DE102013011483A1

DE102013011483A1 - Antriebseinrichtung für einen Motor mit einer Speichereinheit für elektrische Energie

Info

Publication number: DE102013011483A1
Application number: DE102013011483.7A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Niwa; Koujirou SAKAI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2014-01-23
Also published as: JP2014023241A; CN103546073A; JP5559261B2; CN103546073B; US9054620B2; CN203445820U; US20140021888A1

Abstract

Eine Antriebseinrichtung für einen Motor 1 enthält einen Gleichrichter 11, der Wechselstromenergie zur Ausgabe von Gleichstromenergie gleichrichtet, einen Inverter 12, der auf der Gleichstromseite des Gleichrichters 11 mit einem Gleichspannungszwischenkreis 13 verbunden ist und der wechselseitig elektrische Energie zwischen Gleichstromenergie am Gleichspannungszwischenkreis 13 und Wechselstromenergie transformiert, die elektrische Antriebsenergie für einen Motor 2 oder in den Motor 2 zurückgespeiste Energie ist, eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14, die zum Feststellen eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 dient, eine Speichereinheit für elektrische Energie 15, die mit dem Gleichspannungszwischenkreis 13 verbunden ist und die die Fähigkeit zum Speichern von Gleichstromenergie hat, eine Ladeeinheit 16, die eine Spannungsverstärkungsfunktion beim Laden der Speichereinheit für elektrische Energie 15 mit Gleichstromenergie am Gleichspannungszwischenkreis 13 ausübt, eine Entladeeinheit 17, die bewirkt, dass in der Speichereinheit für elektrische Energie 15 gespeicherte Gleichstromenergie in den Gleichspannungszwischenkreis 13 entladen wird, und eine Steuereinheit 18, die bewirkt, dass die Ladeeinheit 16 arbeitet, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 keinen Stromausfall erkennt oder vor Beginn des Antriebs des Motors, und die bewirkt, dass die Entladeeinheit 17 und der Inverter 12 arbeiten, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 einen Stromausfall erkennt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für einen Motor, die auf eine Wechselspannungsseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie wandelt, die die gewandelte Gleichstromenergie ausgibt und dann die ausgegebene Gleichstromenergie wieder in Wechselstromenergie zum Antrieb eines Motors umwandelt, um die Wechselstromenergie einem Motor zuzuführen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für einen Motor zum Ausführen eines Schutz- bzw. Notvorgangs zum Zeitpunkt eines Stromausfalls.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Antriebseinrichtung für einen Motor, die einen Motor antreibt, der in einer Werkzeugmaschine, einem Schmiedewalzwerk, einer Spritzgießmaschine, einer Herstellungsmaschine oder verschiedene Arten von Robotern vorgesehen ist, wandelt einmal Wechselstromenergie, die auf der Wechselspannungsseite zugeführt wird, in Gleichstromenergie und wandelt dann die Gleichstromenergie wieder in Wechselstromenergie zur Verwendung als transformierte Wechselstromenergie bzw. Antriebsenergie für Motoren, die ihrerseits zum Antrieb von Antriebswellen vorgesehen sind.
6 zeigt den Aufbau einer allgemein bekannten Antriebseinrichtung für Motoren, die mehrere Motoren 2 betreibt. Die Antriebseinrichtung für einen Motor 100 enthält einen Gleichrichter 11 und Inverter 12. Der Gleichrichter 11 richtet Wechselstromenergie aus einer dreiphasigen Wechselstromversorgung bzw. einem Drehstromnetz gleich, um Gleichstrom auszugeben. Die Inverter 12 sind mit einem Gleichspannungszwischenkreis 13 (direct current link) auf der Gleichstromseite des Gleichrichters 11 verbunden. Die Inverter 12 invertieren die vom Gleichrichter 11 ausgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie mit einer geforderten Spannung und erwünschten Frequenz, die als Antriebsenergie für die Motoren 2 geliefert wird, oder wandeln die Wechselstromenergie, die von den Motoren 2 erzeugt und zurückgespeist wird, in Gleichstromenergie. Die Antriebseinrichtung für einen Motor 100 steuert die Drehgeschwindigkeit oder das Drehmoment der Motoren 2 oder die Stellungen der Rotoren der Motoren 2, wobei die Motoren 2 an die Wechselspannungsseiten der Inverter 11 angeschlossen sind. Die Anzahl der Inverter 12 ist die gleiche der Anzahl der Motoren 2, so dass die Antriebsenergie den Motoren 2 individuell angepasst zugeführt werden kann, die für die Vielzahl korrespondierender Antriebswellen jeweils vorgesehen sind, um die Motoren 2 gesteuert anzutreiben. In vielen Fällen beträgt die Anzahl der Gleichrichter 11 für die mehreren Inverter 12 nur eins, um die Kosten zu reduzieren und den von der Antriebseinrichtung für den Motor 100 eingenommenen Raum zu vermindern.
Eine übergeordnete Steuereinrichtung 51 überträgt einen Antriebsbefehl für den Motor an jeden Inverter 12 zur Steuerung des Vorgangs der Wandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie, wobei dieser Vorgang (insbesondere von Schaltvorgängen der Schaltelemente in dem Inverter 12) von dem Inverter 12 ausgeführt wird. Hierbei steuert eine übergeordnete Steuereinrichtung 51 jeden der Inverter 12, um Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis 13 zu wandeln, um eine gewünschte Wechselstromenergie auszugeben. Die von dem Inverter 12 ausgegebene elektrische Wechselstromenergie wird als elektrische Antriebsenergie für die Motoren 2 verwendet, so dass die Motoren 2 arbeiten können. Folglich ermöglicht es die Steuerung der von den Invertern 12 ausgegebenen Wechselstromenergie die Drehzahl, das Drehmoment oder die Drehstellung des Rotors der Motoren 2, die an die Wechselspannungsseite des Inverters 12 angeschlossen sind, zu steuern. Wenn die Antriebseinrichtung für den Motor 100 eine Abbremsung des Motors 2 steuert, erzeugt der Motor 2 elektrischen Strom. Dieser wiedergewonnene bzw. zurückgespeiste elektrische Strom fließt durch den Inverter 12, um in den Gleichspannungszwischenkreis 13 zurückgeleitet zu werden.
