CN105846756A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电动机驱动装置具有动力制动电路，该电动机驱动装置的特征在于，具有：电动机驱动控制电路，其通过连接于直流电源的功率晶体管的开关动作来对同步电动机的绕组和动力制动电路施加规定时间的电压；电流检测电路，其检测从功率晶体管输出的电流值；以及故障判定电路，其根据由电流检测电路检测出的电流值以及预先设定的阈值来判定动力制动电路有无故障，其中，在检测动力制动电路的故障时，使动力制动电路的电阻值变化。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电动机驱动装置，特别涉及一种具备动力制动电路故障检测功能的电动机驱动装置。
背景技术
使用动力制动电路(Dynamic braking circuit)，以在停电时、放大器发生故障时经由电阻将电动机的端子之间短路，以热的形式消耗转动能量来迅速地使电动机停止。另外，报告有对动力制动电路有无故障进行判定的电动机驱动装置(例如日本特开2009-165296号公报)。该以往的电动机驱动装置中的判定有无故障的方法如下。首先，根据动力制动电路的电阻值和直流电压来设定阈值。接着，输出使动力制动电路的继电器断开的指令，使功率晶体管仅导通短时间来对动力制动电路施加直流电压。此时，使用对从功率晶体管流出的电流值进行检测的电流检测单元来进行检测。通过将检测出的电流值与阈值进行比较来判定动力制动电路有无故障。在动力制动电路的继电器发生熔接的情况下，流过阈值以上的电流，因此判定为熔接故障。在动力制动电路的继电器未熔接的情况下，由于电动机的电感而电流缓慢地上升但不会达到阈值，因此判定为无故障。
在图1中示出以往的电动机驱动装置的框图。以往的电动机驱动装置1000具备电动机驱动控制电路1010、故障判定电路1011、功率晶体管单元1003、电流检测电路1006以及动力制动电路1005。直流电源1002对来自交流电源(未图示)的交流电力进行整流来转换为直流电力并将该直流电力输出到功率晶体管单元1003。具备功率晶体管A～F的功率晶体管单元1003构成逆变器，将整流得到的直流电力转换为三相的交流电力以对电动机1004进行驱动。电动机1004具备电阻ru、rv、rw和电感Lu、Lv、Lw。
在将功率晶体管单元1003与电动机1004连接的布线上连接有动力制动电路1005。动力制动电路1005具备电阻Ru、Rv、Rw，在用电阻来消耗电动机1004中发电产生的电力的情况下，使作为继电器的触点的开关S1和S2闭合。
图1示出的以往的动力制动电路的故障的检测方法如下。首先，电动机驱动控制电路1010将动力制动电路控制信号输出到故障判定电路1011。故障判定电路1011对功率晶体管单元1003内的功率晶体管A～F输出功率晶体管控制信号来对电动机1004的驱动、停止进行控制。电流检测电路1006对从功率晶体管单元1003流向电动机1004的电流进行检测，将检测出的电流值进行模拟/数字转换后输入到故障判定电路1011。
故障判定电路1011获取从电动机驱动控制电路1010输出的动力制动电路控制信号以及从电流检测电路1006输出的电流值，根据这些信号来检测动力制动电路1005的继电器的触点的熔接或触点的动作不良、电阻的断线、连接线缆未连接等故障。
故障判定电路1011通过将由电流检测电路1006检测出的电流值I与阈值ITH进行比较来判定动力制动电路有无故障。用下述的式来表示在图1中使功率晶体管A及F导通、使其它功率晶体管截止时的电流I(＝Iu)。
I≈VDC/2L×t+VDC/2R
在此，VDC是直流电流源1002的电压，2L(＝Lu+Lw)是电动机1004的电感，t是时间，2R(＝Ru+Rw)是动力制动电路1005的电阻。另外，VDC/2L×t表示流经电动机1004的电流，VDC/2R表示流经动力制动电路1005的电流。
说明使用上述的式来对动力制动电路的继电器有无故障进行检测的方法。在尽管发出了使动力制动电路1005从电动机1004的绕组Lu、Lv、Lw断开的指令、但是流过功率晶体管A～F的电流I(Iu、Iv、Iw)仍大于阈值的情况下，判定为连接动力制动电路1005的继电器的触点熔接而发生了故障。
