DE102015108888B4

DE102015108888B4 - Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor, ausgestattet mit mehreren PTC Thermistoren

Info

Publication number: DE102015108888B4
Application number: DE102015108888.6A
Authority: DE
Inventors: Suguru Takamizawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2035-06-06
Also published as: US20150364976A1; US10018518B2; CN105300548B; JP2016005314A; DE102015108888A1; DE102015108888A8; JP6096718B2; CN204788710U; CN105300548A

Abstract

Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor, umfassend:PTC Thermistoren (1), die jeweils an der Spule einer anderen Phase eines Drei-Phasen-Wechselstrom- (AC-) Elektromotors (20) befestigt und in Reihe geschaltet sind;eine Überhitzungsbestimmungseinheit (5), die zum Bestimmen einer Überhitzung von Spulen aufgrund der Ausgangsspannung von der Reihenschaltung der PTC Thermistoren konfiguriert ist; undeine Ausgangsspannungssteuereinheit (4), die zum Steuern der Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren (1) gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) konfiguriert ist,wobei die Ausgangsspannungssteuereinheit (4) die Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren (1) verstärkt, wenn der elektrische Winkel des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf der U-Phasen-, V-Phasen- oder W-Phasen-Spule konzentriert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor, betrifft insbesondere eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor, der mit einem PTC Thermistor für jede Phase von Spulen ausgestattet ist, wobei die Ausgangsspannung von jedem der Thermistoren, die in Reihe geschaltet sind, erfasst werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmliche Elektromotoren sind durch Verwendung von PTC (positiver Temperaturkoeffizient) Thermistoren thermisch geschützt, d.h., temperaturempfindliche Widerstandselemente mit positiven Widerstands-Temperatureigenschaften, oder die annähernd einen gleichförmigen Widerstand bei normaler Temperatur, aber einen exponentiell zunehmenden Widerstand über einer bestimmten Temperatur (der CuriePunkt-Temperatur) aufweisen. Insbesondere ist ein PTC Thermistor unter den Komponenten des Elektromotors an einem Punkt oder um diesen angeordnet, wo eine nennenswerte Wärmemenge erzeugt wird. Die Amplitude des Ausgangssignals vom PTC Thermistor wird überwacht, so dass ein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, wenn das Ausgangssignal einen vorgeschriebenen Pegel übersteigt und dadurch eine magnetische Erregung des Elektromotors abgeschaltet wird.
Das PTC Thermistor-Ausgangssignal wird vorzugsweise als ein elektrisches Signal, wie Spannung, abgetastet. Daher wird zur Umwandlung des Widerstands, den der PTC Thermistor aufweist, in Spannung eine elektrische Schaltung hergestellt, die einen passend fixierten Widerstand und den PTC Thermistor enthält, um die geteilte Spannung über den PTC Thermistor durch Anlegen einer festgesetzten Gleich- (DC-) Spannung an die elektrische Schaltung zu messen. Auf diese Weise ist es möglich, die Spannung die dem Widerstand entspricht, abzutasten und somit unter Verwendung der Spannung als Parameter zu bestimmen, ob eine Überhitzung eintritt oder nicht.
Insbesondere wird in einem Elektromotor, der Drei-Phasen-Spulen enthält, ein PTC Thermistor an der Oberfläche der Spule jeder Phase angelegt und diese Thermistoren sind in Reihe geschaltet. Der Grund dafür ist, dass die PTC Thermistoren mit einem einzigen Eingang und einem einzigen Ausgang verbunden sind, so dass die Anzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen minimiert ist. 1 zeigt einen herkömmlichen Elektromotor, der mit PTC Thermistoren ausgestattet ist. 2 zeigt einen Zustand von PTC Thermistoren, die in einem Elektromotor montiert sind, der mit PTC Thermistoren ausgestattet ist. Ein Kern 1001 ist mit einer U-Phasen-Spule 1021, einer V-Phasen-Spule 1022 und einer W-Phasen-Spule 1023 versehen, wobei diese Drei-Phasen-Spulen einen U-Phasen-PTC Thermistor 1011, V-Phasen-PTC Thermistor 1012 bzw. einen W-Phasen-PTC Thermistor 1013 an ihren Oberflächen haben. Diese drei PTC Thermistoren 1011 bis 1013 sind durch einen Draht 1003 in Reihe mit einem Spannungsteilungswiderstandselement (nicht dargestellt) geschaltet, das einen festgesetzten Widerstand hat, und es wird eine vorgeschriebene Spannung von einem Anschluss 1004 angelegt.
