马达刹车装置与马达刹车方法与流程

1.本公开涉及使用线圈的马达刹车装置与马达刹车方法。


背景技术：

2.在现有的一种马达刹车装置中是使用线圈来产生磁力以作为刹车的制动力，当需要更大的制动力时可增加线圈的圈数或是线圈的电流。然而，增加线圈的圈数会增加装置的体积。另一方面，如果要改变线圈电流则需要改变输入电压或是增加线径，由于输入电压通常为固定，且增加线经则同样的会增加装置的体积，这都无法有效提升磁力。如何解决此问题，为此领域技术人员所关心的议题。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提出一种马达刹车装置，包括刹车器、电源供应单元与刹车电路。刹车器包括电枢板、底板、来令片、刹车线圈，其中来令片设置于电枢板与底板之间，刹车线圈用以产生一磁力以吸引电枢板，使电枢板与来令片分开。电源供应单元用以提供一输入电压。刹车电路电性连接至电源供应单元与刹车线圈，用以对输入电压进行升压以产生一输出电压，将输出电压供应至刹车线圈以产生磁力，并在供应输出电压一时间以后降低流经刹车线圈的电流。刹车电路包括升压电路及电流控制电路。升压电路电性连接至电源供应单元用以产生输出电压。电流控制电路电性连接至刹车线圈，用以根据脉宽调制信号控制流经刹车线圈的电流维持在刹车线圈的维持电流，其中维持电流小于刹车线圈的激磁电流。
4.在一些实施例中，其中维持电流小于等于激磁电流的25％。
5.在一些实施例中，升压电路包括以下元件。电感的第一端连接至电源供应单元的电压正端。第一开关的第一端连接至电感的第二端，第一开关的第二端连接至电源供应单元的电压负端。二极管的正极连接至电感的第二端，二极管的负极连接至刹车线圈的第一端以输出输出电压。
6.在一些实施例中，电流控制电路包括以下元件。第二开关的第一端连接至刹车线圈的第二端。电阻的第一端连接至第二开关的第二端，电阻的第二端连接至电源供应单元的电压负端。差分放大器的第一输入端连接至电阻的第一端，差分放大器的第二输入端连接至一参考电压。脉宽调制电路的一端电性连接至差分放大器的输出端，另一端电性连接至第二开关的控制端，用以根据差分放大器的输出端上的电压产生脉宽调制信号，并施加脉宽调制信号至第二开关的控制端。
7.在一些实施例中，马达刹车装置设置于机械手臂上。
8.在一些实施例中，输入电压为24伏特且输出电压为48伏特。
9.以另一个角度来说，本发明的实施例提出一种马达刹车方法，适用于上述的刹车器。此马达刹车方法包括：对输入电压进行升压以产生输出电压，将输出电压供应至刹车线圈以产生磁力以吸引电枢板，使电枢板与来令片分开；以及在供应输出电压一时间以后降
低流经刹车线圈的电流。
10.在一些实施例中，上述的马达刹车方法还包括：根据脉宽调制信号控制流经刹车线圈的电流维持在刹车线圈的一维持电流，其中维持电流小于刹车线圈的激磁电流。
11.在上述的装置与方法中，可以提高刹车的制动力同时减少功率的消耗。
附图说明
12.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
13.图1是一种刹车器的分解示意图。
14.图2是根据一实施例示出马达刹车装置的电路示意图。
15.图3是根据一实施例示出电压与电流的时序图。
16.图4是根据一实施例示出马达刹车方法的流程图。
17.附图标记说明：
18.100：刹车器
19.110：刹车线圈
20.120：弹簧
21.130：轴套
22.140：电枢板
23.150：来令片
24.160：底板
25.200：马达刹车装置
26.210：电源供应单元
27.2101：电压正端
28.2102：电压负端
[0029]vin
：输入电压
[0030]vout
：输出电压
[0031]
220：刹车电路
[0032]
221：升压电路
[0033]
222：电流控制电路
[0034]
223：差分放大器
[0035]
2231：第一输入端
[0036]
2232：第二输入端
[0037]
2233：输出端
[0038]
224：脉宽调制电路
[0039]
l：电感
[0040]
d：二极管
[0041]
d1：正极
[0042]
d2：负极
[0043]
sw1,sw2：开关
[0044]
r：电阻
[0045]
l1,sw11,1101,sw21,r1：第一端
[0046]
l2,sw12,1102,sw22,r2：第二端
[0047]
sw13,sw23：控制端
[0048]
i：电流
[0049]
ref：参考电压
[0050]
310,320：曲线
[0051]
t1：时间
[0052]ipeak
：激磁电流
[0053]ihold
：维持电流
[0054]
401,402：步骤
具体实施方式
[0055]
关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
[0056]
图1是一种刹车器的分解示意图。请参照图1，刹车器100包括了刹车线圈110、复数个弹簧120、轴套130、电枢板140、来令片150与底板160。电枢板140设置在刹车线圈110与来令片150之间，来令片150设置在电枢板140与底板160之间。轴套130是安装在马达轴心(未示出)上，复数个弹簧120用以推压电枢板140，使得电枢板140压住来令片150，而来令片150被夹在电枢板140与底板160之间，靠着来令片150产生的摩擦力来对马达轴心进行刹车。
[0057]
