械制动器在辅助机械制动器之前接合输出轴，从而承担输出轴的负载。
通过允许主机械制动器承担输出轴的负载并“保护”辅助机械制动器，机械制动器的磨损，特别是制动蹄的磨损主要发生在主机械制动器上。辅助机械制动器的制动蹄不会像主机械制动器那样经受过度的磨损，因为它仅在主机械制动器故障时被加载。在这种事件下并且为了维持测试设备的安全性，如果主机械制动器故障，则维修工程师更换主机械制动器和/或辅助机械制动器的制动蹄。
辅助制动器可以在以下至少一个条件下(部分或全部地)承受制动负载：
a)在任何成功的保持动作周期之后，主制动器未能继续保持；和/或
b)在第一种情况下，主制动器在被征用时未能接合。
辅助制动系统可以有几种可选的操作模式：
a.接通输出轴，因此断开机械制动器。在“接通”之前，输出轴由两个机械制动器(例如主机械制动器和辅助机械制动器)支撑，因为两个机械制动器都处于接合状态。接通致动器导致主机械制动器和辅助机械制动器按顺序或同时释放(“断开”状态)。可以首先释放辅助制动器(此时没有向驱动输出轴的电机供电)，然后在0到1秒之间，优选地在0.1到0.5秒之间，更优选地在0.1到0.3秒之间的短暂延迟之后释放主制动器。在释放主制动器的同时，向电机供电。通过向电致动装置施加高脉冲电流来释放每个制动器。电致动装置通过围绕它们相应的支点枢转而将细长板提升到释放位置。
在一些情况下，如图9d至图9h中所示，主制动器可以包括两个并联工作的电致动装置421、424(s1和s2)。电致动装置421s1可以提供提升和保持动作并且保持通电以在释放状态下围绕其相应的支点450保持制动器。电致动装置424s2提供提升动作并且之后如上所述可选地被断电，因此变得多余。在一些情况下，电致动装置424s2保持接合，但是出于以下几个原因可能优选地将其断电：首先，提供连续电力导致供电电路消散更多热量并且必须消耗更多电力；第二，电致动装置424s2上的行程可能太小而不能提供任何额外的保持动作；第三，如果在将制动器保持在释放状态的同时致动器杆卡住，则可能发生“危险故障”。第二电致动装置424s2定位成使致动器杆靠近行程末端以提供最大力但具有相应短的操作行程。仅在需要应对如上所述的初始踢离启动输出轴所需的额外提升力和/或释放力时，才提供第二电致动装置424s2。在一些情况下，电致动装置424s2定位成使致动器杆靠近行程末端以提供最大力但具有相应短的操作行程。如上所述，不需要第二电致动装置来为辅助机械制动器提供提升动作，因为当主机械装置承担输出轴的负载时，辅助电致动装置处于“受保护”状态。
b.关闭输出轴，即加载机械制动器。当电源关闭时，向主制动器421的电致动装置(如图9g所示)和辅助制动器424的电致动装置421bs3(如图9h所示)的供电被移除。因此，辅助制动器410和主制动器415的相应细长板下降并且与制动轴接合到“受保护”位置，即准备由输出轴的重量加载。保护动作可以通过两种方式实现：a)通过重力使细长板和致动杆的质量自由下落，并且可选地，b)主制动器和辅助制动器上的一个或两个弹性构件提供额外的接合力。
主制动器和辅助制动器的弹性构件是可选的。设置有电致动装置(s1、s2或s3)的弹性构件的数量用于增强制动器接合阶段。当它们“受保护”成与输出轴接触时，它们为细长板提供增加的加速力，并因此减少输出轴“下降”到与输出轴的接合(即受保护位置)所需的时间。它们还有助于机械制动器在保护阶段正确地嵌合在输出轴上。
为确保在制动器来得及接合之前输出轴的电力不会丧失，在用于控制到电机的电力的电驱动单元中的电容器电路引入的短暂延迟(大约0到1秒之间，优选地大约为0.25秒)之后，到输出轴的电力才被移除。理想情况下，机械制动器仍然与输出轴接合，同时仍然向输出轴供电。优选地，从向电致动装置供电以在“断开”制动状态下保持细长板的电力被移除的时间以及机械制动器与输出轴接合的时间短(优选地在大约0到0.1秒之间，更优选地大约为0.02秒)。一旦移除到输出轴的电力，机械制动器就会被加载(处于“接通”制动状态)，从而支撑输出轴的重量。在该阶段，主机械制动器承担输出轴的负载，而辅助机械制动器保持“受保护”状态。当机械制动器被加载时，存在正常的输出轴下降或滑动0.1-0.5mm(没有增加的重量)，在最大增加重量下可以到达约0.5mm。该变化是由于制动器的机械刚度和输出轴在电机的线圈组件内的行程中的位置，因为作用在输出轴上的电磁力随着线圈组件内的位置而变化。
