專利名稱：電機(jī)換向電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電機(jī)換向電路。具體說，本發(fā)明涉及工作電壓大于12伏的直流系統(tǒng)的電機(jī)換向電路。
2.相關(guān)技術(shù)背景H-電橋電機(jī)反向繼電器裝置常用于需要雙向直流電機(jī)工作的系統(tǒng)。例如，H-電橋電路被用于有雙向電機(jī)的汽車系統(tǒng)的電動門鎖、電動座椅、電動窗等的工作。在典型情況下，雙向性由H-電橋電路通過使用兩個單極、雙擲(SPDT)繼電器來實(shí)現(xiàn)，繼電器由正向與反向單極、雙擲、中央斷開(center off)開關(guān)來控制，改變輸入到電機(jī)的電壓的極性以進(jìn)行正反向工作。
每一個SPDT繼電器在正常的開啟(N.O.)與正常的閉合(N.C.)位置之間工作，給電機(jī)供電與斷開電源。負(fù)載定位于每一個SPDT繼電器的可動接點(diǎn)之間，其電壓源負(fù)極性在兩N.C.的靜態(tài)接點(diǎn)上，正極性在兩N.O.的靜態(tài)接點(diǎn)上。并使N.C.接點(diǎn)接地，這樣，電橋電路中繼電器不工作時，電機(jī)線圈的兩端均接地。
當(dāng)H-電橋電路的其中一個繼電器通電，它即通過其中一個SPDT開關(guān)(繼電器接點(diǎn))給電機(jī)的一端加正電壓，而另一端則通過另一個SPDT開關(guān)的N.C.靜態(tài)接點(diǎn)(繼電器接點(diǎn))保持接地。這就使得電機(jī)以特定方向旋轉(zhuǎn)。如果繼電器停電，電機(jī)停止工作，電機(jī)線圈又接地。如果另一個繼電器通電，通過另一個SPDT開關(guān)給電機(jī)的另一端加正電壓，并使得電機(jī)以相反方向旋轉(zhuǎn)。
以上所述的常規(guī)的H-電橋電路在12伏直流系統(tǒng)中工作得很好。然而，在高壓系統(tǒng)中，譬如24伏直流系統(tǒng)，一般必須在高達(dá)32伏直流電壓下工作，當(dāng)開關(guān)開啟時，H-電橋繼電器電路就會在開關(guān)的可動接點(diǎn)與N.O.靜態(tài)接點(diǎn)之間產(chǎn)生電弧。電弧的產(chǎn)生是因?yàn)樵诳蓜咏狱c(diǎn)與N.O.靜態(tài)接點(diǎn)之間存在較高的電流及高電位差。再說，由于N.O.靜態(tài)接點(diǎn)具有正的電池電壓，N.C.靜態(tài)接點(diǎn)又處于接地電位，所以通過電弧產(chǎn)生短路，使得流過電弧的電流增加，這只能由電路阻抗來限制。電弧會一直繼續(xù)到它熔化掉足夠多的接點(diǎn)材料以形成足夠大的間隙來消除電弧為止。
因此，需要有這樣一種電機(jī)換向電路，該電路能在較高電壓下使雙向電機(jī)工作，而不產(chǎn)生電弧，并能提供負(fù)載的雙向工作。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，提供了一種能避免上述問題的電機(jī)換向電路。所公開的電路工作的方式對于其余電氣控制電路是顯而易見的。即，它用與標(biāo)準(zhǔn)H-電橋相同的電路連接來工作。
