CN102055395A - 具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备风扇电动机的机床用电动机驱动装置，该风扇电动机驱动用于冷却散热器或电动机驱动装置的内部的冷却用风扇，根据从电动机控制中使用的电动机电流检测器或从电动机驱动装置的输入电流检测器得到的信息，推定发热部或电动机驱动装置内部的发热量，然后，根据该推定的发热量来调整风扇电动机电源电压来控制风扇电动机的转速。

Description

具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，特别涉及具有风扇电动机的转速控制功能的机床用电动机驱动装置。

背景技术

在具有风扇电动机的电动机驱动装置中，该风扇电动机驱动对电动机驱动装置的发热部的热量进行散热的散热器或冷却电动机驱动装置内部的冷却用风扇，该风扇电动机从电源接通后在相同条件下持续转动。因此，在散热器或电动机驱动装置内部的温度低，不需要冷却用风扇进行冷却的情况下，无效地消耗了电力。

为了不产生这种无用的电力消耗，一般使用温度调解器等温度传感器来监视散热器或电动机驱动装置内部的温度，停止风扇电动机降低电源电压，或降低风扇电动机的转速。

在日本特开2004-260112号公报中，公开有如下技术，根据温度传感器的反馈，监视温度来进行风扇电动机的控制，并且，作为时间轴的控制通过在轮询(polling)时停止风扇电动机，能够降低旋转噪音。

在上述的使用温度传感器的技术中，由于追加温度传感器使得成本上升，是不利的一点。另外，需要考虑温度传感器的设置场所。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置，该电动机驱动装置为了消除因追加温度传感器而产生的成本上升，根据从在电动机控制中使用的电动机电流检测器或从电动机驱动装置的输入电流检测器得到的信息，求出散热器或电动机驱动装置内部的发热量，由此来推定温度，根据该推定温度进行风扇电动机的转速控制。

本发明的机床用电动机驱动装置的第1方式具备：风扇电动机，其驱动冷却用风扇，该冷却用风扇用于冷却散热器或用于冷却电动机驱动装置的内部，所述散热器对驱动安装在机床上的电动机的电动机驱动装置的发热部的热进行散热；以及电动机电流检测部，其检测在所述电动机的电流控制中使用的电流，还具有推定发热量计算部，其根据从所述电动机电流检测部得到的电流信息，来计算所述发热部或所述电动机驱动装置的内部的推定发热量；及风扇电动机电源电压调整部，用于根据所述推定发热量来控制所述风扇电动机的转速。

本发明的机床用电动机驱动装置的第2方式具备：风扇电动机，其驱动冷却用风扇，该冷却用风扇用于冷却散热器或用于冷却电动机驱动装置的内部，所述散热器对驱动安装在机床上的电动机的电动机驱动装置的发热部的热进行散热，还具有：输入电流检测部，其检测向所述电动机驱动装置输入的电流；推定发热量计算部，其根据从所述输入电流检测部得到的电流信息，计算所述发热部或所述电动机驱动装置的内部的推定发热量；以及风扇电动机电源电压调整部，其用于根据所述推定发热量控制所述风扇电动机的转速。

在上述第1及第2方式中，所述风扇电动机电源电压调整部可以按照预先设定了风扇电动机的转速相对于所述推定发热量的对应关系的对应关系表，调整所述风扇电动机的电源电压。另外，在所述风扇电动机启动时，从所述风扇电动机电源电压调整部对所述风扇电动机供给比控制所述风扇电动机的转速的转速范围高的预定的转速所对应的电源电压，在所述风扇电动机启动后经过了规定的时间后，开始所述风扇电动机的转速控制。

本发明通过以上的结构，可以提供消除了因追加温度传感器而产生的成本上升，基于在电动机控制中使用的电动机电流检测器或从电动机驱动装置的输入电流检测器得到的信息，求出散热器或电动机驱动装置内部的发热量来推定温度，能够进行风扇电动机的转速控制的电动机驱动装置。

