CN105300548B - 电动机的过热检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种具备多个PTC热敏电阻的电动机的过热检测装置。本发明的电动机的过热检测装置的特征在于，具有：PTC热敏电阻，其安装于三相交流电动机的各相的线圈，分别串联地连接；过热判定部，其根据该PTC热敏电阻的串联连接电路的输出电压来判定线圈的过热；以及输出电压操作部，其根据三相交流电动机的电角度或磁极相位来操作该PTC热敏电阻的输出电压。

Description

电动机的过热检测装置
技术领域
本发明涉及一种电动机的过热检测装置，特别涉及一种能够在将PTC热敏电阻配置于各相的线圈并串联地连接的状态下检测其输出电压的电动机的过热检测装置。
背景技术
以往的电动机的热保护是利用PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)热敏电阻来进行的，该PTC热敏电阻是具有在常温下表现出几乎固定的电阻值但当超过特定的温度(居里点)时电阻值呈指数函数地上升的正的电阻温度特性的感温电阻元件。具体地说，在电动机内部的结构部件中的发热显著的部位或其附近配置PTC热敏电阻。监视该PTC热敏电阻的输出信号的振幅，在输出信号超过预先设定的水平的时间点产生过热警报，使电动机的励磁停止。
期望的是，将PTC热敏电阻输出信号作为如电压那样的电信号来取出。因此，为了将PTC热敏电阻所表现出的电阻转换为电压，制作包括适当的固定电阻和PTC热敏电阻的电路，对电路施加固定的直流电压来测量施加在PTC热敏电阻的分压。通过这样，能够取出与电阻值相当的电压，从而能够以电压为变量来进行过热判定。
特别是在具有三相线圈的电动机中，在各相的线圈的表面粘帖PTC热敏电阻并将这些PTC热敏电阻串联地接线。这是为了将PTC热敏电阻以1输入、1输出的方式连接来使输入输出的端子数为最小限度。图1表示以往的安装有PTC热敏电阻的电动机，图2表示以往的安装有PTC热敏电阻的电动机内的PTC热敏电阻安装状态。在芯1001上设置有U相线圈1021、V相线圈1022以及W相线圈1023，在这三相的线圈各自的表面设置有U相用PTC热敏电阻1011、V相用PTC热敏电阻1012以及W相用PTC热敏电阻1013。另外，三个PTC热敏电阻1011～1013通过布线1003而与表现出固定的电阻的分压电阻(未图示)一起进行串联连接，从端子1004施加规定的电压。
图3表示以往的电动机的过热检测的系统结构例。当线圈过热时PTC热敏电阻1011～1013的电阻急剧地增大，压降增大，因此PTC热敏电阻的输出电压增大。因而，在串联连接的PTC热敏电阻1011～1013的输出电压的总和超过预先设定的规定的电压水平的情况下，由过热判定部50探测出三个线圈中的至少一个过热，电动机200的控制装置发出过热警报。
另外，还已知一种将PTC热敏电阻并联接线而非串联接线地形成并联电路来实现同样的过热检测的方法(例如日本特开2002-315383号公报(JP2002-315383))。根据该方法，能够期待几乎同等的效果，但是在并联电路中存在断线部位的情况下，设置于断线部分的PTC热敏电阻不会产生输出电压。
然而，由于过热检测装置还接收来自未断线的部位的PTC热敏电阻的输出电压，因此过热检测装置无法检测是否存在断线。其结果，产生尽管电动机达到过热、但无法发出过热警报的担忧，使用并联电路的过热检测不能说是完善的对策。
发明内容
存在以下情况：在电动机停留在规定的位置而持续处于励磁的状况的情况下，在特定相的线圈中流过最大电流或接近最大电流的电流，使得该相的线圈成为过热状态。在该情况下，在其它相的线圈中流过相位偏移了规定角度的电流，不会流过与特定相的线圈同等的电流，因此不会达到过热状态。因而，若根据一串地串联接线的多个PTC热敏电阻的总电压来判断是否存在电动机的过热，则存在如下问题。即，尽管电动机的特定部位达到了过热状态，但是若多个PTC热敏电阻的输出电压的总和未达到过热警报产生水平则无法在识别出仅有特定部位处于过热状态的瞬间立即输出过热警报。
因此，本发明提出一种具有如下过热判定功能的电动机的过热检测装置：即使在仅有电动机的特定相的线圈处于过热状态的情况下，也能够迅速地输出过热警报。
本发明的一个实施例所涉及的电动机的过热检测装置的特征在于，具有：PTC热敏电阻，其安装于三相交流电动机的各相的线圈，分别串联地连接；过热判定部，其根据该PTC热敏电阻的串联连接电路的输出电压来判定线圈的过热；以及输出电压操作部，其根据三相交流电动机的电角度或磁极相位来操作该PTC热敏电阻的输出电压。
