本發(fā)明涉及一種電裝置，特別是一種具有周期電源的電機(jī)器，以及一種用于測(cè)試該電裝置的電源的方法。

背景技術(shù)：

專(zhuān)利文獻(xiàn)de102012209318a1公開(kāi)了一種電裝置，特別是一種電機(jī)器，其具有用電器、周期電源、至少一個(gè)脈沖傳輸器和分析裝置。電源包括具有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的功率部件，并且該電源被設(shè)計(jì)為，基于至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的被交替接通和斷開(kāi)，由一電壓產(chǎn)生用于用電器的周期電壓。功率部件具有至少一個(gè)流動(dòng)路徑，在電源工作時(shí)電流流經(jīng)該流動(dòng)路徑。分析裝置被設(shè)計(jì)用于，對(duì)來(lái)自脈沖傳輸器的信號(hào)進(jìn)行分析，并基于所分析的信號(hào)來(lái)推斷出功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的功能優(yōu)異度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提出一種改進(jìn)的可能性，從而能夠在電裝置的持續(xù)運(yùn)行中更好地檢驗(yàn)電裝置的電子開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明的目的通過(guò)一種電裝置來(lái)解決，其具有：

-用電器；

-電子開(kāi)關(guān)，其包括電子開(kāi)關(guān)元件和操控該電子開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)裝置；

-周期電源，其具有包括電子開(kāi)關(guān)元件的功率部件并且被設(shè)計(jì)為：根據(jù)電子開(kāi)關(guān)元件被交替地接通和斷開(kāi)，基于一電壓產(chǎn)生用于用電器的電源電壓或者供電電流，在此，功率部件具有流動(dòng)路徑，在電源工作時(shí)，屬于電子開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)元件的電流流動(dòng)經(jīng)過(guò)該流動(dòng)路徑；

-至少一個(gè)脈沖傳輸器，其包括具有初級(jí)側(cè)線圈的初級(jí)側(cè)和包括次級(jí)側(cè)線圈的次級(jí)側(cè)，并且該脈沖傳輸器以其初級(jí)側(cè)接入功率部件中，使得配屬于電子開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)元件的電流流動(dòng)經(jīng)過(guò)初級(jí)側(cè)線圈，在此，脈沖傳輸器在其次級(jí)側(cè)上被弱地加載，使得施加在次級(jí)側(cè)線圈上的次級(jí)側(cè)電壓至少近似地與屬于電子開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)元件的電流的時(shí)間變化成比例；

-閾值判定器，其被設(shè)計(jì)為：將次級(jí)側(cè)電壓或者通過(guò)對(duì)次級(jí)側(cè)電壓進(jìn)行過(guò)濾所產(chǎn)生的次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓與參考電壓進(jìn)行比較，該參考電壓特別是對(duì)應(yīng)于電子開(kāi)關(guān)在完全功能優(yōu)異時(shí)的電流的時(shí)間變化，和

-與閾值判定器相聯(lián)接的分析裝置，該分析裝置被設(shè)計(jì)為：根據(jù)利用閾值判定器所實(shí)施的比較，識(shí)別出電子開(kāi)關(guān)的潛在損壞。

本發(fā)明的目的還通過(guò)一種用于檢驗(yàn)根據(jù)本發(fā)明的電裝置的電源的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法具有如下方法步驟：

-交替地打開(kāi)和關(guān)閉電子開(kāi)關(guān)元件，

-將次級(jí)側(cè)電壓或者次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并

-基于該比較來(lái)推斷出電子開(kāi)關(guān)的潛在損壞。

根據(jù)本發(fā)明的裝置例如是一種電機(jī)器，例如一種機(jī)器人，并且包括周期電源，該周期電源被設(shè)計(jì)為，向根據(jù)本發(fā)明的裝置的用電器供應(yīng)電源電壓或供電電流。電源電壓特別是被定時(shí)調(diào)節(jié)的電壓，或者說(shuō)供電電流特別是被定時(shí)調(diào)節(jié)的電流。

