CN109936326B - 电动机驱动装置以及电动机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机驱动装置以及电动机驱动系统，其能够抑制制造成本，同时抑制电气柜所具备的热交换器的消耗电力。电动机驱动装置(10)被容纳在电气柜(2)的内部，驱动电动机(MTR)。该电动机驱动装置(10)具备：存储部(12)，其存储不因流过电动机(MTR)的电流的值I[Arms]而发热的量，作为发热量a[W]；电流检测部(13)，其检测流过电动机(MTR)的电流的值I[Arms]；热量计算部(14)，其根据存储在存储部(12)中的发热量a[W]与电流检测部(13)检测出的值I[Arms]所对应的热量q×K[W/Arms]×I[Arms]的和，计算释放到电气柜(2)的内部的热量P[W]。

Description

电动机驱动装置以及电动机驱动系统
技术领域
本发明涉及电动机驱动装置以及具备多个该电动机驱动装置的电动机驱动系统。
背景技术
以前，在电动机驱动装置中，使功率元件开关而向电动机流过电流，由此驱动电动机(例如参照专利文献1)。这时，功率元件、其外围电路发热，设置有电动机驱动装置的电气柜的内部温度上升。作为对策，一般在电气柜的内部设置热交换器。
但是，在热交换器的热交换能力固定的情况下，在功率元件等的发热量小时，热交换器的能力过剩。另一方面，通过与电气柜内的温度对应地进行热交换器的控制，能够抑制热交换器的消耗电力，但需要温度传感器而造成制造成本升高。
专利文献1：日本特开2012-170200号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置以及电动机驱动系统，其能够抑制制造成本，同时抑制电气柜所具备的热交换器的消耗电力。
(1)本发明的电动机驱动装置(例如后述的电动机驱动装置10、30)被容纳在壳体(例如后述的电气柜2)的内部，驱动电动机(例如后述的电动机MTR)，该电动机驱动装置具备：存储部(例如后述的存储部12)，其存储不因流过上述电动机的电流的值而发热的量，作为第一热量；电流检测部(例如后述的电流检测部13)，其检测流过上述电动机的电流的值；热量计算部(例如后述的热量计算部14)，其根据存储在上述存储部中的上述第一热量与上述电流检测部检测出的值所对应的第二热量的和，计算释放到上述壳体的内部的热量。
(2)在(1)的电动机驱动装置中，上述存储部可以存储因流过上述电动机的电流的值而发热的量中的释放到上述壳体的内部的比例，上述热量计算部可以对与上述电流检测部检测出的值对应的热量乘以存储在上述存储部中的上述比例来计算上述第二热量。
(3)(1)或(2)的电动机驱动装置可以还具备：通知部(例如后述通知部15)，其向外部装置(例如后述的热交换器控制装置5)通知上述热量计算部计算出的热量。
(4)本发明的电动机驱动系统(例如后述的电动机驱动系统21)可以具备多个(1)或(2)的电动机驱动装置，该电动机驱动系统具备：控制部(例如后述的频率控制部31)，其在全部的上述电动机驱动装置中的各个上述热量计算部计算出的热量的合计超过了预先确定的阈值的情况下，抑制上述电动机驱动装置释放到上述壳体的内部的热的量。
(5)(4)的电动机驱动系统也可以具备降低开关频率的频率控制部(例如后述的频率控制部31)，作为上述控制部。
(6)(4)或(5)的电动机驱动系统也可以还具备：警报部(例如后述的警报部25)，其在全部的上述电动机驱动装置中的各个上述热量计算部计算出的热量的合计超过了预先确定的第二阈值的情况下，发出警报。
根据本发明，能够提供电动机驱动装置和电动机驱动系统，其能够抑制制造成本，同时抑制电气柜所具备的热交换器的消耗电力。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电动机驱动系统的概要图。
图2是表示图1所示的电动机驱动系统的概要结构的框图。
图3是表示本发明的第二实施方式的电动机驱动系统的概要结构的框图。
图4是表示热量计算部计算出的热量和功率元件的开关频率之间的关系的图。
图5是表示热量计算部计算出的热量和警报之间的关系的图。
符号说明
