CN107567681B - 保护装置及伺服电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明具有：温度检测部(11)，其对电动机(3)的U相线圈的温度进行检测；电阻计算部(12)，其基于由温度检测部(11)检测出的温度，对该U相线圈的电阻进行计算；电流检测部(13)，其对从逆变器装置(2)向电动机(3)供给的电流进行检测；以及处理部(14)，其基于由电阻计算部(12)计算出的电阻和由电流检测部(13)检测出的电流，对电动机(3)的V相线圈的温度及W相线圈的温度进行计算，在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使电动机(3)的驱动停止的信号。即使由温度传感器正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机进行保护。

Description

保护装置及伺服电动机
技术领域
本发明涉及对电动机进行保护的保护装置及伺服电动机。
背景技术
电动机有时根据使用状况而发生过度的温度上升。保护装置是对电动机进行保护而使得该电动机不因该温度上升导致损坏的装置。
在专利文献1中公开了一种集中卷绕旋转电机系统，其对集中卷绕旋转电机的温度上升进行监视，具有：温度测定单元，其根据集中卷绕旋转电机的定子各相的绕组电流和电压而对绕组温度进行测定；以及温度上升推定单元，其根据集中卷绕旋转电机处于负载状态且旋转停止状态的各相电流和电压而对绕组温度上升进行推定。
另外，在专利文献2中公开了一种同步电动机，其具有：电流传感器，其对同步电动机的3相交流电流的大于或等于2相交流电流进行检测；温度传感器，其对同步电动机的温度进行检测；以及温度保护单元，其对同步电动机的温度上升进行抑制。
专利文献1：日本特开2005－80450号公报
专利文献2：日本特开2001－268989号公报
发明内容
但是，关于专利文献1及专利文献2，在直流控制中或者直流控制后等，各相线圈的温度存在波动，在由温度传感器正在检测的线圈以外的线圈的温度变高的情况下，有可能无法对电动机进行保护。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种即使由温度传感器正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机进行保护的保护装置。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明是一种保护装置，其对由逆变器装置驱动的电动机进行保护，该保护装置的特征在于，具有：温度检测部，其对电动机的第一相线圈的温度进行检测；第1电阻计算部，其基于由温度检测部检测出的温度，对该第一相线圈的电阻进行计算；电流检测部，其对从逆变器装置向电动机供给的电流进行检测；以及处理部，其基于由第1电阻计算部计算出的电阻和由电流检测部检测出的电流，对电动机的第二相线圈的温度及第三相线圈的温度进行计算，在检测出第一相线圈的温度、第二相线圈的温度或者第三相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使电动机停止的信号。
发明的效果
本发明所涉及的保护装置，即使由温度传感器正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机进行保护。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的伺服电动机的结构图。
图2是用于对实施方式1所涉及的处理部的动作进行说明的流程图。
图3是实施方式2所涉及的伺服电动机的结构图。
图4是用于对实施方式2所涉及的处理部的动作进行说明的流程图。
图5是实施方式3所涉及的伺服电动机的结构图。
图6是实施方式4所涉及的伺服电动机的结构图。
图7是用于对实施方式4所涉及的处理部的动作进行说明的流程图。
图8是表示用于实现实施方式1所涉及的保护装置、实施方式2所涉及的保护装置、实施方式3所涉及的保护装置及实施方式4所涉及的保护装置的硬件结构例的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的保护装置及伺服电动机详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式1.
图1是表示具有实施方式1所涉及的保护装置1的伺服电动机100的结构的图。图2是用于对实施方式1所涉及的处理部14的动作进行说明的流程图。
伺服电动机100具有：逆变器装置2，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，将变换后的直流电压再次变换为交流电压，将变换后的交流电压输出；电动机3，其由逆变器装置2驱动；保护装置1，其对电动机3进行保护；热检测器4，其是对构成电动机3的一相线圈的热进行检测的温度传感器；以及旋转检测器5，其对电动机3的旋转角度进行检测。
电动机3由第一相线圈、第二相线圈及第三相线圈构成。下面，将第一相线圈称为U相线圈，将第二相线圈称为V相线圈，将第三相线圈称为W相线圈。
设为热检测器4对U相线圈的热进行检测而进行说明，但热检测器4也可以对V相线圈或者W相线圈的热进行检测。旋转检测器5对电动机3的旋转角度进行检测。
