CN101714753B - 电动机的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结构：在具有多个开关元件的逆变器电路的高电位侧连接了电阻器，并且在该逆变器电路的低电位侧连接了分路电阻的电动机的控制电路中，即使使用廉价的电阻器，在逆变器电路内发生了异常电流时也可以可靠地使该电阻器熔断。设置有旁路电路(16)，该旁路电路在逆变器电路(11)内发生了规定以上的异常电流的情况下，绕过上述分路电阻(14)，以抑制该异常电流流过与上述逆变器电路(11)的低电位侧(直流电源2的负极侧)连接的分路电阻(14)。

Description

电动机的控制电路
技术领域
本发明涉及在具有多个开关元件的逆变器电路的高电位侧连接了保护用的电阻器，并在该逆变器电路的低电位侧连接了分路电阻(shunt resistance)的电动机的控制电路，特别涉及电动机保护的技术领域。
背景技术
以往，将电动机用作各种装置的驱动源，且还已知为了对该电动机的旋转驱动进行控制而具备多个开关元件的控制电路。具体而言，一般结构的电动机具备：具有多个相的绕组的大致圆筒状的定子；以及具有多个磁铁，并相对该定子可旋转地构成的转子。在这样的结构的电动机中，上述控制电路通过开关元件的开关动作对上述定子的多个相的绕组依次进行通电，而在该定子内形成旋转磁场，从而对具备上述磁铁的转子进行旋转驱动。
另外，作为上述那样的控制电路，例如如专利文献1公开的那样，已知设置有用于对该控制电路中流过的电流进行检测的分路电阻、在由于开关元件等的短路故障而在该控制电路内发生了异常电流的情况下将从电源侧向控制电路供给的电力切断的电路开闭单元的结构。详细而言，在上述专利文献1中，针对多个开关元件被桥接而成的逆变器电路，在高电位(直流电源的正极)侧，连接了在该逆变器电路中流过规定以上的异常电流的情况下切断电力供给的电路开闭单元，另一方面在上述逆变器电路的低电位(直流电源的负极)侧，连接了上述分路电阻。上述电路开闭单元构成为在上述逆变器电路内流过异常电流而上述分路电阻断线的情况下，切断向上述逆变器电路的电力供给。
另一方面，作为上述控制电路的另一结构，已知例如如图3所示的结构，代替上述电路开闭单元，而使用在上述逆变器电路111内发生了异常电流的情况下熔断的电阻器115。具体而言，在具备多个开关元件112的逆变器电路111的高电位侧(直流电源103的正极侧)，连接了在该逆变器电路111内发生了规定以上的异常电流的情况下熔断的电阻器115，并且在该逆变器电路111的低电位侧(直流电源103的负极侧)，连接了上述分路电阻114。
专利文献1：日本特开2008-190749号公报
但是，如上述专利文献1的结构那样，在由于逆变器电路内发生的异常电流而分路电阻断线之后，利用电路开闭单元切断向该逆变器电路的电力供给的结构的情况下，需要对上述分路电阻的断线进行检测，并且需要根据该检测结果来使电路开闭单元动作。由此，控制电路整体的结构变得复杂，并且需要用开关来构成上述电路开闭单元，而无法应用于如上述图3所示的以往例那样，使用廉价的保险丝等电阻器来切断电力供给的情况。
另一方面，上述图3所示的以往例子虽然与上述专利文献1的结构相比更廉价且更简单，但在逆变器电路内发生的异常电流也流过分路电阻(参照图中的箭头)，所以该分路电阻由于异常电流而被烧损(断线)时，本来是低电阻的分路电阻有可能成为高电阻。由此，在逆变器电路内异常电流的原因未被消除，但由于上述分路电阻而从逆变器电路的高电位侧向低电位侧的电流流动被阻碍，与该逆变器电路的高电位侧(直流电源的正极侧)连接的电阻器中不会流过使该电阻器熔断那样的电流，而该电阻器未被熔断的状态继续。即，在由于上述逆变器电路内发生的异常电流而上述分路电阻被烧损时，上述电阻器不会熔断，而继续施加使上述逆变器电路内发生异常电流那样的电压，有可能对该逆变器电路的结构部件、电动机等造成损伤。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供如下结构：在具有多个开关元件的逆变器电路的高电位侧连接了电阻器，并且在该逆变器电路的低电位侧连接了分路电阻的电动机的控制电路中，即使使用廉价的电阻器，在逆变器电路内发生了异常电流时也可以可靠地使该电阻器熔断。
为了达成上述目的，在本发明的电动机的控制电路中，相对与逆变器电路的低电位侧连接的分路电阻，并联地设置在该逆变器电路中流过规定以上的异常电流的情况下绕过该分路电阻的旁路电路，从而不会使该分路电阻烧损而成为高电阻。