本发明的其它实施例所涉及的电动机的过热检测装置的特征在于，上述输出电压操作部根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来放大上述PTC热敏电阻的输出电压。
本发明的另一实施例所涉及的电动机的过热检测装置的特征在于，上述输出电压操作部具有：连接切换指示部，其根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的上述PTC热敏电阻的连接；以及过热警报水平切换部，其切换上述过热判定部的过热警报水平。
本发明的另一实施例所涉及的电动机的过热检测装置的特征在于，上述输出电压操作部具有连接切换指示部，该连接切换指示部根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的上述PTC热敏电阻的连接。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下实施方式的说明会变得更加明确。在该附图中，
图1是表示以往的安装有PTC热敏电阻的电动机的图，
图2是表示以往的安装有PTC热敏电阻的电动机内的PTC热敏电阻安装状态的一例的图，
图3是表示以往的电动机的过热检测的系统结构例的图，
图4是表示本发明的实施例1所涉及的电动机的过热检测的系统结构例的图，
图5是表示本发明的实施例2所涉及的电动机的过热检测的系统结构例的图，
图6是本发明的实施例2所涉及的过热检测装置的过热检测流程图，
图7是表示本发明的实施例3所涉及的电动机的过热检测的系统结构例的图，
图8是表示本发明的实施例3所涉及的电动机的过热检测的系统结构例的图，
图9是本发明的实施例3所涉及的过热检测装置的过热检测流程图，
图10是本发明的实施例4所涉及的电动机的过热检测的系统结构例，
图11是本发明的实施例4所涉及的电动机的过热检测的系统结构例，
图12A是关于本发明的实施例3和实施例4所涉及的过热检测装置示出在具有开关元件的PTC热敏电阻电路中在电动机的电角度被固定且电流集中地流过U相的线圈的情况下的电路结构的图，
图12B是关于本发明的实施例3和实施例4所涉及的过热检测装置示出在具有开关元件的PTC热敏电阻电路中在电动机的电角度被固定且电流集中地流过V相的线圈的情况下的电路结构的图，以及
图12C是关于本发明的实施例3和实施例4所涉及的过热检测装置示出在具有开关元件的PTC热敏电阻电路中在电动机的电角度被固定且电流集中地流过W相的线圈的情况下的电路结构的图，以及
图13是关于本发明的实施例2～实施例4所涉及的过热检测装置示出在具有开关元件的PTC热敏电阻电路中在电动机的电角度为上述以外的情况下的电路结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的电动机的过热检测装置。但是，需要注意的是，本发明的保护范围并不限定于这些实施方式，而涵盖权利要求书所记载的发明及其等同物。
[实施例1]
首先，使用附图来说明本发明的实施例1所涉及的电动机的过热检测装置。图4表示本发明的实施例1所涉及的电动机的过热检测的系统结构例。本发明的实施例1所涉及的电动机的过热检测装置101的特征在于，具有：PTC热敏电阻1，其安装于三相交流电动机20的各相的线圈，分别串联地连接；过热判定部5，其根据该PTC热敏电阻的串联连接电路的输出电压来判定线圈的过热；以及输出电压操作部4，其根据三相交流电动机20的电角度或磁极相位来操作该PTC热敏电阻1的输出电压。
三相交流电动机20(下面也简称为“电动机”。)具有U相、V相以及W相的线圈(未图示)，在各线圈的表面设置有U相用PTC热敏电阻、V相用PTC热敏电阻以及W相用PTC热敏电阻。如图3所示，三个PTC热敏电阻通过布线而被串联连接，构成串联地配置的PTC热敏电阻1。由电动机驱动装置21驱动电动机20。
在串联地配置的PTC热敏电阻1上串联地连接有分压电阻(未图示)来构成闭合电路，通过输出电压操作部4施加规定的电压V0。在本实施例中使用的PTC热敏电阻在常温下表现出低的电阻RL，在高温下表现出高的电阻RH。另外，优选的是分压电阻的电阻值RD具有这两个电阻值之间的值。
在电动机20的附近设置有检测器2，能够检测电动机20的电角度或电动机20的磁极相位。作为检测器2能够使用旋转变压器(resolver)。但是，不限于旋转变压器，作为一例，既能够使用光学式编码器也能够使用磁编码器。