具體說，使雙向電機(jī)工作的電機(jī)換向電路包括標(biāo)準(zhǔn)的H-電橋繼電器電路，它包括第一和第二繼電器。第一繼電器能夠有效地在第一時間周期內(nèi)連接第一接點(diǎn)，以提供電機(jī)與電源的第一連接，并以第一模式使電機(jī)工作。第二繼電器能夠有效地在第二時間周期內(nèi)連接第二接點(diǎn)，以提供電機(jī)與電源的第二連接，并以第二模式使電機(jī)工作。電機(jī)換向電路還包括一個開關(guān)，該開關(guān)至少有一個接點(diǎn)分別有效地連接第一或第二繼電器，實(shí)現(xiàn)第一或第二連接。第三繼電器有效地與該開關(guān)連接，當(dāng)至少一個接點(diǎn)與第一或第二繼電器有效地連接時對電機(jī)至電源提供第三連接。也提供了當(dāng)至少一個接點(diǎn)與第一或第二繼電器脫開時使第三連接脫開的裝置，該第三連接在第一或第二連接脫開前脫開，這樣防止產(chǎn)生電弧。
本發(fā)明還提供了一種以第一和第二模式使裝置工作的繼電器電路。該繼電器電路包括H-電橋繼電器電路，該電路為了以第一或第二模式使裝置工作，具有能使裝置與電源的第一端有效地連接的第一和第二繼電器；還具有與該裝置和第一端連接的第三繼電器，在第一或第二繼電器與第一端脫開時、且在第一或第二繼電器與該裝置脫開之前，使電源與該裝置斷開。
所公開的電機(jī)換向電路旨在用于經(jīng)常使用工作電壓高于12伏的直流系統(tǒng)的越野設(shè)備與重型卡車。然而，該被公開的電路將用于客車和輕型卡車，這是因?yàn)檫@些車輛在趨向使用高電壓電源系統(tǒng)。
附圖簡述

圖1給出按照本發(fā)明的電機(jī)換向電路的示意圖；圖2給出實(shí)現(xiàn)負(fù)載正向工作的圖1的電機(jī)換向電路的示意圖3給出實(shí)現(xiàn)從負(fù)載去掉電源的圖1的電機(jī)換向電路的示意圖；以及圖4給出實(shí)現(xiàn)負(fù)載換向工作的圖1的電機(jī)換向電路的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述以下參考圖1-4詳細(xì)描述本發(fā)明的電機(jī)換向電路的優(yōu)選實(shí)施例。盡管本發(fā)明的電機(jī)換向電路為汽車應(yīng)用而設(shè)計的，例如自動門鎖、自動座椅及自動窗的工作，但是本發(fā)明的電機(jī)換向電路可用于任何采用雙向直流電機(jī)以正向和反向使負(fù)載(未示出)工作的應(yīng)用領(lǐng)域。
電機(jī)換向電路10包括電機(jī)12，H-電橋結(jié)構(gòu)14，及通/斷繼電器16。H-電橋結(jié)構(gòu)14包括正向繼電器18，它帶有第一組第一單極、雙擲(SPDT)接點(diǎn)22；反向繼電器20，它帶有第二組單極、雙擲(SPDT)接點(diǎn)24；以及工作開關(guān)26。
電機(jī)12與SPDT繼電器接點(diǎn)22、24耦合，以便在工作開關(guān)26轉(zhuǎn)向連接正向接點(diǎn)28或反向接點(diǎn)30時提供正向與反向的負(fù)載工作，以下作進(jìn)一步描述。工作開關(guān)26包括可動接點(diǎn)32，它可從正向位置34移到中心位置36，再移到反向位置38。在正向位置34上，可動接點(diǎn)32連接正向接點(diǎn)28。在反向位置38上，可動接點(diǎn)32連接反向接點(diǎn)30。在中心位置36上，可動接點(diǎn)32既不連接正向接點(diǎn)28，也不連接反向接點(diǎn)30。
每一個SPDT繼電器接點(diǎn)裝置22、24包括可動接點(diǎn)40，當(dāng)工作開關(guān)26從正向位置34移動到中心位置36再移到反向位置38時，它由正常的閉合(N.C.)靜態(tài)接點(diǎn)42轉(zhuǎn)動到正常的開啟(N.O.)靜態(tài)接點(diǎn)44。