c.危险故障。如果主制动器未能接合轴并提供制动动作(例如，出于上述原因)，则辅助制动器现在将提供制动动作，即脱离“受保护”状态以承担输出轴的负载。
在由于安全速度监测(ssm)干预而关闭输出轴的电力的情况下，制动器的保护时间被视为输出轴的下降，因为输出轴现在可以在重力作用下(由于摩擦损失较小)自由下降直到制动器接合为止。偏压弹簧的存在使保护时间最小化，并因此使输出轴下降距离最小化。细长板的加速以及因此机械制动器与输出轴的接合取决于将细长板偏压到受保护位置的一个或多个弹性构件的弹性。在弹性构件是弹簧的情况下，细长板的加速度以及因此机械制动器与输出轴的接合取决于弹簧常数(n/m)。在一个示例中，主机械制动器可以包括产生10n的力的第一弹性构件和产生5n的力的第二弹性构件。辅助制动器可以包括产生19n的力的弹性构件。主制动器和辅助制动器的弹性构件的合力使得细长板比只有主制动器上的一个弹性构件作用在细长板上时更快地加速。与没有弹性构件——即当相应的细长板在重力作用下自由下落时——的情况相比，主制动器和第二制动器的弹性构件的组合将机械制动器的保护时间减少了大约30％。
然而，如果主机械制动器故障则采用双机械制动系统是不切实际的，这是由于由测试设备内的主机械制动器和辅助机械制动器施加的尺寸限制，特别是输出轴的长度。输出轴必须做得更长，以适应主机械制动器和辅助机械制动器两者，这将使测试机器太长。增加输出轴的长度具有降低输出轴的抗弯刚度的趋势。为了提供更紧凑的制动系统，优选地，辅助制动器围绕输出轴轴线403与主制动器旋转地偏离。这具有如下益处：主制动器和辅助制动器在输出轴上的不同周向位置处与输出轴接合。因此，相应的主制动器和辅助制动器的细长板围绕它们相应的轴线枢转，这些轴线彼此偏离，即它们是不平行的。通过使主制动器和辅助制动器旋转地偏离，可以使辅助制动器的物理尺寸，特别是辅助制动器的细长板的尺寸远小于主制动器。例如，辅助制动器可以省去装配在细长板的孔中的插入结构。在如图9d所示的本发明的特定实施例中，辅助制动器围绕输出轴的纵轴线403基本上垂直于主制动器取向，使得它们相应的枢转轴线490、491基本上垂直。
与主制动器一样，辅助制动器可以类似地包括过载止挡部454，以便防止过大的负载施加到辅助制动机构。辅助制动器的过载止挡部454可以安装到辅助制动器的细长板415上，或者如图9f所示安装或锚定在主制动器的细长板410的下表面上，并且辅助制动器的过载止挡部454包括一表面，该表面配置成当过大的负载施加到辅助制动机构时接触辅助制动器的细长板的下表面404。出于解释的目的，主机械制动器的细长板可以被称为枢转地安装的第一板410，并且辅助机械制动器的细长板可以被称为枢转地安装的第二板415。在如图9f所示的本发明的特定实施例中，过载止挡部454具有倒置的“t”形或上塔克形状(uptacshape)，其中过载止挡部454的一端锚定到枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)的下表面，使得它从枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)垂下而另一端提供一表面，该表面用于接触枢转地安装的第二板415(辅助制动器的细长板)的下表面。在进行接触之前，在枢转地安装的第二板415(辅助机械制动器的细长板)的下表面与过载止挡部454的表面之间保持间隙或间距448。与主制动器一样，过载止挡部的高度以及因此间距是可调的。