1、21：电动机驱动系统；2：电气柜(壳体)；3：散热器；4：热交换器；5：热交换器控制装置(外部装置)；10、30：电动机驱动装置；11：功率元件；12：存储部；13：电流检测部；14：热量计算部；15：通知部；22：输入装置；23：阈值计算部；24：判定部；25：警报部；31：频率控制部(控制部)；MTR：电动机。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构附加相同的符号，并省略其说明。另外，在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式所产生的效果相同的效果省略说明。
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式的电动机驱动系统1的概要图。图2是表示图1所示的电动机驱动系统1的概要结构的框图。
如图1所示，电动机驱动系统1被容纳在收纳了控制NC机床的电路等的电气柜(壳体)2的内部，具备驱动电动机MTR的多个电动机驱动装置10。
电气柜2具备多个散热器3、热交换器4、热交换器控制装置(外部装置)5(参照图2)。
多个散热器3以与电动机驱动装置10所具备的功率元件(IGBT)11的各个紧贴的方式被设置在电气柜2的外侧，将电动机驱动装置10发出的热释放到电气柜2的外部。该散热器3可以具备风扇(省略图示)来提高散热性能。
热交换器4以将电气柜2的内外连接起来的方式被设置于电气柜2，将电动机驱动装置10释放到电气柜2的内部的热释放到电气柜2的外部。该热交换器4具备风扇(省略图示)，通过热交换器控制装置5(参照图2)控制风扇(省略图示)的旋转。
如图2所示，电动机驱动装置10具备存储部12、电流检测部13、热量计算部14和通知部15。
存储部12存储发热量(第一热量)a[W]、多个发热系数K[W/Arms]、比例q作为热量计算部14所使用的数值数据，并根据要求将所存储的数值数据a[W]、K[W/Arms]、q向热量计算部14输出。
发热量a[W]是用于控制伺服放大器(省略图示)的控制部件所释放的热量，与伺服放大器向电动机MTR流过的电流的值无关而是固定的。多个发热系数K[W/Arms]是与功率元件11(参照图1)的开关频率对应的值。比例q是在伺服放大器(省略图示)向电动机MTR流过电流时功率元件11(参照图1)等发热的量中的释放到电气柜2(参照图1)的内部的比例。即，比例q是因伺服放大器(省略图示)向电动机MTR流过的电流的值I[Arms]而发热的量中的释放到电气柜2(参照图1)的内部的比例。
电流检测部13检测伺服放大器(省略图示)向电动机MTR流过的电流的值I[Arms]，向热量计算部14输出所检测到的值I[Arms]。
热量计算部14根据存储在存储部12中的发热量a[W]与对与电流检测部13检测到的值I[Arms]对应的热量K[W/Arms]×I[Arms]的值乘以比例q所得的热量(第二热量)的和来计算电动机驱动装置10释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量P[W]，并向通知部15输出。
即，用P[W]＝a[W]+q×K[W/Arms]×I[Arms]来表示热量计算部14计算的热量P[W]。例如，在a＝20[W]，q＝0.15，K＝20.2[W/Arms]，I＝22.5[Arms]的情况下，P＝88.2[W]。
通知部15向热交换器控制装置5通知热量计算部14所计算出的热量P[W]。
热交换器控制装置5根据从通知部15通知的热量P[W]的合计，控制热交换器14具备的风扇(省略图示)的旋转。热交换器4的需要风量(风扇的转速)Q[m3/s]与从通知部15通知的热量P[W]的合计成正比，用Q[m3/s]＝Ptotal[W]/(ρ[kg/m3]×Cp[J/(kg·K)]×ΔT[K])来表示。此外，Ptotal[W]表示从通知部15通知的热量P[W]的合计，ρ[kg/m3]表示空气密度(约1.25kg/m3)Cp[J/(kg·K)]表示空气的定压比热(约1007J/(kg·K))，ΔT[K]表示电气柜2(参照图1)的内部的允许温度与外部大气温度之间的差。