保护装置1是对由逆变器装置2驱动的电动机3进行保护的装置。保护装置1具有：温度检测部11，其对U相线圈的温度进行检测；电阻计算部12，其是对U相线圈的电阻进行计算的第1电阻计算部；电流检测部13，其对电流进行检测；处理部14，其输出使电动机3停止的信号；以及相位检测部15，其基于由旋转检测器5检测出的值，对电动机3的电压及电流相位进行检测。
温度检测部11基于由热检测器4检测出的值，对电动机3的U相线圈的温度进行检测。
电阻计算部12基于由温度检测部11检测出的温度，对U相线圈的电阻进行计算。
电流检测部13对从逆变器装置2向电动机3供给的电流进行检测。具体地说，电流检测部13对U相线圈的电流、V相线圈的电流和W相线圈的电流进行检测。
处理部14基于由第1电阻计算部12计算出的电阻和由电流检测部13检测出的电流，对电动机3的V相线圈的温度及W相线圈的温度进行计算。处理部14在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使电动机3停止的信号。
在这里，对电动机3被伺服锁定的状态下的处理部14的具体结构进行说明。此外，伺服锁定是通过直流电流对电动机3的动作进行控制的状态，下面也称为直流控制。另外，在正在进行直流控制时，电动机3的动作停止，但从逆变器装置2向电动机3供给直流电流。
处理部14具有：电压计算部16，其对各相线圈的电压进行计算；电阻计算部17，其是对V相线圈及W相线圈的电阻进行计算的第2电阻计算部；温度计算部18，其对V相线圈及W相线圈的温度进行计算；信号生成部19，其生成信号；以及输出部20，其输出信号。
电压计算部16基于U相线圈的电阻、由电流检测部13检测出的电流、旋转角度，对U相线圈的电压、V相线圈的电压及W相线圈的电压进行计算。另外，电压计算部16也可以由对U相线圈的电压进行计算的第1电压计算部16a和对V相线圈及W相线圈的电压进行计算的第2电压计算部16b构成。
第1电压计算部16a基于由电阻计算部12计算出的U相线圈的电阻和由电流检测部13检测出的U相线圈的电流，对U相线圈的电压进行计算。
第2电压计算部16b基于U相线圈的电压和旋转角度，对相电压进行计算。第2电压计算部16b基于在旋转角度上加入120度所得到的角度和相电压，对V相线圈的电压进行计算，另外，基于在旋转角度上加入240度所得到的角度和相电压，对W相线圈的电压进行计算。
电阻计算部17基于V相线圈的电流和电压，对V相线圈的电阻进行计算，基于W相线圈的电流和电压，对W相线圈的电阻进行计算。
温度计算部18基于V相线圈的电阻，对V相线圈的温度进行计算，基于W相线圈的电阻，对W相线圈的温度进行计算。
信号生成部19在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3停止的信号。输出部20输出使电动机3停止的信号。此外，所设定的温度是基于在电动机3中使用的线圈的绝缘材料的耐热特性而决定的，根据绝缘的种类而不同。在F种的情况下，耐热温度为155度，在H种的情况下，耐热温度为180度，对从该值减去“气氛温度上限值+温度余量”所得到的值进行设定。
接下来，关于上述的处理部14的具体动作，使用图2所示的流程图进行说明。
在步骤ST1中，保护装置1判断是否正在进行电动机3的直流控制。在判断为正在进行直流控制的情况下(Yes)，进入至步骤ST2，在判断为没有进行直流控制，即电动机3正在驱动的情况下(No)，进入至步骤ST13。此外，关于从步骤ST13至步骤ST17的各工序，在后面记述的实施方式4中进行说明。
在步骤ST2中，温度检测部11对U相线圈的温度Tu进行检测。
在步骤ST3中，电阻计算部12基于通过步骤ST2的工序而检测出的U相线圈的温度Tu，对U相线圈的电阻Ru进行计算。具体地说，电阻计算部12在(1)式中代入U相线圈的温度Tu而对U相线圈的电阻Ru进行计算。此外，R是20度时的电阻，是已知的值。
Ru＝(234.5+Tu－20)÷(234.5+20)×R···(1)
在步骤ST4中，电流检测部13对U相线圈的电流Iu、V相线圈的电流Iv、W相线圈的电流Iw进行检测。
在步骤ST5中，电压计算部16对U相线圈的电压Eu进行计算。此外，U相线圈的电压Eu是瞬时电压。具体地说，电压计算部16在(2)式中代入U相线圈的电阻Ru和U相线圈的电流Iu，对U相线圈的电压Eu进行计算。
Eu＝Iu×Ru···(2)
在步骤ST6中，电压计算部16对V相线圈的电压Ev及W相线圈的电压Ew进行计算。此外，V相线圈的电压Ev及W相线圈的电压Ew是瞬时电压。具体地说，电压计算部16在(3)式中代入U相线圈的电压Eu和旋转角度α，对相电压E进行计算。电压计算部16在(4)式中代入相电压E和旋转角度α，对V相线圈的电压Ev进行计算。此外，(4)式中的(α+2/3×π)是指U相线圈和V相线圈的相位差为120度。电压计算部16在(5)式中代入相电压E和旋转角度α而对W相线圈的电压Ew进行计算。此外，(5)式中的(α+4/3×π)是指U相线圈和W相线圈的相位差为240度。
Eu＝E×cos(α)···(3)
Ev＝E×cos(α+2/3×π)···(4)
Ew＝E×cos(α+4/3×π)···(5)
此外，在U相线圈、V相线圈及W相线圈的角度为90度的情况下，计算变得困难，但在旋转角度α为90度的情况下，可以置换为91度而求出近似值。
另外，还考虑通过电压检测器对各相线圈的电压进行直接检测的结构，但考虑到在直流控制时，被检测的电压小，误差大。由此，在步骤ST5及步骤ST6的工序中，通过电压计算部16对各相线圈的电压进行计算。