3 zeigt ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen herkömmlichen Elektromotor. Wenn eine Spule überhitzt ist, steigt der Widerstand von PTC Thermistor 1011 bis 1013 scharf an und ein Spannungsabfall nimmt zu, wodurch die Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren zunimmt. Wenn daher die Summe der Ausgangsspannung von den in Reihe geschalteten PTC Thermistoren 1011 bis 1013 einen vorgeschriebenen Spannungspegel übersteigt, der im Voraus festgelegt wurde, wird eine Überhitzung von zumindest einer der drei Spulen von einer Überhitzungsbestimmungseinheit 50 erkannt und die Steuereinheit des Elektromotors 200 gibt einen Überhitzungsalarm aus.
Es gibt auch ein weiteres Verfahren zum Ausführen einer ähnlichen Überhitzungserkennung, wobei PTC Thermistoren parallel und nicht in Reihe geschaltet werden, um eine Parallelschaltung zu bilden (zum Beispiel JP 2002315383 A ). Gemäß diesem Verfahren kann eine im Wesentlichen äquivalente Wirkung erwartet werden. Wenn jedoch eine gewisse Trennung von Drähten in der Parallelschaltung vorhanden ist, erzeugt der PTC Thermistor, der sich im getrennten Teil befindet, keine Ausgangsspannung.
Da aber die Überhitzungserkennungsvorrichtung Ausgangsspannungen von den PTC Thermistoren ohne Unterbrechung empfängt, kann die Überhitzungserkennungsvorrichtung ein Vorhandensein/Fehlen einer Trennung nicht erkennen. Infolgedessen besteht das Risiko, dass ein Überhitzungsalarm trotz einer Überhitzung des Elektromotors nicht ausgegeben werden kann, so dass die Überhitzungserkennung unter Verwendung einer Parallelschaltung nicht als perfekte Maßnahme bezeichnet werden kann.
Wenn der Elektromotor kontinuierlich an einer vorgegebenen Position unter magnetischer Erregung stoppt, fließt der maximale oder annähernd maximale Strom durch die Spule einer bestimmten Phase, wodurch die Spule dieser Phase möglicherweise überhitzt wird. In diesem Fall fließen Ströme, die in vorgegebenen Winkeln phasenverschoben sind, durch die Spulen der anderen Phasen, wodurch die hindurchfließenden Ströme nicht so hoch sind wie jener durch die Spule der fraglichen Phase, so dass diese Spulen keinen überhitzten Zustand erreichen. Wenn daher ein Vorhandensein/Fehlen einer Überhitzung im Elektromotor aufgrund der Gesamtspannung über die mehreren in Reihe geschalteten PTC Thermistoren bestimmt wird, tritt folgendes Problem auf. Das heißt, wenn trotz der Tatsache, dass ein Elektromotor an einer bestimmten Stelle einen überhitzten Zustand erreicht, die Summe der Ausgangsspannungen der mehreren PTC Thermistoren den Pegel nicht erreicht hat, über dem ein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, tritt das Problem auf, dass kein Überhitzungsalarm zu dem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, wenn eine bestimmte Stelle alleine überhitzt ist.
