CN117811413A - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供马达控制装置，包括转换器电路、逆变器电路、电流检测器、再生电阻器、再生电阻控制器、控制部，转换器电路构成为，将来自交流电源的交流电流转换为直流电流，并且将来自逆变器电路的再生直流电流转换为再生交流电流，进而将再生交流电流供给到交流电源，逆变器电路构成为，将直流电流转换为马达驱动用的交流电流，并且将来自马达的再生交流电流转换为再生直流电流，电流检测器构成为，能够检测供给到交流电源的再生交流电流，再生电阻器构成为，使来自逆变器电路的再生直流电流的一部分通电，再生电阻控制器构成为，控制再生直流电流向再生电阻器的通电，控制部构成为对马达进行驱动控制。

Description

马达控制装置

相关申请的交叉参考

本申请基于2022年9月30日向日本特许厅提交的日本专利申请2022-158152号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及马达控制装置。

背景技术

在将由马达再生的交流电流供给到电源的带电源再生功能的马达控制装置中，已知有在再生电流成为过电流的情况下，抑制由该过电流引起的马达控制装置内的电路元件的破坏的技术。

例如，在日本专利公开公报特开昭60-5791号公报中公开了一种带电源再生功能的马达控制装置，检测再生电流的过电流，根据该过电流的电流值来降低马达的转矩基准。通过该马达控制装置，抑制由再生电流的过电流引起的电路元件的破坏。在同一公报中，特别是作为这样的带电源再生功能的马达控制装置，公开了一种多轴结构的马达控制装置。在该多轴结构的马达控制装置中，在一个转换器上连接有多个逆变器。

然而，在上述多轴结构的马达控制装置的使用中，根据各轴的运转模式，有时过大的再生电流只在瞬间返回。但是，在所述公报所公开的方法中，转矩也被该瞬间过大的再生电力限制。因此，由于减速时间变长，所以产生机械的生产节拍时间延长的问题。

发明内容

因此，根据本实施方式，提供一种具有针对过大的再生电力的保护功能的马达控制装置。根据所述马达控制装置，能够尽可能地抑制马达的加减速时间的延长。因此，能够尽可能地继续通常的运转。其结果，能够尽可能地抑制机械的生产节拍时间的增大。

本实施方式的带电源再生功能的马达控制装置包括转换器电路、逆变器电路、电流检测器、再生电阻器、再生电阻控制器、控制部，所述转换器电路构成为，将来自交流电源的交流电流转换为直流电流，并且将来自所述逆变器电路的再生直流电流转换为再生交流电流，进而将所述再生交流电流供给到所述交流电源，所述逆变器电路构成为，将所述直流电流转换为马达驱动用的交流电流，并且将来自马达的再生交流电流转换为所述再生直流电流，所述电流检测器构成为，能够检测向所述交流电源供给的所述再生交流电流，所述再生电阻器构成为，使来自所述逆变器电路的所述再生直流电流的一部分通电，所述再生电阻控制器构成为，控制所述再生直流电流向所述再生电阻器的所述通电，所述控制部构成为对所述马达进行驱动控制，所述马达控制装置构成为，在所述电流检测器检测到所述再生电流超过了规定的电流值的情况下，所述再生电阻控制器使所述再生直流电流向所述再生电阻器通电，并且在所述再生电阻器的温度和消耗电力中的至少一方超过了阈值的情况下，所述控制部限制所述马达的再生方向的转矩或所述马达的再生方向的速度指令的变化率。

附图说明

图1是表示本公开的第一实施方式的马达控制装置的构成的框图。

图2是表示本公开的第二实施方式的马达控制装置的构成的框图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。