用電器特別是電感式用電器，優(yōu)選為電子機(jī)械制動(dòng)器。

電感式用電器例如也可以是繼電器，或者是用于任意開(kāi)關(guān)電源的功率傳輸器或者說(shuō)功率電感的初級(jí)線圈，或者是與多級(jí)電橋電路(變頻器)連接的電機(jī)。電子機(jī)械制動(dòng)器例如使用在機(jī)器人中，用于特別是在緊急情況下將機(jī)器人的機(jī)器人臂的節(jié)肢之一制動(dòng)。機(jī)器人通常具有機(jī)器人臂和控制裝置。機(jī)器人臂具有多個(gè)依次設(shè)置并通過(guò)關(guān)節(jié)連接的節(jié)肢，以及用于使節(jié)肢彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的電馬達(dá)。

根據(jù)本發(fā)明的裝置具有電子開(kāi)關(guān)，該電子開(kāi)關(guān)包括電子開(kāi)關(guān)元件和用于操控電子開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)裝置。優(yōu)選電子開(kāi)關(guān)是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在這種情況下，電子開(kāi)關(guān)元件被構(gòu)造為晶體管。晶體管特別是功率晶體管。

周期電源具有功率部件，該功率部件例如被構(gòu)造為h橋。該功率部件包括電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)元件。該功率部件被設(shè)計(jì)為，例如根據(jù)電子開(kāi)關(guān)元件被交替地接通和斷開(kāi)，基于一電壓來(lái)產(chǎn)生用于用電器的電源電壓或供電電流。

功率部件被設(shè)計(jì)為例如逆變器。

在電源或者說(shuō)根據(jù)本發(fā)明的電裝置的運(yùn)行中，特別是通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置控制地來(lái)交替地關(guān)閉和打開(kāi)電子開(kāi)關(guān)元件。為此，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上公知的，電源包括例如合適的電子操控器件。該電子操控器件操控電開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)裝置，使得電子開(kāi)關(guān)元件被相應(yīng)地打開(kāi)或關(guān)閉。

為了能夠在電裝置或者說(shuō)其電源的持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中檢驗(yàn)電子開(kāi)關(guān)的功能優(yōu)異度，特別是為了盡可能提前地識(shí)別出電子開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)裝置的初步或者潛在的損壞，設(shè)置脈沖傳輸器。

脈沖傳輸器是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。脈沖傳輸器包括帶有初級(jí)側(cè)線圈的初級(jí)側(cè)。初級(jí)側(cè)線圈配屬有初級(jí)側(cè)電感l(wèi)1，并且初級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)為n1。脈沖傳輸器還包括帶有次級(jí)側(cè)線圈的次級(jí)側(cè)。次級(jí)側(cè)線圈配屬有次級(jí)側(cè)電感l(wèi)2，并且次級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)為n2。脈沖傳輸器由此獲得的初級(jí)側(cè)相對(duì)于次級(jí)側(cè)的轉(zhuǎn)換比例為n1:n2，或者說(shuō)次級(jí)側(cè)相對(duì)于初級(jí)側(cè)的轉(zhuǎn)換比例為n2:n1。

脈沖傳輸器在初級(jí)側(cè)連接功率部件，使得對(duì)應(yīng)于電子開(kāi)關(guān)元件的電流流經(jīng)初級(jí)側(cè)線圈。

例如，電子開(kāi)關(guān)可以是流動(dòng)路徑的一部分，在電源運(yùn)行中，對(duì)應(yīng)于電子開(kāi)關(guān)元件的電流流動(dòng)經(jīng)過(guò)該部分。在這種情況下，電流流經(jīng)脈沖傳輸器的初級(jí)側(cè)線圈，該電流也流經(jīng)電子開(kāi)關(guān)元件。

此外，根據(jù)本發(fā)明，脈沖傳輸器在其次級(jí)側(cè)上被弱加載，使得施加在脈沖變換器的次級(jí)側(cè)線圈上的次級(jí)側(cè)電壓至少近似地與對(duì)應(yīng)于電子開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)元件的電流的時(shí)間變化成比例。