在步骤ST7中，电阻计算部17对V相线圈的电阻Rv及W相线圈的电阻Rw进行计算。具体地说，电阻计算部17在(6)式中代入V相线圈的电压Ev和电流Iv，对V相线圈的电阻Rv进行计算。电阻计算部17在(7)式中代入W相线圈的电压Ew和电流Iw，对W相线圈的电阻Rw进行计算。
Rv＝Ev÷Iv···(6)
Rw＝Ew÷Iw···(7)
在步骤ST8中，温度计算部18对V相线圈的温度Tv1及W相线圈的温度Tw1进行计算。具体地说，温度计算部18在(8)式中代入通过步骤ST7的工序而计算出的V相线圈的电阻Rv和20度时的电阻R，对V相线圈的温度Tv1进行计算。温度计算部18在(9)式中代入通过步骤ST7的工序而计算出的W相线圈的电阻Rw和20度时的电阻R，对W相线圈的温度Tw1进行计算。
Rv＝(234.5+Tv1－20)÷(234.5+20)×R···(8)
Rw＝(234.5+Tw1－20)÷(234.5+20)×R···(9)
在步骤ST9中，信号生成部19判断U相线圈的温度Tu1、V相线圈的温度Tv1或者W相线圈的温度Tw1是否超过所设定的温度。在判断为即使任一个线圈超过所设定的温度的情况下(Yes)，进入至步骤ST11，在判断为全部线圈没有超过所设定的温度的情况下(No)，进入至步骤ST10。
在步骤ST10中，温度计算部18将U相线圈的温度Tu1、V相线圈的温度Tv1及W相线圈的温度Tw1存储于存储部21。此外，在从后面记述的步骤ST17的工序进入至本工序时，将温度Tu2设为温度Tu1，将温度Tv2设为温度Tv1，将温度Tw2设为温度Tw1而存储于存储部21。另外，在冷启动时，设为“Tu1＝Tv1＝Tw1＝0”。在执行步骤ST10的工序后，返回至步骤ST1的工序。
在步骤ST11中，信号生成部19生成使电动机3停止的信号。
在步骤ST12中，输出部20将使电动机3停止的信号输出至逆变器装置2。逆变器装置2在被输入使电动机3停止的信号的情况下，将直流电流的供给停止。电动机3由于直流电流的供给被停止，因此冷却，温度降低。
由此，保护装置1在电动机3正在被进行直流控制的状态下，在任意的线圈超过所设定的温度的情况下，输出使电动机3的驱动停止的信号，由此即使由热检测器4正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机3进行保护。
另外，保护装置1直接地利用电压和电流的瞬时值，实时地对各相线圈的温度进行计算，因此即使在电动机3的冷却状态变化的情况下，也能够应对该变化而对各相线圈的温度进行计算。
另外，电动机3通过重复进行驱动和直流控制，从而决定出驱动模式。直流控制时的温度的上升由直流电流决定，因此根据电角的相位而各相线圈的温度不同。保护装置1在直流控制时，实时地对各相线圈的温度进行计算，在即使任一个线圈超过所设定的温度的情况下，使电动机3的驱动停止，由此能够对电动机3进行保护。
实施方式2.
接下来，对具有实施方式2所涉及的保护装置6的伺服电动机101的结构进行说明。图3是表示实施方式2所涉及的伺服电动机101的结构的图。图4是用于对实施方式2所涉及的处理部31的动作进行说明的流程图。
伺服电动机101具有：逆变器装置2，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，将变换后的直流电压再次变换为交流电压，将变换后的交流电压输出；电动机3，其由逆变器装置2驱动；保护装置6，其对电动机3进行保护；热检测器4，其对构成电动机3的一相线圈的热进行检测；以及旋转检测器5，其对电动机3的旋转角度进行检测。
电动机3由第一相线圈、第二相线圈及第三相线圈构成。下面，将第一相线圈称为U相线圈，将第二相线圈称为V相线圈，将第三相线圈称为W相线圈。
设为热检测器4对U相线圈的热进行检测而进行说明，但热检测器4也可以对V相线圈或者W相线圈的热进行检测。旋转检测器5对电动机3的旋转角度进行检测。
另外，关于实施方式2所涉及的伺服电动机101和实施方式1所涉及的伺服电动机100，仅保护装置6和保护装置1的结构不同，其他结构相同。下面，对与伺服电动机100相同的结构要素标注相同的标号。
在这里，对保护装置6的结构和动作进行说明。保护装置6是对由逆变器装置2驱动的电动机3进行保护的装置。保护装置6具有：温度检测部11，其对U相线圈的温度进行检测；电阻计算部12，其是对U相线圈的电阻进行计算的第1电阻计算部；电流检测部13，其对电流进行检测；处理部31，其输出使电动机3停止的信号；以及相位检测部15，其对电动机3的电压及电流相位进行检测。
温度检测部11基于由热检测器4检测出的值，对U相线圈的温度进行检测。
电阻计算部12基于由温度检测部11检测出的温度，对U相线圈的电阻进行计算。
电流检测部13基于检测出的电流即U相线圈的电流或者V相线圈的电流和旋转角度，对W相线圈的电流进行计算。具体地说，电流检测部13具有：检测部13a，其对U相线圈的电流及V相线圈的电流进行检测；以及计算部13b，其对W相线圈的电流进行计算。
在这里，对在电动机3正在被进行直流控制的状态下的处理部31的具体结构进行说明。
处理部31具有：存储部21，其对V相线圈的温度及W相线圈的温度进行存储；电阻计算部32，其是对V相线圈的电阻及W相线圈的电阻进行计算的第2电阻计算部；铜损计算部33，其对铜损进行计算；温度计算部34，其对V相线圈及W相线圈的温度进行计算；信号生成部19，其生成信号；以及输出部20，其将信号输出。
存储部21对通过前一次的处理而计算的V相线圈的温度及W相线圈的温度进行存储。