Bei dieser zuvor beschriebenen Antriebseinrichtung für den Motor 100 kann der normale Antrieb des Motors 2 nicht fortgesetzt werden, wenn ein Stromausfall auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 11 auftritt und die Eingangsspannung des elektrischen Stroms abfällt. Dies führt zu einer Störung bzw. eine Behinderung wie zum Beispiel einem Bruch oder einer Verformung des Motors 2, einer Beschädigung der Antriebseinrichtung für den Motor 100, die den Motor 2 antreibt, einer Beschädigung eines mit dem Motor 2 verbundenen Werkzeugs, das von der Motorsteuervorrichtung 100 angetrieben wird, eines Bearbeitungsgegenstands, der gerade vom Werkzeug bearbeitet wird, einer Herstellungslinie einschließlich der Antriebseinrichtung für den Motor 100 und dergleichen. Aus diesem Grunde ist eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall 52 auf der Wechselstromeingangsseite des Gleichrichters 11 zur Überwachung ob oder ob nicht ein Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 auftritt vorgesehen. Wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 52 das Auftreten eines Stromausfalls erkennt, wird es erforderlich werden, die oben erwähnte Störung zu vermeiden oder zu minimieren.
So ist bereits zum Beispiel, wie dies in dem japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschrieben ist, zum Erzielen einer Schutzfunktion über eine Ladeeinheit und eine parallel geschaltete Entladeeinheit zum Zeitpunkt eines Stromausfalls eine Speichervorrichtung für elektrische Energie in dem Gleichspannungszwischenkreis zwischen dem Gleichrichter und dem Inverter vorgesehen. In einem Normalzustand (d. h., wenn ein Stromausfall nicht auftritt) wird ausgegebener Gleichstrom in dem Gleichspannungszwischenkreis in der Speichereinheit für elektrischen Strom über die Ladeeinheit gespeichert. Wenn ein Stromausfall auftritt, wird der gespeicherte Gleichstrom in den Gleichspannungszwischenkreis über die Entladeeinheit entladen, so dass Energie für einen Schutz- oder Notantrieb an den Motor über den Inverter geleitet werden kann.
In 7 ist ein Schaltbild, das die Ladeeinheit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschriebenen Erfindung schematisch darstellt. 8 ist ein Schaltbild, das die Entladeeinheit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschriebenen Erfindung schematisch zeigt. Bei der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschriebenen Erfindung ist die Ladeeinheit 60 als Serienschaltung aus einem Schalter 61, einem strombegrenzenden Widerstand 62 und einer Diode 63 aufgebaut. Die Diode 63 verhindert, dass Energie daran gehindert wird, von der Speichereinheit für elektrische Energie zurück in den Gleichspannungszwischenkreis zu fließen, wenn die am Gleichspannungszwischenkreis liegende Spannung kleiner wird als eine Spannung an der elektrischen Speichereinrichtung aufgrund von Spannungsschwankungen im öffentlichen Drehstromversorgungsnetz oder aufgrund eines antriebsbedingten Zustands des nicht dargestellten Inverters. Zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die nicht dargestellte Speichereinheit für elektrische Energie geladen wird, wird die Spannung an dem Gleichspannungszwischenkreis (das bedeutet auf der Seite der Gleichstromausgabe des Gleichrichters) mit einer Spannung an der Speichereinheit für elektrischen Strom verglichen. Wenn die Spannung an der Speichereinheit für elektrischen Strom geringer ist als die Spannung am Gleichspannungszwischenkreis wird der Schalter 63 geschlossen (eingeschaltet), um den elektrischen Strom in die Speichereinheit für elektrische Energie zu leiten. Dadurch wird die Speichereinheit für elektrische Energie geladen. Die Entladeeinheit 70 enthält einen Thyristor 71 und eine Drosselspule 72. Zum Zeitpunkt des Stromausfalls wird der Thyristor 71 geschlossen, um eine Kurzschlussverbindung zwischen dem Gleichspannungszwischenkreis und der Speichervorrichtung für elektrische Energie die herzustellen. Dadurch wird in der Speichereinheit für elektrischen Strom gespeicherte Gleichstromenergie an den Gleichspannungszwischenkreis geleitet.
Ferner wird, wie es zum Beispiel in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. S61-267675 beschrieben ist, eine Speicherbatterie zwischen einem Gleichrichterkreis und einem Spannungsbefehl Inverter vorgesehen, so dass zum Zeitpunkt des Stromausfalls elektrische Energie aus der Speicherbatterie an einen Motor geliefert werden kann, um ihn weiter laufen zu lassen. Auf diese Weise kann ein Aufzug sicher eine untere Ebene erreichen.
Weiterhin wird zum Beispiel, wie es in der japanischen offen gelegten Patentveröffentlichung Nr. 2009-261161 beschrieben ist, ein Kondensator (eine Speichervorrichtung für elektrische Energie) zwischen einer Konvertereinheit (Gleichrichter) und einer Invertereinheit (Inverter bzw. Umformer) vorgesehen. In dem Kondensator gespeicherte Energie wird zur Fortsetzung des Antriebs eines Motors verwendet, wenn eine Spannungsabnahme auf der Gleichstromseite des Gleichrichters festgestellt wird, die auf einer Abnahme der Wechselspannung auf der Wechselstromseite des Gleichrichter beruht.
Ein weiteres Beispiel ist in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H8-54914 beschrieben. Zum Zeitpunkt eines Stromausfalls auf der Wechselstromeingangsseite wird ein Motor verlangsamt bzw. abgebremst, so dass zurückgespeiste Energie zum Zeitpunkt der Verlangsamung des Motors als Energie für einen Schutzantrieb verwendet werden kann.
Wie zuvor beschrieben, kann ein normaler Antrieb des Motors mit der oben beschriebenen Steuereinheit für einen Motor nicht fortgesetzt werden wenn auf der Wechselstromseite des Gleichrichters ein Stromausfall auftritt und sich die Antriebsspannung der elektrischen Eingangsenergie absenkt. Dies führt zum Auftreten einer Störung wie einer Beschädigung oder einer Deformation des Motors, der den Motor an treibenden Antriebseinrichtung für den Motor, in dem Bearbeitungsgegenstand, der durch das Werkzeug bearbeitet wird, einer Herstellungslinie einschließlich der Antriebseinrichtung für den Motor und anderer Teile. Aus diesem Grunde ist eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall auf der Wechselstromeingangsseite des Gleichrichters zur Überwachung vorgesehen, ob oder ob nicht ein Stromausfall auf der Wechselstromeingangsseite des Gleichrichters auftritt. Wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall das Vorliegen eines Stromausfalls erkennt, kann eine Schutzfunktion bzw. ein Schutzantrieb zum Vermeiden oder Minimieren der oben erwähnten Störung nötig sein.