例如，脈沖傳輸器的轉(zhuǎn)換比例n1:n2為1:20到1:100。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明，脈沖傳輸器不會(huì)如同大多數(shù)通常所做的那樣作為具有定義工作電阻的變換器在次級(jí)側(cè)上的通常作為電流變換器的電路中運(yùn)行，而是在次級(jí)側(cè)與被這樣弱加載的輸出相連接，從而使得脈沖傳輸器的初級(jí)側(cè)(輸入側(cè))區(qū)別于作為能量傳輸?shù)淖儞Q器的電路地如同一個(gè)電感那樣起作用(無(wú)負(fù)載的變換器)，在其初級(jí)側(cè)上構(gòu)造有與初級(jí)側(cè)電流的變化至少近似成比例的初級(jí)側(cè)電壓。初級(jí)側(cè)電壓施加在初級(jí)側(cè)線圈上。由此，根據(jù)脈沖傳輸器在次級(jí)側(cè)或者說(shuō)脈沖變換器的輸出側(cè)的轉(zhuǎn)換比例來(lái)產(chǎn)生被提供用于測(cè)量的次級(jí)側(cè)電壓。

但是，該基本原則也可以在具有相對(duì)較高功率的應(yīng)用中被使用(能量供應(yīng)、電子網(wǎng)絡(luò)頻率變形、監(jiān)控例如gto或者igbt)。

特別是基于以下公式來(lái)計(jì)算在待監(jiān)視的電子開(kāi)關(guān)元件上可定量分析的電流變化速度。

脈沖傳輸器的輸出電壓、即次級(jí)側(cè)電壓u2通過(guò)輸入電壓、即脈沖傳輸器的初級(jí)側(cè)電壓u1給出，即：

u2＝n2/n1*u1

在次級(jí)側(cè)無(wú)負(fù)載的脈沖傳輸器的初級(jí)側(cè)電壓u1(輸入電壓)適用于以下公式：

u1＝l1*di/dt

其中，di/dt是流經(jīng)初級(jí)側(cè)的電流的時(shí)間變化。

這兩個(gè)表達(dá)式結(jié)合起來(lái)為：

u2＝n2/n1*l1*di/dt

該公式至少近似地適用于根據(jù)本發(fā)明的裝置的脈沖傳輸器，使得次級(jí)側(cè)電壓至少近似地與對(duì)應(yīng)于電子開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)元件的電流的時(shí)間變化成比例。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)有閾值判定器，該閾值判定器用于特別是當(dāng)達(dá)到在流動(dòng)路徑中所規(guī)定的最小開(kāi)關(guān)速度時(shí)，識(shí)別次級(jí)側(cè)電壓，該次級(jí)側(cè)電壓特別是與所選擇的脈沖傳輸器共同作用，并且其技術(shù)數(shù)據(jù)與優(yōu)選可自由選擇的參考電壓相比較。這樣，在閾值判定器的輸出處提供用于進(jìn)一步分析的信號(hào)。通過(guò)分析裝置對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析。

在流動(dòng)路徑中所規(guī)定的最小開(kāi)關(guān)速度可以是必需的，以便例如在周期功率電子電路中能夠確保所使用的電子功率開(kāi)關(guān)以相對(duì)較低的功率損耗運(yùn)行。如果由于電子功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路中的損壞或者由于電子功率開(kāi)關(guān)本身的損壞而使得開(kāi)關(guān)速度過(guò)慢，則可以預(yù)料到會(huì)出現(xiàn)較高的開(kāi)關(guān)損耗功率，并且可能會(huì)出現(xiàn)升高了的并且很可能是破壞性的溫度。

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)速度的監(jiān)視，可以在最終損壞或者大范圍的構(gòu)件或組件發(fā)生故障之前，識(shí)別出并處理即將來(lái)臨的損壞。

例如，可以將唯一的脈沖傳輸器與輸出側(cè)的兩個(gè)閾值判定器結(jié)合使用，以便既監(jiān)視電子開(kāi)關(guān)的接通過(guò)程(升高的電流變化di/dt＞0)，又監(jiān)視電子開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)過(guò)程(降低的電流變化di/dt＜0)。由此，可以根據(jù)需要對(duì)所監(jiān)視的電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行相關(guān)差異診斷。

由此，特別是能夠形成對(duì)電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度的監(jiān)視。

