电磁制动装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电磁制动设备技术领域，特别是涉及一种电磁制动装置。


背景技术：

[0002]
电磁制动器是现代工业中一种常用的制动装置，主要是通过自身电磁体通电所产生电磁吸力控制制动片动作以实现制动或释放制动效果。具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠等优点。目前，现有的电磁制动装置一般都是通过mcu输出一个信号给到电磁制动电路，此电磁制动电路连接到电磁制动器，当需要制动时， mcu发命令关断电机的功率模块，同时mcu发命令关断电磁制动。然而，当mcu的程序异常时，或者当sto信号到来时，或者在电机高速运行时突然制动，只是关断电机输出的功率模块供电，会因为惯性存在及功率电路中电容中具有的残余电能量存在的原因，出现电机并不能快速紧急停止的状况，最终导致停止功能安全的失效或打折，出现人员伤害或高价值产品损坏的现象。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的在于提供一种电磁制动装置，用于解决电磁制动无法安全可靠地实现关断和制动的问题。
[0004]
为解决上述问题，本实用新型提供一种电磁制动装置，
[0005]
本实用新型提供的电磁制动装置的有益效果在于：当sto输入信号被触发，sto输入信号输入到所述输入模块时，所述输入模块将所述sto输入信号输入到所述安全模块，当所述安全模块接收到sto 输入信号时，直接关断从处理器模块过来的电机pwm信号，以达到直接关断所述功率模块，同时地，当sto输入信号输入时，直接关断制动模块的控制信号brake_pwm,从而达到关断制动模块的目的，且通过第一输出端将sto输入信号输出到所述处理器模块。所述处理器模块在接收到sto输入信号，停止发送制动pwm信号至所述制动模块以关断所述制动模块；以及停止发送电机pwm信号至所述安全模块；从而解决了当处理器模出现故障时，在sto输入信号到来后，电磁制动装置无法安全可靠地实现关断的问题。
附图说明
[0006]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0007]
图1为本实用新型实施例提供的电磁制动装置的结构示意图；
[0008]
图2为本实用新型实施例提供的电磁制动装置的另一结构示意图
[0009]
图3为本实用新型实施例提供的电磁制动装置中的输入模块和诊断模块的电路原理图；
[0010]
图4为本实用新型实施例提供的电磁制动装置中的制动模块的电路原理图。
[0011]
其中，图中各附图标记：
[0012]
1-诊断模块；2-输入模块；3-安全模块；4-处理器模块；5-功率模块；6-制动模块。
[0013]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
[0014]
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0015]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0016]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0017]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0018]
参照图1和图2，本实用新型实施例提供了一种电磁制动装置，其特征在于，包括输入模块2、安全模块3、处理器模块4、功率模块5和制动模块6。
[0019]
其中，所述输入模块2用于接收外部信号并进行电平转换，其输出端与安全模块3及制动模块6相连接。其中，外部信号优选为sto 输入信号，sto输入信号为紧急关闭信号。具体地，当所述输入模块 2没有接收sto输入信号时，所述输入模块2中的光耦一直导通，输出低电平；当所述输入模块2接收到sto输入信号时，所述输入模块2中的光耦断开，输出高电平。
[0020]
其中，所述安全模块3用于发送诊断脉冲信号及接收诊断脉冲信号，实时计算并确认第一安全回路中的所述输入模块2和第二安全回路中的所述制动模块6是否异常，当所述输入模块2和所述制动模块6异常时所述安全模块3发生报警，且停止发送电机pwm信号至所述功率模块5，并把sto输入信号通过所述安全模块3传递给所述处理器模块4。