本发明的一个方式的马达控制装置包括转换器电路、逆变器电路、电流检测器、再生电阻器、再生电阻控制器、控制部，所述转换器电路构成为，将来自交流电源的交流电流转换为直流电流，并且将来自所述逆变器电路的再生直流电流转换为再生交流电流，进而将所述再生交流电流供给到所述交流电源，所述逆变器电路构成为，将所述直流电流转换为马达驱动用的交流电流，并且将来自马达的再生交流电流转换为所述再生直流电流，所述电流检测器构成为，能够检测向所述交流电源供给的所述再生交流电流，所述再生电阻器构成为，使来自所述逆变器电路的所述再生直流电流的一部分通电，所述再生电阻控制器构成为，控制所述再生直流电流向所述再生电阻器的所述通电，所述控制部构成为对所述马达进行驱动控制，所述马达控制装置构成为，在所述电流检测器检测到所述再生电流超过了规定的电流值的情况下，所述再生电阻控制器使所述再生直流电流向所述再生电阻器通电，并且，在所述再生电阻器的温度和消耗电力中的至少一方超过了阈值的情况下，所述控制部限制所述马达的再生方向的转矩或所述马达的再生方向的速度指令的变化率。

根据本实施方式的马达控制装置，即使在从马达供给了超过电源再生的最大额定值的瞬时再生电力时，也能够尽可能地抑制减速时间的延长，并且能够尽可能继续通常的运转。因此，能够尽可能地抑制机械的生产节拍时间的增大。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，为了方便，省略与在实施方式的说明中已经说明的构成具有相同附图标记的构成的说明。

[第一实施方式]

图1是表示本公开的第一实施方式的马达控制装置的构成的框图。如图1所示，在使用马达控制装置1时，在一个转换器上连接有多个逆变器。即，所述马达控制装置1具备交流电抗器2、具有电源再生功能的转换器电路3、蓄电部6、再生电阻电路5以及逆变器电路4。此外，马达控制装置1具备相位检测电路30、转换器控制器31、最大电流检测器56、再生电阻控制器57、再生电阻过热检测器54、再生电阻过载检测器55、速度计算器44以及控制部47。

转换器电路3是三相(r相、s相、t相)的全桥电路。该转换器电路3由六个半导体开关元件构成。半导体开关元件的每个例如由IGBT(绝缘栅双极晶体管)和反向并联的回流二极管构成。

逆变器电路4是三相(u相、v相、w相)的全桥电路。该逆变器电路4由六个半导体开关元件构成。半导体开关元件的每个例如由IGBT和反向并联的回流二极管构成。

再生电阻电路5包括再生电阻器50、再生晶体管51、温度传感器52以及电流传感器53。控制部47包括转矩限制控制器41、速度控制器40、转矩限制器42以及转矩控制器43。

图1所示的编码器E搭载于马达M，检测马达M的转子的位置θFB。检测出的转子的位置θFB被输入到速度计算器44。速度计算器44对所输入的转子的位置θFB进行微分处理，计算马达速度VFB。

(动力运行动作)

为了对作为本实施方式的主动作的再生动作进行说明，对成为再生动作的前提的动力运行动作进行简单说明。

在马达M进行动力运行动作的情况下，马达控制装置1对从三相交流电源100输入的三相交流电力进行电力转换。转换后的电力向马达M供给。

从三相交流电源100输入的三相交流电流经由交流电抗器2输入到转换器电路3。

在转换器电路3中，转换器控制器31将六个半导体开关元件的栅极控制为截止。由此，作为全波整流电路(二极管桥式电路)发挥功能的转换器电路3将从三相交流电源100输入的三相交流电流转换为直流电流。

蓄电部6例如由平滑电容器构成，更具体地说由电解电容器构成。蓄电部6使转换器电路3输出的直流电流平滑化并进行蓄电。

在逆变器电路4中，转矩控制器43驱动六个半导体开关元件。由此，逆变器电路4将来自蓄电部6的直流电流或由转换器电路3输出的直流电流转换为马达驱动用的三相交流电流。转换后的电流向马达M供给。