在进行动力制动电路1005的继电器的故障(熔接)检测时，输出故障检测指令来使动力制动电路1005的继电器S1、S2成为断开状态，并使功率晶体管导通，仅在短时间Δt内对动力制动电路1005施加直流电压VDC。
在图2中示出了在动力制动电路的电阻值R小时继电器熔接的情况下和未熔接的情况下的电流I的时间变化。如图2的曲线A所示，在动力制动电路1005的继电器熔接的情况下，直流电压VDC施加于动力制动电路，在时间Δt以内电流检测电路检测出超过阈值ITH的电流，从而判定为熔接。另一方面，在动力制动电路1005的继电器未熔接而正常断开的情况下，直流电压VDC施加于电动机，如图2的曲线B所示的那样，在时间Δt以内电流I不会超过阈值ITH，从而判定为无故障。这样，在动力制动电路的电阻值R小的情况下，由于能够将阈值ITH设定为大的值，因此能够正常地进行动力制动电路的继电器的熔接/非熔接判定。
如上述那样，根据动力制动电路1005的电阻值R和直流电压VDC来决定阈值ITH，存在如下述的式(1)那样的条件。
VDC/2R>ITH (1)
在此，在动力制动电路的电阻值R大的情况下，需要减小阈值ITH。在图3中示出了在动力制动电路的电阻值R大时继电器熔接的情况下和未熔接的情况下的电流I的时间变化。如图3的曲线C所示，在动力制动电路的继电器熔接的情况下，在时间Δt以内电流检测电路检测出超过阈值ITH的电流，从而判定为熔接。但是，如图3的曲线D所示，在动力制动电路的继电器未熔接的情况下，若使阈值ITH过小，则即使是对于使功率晶体管导通来对电动机施加直流电压VDC时由于电动机的电感而缓慢地上升的电流，也不得不将阈值ITH设定为小的值。因此，电流在短时间Δt内超过阈值ITH，尽管动力制动电路的继电器未熔接，但判定为熔接。
发明内容
以往的电动机驱动装置在动力制动电路的电阻值大的情况下需要减小阈值。然而，存在以下问题：若使阈值过小，则即使是由于电动机的电感而缓慢地上升的电流也会超过阈值，尽管动力制动电路的继电器未熔接但判定为熔接。
本发明的一个实施例所涉及的电动机驱动装置具有用于在切断了同步电动机的励磁时通过同步电动机的发电制动来产生减速转矩的动力制动电路，该电动机驱动装置的特征在于，具有：电动机驱动控制电路，其通过连接于直流电源的功率晶体管的开关动作来对同步电动机的绕组和动力制动电路施加规定时间的电压；电流检测电路，其检测从功率晶体管输出的电流值；以及故障判定电路，其根据由电流检测电路检测出的电流值以及预先设定的阈值来判定动力制动电路有无故障，其中，在检测动力制动电路的故障时，使动力制动电路的电阻值变化。
附图说明
通过与附图相关联的下面的实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更加明确。在该附图中，
图1是以往的具有动力制动电路的故障检测功能的电动机驱动装置的框图，
图2是表示动力制动电路的电阻小的情况下的、流过动力制动电路的电流与阈值之间的关系的曲线图，
图3是表示动力制动电路的电阻大的情况下的、流过动力制动电路的电流与阈值之间的关系的曲线图，
图4是本发明的实施例1所涉及的具有动力制动电路的故障检测功能的电动机驱动装置的框图，
图5是用于说明本发明的实施例1所涉及的动力制动电路的动作过程的流程图，
图6是本发明的实施例2所涉及的具有动力制动电路的故障检测功能的电动机驱动装置的框图，以及
图7是本发明的实施例3所涉及的具有动力制动电路的故障检测功能的电动机驱动装置的框图。
具体实施方式
下面，参照附图来对本发明所涉及的电动机驱动装置进行说明。
[实施例1]
首先，使用附图来对本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置进行说明。在图4中示出了本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的框图。本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置101具有用于在切断了同步电动机4的励磁时通过同步电动机4的发电制动来产生减速转矩的动力制动电路51，该电动机驱动装置的特征在于，具有：电动机驱动控制电路10，其通过连接于直流电源2的功率晶体管单元3内的功率晶体管A～F的开关动作来对同步电动机4的绕组(Lu、Lv、Lw)和动力制动电路51施加规定时间的电压；电流检测电路6，其检测从功率晶体管输出的电流值；以及故障判定电路11，其根据由电流检测电路6检测出的电流值以及预先设定的阈值来判定动力制动电路51有无故障，其中，在检测动力制动电路51的故障时，使动力制动电路的电阻值变化。