输出电压操作部4检测施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的总输出电压VTotal。在此，在U相、V相以及W相的线圈全部正常地动作而不处于过热状态的情况下，三个PTC热敏电阻均表现出低的电阻RLU、RLV、RLW，串联地配置的热敏电阻1的电阻(RLU+RLV+RLW)充分地小于分压电阻的电阻值RD(RLU+RLV+RLW＜＜RD)。因此，由输出电压操作部4检测出的施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的整体的总输出电压VTotal充分地小于由输出电压操作部4施加的电压V0(VTotal＜＜V0)。
另一方面，在U相、V相以及W相的线圈中的至少一个过热的情况下，设置于过热的线圈的PTC热敏电阻表现出高电阻RH。例如，在仅有一个线圈过热的情况下，仅有一个PTC热敏电阻变为高电阻RH，RH＞＞RL，因此串联地配置的热敏电阻1的电阻几乎等于RH。并且，该RH充分地大于分压电阻的电阻值RD(RH＞＞RD)，因此由输出电压操作部4检测出的施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的总输出电压VTotal与由输出电压操作部4施加的电压V0同等或是与其接近的水平。因而，通过检测施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的总输出电压VTotal，能够检测是否至少一个线圈处于过热状态。在本发明中，如后所述，能够根据施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的总输出电压VTotal来确定U相、V相以及W相的线圈中的哪个线圈处于过热状态。并且，在施加到串联地配置的PTC热敏电阻1的总输出电压VTotal为0[V]的情况下，能够检测出三个PTC热敏电阻中的至少一个出现故障或处于断线状态。
如以上那样，过热判定部5能够根据PTC热敏电阻的串联连接电路的输出电压来判定线圈的过热。
[实施例2]
接着，说明本发明的实施例2所涉及的电动机的过热检测装置。图5表示本发明的实施例2所涉及的电动机的过热检测的系统结构例。实施例2所涉及的电动机的过热检测装置102与实施例1所涉及的电动机的过热检测装置101的不同之处在于，输出电压操作部4根据三相交流电动机20的电角度或磁极相位来放大PTC热敏电阻的输出电压。在图5中示出了将PTC热敏电阻输出电压放大器(下面也简称为“放大器”)31设置在输出电压操作部4内的例子，但是不限于此，两者也可以分开设置。实施例2所涉及的电动机的过热检测装置102的其它结构与实施例1所涉及的电动机的过热检测装置101的结构相同，因此省略详细说明。
放大器31用于根据由检测器2检测出的三相交流电动机20的电角度或磁极相位，使PTC热敏电阻输出电压放大到过热警报产生水平VOH的常数α(α≥1)倍。
接着，说明本发明的实施例2所涉及的电动机的过热检测装置的动作过程。图6是本发明的实施例2所涉及的过热检测装置的过热检测流程图。首先，在步骤S101中开始电动机的通电。
接着，在步骤S102中，判断电动机的电角度是否被固定在电流集中于U相、V相或W相的线圈的相位。例如，在电动机的电角度被固定在电流集中于U相的线圈的相位的情况下，能够判断为在U相的线圈中产生过热。在电动机的电角度被固定在电流集中于U相、V相或W相的线圈的相位的情况下，在步骤S103中，通过PTC热敏电阻输出电压放大器31将PTC热敏电阻输出电压变更为VOH×α。在此，α是1以上的常数，相对于过热警报产生水平的电压，即使是实质上1个相的PTC热敏电阻输出电压也能够没有问题地产生过热警报。
之后，在步骤S104中，判断是否产生了过热警报。在没有产生过热警报的情况下，返回到步骤S102来继续检测是否存在线圈的过热。另一方面，在产生了过热警报的情况下，在步骤S105中结束通电。
如以上那样，根据实施例2所涉及的电动机的过热检测装置，通过根据是否存在电流集中来将PTC热敏电阻输出电压设定为适当的值，能够迅速地检测是否存在线圈的过热。
[实施例3]