接着，使用图1说明电动机驱动装置10发出的热的路径。电动机驱动装置10发出的热向外部释放的路径大致分为2条。
第一条是经由设置在电气柜2的外侧的散热器3释放到外部的路径。散热器3被设置在电气柜2的外部，因此，该热的路径对电气柜2的内部的温度上升没有作用。
第二条是释放到电气柜2的内部的路径。释放到电气柜2的内部的热通过热交换器4释放到电气柜2的外部。在此，在从电动机驱动装置释放到电气柜2的内部的热量与从其他电气柜内的设备释放的热量的和超过了热交换器4的能力的情况下，电气柜2的内部的温度上升。
接着，作为参考，说明功率元件11(参照图1)的发热量与伺服放大器(省略图示)向电动机MTR(参照图1)流过的电流的值I[Arms]成正比的理由。功率元件11(参照图1)的发热量(损耗)大致分为2种。
第一种是功率元件11从接通向关断切换、或从关断向接通切换时产生的热的量(开关损耗)。可以以开关时间对电流×电压进行积分来计算开关损耗。依存于电源电压的电压与电流无关而是固定的，因此电流×电压的积分值与电流成正比。因此，开关损耗与电流的值I[Arms]成正比。
第二种是由于在功率元件11(参照图1)接通时在集电极-发射极之间产生电位差而产生的热量(恒定损耗)。在功率元件11的特性方面，即使电流变化，电位差也大致固定，因此恒定损耗大致与电流的值I[Arms]成正比。
如以上那样，根据本实施方式的电动机驱动系统1，通过热量计算部14计算电动机驱动装置10释放到电气柜2的内部的热的量P[W]，因此通过与该热量P[W]对应地进行热交换器4的控制，能够抑制热交换器4的消耗电力。另外，根据电动机驱动系统1，不具备温度传感器，因此能够抑制制造成本。
[第二实施方式]
图3是表示本发明的第二实施方式的电动机驱动系统21的概要结构的框图。图4是表示热量计算部14计算出的热量P[W]和功率元件11(参照图1)的开关频率之间的关系的图。图5是表示热量计算部14计算出的热量P[W]和警报之间的关系的图。
本实施方式的电动机驱动系统21与第一实施方式的不同点在于以下方面等：代替与热量计算部14计算出的热量P[W]对应地进行热交换器4的控制，而与热量计算部14计算出的热量P[W]对应地切换功率元件11(参照图1)的开关频率。
如图3所示，电动机驱动系统21具备输入装置22、阈值计算部23、判定部24、警报部25和多个电动机驱动装置30。电动机驱动装置30具备频率控制部(控制部)31。
输入装置22能够输入与热交换器的能力有关的值，并向电气柜所具备的阈值计算部23输出所输入的值。
阈值计算部23根据从输入装置22输入的值，计算判定部24在判定中使用的阈值，并将计算出的阈值作为预先确定的阈值而向判定部24输出。阈值计算部23计算的阈值有决定热量计算部14计算出的热量P[W]和功率元件11(参照图1)的开关频率之间的关系的阈值(参照图3)、决定热量计算部14计算出的热量P[W]和警报之间的关系的阈值(参照图4)。
判定部24根据从通知部15通知的热量P[W]的合计与从阈值计算部23输入的阈值之间的关系，向频率控制部31、热量计算部14以及警报部25输出指令。
具体地说，判定部24在从全部电动机驱动装置30中的各个通知部15通知的热量P[W]的合计超过了从阈值计算部23输入的阈值的情况下，判定为切换功率元件11(参照图1)的开关频率，向频率控制部31和热量计算部14输出基于判定结果的指令。
例如，如图4所示，判定部24在不超过第一个阈值(例如2700W)的情况下，判定为不切换开关频率而维持高区域，在超过了第一个阈值的情况下，判定为将开关频率切换到中区域，在进而超过了第二个阈值(例如3000W)的情况下，判定为将开关频率切换到低区域。
返回到图3进行说明。热量计算部14使用与所切换到的开关频率对应的发热系数K[W/Arms]，计算电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量P[W]，并向通知部15输出。
另外，判定部24在从全部的电动机驱动装置30中的各个通知部15通知的热量P[W]的合计超过了从阈值计算部23输入的阈值(第二阈值)的情况下，判定为发出警报，并向警报部25输出基于判定结果的指令。
