[發(fā)明專利]安全保持具有存儲(chǔ)的勢(shì)能的負(fù)載的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210120490.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114944785A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬克·T·奧特爾;凱文·J·里德雷爾;阿列克謝·葉戈羅夫;索耶·J·德索特爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅克韋爾自動(dòng)化技術(shù)公司
• 主分類號(hào): H02P3/18
• 分類號(hào): H02P3/18;H02P3/04;H02P23/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉敏

公開(kāi)了安全保持具有存儲(chǔ)的勢(shì)能的負(fù)載的系統(tǒng)和方法。一種用于提供電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的安全等級(jí)操作的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，該電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制具有存儲(chǔ)的勢(shì)能的負(fù)載的操作，該系統(tǒng)和方法包括監(jiān)視和保持對(duì)負(fù)載的控制的雙通道方法。第一安全通道被配置成控制持定制動(dòng)器的操作，持定制動(dòng)器提供足夠的保持力以將存儲(chǔ)的勢(shì)能保持在負(fù)載中。第二安全通道被配置成獨(dú)立地啟用和禁用來(lái)自控制電動(dòng)機(jī)操作的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。當(dāng)啟用來(lái)自電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩以將存儲(chǔ)的勢(shì)能保持在負(fù)載中。提供對(duì)每個(gè)安全通道的監(jiān)視和隨后的控制，以確保任一通道中的單個(gè)故障不會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)的勢(shì)能從負(fù)載意外釋放。

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開(kāi)的主題涉及提供用于保持負(fù)載的安全等級(jí)功能(safety-ratedfunction)的系統(tǒng)和方法。更具體地，安全等級(jí)功能被配置成防止電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的單個(gè)故障使得具有存儲(chǔ)的勢(shì)能的負(fù)載可以以不期望的方式釋放所存儲(chǔ)的勢(shì)能。

背景技術(shù)

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于控制電動(dòng)機(jī)的操作。根據(jù)一種常見(jiàn)配置，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括具有適當(dāng)幅度的DC電壓的DC總線，從該DC電壓可以生成AC電壓并將其提供給AC電動(dòng)機(jī)。DC電壓可以作為輸入提供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，或者替選地，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以包括將AC電壓輸入轉(zhuǎn)換為DC總線上存在的DC電壓的轉(zhuǎn)換器部分。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收指示期望的電動(dòng)機(jī)操作的命令信號(hào)。命令信號(hào)可以是電動(dòng)機(jī)進(jìn)行操作的期望的轉(zhuǎn)矩、速度或位置。通過(guò)改變施加到電動(dòng)機(jī)的定子的AC電壓的幅度和頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度或位置。逆變器部分設(shè)置在DC總線與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出之間，以從DC總線上存在的DC電壓生成受控AC電壓，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的期望操作。

電動(dòng)機(jī)又用于提供期望的運(yùn)動(dòng)。期望的運(yùn)動(dòng)可以例如是工業(yè)機(jī)器或過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軸的受控操作。電動(dòng)機(jī)可以直接連接至例如飛輪、主軸(spindle)或其他旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。可選地，電動(dòng)機(jī)可以經(jīng)由齒輪箱(gearbox)連接以提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軸可以固定在水平面、垂直面或兩者之間的任何位置。例如，當(dāng)?shù)谝浑妱?dòng)機(jī)使第二電動(dòng)機(jī)改變?nèi)∠驎r(shí)，諸如在機(jī)器人臂上，軸或軸的組合可以在平面之間變化。

如本領(lǐng)域所公知的，期望的來(lái)自電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以是間歇的。許多過(guò)程需要電動(dòng)機(jī)將軸從第一位置移動(dòng)到第二位置，并且然后在第二位置保持一段時(shí)間。根據(jù)應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)保持在第二位置的時(shí)間段可以從數(shù)秒到數(shù)小時(shí)或數(shù)天變化。為了保存能量，通常期望僅在期望運(yùn)動(dòng)時(shí)啟用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收與期望的電動(dòng)機(jī)操作對(duì)應(yīng)的命令信號(hào)，并且相應(yīng)地控制電動(dòng)機(jī)。當(dāng)完成了期望的電動(dòng)機(jī)操作時(shí)，命令信號(hào)被移除并且電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以被禁用。

如果電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被禁用，則它不再能夠控制電動(dòng)機(jī)的操作。如果電動(dòng)機(jī)控制其中可以存儲(chǔ)勢(shì)能的運(yùn)動(dòng)軸，則當(dāng)電動(dòng)機(jī)不再控制運(yùn)動(dòng)時(shí)可以釋放勢(shì)能。儲(chǔ)存勢(shì)能的系統(tǒng)的示例包括但不限于以下系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中彈簧被卷繞，張力被施加到材料幅材(a web ofmaterial)，或者在豎直平面中或在需要提升轉(zhuǎn)矩的任何非水平平面中負(fù)載被提升。當(dāng)電動(dòng)機(jī)不再控制負(fù)載時(shí)，由于釋放勢(shì)能，電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)動(dòng)的潛力。例如，彈簧可以展開(kāi)，幅材中的張力可以釋放，或者作用在負(fù)載上的重力可以導(dǎo)致負(fù)載降低。如果由于存儲(chǔ)的勢(shì)能而作用在負(fù)載上的力足以克服例如由齒輪傳動(dòng)、摩擦力等產(chǎn)生的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，則當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被禁用時(shí)負(fù)載將開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，如果沒(méi)有其他保持力阻止這樣的運(yùn)動(dòng)的話。

為了避免這樣的不期望的運(yùn)動(dòng)，通常為存儲(chǔ)勢(shì)能的電動(dòng)機(jī)和軸提供持定制動(dòng)器(holding brake)。持定制動(dòng)器可以機(jī)械地耦接至電動(dòng)機(jī)、耦接至輸出軸、或根據(jù)應(yīng)用要求耦接在沿著機(jī)械傳動(dòng)系的適于這種耦接的任何點(diǎn)處。防止由于釋放存儲(chǔ)的勢(shì)能而產(chǎn)生的不期望運(yùn)動(dòng)的常見(jiàn)事件序列是命令電動(dòng)機(jī)停止或停止軸的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)軸處于或接近停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，該持定制動(dòng)器被設(shè)置，然后電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被禁用。持定制動(dòng)器將防止由于存儲(chǔ)的勢(shì)能而產(chǎn)生的不期望運(yùn)動(dòng)。可選地，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以被配置成在勢(shì)能被存儲(chǔ)在軸中時(shí)保持啟用，并且電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收命令以保持恒定位置。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器監(jiān)視來(lái)自電動(dòng)機(jī)的位置反饋，以確保電動(dòng)機(jī)能夠?qū)⒇?fù)載保持在恒定位置并防止不期望的運(yùn)動(dòng)。在任一情況下，單個(gè)系統(tǒng)，即持定制動(dòng)器或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，負(fù)責(zé)保持電動(dòng)機(jī)的恒定位置。