接着，说明本发明的实施例3所涉及的电动机的过热检测装置。图7和图8表示本发明的实施例3所涉及的电动机的过热检测的系统结构例。实施例3所涉及的电动机的过热检测装置103与实施例1所涉及的电动机的过热检测装置101的不同之处在于，输出电压操作部4具有连接切换指示部8和过热警报水平切换部9，该连接切换指示部8根据三相交流电动机20的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的PTC热敏电阻的连接，该过热警报水平切换部9切换过热判定部5的过热警报水平。实施例3所涉及的电动机的过热检测装置103的其它结构与实施例1所涉及的电动机的过热检测装置101的结构相同，因此省略详细说明。此外，图8表示实施例3所涉及的电动机的过热检测的系统的变形例，示出将连接切换指示部8设置在电动机的过热检测装置103′的外部的例子。
在实施例1所示的PTC热敏电阻中，由于是串联连接的，因此无法直接测量各PTC热敏电阻的个别输出电压。因此，在实施例3所涉及的过热检测装置中，为了仅得到三个PTC热敏电阻中的特定的PTC热敏电阻的个别输出电压，而设置有多个开关SW1～SW4。如图8所示，SW1设置在U相用热敏电阻11的一方的端子与V相用热敏电阻12的一方的端子之间。SW2设置在V相用热敏电阻12的一方的端子与W相用热敏电阻13的一方的端子之间。SW3设置在U相用热敏电阻11的另一方的端子与V相用热敏电阻12的另一方的端子之间。SW4设置在V相用热敏电阻12的另一方的端子与W相用热敏电阻13的另一方的端子之间。
连接切换指示部8根据由检测器2检测出的三相交流电动机20的电角度或磁极相位，来输出用于以仅得到特定的PTC热敏电阻的个别输出电压的方式切换多个开关SW1～SW4的指令。
过热警报产生水平切换部(也简称为“警报水平切换部”)9按照来自连接切换指示部8的指令，根据检测出的三相交流电动机20的电角度或磁极相位来切换过热判定部5的过热警报产生水平。
接着，使用图9所示的流程图来说明实施例3所涉及的电动机的过热检测装置的动作过程。首先，在步骤S201中，开始电动机的通电。接着，在步骤S202中，基于由检测器2检测出的电角度或磁极相位，来判断电动机20的电角度是否被固定在电流集中于U相、V相或W相线圈的相位。在电动机20的电角度被固定在电流集中于U相、V相或W相线圈的相位的情况下，在步骤S203中，判断电流集中是否产生在U相线圈。
在判断为电流集中产生在U相线圈的情况下，在步骤S204中，开始模式1的开关动作。在模式1中，如图12A那样使SW1和SW2“闭合”，使SW3和SW4“断开”。通过这样，能够仅检测U相用的PTC热敏电阻11的输出电压。
另一方面，在步骤S203中，在电流集中没有产生在U相线圈的情况下，在步骤S205中，判断电流集中是否产生在V相线圈。在电流集中产生在V相线圈的情况下，在步骤S206中，开始模式2的开关动作。在模式2中，如图12B那样使SW2和SW3“闭合”，使SW1和SW4“断开”。通过这样，能够仅检测V相用的PTC热敏电阻12的输出电压。
另一方面，在步骤S205中，在电流集中没有产生在V相线圈的情况下，电流集中产生在W相线圈，因此在步骤S207中，开始模式3的开关动作。在模式3中，如图12C那样使SW3和SW4“闭合”，使SW1和SW2“断开”。通过这样，能够仅检测W相用的PTC热敏电阻13的输出电压。
接着，在步骤S208中，将过热警报产生水平设定为Vave，在步骤S211中判断是否产生了过热警报。在判断为产生了过热警报的情况下在步骤S212中结束通电，在判断为没有产生过热警报的情况下，返回到步骤S202来继续检测是否存在过热。
另一方面，在步骤S202中，在电动机20的电角度没有被固定在电流集中于U相、V相或W相线圈的相位的情况下，在步骤S209中，开始模式4的开关动作。在模式4中，如图13那样使SW1和SW4“闭合”，使SW2和SW3“断开”。通过这样，U相、V相以及W相用的PTC热敏电阻11～13被串联连接，能够检测三个PTC热敏电阻11～13的总输出电压。接着，在步骤S210中，将过热警报产生水平设定为VOH，在步骤S211中判断是否产生了过热警报。在判断为产生了过热警报的情况下在步骤S212中结束通电，在判断为没有产生过热警报的情况下，返回到步骤S202来继续检测是否存在过热。
如以上那样，根据电流集中产生在U相、V相以及W相的哪一相，能够直接检测U相、V相或W相的各PTC热敏电阻11～13的各输出电压Vu、Vv、Vw。另外，在像这样分别测量输出电压时将过热警报产生水平设定为Vave，因此能够适当地检测是否存在线圈中的过热。