具体而言，第一发明提供一种电动机的控制电路，具备：逆变器电路，将直流电压变换成交流电压，并且具有被执行开关控制的多个开关元件，以在规定的定时对绕组进行通电；电阻器，与该逆变器电路的高电位侧连接，在该逆变器电路内发生了规定以上的异常电流的情况下熔断；以及分路电阻，与该逆变器电路的低电位侧连接。
而且，具备旁路电路，该旁路电路在上述逆变器电路内发生了该异常电流的情况下，对上述分路电阻进行旁路，以抑制上述异常电流流过上述分路电阻。
通过以上结构，在具有多个开关元件的逆变器电路内，由于该开关元件的短路故障等而发生了规定以上的异常电流的情况下，由于电流流过对与该逆变器电路的低电位侧连接的分路电阻进行旁路的旁路电路，所以可以防止该分路电阻由于上述异常电流而被烧损。这样，可以防止由于在上述逆变器电路内发生的异常电流而上述分路电阻被烧损，从而可以防止该分路电阻成为高电阻，由此，可以防止由于该分路电阻而从上述逆变器电路的高电位侧向低电位侧的异常电流流动被阻碍。因此，可以通过在上述逆变器电路中发生的异常电流，使该逆变器电路的高电位侧中设置的电阻器熔断，可以可靠地从电源侧切断该逆变器电路，防止对该逆变器电路的结构部件、电动机等施加异常的电压。
因此，通过上述结构，即使是在逆变器电路的高电位侧连接了廉价的电阻器的结构，在该逆变器电路内发生了异常电流时，也可以通过该异常电流可靠地使上述电阻器熔断，可以可靠地保护该逆变器电路内的结构部件、电动机。
此处，上述规定以上的异常电流是指，与在上述逆变器电路内正常动作时流过的电流值不同，在该逆变器电路内发生短路等而流过电流的情况下，有可能对该逆变器电路内的结构部件造成损伤、性能劣化等影响的电流值。
在上述结构中，优选为上述旁路电路具备阴极侧与上述分路电阻的逆变器电路侧连接的齐纳二极管，上述齐纳二极管构成为在向阴极侧施加了与上述异常电流对应的电压的情况下流过逆向电流(第二发明)。
这样，通过以向分路电阻的逆变器电路侧连接阴极侧，并在对该阴极侧施加了与上述异常电流对应的电压的情况下流过逆向电流的方式设置齐纳二极管，可以通过简单且廉价的结构，构成仅在上述逆变器电路内发生了规定以上的异常电流的情况下对上述分路电阻进行旁路而使电流流过的旁路电路。
另外，上述旁路电路也可以构成为具备阴极侧与上述分路电阻的逆变器电路侧连接的齐纳二极管，上述齐纳二极管在向阴极侧施加了与上述异常电流对应的电压的情况下，在内部产生短路破坏而从阴极侧向阳极侧流过电流(第三发明)。
由此，即使不像上述第二发明的结构那样齐纳二极管构成为在逆变器电路内发生了规定以上的异常电流的情况下流过逆向电流，只要是上述齐纳二极管由于该异常电流发生短路破坏而使电流流过旁路电路侧的结构，则也可以构成为与上述第二发明同样地从异常电流保护分路电阻那样的旁路电路。
以上，根据本发明的电动机的控制电路，相对与具有多个开关元件的逆变器电路的低电位侧连接的分路电阻，并联地设置在该逆变器电路内流过规定以上的异常电流时对该分路电阻进行旁路的旁路电路，所以在逆变器电路中发生了规定以上的异常电流时，可以可靠地使与该逆变器电路的高电位侧连接的电阻器熔断，而可靠地保护该逆变器电路内的结构部件、电动机。
另外，根据第二发明，上述旁路电路具备构成为在被施加与上述异常电流对应的电压的情况下流过逆向电流的齐纳二极管，所以可以通过简单且低成本的结构，相对上述分路电阻使异常电流可靠地旁路。另外，即使如第三发明那样构成为通过异常电流使齐纳二极管发生短路破坏，也可以构成上述旁路电路，而可以从异常电流保护上述分路电阻。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的电动机的控制电路的概略结构的图。
图2是示出在逆变器电路内发生了异常电流的情况下该异常电流流过控制电路内的样子的图。
图3是示出以往的电动机的控制电路的概略结构的图。
标号说明
1电动机
2绕组
3直流电源
10控制电路
11逆变器电路
12开关元件
13a、13b、13c开关支路
14分路电阻
15电阻器
16旁路电路
17齐纳二极管
21控制部
22旋转位置检测电路
103直流电源
111逆变器电路
112开关元件
114分路电阻
115电阻器
N中性点
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，以下的实施方式是本质上优选的例示，而并不限制本发明、其应用物、或其用途的范围。