辅助制动器的过载止挡部454与弹性加载(或支撑)的支点450b一起工作，以防止过大的负载施加到辅助制动机构。与枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)一样，枢转地安装的第二板415(辅助制动器的细长板)围绕支点450b倾斜，该支点被弹性加载以使得制动力由弹性构件451b的加载控制。与主机械制动器一样，辅助机械制动器的支点450b可以通过将支点450b安装在弹性构件(诸如如图9a所示的弹簧)上而被弹性地加载或支撑。或者，支点可以通过安装到相邻的细长板，即安装到枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)而不是单独安装而弹性地支撑。辅助制动器的弹性加载(或支撑)的支点450b包括支架455，该支架从枢转地安装的第一板410(主机械制动器的细长板)的下侧悬伸并且通过弹性构件451b向上偏压地抵靠在枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)第一端上。与图9a中所示的主制动器450的弹性加载(或支撑)的支点一样，如果在辅助机械制动器被致动之后在向下方向上施加过大的力，则可以克服弹性构件451b的力向下拉动枢转地安装的第二板415(辅助制动器的细长板)，直到枢转地安装的第二板415(辅助制动器的细长板)的下表面接触过载止挡部454为止，在此枢转地安装的第二板415(辅助制动器的细长板)将倾向于围绕过载止挡部454克服弹性构件451b的弹性而枢转，以允许制动轴和/或输出轴运动穿过枢转地安装的第二板415的孔口/孔。如果移除过大的力，则辅助制动器的制动动作将立即恢复，并且制动轴保持在其新的位置。
与主制动器的弹性加载(或支撑)的支点不同(其中支点安装在弹性构件上)，辅助制动器的弹性加载(或支撑)的支点450b不直接安装在弹性构件上。在图9f所示的特定实施例中，弹性构件451b位于支架455的一个臂上，而支点450b安装在支架455的另一个臂上。支架455采用“c”形结构，即柱以及上臂和下臂。弹性构件451b位于支架455的一个臂的上部，而支点450b安装到支架455的另一个臂的下部。支架455安装在枢转地安装的第一板410(主制动器的细长板)的下侧或从该下侧悬伸，并且包括弹簧加载的支撑柱，其一端安装到细长板的下侧，并且其自由端用于支撑弹性构件451b，更具体地，支撑柱的自由端包括用于支撑弹性构件451b的止挡部。弹性构件沿支撑柱定位在支架臂的上部与支撑柱的止挡部之间。如图9f所示，止挡部可以是基本垂直于杆的板。
支撑主制动器和辅助制动器的支点的弹性构件的弹性可以预加载到例如650n的值，该值高于最大期望有效载荷。预期的有效载荷是输出轴和夹紧质量的总和，其通常在100n的范围内，但可以在10到1000n之间。可以在以下情况中起用过载保护以保护施加到制动机构的过大负载：
a)当在向下方向上以高速例如大约0.5m/s以及在高功率操作模式下行进时切断输出轴的电力的情况。在高功率模式下，不需要制动器来防止输出轴下降，但它仍然会提供延迟制动效果。
b)输出轴的电力从高功率模式切断，同时在聚合物试样上保持高拉伸负载的情况。在这种情况下，试样中的应变能量将使制动器加载到超过预加载值并且输出轴将挺过来(pullthrough)，直到存储的负载减小到特定值，例如600n。
在过载保护操作期间，当制动器处于正常“接通”状态并且保持输出轴的重量时，在细长板410、415的下表面与主制动机构或辅助制动机构的过载止挡部452、453、454之间存在小的间隙449。这可以是可调节的，并且可以可选地调节到大约1mm，但是它可以固定到0.1到10mm之间的任何值。当制动负载超过主制动机构或第二制动机构的弹性构件的预设值时，随着细长板围绕其相应的过载止挡部452、453、454枢转或倾斜，支点将向下移动，并且因此，整个细长板410、415向下平移。在这种状态下，机械制动器不再是自供能的并且已经达到制动力的极限。如果输出轴负载进一步增加，则机械制动器将以恒定负载滑动(即输出轴将通过机械制动器的结合力滑动)，这取决于制动表面的摩擦系数，例如制动蹄(插入结构)/制动轴。例如，这可能是700牛顿。一旦从输出轴移除多余负载，弹性加载(或支撑)的支点的弹性构件自动地将机械制动器返回到正常状态。