[0021]
具体地，第一安全回路为由安全模块3、诊断模块1、输入模块 2组成的回路。其中，所述诊断模块1为用于接收来自所述安全模块 3的诊断脉冲信号，并把该诊断脉冲信号通过所述输入模块2传回所述安全模块3。具体地，所述安全模块3发送诊断脉冲信号至所述诊断模块1之后，所述诊断模块1将该诊断脉冲信号发送至所述输入模块2，所述输入模块2在接收到所述诊断模块1发送的诊断脉冲信号之后，又将该诊断脉冲信号返回至所述安全模块3，以此形成用于传输诊断脉冲信号的回路。如果所述安全模块3从安全回路的后端没有
收到该诊断脉冲信号，则所述安全模块3发出报警，表示所述输入模块2发生异常。
[0022]
第二安全回路是由所述安全模块3和所述制动模块6组成的回路。当所述安全模块3发送诊断脉冲信号至所述制动模块6时，没有接收到所述制动模块6返回的该诊断脉冲信号，则所述安全模块3发出报警，表示所述制动模块6发生异常；从而实现了安全在线的诊断功能。
[0023]
其中，所述处理器模块4为进行电机运行的算法模块，用于与外部设备进行通信。所述处理器模块4为驱动电机的直接部分。所述功率模块5包括驱动电路和mos管三相桥电路等。所述制动模块6为接收所述处理器模块4发送的制动pwm信号并进行电平转换放大。所述制动模块6在接收到sto输入信号时，检测制动器的电流。具体地，所述处理器模块4通过检测所述制动模块6的电路，可以知道所述制动模块6的工作情况，如果检测到所述制动模块6的电流超出设定电流，则所述处理器模块4停止发送制动pwm信号以关断所述制动模块6，且可断定制动器有短路的情况。如果在有接制动器并且所述处理器模块4有发出制动pwm信号时，检测到所述制动模块6 的电流为零，则可断定制动器有断线的情况。
[0024]
具体地，所述输入模块2的第一输入端用于接收外部信号，所述输入模块2的第一输出端与所述安全模块3的第一输入端相连接，所述输入模块2的第二输出端与所述制动模块6的第一输入端相连接。其中，外部信号优选为sto输入信号，sto输入信号为紧急关闭信号。所述输入模块2在接收到sto输入信号之后，对sto输入信号进行电平转换，转换成高电平信号。
[0025]
在一具体实施例中，所述输入模块2的第一输入端用于接收外部信号，所述输入模块2通过第一输出端将sto输入信号输出到所述安全模块3。进一步地，所述输入模块2的第二输出端与所述制动模块6的第二输入端相连接。具体地，所述输入模块2在通过第一输入端接收到sto输入信号之后，对sto输入信号进行电平转换之后，还直接可以通过第二输出端输出到所述制动模块6。
[0026]
具体地，所述安全模块3的第一输出端与所述处理器模块4的第一输入端相连接，所述安全模块3的第二输出端与所述功率模块5的第一输入端相连接，所述安全模块3的第三输出端与所述制动模块6 的第二输入端相连接，所述安全模块3的第二输入端与所述制动模块 6的第一输出端相连接。
[0027]
所述处理器模块4的第一输出端与所述制动模块6的第三输入端相连接；所述处理器模块4的第二输出端与所述安全模块3的第三输入端相连接。在一具体实施例中，当所述安全模块3接收到sto输入信号时，直接关断从所述处理器模块4发送过来的电机pwm信号，以达到直接关断所述功率模块5。进一步地，所述安全模块3在接收到 sto输入信号之后，还通过第一输出端将sto输入信号输入到所述处理器模块4。当所述处理器模块4接收到sto输入信号，停止发送电机pwm信号至所述安全模块3，电机pwm信号被关断。因此，在本实施例中，当所述处理器模块4出现故障时，可以不通过所述处理器模块4即可实现关断电机pwm信号，确保安全。可以理解地，在正常工作情况下，所述处理器模块4通过第二输出端发送电机pwm信号至所述安全模块3；所述安全模块3在接收到所述处理器模块4发送的电机pwm信号之后，通过第二输出端将电机pwm信号发送至所述功率模块5。
[0028]
进一步地，所述安全模块3的第三输出端与所述制动模块6的第二输入端相连接，所述安全模块3的第二输入端与所述制动模块6的第一输出端相连接。具体地，所述安全模
块3和所述制动模块6之间可以直接进行信号交互，所述安全模块3可发送诊断脉冲信号至所述制动模块6，也可以接收来自所述制动模块6的诊断脉冲信号，当所述安全模块3没有接收到所述制动模块6返回的该诊断脉冲信号时，所述安全模块3发出报警，表示所述制动模块6发生异常，从而实现可实时监测所述制动模块6的工作情况，从而实现了电磁制动装置中的电流反馈保护。