附图说明

图1说明根据电动机电流，进行风扇电动机的转速控制的本发明的第1实施方式。

图2说明第1实施方式的风扇电动机的电源电压和风扇电动机的转速的关系。

图3说明第1实施方式中的电动机电流、风扇电动机的电源电压、及风扇电动机的转速的对应关系。

图4A-4C说明第1实施方式的电动机电流、风扇电动机的电源电压、及风扇电动机的转速的关系。

图5说明根据向电动机驱动装置的输入电流，进行风扇电动机的转速控制的本发明的第2实施方式。

图6说明第2实施方式的风扇电动机的电源电压和风扇电动机的转速的关系。

图7说明第2实施方式的输入电流、风扇电动机的电源电压、及风扇电动机的转速的对应关系。

图8A-8C说明第2实施方式的输入电流、风扇电动机的电源电压、及风扇电动机的转速的关系。

图9A及图9B说明在风扇电动机启动时，关于风扇电动机的电源电压，以高于进行转速控制的电源电压的电压进行驱动，在风扇电动机启动后经过了预定时间后开始风扇电动机的转速控制。

具体实施方式

首先，使用图1及图5说明本发明的概要。

在本发明中，为了监视对电动机驱动装置10的发热部的热量进行散热的散热器(未图示)的温度或电动机驱动装置10的内部温度，代替使用温度传感器，而使用从在电动机控制中使用的电动机电流检测部14或电动机驱动装置10的输入电流检测部16得到的信息。即，根据从电动机电流检测部14或电动机驱动装置10的输入电流检测部16得到的信息，通过第1推定发热量计算部13或第2推定发热量计算部17来求出散热器或电动机驱动装置10内部的发热量，来推定这些散热器和电动机驱动装置10的内部的温度。

另外，在电动机驱动装置10中本来就具备检测用于控制电动机20的电流的电动机电流检测部14。另一方面，根据需要安装输入电流检测部16。

当电动机电流或输入电流减少时，由于散热器或电动机驱动装置10的内部的温度上升变小，所以降低风扇电动机的电源电压，进行降低风扇电动机的转速的控制。由此，降低在不需要风扇电动机进行冷却的期间的无用的电力消耗。

另外，在机床用途的电动机驱动装置10中，由于使用环境在风扇电动机上附着阻碍旋转的污物和/或油等，所以在启动时需要大的转矩。因此，在风扇电动机启动时，进行升高风扇电动机的电源电压，确保必要的转矩，然后在达到稳定转速之后降低风扇电动机的电源电压的转速控制，目的是在确保必要的启动转矩的同时得到省电的效果。

使用图1对本发明的电动机驱动装置的第1实施方式进行说明。

输入到电动机驱动装置10的来自电源的输入电流，输入到电动机驱动电路15，被变换成用于驱动电动机20的电流。然后，根据从电动机电流检测部14得到的电动机电流信息，推定散热器(未图示)或电动机驱动装置10的内部的发热量。然后，根据该“推定发热量”，在电动机电流减小时为了得到所需要的最小限度的冷却效果，进行降低针对风扇电动机12的电源电压，降低风扇电动机12的单位时间的转速的控制。

图2说明第1实施方式的风扇电动机12的电源电压(横轴)和风扇电动机12的转速(纵轴)的关系。增加风扇电动机12的电源电压(V)，并且增加其转速(min^-1)。

作为一个例子，按照预先设定了风扇电动机12的转速相对于上述推定发热量的对应关系的对应关系表(参照图3)，调整风扇电动机12的电源电压。在图3例示的对应关系表中，电动机电流被划分为0％～20％、20％～50％、50％～100％这三个阶段，按照各电动机电流的划分来调整电源电压。另外，电动机电流为100％是指流过电动机20的额定电流。

在电动机电流是0％～20％的范围内，推定发热量成为20W～60W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是8V时，风扇电动机12的转速变成1000转/min。在电动机电流是20％～50％的范围内，推定发热量变为60W～120W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是15V，风扇电动机12的转速变成2000转/min。在电动机电流是50％～100％的范围内，推定发热量变为120W～220W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是24V时，风扇电动机12的转速变成3000转/min。

这里，表示散热器或电动机驱动装置10的推定发热量和推定温度的计算例。

P＝a+Ka×I

这里，P表示散热器或电动机驱动装置10的推定发热量(W)，a表示没有流过电动机电流时的稳定发热量(W)，I表示电动机电流(Arms)，Ka表示比例常数(W/Arms)。