如上所述，限位止挡部430、430b用于防止机械制动器的细长板在“断开”状态下倾斜，从而确保在辅助细长板的孔的边缘与制动轴/输出轴之间存在间隙，从而允许制动轴和/或输出轴自由地行进穿过孔口和/或孔。关于主制动器，限位止挡部430固定到测试设备的框架上并且布置成与主制动器的互补形状的突出部分配合，更具体地，与主制动器的插入结构配合。在图9a所示的特定实施例中，突出部分采用截头圆锥形状。在辅助机械制动器中采用类似的布置。在本发明的特定实施例中，如图9f中所示，辅助机械制动器的细长板415包括与第二限位止挡部430b配合的突出部分435；第一限位止挡部430是主机械制动器的限位止挡部。第二限位止挡部430b可以定位在枢转地安装的第一板410(主机械制动器的细长板)的下侧。在图9f所示的特定实施例中，辅助机械制动器的突出部分435具有截头圆锥形状，该突出部分布置成容纳在第二限位止挡部430b的互补轮廓中。通过辅助机械制动器与主机械制动器之间的协作，允许辅助机械制动器具有与主机械制动器类似的功能，即用于防止机械制动器在“断开”状态下与输出轴接合的限位止挡部430、430b，以及用于在“接通”状态下提供辅助机械制动器的过载保护的弹性加载(或支撑)的支点450、450b与过载止挡部452、453、454的组合。
主机械制动器的任何特征部都可以应用于辅助机械制动器。例如，附加地或可选地，辅助机械制动器的电致动装置421b的致动器杆可通过致动器杆可伸展特征部耦接到细长板415，以当在“断开”状态下细长板415的突出部分435嵌合在限位止挡部430b时允许辅助机械制动器的致动器杆进一步缩回到其壳体或螺线管内，从而防止辅助机械制动器在处于“断开”状态时摩擦输出轴，以及提供最大的保持力以将辅助机械制动器的细长板415保持在“断开”状态。
除非作为替代方案具体公开，否则在上述任何方面中给出的每个选项可以与本发明任何方面的任何其它选项组合。
更多特征
a.一种用于控制电磁电机的制动系统的方法，所述电磁电机具有可运动的输出轴，所述方法包括以下步骤：
基于所述输出轴的运动接收速度信号和/或加速度信号，所述速度信号和/或加速度信号具有相应的频谱；
使用所述相应的频谱从所述速度和/或加速度信号中识别事件，其中所述事件对应于所述输出轴的不受控制的运动并且具有特征频谱。
b.根据特征a的方法，其中识别所述事件包括对所述速度和/或加速度信号进行滤波以衰减所述频谱的一个或多个频率分量。
c.根据特征b的方法，其中由所述滤波器衰减的所述一个或多个频率分量表示所述输出轴的不会给操作者带来风险的不受控制的运动的频率分布的一部分或全部。
d.根据特征c的方法，其中所述输出轴低于预定运动阈值的不受控制的运动对应于所述输出轴的不会给操作者带来风险的不受控制的运动。
e.根据特征d的方法，其中所述预定移动阈值在0mm至200mm或0mm至60mm的范围内。
f.根据前述特征a至e中任一项的方法，其中对应于所述输出轴的运动的所述速度信号和/或加速度信号由以下中的至少一个确定：
i)位移检测器，
ii)速度检测器，或
iii)加速度检测器。
g.根据特征b至f中任一项的方法，其中对所述频谱进行滤波包括将所述速度信号和/或加速度信号引导通过有限脉冲响应低通滤波器。
h.根据特征b至g中任一项的方法，其中识别所述事件包括：
将滤波的速度信号和/或滤波的加速度信号与预定速度阈值和/或加速度阈值进行比较。
i.根据特征h的方法，其中对于线性运动，所述预定速度阈值在0mm/s至100mm/s的范围内和/或对于旋转运动在0°/s至360°/秒的范围内。
j.根据特征i的方法，其中对于线性运动，所述预定速度阈值为约10mm/s，和/或对于旋转运动，所述预定速度阈值为30度/s。