例如，如图5所示，判定部24在超过了第一个阈值的情况下，判定为发出警告水平的警报，在进而超过了第二个阈值的情况下，判定为发出报警水平的警报。
返回到图3进行说明。频率控制部31在从全部的电动机驱动装置30中的各通知部15通知的热量P[W]的合计超过了从阈值计算部23输入的阈值的情况下，根据来自判定部24的指令，抑制电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量。
例如如图4所示，频率控制部31在超过了第一个阈值(例如2700W)的情况下，将功率元件11(参照图1)的开关频率降低到中区域，在进而超过了第二个阈值(例如3000W)的情况下，将功率元件11(参照图1)的开关频率降低到低区域。
返回到图3进行说明。警报部25在从全部的电动机驱动装置30中的各通知部15通知的热量P[W]的合计超过了从阈值计算部23输入的阈值(第二阈值)的情况下，根据来自判定部24的指令，发出警报。
例如如图5所示，警报部25在超过了第一个阈值的情况下，发出警告水平的警报，在进而超过了第二个阈值的情况下，发出报警水平的警报。
如以上那样，根据本实施方式的电动机驱动系统21，通过热量计算部14计算电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量P[W]，因此能够与该热量P[W]对应地，抑制电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量。因此，能够防止电气柜2(参照图1)的内部的温度异常地上升，进而能够防止部件的故障。即使在假设电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量增加了的情况下，通过降低功率元件11(参照图1)的开关频率，也能够不停止机械的运转地控制电动机驱动装置30释放到电气柜2(参照图1)的内部的热的量，能够提高运转率。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过列举了从本发明产生的最适合的效果，本发明的效果并不限于本实施方式所记载的效果。

Claims (5)

1.一种电动机驱动装置，其被容纳在壳体的内部，驱动电动机，其特征在于，
该电动机驱动装置具备：
存储部，其存储不因流过上述电动机的电流的值而发热的量，作为第一热量；
电流检测部，其检测流过上述电动机的电流的值；
热量计算部，其根据存储在上述存储部中的上述第一热量与上述电流检测部检测出的值所对应的第二热量的和，计算从上述电动机驱动装置释放到上述壳体的内部的热量，
上述存储部存储因流过上述电动机的电流的值而发热的量中的释放到上述壳体的内部的比例，
上述热量计算部对与上述电流检测部检测出的值对应的热量乘以存储在上述存储部中的上述比例来计算上述第二热量。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
该电动机驱动装置还具备：
通知部，其向外部装置通知上述热量计算部计算出的热量。
3.一种电动机驱动系统，具备多个权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
该电动机驱动系统具备：
控制部，其在全部的上述电动机驱动装置中的各个上述热量计算部计算出的从上述电动机驱动装置释放到上述壳体的内部的热量的合计超过了预先确定的阈值的情况下，抑制上述电动机驱动装置释放到上述壳体的内部的热的量。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动系统，其特征在于，
该电动机驱动系统具备降低开关频率的频率控制部，作为上述控制部。
5.根据权利要求3或4所述的电动机驱动系统，其特征在于，
该电动机驱动系统还具备：
警报部，其在全部的上述电动机驱动装置中的各个上述热量计算部计算出的从上述电动机驱动装置释放到上述壳体的内部的热量的合计超过了预先确定的第二阈值的情况下，发出警报。
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