通过以下的计算式求出相对于推定发热量P(W)的，散热器或电动机驱动装置10的推定温度T。

T＝Kb×P+Ta

这里，T表示散热器或电动机驱动装置10的内部的推定温度，Kb表示比例常数(℃/W)，Ta表示周围温度。

在本发明中，使用向电动机20提供的电流(电动机电流)或输入到电动机驱动装置10的电流(输入电流)，计算散热器或电动机驱动装置10的内部的推定发热量，根据通过该计算求出的推定发热量来控制风扇电动机12的转速。在该推定发热量的计算中没有考虑周围温度Ta。作为考虑了周围温度Ta的影响的方法，可以预先根据周围温度Ta生成若干个图3的对应关系表，选择与电动机驱动装置10的周围温度Ta对应的对应关系表。

图4A-图4C说明第1实施方式的电动机电流、风扇电动机的电源电压、及风扇电动机的转速的关系。如图3所示，根据电动机电流调整风扇电动机12的电源电压，当电动机电流增大时，把风扇电动机12的电源电压从15V调整到24V。根据该电源电压的上升，风扇电动机12的单位时间的转速增加。

图4A是表示由电动机电流检测部14检测出的电动机电流的值随时间变动的图。如图4A所示，把上升中的电动机电流超过I1、I2(＞I1)的时刻分别设为t1、t2，把下降中的电动机电流低于I2、I1的时刻分别设为t3、t4。

即使电动机电流增大，散热器或电动机驱动装置10的内部的温度也不会立即上升，而是延迟一定时间后上升。因此，冷却用风扇可以从电动机电流增大的时刻开始延迟预定时间后，使其转速增大。另一方面，在电动机电流减少时，即使电动机电流减少散热器或电动机驱动装置10的内部的温度也不会急剧降低。

因此，当电动机电流增大时，把增加使冷却用风扇旋转的风扇电动机12的转速的时刻作为电动机电流的值达到I2的时刻，相反，当电动机电流减少时，把降低风扇电动机12的转速的时刻作为电动机电流的值降低到I1的时刻。由此，如图4B所示，在时刻t2～t4的区间内，对风扇电动机12施加24V的电压。

图4C表示在时刻t2～t4的区间，被施加了24V的电压的风扇电动机12的转速随时间的变化。因为风扇电动机具有惯性转矩，所以风扇电动机的转速随着某时间常数而增大(时刻t2)、减少(时刻t4)。

然后，使用图5说明本发明的电动机驱动装置的第2实施方式。

输入到电动机驱动装置10的来自电源的输入电流，输入到电动机驱动电路15，被变换成用于驱动电动机20的电流。然后，根据从输入电流检测部16得到的输入电流信息，推定散热器(未图示)或电动机驱动装置10的内部的发热量。并且，根据该“推定发热量”，为了在输入电流减少时得到必要的最小限度的冷却效果，进行降低针对风扇电动机12的电源电压，降低风扇电动机12的单位时间的转速的控制。

另外，当把电动机驱动电路15内的转换效率设为几乎100％时，该(第2)实施方式的“推定发热量”和上述第1实施方式中的“推定发热量”是几乎相同的值。

图6说明第2实施方式的风扇电动机12的电源电压(横轴)和风扇电动机12的转速(纵轴)的关系。当风扇电动机12的电源电压(V)增加时，该风扇电动机12的转速(min^-1)增加。

作为一个例子，根据预先设定了风扇电动机12的转速相对于上述推定发热量的对应关系的对应关系表(参照图7)，调整风扇电动机12的电源电压。在图7例示的对应关系表中，输入电流被划分为0％～20％、20％～50％、50％～100％三个阶段，按照各输入电流的划分调整电源电压。另外，输入电流是100％意味着流过了电动机20的额定电流。

在输入电流是0％～20％的范围内，推定发热量成为20W～60W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是8V时，风扇电动机12的转速变成1000转/min。在电动机电流是20％～50％的范围内，推定发热量成为60W～120W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是15V时，风扇电动机12的转速变成2000转/min。在输入电流是50％～100％的范围内，推定发热量变为120W～220W的范围，当设风扇电动机12的电源电压是24V时，风扇电动机12的转速变成3000转/min。

这里，表示散热器和电动机驱动装置10的推定发热量和推定温度的计算例。

P＝a+Ka×I

这里，P表示散热器或电动机驱动装置10的推定发热量(W)，a表示没有流过输入电流时的稳定发热量(W)，I表示输入电流(Arms)，Ka表示比例常数(W/Arms)。