k.根据特征h的方法，其中对于线性运动，所述预定加速度阈值在5mm/s2至30mm/s2的范围内，和/或对于旋转运动所述预定加速度阈值在0°/s2至500°/s2的范围内。
l.根据特征k的方法，其中对于线性运动所述预定加速度阈值为约30mm/s2和/或对于旋转运动所述预定加速度阈值为90°/s2。
m.根据前述特征a至l中任一项的方法，其中在识别所述事件之后，停止所述输出轴，包括使用所述线圈组件施加电制动效果和/或致动机械制动器的步骤。
n.根据特征m的方法，其中停止所述输出轴包括致动固态继电器开关。
o.一种控制系统，其用于使用根据前述特征a至n中任一项的方法控制具有可运动输出轴的电磁电机的制动系统，包括：
包括滤波器的安全速度监测器(ssm)。
p.根据特征o的控制系统，其中所述ssm包括用于将所述输出轴的速度和/或加速度与预定速度和/或加速度阈值进行比较的比较器。
q.根据特征o或p的控制系统，其中所述ssm包括用于降低输入信号的采样率的选频器，所述输入信号包括所述速度信号和/或加速度信号。
r.根据特征o至q中任一项的控制系统，包括用于致动制动系统以停止所述输出轴的安全扭矩关断(sto)装置。
s.一种测试设备，包括：
根据特征o至r中任一项的控制系统；
具有可运动的输出轴的电磁电机；以及
用于停止所述输出轴的制动系统。
t.一种用于在释放机械制动器时防止包括线圈组件的电磁电机的输出轴运动的方法，包括以下步骤：
确定所述输出轴的位置；
基于所述输出轴的位置确定电流，当所述电流被施加在所述线圈组件中时，在所述输出轴上产生力以在释放所述机械制动器时防止所述输出轴的运动；以及
将所述电流施加到所述线圈组件。
u.根据特征t的方法，还包括使用查找表来基于所述输出轴的位置确定施加到所述线圈组件的所述电流。
v.根据特征t或u的方法，其中所述输出轴的位置由附接到所述输出轴的刻度尺确定，所述刻度尺与编码器配合。
w.一种用于产生查找表的方法，所述查找表用于将要施加到线性电磁电机的线圈组件的电流与所述线性电磁电机的输出轴的位置相关联，以便在释放机械制动器时防止所述输出轴的运动，所述方法包括以下步骤：
确定将所述输出轴保持在第一位置所需的第一电流；
确定将所述输出轴保持在第二位置所需的第二电流；
将所述第一和第二位置与所述第一电流和第二电流一起存储在所述查找表中。
x.根据特征w的方法，其中所述第一位置与所述第二位置之间的差小于4mm或小于3mm或小于2mm。
y.根据特征w或x的方法，包括以下步骤：
a)使所述输出轴轴向位移；
b)以所述输出轴的所述位移的固定间隔对所述线圈组件的电流进行采样。
z.一种用于使用根据特征t至y中任一项的方法控制具有可线性运动的输出轴的线性电磁电机的位移的制动系统，包括：
机械制动器，
控制器，其用于接收所述输出轴的位置，并被配置成向所述线圈组件施加电流以在释放所述机械制动器时防止所述输出轴的运动。
aa.根据特征z的制动系统，其中所述机械制动器包括弹性构件，其用于对所述制动器从所述输出轴释放的情况进行减震，使得由所述制动器的所述释放产生的由所述输出轴经历的冲击减小。
ab.一种用于监测线性电磁电机的机械制动器的性能的方法，所述线性电机具有可线性运动的输出轴，所述方法包括在所述机械制动器的致动持续时间内监测所述输出轴的行程并且将所述行程与预定行程阈值进行比较。
ac.根据特征ab的方法，其中监测所述机械制动器的行程包括：
当所述机械制动器最初被致动使得所述机械制动器与所述输出轴接合时，检测对应于所述输出轴位置的第一位置；
在检测到所述第一位置之后的预定时间或在检测到所述第一位置之后当所述输出轴停止时检测对应于所述输出轴位置的第二位置；
通过计算所述第一位置与所述第二位置之间的距离来确定所述行程。
ad.根据特征ab或ac的方法，包括以下步骤：
存储所述行程。
ae.根据前述特征ab至ad中任一项的方法，其中如果所述行程超过所述预定行程阈值，所述方法包括：
警告用户所述行程的程度。
af.根据特征ac至ae中任一项的方法，其中检测所述第一位置由检测所述机械制动器与所述输出轴接合的光学传感器触发。