[0029]
在一具体实施例中，所述处理器模块4的第一输出端与所述制动模块6的第三输入端相连接；所述处理器模块4在接收到sto输入信号之后，直接关断所述制动模块6的控制信号brake_pwm,从而达到关断所述制动模块6的目的。进一步地，当sto输入信号没有触发，所述处理器模块4没有接收到sto输入信号但是需要关断所述制动模块6时，可以由所述处理器模块4主动地去关断所述制动模块6。可以理解地，在正常工作情况下，所述处理器模块4通过第一输出端发送制动pwm信号至所述制动模块6。
[0030]
在本实施例中，当sto输入信号被触发，sto输入信号输入到所述输入模块2时，所述输入模块2将所述sto输入信号发送到所述安全模块3，当所述安全模块3接收到sto输入信号时，直接关断从所述处理器模块4过来的电机pwm信号，以达到直接关断所述功率模块5，且通过第一输出端将sto输入信号发送到所述处理器模块4。所述处理器模块4在接收到sto输入信号，直接关断所述制动模块6的控制信号 brake_pwm,从而达到关断所述制动模块6的目的；以及停止发送电机 pwm信号至所述安全模块3；从而解决了当所述处理器模块4出现故障或异常时，在sto输入信号到来后，电磁制动装置无法安全可靠地实现关断的问题。在本实施例中，当sto输入信号触发时，就算所述处理器模块4出现故障、单通道失效或者mcu失效，电磁制动装置也可以有效地断开电机pwm信号、且该电磁制动装置具有安全在线的诊断功能。
[0031]
另外地，在本实施例中，电磁制动装置的发热及功耗主要通过 pwm信号调制，以实现将不同的等效电压输入到制动器。由于在电磁制动装置启动时，需要较大的启动电流，此时pwm信号的占空比较大，调制的等效电压高。但是电磁制动装置在开始正常工作时，可以不需要较大的电压即可保持正常的工作状态，此时pwm信号的占空比变小，消耗能量变少，发热也变少；从而解决了电磁制动装置发热及功耗过大的问题。
[0032]
进一步地，参照图2，所述电磁制动装置还包括诊断模块1。所述诊断模块1的第一输入端与所述安全模块3的第四输出端相连接，所述诊断模块1的第一输出端与所述输入模块2的第二输入端相连接。
[0033]
具体地，所述诊断模块1可通过第一输入端接收来自所述安全模块3的诊断脉冲信号。所述诊断模块1包括第一信号转换单元及第二信号转换单元。由于光耦元件是一种平均危险失效时间比较短的元件，其失效风险高，为了保证光耦通路的正常及其异常时的报警，所述安全模块3通过第四输出端发送一个窄脉冲信号至所述诊断模块 1，所述诊断模块1在接收到该窄脉冲信号之后检测该窄脉冲信号；若诊断模块1没有检测到该窄脉冲信号，则说明光耦失效。
[0034]
进一步地，参照图2，所述诊断模块1包括第一信号转换单元和第二信号转换单元。所述第一信号转换单元的输入端和所述第二信号转换单元的输入端分别与所述安全模块3的所述第四输出端相连接。具体地，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元可分别接收所述安全模块3发送的诊断脉冲信号。所述第一信号转换单元的输出端和所述第二
信号转换单元的输出端分别与所述输入模块2的所述第二输入端连接。具体地，所述诊断脉冲信号经过第一信号转换单元和第二信号转换单元后输入到所述输入模块2。
[0035]
进一步地，参照图2，所述输入模块2包括第一输入光耦单元和第二输入光耦单元，所述第一输入光耦单元的输入端与所述第一信号转换单元的输出端相连接，所述第二输入光耦单元的输入端与所述第二信号转换单元的输出端相连接。
[0036]
具体地，所述第一输入光耦单元接收来自所述第一信号转换单元发送的诊断脉冲信号，所述第二输入光耦单元接收来自所述第二信号转换单元发送的诊断脉冲信号；诊断脉冲信号经过第一输入光耦单元及第一输入光耦单元转换后输出到安全模块3。
[0037]
进一步地，参照图3，所述诊断模块1用于接收来自所述安全模块3的诊断脉冲信号，并把该诊断脉冲信号通过所述输入模块2传回所述安全模块3。所述诊断模块包括第一信号转换单元和第二信号转换单元。具体地，所述第一信号转换单元包括第五光耦电路u5，所述第二信号转换单元包括第三光耦电路u3，所述第五光耦电路u5和所述第三光耦电路u3的发射极并接在一起，与外部急停信号的负端相连接。具体地，第五光耦电路u5的发射极与第三光耦电路u3的发射极并接在一起接到外部急停信号的负端sto_ret。
[0038]