通/斷繼電器16控制繼電器接點(diǎn)裝置46，它包括可動接點(diǎn)48和靜態(tài)接點(diǎn)50?？蓜咏狱c(diǎn)48從非接觸位置52轉(zhuǎn)動到接觸位置54，以連接靜態(tài)接點(diǎn)50，以便在負(fù)載與電機(jī)換向電路10之間提供電連接。On/off繼電器16的線圈并聯(lián)于兩H-電橋繼電器線圈，這樣，無論H-電橋繼電器18、20中任一個通電，它即通電。
現(xiàn)在參考圖2-4詳細(xì)描述電機(jī)換向電路10的工作情況。圖2示出負(fù)載的正向工作。負(fù)載的正向工作是通過將工作開關(guān)26從中心位置36移動至正向位置34來實(shí)施的，如箭頭“A”所示，這樣，可動接點(diǎn)32連接正向接點(diǎn)28。當(dāng)可動接點(diǎn)32連接正向接點(diǎn)28時，電流同時由電源(未示出)供給正向繼電器18和通/斷繼電器16。電源供給的電流使得能在正向繼電器18和通/斷繼電器16中產(chǎn)生電磁力。
正向繼電器18產(chǎn)生的電磁力將第一SPDT開關(guān)22的可動接點(diǎn)從N.C.位置56拉至N.O.位置58，與N.O.靜態(tài)接點(diǎn)44連接，如箭頭“B”所示，給電機(jī)12的一端加正電壓。電機(jī)12的另一端通過第二SPDT開關(guān)24的N.C.位置56仍保持接地。
繼續(xù)參考圖2，通/斷繼電器16產(chǎn)生的電磁力將開關(guān)46的可動接點(diǎn)48從非接觸位置52拉至接觸位置54，如箭頭“C”所示，通過第一SPDT開關(guān)22的可動接點(diǎn)40給電機(jī)12提供負(fù)載電流。只要可動接點(diǎn)32與正向接點(diǎn)28連接，正向繼電器18和通/斷繼電器16的線圈就保持通電狀態(tài)。
正向繼電器18和通/斷繼電器16的線圈的斷電是這樣實(shí)現(xiàn)的即將可動接點(diǎn)32從正向位置34移動至中心位置36，如圖3的示意圖所示。當(dāng)可動接點(diǎn)32移動至中心位置36時，由電源供給正向繼電器18和通/斷繼電器16的電流就因電路斷開而截止，如箭頭“D”所示。
當(dāng)供給電機(jī)換向電路10的電流截止時，正向繼電器18就斷電。在斷電狀態(tài)下，與正向繼電器18并聯(lián)的第一抑制二極管60使電流能通過繼電器線圈再循環(huán)。第一抑制二極管60實(shí)際上給正向繼電器18提供了二極管抑制。這樣就減緩了磁場的消失，反過來又減緩了第一SPDT開關(guān)22的可動接點(diǎn)40從N.O.位置58移至N.C.位置56，如箭頭“E”所示。
在正向繼電器18斷電期間，通/斷繼電器16也受到并聯(lián)于通/斷繼電器16、其阻抗大于第一抑制二極管60的電阻器62或其他電涌抑制器的抑制。這就使得通/斷繼電器16在斷電時脫開比正向繼電器18快得多，如箭頭“F”所示。開關(guān)46在開關(guān)22打開至N.O.位置58之前開啟。這樣，通/斷繼電器16在第一SPDT開關(guān)22開始轉(zhuǎn)換到N.C.靜態(tài)接點(diǎn)42之前就截止或阻斷負(fù)載電流。這就防止了通過H-電橋繼電器中的可動接點(diǎn)40和N.O.靜態(tài)接點(diǎn)44之間的間隙產(chǎn)生電弧。
參考圖4，其中示出了電機(jī)換向電路10的換向工作情況。負(fù)載的換向工作通過將工作開關(guān)26從中心位置36移動至反向位置38來實(shí)施，如箭頭“G”所示，這樣，可動接點(diǎn)32就與反向接點(diǎn)30相接。當(dāng)可動接點(diǎn)32連接反向接點(diǎn)30時，電流同時由電源提供給反向繼電器20和通/斷繼電器16。由電源供給的電流再次產(chǎn)生電磁力。然而，這次電磁力是在反向繼電器20和通/斷繼電器16產(chǎn)生的。