ag.根据前述特征ab至af中任一项的方法，其中所述预定时间在0.1秒至1秒之间。
ah.根据特征ag的方法，其中所述预定时间是0.25秒。
ai.根据前述特征ab至ah中任一项的方法，包括以下步骤：
对所述机械制动器的致动次数进行计数。
aj.根据特征ai的方法，包括警告用户所述机械制动器的致动次数。
ak.根据特征ai或aj的方法，包括当所述机械制动器的致动次数超过预定阈值时警告用户。
al.根据特征ab至ak中任一项的方法，包括以下步骤：
将所述行程和/或致动次数传递给第三方以进行监测。
am.根据前述特征ab至al中任一项的方法，其中所述预定行程阈值在0mm至10mm之间。
an.根据特征am的方法，其中所述预定行程阈值约为2mm。
ao.一种用于停止线性电机的输出轴运动的机械制动器，包括：
枢转地安装的板，其具有用于接收所述电机的所述输出轴的空间；
电操作的保持装置，其接触所述板的自由端并设置成将所述板保持在允许所述输出轴运动并允许所述板枢转到卡住位置的状态；
其中所述电操作的保持装置包括螺线管以控制所述板的运动。
ap.根据特征ao的机械制动器，其中所述螺线管是线性螺线管。
aq.根据特征ap的机械制动器，其中所述螺线管作用在杆上，所述杆自由地耦接到所述板的所述自由端，其中所述杆可垂直移动。
ar.根据特征ao到aq中任一项的机械制动器，其中所述杆由耦接装置耦接到所述板的所述自由端，所述耦接装置包括耦接到所述致动器杆的所述自由端的弹性可伸展构件，使得在所述弹性可伸展构件的伸展位置而不是在所述弹性可伸展构件的非伸展位置，所述致动器杆进一步缩回到所述螺线管中。
as.根据特征ar的机械制动器，其中所述可弹性伸展构件是预加载的拉伸弹簧。
at.根据特征ar或as的机械制动器，其中所述弹性可伸展构件可在0.1mm至10mm之间或3mm至4mm之间的范围内伸展。
au.根据特征ar至at中任一项的机械制动器，其中所述弹性可伸展构件包括可在带凸缘的壳体内移动并在伸展位置偏压的插入结构。
av.根据前述特征ao至au中任一项的机械制动器，其中所述电操作的保持装置被布置成在将电力施加到所述电操作的保持装置时将所述板保持在一种状态下以允许所述输出轴运动。
aw.根据特征av的机械制动器，其中所述板接触限位止挡部以允许所述输出轴运动。
ax.根据特征aw的机械制动器，其中所述枢转地安装的板包括与所述限位止挡部配合的突出部分。
ay.根据特征ax的机械制动器，其中所述突出部分是可容纳在所述限位止挡部中的截头圆锥形突出部。
az.根据前述特征ao至ay中任一项的机械制动器，其中所述电操作的保持装置布置成在没有电力施加到所述电操作的保持装置的情况下允许所述板枢转到卡住位置。
ba.根据前述特征ao至az中任一项的机械制动器，其中所述机械制动器包括弹性构件，所述弹性构件布置成将所述板朝向所述卡住位置偏压。
bb.根据特征ba的机械制动器，其中所述弹性构件包括弹簧。
bc.根据特征bb的机械制动器，其中所述弹簧是压缩弹簧或拉伸弹簧或张紧弹簧。
bd.根据特征ba至bc中任一项的机械制动器，其中所述弹性构件耦接至所述板。
be.根据特征bd的机械制动器，其中所述弹性构件耦接到所述板的自由端。
bf.根据特征ao至be中任一项的机械制动器，其中所述机械制动器包括与所述板的下表面间隔开的止挡部，并且所述止挡部布置成当由所述输出轴作用在所述板上的力超过阈值时接触所述板的下表面。
bg.根据特征bf的机械制动器，其中所述板枢转地安装在所述弹性加载的支点上，所述弹性加载的支点包括由弹性构件支撑的支点，当由所述输出轴作用在所述板上的力超过所述阈值时，所述弹性加载的支点能够运动，使得所述板围绕所述止挡部枢转并克服所述弹性构件的偏压力，并且保持所述板以允许所述输出轴运动。
bh.根据特征bf或bg的机械制动器，其中所述止挡部与所述板的下表面之间的间距是可调节的。
bi.根据特征ao至bh中任一项的机械制动器，其中所述电操作的保持装置还包括电操作的提升装置，其用于接触所述板的所述自由端并布置成在允许所述输出轴运动的状态下提升所述板。