JP H10-62266 A offenbart eine Vorrichtung, um einen abnormalen Zustand eines Thermistors zu erfassen, der zum Messen einer Spulentemperatur eines Motors verwendet wird. Dazu wird zum Abschätzen der Spulentemperatur zuerst ein elektrischer Winkel von einem Winkeldetektor eingegeben, die Messspannung wird zu einem Zeitpunkt angelegt, zu dem eine vorbestimmte Phasenspannung Null durchläuft, und ein der Messspannung entsprechender Stromwert wird gemessen. Zusätzlich wird die Induktivität aus dem erfassten elektrischen Winkel erhalten, der Spulenwiderstand wird aus dem Induktivitätswert und dem gemessenen Stromwert erhalten und die Spulentemperatur wird basierend auf dem Spulenwiderstandswert geschätzt. Wenn ein Fehler zwischen der geschätzten Spulentemperatur und der vom Thermistor gemessenen Spulentemperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird eine im Thermistor auftretende Abnormalität festgestellt.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor mit einer Überhitzungsbestimmungsfunktion vorzusehen, die einen raschen Überhitzungsalarm ausgeben werden, selbst wenn nur eine Spule einer bestimmten Phase des Elektromotors überhitzt ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: PTC Thermistoren, die jeweils an der Spule einer anderen Phase eines Drei-Phasen-Wechselstrom- (AC-) Elektromotors befestigt und in Reihe geschaltet sind; eine Überhitzungsbestimmungseinheit zum Bestimmen einer Überhitzung von Spulen aufgrund der Ausgangsspannung von der Reihenschaltung der PTC Thermistoren; und eine Ausgangsspannungssteuereinheit, die zum Steuern der Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors konfiguriert ist, wobei die Ausgangsspannungssteuereinheit die Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren verstärkt, wenn der elektrische Winkel des Drei-Phasen-AC-Elektromotors bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf der U-Phasen-, V-Phasen- oder W-Phasen-Spule konzentriert.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher, wobei:

1 eine schematische Darstellung ist, die einen herkömmlichen Elektromotor zeigt, der mit PTC Thermistoren ausgestattet ist;
2 eine schematische Darstellung ist, die ein Beispiel eines Zustandes von PTC Thermistoren zeigt, die im Inneren eines herkömmlichen Elektromotors befestigt sind, der mit PTC Thermistoren ausgestattet ist;
3 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen herkömmlichen Elektromotor zeigt;
4 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm einer Überhitzungserkennung einer Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß dem anderen Beispiel der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein Ablaufdiagramm einer Überhitzungserkennung einer Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine schematische Darstellung ist, die ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß dem anderen Beispiel der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A eine schematische Darstellung ist, die eine Schaltungskonfiguration in Überhitzungserkennungsvorrichtungen gemäß der dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer PTC Thermistorschaltung mit Schaltelementen zeigt, wenn elektrischer Strom intensiv durch die U-Phasen-Spule bei festgesetztem elektrischen Winkel des Elektromotors fließt;
12B eine schematische Darstellung ist, die eine Schaltungskonfiguration in Überhitzungserkennungsvorrichtungen gemäß der dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer PTC Thermistorschaltung mit Schaltelementen zeigt, wenn elektrischer Strom intensiv durch die V-Phasen-Spule bei festgesetztem elektrischen Winkel des Elektromotors fließt;
12C eine schematische Darstellung ist, die eine Schaltungskonfiguration in Überhitzungserkennungsvorrichtungen gemäß der dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer PTC Thermistorschaltung mit Schaltelementen zeigt, wenn elektrischer Strom intensiv durch die W-Phasen-Spule bei festgesetztem elektrischen Winkel des Elektromotors fließt; und
13 eine schematische Darstellung ist, die eine Schaltungskonfiguration in Überhitzungserkennungsvorrichtungen gemäß der zweiten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer PTC Thermistorschaltung mit Schaltelementen zeigt, wenn der elektrische Winkel des Elektromotors in einem anderen Zustand als dem obenstehenden ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es werden nun Überhitzungserkennungsvorrichtungen für einen Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die Ausführungsform in diesen beschränkt ist, sondern die Erfindungen beinhaltet, die durch die Ansprüche und Äquivalenz definiert sind.
[Erste Ausführungsform]
Eine Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 4 zeigt ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Überhitzungserkennungsvorrichtung 101 für den Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: PTC Thermistoren 1, die jeweils an der Spule einer anderen Phase eines Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 befestigt und in Reihe geschaltet sind; eine Überhitzungsbestimmungseinheit 5, die zum Bestimmen einer Überhitzung von Spulen aufgrund der Ausgangsspannung von der Reihenschaltung der PTC Thermistoren konfiguriert ist; und eine Ausgangsspannungssteuereinheit 4, die zum Steuern der Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren 1 gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 konfiguriert ist.
Der Drei-Phasen-AC-Elektromotor 20 (der in der Folge einfach auch als „Elektromotor“ bezeichnet wird) enthält U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen (nicht dargestellt), an deren Oberfläche der U-Phasen-PTC Thermistor, der V-Phasen-PTC Thermistor bzw. der W-Phasen-PTC Thermistor angeordnet sind. Die drei PTC Thermistoren sind durch einen Draht in Reihe geschaltet, wie in 3 dargestellt, und bilden PTC Thermistoren 1. Der Elektromotor 20 wird von einer Elektromotorantriebseinheit 21 angetrieben.