Bei der Erfindung der oben erwähnten japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 kann die Speichereinheit für elektrische Energie nicht geladen werden, wenn die Spannung an dem Wechselspannungszwischenkreis nicht höher als die Spannung an der Speichereinheit für elektrische Energie ist. Daher kann bei der Auslegung die Spannung an der Speichereinheit für elektrische Energie nicht gleich oder größer gemacht werden, als die Ausgangsspannung des Gleichstroms des Gleichrichters (das bedeutet, als der Scheitelwert der Spannung eines öffentlichen dreiphasigen Stromversorgungsnetzes). Wenn die Speichereinheit für elektrischen Strom zum Beispiel als elektrischer Kondensator ausgebildet ist, ergibt sich die Energie E, die in dem elektrischen Kondensator gespeichert werden kann, aus der nachfolgenden Gleichung (1), in der das Symbol C die Kapazität des Kondensator bezeichnet und das Symbol V eine Kondensatorspannung angibt (d. h. die Spannung an der Speichereinheit für elektrischen Strom). E = ½CV² (1)
Man nimmt an, dass zur Sicherstellung von Energie zum Ausführen eines Schutzvorgangs zum Zeitpunkt eines Stromausfalls die in der Speichereinheit für elektrische Energie gespeicherte Energie so hoch wie möglich zu machen ist. Bei dieser Annahme wird jedoch die Kapazität C des Kondensatorens erhöht aufgrund der Beschränkung, das eine Spannung an dem Kondensator nicht gleich oder größer als die Ausgangsspannung des Gleichstroms des Gleichrichters gemacht werden kann (das heißt der Scheitelwert der Spannung eines öffentlichen dreiphasigen Wechselstromnetzes), wie es oben beschrieben wurde. Aus diesem Grunde sind bei der Erfindung nach der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 der Platzbedarf und die Kosten der Speichervorrichtung für elektrische Energie (Kondensator) erhöht. Fernerhin führt dies zu einer Zunahme des Platzbedarfs und der Kosten der Steuervorrichtung für den Motor einschließlich der Speichereinheit für elektrische Energie (Kondensator). Das gleiche Problem besteht auch bei der Erfindung, die in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. S61-267675 beschrieben ist, mit anderen Worten eine Zunahme des Platzbedarfs und der Kosten der Speichereinheit für elektrische Energie und der Antriebseinrichtung für elektrischen Motor, da die Speichereinheit für elektrische Energie geladen wird, wenn eine Spannung an dem Gleichspannungszwischenkreis höher ist als eine Spannung an der Speichereinheit für elektrische Energie.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit Hinblick auf das oben beschriebene Problem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine kompakte und preiswerte Steuereinheit für einen Motor zu schaffen, die an einen Motor Energie zum Ausführen eines Schutzvorgangs zum Zeitpunkt eines Stromausfalls an der Abgabeseite einer Wechselstromversorgung liefern kann.
Zum Erreichen des oben angegebenen Ziels umfasst eine Antriebseinrichtung für einen Motor einen Gleichrichter, der einer Wechselstromseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie gleichrichtet, einen Inverter, der auf der Gleichstromseite des Gleichrichters an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist und der wechselseitig elektrische Energie zwischen Gleichstromenergie am Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie transformiert, die elektrische Antriebsenergie für einen Motor oder in den Motor rückgespeiste Energie ist, eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall, die zum Feststellen eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite des Gleichrichters dient, eine Speichereinheit für elektrische Energie, die mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und die die Fähigkeit zum Speichern von Gleichstromenergie hat, eine Ladeeinheit, die eine Spannungsverstärkungsfunktion beim Laden der elektrischen Speichereinheit auf eine höhere Spannung als die Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis ausübt, eine Entladeeinheit zum Herbeiführen einer Kurzschlussverbindung zwischen der Speichereinheit für elektrische Energie und dem Gleichspannungszwischenkreis, die bewirkt, dass in der Speichereinheit für elektrische Energie gespeicherte Gleichstromenergie in den Gleichspannungszwischenkreis entladen wird, und eine Steuereinheit, die einen Ladebefehl ausgibt, der bewirkt, dass die Ladeeinheit arbeitet, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters keinen Stromausfall erkennt, oder bevor der Antrieb des Motors gestartet wird, und einen Entladebefehl, der bewirkt, dass die Entladeeinheit arbeitet, und einen vorgegebenen Motorantriebsbefehl, der bewirkt, dass der Inverter arbeitet, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall einen Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters erkennt, ausgibt.
Der vorgegebene Motorantriebsbefehl bewirkt, dass der Inverter Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie Wandelt, der es dem Motor ermöglicht ist, einen Antrieb bzw. Vorgang auszuführen, den bei Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite auszuführen ihm vorgegeben ist.
Die Antriebseinrichtung für einen Motor kann ferner enthalten eine Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie mit einem elektrischen Widerstand und einem Schalter, der einen elektrischen Strompfad zwischen dem elektrischen Widerstand und dem Wechselspannungszwischenkreis schließt bzw. öffnet, bei der der Schalter, wenn einen Startbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie durch den elektrischen Widerstand empfangen wird, den elektrischen Strompfad schließt und bei der der Schalter, wenn ein Stoppsignal für den Verbraucher elektrische Energie empfangen wird, den elektrischen Pfad öffnet, und eine Messeinheit für eine Gleichspannung, die eine Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis misst, bei der, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters einen Stromausfall erkennt und wenn eine durch die Messeinheit für eine Gleichspannung gemessene Gleichspannung höher ist als ein erster Grenzwert die Steuereinheit den Startbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie überträgt, und wenn die durch die Messeinheit für eine Gleichspannung gemessene Gleichspannung niedriger ist als ein zweiter Grenzwert, der niedriger als der erste Grenzwert ist, die Steuereinheit einen Stoppbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie überträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher, wenn auf die nachfolgenden beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
1 ist ein Schaltbild, das eine Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
2 ist ein Schaltbild, das ein erstes konkretes Beispiel einer Ladeeinheit in der Antriebseinrichtung des Motors zeigt.
3 ist ein Schaltbild, das ein zweites konkretes Beispiel einer Ladeeinheit in der Antriebseinrichtung des Motors zeigt.
4 ist ein Fließschaltbild, das eine Antriebseinrichtung eines Motors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
5 ist ein Schaltbild, das eine Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie in der Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
6 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Antriebsvorrichtung für einen Motor, die mehrere Motoren antreibt.
7 ist ein Schaltbild, das schematisch eine Ladeeinheit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschriebenen Erfindung zeigt.