图1以及图2示出本发明的实施方式的电动机的控制电路。本实施方式的电动机1是通过利用控制电路10在规定的定时对定子的绕组2、2、...供给电力，而相对该定子对未图示的转子进行旋转驱动的所谓无刷DC电动机。另外，本实施方式的电动机1是在其外壳内部内置了上述控制电路10的所谓驱动电路内置电动机。上述电动机1的结构与一般的电动机相同，所以省略详细的说明。
虽然未特别图示，但上述绕组2、2、...卷绕在定子的铁心上，使得大致环状地位于轴线的周围，且各绕组被相互连接以构成U相、V相以及W相这三相的绕组。而且，如上述图1以及图2所示，构成上述U相、V相以及W相的绕组2、2、...在其一端侧相互连接而构成中性点N，另一方面，另一端侧与上述控制电路10连接。
上述控制电路10构成为根据该转子的旋转位置对定子的各绕组2在规定的定时进行通电，以在定子内使转子以规定的转速旋转。具体而言，上述控制电路10具备：进行针对上述三相(U相、V相、W相)的绕组2、2、2的通电的ON/OFF(导通/断开)的多个开关元件12、12、...(在图的例子中为六个开关元件)被三相桥接的逆变器电路11；以及用于根据由旋转位置检测电路22检测的转子的旋转位置，控制上述各开关元件12的驱动的控制部21。
在上述逆变器电路11中，相互并联地连接将两个开关元件12、12串联连接而成的三个开关支路13a、13b、13c，在各开关支路13a、13b、13c中，开关元件12、12间的中点与定子的各相的绕组2、2、2连接。另外，在本实施方式中，在上述逆变器电路11中，上述各开关元件12是增强型的MOSFET，相对该各开关元件12逆并联地设置有保护用二极管。
另外，在上述逆变器电路11中，上述开关支路13a、13b、13c的一端侧与直流电源3的正极侧(高电位侧)连接，另一方面该开关支路13a、13b、13c的另一端侧与直流电源3的负极侧(低电位侧)连接。在以下说明中，在上述开关元件12中，将与上述直流电源3的正极侧连接且位于绕组2的上游侧的开关元件称为上游侧开关元件，将与上述直流电源3的负极侧连接且位于绕组2的下游侧的开关元件称为下游侧开关元件。
上述控制部21构成为根据输入的指令信号以及由上述旋转位置检测电路22检测的转子的旋转位置，对上述逆变器电路11内的各开关元件12进行驱动控制。详细而言，上述控制部21构成为进行所谓PWM控制，根据依照上述指令信号生成的PWM信号、和上述转子的旋转位置信号，决定上述上游侧开关元件以及下游侧开关元件的通电定时，而驱动各开关元件12。
具体而言，上述控制部21在上述逆变器电路11中，对上游侧开关元件进行开关控制，以使每隔120度的电气角通电的相发生变化，并且对下游侧开关元件也进行开关控制，以每隔120度的电气角，对通过上述上游侧开关元件的开关动作而未通电的相的一个进行通电。由此，可以在上述电动机1的定子内产生旋转磁场，而在该定子内使转子旋转。另外，在上述图1中，用箭头表示上述控制电路10内的电流流动的一个例子。
另外，上述控制电路10具备：分路电阻14，与上述逆变器电路11的直流电源3的负极侧(低电位侧)连接；以及电阻器15，与该逆变器电路11的直流电源3的正极侧(高电位侧)连接。上述分路电阻14用于对上述逆变器电路11内的电流进行检测，且为了抑制在通电时发生的损失而构成为比较低的电阻(例如1Ω以下)。上述电阻器15也构成为低电阻以抑制在通电时发生的损失，并且构成为在上述逆变器电路11内发生了规定以上的异常电流的情况下熔融。此处，规定以上的异常电流是指，与在上述逆变器电路11内正常动作时流过的电流值不同，在该逆变器电路11内发生短路等而流过电流的情况下，有可能对该逆变器电路11内的结构部件造成损伤、性能劣化等影响的电流值。另外，作为上述电阻器，还包括保险丝等那样熔断的部件。
另外，在上述那样的结构的电动机1中，在由于上述开关元件12的故障等而在逆变器电路11内成为短路状态的情况下，在该逆变器电路11内发生比通常的电流值大的规定以上的异常电流。由此，在图3所示那样的以往结构的情况下，有可能在上述分路电阻14中流过异常电流而该分路电阻14被烧损，在该分路电阻14被烧损时，该分路电阻14中的电阻变大，而该烧损的分路电阻抑制从上述逆变器电路11的高电位侧向低电位侧的异常电流的流动。