Die in Reihe geschalteten PTC Thermistoren 1 sind mit einem Spannungsteilungswiderstandselement (nicht dargestellt) in Reihe geschaltet und bilden eine geschlossene Schaltung, an die von der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 eine vorgegebene Spannung V₀ angelegt wird. Der PTC Thermistor, der in dieser Ausführungsform verwendet wird, weist einen niederen Widerstand R_L bei normaler Temperatur und einen hohen Widerstand R_H bei hoher Temperatur auf. Der Widerstand R₀ des Spannungsteilungswiderstandselements hat vorzugsweise einen Widerstand zwischen diesen zwei Widerstandswerten.
Ein Detektor 2 ist nahe dem Elektromotor 20 angeordnet, so dass der elektrische Winkel des Elektromotors 20 oder die magnetische Phase des Elektromotors 20 erkannt werden kann. Ein Resolver kann als Detektor 2 verwendet werden. Es sollte festgehalten werden, dass beispielsweise, ohne Einschränkung auf Resolver, optische Codierer und magnetische Codierer verwendet werden können.
Die Ausgangsspannungssteuereinheit 4 erfasst die Gesamtausgangsspannung V_Total die an die in Reihe geschalteten PTC Thermistoren 1 angelegt wird. Wenn alle U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen normal, ohne Überhitzung, arbeiten, weisen alle drei PTC Thermistoren einen geringen Widerstand R_LU, R_LV und R_LW auf, so dass der Widerstand (R_LU + R_LV + R_LW) der in Reihe geschalteten Thermistoren 1 im Vergleich zum Widerstand R₀ des Spannungsteilungswiderstandselements nieder genug ist (R_LU + R_LV + R_LW << R₀). Daher ist die Gesamtausgangsspannung V_Total, die über die in Reihe angeordneten PTC Thermistoren 1 angelegt wird, die von der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 erfasst wird, ausreichend geringer als die Spannung V₀, die von der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 angelegt wird (V_Total << V₀).
Wenn andererseits zumindest eine von den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen überhitzt, weist der PTC Thermistor, der sich auf der überhitzten Spule befindet, einen hohen Widerstand R_H auf. Wenn zum Beispiel nur eine Spule überhitzt ist, weist nur ein PTC Thermistor einen hohen Widerstand R_H auf. Da R_H >> R_L, ist der Widerstand der in Reihe angeordneten Thermistoren 1 annähernd gleich R_H. Da ferner dieser R_H ausreichend höher als der Widerstand R₀ des Spannungsteilungswiderstandselements ist (R_H >> R₀), ist die Gesamtausgangsspannung V_Total, die über die in Reihe angeordneten PTC Thermistoren 1 angelegt wird, die von der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 erfasst wird, gleich oder annähernd gleich der Spannung V₀, die von der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 angelegt wird. Daher ist es möglich zu erfassen, ob zumindest eine Spule überhitzt ist, indem die Gesamtausgangsspannung V_Total erfasst wird, die über die in Reihe angeordneten PTC Thermistoren 1 angelegt wird. In der vorliegenden Erfindung, wie später beschrieben wird, ist es möglich, aus der Gesamtausgangsspannung V_Total, die über die in Reihe angeordneten PTC Thermistoren 1 angelegt wird, zu ermitteln, welche Spule von den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen in einem überhitzten Zustand ist. Wenn ferner die Gesamtausgangsspannung V_Total, die über die in Reihe angeordneten PTC Thermistoren 1 angelegt wird, 0[V] ist, ist es möglich zu erfassen, dass zumindest einer der drei PTC Thermistoren unterbrochen oder getrennt ist.
Wie oben beschrieben, kann die Überhitzungsbestimmungseinheit 5 eine Überhitzung der Spulen aufgrund der Ausgangsspannung aus der Reihenschaltung von PTC Thermistoren bestimmen.
[Zweite Ausführungsform]
Anschließend wird eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 zeigt ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied der Überhitzungserkennungsvorrichtung 102 für einen Elektromotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Überhitzungserkennungsvorrichtung 101 für einen Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Ausgangsspannungssteuereinheit 4 die Ausgangsspannung von dem PTC Thermistor gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 verstärkt. 5 zeigt ein Beispiel, wo ein PTC Thermistor-Ausgangsspannungsverstärker (der in der Folge einfach als „Verstärker“ bezeichnet wird) 31 im Inneren der Ausgangsspannungssteuereinheit 4 vorgesehen ist. Der Verstärker kann jedoch, ohne darauf beschränkt zu sein, separat vorgesehen sein. Da andere Konfigurationen der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform dieselben wie jene der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird eine ausführliche Beschreibung unterlassen.