閾值判定器例如是運(yùn)算放大器、比較器或者雙極晶體管。

此外，在了解待分析的開(kāi)關(guān)速度的情況下，還可以借助于濾波器、特別是低通濾波器在次級(jí)側(cè)例如針對(duì)暫時(shí)的相關(guān)干擾提供穩(wěn)定性。一方面，脈沖傳輸器的設(shè)計(jì)允許對(duì)最小電流升高速度進(jìn)行分析，另一方面，濾波器也使得特別是快速且短暫的事件發(fā)生衰減。由此，可以針對(duì)于相關(guān)的干擾脈沖來(lái)改進(jìn)分析裝置的穩(wěn)定性。

根據(jù)電裝置的一種變型，該電裝置優(yōu)選具有在次級(jí)側(cè)后置連接脈沖傳輸器的低通濾波器，該低通濾波器被設(shè)計(jì)為，基于次級(jí)側(cè)電壓產(chǎn)生次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓。

根據(jù)電裝置的一種實(shí)施方式，分析裝置可以設(shè)計(jì)為，基于利用閾值判定器所實(shí)施的關(guān)于電子開(kāi)關(guān)元件的接通或斷開(kāi)過(guò)程的比較，來(lái)識(shí)別電子開(kāi)關(guān)的潛在損壞。亦即在發(fā)生潛在損壞的情況下，電子開(kāi)關(guān)例如根據(jù)在電子開(kāi)關(guān)元件自身或其驅(qū)動(dòng)裝置中可能的錯(cuò)誤而比預(yù)設(shè)更慢地被開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選閾值判定器產(chǎn)生一輸出信號(hào)，如果次級(jí)側(cè)電壓或者次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓超過(guò)參考電壓，則該輸出信號(hào)發(fā)生變化。

優(yōu)選將分析裝置設(shè)計(jì)為，雖然是在電子開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)的過(guò)程中，但是當(dāng)次級(jí)側(cè)電壓或者次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓始終低于參考電壓時(shí)，可推斷電子開(kāi)關(guān)有潛在損壞。

因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可以具有以下方法步驟：雖然是在電子開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)的過(guò)程中，但是當(dāng)次級(jí)側(cè)電壓或者次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓始終低于參考電壓時(shí)，可推斷電子開(kāi)關(guān)有潛在損壞。

附圖說(shuō)明

在示意性的附圖中示例性示出了本發(fā)明的實(shí)施例。其中：

圖1以透視圖示出了具有機(jī)器人臂的機(jī)器人，

圖2示出了電路原理圖，

圖3示出了電路的電路圖，和

圖4示出了根據(jù)圖3的電路的模擬結(jié)果。

具體實(shí)施方式

圖1以透視圖示出了具有機(jī)器人臂2的機(jī)器人1。

在該實(shí)施例中，機(jī)器人臂2包括多個(gè)依次設(shè)置并通過(guò)關(guān)節(jié)連接的節(jié)肢。這些節(jié)肢特別是包括靜止不動(dòng)的或者可移動(dòng)的支架3和相對(duì)于支架3圍繞豎直延伸的軸a1可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的轉(zhuǎn)盤(pán)4。在該實(shí)施例中，機(jī)器人臂2的其他節(jié)肢包括搖臂5、懸臂6和優(yōu)選為多軸的機(jī)器人手7，該機(jī)器人手具有例如被實(shí)施為法蘭8的固定裝置，用于固定未詳細(xì)示出的末端執(zhí)行器。搖臂5在下端部上，例如在未詳細(xì)示出的搖臂軸承頭上，圍繞優(yōu)選為水平的軸a2可樞轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)4上。在搖臂5的上端部上，又圍繞同樣優(yōu)選為水平的軸a3可樞轉(zhuǎn)地安裝有懸臂6。該懸臂在端部側(cè)以其優(yōu)選為三個(gè)的軸a4、a5、a6承載機(jī)器人手7。