当刹车线圈110通电以后，所产生的磁力会吸引电枢板140以抵抗复数个弹簧120的推力，使得电枢板140与来令片150分开同时使来令片150成为自由状态，马达轴心进而被释放。换言之，在此实施例中未通电时马达处于刹车状态，通电时马达则是自由状态。当马达需要很大的刹车制动力时可设置较为强力的弹簧120，但此时则需要刹车线圈110产生更大的磁力，通过以下提出的刹车电路可以在不改变输入电压的前提下增加磁力。
[0058]
图2是根据一实施例示出马达刹车装置的电路示意图。请参照图2，马达刹车装置200包括了图1的刹车器100(为了简化起见，在图2中仅示出刹车线圈110)、电源供应单元210与刹车电路220。
[0059]
电源供应单元210用以提供直流的输入电压v
in
，在一些实施例中此输入电压v
in
为24伏特。刹车电路220电性连接至电源供应单元210与刹车线圈110，用以对输入电压v
in
进行升压以产生输出电压v
out
，并且将输出电压v
out
供应至刹车线圈110以产生磁力。特别的是，刹车电路220会在供应输出电压v
out
一段时间以后降低流经刹车线圈110的电流i以维持磁力同时减少消耗的功率。
[0060]
具体来说，刹车电路220包括升压电路221与电流控制电路222。升压电路221电性连接至电源供应单元210，用以产生输出电压v
out
。电流控制电路222电性连接至刹车线圈110，在激磁刹车电圈110一段时间以后，电流控制电路222根据脉宽调制信号控制流经刹车线圈110的电流i维持在刹车线圈110的维持电流，此维持电流小于刹车线圈110的激磁电流。
[0061]
举例来说，升压电路221包括了电感l、二极管d及开关sw1。电感l的第一端l1电性
连接至电源供应单元210的电压正端2101。二极管d的正极d1电性连接至电感l的第二端l2，二极管d的负极d2电性连接至刹车线圈110的第一端1101以输出电压v
out
。开关sw1的第一端sw11电性连接至电感l的第二端l2与二极管d的正极d1，开关sw1的第二端sw12电性连接至电源供应单元210的电压负端2102，开关sw1的控制端sw13电性连接至一控制信号(图未示)，例如为脉宽调制信号以调整电压上升的比率。
[0062]
电流控制电路222包括了开关sw2、电阻r、差分放大器223及脉宽调制电路224。开关sw2的第一端sw21电性连接至刹车线圈110的第二端1102。电阻r的第一端r1电性连接至开关sw2的第二端sw22，电阻r的第二端r2电性连接至电源供应单元210的电压负端2102。差分放大器223的第一输入端2231电性连接至电阻r的第一端r1及开关sw2的第二端sw22。差分放大器223的第二输入端2232电性连接至一参考电压ref，差分放大器223的输出端2233电性连接至脉宽调制电路224的一端。当开关sw2导通时，电流i会经过电阻r产生压降，当电流i大于刹车线圈110的维持电流时，电阻r的第一端r1上的电位会大于参考电压ref。脉宽调制电路224根据差分放大器223的输出端2233上的电压产生脉宽调制信号，另一端施加此脉宽调制信号至开关sw2的控制端sw23，借此通过调整占空比(duty cycle)来调整电流i的大小，例如在电流i大于刹车线圈110的维持电流时降低开关sw2的占空比，而电流i小于刹车线圈110的维持电流时增加开关sw2的占空比。
[0063]
图3是根据一实施例示出电压与电流的时序图。请参照图2与图3，曲线310代表输出电压v
out
，曲线320代表电流i。在通电以后升压电路221开始运行，将输出电压v
out
从24伏特(v)提升至48v，而电流i开始增加达到激磁电流i
peak
。然而，在刹车线圈110被激磁以后不需要这么大的电流就可以维持相同的磁力，因此在经过一段时间t1以后电流控制电路222将电流i的大小降低至刹车线圈110的维持电流i
hold
。在一些实施例中，维持电流i
hold
小于等于激磁电流i
peak
的25％，但本发明并不在此限。由于功率消耗的公式为p＝i2×
r，因此当电流i降低至25％时，功率的消耗可以降低至原本的10％以下，进而降低热的问题。
[0064]
在一实验中，刹车器的功率消耗原本是16瓦特(w)，在经过上述的改善以后功率消耗变为1.85w，而马达的功率消耗约为25w，因此刹车功耗除以马达功耗的比率从64％降低至7.2％，这样可以大幅降低功率消耗，也可以帮助马达的温度降低。此外，因为提高了刹车的电压，刹车制动力可以提升，或是可以在缩小体积的情况下维持原本的刹车制动力。
[0065]
在一些实施例中，上述的马达刹车装置是设置在一机械手臂上，但在其他实施例中也可以设置在任意的装置上，本公开并不在此限。
[0066]
图4是根据一实施例示出马达刹车方法的流程图，请参照图4，此方法可用于图1的刹车器。在步骤401，对一输入电压进行升压以产生一输出电压，将输出电压供应至刹车线圈以产生磁力以吸引电枢板，使电枢板与来令片分开。在步骤402，在供应输出电压一时间以后降低流经刹车线圈的电流。然而，图4中各步骤已详细说明如上，在此便不再赘述。值得注意的是，图4中各步骤可以实作为多个程序码或是电路，本发明并不在此限。此外，图4的方法可以搭配以上实施例使用，也可以单独使用。换言之，图4的各步骤之间也可以加入其他的步骤。
[0067]
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。