CN107896515A - 伺服电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

目的在于得到能够通过简单的电路结构选择性地降低通断噪声及通断损耗的伺服电动机控制装置。伺服电动机控制装置(6)具有：作为半导体模块的IPM(5)，其包含将直流电压变换为交流电压输出至伺服电动机(7)的逆变器电路(3)及对逆变器电路(3)进行驱动的逆变器驱动电路(10)；以及供给电压控制部(18)，其基于来自安装于伺服电动机(7)的编码器(17)的信息、逆变器电路(3)的输出电流及来自外部的指令信息，与伺服电动机(7)的状态对应地对向IPM(5)的供给电压进行控制。

Description

伺服电动机控制装置

技术领域

本发明涉及具有半导体模块的伺服电动机控制装置。

背景技术

当前，就采用了IPM(Intelligent Power Module)的逆变器电路而言，在IPM内搭载电压驱动型的功率半导体开关元件。该功率半导体开关元件是使用供给至IPM的IPM供给电压进行通断控制的。此外，IPM是内置有专用IC(Integrated Circuit)的半导体模块，该专用IC实现相对于短路、过电流、控制电源电压的下降或过热的保护功能。

在作为现有技术的专利文献1中，公开了通过将半导体开关元件的栅极电阻设为可变，从而降低截止损耗的技术。通过将半导体开关元件的栅极电阻设为可变，从而能够降低通断损耗或通断噪声。

专利文献1：日本特开2002-125363号公报

发明内容

但是，根据上述现有技术，需要将栅极电阻设为可变的结构。因此，存在下述问题，即，不能应用于栅极电阻被配置在内部的半导体模块。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种伺服电动机控制装置，该伺服电动机控制装置包含能够通过简单的电路结构选择性地降低通断噪声及通断损耗的半导体模块。

为了解决上述课题，达成目的，本发明的特征在于，具有：半导体模块，其包含逆变器电路以及逆变器驱动电路，该逆变器电路将直流电压变换为交流电压而输出至伺服电动机，该逆变器驱动电路对该逆变器电路进行驱动；以及供给电压控制部，其基于来自安装于所述伺服电动机的编码器的信息、所述逆变器电路的输出电流及来自外部的指令信息，与所述伺服电动机的状态对应地对向所述半导体模块的供给电压进行控制。

发明的效果

本发明涉及的伺服电动机控制装置，取得下述效果，即，能够得到一种伺服电动机控制装置，该伺服电动机控制装置包含能够通过简单的电路结构选择性地降低通断噪声及通断损耗的半导体模块。

附图说明

图1是表示与实施方式涉及的伺服电动机控制装置连接的设备的结构的图。

图2是表示位置反馈值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示位置。

图3是表示电流反馈值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示电流。

图4是表示速度反馈值及扭矩指令值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示速度及扭矩。

图5是表示IPM的一部分及三相电动机的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式涉及的伺服电动机控制装置进行详细说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

实施方式.

图1是表示与本发明的实施方式涉及的伺服电动机控制装置连接的设备的结构的图。图1所示的伺服电动机控制装置6具有：转换器电路2；作为半导体模块的一个例子的IPM5；电源电路11；IPM供给电压控制部12；指令IF(InterFace)电路13；伺服电动机运行状态控制部14；以及反馈电路15，在伺服电动机控制装置6的交流输入端子L1、L2、L3连接有三相交流电源1，在输出端子U、V、W连接有伺服电动机7。此外，在本发明中，连接的交流电源不限定于三相交流电源，也可以是单相交流电源。此外，将电源电路11、IPM供给电压控制部12、伺服电动机运行状态控制部14汇总作为供给电压控制部18。

转换器电路2与交流输入端子L1、L2、L3连接，具有二极管8a、8b、8c、8d、8e、8f和主电路电容器9。二极管8a、8b、8c、8d、8e、8f将从交流输入端子L1、L2、L3供电的交流电压变换为直流电压而生成母线电压。主电路电容器9对二极管8a、8b、8c、8d、8e、8f的输出即母线电压进行平滑化。

IPM 5具有逆变器电路3和逆变器驱动电路10，IPM 5是将母线电压变换为可变电压及可变频率的三相交流电压而输出至输出端子U、V、W的半导体模块。此外，转换器电路2也可以包含于IPM 5。逆变器电路3具有三相桥式连接的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)4a、4b、4c、4d、4e、4f，将直流电压变换为交流电压。逆变器驱动电路10与IGBT4a、4b、4c、4d、4e、4f的栅极连接，对逆变器电路3进行驱动。此外，IGBT 4a、4b、4c、4d、4e、4f各自具有续流二极管18a、18b、18c、18d、18e、18f。在IPM 5与输出端子U、V之间设置有电流传感器17a、17b。电流传感器17a对U相的输出电流进行检测，电流传感器17b对V相的输出电流进行检测，输出至反馈电路15。