為了使機(jī)器人1或者說(shuō)其機(jī)器人臂2運(yùn)動(dòng)，該機(jī)器人以普遍公知的方式具有與控制裝置10相連接的電驅(qū)動(dòng)器。在圖1中僅示出了該電驅(qū)動(dòng)器的幾個(gè)電馬達(dá)9，這些電馬達(dá)被固定在機(jī)器人臂2中或之上。電驅(qū)動(dòng)器的功率電子器件例如設(shè)置在未詳細(xì)示出的控制柜的殼體內(nèi)，在該控制柜內(nèi)例如還設(shè)有控制裝置10。在該實(shí)施例中，電馬達(dá)9是三相交流電機(jī)，例如三相交流同步電機(jī)。但是，功率電子器件也可以設(shè)置在機(jī)器人臂2中和/或之上。

在該實(shí)施例中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上公知的那樣，功率電子器件包括：未詳細(xì)示出的整流器，該整流器基于網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生直流電壓；同樣未詳細(xì)示出的、后置連接整流器的中間電路，該中間電路具有用于使直流電壓平滑的中間電路電容器；和多個(gè)后置連接該中間電路電容器的變頻器或逆變器。

在例如被實(shí)施為計(jì)算機(jī)的控制裝置10上運(yùn)行有運(yùn)算程序，控制裝置10在機(jī)器人1的運(yùn)行中借助于該運(yùn)算程序例如操控機(jī)器人，使得法蘭8或者所謂的工具中心點(diǎn)執(zhí)行預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)。控制裝置10在必要時(shí)如同本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上公知的那樣調(diào)節(jié)電驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)需要調(diào)節(jié)電驅(qū)動(dòng)器，并且控制裝置10產(chǎn)生一額定信號(hào)，用于該被調(diào)節(jié)的電驅(qū)動(dòng)器或者說(shuō)其逆變器。

在該實(shí)施例中，機(jī)器人1包括用于制動(dòng)各個(gè)節(jié)肢的電子機(jī)械制動(dòng)器。該制動(dòng)器被設(shè)計(jì)為，其借助于加載有電流的電感保持在解除狀態(tài)下。如果電感被切斷，則制動(dòng)器被自動(dòng)激活，并對(duì)機(jī)器人臂2的相應(yīng)節(jié)肢進(jìn)行制動(dòng)。為此，制動(dòng)器例如包括預(yù)緊的彈簧。圖2示出了例如被設(shè)計(jì)用于制動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)4的制動(dòng)器的電感21。

為了在機(jī)器人1的運(yùn)行中使制動(dòng)器保持在其解除狀態(tài)下，或者將制動(dòng)器從其激活狀態(tài)轉(zhuǎn)入其解除狀態(tài)中，在該實(shí)施例中，機(jī)器人1包括配屬于制動(dòng)器的周期電源。

在圖2中部分地示出了配屬于轉(zhuǎn)盤(pán)4的制動(dòng)器的周期電源20的電路圖。因此，電感21表示一用電器，特別是用于電源20的電感式用電器22。

在該實(shí)施例中，電源20包括功率部件23和電子操控器件24，該電子操控器件被設(shè)計(jì)用于操控功率部件23。電子操控器件24例如是控制裝置10的一部分。

在圖2中被部分示出的電源21例如被設(shè)計(jì)為，其功率部件23被構(gòu)造為僅部分示出的h橋。h橋是本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上公知的。

在該實(shí)施例中，電源20的功率部件23包括多個(gè)電路徑，在電源20的運(yùn)行中，電流流動(dòng)經(jīng)過(guò)這些電路徑。

在該實(shí)施例中，電源20包括至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)25。電子開(kāi)關(guān)25特別是被設(shè)計(jì)為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，優(yōu)選為功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，并且包括電子開(kāi)關(guān)元件和操控該電子開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)裝置28。電子開(kāi)關(guān)元件例如是晶體管27。該晶體管27能夠以fet技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該晶體管也可以是雙極晶體管。

在該實(shí)施例中，功率部件23包括晶體管27，通常包括電子開(kāi)關(guān)元件，還包括空載二極管26。

功率部件23例如由一電源電壓供電，該電源電壓特別是為直流電壓，并且施加在第一節(jié)點(diǎn)k1上。這種電源電壓例如是借助于整流裝置和隨后的濾波穩(wěn)壓由網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生的。