另一方面，在任一个线圈中都没有产生电流集中的情况下，通过将U相、V相以及W相的三个PTC热敏电阻串联连接，能够连续监视U相、V相以及W相的线圈，即使在三个PTC热敏电阻中的某一个产生了过热的情况下也能够迅速地检测过热。另外，在像这样测量三个热敏电阻的总输出电压时将过热警报产生水平设定为VOH，因此能够适当地检测是否存在线圈中的过热。
[实施例4]
接着，说明本发明的实施例4所涉及的电动机的过热检测装置。图10和图11表示本发明的实施例4所涉及的电动机的过热检测的系统结构例。实施例4所涉及的电动机的过热检测装置104与实施例2所涉及的电动机的过热检测装置102的不同之处在于，输出电压操作部4具有连接切换指示部8，该连接切换指示部8根据三相交流电动机20的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的PTC热敏电阻11～13的连接。实施例4所涉及的电动机的过热检测装置104的其它结构与实施例2所涉及的电动机的过热检测装置102的结构相同，因此省略详细说明。此外，图11表示实施例4所涉及的电动机的过热检测的系统的变形例，示出将连接切换指示部8设置在电动机的过热检测装置104′的外部的例子。
在实施例2所示的PTC热敏电阻中，由于是串联连接的，因此无法直接测量各PTC热敏电阻的个别输出电压。因此，在实施例4所涉及的过热检测装置中，为了仅得到三个PTC热敏电阻中的特定的PTC热敏电阻的输出电压，而设置有多个开关SW1～SW4。如图11所示，SW1设置在U相用热敏电阻11的一方的端子与V相用热敏电阻12的一方的端子之间。SW2设置在V相用热敏电阻12的一方的端子与W相用热敏电阻13的一方的端子之间。SW3设置在U相用热敏电阻11的另一方的端子与V相用热敏电阻12的另一方的端子之间。SW4设置在V相用热敏电阻12的另一方的端子与W相用热敏电阻13的另一方的端子之间。
连接切换指示部8根据由检测器2检测出的三相交流电动机20的电角度或磁极相位，来输出用于以仅得到特定的PTC热敏电阻的个别输出电压的方式切换多个开关SW1～SW4的指令。
根据实施例4所涉及的电动机的过热检测装置，与实施例3同样地，通过适当地使开关SW1～SW4闭合/断开，能够直接检测U相、V相以及W相的热敏电阻的各输出电压。因此，能够正确且迅速地判断是否存在线圈的过热。
在本发明中，由于使用串联电路，因此如果与过热检测模式相分开地设置断线检测模式，在电动机启动时或运转时定期地对通过全部PTC热敏电阻的串联电路接通电路动作电压，则在产生了断线的情况下返回0[V]的电压，因此过热检测装置能够检测是否存在断线。
如以上说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的电动机的过热检测装置，在任何通电状况下都能够迅速地进行电动机的热保护，因此能够以高的可靠性实现电动机的烧损防止。另外，内置于电动机的全部PTC热敏电阻在各检测模式下实质上为串联接线，因此能够以所需的最小限度的PTC热敏电阻信号输入输出端子来进行电动机的热保护。

Claims (3)

1.一种电动机的过热检测装置，其特征在于，具有：
PTC热敏电阻，其安装于三相交流电动机的各相的线圈，分别串联地连接；
过热判定部，其根据该PTC热敏电阻的串联连接电路的输出电压来判定线圈的过热；以及
输出电压操作部，其根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来操作该PTC热敏电阻的输出电压；
其中，上述输出电压操作部在上述三相交流电动机的电角度被固定在电流集中于U相、V相或W相的线圈的相位的情况下，放大所述PTC热敏电阻的输出电压。
2.根据权利要求1所述的电动机的过热检测装置，其特征在于，
上述输出电压操作部具有：连接切换指示部，其根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的上述PTC热敏电阻的连接；以及过热警报水平切换部，其切换上述过热判定部的过热警报水平。
3.根据权利要求1所述的电动机的过热检测装置，其特征在于，
上述输出电压操作部具有连接切换指示部，该连接切换指示部根据上述三相交流电动机的电角度或磁极相位来切换配置于该三相交流电动机的上述PTC热敏电阻的连接。
CN201510323590.6A 2014-06-13 2015-06-12 电动机的过热检测装置 Active CN105300548B (zh)

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