电阻计算部32基于在存储部21中存储的V相线圈的温度，对V相线圈的电阻进行计算。电阻计算部32基于在存储部21中存储的W相线圈的温度，对W相线圈的电阻进行计算。
铜损计算部33基于U相线圈的电流和电阻，对U相线圈的铜损进行计算，基于V相线圈的电流和电阻，对V相线圈的铜损进行计算，基于W相线圈的电流和电阻，对W相线圈的铜损进行计算。
温度计算部34基于U相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算。温度计算部34基于该热阻和V相线圈的铜损，对V相线圈的温度进行计算，另外，基于该热阻和W相线圈的铜损，对W相线圈的温度进行计算。具体地说，温度计算部34具有：时间测量部34a，其对时间进行测量；热阻计算部34b，其对热阻进行计算；以及计算部34c，其对V相线圈的温度及W相线圈的温度进行计算。热阻计算部34b通过时间测量部34a对开始直流控制的时刻t1进行测量，另外，通过时间测量部34a对从开始直流控制起n秒后的时刻t2进行测量。热阻计算部34b基于时刻t1的U相线圈的温度、时刻t2的U相线圈的温度和U相线圈的铜损，对热阻进行计算。
信号生成部19在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。输出部20输出使电动机3停止的信号。
接下来，关于上述的处理部31的具体动作，使用图4所示的流程图进行说明。此外，设为在存储部21中存储有通过前一次的处理计算出的V相线圈的温度Tv1及W相线圈的温度Tw1。
在步骤ST21中，保护装置6判断是否正在进行电动机3的直流控制。在判断为正在进行直流控制的情况下(Yes)，进入至步骤ST22，在判断为没有进行直流控制，即电动机3正在驱动的情况下(No)，进入至步骤ST13。此外，关于从步骤ST13至步骤ST17的各工序，在后面记述的实施方式4中进行说明。
在步骤ST22中，温度检测部11对U相线圈的温度Tu进行检测。
在步骤ST23中，电阻计算部12基于通过步骤ST22的工序而检测出的U相线圈的温度Tu，对U相线圈的电阻Ru进行计算。具体地说，电阻计算部12在(10)式中代入U相线圈的温度Tu而对U相线圈的电阻Ru进行计算。此外，R是20度时的电阻，是常数。
Ru＝(234.5+Tu－20)÷(234.5+20)×R···(10)
在步骤ST24中，电阻计算部32对V相线圈的电阻Rv及W相线圈的电阻Rw进行计算。具体地说，电阻计算部32将在存储部21中存储的V相线圈的温度Tv1和W相线圈的温度Tw1读出，将V相线圈的温度Tv1代入至(11)式，对V相线圈的电阻Rv进行计算，另外，将W相线圈的温度Tw1代入至(12)式，对W相线圈的电阻Rw进行计算。
Rv＝(234.5+Tv1－20)÷(234.5+20)×R···(11)
Rw＝(234.5+Tw1－20)÷(234.5+20)×R···(12)
在步骤ST25中，电流检测部13对W相线圈的电流Iw进行计算。在这里，对电流检测部13的具体动作进行说明。此外，U相线圈的电流Iu及V相线圈的电流Iv由电流检测部13直接检测。
电流检测部13将U相线圈的电流Iu代入至(13)式，对相电流I进行计算。此外，电流检测部13也可以将V相线圈的电流Iv代入至(14)式，对相电流I进行计算。电流检测部13将相电流I和旋转角度α代入至(15)式，对W相线圈的电流Iw进行计算。
Iu＝I×cos(α)···(13)
Iv＝I×cos(α+2/3×π)···(14)
Iw＝I×cos(α+4/3×π)···(15)
在步骤ST26中，铜损计算部33对U相线圈的铜损Pu、V相线圈的铜损Pv及W相线圈的铜损Pw进行计算。具体地说，铜损计算部33将U相线圈的电流Iu和电阻Ru代入至(16)式，对U相线圈的铜损Pu进行计算。铜损计算部33将V相线圈的电流Iv和电阻Rv代入至(17)式，对V相线圈的铜损Pv进行计算。铜损计算部33将W相线圈的电流Iw和电阻Rw代入至(18)式，对W相线圈的铜损Pw进行计算。
Pu＝Iu2×Ru···(16)
Pv＝Iv2×Rv···(17)
Pw＝Iw2×Rw···(18)
在步骤ST27中，温度计算部34基于U相线圈的铜损Pu和温度Tu，对热阻Rth进行计算。此外，热阻Rth是U相线圈和大气之间的热阻。具体地说，温度计算部34将在开始直流控制时检测出的U相线圈的温度设为Tu1，将从开始直流控制起n秒后检测出的U相线圈的温度设为Tu2，将该n(sec)和U相线圈的铜损Pu代入至(19)式，对热阻Rth[K/W]进行计算。此外，C是热容[J/K]，是已知的值。另外，C受温度依赖性的影响小。另外，(19)式中的热阻Rth是指数函数，因此使用差分计算、Z变换或者双线性变换进行计算。
Tu2＝(Pu×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))+Tu1×exp(－n÷(C×Rth))···(19)
在步骤ST28中，温度计算部34对V相线圈的温度Tv2及W相线圈的温度Tw2进行计算。具体地说，温度计算部34将热阻Rth、V相线圈的铜损Pv和在存储部21中存储的V相线圈的温度Tv1代入至(20)式，对V相线圈的温度Tv2进行计算。温度计算部34将热阻Rth、W相线圈的铜损Pw和在存储部21中存储的W相线圈的温度Tw1代入至(21)式，对W相线圈的温度Tw2进行计算。此外，热阻Rth使用三相均相同的值。