在該實(shí)施例中，功率部件23的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(topologie)如下：

空載二極管26一方面與第一節(jié)點(diǎn)k1連接，另一方面在截止方向上與第二節(jié)點(diǎn)k2連接。晶體管27一方面與第二節(jié)點(diǎn)k2連接，另一方面與第三節(jié)點(diǎn)k3連接。第三節(jié)點(diǎn)k3例如與參考電位連接，例如接地。

在第二節(jié)點(diǎn)k2和第四節(jié)點(diǎn)k4之間連接有制動(dòng)器的電感21。

電感21是第一流動(dòng)路徑11的一部分，晶體管27是第二流動(dòng)路徑12的一部分，并且空載二極管28是第三流動(dòng)路徑13的一部分。

在該實(shí)施例中，在常規(guī)運(yùn)行中，即，在制動(dòng)器解除并由此不對(duì)相關(guān)節(jié)肢進(jìn)行制動(dòng)的運(yùn)行中，晶體管27被交替地接通和斷開(kāi)。該晶體管特別是借助于脈沖寬度調(diào)整信號(hào)被接通和斷開(kāi)。

在該實(shí)施例中設(shè)計(jì)為，制動(dòng)器在其解除狀態(tài)下通過(guò)電源20來(lái)加載電流。由此使得電子開(kāi)關(guān)25或其被構(gòu)造為晶體管的電子開(kāi)關(guān)元件以合適的方式借助于電子操控器件24被接通和斷開(kāi)，該電子操控器件產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)整信號(hào)。為此，電子操控器件24以本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上公知的方式來(lái)操控電子開(kāi)關(guān)25的驅(qū)動(dòng)裝置28。

基于對(duì)電子開(kāi)關(guān)25或者說(shuō)其驅(qū)動(dòng)裝置28的操控，被設(shè)計(jì)為晶體管27的電子開(kāi)關(guān)元件根據(jù)脈沖寬度調(diào)整信號(hào)在其導(dǎo)通狀態(tài)或者說(shuō)低歐姆狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)或者說(shuō)高歐姆狀態(tài)之間被交替地來(lái)回開(kāi)關(guān)。

如前所述，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間地不再有電流經(jīng)過(guò)制動(dòng)器的電感21時(shí)，制動(dòng)器被激活。這是通過(guò)電子開(kāi)關(guān)25或者說(shuō)其被設(shè)計(jì)為晶體管27的電子開(kāi)關(guān)元件被持久地打開(kāi)或者說(shuō)被持久地維持在其截止?fàn)顟B(tài)下來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

為了在機(jī)器人1的持續(xù)運(yùn)行或者說(shuō)常規(guī)運(yùn)行中也能檢驗(yàn)電子開(kāi)關(guān)25的功能優(yōu)異度，即，為了在制動(dòng)器被解除的情況下也能檢驗(yàn)電子開(kāi)關(guān)25的功能優(yōu)異度，在該實(shí)施例中，機(jī)器人1還包括脈沖傳輸器29。

脈沖傳輸器29包括具有初級(jí)側(cè)線圈w2的初級(jí)側(cè)，該初級(jí)側(cè)線圈配屬有初級(jí)側(cè)電感l(wèi)1并且匝數(shù)為n1。脈沖傳輸器29還包括具有次級(jí)側(cè)線圈w2的次級(jí)側(cè)，該次級(jí)側(cè)線圈配屬有次級(jí)側(cè)電感l(wèi)2并且匝數(shù)為n2。脈沖傳輸器29的傳輸比例為n1:n2(初級(jí)側(cè)/次級(jí)側(cè))。

在該實(shí)施例中，脈沖傳輸器29與被設(shè)計(jì)為晶體管27的電子開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接，由此使得第二流動(dòng)路徑12的電流i經(jīng)過(guò)初級(jí)側(cè)線圈w1并經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)元件27。

脈沖傳輸器29在次級(jí)側(cè)被弱地加載，從而至少近似地符合以下公式：

u2＝n2:n1*u1＝n2:n1*l1*di/dt

其中，u1是脈沖變換器29的初級(jí)側(cè)電壓，其被施加在初級(jí)側(cè)線圈w1上；u2是脈沖變換器29的次級(jí)側(cè)電壓，其被施加在次級(jí)側(cè)的線圈w2上。