反向繼電器20產(chǎn)生的電磁力將第二SPDT開關(guān)24的可動接點(diǎn)40從N.C.位置56拉至N.O.位置58，與靜態(tài)接點(diǎn)44連接，如箭頭“H”所示，加正電壓于電機(jī)12的一端。電機(jī)12的另一端仍通過第一SPDT開關(guān)22的N.C.位置56保持接地。
繼續(xù)參考圖4，在通/斷繼電器16中產(chǎn)生的電磁力將開關(guān)46的可動接點(diǎn)48從非接觸位置52拉至接觸位置54，如箭頭“I”所示，通過第二SPDT開關(guān)24的可動接點(diǎn)40給電機(jī)12提供負(fù)載電流。只要可動接點(diǎn)32與反向接點(diǎn)30相接，反向繼電器20和通/斷繼電器16的線圈就保持通電狀態(tài)。
通過將可動接點(diǎn)32從反向位置38移動至中心位置36，就可對反向繼電器20和通/斷繼電器16的線圈實(shí)施斷電。當(dāng)可動接點(diǎn)32被移動至中心位置36時，由電源加在反向繼電器20和通/斷繼電器16的電流因電路斷開而截止。
同樣，與正向繼電器18的工作情況一樣，當(dāng)供給電機(jī)換向電路10的電流截止時，反向繼電器20就斷電。在斷電中，并聯(lián)于反向繼電器20的第二抑制二極管使電流通過繼電器線圈再循環(huán)。第二抑制二極管64抑制反向繼電器20而減緩了磁場的消失，反過來減緩了第二SPDT開關(guān)24的可動接點(diǎn)40從N.O.位置58移至N.C.位置56。
在反向繼電器20斷電期間內(nèi)，通/斷繼電器16也受到并聯(lián)于通/斷繼電器16、其阻抗大于第二抑制二極管64的電阻器62的抑制。這就使得通/斷繼電器16斷電時脫開比反向繼電器20快得多。這樣，在第二SPDT開關(guān)24開啟前，通/斷繼電器16就斷開負(fù)載電流。再次防止了H-電橋繼電器中產(chǎn)生電弧。
正向和反向繼電器18、20被一對阻流二極管66相互隔開。在電機(jī)換向電路10中提供一附加的二極管68，通過第一抑制二極管60或第二抑制二極管64，以消除從地到通/斷繼電器16、通過第一抑制二極管60或第二抑制二極管64再回到通/斷繼電器16的正的一端的通路。
打算使用一種具有在通/斷繼電器功能中稱作磁性熄弧(blow-out)特性的VKP或其他形式“A”繼電器，這樣可使得電機(jī)換向電路10在更高的系統(tǒng)電壓工作，包括但不限于48伏直流系統(tǒng)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，當(dāng)電流流過電弧或其他導(dǎo)體的離化氣體時，導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場。在磁性熄弧系統(tǒng)中，使永磁鐵與電流流動方向垂直地放置，該永磁鐵具有適當(dāng)磁極，使其與電流在電弧中流動產(chǎn)生的磁場方向相反。磁鐵對導(dǎo)體(離化氣體)施加一種力，迫使其離開磁鐵。通過迫使電弧的通路越來越長，直至電弧不能維持的長度，人為地增加接點(diǎn)的間隙。