另外，逆变器电路3的输出与伺服电动机7连接。伺服电动机7具有三相电动机16和编码器17。编码器17取得三相电动机16的旋转速度，作为编码器信息输出至反馈电路15。

电源电路11基于来自IPM供给电压控制部12的IPM供给电压指令，生成IPM供给电压而输出至逆变器驱动电路10。

IPM供给电压控制部12基于来自伺服电动机运行状态控制部14的电压控制指令，决定出IPM供给电压指令而输出至电源电路11。

指令IF电路13将来自外部的即来自控制器的指令值传递至伺服电动机运行状态控制部14。

伺服电动机运行状态控制部14输出用于对供给至IPM 5的电压进行控制的电压控制指令。

反馈电路15取得由编码器17取得的编码信息所包含的旋转速度及由电流传感器17a、17b取得的电流值，将作为反馈信息的旋转速度及电流反馈值输出至伺服电动机运行状态控制部14。

伺服电动机运行状态控制部14对反馈信息的位置反馈值进行监视。如果位置反馈值在设定好的期间是恒定的，则处于伺服锁定状态。在伺服锁定状态下，存在伺服电动机7的负载大的情况，即高负载的情况，和伺服电动机7的负载小的情况，即低负载的情况，伺服电动机7的负载的大小是通过反馈信息所包含的电流反馈值判断的。

但是，已知通常如果使功率半导体开关元件的通断速度变快，则通断损耗降低，如果使功率半导体开关元件的通断速度变慢，则通断噪声降低。

在伺服电动机7的负载大的情况下，逆变器电路3的损耗大，因此优选将IPM供给电压设得高，使通断损耗降低。在伺服电动机7的负载小的情况下，转换器电路2的发热小，因此优选将IPM供给电压设得低，使通断噪声降低。因此，在伺服锁定状态下，通过伺服电动机运行状态控制部14将IPM供给电压设为可变，从而能够降低通断噪声或通断损耗。

图2是表示位置反馈值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示位置。在图2中，存在位置反馈值20恒定的期间，该期间处于伺服锁定状态。在伺服锁定状态下，三相电动机16的做功量变成0，因此伺服电动机7内的未图示的伺服放大器的输出也变成0，内置于IPM 5或与其邻接的转换器电路2的损耗变成0，IPM 5内的元件温度产生温度裕度。伺服电动机运行状态控制部14参照位置反馈值20，在伺服电动机7运行过程中如果检测到伺服锁定状态，则以降低通断噪声或通断损耗的方式将IPM供给电压设为可变。这样，可以根据伺服电动机7的运行状态进行切换，可以与伺服电动机7的运行状态对应地进行控制。

伺服电动机运行状态控制部14对反馈信息的电流反馈值进行监视。在电流反馈值比设定好的值高的情况下，伺服电动机7的负载大，处于高负载状态，因此为了降低通断损耗，通过与低负载状态即电流反馈值小于设定好的值时相比提高IPM供给电压，将IGBT 4a、4b、4c、4d、4e、4f的通断速度加快，从而降低通断损耗。

图3是表示电流反馈值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示电流。在图3中，在处于电流反馈值21高，伺服电动机7的高负载状态即负载大的状态持续的运行模式时，如果参照电流反馈值21而检测出伺服电动机7的高负载状态持续，则将IPM供给电压提高以降低通断损耗。这样，可以根据伺服电动机7的运行状态进行切换，可以与伺服电动机7的运行状态对应地进行控制。

伺服电动机运行状态控制部14对速度反馈值及扭矩指令值进行监视。扭矩指令值包含于指令IF电路13输出的指令值。在扭矩指令值的正负符号反转时，伺服电动机7处于再生过程中。在伺服电动机7的再生过程中，转换器电路2的负载小，因此在逆变器电路3产生温度裕度。因此，如果利用该产生的温度裕度，将IPM供给电压降低，则能够降低通断噪声。即，在伺服电动机7处于再生过程中的情况下，将IPM供给电压设为比不处于再生过程中时低。