在如上所述，通过被烧损而电阻变大的分路电阻14抑制了异常电流时，流过上述电阻器15的电流值也变小，尽管是在上述逆变器电路11内发生了异常电流的状态，但也成为上述电阻器15不熔断这样的状态。由此，对上述逆变器电路11内的结构部件、电动机1等施加高电压的状态持续，而有可能对该结构部件、电动机1等造成损伤。
对此，在本发明中，如上述图1以及图2所示，设置对上述分路电阻14进行旁路那样的旁路电路16，并在该旁路电路16中，以阴极侧与上述分路电阻14的逆变器电路11侧连接的形式设置齐纳二极管17。该齐纳二极管17构成为当对上述阴极侧施加了与在上述逆变器电路11内发生的规定以上的异常电流对应的电压时，流过逆向电流(从阴极侧向阳极侧流过的电流)。即，上述齐纳二极管17构成为，其齐纳电压被设定成与上述规定以上的异常电流对应的电压，在上述分路电阻14中流过规定以上的异常电流，在该分路电阻14的两端电压达到了上述齐纳二极管17的齐纳电压的情况下，在该齐纳二极管17中流过上述逆向电流。由此，如在上述图2中用箭头所示，在上述逆变器电路11内发生了异常电流时，在上述齐纳二极管17中流过逆向电流，从而绕过上述分路电阻14地流过电流。
因此，通过以上结构，防止由于在上述逆变器电路11内发生的异常电流而上述分路电阻14烧损，烧损的分路电阻不会成为大电阻而阻碍上述电阻器15中的电流流动，可以通过异常电流使该电阻器15可靠地熔断。
另外，在本实施方式中，构成为在上述逆变器电路11内发生了规定以上的异常电流的情况下使逆向电流流过上述齐纳二极管17，但不限于此，也可以构成为在该逆变器电路11内发生了规定以上的异常电流的情况下，在上述齐纳二极管17内产生短路破坏而逆向(从阴极侧向阳极侧)地流过电流。
-实施方式的效果-
由此，根据本实施方式，相对与具有多个开关元件12、12、...的逆变器电路11的低电位侧(直流电源3的负极侧)连接的分路电阻14，并联地设置具有阴极侧与该分路电阻14的逆变器电路11侧连接的齐纳二极管17的旁路电路16，并且将该齐纳二极管17构成为，在对其阴极侧施加了与在上述逆变器电路11内发生的规定以上的异常电流对应的电压的情况下使逆向电流流过该齐纳二极管17，从而即使在上述逆变器电路11内发生了规定以上的异常电流，由于该异常电流流过上述齐纳二极管17而绕过上述分路电阻14，所以也可以防止该分路电阻14被烧损。
因此，在上述逆变器电路11内发生规定以上的异常电流时，在与上述逆变器电路11的高电位侧(直流电源3的正极侧)连接的电阻器15中，可靠地流过使该电阻器15熔断那样的电流，所以可以可靠地防止上述逆变器电路11内的结构部件、电动机1的损伤。
(其他实施方式)
对于上述实施方式，也可以设为以下那样的结构。
在上述实施方式中，在分路电阻14的旁路电路16中设置了齐纳二极管17，但不限于此，只要是在逆变器电路11中发生了规定以上的异常电流时绕过上述分路电阻14而使电流流过上述旁路电路16的结构，则可以是任意的电路结构。
另外，在上述实施方式中，将逆变器电路11连接在直流电源3上，但不限于此，也可以连接在交流电源、具备转换器电路以及平滑电容器的电源装置。
产业上的可利用性
如上所述，本发明特别适用于相对具有多个开关元件的逆变器电路，在其高电位侧，设置有在该逆变器电路中发生了规定以上的异常电流时熔断的电阻器，并且在低电位侧设置有分路电阻的电动机的控制电路。

Claims (3)

1.一种电动机的控制电路，其特征在于，具备：逆变器电路，将直流电压变换成交流电压，并且具有以在规定的定时对绕组进行通电的方式被开关控制的多个开关元件；电阻器，与该逆变器电路的高电位侧连接，在该逆变器电路内发生了规定以上的异常电流的情况下熔断；以及分路电阻，与该逆变器电路的低电位侧连接，其中，
该电动机的控制电路具备旁路电路，该旁路电路在上述逆变器电路内发生了上述异常电流的情况下绕过上述分路电阻以抑制该异常电流流过上述分路电阻，从而防止上述分路电阻被烧损，
上述旁路电路连接到阴极侧与上述分路电阻的逆变器电路侧连接的齐纳二极管。
2.根据权利要求1所述的电动机的控制电路，其特征在于，
上述齐纳二极管构成为在向阴极侧施加了与上述异常电流对应的电压的情况下流过逆向电流。
3.根据权利要求1所述的电动机的控制电路，其特征在于，
上述齐纳二极管构成为在向阴极侧施加了与上述异常电流对应的电压的情况下，在内部产生短路破坏而从阴极侧向阳极侧流过电流。
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