Tv2＝(Pv×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))+Tv1×exp(－n÷(C×Rth))···(20)
Tw2＝(Pw×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))+Tw1×exp(－n÷(C×Rth))···(21)
在步骤ST29中，信号生成部19判断U相线圈的温度Tu2、V相线圈的温度Tv2或者W相线圈的温度Tw2是否超过所设定的温度。在判断为即使任一个线圈超过所设定的温度的情况下(Yes)，进入至步骤ST31，在判断为全部线圈没有超过所设定的温度的情况下(No)，进入至步骤ST30。
在步骤ST30中，温度计算部34将U相线圈的温度Tu2、V相线圈的温度Tv2及W相线圈的温度Tw2存储于存储部21。此外，温度计算部34将温度Tu2设为温度Tu1，将温度Tv2设为温度Tv1，将温度Tw2设为温度Tw1而存储于存储部21。另外，在冷启动时，设为“Tu1＝Tv1＝Tw1＝0”。在执行步骤ST30的工序后，返回至步骤ST21的工序。
在步骤ST31中，信号生成部19生成使电动机3停止的信号。
在步骤ST32中，输出部20将使电动机3停止的信号输出至逆变器装置2。逆变器装置2在被输入使电动机3停止的信号的情况下，将直流电流的供给停止。电动机3由于直流电流的供给被停止，因此冷却，温度降低。
由此，保护装置6在电动机3正在被进行直流控制的状态下，在任意的线圈超过所设定的温度的情况下，输出使电动机3的驱动停止的信号，由此即使由热检测器4正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机3进行保护。
另外，保护装置6预先设定有热容，在所设定的定时对各相线圈的温度进行计算，对任意的线圈是否超过所设定的温度进行检测，因此在电动机3的冷却状态变化、任意的线圈超过所设定的温度的情况下，通过使电动机3的驱动停止，从而能够对电动机3进行保护。
实施方式3.
接下来，对具有实施方式3所涉及的保护装置7的伺服电动机102的结构进行说明。图5是表示实施方式3所涉及的伺服电动机102的结构的图。此外，在实施方式3中，设想电动机3为水冷式而进行说明，但并不限定于水冷式。
伺服电动机102具有：逆变器装置2，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，将变换后的直流电压再次变换为交流电压，将变换后的交流电压输出；电动机3，其由逆变器装置2驱动；保护装置7，其对电动机3进行保护；热检测器4，其对构成电动机3的一相线圈的热进行检测；以及旋转检测器5，其对电动机3的旋转角度进行检测。
电动机3由第一相线圈、第二相线圈及第三相线圈构成。下面，将第一相线圈称为U相线圈，将第二相线圈称为V相线圈，将第三相线圈称为W相线圈。
设为热检测器4对U相线圈的热进行检测而进行说明，但热检测器4也可以对V相线圈或者W相线圈的热进行检测。旋转检测器5对电动机3的旋转角度进行检测。
另外，关于实施方式3所涉及的伺服电动机102的保护装置7和实施方式2所涉及的伺服电动机101的保护装置6，仅处理部41和处理部31的结构不同，其他结构相同。下面，对与伺服电动机101相同的结构要素标注相同的标号。
在这里，对在电动机3正在被进行直流控制的状态下的处理部41的具体结构进行说明。
处理部41具有：铜损计算部33，其对铜损进行计算；时间测量部34a，其对时间进行测量；热阻计算部34b，其对热阻进行计算；信号生成部19，其生成信号；以及输出部20，其将信号输出。
铜损计算部33基于U相线圈的电流和电阻，对U相线圈的铜损进行计算。具体地说，铜损计算部33将U相线圈的电流Iu和电阻Ru代入至(22)式，对U相线圈的铜损Pu进行计算。
Pu＝Iu2×Ru···(22)
热阻计算部34b基于U相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算。具体地说，热阻计算部34b通过时间测量部34a对开始直流控制时的时刻t1进行测量，另外，对从开始直流控制起n秒后的时刻t2进行测量。热阻计算部34b将在时刻t1检测出的U相线圈的温度设为Tu1，将在时刻t2检测出的U相线圈的温度设为Tu2，将U相线圈的铜损Pu代入至(23)式，对热阻Rth[K/W]进行计算。此外，C是热容[J/K]，是已知的值。但是，(23)式中的热阻Rth是指数函数，因此使用差分计算、Z变换或者双线性变换进行计算。
Tu2＝(Pu×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))+Tu1×exp(－n÷(C×Rth))···(23)
信号生成部19在检测出由热阻计算部34b计算出的热阻超过所设定的电阻的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。输出部20输出使电动机3停止的信号。
由此，保护装置7在电动机3正在被进行直流控制的状态下，在热阻超过所设定的电阻的情况下，输出使电动机3的驱动停止的信号，由此即使由热检测器4正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机3进行保护。
另外，保护装置7预先设定有热容，在所设定的定时对热阻进行计算，对是否超过所设定的电阻进行检测，因此在电动机3的冷却状态恶化、超过所设定的电阻的情况下，通过使电动机3的驱动停止，从而能够对电动机3进行保护。
实施方式4.