bj.根据特征bi的机械制动器，其中用于提升所述板的所述电操作的提升装置包括螺线管，其中所述螺线管作用在杆上以可释放地接合或耦接所述板的所述自由端。
bk.根据特征ao至bj中任一项的机械制动器，其中所述机械制动器是主机械制动器，并且其中所述机械制动器还包括辅助机械制动器，所述辅助机械制动器是根据特征ak至bf中任一项定义的机械制动器。
bl.根据特征bk的机械制动器，其中所述主机械制动器围绕所述输出轴的纵轴线旋转地偏离所述辅助机械制动器，使得所述主机械制动器和所述辅助机械制动器的相应的板围绕非平行轴线枢转。
bm.根据特征bk或bl的机械制动器，其中所述主机械制动器和所述辅助机械制动器的相应板布置成按顺序独立地枢转或同时枢转。
bn.根据特征bk至bm中任一项的机械制动器，其中所述主机械制动器包括枢转地安装的第一板，并且所述辅助机械制动器包括枢转地安装的第二板，所述枢转地安装的第一和第二板中的每一个包括用于接收所述电机的所述输出轴的共轴空间，其中所述辅助机械制动器与所述主机械制动器配合，以提供与所述枢转地安装的第二板的下表面间隔开的第二止挡部，并且所述第二止挡部布置成当由所述输出轴作用在所述枢转地安装的第二板上的力超过阈值时接触所述枢转地安装的第二板的所述下表面。
bo.根据特征bn的机械制动器，其中所述第二止挡部安装在所述枢转地安装的第一板上。
bp.根据特征bn或bo的机械制动器，其中所述辅助机械制动器与所述主机械制动器配合以提供第二弹性加载的支点，当由所述输出轴作用在所述第二板上的力超过所述阈值时，所述第二弹性加载的支点能够运动，使得所述第二板围绕所述第二止挡部枢转并克服所述第二弹性加载的支点的所述弹性构件的偏压力。
bq.根据特征bp的机械制动器，其中所述第二弹性加载的支点弹性地安装到所述枢转地安装的第一板上。
br.根据特征bn至bq中任一项的机械制动器，其中当所述辅助机械制动器不与所述输出轴接合时，所述枢转地安装的第二板与位于所述枢转地安装的第一板的下侧上的第二限位止挡部接触。
bs.根据特征br的机械制动器，其中枢转地安装的第二板包括与所述第二限位止挡部配合的突出部分。
bt.根据特征bk至bs中任一项的机械制动器，其中所述主机械制动器和辅助机械制动器可同时与所述输出轴接合。
bu.根据特征bt的机械制动器，其中通过所述辅助机械制动器对所述输出轴的接合在所述主机械制动器之前以预定时间量被释放。
bv.根据特征bk至bu中任一项的机械制动器，其中所述枢转地安装的第二板垂直偏离所述枢转地安装的第一板。
bw.一种用于停止电磁电机的输出轴的装置，所述输出轴是可运动的，所述装置包括：
线圈组件电路，其包括多个单独的线圈回路，所述线圈回路被配置成在对其施加电力时使得所述线性电机的输出轴运动；
开关装置，其被配置成在所述线圈组件电路的所述多个单独的线圈回路之间形成电连接，使得所述输出轴的运动停止；以及
用于致动所述开关装置的光隔离器。
bx.根据特征bw的装置，其中所述光隔离器包括led和光伏电池。
by.根据特征bw或bx的装置，其中所述开关装置包括至少一个背对背mosfet器件，其电耦接到每个单独的线圈回路，使得在使用中，在正常操作下，保持线圈回路隔离以防止电流流过所述mosfet器件。
bz.根据特征bw至by中任一项的装置，其中所述装置包括tvs二极管，用于保护所述mosfet器件免受超过阈值的电流的影响。
ca.一种测试设备，包括：
根据任何特征o至r的控制系统；
具有可运动输出轴的电磁电机；以及
以下中的至少一个：
根据特征ao至bv中任一项的用于停止所述输出轴的机械制动器；
根据特征bw至bz中任一项的用于停止所述输出轴的装置；或者
根据特征z或aa的用于控制所述线性电机的位移的制动系统。
cb.根据特征ca的测试设备，其中所述电机以垂直和/或水平取向进行布置。
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