向速度控制器40输入速度指令Vcmd和马达速度VFB。然后，速度控制器40对速度进行PI控制，输出转矩指令Tcmd。

从速度控制器40向转矩限制器42输入转矩指令Tcmd。进而，在从转矩限制控制器41向转矩限制器42输入了转矩限制指令的情况下，基于该转矩限制指令，转矩限制器42限制转矩指令Tcmd。然后，转矩限制器42计算并输出转矩指令T’cmd。另一方面，在没有从转矩限制控制器41输入转矩限制指令的情况下，转矩限制器42将转矩指令Tcmd直接作为转矩指令T’cmd输出。

转矩控制器43进行电流控制或PWM控制，以从马达输出按照从转矩限制器42输入的转矩指令T’cmd的转矩。此时，转矩控制器43驱动逆变器电路4的六个半导体开关元件。

(再生动作)

在由马达M再生电力的情况下，马达控制装置1对从马达M输入的电力进行电力转换。转换后的再生电力向三相交流电源100输出。

蓄电部6使从逆变器电路4输出的直流电流平滑化并进行蓄电。

相位检测电路30检测三相交流电源100的相位。如果蓄电部6的电压值VPN成为规定值以上，则转换器控制器31基于由相位检测电路30检测出的三相交流的相位，将六个半导体开关元件的栅极依次控制为导通(120°通电方式)。

由此，在转换器电路3中，蓄电部6的电力被转换为再生用的三相交流。并且，在三相交流电源100的各相中流过电流。由此，向三相交流电源100供给电流。

最大电流检测器56检测在三相交流电源100与交流电抗器2之间流过的三相交流的电流的最大值。在电流的最大值成为规定值以上的情况下，再生电阻控制器57将再生电阻电路5的再生晶体管51的栅极控制为导通。由此，再生直流电流的一部分向再生电阻器50通电。再生晶体管51例如由IGBT构成。

在此，再生电阻器50的电阻值被定义为R，由马达M再生的瞬时再生电力的最大值被定义为PM，转换器电路3再生的再生电力的最大额定值被定义为PS。由此，这些值以及蓄电部6的电压值VPN满足由下述的式1表示的关系。

(式1)

R≤VPN²/(PM-PS)

由此，即使在由马达M再生的瞬时再生电力超过了由转换器电路再生的电力的最大额定值PS的情况下，超过部分的电力也被再生电阻器50吸收。因此，能够抑制由再生电流的过电流引起的马达控制装置1内的电路元件(例如，转换器电路3的半导体开关元件)的破坏。其结果，能够不施加马达M的转矩限制地驱动马达M。

温度传感器52检测再生电阻器50的温度。再生电阻过热检测器54判定由温度传感器52检测出的再生电阻器50的温度是否超过了规定阈值。在再生电阻器50的温度超过了规定阈值的情况下，再生电阻过热检测器54向转矩限制控制器41通知再生电阻的过热。该规定阈值被设定为比再生电阻过热异常的检测值稍低的值。

此外，电流传感器53检测流过再生电阻器50的电流值。再生电阻过载检测器55根据由电流传感器53检测出的流过再生电阻器50的电流值，计算再生电阻器50的消耗电力。然后，再生电阻过载检测器55判定计算出的消耗电力是否超过了再生电阻过载的规定阈值。在再生电阻器50的消耗电力超过了再生电阻器过载的规定阈值的情况下，再生电阻过载检测器55向转矩限制控制器41通知再生电阻过载。该规定阈值被设定为比再生电阻过载异常的检测值稍低的值。另外，也可以使用电压传感器，检测再生电阻器的接通、断开状态，由此计算再生电阻器50的消耗电力。

在通知了再生电阻过热和再生电阻过载中的至少一方的情况下，转矩限制控制器41基于由速度计算器44计算出的马达速度VFB，检测马达M的旋转方向。然后，转矩限制控制器41计算并输出限制马达M的再生方向的转矩的转矩限制指令。