接下来，对具有实施方式4所涉及的保护装置8的伺服电动机103的结构进行说明。图6是表示实施方式4所涉及的伺服电动机103的结构的图。图7是用于对实施方式4所涉及的处理部52的动作进行说明的流程图。
伺服电动机103具有：逆变器装置2，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，将变换后的直流电压再次变换为交流电压，将变换后的交流电压输出；电动机3，其由逆变器装置2驱动；保护装置8，其对电动机3进行保护；热检测器4，其对构成电动机3的一相线圈的热进行检测；以及旋转检测器5，其对电动机3的旋转角度进行检测。
电动机3由第一相线圈、第二相线圈及第三相线圈构成。下面，将第一相线圈称为U相线圈，将第二相线圈称为V相线圈，将第三相线圈称为W相线圈。
设为热检测器4对U相线圈的热进行检测而进行说明，但热检测器4也可以对V相线圈或者W相线圈的热进行检测。旋转检测器5对电动机3的旋转角度进行检测。
另外，关于实施方式4所涉及的伺服电动机103的保护装置8和实施方式2所涉及的伺服电动机101的保护装置6，仅处理部52和处理部31的结构不同，其他结构相同。下面，对与伺服电动机101相同的结构要素标注相同的标号。
保护装置8具有：温度检测部11，其对U相线圈的温度进行检测；电流检测部13，其对电流进行检测；电压检测部51，其对从逆变器装置2向电动机3供给的电压进行检测；处理部52，其输出使电动机3停止的信号；以及相位检测部15，其基于由旋转检测器5检测出的值，对电动机3的电压及电流相位进行检测。
在这里，对电动机3正在驱动的状态下的处理部52的具体结构进行说明。处理部52具有：存储部21，其对V相线圈的温度及W相线圈的温度进行存储；扭矩值计算部53，其对扭矩值进行计算；转数检测部54，其对电动机3的转数进行检测；输出计算部55，其对输出进行计算；输入计算部56，其对输入进行计算；全损耗计算部57，其对全损耗进行计算；温度计算部58，其对V相线圈及W相线圈的温度进行计算；信号生成部19，其生成信号；以及输出部20，其将信号输出。
存储部21对通过前一次的处理而计算出的V相线圈的温度及W相线圈的温度进行存储。
扭矩值计算部53基于由电流检测部13检测出的电流，对扭矩值进行计算。具体地说，扭矩值计算部53基于由电流检测部13检测出的电流，进行dq坐标变换，对扭矩值进行计算。
转数检测部54将电动机3的极数和从逆变器装置2检测出的频率f代入至(24)式，对电动机3的转数N进行检测。
N＝120÷f×电动机的极数···(24)
输出计算部55基于扭矩值和电动机3的转数，对输出进行计算。具体地说，输出计算部55将扭矩值T和转数N代入至(25)式，对输出Pout进行计算。
Pout＝T×(2π×N÷60)÷1000···(25)
输入计算部56基于由电流检测部13检测出的电流和由电压检测部51检测出的电压，对输入进行计算。具体地说，输入计算部56将电流I和电压V代入至(26)式，对输入Pin进行计算。此外，cosβ表示功率因数。
Pin＝√3×I×V×cosβ···(26)
全损耗计算部57基于输出和输入，对由电动机3的驱动引起的全损耗进行计算。具体地说，全损耗计算部57如(27)式所示，通过从输入Pin减去输出Pout，从而对全损耗P进行计算。
P＝Pin－Pout···(27)
温度计算部58基于全损耗和U相线圈的温度，对热阻进行计算，基于该热阻和全损耗，对V相线圈的温度和W相线圈的温度进行计算。具体地说，温度计算部58具有：时间测量部58a，其对时间进行测量；热阻计算部58b，其对热阻进行计算；以及计算部58c，其对V相线圈的温度及W相线圈的温度进行计算。热阻计算部58b通过时间测量部58a对开始驱动时的时刻t1进行测量，另外，通过时间测量部58a对结束驱动时的时刻t2进行测量。热阻计算部58b基于时刻t1的U相线圈的温度、时刻t2的U相线圈的温度和全损耗，对热阻进行计算。
信号生成部19在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。输出部20输出使电动机3停止的信号。
接下来，关于上述的处理部52的具体动作，使用图7所示的流程图而进行说明。此外，下面，关于在上述的步骤ST1及上述的步骤ST21的工序中判断为没有进行直流控制，即电动机3正在驱动的情况下(No)的处理部52的动作而进行说明。
在步骤ST13中，温度计算部58对由时间测量部58a所设定的驱动时间进行测量。
在步骤ST14中，温度计算部58基于测量出的驱动时间，对从驱动的开始至结束为止的时间进行计算。下面，将由温度计算部58计算出的时间称为“n1”。
在步骤ST15中，温度计算部58基于由全损耗计算部57计算出的全损耗P和由温度检测部11检测出的U相线圈的温度Tu，对热阻Rth进行计算。具体地说，温度计算部58将在驱动开始时由温度检测部11检测出的U相线圈的温度设为Tu1，将在驱动结束时由温度检测部11检测出的U相线圈的温度设为Tu2，将全损耗P和通过步骤ST14的工序而计算出的时间n1代入至(28)式，对热阻Rth[K/W]进行计算。此外，C是热容[J/K]，是已知的值。另外，(28)式中的热阻Rth是指数函数，因此使用差分计算、Z变换或者双线性变换进行计算。
Tu2＝(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))+Tu1×exp(－n1÷(C×Rth))···(28)