然而，磁性熄弧部件不能結(jié)合到常規(guī)H-電橋電路的繼電器中，因?yàn)樵撔?yīng)不是即刻的，而且電弧跨過H-電橋繼電器的間隙發(fā)生。之所以如此，是因?yàn)樵谝粋€靜態(tài)接點(diǎn)上有正電源電壓，在另一靜態(tài)接點(diǎn)上有負(fù)電源電壓。因此，電弧中的電流會很快升高到幾百安培。在高電流情況下，即使用磁性熄弧系統(tǒng)也不能使電弧熄滅。因?yàn)榱鬟^開關(guān)46的電弧的電流被限于負(fù)載電流，故磁性熄弧部件適用于本發(fā)明的電機(jī)換向電路10的通/斷繼電器16。這是因?yàn)樵诜聪蜢o態(tài)接點(diǎn)上不存在正負(fù)電源電壓(由于無N.C.靜態(tài)接點(diǎn))，所以通過電弧不會產(chǎn)生電路短路。磁性熄弧部件使得電機(jī)能在電壓為20-350伏的電壓范圍工作。
可以理解，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可作各種改進(jìn)，而且以上描述也不應(yīng)理解為限制，而僅是作為優(yōu)選實(shí)施例的范例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求的范圍和精神導(dǎo)出其他改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
1.一種使雙向直流電機(jī)工作的繼電器電路，其特征在于，所述繼電器電路包括具有第一和第二繼電器的一個H-電橋繼電器電路，所述第一繼電器能夠有效地在第一時間周期內(nèi)與第一接點(diǎn)連接，以提供所述電機(jī)與電源的第一連接，并以第一模式使所述電機(jī)工作，所述第二繼電器能夠有效地在第二時間周期內(nèi)與第二接點(diǎn)連接，以提供所述電機(jī)與電源的第二連接，并以第二模式使電機(jī)工作；一個開關(guān)，至少有一個接點(diǎn)分別連接所述第一或第二繼電器，實(shí)現(xiàn)所述的第一或第二連接；第三繼電器，它有效地與所述開關(guān)連接，當(dāng)所述至少一個接點(diǎn)有效地連接所述第一或第二繼電器時提供所述電機(jī)至所述電源的第三連接；以及用于在所述至少一個接點(diǎn)與所述第一或第二繼電器在所述第一或第二連接脫開之前使所述第三連接脫開的脫開裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的繼電器電路，其特征在于所述脫開裝置包括與所述第一繼電器并聯(lián)的第一抑制二極管和與所述第二繼電器并聯(lián)的第二抑制二極管。
3.按照權(quán)利要求1所述的繼電器電路，其特征在于所述脫開裝置包括一與所述第三繼電器并聯(lián)的電阻器。
4.按照權(quán)利要求1所述的繼電器電路，其特征在于還包括在第一與第三繼電器之間串聯(lián)的第一阻流二極管和在第二與第三繼電器之間串聯(lián)的第二阻流二極管。
5.按照權(quán)利要求1所述的繼電器電路，其特征在于所述脫開裝置包括以導(dǎo)電方式與所述第一繼電器及接地端連接和與所述第二繼電器及所述接地端連接的二極管。
6.按照權(quán)利要求1所述的繼電器電路，其特征在于還包括一個靠近第三繼電器的磁鐵，其中當(dāng)將所述第三連接脫開時，所述磁鐵的磁極與流過所述第三連接的電流所產(chǎn)生的磁場相反。
7.按照權(quán)利要求3所述的繼電器電路，其特征在于所述電阻器的阻抗大于分別并聯(lián)于所述第一和第二繼電器的第一和第二二極管的阻抗。
8.一種有選擇地連接電源以使裝置以第一和第二模式工作的繼電器電路，其特征在于，所述繼電器電路包括H-電橋繼電器電路，具有第一和第二繼電器，該第一和第二繼電器有效地連接所述裝置與被連接到電源的第一端，以使所述裝置以所述第一或所述第二模式工作；以所述第一模式、所述第二模式及關(guān)斷模式有選擇地使所述裝置工作的選擇裝置；以及與所述裝置和所述第一端有效地連接的第三繼電器，當(dāng)所述選擇裝置在所述第一或所述第二繼電器與所述裝置脫開之前從所述第一或第二模式到所述關(guān)斷模式進(jìn)行選擇時，使所述第一端與所述裝置脫開。