8 ist ein Schaltbild, das schematisch eine Entladeeinheit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschriebenen Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird eine Steuereinheit für einen Motor mit einer Speichereinheit für elektrische Energie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die mit Hilfe der Zeichnungen dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. In einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Antriebseinrichtung für einen Motor erläutert, die den Antrieb mehrerer Motoren steuert. Die Anzahl der anzutreibenden und zu steuernden Motoren beschränkt jedoch nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
1 ist ein Schaltbild, das eine Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Im nachfolgenden haben die wesentlichen Bauelemente, die mit Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen sind jeweils die gleiche Funktion.
Die Antriebseinrichtung für einen Motor 1 zum Antreiben der Motoren 2 hat bei dem ersten Ausführungsbeispiel einen Gleichrichter 11, einen Inverter 12, eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14, eine Speichereinheit für elektrische Energie 15, eine Ladeeinheit 16, eine Entladeeinheit 17 und eine Steuereinheit 18. Ferner hat die Antriebssteuerung für einen Motor 1 eine Spannungsmesseinheit 19 der Speichereinheit für elektrische Energie zum Messen einer Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15 und eine Gleichspannungsmesseinheit 20 zum Bestimmen der Gleichspannung an einem Gleichspannungszwischenkreis 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Inverter 12.
Der Gleichrichter 11 richtet Wechselstromenergie, die aus einer öffentlichen bzw. kommerziellen dreiphasigen Wechselstromversorgung 3 bzw. einem Drehstromnetz kommt, gleich, um als Gleichstrom abgegeben zu werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Ausführungsform des verwendeten Gleichrichters 11 nicht auf eine spezielle Ausführungsform beschränkt und kann eine dreiphasige Doppelweg-Gleichrichterschaltung, eine 120° stromführende Gleichrichterschaltung, eine durch eine Pulsweitenmodulation gesteuerte Gleichrichterschaltung oder ein anderer Gleichrichter sein.
Der Gleichrichter 11 und die Inverter 12 sind miteinander über einen Gleichspannungszwischenkreis 13 verbunden. Die Inverter 12 sind als eine invertierende Schaltung wie zum Beispiel einer PWM Inverterschaltung ausgebildet, wobei die Inverterschaltung Schaltbauteile darin enthält. In diesem Beispiel steuert die Motorsteuereinheit den An- bzw. Betrieb einer Vielzahl von Motoren 2, weshalb jeweils ein Inverter 12 für jeden Motor 2 vorgesehen ist. Auf der Basis eines von der Steuereinheit 18 empfangenen Antriebsbefehls für den Motor veranlasst der Inverter 12 die darin befindlichen Schaltbauteile einen Schaltvorgang auszuführen. Dabei invertiert der Inverter 12 die von der Seite des Gleichspannungszwischenkreises 13 gelieferten Gleichstromenergie in dreiphasige Wechselstromenergie mit der gewünschten Spannung und der gewünschten Frequenz für den Antrieb der Motoren 2. Auf der Basis der zugeführten dreiphasigen Wechselstromenergie, deren Spannung und Frequenz geändert werden können, arbeitet der Motor 2. Zu der Zeit, zu der der Motor 2 abgebremst wird, wird elektrische Energie wiedergewonnen. Aufgrund eines von der Steuereinheit 18 empfangenen Antriebs des Seel für den Motor konvertiert der Inverter 12 die Wechselstromenergie in, mit anderen Worten, die im Motor rückgewonnene elektrische Energie in Gleichstromenergie, um die Gleichstromenergie der Konverter in den Gleichspannungszwischenkreis 13 zurückzuspeisen. Folglich führt der Inverter 12 auf der Basis des empfangenen Antriebsbefehls für den Motor eine wechselseitige Transformation elektrische Energie zwischen der Gleichstromenergie an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 und der Wechselstromenergie durch, die elektrische Antriebsenergie für den Motor 2 ist oder im Motor 2 wiedergewonnene elektrische Energie ist.
Die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 ist auf der Seite des öffentlichen dreiphasigen Wechselstromversorgungsnetzes 3 vorgesehen, das die Wechselstromenergie an den Gleichrichter 11 liefert. Die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 ermittelt, ob oder ob nicht ein Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 auftritt. Das Ergebnis der Erkennung der Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 wird an die Steuereinheit 18 übertragen.
Die Messeinheit für die Gleichspannung 20 misst die Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und den Invertern 12. Das Messergebnis der Messeinheit für die Gleichspannung 15 wird an die Steuereinheit 18 übertragen.
Die Speichereinheit für elektrische Energie 15 ist mit dem Gleichspannungszwischenkreis 13 verbunden und kann Gleichstromenergie speichern. Die Speichereinheit für elektrische Energie 15 ist zum Beispiel als Kondensator oder dergleichen ausgebildet. Die Speichereinheit für elektrische Energie 15 ist mit dem Spannungsmesser der Speichereinheit für elektrische Energie 19 zur Messung der Ladespannung ausgerüstet. Informationen mit Bezug auf eine Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die von dem Spannungsmesser für die Speichereinheit für elektrische Energie 19 gemessen wird, wird an die Steuereinheit 18 übertragen.
Wenn die Ladeeinheit 16 einen Ladebefehl von der Steuereinheit 18 empfängt, bringt die Ladeeinheit 16 Gleichstromenergie an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 in die Speichereinheit für elektrische Energie 15 ein, um die Speichereinheit für elektrische Energie 15 aufzuladen. Wenn die Steuereinheit 18 die Speichereinheit für elektrische Energie 15 veranlasst, aufgeladen zu werden, vergleicht die Steuereinheit 18 die Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die von der Spannungsmesseinheit der elektrischen Speichereinheit 19 gemessen wird, mit der Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13, die von der Gleichspannungsmesseinheit 20 gemessen wird, um einen Ladebefehl an die Ladeeinheit 16 abzugeben, damit diese einen Ladevorgang ausführt. Die Steuereinheit 18 gibt den erzeugten Ladebefehl an die Ladeeinheit 16 ab. Die Ladeeinheit 16 hat eine spannungsverstärkende Funktion zum Laden der Speichereinheit für elektrische Energie 15 mit einer höheren Spannung als der Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13. Die Ladeeinheit 16 ist zum Beispiel als stufenweise aufwärts oder abwärts stellbare Chopper-Schaltkreis (Impulssteuerung) ausgebildet. Zwei konkrete Ausführungsbeispiele der Ladeeinheit 16, die als aufwärts oder abwärts stellbare Chopper Schaltkreise ausgebildet sind, werden näher beschrieben.