具体地说，例如，在马达M的旋转方向为CW(Clock Wise顺时针)方向的情况下，限制作为再生方向的CCW(Counter Clock Wise逆时针)方向的转矩。同样地，在马达M向CCW方向旋转的情况下，限制作为再生方向的CW方向的转矩。转矩的限制值被设定为在限制再生方向的转矩而使马达动作的情况下，再生电阻的温度或过载不会增加。

转矩限制器42基于从转矩限制控制器41输入的转矩限制指令，限制从速度控制器40输入的转矩指令Tcmd。因此，转矩限制器42计算并输出转矩指令T’cmd。从转矩限制器42向转矩控制器43输入转矩指令T’cmd。然后，基于转矩指令T’cmd，转矩控制器43执行电流控制或PWM控制。此时，逆变器电路4的六个半导体开关元件被驱动。

如上所述，在由马达M再生的瞬时再生电力超过了由转换器电路再生的电力的最大额定值PS的情况下，能够由再生电阻器50吸收超过部分的电力。此外，如果通知了再生电阻器50的再生电阻过热或再生电阻过载，则通过限制再生方向的转矩，能够抑制再生电阻的过热异常或过载异常。由此，即使在从马达再生了超过电源再生的最大额定值的瞬时再生电力时，也能够在通知再生电阻器50的再生电阻过热或再生电阻过载之前，不延长减速时间而继续通常的运转。此外，即使在通知了再生电阻器50的再生电阻过热或再生电阻过载之后，也能够向动力运行方向实施通常的运转。因此，虽然由于转矩限制而向再生方向动作变慢，但是能够避免由于检测到异常的再生电阻器而运转停止的事态。由此，能够尽可能不延长马达的加减速时间，并且能够尽可能继续通常的运转。其结果，能够抑制由马达M的转矩限制引起的机械的生产节拍时间的增大。

[第二实施方式]

图2是表示本公开的第二实施方式的马达控制装置的构成的框图。如图2所示，马达控制装置1’具有使用与一个转换器连接的多个逆变器的多轴结构。更具体地说，马达控制装置1’具备交流电抗器2、具有电源再生功能的转换器电路3、蓄电部6、再生电阻电路5以及逆变器电路4。此外，马达控制装置1’具备相位检测电路30、转换器控制器31、最大电流检测器56、再生电阻控制器57、再生电阻过热检测器54、再生电阻过载检测器55、控制部47以及速度计算器44。再生电阻电路5包括再生电阻器50、再生晶体管51、温度传感器52以及电流传感器53。控制部47包括变化率限制控制器46、变化率限制器45、速度控制器40以及转矩控制器43。

另外，除了变化率限制控制器46、变化率限制器45、速度计算器44和速度控制器40的构成以外的其他构成与第一实施方式的构成相同。因此，不重复对其他构成的说明。此外，在第二实施方式中，仅对该再生动作进行说明。第二实施方式中的动力运行动作与第一实施方式相同。因此，不重复动力运行动作的说明。

(再生动作)

在从再生电阻过热检测器54通知了再生电阻过热的情况下，或者从再生电阻过载检测器55通知了过载的情况下，变化率限制控制器46基于由速度计算器44计算出的马达速度VFB，检测马达M的旋转方向。然后，变化率限制控制器46计算并输出限制马达M的再生方向的速度指令Vcmd的变化率的变化率限制指令。速度指令Vcmd的变化率的限制值被设定为如下限制值：通过限制速度指令Vcmd的变化率，在电力再生的情况下再生电阻的温度或过载不会增加。

变化率限制器45基于从变化率限制控制器46输入的变化率限制指令，限制所输入的速度指令Vcmd。由此，变化率限制器45计算并输出速度指令V’cmd。另外，在没有从变化率限制控制器46输入变化率限制指令的情况下，变化率限制器45将所输入的速度指令Vcmd直接作为速度指令V’cmd输出。