在以往的电动机驱动装置中存在以下问题：在动力制动电路的电阻值大的情况下，若使阈值过小，则即使是由于电动机的电感而缓慢地上升的电流也会超过阈值。为了解决该问题，在本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置中，仅在输出故障检测指令并使功率晶体管导通来对动力制动电路51施加直流电压VDC的时间(短时间Δt)内，使动力制动电路51的电阻值R变为更小的电阻值R2。通过将动力制动电路51的电阻值R设为更小的电阻值R2，阈值ITH的上限变为比VDC/(2R)大的VDC/(2×R2)，因此能够将阈值ITH设定为大的值。
本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的特征在于，动力制动电路51包括可变电阻Ru1、Rv1、Rw1，以使动力制动电路51的电阻值变化。在图4中，示出了将动力制动电路51的U相、V相、W相的电阻511全部设为可变电阻Ru1、Rv1、Rw1的情况的例子，但是不限于这样的例子。即，也可以仅将三个电阻中的一个电阻设为可变电阻，还可以将三个电阻中的两个电阻设为可变电阻。
并且，在检测动力制动电路51的故障时，也可以使阈值ITH与动力制动电路51的电阻值Ru1、Rv1、Rw1或同步电动机的电感Lu、Lv、Lw相应地变化。
接着，对在本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置中进行动力制动电路的故障检测的情况下的动作过程进行说明。图5是用于说明本发明的实施例1所涉及的动力制动电路的动作过程的流程图。在此，说明对继电器是否发生熔接进行检测的情况下的过程。
首先，在步骤S101中，故障判定电路11将动力制动电路51的可变电阻的值变更为故障检测用值。即，在动力制动电路51的通常动作时的电阻为R时，将动力制动电路51的可变电阻的值变更为比R小的值R2。
接着，在步骤S102中，故障判定电路11将用于动力制动电路51的故障检测的控制信号输出到功率晶体管A～F。例如，在对动力制动电路51的V相和W相的电阻及继电器的状态进行检测的情况下，使功率晶体管C及F导通而使其它功率晶体管截止。另外，同时，故障判定电路11向动力制动电路51发送作为使继电器的开关S1和S2断开的信号的故障检测指令。
接着，在步骤S103中，电流检测电路6检测从功率晶体管输出的电流I(Iv、Iw)。将检测出的电流值从电流检测电路6发送到故障判定电路11。
接着，在步骤S104中，故障判定电路11判定所检测出的电流值I是否超过阈值ITH。在电流值I超过阈值ITH的情况下，在步骤S105中判定为动力制动电路51发生故障。
另一方面，在电流值I为阈值ITH以下的情况下，在步骤S106中判定为动力制动电路51未发生故障。
如以上说明的那样，根据本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置，使用可变电阻，将动力制动电路的电阻值R设为更小的电阻值R2，由此能够将用于判断动力制动电路的继电器的故障的电流阈值ITH设定为大的值，因此能够正确地判断继电器有无故障。
[实施例2]
接着，使用附图来对本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置进行说明。在图6中示出了本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置的框图。本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置102的特征在于，具有与动力制动电路52的电阻521(Ru2、Rv2、Rw2)并联地设置的短路用开关Su2、Sv2、Sw2，以使动力制动电路52的电阻521(Ru2、Rv2、Rw2)短路。实施例2所涉及的电动机驱动装置102的其它结构与实施例1所涉及的电动机驱动装置101中的结构相同，因此省略详细的说明。