2 ist ein Schaltbild, das ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel der Ladeeinheit in der Antriebseinrichtung für einen Motor darstellt. Wie in 2 gezeigt ist, enthält die Ladeeinheit 16 des ersten konkreten Ausführungsbeispiels Schalter S1 und S2, Dioden D1 und D2 und einen aufwärts und abwärts stellbaren Chopper-Schaltkreis mit einer Drosselspule L1. Wenn die Steuereinheit 18 veranlasst, dass die Speichereinheit für elektrische Energie 15 aufgeladen wird, erzeugt die Steuereinheit 18 einen Ladebefehl zum Steuern der zu öffnenden und zu schließenden Schalter S1 und S2. Die Steuereinheit 18 erzeugt den Ladebefehl auf der Basis des Vergleichs einer Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die durch den Spannungsmesser 19 der Ladeeinheit für elektrischen Strom gemessen wurde, und der Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13, die von der Gleichspannungsmesseinheit 20 gemessen wird. Wenn die Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die von dem Spannungsmesser der Speichereinheit für elektrische Energie 19 gemessen wurde, niedriger als die Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13 ist, die von der Gleichspannungsmesseinheit 20 gemessen wird, bewirkt die Steuereinheit 18, dass der Schalter S2 stets geöffnet ist und steuert den Schalter S1 so, dass er mit einer vorgegebenen Taktrate an- und ausgeschaltet wird, um die Speichereinheit für elektrische Energie 15 aufzuladen. Dann, wenn die Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die von dem Spannungsmesser der Speichereinheit für elektrische Energie 19 gemessen wird, höher wird als die Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13, die von der Gleichspannungsmesseinheit 20 gemessen wird, bewirkt die Steuereinheit 18, dass der Schalter S1 stets eingeschaltet ist und steuert den Schalter S2 so, dass er mit einer vorgegebenen Taktrate bzw. Taktfrequenz geöffnet und geschlossen wird, um die Speichereinheit für elektrische Energie 15 aufzuladen. Eine solche Ladeeinheit 16 kann die Speichereinheit für elektrische Energie 15 bis zu einer Spannung aufladen, die höher als die Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 ist.
Der oben beschriebene aufwärts und abwärts stellbare Chopper-Schaltkreis ist ein konkretes Ausführungsbeispiel. Es können aber auch andere aufwärts und abwärts stellbare Chopper-Schaltkreise Ladeeinheit bilden. 13 ist ein Schaltbild, das ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel der Ladeeinheit in der Antriebseinrichtung für den Motor zeigt. Wie als zweites konkretes Ausführungsbeispiel in 3 dargestellt, kann die Ladeeinheit 16 durch einen aufwärts und abwärts stellbaren Chopper-Schaltkreis mit einem Schalter S3, einer Diode D3 und einer Drosselspule L2 ausgebildet werden.
Aus der Beschreibung von 1 ergibt sich, dass wenn die Entladeeinheit 17 einen Entladebefehl von der Steuereinheit 18 empfängt, die Entladeeinheit 17 eine Kurzschlussverbindung zwischen der Speichereinheit für elektrische Energie 15 und dem Gleichspannungszwischenkreis 13 herstellt, um die in der Speichereinheit für elektrische Energie 15 gespeicherte Gleichstromenergie in den Gleichspannungszwischenkreis 13 zur entladen. Die Entladeeinheit 17 kann zum Beispiel der unter Bezugnahme auf 8 oben erläuterte Schaltkreis sein.
Die Steuereinheit 18 erzeugt einen Motorantriebsbefehl, einen Ladebefehl und einen Entladebefehl wie nachfolgend beschrieben.
Wenn die Steuereinheit 18 den Motor 2 in einem Zustand ansteuert, in dem ein Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 nicht festgestellt wird (das bedeutet, in einem Normalzustand), gibt die Steuereinheit 18 an jeden Inverter 12 einen Motorantriebsbefehl zum Invertieren der Gleichstromenergie in dreiphasige Wechselstromenergie mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antrieb des Motors 2 ab. Dadurch wandelt jeder Inverter 12 auf der Basis des empfangenen Motorantriebsbefehls Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um und arbeitet der Motor 2 mit diesem Wechselstrom.
Die Steuereinheit 18 überträgt einen Ladebefehl an die Ladeeinheit 16. Die Steuereinheit 18 überträgt einen Entladebefehl an die Ladeeinheit 16 vorzugsweise bevor die Steuereinheit 18 den Antrieb der Motoren 2 zu steuern beginnt. Auf diese Weise wird die Speichereinheit für elektrische Energie 15 mit einer Spannung aufgeladen, die gleich oder höher als eine vorgegebene Ladespannung ist. Die Speichereinheit für elektrische Energie 15 kann bis zu einer höheren Spannung als der Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 mit Hilfe einer Spannungsverstärkungsfunktion der Ladeeinheit 16 geladen werden, wie dies oben beschrieben wurde. Folglich kann eine Spannung, die höher als Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 ist, als die vorgegebene Ladespannung vorgegeben werden. Nachdem die Steuerung der Motoren 2 gestartet worden ist, wird die in der Speichereinheit für elektrische Energie 15 gespeicherte Energie nach und nach aufgrund von Verlusten verbraucht, die durch den elektrischen Innenwiderstand bewirkt wird. Aus diesem Grunde überträgt die Steuereinheit 18 während der Antriebssteuerung der Motoren 2 in einem Zustand, in dem ein Stromausfall nicht auftritt (das bedeutet, in einem Normalzustand), wenn die Ladespannung an der Speichereinheit für elektrische Energie 15, die von der Spannungsmesseinheit der Speichereinheit für elektrische Energie 19 gemessen wird, höher wird, als eine vorgegebene Ladespannung, einen Ladebefehl an die Ladeeinheit 16. Auf diese Weise wird die Speichereinheit für elektrische Energie 15 in geeigneter Weise aufgeladen.
Wenn die Steuereinheit 18 von der Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 ein Signal empfängt, das das Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 anzeigt, sendet die Steuereinheit 18 einen Entladebefehl an die Entladeeinheit 17 und sendet einen vorgegebenen Motorantriebsbefehl an die Inverter 12. Dieser vorgegebene übermittelte Motorantriebsbefehl, der zu diesem Zeitpunkt eines Stromausfalls gesendet wird, bewirkt, dass die Inverter 12 die Gleichstromenergie in dem Gleichspannungszwischenkreis 13 in ”Wechselstromenergie, die es den Motoren 2 ermöglicht, einen Schutzvorgang bzw. einen Notbetrieb auszuführen, der zum Zeitpunkt eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite auszuführen Ihnen vorgegeben wurde” zu wandeln. Mit anderen Worten, der vorgegebene Motorantriebsbefehl, der zum Zeitpunkt eines Stromausfalls übermittelt wird, unterscheidet sich von einem Motorantriebsbefehl, der zum Antrieb der Motoren 2 in einem Zustand, in dem ein Stromausfall nicht auftritt (was bedeutet: in einem Normalzustand) gesendet wird.