通过以下的计算式求出相对于推定发热量P(W)的，散热器或电动机驱动装置10的推定温度T。

T＝Kb×P+Ta

这里，T表示散热器或电动机驱动装置10的内部的推定温度，Kb表示比例常数(℃/W)，Ta表示周围温度。

如前所述，在本发明中，使用向电动机20提供的电流(电动机电流)或输入到电动机驱动装置10的电流(输入电流)，来计算散热器或电动机驱动装置10的内部的推定发热量，根据通过该计算求出的推定发热量来控制风扇电动机12的转速。在该推定发热量的计算中，没有周围温度Ta。作为考虑周围温度Ta的影响的方法，可以预先根据周围温度Ta生成图3或图7的对应关系表，选择与电动机驱动装置10的周围温度Ta对应的对应关系表。

图8A-图8C说明第2实施方式的输入电流、风扇电动机12的电源电压、及风扇电动机12的转速的关系。如图7所示，根据输入电流调整风扇电动机12的电源电压，当输入电流增大时，把风扇电动机12的电源电压从15V调整到24V。根据该电源电压的上升，风扇电动机12的单位时间的转速也增加。风扇电动机12的转速控制与关于图4A-图4C说明的相同，省略其记载。

然后，使用图9A及图9B说明第3实施方式。

图9A及图9B说明在风扇电动机启动时，以高于转速控制的电源电压的电源电压驱动风扇电动机，在风扇电动机启动后经过了预定时间后开始风扇电动机的转速控制。在这些图中表示了将进行转速控制的电源电压范围设为0～15(V)，将风扇电动机12启动时的电压设定为24(V)的例子。

另外，在机床用途的电动机驱动装置10中，由于使用环境在风扇电动机12上附着有阻碍旋转的污物或油等，在启动时需要大的转矩。因此，通过进行在风扇电动机12启动时提高风扇电动机12的电源电压，确保必要的转矩，在达到稳定转速后，降低风扇电动机12的电源电压的转速控制，能够确保必要的启动转矩，并且得到省电的效果。

Claims (6)

1.一种具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，其具备：

风扇电动机，其驱动冷却用风扇，该冷却用风扇用于冷却散热器或用于冷却电动机驱动装置的内部，所述散热器对驱动安装在机床上的电动机的电动机驱动装置的发热部的热进行散热；以及

电动机电流检测部，其检测在所述电动机的电流控制中使用的电流，

所述具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置的特征在于，

具有：推定发热量计算部，其根据从所述电动机电流检测部得到的电流信息，来计算所述发热部或所述电动机驱动装置的内部的推定发热量；及

风扇电动机电源电压调整部，用于根据所述推定发热量来控制所述风扇电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，其特征在于，

所述风扇电动机电源电压调整部，按照预先设定了风扇电动机的转速相对于所述推定发热量的对应关系的对应关系表，调整所述风扇电动机的电源电压。

3.根据权利要求2所述的具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，其特征在于，

在所述风扇电动机启动时，从所述风扇电动机电源电压调整部对所述风扇电动机供给比控制所述风扇电动机的转速的转速范围高的预定的转速所对应的电源电压，在所述风扇电动机启动后经过了规定的时间后，开始所述风扇电动机的转速控制。

4.一种具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，具备：

风扇电动机，其驱动冷却用风扇，该冷却用风扇用于冷却散热器或用于冷却电动机驱动装置的内部，所述散热器对驱动安装在机床上的电动机的电动机驱动装置的发热部的热进行散热，

所述具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置的特征在于，

具有：输入电流检测部，其检测向所述电动机驱动装置输入的电流；

推定发热量计算部，其根据从所述输入电流检测部得到的电流信息，计算所述发热部或所述电动机驱动装置的内部的推定发热量；以及

风扇电动机电源电压调整部，其用于根据所述推定发热量控制所述风扇电动机的转速。

5.根据权利要求4所述的具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，其特征在于，

所述风扇电动机电源电压调整部，按照预先设定了风扇电动机的转速相对于所述推定发热量的对应关系的对应关系表，调整所述风扇电动机的电源电压。

6.根据权利要求5所述的具有风扇电动机的机床用电动机驱动装置，其特征在于，

在所述风扇电动机启动时，从所述风扇电动机电源电压调整部对所述风扇电动机供给比控制所述风扇电动机的转速的转速范围高的预定的转速所对应的电源电压，在所述风扇电动机启动后经过了规定的时间后，开始所述风扇电动机的转速控制。

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