9.按照權(quán)利要求8所述的繼電器電路，其特征在于所述第一和第二繼電器分別受到并聯(lián)于所述第一和第二繼電器的第一和第二二極管的抑制。
10.按照權(quán)利要求8所述的繼電器電路，其特征在于所述第三繼電器受到并聯(lián)于所述第三繼電器的抑制器的抑制，該抑制器的阻抗大于分別并聯(lián)于所述第一和第二繼電器的第一和第二二極管的阻抗。
11.按照權(quán)利要求10所述的繼電器電路，其特征在于所述抑制器為電阻器。
12.按照權(quán)利要求8所述的繼電器電路，其特征在于所述裝置為雙向直流電機(jī)。
13.按照權(quán)利要求8所述的繼電器電路，其特征在于還包括一靠近所述第三繼電器的永磁鐵。
14.一種使具有H-電橋繼電器類型的雙向電機(jī)工作的繼電器電路，H-電橋繼電器電路包括第一和第二繼電器，能以不同時間間隔以導(dǎo)電方式連接所述電機(jī)，以便在兩個雙向模式之一下使所述電機(jī)工作，其特征在于，其改進(jìn)型包括第三繼電器，具有在所述第一或第二繼電器與所述電機(jī)斷開之前使所述電機(jī)與電源斷開的裝置。
15.按照權(quán)利要求14所述的繼電器電路，其特征在于所述裝置包括平行于所述第三繼電器的抑制器。
16.按照權(quán)利要求15所述的繼電器電路，其特征在于所述抑制器的阻抗大于分別并聯(lián)于所述第一和第二繼電器的第一和第二抑制器的阻抗。
17.按照權(quán)利要求15所述的繼電器電路，其特征在于所述抑制器是一電阻器。
18.按照權(quán)利要求16所述的繼電器電路，其特征在于所述第一和第二抑制器是二極管。
19.按照權(quán)利要求14所述的繼電器電路，其特征在于所述第三繼電器還包括與流到所述電機(jī)的電流垂直地放置的永磁鐵，它迫使在所述第三繼電器的靜態(tài)接點(diǎn)與可動接點(diǎn)之間的電弧通路的長度增加，使得所述接點(diǎn)之間的電弧在所述電機(jī)的電源斷開時消失。
20.按照權(quán)利要求19所述的繼電器電路，其特征在于所述電機(jī)在20-350伏的電壓范圍內(nèi)工作。
全文摘要
提供了使直流電機(jī)雙向工作的繼電器電路,它包括具有第一和第二繼電器的H－電橋繼電器電路。第一繼電器能夠有效地在第一時間周期內(nèi)與第一接點(diǎn)連接,以提供電機(jī)與電源的第一連接,并以第一模式使電機(jī)工作。第二繼電器能夠有效地在第二時間周期內(nèi)與第二接點(diǎn)連接,以提供電機(jī)與電源的第二連接,并以第二模式使電機(jī)工作。繼電器電路還包括一個開關(guān),該開關(guān)至少有一個接點(diǎn)分別有效地連接第一或第二繼電器,以實(shí)現(xiàn)第一或第二連接。第三繼電器有效地與所述開關(guān)連接,當(dāng)至少一個接點(diǎn)與第一或第二繼電器有效地連接時,提供電機(jī)與電源的第三連接。在至少一個接點(diǎn)與第一或第二繼電器斷開時,在第一或第二連接脫開之前脫開第三連接。
文檔編號H01H9/44GK1249076SQ98802933
公開日2000年3月29日 申請日期1998年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月27日
發(fā)明者P·G·菲爾, T·H·沃恩 申請人:西門子電子器件公司