Der Verstärker 31 verstärkt einen Alarmausgabepegel V_OH einer Konstante α (α ≥ 1) abhängig von dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors, wie vom Detektor 2 erfasst.
Anschließend wird die Operationsabfolge der Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
6 ist ein Ablaufdiagramm einer Überhitzungserkennung einer Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird der Elektromotor in Schritt S101 erregt.
Anschließend wird in Schritt S102 bestimmt, ob der elektrische Winkel des Elektromotors bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf einer der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen konzentriert. Wenn zum Beispiel der elektrische Winkel des Elektromotors bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf der U-Phasen-Spule konzentriert, kann bestimmt werden, dass die U-Phasen-Spule überhitzt ist. Wenn der elektrische Winkel des Elektromotors bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf der U-Phasen-, V-Phasen- oder W-Phase-Spulen konzentriert, wird die Ausgangsspannung des PTC Thermistors modifiziert, indem V_OH um das α-Fache durch den PTC Thermistor-Ausgangsspannungsverstärker 31 verstärkt wird. Hier ist α eine Konstante gleich oder größer 1, wodurch sogar die PTC Thermistor Ausgangsspannung für im Wesentlichen eine Phase den Spannungspegel für die Ausgabe eines Überhitzungsalarms übersteigen kann und eine Ausgabe eines Überhitzungsalarms ohne Versagen möglich ist.
Danach wird in Schritt S104 bestimmt, ob ein Überhitzungsalarm ausgegeben wird. Wenn kein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, kehrt die Abfolge zu Schritt S102 zurück und fährt mit dem Erfassen eines Vorhandenseins/Fehlens einer Überhitzung der Spulen fort. Wenn andererseits ein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, wird der Elektromotor in Schritt S105 deaktiviert.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Überhitzungserkennungsvorrichtung für den Elektromotor gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, rasch ein Vorhandensein/Fehlen einer Überhitzung der Spulen zu erfassen, indem die Ausgangsspannung des PTC Thermistors bei einem geeigneten Wert abhängig von dem Vorhandensein/Fehlen einer Stromkonzentration eingestellt wird.
[Dritte Ausführungsform]
Anschließend wird eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 und 8 zeigen ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied der Überhitzungserkennungsvorrichtung 103 für einen Elektromotor gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zur Überhitzungserkennungsvorrichtung 101 für einen Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Ausgangsspannungssteuereinheit 4 eine Verbindungsschaltsteuerung 8 zum Umschalten von Verbindungen der PTC Thermistoren, die für den Drei-Phasen-AC-Elektromotor vorgesehen sind, gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors und einen Überhitzungsalarmpegelwechsler 9 zum Umschalten des Überhitzungsalarmpegels der Überhitzungsbestimmungseinheit 5 enthält. Da andere Konfigurationen der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform dieselben wie jene der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird eine ausführliche Beschreibung unterlassen. Hier zeigt 8 ein Variationsbeispiel des Überhitzungserkennungssystems für den Elektromotor gemäß der dritten Ausführungsform, in dem eine Verbindungsschaltsteuerung 8 außerhalb der Überhitzungserkennungsvorrichtung 103' für einen Elektromotor vorgesehen ist.
Da die PTC Thermistoren, die in der ersten Ausführungsform dargestellt sind, in Reihe geschaltet sind, ist es unmöglich, die individuelle Ausgangsspannung von jedem PTC Thermistor direkt zu messen. Für diesen Fall sind in der Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform mehrere Schalter SW1 bis SW4 vorgesehen, um die individuelle Ausgangsspannung nur eines bestimmten PTC Thermistors von den drei PTC Thermistoren zu erhalten. Wie in 8 dargestellt, ist der SW1 zwischen einem Anschluss des U-Phasen-Thermistors 11 und einem Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 angeordnet. Der SW2 ist zwischen einem Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 und einem Anschluss des W-Phasen-Thermistors 13 angeordnet. Der SW3 ist zwischen dem anderen Anschluss des U-Phasen-Thermistors 11 und dem anderen Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 angeordnet. Der SW4 ist zwischen dem anderen Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 und dem anderen Anschluss des W-Phasen-Thermistors 13 angeordnet.