根据实施例2所涉及的电动机驱动装置，能够在检测动力制动电路52的故障时使电阻521(Ru2、Rv2、Rw2)短路，因此能够减小动力制动电路52的电阻521的大小。其结果，能够将用于判断动力制动电路52的继电器的故障的电流阈值ITH设定为大的值，因此能够正确地判断继电器有无故障。
此外，在图6示出的实施例2所涉及的电动机驱动装置102中，示出了对于全部电阻Ru2、Rv2、Rw2都分别并联地设置了短路用开关Su2、Sv2、Sw2的例子，但是不限于这样的例子。即，也可以仅与电阻Ru2、Rv2、Rw2中的一个电阻并联地设置短路用开关，还可以与电阻Ru2、Rv2、Rw2中的两个电阻分别并联地设置短路用开关。
并且，在检测动力制动电路52的故障时，也可以使阈值ITH与动力制动电路52的电阻值Ru2、Rv2、Rw2或同步电动机的电感Lu、Lv、Lw相应地变化。
[实施例3]
接着，使用附图来对本发明的实施例3所涉及的电动机驱动装置进行说明。在图7中示出了本发明的实施例3所涉及的电动机驱动装置的框图。本发明的实施例3所涉及的电动机驱动装置103的特征在于，还具有与动力制动电路53的电阻531(Ru3、Rv3、Rw3)并联地设置的附加电阻Ru3′、Rv3′、Rw3′以及对该附加电阻的连接和切断进行切换的切换开关Su3、Sv3、Sw3，以使动力制动电路53的电阻值变化。实施例3所涉及的电动机驱动装置103的其它结构与实施例1所涉及的电动机驱动装置101中的结构相同，因此省略详细的说明。
根据实施例3所涉及的电动机驱动装置，能够在检测动力制动电路53的故障时将电阻531(Ru3、Rv3、Rw3)设为与附加电阻Ru3′、Rv3′、Rw3′的并联电阻，因此能够减小动力制动电路53的电阻531的大小。其结果，能够将用于判断动力制动电路53的继电器的故障的电流阈值ITH设定为大的值，从而能够正确地判断继电器有无故障。
此外，在图7示出的实施例3所涉及的电动机驱动装置103中，示出了对于全部的电阻Ru3、Rv3、Rw3都分别并联地设置了附加电阻Ru3′、Rv3′、Rw3′和切换开关Su3、Sv3、Sw3的例子，但是不限于这样的例子。即，也可以仅与电阻Ru3、Rv3、Rw3中的一个电阻并联地设置附加电阻和切换开关，还可以与电阻Ru3、Rv3、Rw3中的两个电阻分别并联地设置附加电阻和切换开关。
并且，在检测动力制动电路53的故障时，也可以使阈值ITH与动力制动电路53的电阻值Ru3、Rv3、Rw3或同步电动机的电感Lu、Lv、Lw相应地变化。
如以上说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置，能够得到以下电动机驱动装置：即使在动力制动电路的电阻值大的情况下也能够进行动力制动电路的故障检测。

Claims (5)

1.一种电动机驱动装置，具有用于在切断了同步电动机的励磁时通过同步电动机的发电制动来产生减速转矩的动力制动电路，该电动机驱动装置的特征在于，具有：
电动机驱动控制电路，其通过连接于直流电源的功率晶体管的开关动作来对同步电动机的绕组和所述动力制动电路施加规定时间的电压；
电流检测电路，其检测从所述功率晶体管输出的电流值；以及
故障判定电路，其根据由所述电流检测电路检测出的电流值以及预先设定的阈值来判定所述动力制动电路有无故障，
其中，在检测所述动力制动电路的故障时，使所述动力制动电路的电阻值变化。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述动力制动电路包括可变电阻，以使所述动力制动电路的电阻值变化。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述电动机驱动装置具有与所述动力制动电路的电阻并联地设置的短路用开关，以使所述动力制动电路的电阻短路。
4.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述电动机驱动装置还具有与所述动力制动电路的电阻并联地设置的附加电阻以及对该附加电阻的连接和切断进行切换的切换开关，以使所述动力制动电路的电阻值变化。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
在检测动力制动电路的故障时，使所述阈值与所述动力制动电路的电阻值或所述同步电动机的电感相应地变化。
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