因此，次級(jí)側(cè)電壓u2與流經(jīng)被構(gòu)造為晶體管27的電子開(kāi)關(guān)元件的電流的時(shí)間變化至少近似地成比例。

在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電源20包括閾值判定器30，該閾值判定器例如被設(shè)計(jì)為運(yùn)算放大器。

閾值判定器30包括例如第一輸入端31和第二輸入端32，在第二輸入端上施加有次級(jí)側(cè)電壓u2。在第一輸入端31上施加有一參考電壓uref作為參考信號(hào)。該參考信號(hào)可以是靜態(tài)的，或者根據(jù)需要也可以在持續(xù)運(yùn)行中調(diào)整為動(dòng)態(tài)的。

閾值判定器30包括輸出端33，在該輸出端上施加有輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)配屬有兩個(gè)邏輯值，也就是說(shuō)，只要施加在其第二輸入端32上的次級(jí)側(cè)電壓u2小于比較電壓uref，則輸出信號(hào)具有第一值。如果施加在第二輸入端32上的次級(jí)側(cè)電壓u2大于參考電壓uref，則輸出信號(hào)具有不同于第一值的第二值。

如前所述的，至少近似地適用以下公式：

u2＝n2:n1*l1*di/dt。

在該實(shí)施例中，參考電壓uref或者說(shuō)參考信號(hào)被選擇為：當(dāng)通過(guò)晶體管27的電流i的時(shí)間變化超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，輸出信號(hào)具有其第二值。該預(yù)設(shè)值屬于完全功能優(yōu)異的電子開(kāi)關(guān)25。如果電流i在開(kāi)關(guān)時(shí)緩慢地變化，則次級(jí)側(cè)電壓u2不超過(guò)參考電壓uref，由此可以推斷出電子開(kāi)關(guān)25的初步損壞。

然后，可以利用分析裝置34分析輸出信號(hào)。該分析裝置34可以是控制裝置10的一部分。

還可以設(shè)計(jì)為，使脈沖傳輸器29與空載二極管26串聯(lián)連接，從而對(duì)通過(guò)空載二極管26的電流的時(shí)間變化進(jìn)行分析。該電流同樣是屬于電子開(kāi)關(guān)元件25的電流。

通過(guò)對(duì)晶體管27的開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)的了解，分析裝置34可以相對(duì)快速地識(shí)別出電子開(kāi)關(guān)25的初步損壞。通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，例如可以在200ns之內(nèi)明顯地更快。

脈沖傳輸器29的極性、其在晶體管27或者在空載二極管26的情況下的設(shè)置以及其連結(jié)在閾值判定器30上的方式均可以自由地選擇，并且允許或者分析出接通過(guò)程的開(kāi)始(負(fù)載電感的磁化、在電阻或電容負(fù)載中電流流動(dòng)的開(kāi)始)，或者分析出切斷過(guò)程的開(kāi)始(退磁、空載、切斷其他負(fù)載)。

圖3示出了計(jì)算機(jī)模擬形式的一種實(shí)施方式。電子開(kāi)關(guān)25或者說(shuō)其電子開(kāi)關(guān)元件在此被模擬為可開(kāi)關(guān)的電流源41，從而將電流源41的電流模擬為通過(guò)晶體管27、通常通過(guò)電子開(kāi)關(guān)元件27的電流i。

脈沖變換器29的用于計(jì)算機(jī)模擬的數(shù)值如下：

l1＝200nf

l2＝80μf

n1＝1

n2＝20。

如圖3中示出的計(jì)算機(jī)模擬電路圖所示，脈沖變換器29在次級(jí)側(cè)與低通濾波器接通，該低通濾波器具有第一電阻r1、第一電容c1和與第一電容c1并聯(lián)的第二電阻r2。這些元件的數(shù)值如下：

r1＝100ω

r2＝10kω

c1＝1nf。

后置連接低通濾波器的是閾值判定器42，在該閾值判定器的輸入端43上施加一電壓。在該實(shí)施例中，針對(duì)第二電阻r2和第一電容c1并聯(lián)一二極管d，從而在輸入端43上僅施加正電壓。