速度控制器40基于所输入的速度指令V’cmd和马达速度VFB，计算并输出转矩指令Tcmd。

如上所述，在由马达M再生的瞬时再生电力超过了由转换器电路再生的电力的最大额定值PS的情况下，在通知再生电阻过热或再生电阻过载之前，能够由再生电阻器50吸收超过部分的电力。此外，如果通知了再生电阻器50的再生电阻过热或再生电阻过载，则限制再生方向的速度指令Vcmd的变化率。由此，能够避免再生电阻的过热或过载。

由此，能够避免由过剩的再生电流引起的马达控制装置1’内的电路元件的破坏，并且能够尽可能地抑制由马达M的速度指令的变化率限制引起的机械的生产节拍时间的增大。

以上，对本公开的实施方式进行了说明。但是，应当理解，本实施方式的技术范围不应被上述本实施方式的说明限定地解释。所说明的本实施方式仅是一例。本领域技术人员应当理解，在权利要求书所记载的范围内，能够进行上述说明的实施方式的各种变更。本实施方式的技术范围应基于权利要求书所记载的范围及其均等的范围来确定。

例如，在第一实施方式和第二实施方式中，仅表示了在多轴中的主轴等最大输出的轴中限制再生方向的转矩指令或速度指令的变化率的结构。但是，也可以限制其他轴的再生方向的转矩指令或速度指令的变化率。此外，转换器电路3也可以不是120°通电方式，而是PWM控制方式。此外，图1所示的三相交流电源100也可以是单相交流电源。此外，也可以推定再生电阻器50的温度来代替检测再生电阻器50的温度。

出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (4)

1.一种马达控制装置，其特征在于，

所述马达控制装置包括转换器电路、逆变器电路、电流检测器、再生电阻器、再生电阻控制器以及控制部，

所述转换器电路构成为，将来自交流电源的交流电流转换为直流电流，将来自所述逆变器电路的再生直流电流转换为再生交流电流，进而将所述再生交流电流供给到所述交流电源，

所述逆变器电路构成为，将所述直流电流转换为马达驱动用的交流电流，并且将来自马达的再生交流电流转换为所述再生直流电流，

所述电流检测器构成为，能够检测向所述交流电源供给的所述再生交流电流，

所述再生电阻器构成为，使来自所述逆变器电路的所述再生直流电流的一部分通电，

所述再生电阻控制器构成为，控制所述再生直流电流向所述再生电阻器的所述通电，

所述控制部构成为对所述马达进行驱动控制，

所述马达控制装置构成为，

在所述电流检测器检测到所述再生电流超过了规定的电流值的情况下，所述再生电阻控制器使所述再生直流电流向所述再生电阻器通电，并且，

在所述再生电阻器的温度和消耗电力中的至少一方超过了阈值的情况下，所述控制部限制所述马达的再生方向的转矩或所述马达的再生方向的速度指令的变化率。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

在所述再生电阻器的温度和消耗电力均未超过阈值的情况下，所述控制部不限制所述马达的再生方向的转矩或所述马达的再生方向的速度指令的变化率。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述马达控制装置还具备对所述直流电流进行蓄电的蓄电部，

当将所述再生电阻器的电阻值定义为R、将所述蓄电部的电压值定义为VPN、将所述马达再生的瞬时再生电力的最大值定义为PM、将所述转换器电路再生的再生电力的最大额定值定义为PS时，所述再生电阻器的所述电阻值满足R≤VPN²/(PM-PS)的关系。

4.根据权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述马达控制装置还具备对所述直流电流进行蓄电的蓄电部，

当将所述再生电阻器的电阻值定义为R、将所述蓄电部的电压值定义为VPN、将所述马达再生的瞬时再生电力的最大值定义为PM、将所述转换器电路再生的再生电力的最大额定值定义为PS时，所述再生电阻器的所述电阻值满足R≤VPN²/(PM-PS)的关系。