Der Schutz- bzw. Notbetrieb, den zum Zeitpunkt eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite des Gleichrichters auszuführen vorgegeben ist kann ein Befehl zum Zurückbewegen, ein, ein Befehl zum Verhindern eines Absturzes, wie er in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H11-178245 beschrieben ist, sein. Die Steuerung zum Zurückbewegen wird zum Beispiel in einer Werkzeugmaschine ausgeführt, bei der ein Werkstück und ein Werkzeug numerisch so gesteuert werden, dass sie miteinander synchronisiert sind. In der Steuerung zum Zurückbewegen werden das Werkstück und das Werkzeug zum Zeitpunkt eines Stromausfalls in die Positionen zurückbewegt, in denen das Werkstück und das Werkzeug sich gegenseitig nicht behindern bzw. in Wechselwirkung treten können, während die Synchronisierung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug aufrechterhalten wird. Auf diese Weise kann eine Beschädigung aufgrund einer nicht vorhandenen Synchronisierung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug verhindert werden. Die Bremssteuerung wird in einer Werkzeugmaschine ausgeführt, in der ein Leerlaufabstand einer Verbindungswelle zum Zeitpunkt des Stromausfalls ein Problem bereiten kann. Bei der Bremssteuerung wird die Verbindungswege verzögert um schließlich angehalten zu werden, so dass eine Kollision aufgrund eines Weitedrehens der Verbindungswelle wegen ihrer Trägheit verhindert werden kann. Bei einer einen Absturz verhindernden Steuerung kann bei einem Stromausfall die aktuelle Position einer in Richtung der Schwerkraft ausgerichteten Welle beibehalten werden, um so einen Absturz der in Schwerkraft Richtung ausgerichteten Welle zu vermeiden. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Werkstücks und des Werkzeugs verhindert werden.
Bei dem zuvor Beschriebenen wird bei jedem Schutz- bzw. Notbetrieb Wechselstromenergie verbraucht, um die Motoren 2 anzutreiben. Wenn die Steuereinheit 18 von der Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 bei Auftreten eines Stromausfalls ein das Auftreten eines Stromausfalls angebendes Signal empfängt, überträgt gemäß der vorliegenden Erfindung aus diesem Grunde die Steuereinheit 18 an die Inverter 12 den oben beschriebene vorgegebenen Motorantriebsbefehl für den Schutzbetrieb und überträgt ferner einen Entladebefehl an die Entladeeinheit 17. Auf diese Weise können die Inverter 12 die Gleichstromenergie, die in dem Gleichspannungszwischenkreis 13 von der Speichereinheit für elektrische Energie 15 entladen wird, zur Ausgabe von Wechselstrom wandeln, die es den Motoren 2 erlaubt, zum Ausführen eines Schutzbetriebs angetrieben zu werden. Auf solche Weise können die Motoren 2 den Schutzbetrieb ausführen. Als Folge hiervon ist es möglich, eine Störung wie eine Zerstörung oder Verformung der Motoren 2, die durch die Antriebseinrichtung für einen Motor 1 angetrieben werden, ein mit dem Motor 2 verbundenes Werkzeug, ein Bearbeitungsteil, das durch das Werkzeug bearbeitet wird, eine Herstellungslinie mit der Antriebseinrichtung für einen Motor 1 oder dergleichen vermieden werden.
4 ist ein Schaltbild, das eine Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 5 ist ein Schaltbild, das eine Verbrauchseinheit für wiedergewonnene und zurückgespeiste elektrische Energie in der Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ergibt sich aus dem Hinzufügen der Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 zu dem Aufbau des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Wenn die Motoren 2 den Schutzbetrieb durch Verzögern – wie oben beschrieben – ausführen, gewinnen die Motoren 2 Stromenergie zurück. Die wiedergewonnene bzw. zurückgespeiste elektrische Energie wird in Gleichstromenergie durch die Inverter 12 gewandelt. Als Ergebnis hiervon steigt das elektrische Potenzial der Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 an. Wenn der Anstieg der Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13, der durch die zurückgespeiste elektrische Energie die bewirkt wird, unkontrollierbar wird, kann jedes der Bauteile, die den Gleichrichter 11 oder die Inverter 12 bilden, durch eine Spannung, die höher als die zulässige Spannung ist, zerstört werden. Aus diesem Grunde ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 vorgesehen und verbraucht die wiedergewonnene Energie durch Wärmeentwicklung, während die den Schutzbetrieb ausführenden Motoren 2 verlangsamt werden. Auf diese Weise kann der Anstieg der Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13 zum Zeitpunkt des Verlangsamens bzw. Abbremsens der Motoren 2 unterdrückt werden. Da die Bauelemente des Schaltkreises bis auf die der Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 und der Steuereinheit 18 die gleichen wie die in 1 dargestellten Bauelemente für den Schaltkreis sind, sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Bauelemente in der Schaltung zugeordnet und wird auf eine ausführliche Beschreibung dieser gleichen Elemente des Schaltungsaufbaus verzichtet.
Die Messeinheit für Gleichspannung 20 misst die Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis 13 sogar zu der Zeit oder einer anderen Zeit, zu der der Antrieb der Motoren 2 normalerweise gesteuert wird oder mit anderen Worten, selbst zum Zeitpunkt eines Stromausfalls.
Die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 enthält einen elektrischen Widerstand er R1, einen Schalter S4, der einen elektrischen Strompfad zwischen dem elektrischen Widerstand 1 und dem Gleichspannungszwischenkreis 13 schließt oder öffnet. Wenn die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie von der Steuereinheit 18 einen Startbefehl zum Verbrauch von elektrischer Energie durch den elektrischen Widerstand empfängt, schließt der Schalter S4 und wenn die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste bzw. wiedergewonnene elektrische Energie von der Steuereinheit 18 einen Stoppbefehl zum Verbrauch von elektrische Energie durch den elektrischen Widerstand empfängt, wird der Schalter S4 geöffnet.
Wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall 14 einen Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 11 erkennt, falls eine Gleichspannung, die von der Messeinheit für Gleichspannung 20 gemessen wird, größer ist als ein vorgegebener erster Grenzwert, überträgt die Steuereinheit 18 einen Startbefehl zum Verbrauch elektrischer Energie durch den Widerstand an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21. Wenn die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 den Startbefehl zum Verbrauch elektrischer Energie durch den Widerstand von der Steuereinheit 18 empfängt, wird der Schalter S4 geschlossen. Als Folge hiervon wird die Energie, die als elektrische Energie durch die Motoren 2 wiedergewonnen wurde, in Gleichstromenergie gewandelt und in Form von Wärmeerzeugung durch den elektrischen Widerstand R1 verbraucht. Folglich kann ein Anstieg der Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13 unterdrückt werden. Da der Energieverbrauch an dem elektrischen Widerstand er 1 ausgelöst wird, nimmt die Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13 allmählich ab. Wenn die von der Messeinheit für die Gleichspannung 20 gemessene Gleichspannung niedriger ist als ein vorgegebener zweiter Grenzwert, der kleiner als der erste Grenzwert ist, überträgt die Steuereinheit 18 einen Startbefehl zum Verbrauch elektrischer Energie durch den Widerstand an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21. Dadurch öffnet die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie 21 den Schalter S4, um so zu verhindern, dass eine Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 13 auf einen unerwünscht niedrigen abfällt. Der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert können unter Berücksichtigung einer bestimmten Situation geeignet voreingestellt werden, der beispielsweise die Antriebsvorrichtung für einen Motor ausgesetzt wird.
Wenn in der Speichereinheit für elektrische Energie elektrische Energie gespeichert wird, um einen Motor weiter anzutreiben, selbst zum Zeitpunkt eines Stromausfalls, wie dies in der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. S61-267675 und der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung 2009-262161 beschrieben ist, wird die Nennleistung (rating) eines Schaltungsbauteils wie zum Beispiel eines Schalters, einer Diode oder einer Drosselspule, die eine Ladeeinheit bilden, auf den gleichen Wert wie die Nennleistung eines Geräts, das in einem Konverter oder einem Inverter eingesetzt wird, eingestellt, da die Ladeeinheit das Laden in aufgrund einer Veranlassung ausführt, selbst während einer Steuerung des Antriebs des Motors, wenn ein Stromausfall nicht Auftritt. Folglich ist es schwierig, die Ladeeinheit mit einer kleineren Größe auszuführen. Die Antriebseinrichtung für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Zufuhr von Energie an die Motoren aus der Speichereinheit für elektrische Energie zum Zeitpunkt eines Stromausfalls, weshalb diese Energie es den Motoren ermöglicht, einen Schutzbetrieb bzw. Notbetrieb auszuführen. Folglich ist es ausreichend, wenn die Speichervorrichtung für elektrische Energie geladen wird, bevor die Motoren zum Laufen gebracht werden, so dass es keine speziellen zeitlichen Einschränkungen hinsichtlich des Abschlusses des Ladevorgangs gibt. Aus diesem Grunde kann in der Ladeeinheit ein Schaltungsbauteil mit einer geringen Nennleistung verwendet werden, so dass die Größe und die Kosten der Ladeeinheit leicht gering gehalten werden können. Zusätzlich können auch die Größe und die Kosten für die Antriebseinrichtung des Motors gering und niedrig gehalten werden.
Ferner gilt beispielsweise, wenn die Speichereinheit für elektrische Energie ein Kondensator ist, dass die Energie E, die in dem Kondensator gespeichert werden kann, proportional dem Quadrat der Spannung des Kondensators ist, wie es in der Gleichung (1) angegeben ist. Als Speichereinheit für elektrische Energie wird üblicherweise ein Kondensator mit einer Nennspannung verwendet, die ausreichend weit oberhalb der normalerweise zu erwartenden maximalen Spannung am Ausgang des Gleichrichters (Gleichspannungszwischenkreis) liegt, mit anderen Worten, der oberen Grenze der Schwankungen des Scheitelwerts eines kommerziellen bzw. öffentlichen dreiphasigen Wechselstromversorgungsnetzes. Auf diese Weise kann die in dem Kondensator je Volumeneinheit gespeicherte Energie maximiert werden. Folglich können Größe und Kosten der Speichereinheit (Kondensator) klein bzw. niedrig gehalten werden und können ferner Größe und Kosten der Antriebseinrichtung für den Motor einschließlich der Speichereinheit für elektrische Energie (Kondensator) vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung kann als eine Antriebseinrichtung für einen Motor verwendet werden, die den in einer Werkzeugmaschine, einer Schmiede Walz Presse, einer Spritzgießmaschine, einer anderen industriellen Maschine oder verschiedene Arten von Robotern vorgesehen sind. Die Antriebseinrichtung umfasst den Gleichrichter, der einen eingegebenen Wechselstrom in einen Gleichstrom wandelt und die Inverter, die den von dem Gleichstromkonverter ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom wandeln, der als elektrische Antriebsenergie für die jeweiligen Motoren ausgegeben wird. Die vorliegende Erfindung kann in einem Fall eingesetzt werden, indem verschiedene Arten von Schutzvorgängen oder Notbetrieben zum Schutze des Motors, der durch diese Antriebseinrichtung für den Motor angetrieben werden, ausgeführt werden, zum Beispiel bei einem mit dem Motor verbundenen Werkzeug, einem zu bearbeitenden Werkstück, das durch das Werkzeug bearbeitet wird, in einer Herstellungslinie mit einer Antriebseinrichtung für den Motor oder dergleichen, wenn ein Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung für einen Motor einen Gleichrichter, der Wechselstromenergie in auszugebende Gleichstromenergie wandelt, einen Inverter, der wechselseitig elektrische Energie zwischen Gleichstromenergie am Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie, die elektrische Antriebsenergie für den Motor oder zurückgespeiste elektrische Energie des Motors ist, transformiert und eine Speichereinheit für elektrische Energie, die mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und die Gleichstromenergie speichert. In einer solchen Antriebseinrichtung für einen Motor wird die Speichereinheit für elektrische Energie unter Verwendung einer Ladeeinheit aufgeladen, die eine Spannungsverstärkungsfunktion für das Laden der Speichereinheit für elektrische Energie auf eine höhere Spannung als die Gleichspannung an dem Gleichspannungszwischenkreis hat. Folglich kann die in der Speichereinheit je Volumeneinheit gespeicherte Energie maximiert werden. Aus diesem Grund können Größe und Kosten der Speichereinheit für elektrische Energie verringert werden und können ferner Größe und Kosten der Antriebseinrichtung für einen Motor einschließlich der Speichereinheit für elektrische Energie reduziert werden.
Die Energie, die es dem Motor ermöglicht, einen Schutzvorgang bzw. einen Notbetrieb auszuführen, wenn ein Stromausfall auftritt, wird von der Speichereinheit für elektrische Energie geliefert. Es ist daher ausreichend, dass die Speichereinheit geladen wird, bevor die Antriebseinrichtung für den Motor in Betrieb genommen wird, so dass es keine speziellen zeitlichen Einschränkungen für das Aufladen gibt. Aus diesem Grunde kann eine Schaltung mit einer geringen Stromnennleistung für die Ladeeinheit verwendet werden, so dass Größe und Kosten der Ladeeinheit ohne weiteres vermindert werden können und ebenfalls Größe und Kosten der Antriebseinrichtung für den Motor verringert werden können.