因此，施加在閾值判定器42的輸入端43上的電壓就是脈沖傳輸器29的借助于低通濾波器被過(guò)濾的次級(jí)側(cè)電壓u2′，在此，負(fù)電壓值被二極管d過(guò)濾出去。

在該實(shí)施例中，閾值判定器42是一被控制的開(kāi)關(guān)，如果施加在其輸入端43上的電壓大于等于參考電壓，則該閾值判定器關(guān)閉。在該實(shí)施例中，參考電壓是1.0v，因此，一旦次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓u2′大于等于1.0v，則開(kāi)關(guān)被關(guān)閉，并且當(dāng)次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓u2′小于1.0v時(shí)，開(kāi)關(guān)又被再次打開(kāi)。

閾值判定器42例如是雙極晶體管，并且具有輸出電壓u。

圖3的電路還包括第三電阻r3(220ω)以及第二電容c2(10nf)，它們分別通過(guò)其端子與節(jié)點(diǎn)k連接。第二電容c2的另一端子接地。

此外，還設(shè)有一電壓源v，該電壓源產(chǎn)生1.0v的直流電壓。電壓源v一方面接地，另一方面與第三電阻r3連接。

閾值判定器42的開(kāi)關(guān)與節(jié)點(diǎn)k和地相連接。

由于當(dāng)閾值判定器的輸入端43上的次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓u2′小于1.0v時(shí)，閾值判定器42的開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的，因此只要其輸入端43上的次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓u2′小于1.0v，輸出電壓u就等于1.0v。如果輸入端43上的次級(jí)側(cè)過(guò)濾電壓u2′大于等于1.0v，則閾值判定器42的開(kāi)關(guān)關(guān)閉，并且輸出電壓u為零。

為了測(cè)試圖3的電路，電流源41產(chǎn)生不同高度的電流i的脈沖(電流脈沖)，這在圖4中示出。電流脈沖的上升和下降時(shí)間始終為1μs，從而可以根據(jù)不同的脈沖高度和始終相同的上升和下降時(shí)間來(lái)產(chǎn)生電流變化率di/dt的具有不同高度的脈沖，以檢測(cè)工作原理。

電流脈沖通過(guò)脈沖傳輸器29的初級(jí)側(cè)發(fā)出。兩個(gè)電感l(wèi)1和l2的比例(1:400)符合1:20的線匝數(shù)比例或傳輸比例。

脈沖傳輸器29的次級(jí)側(cè)電壓u2通過(guò)低通濾波器和二極管d被過(guò)濾和限制，但是值得注意的是卻沒(méi)有使得脈沖傳輸器29的輸出端被加載，即沒(méi)有在次級(jí)側(cè)加載，并且顯著地改變了脈沖傳輸器29的初級(jí)側(cè)上的特性。

根據(jù)脈沖傳輸器29的數(shù)值可知：從電流i的變化為250ma/μs開(kāi)始，就達(dá)到了1.0v的判定閾值，并且產(chǎn)生一可分析的信號(hào)(輸出電壓u)。

如圖4所示，從脈沖傳輸器29的初級(jí)側(cè)線圈w1中的電流i的變化為di/dt＝250ma/μs開(kāi)始，就產(chǎn)生一輸出信號(hào)u，該輸出信號(hào)顯示對(duì)于所選擇的數(shù)例而言有足夠快的電流變化。

在圖4中示出的電流脈沖具有如下大小的電流變化率di/dt：25ma/μs；50ma/μs；75ma/μs；100ma/μs；125ma/μs；150ma/μs；175ma/μs；200ma/μs；225ma/μs；250ma/μs；275ma/μs；300ma/μs；325ma/μs；350ma/μs；375ma/μs；400ma/μs；425ma/μs；450ma/μs；475ma/μs；500ma/μs；

低通濾波器能夠減弱相關(guān)的干擾，這些干擾會(huì)導(dǎo)致閾值判定器被意外地激活。