Die Verbindungsschaltsteuerung 8 gibt Befehle zum Umschalten mehrerer Schalter SW1 bis SW4 aus, um somit den individuellen Ausgang von nur einem bestimmten PTC gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 zu erhalten, wie vom Detektor 2 erfasst.
Der Überhitzungsalarmausgabepegelwechsler (der auch einfach als „Alarmpegelwechsel“ bezeichnet werden kann) 9 ändert infolge der Befehle von der Verbindungsschaltsteuerung 8 den Übertiitzungsalarmausgabepegel gemäß dem erfassten elektrischen Winkel oder der erfassten magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20.
Anschließend wird die Operationsabfolge der Überhitzungserkennungsvorrichtung für den Elektromotor gemäß der dritten Ausführungsform unter Verwendung eines Ablaufdiagramms beschrieben, das in 9 dargestellt ist. Zunächst wird der Elektromotor in Schritt S201 erregt. Anschließend wird in Schritt S202 gemäß der dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase, wie vom Detektor 2 erfasst, bestimmt, ob der elektrische Winkel des Elektromotors 20 bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf einer von U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen konzentriert. Wenn der elektrische Winkel des Elektromotors bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf einer der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen konzentriert, wird in Schritt S203 bestimmt, ob die Stromkonzentration in der U-Phasen-Spule auftritt.
Wenn bestimmt wird, dass die Stromkonzentration in der U-Phasen-Spule auftritt, wird mit dem Umschalten in Modus 1 in Schritt S204 begonnen. Im Modus 1 sind SW1 und SW2 „geschlossen“, während SW3 und SW4 „offen“ sind, wie in 12A dargestellt. Mit dieser Einstellung ist es möglich, die Ausgangsspannung nur vom U-Phasen PTC Thermistor 11 zu erfassen.
Wenn andererseits in Schritt S203 keine Stromkonzentration in der U-Phasen-Spule auftritt, wird in Schritt S205 bestimmt, ob die Stromkonzentration in der V-Phasen-Spule auftritt. Wenn eine Stromkonzentration in der V-Phasen-Spule auftritt, wird mit dem Umschalten in Modus 2 in Schritt S206 begonnen. Im Modus 2 sind SW2 und SW3 „geschlossen“, während SW1 und SW4 „offen“ sind, wie in 12B dargestellt. Mit dieser Einstellung ist es möglich, die Ausgangsspannung nur vom V-Phasen PTC Thermistor 12 zu erfassen.
Wenn andererseits in Schritt S205 keine Stromkonzentration in der V-Phasen-Spule auftritt, wird in Schritt S205 bestimmt, sollte eine Stromkonzentration in der W-Phasen-Spule auftreten, so dass mit dem Umschalten in Modus 3 in Schritt S207 begonnen wird. Im Modus 3 sind SW3 und SW4 „geschlossen“, während SW1 und SW2 „offen“ sind, wie in 12C dargestellt. Mit dieser Einstellung ist es möglich, die Ausgangsspannung nur vom W-Phasen PTC Thermistor 13 zu erfassen.
Anschließend wird in Schritt S208 der Überhitzungsalarmausgabepegel bei V_ave eingestellt und in Schritt S211 wird bestimmt, ob ein Überhitzungsalarm auftritt. Wenn bestimmt wird, dass ein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, wird der Elektromotor in Schritt S212 deaktiviert. Wenn bestimmt wird, dass kein Überhitzungsalarm ausgegeben wird, kehrt die Steuerung zu Schritt S202 zurück, um mit dem Erfassen des Vorhandenseins einer Überhitzung fortzufahren.
Wenn andererseits in Schritt S202 bestimmt wird, dass der elektrische Winkel des Elektromotors 20 nicht bei einer Phase festgesetzt ist, in der sich Strom auf U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen konzentriert, wird mit dem Umschalten in Modus 4 in Schritt S209 begonnen. Im Modus 4 sind SW1 und SW4 „geschlossen“, während SW2 und SW3 „offen“ sind, wie in 13 dargestellt. Mit dieser Einstellung sind PTC Thermistoren 11 bis 13 für die U-Phase, V-Phase und W-Phase in Reihe geschaltet, so dass die gesamte Ausgangsspannung von drei PTC Thermistoren 11 bis 13 erfasst werden kann. Dann wird in Schritt S210 der Überhitzungsalarmausgabepegel bei V_OH eingestellt und es wird in Schritt S211 bestimmt, ob ein Überhitzungsalarm auftritt. Wenn bestimmt wird, dass ein Überhitzungsalarm auftritt, wird der Elektromotor in Schritt S212 deaktiviert. Wenn bestimmt wird, dass kein Überhitzungsalarm auftritt, kehrt die Abfolge zu Schritt S202 zurück, um mit dem Erfassen des Vorhandenseins/Fehlens einer Überhitzung fortzufahren.