Ferner ist die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie vorgesehen, um mit ihr den Anstieg der Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis, der durch die wiedergewonnene und zurückgespeiste elektrische Energie erzeugt wird, wenn der Motor im Schutz- bzw. Notbetrieb verlangsamt werden muss, zu vermeiden. Folglich kann Schaden an Teilen in der Antriebseinrichtung für den Motor verhindert werden.
Die Erfindungen, die in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. S61-267675 und der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2009-261161 beschrieben sind, zielen auf eine Aufrechterhaltung des Betriebs des Motors, selbst zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Stromausfall auf der Wechselstromseite aufgetreten ist. In diesen Erfindungen wird die Nennleistung eines Schaltungbauteils wie zum Beispiel eines Schalters, eine die Diode und einer Drosselspule, in die die Ladungseinheit bilden, in gleicher Höhe vorgesehen, wie die Nennleistung der in einem Konverter oder einen Inverter verwendeten Bauteile, da die Ladeeinheit das Laden in Übereinstimmung mit den Anforderungen vornimmt, selbst während einer normalen Antriebssteuerung des Motors, wenn kein Stromausfallauftritt, vornimmt. Folglich ist es schwer, die Größe der Ladeeinheit zu verringern. Nun ermöglicht es die Antriebseinrichtung für den Motor gemäß der vorliegenden Erfindung, dass Energie an den Motor aus der Speichereinheit für elektrische Energie die zum Zeitpunkt des Auftretens eines Stromausfalls geliefert wird, und diese Energie es dem Motor ermöglicht, einen Schutzbetrieb auszuführen.
Es ist somit ausreichend, dass die Speichereinheit für elektrische Energie geladen wird, bevor die Steuerung des Motors gestartet wird, so dass es keine speziellen zeitlichen Einschränkungen für den Abschluss des Ladevorgangs gibt. Aus diesem Grunde können Schaltungsbauteile mit einer geringen Nennleistung in der Ladeeinheit verwendet werden, so dass Größe und Kosten der Ladeeinheit leicht reduziert und ferner ebenfalls Größe und Kosten der Antriebseinrichtung für den Motor verringert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-178245 [0006, 0007, 0007, 0007, 0012, 0013, 0025, 0026, 0043]
JP 61-267675 [0008, 0013, 0049, 0055]
JP 2009-261161 [0009, 0055]
JP 8-54914 [0010]
JP 2009-262161 [0049]

Claims

Antriebseinrichtung für einen Motor (1), die umfasst: einen Gleichrichter (11), der einer Wechselstromseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie gleichrichtet, einen Inverter (12), der auf der Gleichstromseite des Gleichrichters (11) an einen Gleichspannungszwischenkreis (13) angeschlossen ist und der wechselseitig elektrische Energie zwischen Gleichstromenergie am Gleichspannungszwischenkreis (13) und Wechselstromenergie transformiert, die elektrische Antriebsenergie für einen Motor (2) oder in den Motor (2) rückgespeiste Energie ist, eine Erkennungseinheit für einen Stromausfall (14), die zum Feststellen eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite des Gleichrichters (11) dient, eine Speichereinheit für elektrische Energie (15), die mit dem Gleichspannungszwischenkreis (13) verbunden ist und die die Fähigkeit zum Speichern von Gleichstromenergie hat, eine Ladeeinheit (16), die eine Spannungsverstärkungsfunktion beim Laden der elektrischen Speichereinheit (15) auf eine höhere Spannung als die Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis (13) ausübt, eine Entladeeinheit (17) zum Herbeiführen einer Kurzschlussverbindung zwischen der Speichereinheit für elektrische Energie (15) und dem Gleichspannungszwischenkreis (13), die bewirkt, dass in der Speichereinheit für elektrische Energie (15) gespeicherte Gleichstromenergie in den Gleichspannungszwischenkreis (13) entladen wird, und eine Steuereinheit (18), die einen Ladebefehl ausgibt, der bewirkt, dass die Ladeeinheit (16) arbeitet, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall (14) auf der Wechselstromseite des Gleichrichters (11) keinen Stromausfall erkennt, oder bevor der Antrieb des Motors (2) gestartet wird, und einen Entladebefehl, der bewirkt, dass die Entladeeinheit (17) arbeitet, und einen vorgegebenen Motorantriebsbefehl, der bewirkt, dass der Inverter (12) arbeitet, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall (14) einen Stromausfall auf der Wechselstromseite des Gleichrichters (11) erkennt, ausgibt.
Antriebseinrichtung für einen Motor (1) nach Anspruch 1, bei der der vorgegebene Motorantriebsbefehl bewirkt, dass der Inverter (12) Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis (13) in Wechselstromenergie wandelt, der es dem Motor (2) ermöglicht, einen Betrieb auszuführen, den bei Auftreten eines Stromausfalls auf der Wechselstromseite auszuführen ihm vorgegeben ist.
Antriebseinrichtung für einen Motor (1) nach Anspruch 2, die ferner umfasst: eine Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie (21) mit einem elektrischen Widerstand (R1) und einem Schalter (S4), der einen elektrischen Strompfad zwischen dem elektrischen Widerstand (R1) und dem Wechselspannungszwischenkreis (13) schließt bzw. öffnet, bei der der Schalter (S4), wenn einen Startbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie durch den elektrischen Widerstand empfangen wird, den elektrischen Strompfad schließt und bei der der Schalter (S4), wenn ein Stoppsignal für den Verbraucher elektrische Energie empfangen wird, den elektrischen Pfad öffnet, und eine Messeinheit für eine Gleichspannung (20), die eine Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis (13) misst, bei der, wenn die Erkennungseinheit für einen Stromausfall (14) auf der Wechselstromseite des Gleichrichters (11) einen Stromausfall erkennt und wenn eine durch die Messeinheit für eine Gleichspannung (20) gemessene Gleichspannung höher ist als ein erster Grenzwert die Steuereinheit (18) den Startbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie (21) überträgt, und wenn die durch die Messeinheit für eine Gleichspannung (20) gemessene Gleichspannung niedriger ist als ein zweiter Grenzwert, der niedriger als der erste Grenzwert ist, die Steuereinheit (18) einen Stoppbefehl für den Verbrauch elektrischer Energie an die Verbrauchseinheit für zurückgespeiste elektrische Energie (21) überträgt.