在步骤ST16中，温度计算部58对V相线圈的温度Tv2及W相线圈的温度Tw2进行计算。具体地说，温度计算部58将热阻Rth、全损耗P和在存储部21中存储的V相线圈的温度Tv1代入至(29)式，对V相线圈的温度Tv2进行计算。另外，温度计算部58将热阻Rth、全损耗P和在存储部21中存储的W相线圈的温度Tw1代入至(30)式，对W相线圈的温度Tw2进行计算。此外，热阻Rth及全损耗P使用三相均相同的值。另外，在冷启动时，设为“Tu1＝Tv1＝Tw1”。
Tv2＝(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))+Tv1×exp(－n1÷(C×Rth))···(29)
Tw2＝(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))+Tw1×exp(－n1÷(C×Rth))···(30)
在步骤ST17中，信号生成部19判断U相线圈的温度Tu2、V相线圈的温度Tv2或者W相线圈的温度Tw2是否超过所设定的温度。在判断为即使任一个线圈超过所设定的温度的情况下(Yes)，进入至步骤ST11或者步骤ST31，在判断为全部线圈没有超过所设定的温度的情况下(No)，进入至步骤ST10或者步骤ST30。
由此，保护装置8在电动机3正在驱动的状态下，在任意的线圈超过所设定的温度的情况下，输出使电动机3的驱动停止的信号，由此即使由热检测器4正在检测的线圈以外的线圈的温度变高，也能够对电动机3进行保护。
另外，保护装置8在电动机3重复短时间的驱动和直流控制而各相线圈的温度不同的状态下，在任意的线圈超过所设定的温度的情况下，使电动机3的驱动停止，由此能够对电动机3进行保护。
此外，实施方式1所涉及的保护装置1、实施方式2所涉及的保护装置6、实施方式3所涉及的保护装置7及实施方式4所涉及的保护装置8如图8所示，可以由下述部分构成：CPU201，其进行运算；ROM 202，其对由CPU 201读取的程序进行保存；RAM 203，其对保存于ROM202的程序进行展开；以及接口204，其进行信号的输入输出。
具体地说，在ROM 202中储存有执行上述的保护装置1的各结构要素的功能的程序。CPU 201将保存于ROM 202的程序读出至RAM 203，基于U相线圈的电阻、电流和旋转角度，对U相线圈的电压、V相线圈的电压及W相线圈的电压进行计算。CPU 201基于V相线圈的电流和电压，对V相线圈的电阻进行计算，基于W相线圈的电流和电压，对W相线圈的电阻进行计算。CPU 201基于V相线圈的电阻，对V相线圈的温度进行计算，基于W相线圈的电阻，对W相线圈的温度进行计算。CPU 201在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。使电动机3的驱动停止的信号经由接口204而输出至逆变器装置2。
另外，在ROM 202中储存有执行上述的保护装置6的各结构要素的功能的程序。CPU201将保存于ROM 202的程序读出至RAM203，基于V相线圈的温度，对V相线圈的电阻进行计算，基于W相线圈的温度，对W相线圈的电阻进行计算。CPU 201基于U相线圈的电流和电阻，对U相线圈的铜损进行计算，基于V相线圈的电流和电阻，对V相线圈的铜损进行计算，基于W相线圈的电流和电阻，对W相线圈的铜损进行计算。CPU 201基于U相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算，基于该热阻和V相线圈的铜损，对V相线圈的温度进行计算，基于该热阻和W相线圈的铜损，对W相线圈的温度进行计算。CPU 201在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。使电动机3的驱动停止的信号经由接口204而输出至逆变器装置2。
另外，在ROM 202中储存有执行上述的保护装置7的各结构要素的功能的程序。CPU201将保存于ROM 202的程序读出至RAM203，基于U相线圈的电流和电阻，对U相线圈的铜损进行计算。CPU 201基于U相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算。CPU 201在检测出热阻超过所设定的电阻的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。使电动机3的驱动停止的信号经由接口204而输出至逆变器装置2。
另外，在ROM 202中储存有执行上述的保护装置8的各结构要素的功能的程序。CPU201将保存于ROM 202的程序读出至RAM203，基于电流，对扭矩值进行计算。CPU 201对电动机3的转数进行检测。CPU 201基于扭矩值和电动机3的转数，对输出进行计算。CPU 201基于检测出的电流及电压，对输入进行计算。CPU 201基于输出和输入，对由电动机3的驱动引起的全损耗进行计算。CPU 201基于全损耗和U相线圈的温度，对热阻进行计算，基于该热阻和全损耗，对V相线圈的温度和W相线圈的温度进行计算。CPU 201在检测出U相线圈的温度、V相线圈的温度或者W相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，生成使电动机3的驱动停止的信号。使电动机3的驱动停止的信号经由接口204而输出至逆变器装置2。
以上的实施方式所示的结构示出本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够将结构的一部分省略、变更。
标号的说明