进一步地，参照图3，所述第一信号转换单元还包括第八电阻r8，所述第二信号转换单元还包括第九电阻r9，所述第八电阻r8的第一端与所述第五光耦电路的输入端相连接，所述第九电阻r9的第一端与所述第三光耦电路的输入端相连接。
[0039]
具体地，第五光耦电路u5的输入为来自安全模块3的诊断信号 self_test1,第三光耦电路u3的输入为来自安全模块3的诊断信号 self_test2。第八电阻r8与第九电阻r9为光耦输入的上拉电阻，正常情况光耦输入端为高电平，光耦导通；当安全模块3发出二个有相位差的窄脉冲时电平被拉低，此时光耦不导通。
[0040]
进一步地，参照图3，所述输入模块2用于接收外部信号并进行电平转换，其输出端与安全模块3及制动模块6相连接。所述输入模块2包括第一输入光耦单元和第二输入光耦单元。具体地，所述第一输入光耦单元包括第四光耦电路u4、第十五电阻r15、第十六电阻 r16、第一电源和第二十八电容c28，所述第四光耦电路u4的输出端分别与所述第十五电阻r15的第一端和所述第十六电阻r16的第一端相连接，所述第十五电阻r15的第二端与所述第一电源相连接，所述第十六电阻r16的第二端与所述第二十八电容c28的输入端连接，构成第一级滤波电路。其中，所述第二电源的实例电压优选为3.3v。
[0041]
进一步地，参照图3，所述第二输入光耦单元包括第六光耦电路 u6、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第二电源和第二十六电容c26，所述第六光耦电路u6的输出端分别与所述第十七电阻r17的第一端和所述第十八电阻r18的第一端相连接，所述第十七电阻r17的第二端与所述第二电源相连接，所述第十八电阻r18的第二端与所述第二十六电容c26的输入端连接，构成第一级滤波电路。其中，所述第二电源的实例电压优选为3.3v。
[0042]
进一步地，参照图3，所述第一输入光耦单元还包括第十九电阻 r19和第十八电容c18，所述第十九电阻r19的第一端与所述第十六电阻r16的第一端相连接，所述第十九电阻r19的第二端与所述第十八电容c18的输入端相连接，构成第二级滤波电路。
[0043]
进一步地，参照图3，所述第二输入光耦单元还包括第十一电阻 r11和第六电容c6，所述第十一电阻r11的第一端与所述第十八电阻r18的第一端相连接，所述第十一电阻r11的第二端与所述第六电容 c6的输入端相连接，构成第二级滤波电路。
[0044]
具体地，所述第四光耦电路u4通过所述第六输入电阻r6接收信号sto1_input，所述第六光耦电路u6通过所述第七输入电阻r7接收信号sto2_input。所述第四光耦电路u4的输入端二极管n极与所述第五光耦电路u5的集电极相接；所述第六光耦电路u6的输入端二极管n极与所述第三光耦电路u3的集电极相接。
[0045]
具体地，第四光耦电路u4的集电极与第十五电阻r15和第十六电阻r16连接,所述第十五电阻r15的另一端接到实例电压为3.3v的电源上，所述第十六电阻r16的另一端接到第二十八电容c28构成第一级滤波电路，同时输出信号sto1_mcu到安全模块3和第十九电阻 r19。所述第十九电阻r19和所述第十八电容c18构成第二级滤波电路。
[0046]
具体地，第六光耦电路u6的集电极与第十七电阻r17和第十八电阻r18连接,所述第十七电阻r17的另一端接到实例电压为3.3v的电源上，所述第十八电阻r18的另一端接到第二十六电容c26构成第一级滤波电路，同时输出信号sto2_mcu到所述安全模块3和所述第十一电阻r11。所述第十一电阻r11和所述第六电容c6构成第二级滤波电路。
[0047]
进一步地，参照图3，所述第一输入光耦单元还包括四级二极管 d4和六级二极管d6，所述第十九电阻r19的第一端还与所述四级二极管d4的正极相连接，所述四级二极管d4的负极和所述六级二极管 d6的负极均与第十电阻r10相连接，形成控制后端的信号；所述第十电阻r10的另一端连接实例电压为3.3v的电源。
[0048]
具体地，第十九电阻r19接到所述四级二极管d4的正(n)极，所述四级二极管d4的负(p)极和所述六级二极管d6的负(p)极均与所述第十电阻r10相接，形成控制后端的信号sto1_out,所述第十电阻r10另一端接到实例电压为3.3v的电源,所述六级二极管d6的 n极接信号sto_en,此信号接到安全模块。
[0049]