图4是表示速度反馈值及扭矩指令值的变化的图，横轴表示时间，纵轴表示速度及扭矩。在图4中，如果伺服电动机7在正转的过程中减速，则在减速的过程中对伺服电动机7实施制动，因此虽然速度反馈值22为正，但扭矩指令值23的正负符号反转，扭矩指令向相反方向传递。参照速度反馈值22及扭矩指令值23，如果扭矩指令值23为负，则处于再生过程中，能够以使通断噪声降低的方式控制IPM供给电压，改善EMC(Electro MagneticCompatibility)特性。

在伺服电动机7的额定输出比逆变器电路3的额定输出大，伺服电动机7的额定输出存在裕量的情况下，转换器电路2的负载小，因此在逆变器电路3产生温度裕度。因此，如果利用该温度裕度，使IPM供给电压降低，则能够降低通断噪声。

另外，在希望抑制三相电动机16的发热的情况下，或希望抑制由于逆变器电路3的载波频率产生的载波音的情况下，改变逆变器电路3的载波频率，但在该情况下，能够通过与逆变器电路3的载波频率对应地对IPM供给电压进行控制，从而对IGBT 4a、4b、4c、4d、4e、4f的通断速度进行控制。在逆变器电路3的载波频率高的情况下，通断损耗大，因此使通断速度变快而降低通断损耗。在逆变器电路3的载波频率低的情况下，通断损耗小，因此使通断速度变慢而降低通断噪声。

这样，能够与设定好的逆变器电路3的载波频率的变更对应地变更IPM供给电压，降低通断损耗或通断噪声。

根据本实施方式，能够得到如下的伺服电动机控制装置6，即，并未使电路结构复杂化，通过根据伺服电动机7的运行状况将向IPM5的供给电压设为可变，从而能够选择性地降低通断噪声及通断损耗。

图5是表示IPM 5的一部分及三相电动机16的图。在图5中示出了包含逆变器驱动电路10及IGBT 4a、4b的IPM 5。设置于逆变器驱动电路10内的栅极电阻19a、19b与IGBT 4a、4b的栅极连接。如图5所示，栅极电阻19a、19b设置于IPM 5内，因此不能将电阻值设为可变，不能将IGBT 4a、4b的通断速度设为可变。

但是，根据三相电动机16的运行状态，有时应通过降低通断损耗，为了实现高输出化或抑制发热而进行控制。或者，也存在应通过降低通断噪声从而改善EMC特性的情况。当前，就具有IPM的伺服电动机控制装置而言，难以与这样的电动机的运行状态对应地以选择性地切换为通断损耗的降低或通断噪声的降低的方式进行控制。

如在本实施方式中说明的那样，能够得到可通过简单的电路结构选择性地降低通断噪声及通断损耗的伺服电动机控制装置。

以上的实施方式示出的结构表示的是本发明的内容的一个例子，既能够与其他公知的技术进行组合，也能够在不脱离本发明的主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1三相交流电源，2转换器电路，3逆变器电路，4a、4b、4c、4d、4e、4f IGBT，5 IPM，6伺服电动机控制装置，7伺服电动机，8a、8b、8c、8d、8e、8f二极管，9主电路电容器，10逆变器驱动电路，11电源电路，12 IPM供给电压控制部，13指令IF电路，14伺服电动机运行状态控制部，15反馈电路，16三相电动机，17编码器，17a、17b电流传感器，18供给电压控制部，18a、18b、18c、18d、18e、18f续流二极管，19a、19b栅极电阻，20位置反馈值，21电流反馈值，22速度反馈值，23扭矩指令值。

Claims (6)

1.一种伺服电动机控制装置，其特征在于，

具有：

半导体模块，其包含逆变器电路以及逆变器驱动电路，该逆变器电路将直流电压变换为交流电压而输出至伺服电动机，该逆变器驱动电路对该逆变器电路进行驱动；以及

供给电压控制部，其基于来自安装于所述伺服电动机的编码器的信息、所述逆变器电路的输出电流及来自外部的指令信息，与所述伺服电动机的状态对应地对向所述半导体模块的供给电压进行控制。

2.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述供给电压控制部在所述伺服电动机的状态处于伺服锁定状态的情况下，将向所述半导体模块的供给电压设为可变。

3.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述供给电压控制部在所述伺服电动机的状态处于高负载状态的情况下，与处于低负载状态时相比提高向所述半导体模块的供给电压。

4.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述供给电压控制部在所述伺服电动机的状态处于再生过程中的情况下，与并非处于再生的过程中时相比降低向所述半导体模块的供给电压。

5.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述供给电压控制部在所述伺服电动机的额定输出比所述逆变器电路的额定输出大的情况下，将向所述半导体模块的供给电压降低。

6.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述供给电压控制部与所述逆变器电路的载波频率对应地对向所述半导体模块的供给电压进行控制。