1、6、7、8保护装置，2逆变器装置，3电动机，4热检测器，5旋转检测器，11温度检测部，12、32、34电阻计算部，13电流检测部，13a检测部，13b计算部，14、31、41、52处理部，15相位检测部，16电压计算部，16a第1电压计算部，16b第2电压计算部，17电阻计算部，18、34、58温度计算部，19信号生成部，20输出部，21存储部，33铜损计算部，34a、58a时间测量部，34b、58b热阻计算部，34c、58c计算部，53扭矩值计算部，54转数检测部，55输出计算部，56输入计算部，57全损耗计算部，100、101、102、103伺服电动机。

Claims (4)

1.一种保护装置，其对由逆变器装置驱动的电动机进行保护，
该保护装置的特征在于，具有：
温度检测部，其对所述电动机的第一相线圈的温度进行检测；
第1电阻计算部，其基于由所述温度检测部检测出的温度，对该第一相线圈的电阻进行计算；
电流检测部，其对从所述逆变器装置向所述电动机供给的电流进行检测；
处理部，其基于由所述第1电阻计算部计算出的电阻和由所述电流检测部检测出的电流，对所述电动机的第二相线圈的温度及第三相线圈的温度进行计算，在检测出所述第一相线圈的温度、所述第二相线圈的温度或者所述第三相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使所述电动机停止的信号；以及
角度检测部，其对所述电动机的旋转角度进行检测，
在所述电动机正在被进行直流控制的状态下，
所述电流检测部基于检测出的电流即所述第一相线圈的电流或者所述第二相线圈的电流和所述旋转角度，对所述第三相线圈的电流进行计算，
所述处理部具有：
存储部，其对通过前一次的处理而计算出的所述第二相线圈的温度及所述第三相线圈的温度进行存储；
第2电阻计算部，其基于在所述存储部中存储的所述第二相线圈的温度，对所述第二相线圈的电阻进行计算，基于在所述存储部中存储的所述第三相线圈的温度，对所述第三相线圈的电阻进行计算；
铜损计算部，其基于所述第一相线圈的电流和电阻，对所述第一相线圈的铜损进行计算，基于所述第二相线圈的电流和电阻，对所述第二相线圈的铜损进行计算，基于所述第三相线圈的电流和电阻，对所述第三相线圈的铜损进行计算；
温度计算部，其基于所述第一相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算，基于该热阻和所述第二相线圈的铜损，对所述第二相线圈的温度进行计算，基于该热阻和所述第三相线圈的铜损，对所述第三相线圈的温度进行计算；
信号生成部，其在检测出所述第一相线圈的温度、所述第二相线圈的温度或者所述第三相线圈的温度超过所述所设定的温度的情况下，生成使所述电动机停止的信号；以及
输出部，其将所述信号输出。
2.一种保护装置，其对由逆变器装置驱动的电动机进行保护，该保护装置的特征在于，具有：
温度检测部，其对所述电动机的第一相线圈的温度进行检测；
第1电阻计算部，其基于由所述温度检测部检测出的温度，对该第一相线圈的电阻进行计算；
电流检测部，其对从所述逆变器装置向所述电动机供给的电流进行检测；以及
处理部，其基于由所述第1电阻计算部计算出的电阻和由所述电流检测部检测出的电流，对所述电动机的第二相线圈的温度及第三相线圈的温度进行计算，在检测出所述第一相线圈的温度、所述第二相线圈的温度或者所述第三相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使所述电动机停止的信号，
在所述电动机正在被进行直流控制的状态下，
所述处理部具有：
铜损计算部，其基于所述第一相线圈的电流和电阻，对所述第一相线圈的铜损进行计算；
热阻计算部，其基于所述第一相线圈的铜损和温度，对热阻进行计算；
信号生成部，其在检测出所述热阻超过所设定的电阻的情况下，生成使所述电动机停止的信号；以及
输出部，其将所述信号输出。
3.一种保护装置，其对由逆变器装置驱动的电动机进行保护，
该保护装置的特征在于，具有：
温度检测部，其对所述电动机的第一相线圈的温度进行检测；
第1电阻计算部，其基于由所述温度检测部检测出的温度，对该第一相线圈的电阻进行计算；
电流检测部，其对从所述逆变器装置向所述电动机供给的电流进行检测；
处理部，其基于由所述第1电阻计算部计算出的电阻和由所述电流检测部检测出的电流，对所述电动机的第二相线圈的温度及第三相线圈的温度进行计算，在检测出所述第一相线圈的温度、所述第二相线圈的温度或者所述第三相线圈的温度超过所设定的温度的情况下，输出使所述电动机停止的信号；
角度检测部，其对所述电动机的旋转角度进行检测；以及
电压检测部，其对从所述逆变器装置向所述电动机供给的电压进行检测，
在所述电动机正在驱动的状态下，
所述电流检测部基于检测出的电流即所述第一相线圈的电流或者所述第二相线圈的电流和所述旋转角度，对所述第三相线圈的电流进行计算，
所述处理部具有：
存储部，其对通过前一次的处理而计算出的所述第二相线圈的温度及所述第三相线圈的温度进行存储；
扭矩值计算部，其基于由所述电流检测部检测出的电流，对扭矩值进行计算；
转数检测部，其对所述电动机的转数进行检测；
输出计算部，其基于所述扭矩值和所述电动机的转数，对输出进行计算；
输入计算部，其基于由所述电流检测部检测出的电流和由所述电压检测部检测出的电压，对输入进行计算；
全损耗计算部，其基于所述输入和所述输出，对由所述电动机的驱动引起的全损耗进行计算；
温度计算部，其基于所述全损耗和所述第一相线圈的温度，对热阻进行计算，基于该热阻和所述全损耗，对所述第二相线圈的温度和所述第三相线圈的温度进行计算；
信号生成部，其在检测出所述第一相线圈的温度、所述第二相线圈的温度或者所述第三相线圈的温度超过所述所设定的温度的情况下，生成使所述电动机停止的信号；以及
输出部，其将所述信号输出。
4.一种伺服电动机，其特征在于，
具有权利要求1至3中任一项所述的保护装置。
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