所述第二输入光耦单元还包括二级二极管d2和三级二极管d3，所述第十一电阻r11的第一端还与所述二级二极管d2的正极相连接，所述二级二极管d2的负极和所述三级二极管d3的负极均与第十二电阻r12相连接，形成控制后端的信号；所述第十二电阻r12的另一端连接3.3v电源。
[0050]
具体地，第十一电阻r11还接到所述二级二极管d2的正(n)极，所述二级二极管d2的负(p)级和所述三级二极管d3的负(p)级均与所述第十二电阻r12相接，形成控制后端的信号sto2_out,所述第十二电阻r12的另一端接到3.3v电源,所述三级二极管d3的正(n) 级接信号sto_en,此信号接到安全模块。
[0051]
进一步地，参考图2，所述功率模块5包括驱动电路单元和mos 管三相桥电路，所述驱动电路单元和所述mos管三相桥电路相连接。所述驱动电路单元和所述mos管三相桥电路均为驱动电机的直接部分。具体地，所述处理器模块4通过所述安全模块3将电机pwm信号发送到所述功率模块5的驱动电路中的三个驱动芯片上，每个驱动芯片驱动一个上桥mos管和一个下桥mos管，总计有六个mos管组成mos管三相桥电路。
[0052]
具体地，参照图4，其中，所述制动模块6用于接收所述处理器模块4发送的制动pwm信号并进行电平转换放大、且在接收到sto 输入信号时，检测制动器的电流。所述制动模块6包括：第八缓冲驱动单元u8、第九缓冲驱动单元u9、驱动芯片u2和电流芯片u1。其中，所述驱动芯片u2为mos管q1的专用驱动芯片。所述电流芯片 u1为hall型电流检测芯片。所述第八缓冲驱动单元u8的第一引脚与信号safe_test3相接，信号safe_test3来自安全模块3。所述第八缓冲驱动单元u8第二引脚与信号brake_pwm相接，信号brake_pwm 来自处理器模块
4。所述第八缓冲驱动单元u8第三引脚与信号 sto1_out相接；所述第八缓冲驱动单元u8的第八引脚与所述第九缓冲驱动单元u9的第一引脚相接；所述第八缓冲驱动单元u8的第七引脚与所述第九缓冲驱动单元u9的第二引脚相接，所述第九缓冲驱动单元u9的第三引脚与信号sto2_out相接。所述第九缓冲驱动单元 u9的第八引脚脚与信号safe_test3_out相接，并最终接到所述安全模块3，所述第九缓冲驱动单元u9的第七引脚与电阻r2的第一端相接，电阻r2的第二端接到电阻r3的第一端和所述驱动芯片u2的第一引脚上。所述电阻r3的第二端接地。
[0053]
在本实施例中，通过sto1_out信号和sto2_out信号来控制第八缓冲驱动单元u8和第九缓冲驱动单元u9的开通关断，以实现关断制动模块的brake_pwm信号。具体地，通过sto1_out信号输入到所述第八缓冲驱动单元u8中，sto2_out信号输入到第九缓冲驱动单元u9 中，可以实现冗余的关断。另外地，sto1_out信号和sto2_out信号之间互不影响。当sto1_out信号或者sto2_out中的任意一个信号因为异常没有发送过来时，另外一路信号仍然有效，从而实现安全双路的控制。
[0054]
在本实施例中，从安全模块3发出来的检测脉冲信号safe_test3 先输入到第八缓冲驱动单元u8,然后再到第九缓冲驱动单元u9；最后从第九缓冲驱动单元u9出来后回到安全模块3，如果安全模块3正常收到该检测脉冲信号safe_test3则说明这一部分的通道无异常，如果安全模块3没有收到该检测脉冲信号safe_test3，则发生报警异常，从而实现环路的自诊断。
[0055]
所述驱动芯片u2为mos管的q1的驱动芯片。所述驱动芯片u2 的第四引脚与电阻r4的第一端相接，所述电阻r4的第二端接到电阻 r5的第一端和mos管q1的第三引脚g极上。所述电阻r5的第二端接地，所述mos管q1的第四引脚接地。mos管q1的d极接到二极管 d1的p极和插座j1的第二引脚上，插座j1为接到电磁制动器的接口，其第一引脚接到二极管d1的n极，插座j1的第一引脚还接到电容c5的第一端和电流芯片u1的in端上。电容c5为滤波电容，其第二端接地。第二驱动芯片u1的ip端接实例电源为48v的电源；所述第二驱动芯片u1的第七引脚为输出脚，接到电阻r1的第一端上,电阻r1的第二端与电容c1构成rc滤波后再接到信号mcu_adc上,信号 mcu_adc接到处理器模块4,所述电流芯片u1的第六引脚接电容c3的第一端,电容c3的另一引脚接地。
[0056]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。