Auf die obengenannte Weise ist es möglich, dass ein Spannungsdetektor 3 direkt jede Ausgangsspannung V_U, V_V und V_W von den U-Phasen, V-Phasen- und W-Phasen-PTC Thermistoren 11 bis 13 aufgrund der Phase aus der U-Phase, V-Phase und W-Phase, in welcher eine Stromkonzentration stattfindet, lenkt. Da ferner der Überhitzungsalarmausgabepegel zum Zeitpunkt der Messung jeder Ausgangsspannung bei V_ave eingestellt ist, ist es möglich, ein Vorhandensein/Fehlen einer Überhitzung in Spulen angemessen zu erfassen.
Wenn andererseits keine Stromkonzentration in einer der Spulen aufgetreten ist, ist es möglich, die U-Phasen, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen konstant zu überwachen, indem die drei PTC Thermistoren für die U-Phase, V-Phase und W-Phase in Reihe geschaltet werden. Daher ist es möglich, eine Überhitzung rasch zu erfassen, wenn einer der drei Thermistoren überhitzt ist. Da ferner der Überhitzungsalarmausgabepegel bei V_OH eingestellt ist, um die Gesamtausgangsspannung der drei Thermistoren zu messen, ist es möglich, ein Vorhandensein/Fehlen einer Überhitzung in Spulen angemessen zu erfassen.
[Vierte Ausführungsform]
Es wird eine Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 10 und 11 zeigen ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Überhitzungserkennung für einen Elektromotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zur Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Ausgangsspannungssteuereinheit 4 eine Verbindungsschaltsteuerung 8 zum Umschalten von Verbindungen der PTC Thermistoren 11 bis 13, die für den Drei-Phasen-AC-Elektromotor vorgesehen sind, gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 enthält. Da andere Konfigurationen der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform dieselben wie jene der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform sind, wird eine ausführliche Beschreibung unterlassen. 11 zeigt ein Variationsbeispiel des Überhitzungserkennungssystems für einen Elektromotor gemäß der vierten Ausführungsform, in dem eine Verbindungsschaltsteuerung 8 außerhalb der Elektromotor-Überhitzungserkennungsvorrichtung 104' vorgesehen ist.
Da die PTC Thermistoren, die in der zweiten Ausführungsform dargestellt sind, in Reihe geschaltet sind, ist es unmöglich, die individuelle Ausgangsspannung von jedem PTC Thermistor direkt zu messen. Für diesen Fall sind in der Überhitzungserkennungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform mehrere Schalter SW1 bis SW4 vorgesehen, um die individuelle Ausgangsspannung nur eines bestimmten PTC Thermistors von den drei PTC Thermistoren zu erhalten. Wie in 11 dargestellt, ist der SW1 zwischen einem Anschluss des U-Phasen-Thermistors 11 und einem Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 angeordnet. Der SW 2 ist zwischen einem Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 und einem Anschluss des W-Phasen-Thermistors 13 angeordnet. Der SW3 ist zwischen dem anderen Anschluss des U-Phasen-Thermistors 11 und dem anderen Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 angeordnet. Der SW4 ist zwischen dem anderen Anschluss des V-Phasen-Thermistors 12 und dem anderen Anschluss des W-Phasen-Thermistors 13 angeordnet.
Die Verbindungsschaltsteuerung 8 gibt Befehle zum Umschalten mehrerer Schalter SW1 bis SW4 aus, um somit den individuellen Ausgang von nur einem bestimmten PTC gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors 20 zu erhalten, wie vom Detektor 2 erfasst.
Gemäß der Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß der vierten Ausführungsform ist es, ähnlich wie in der dritten Ausführungsform, möglich, direkt jede der Ausgangsspannungen von den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Thermistoren zu erfassen, indem die Schalter SW1 bis SW4 angemessen geöffnet/geschlossen werden. Daher ist es möglich, ein Vorhandensein/Fehlen einer Überhitzung von Spulen exakt und rasch zu erfassen.
Da in der vorliegenden Erfindung eine Reihenschaltung verwendet wird, ist es durch Vorsehen eines Trennungserkennungsmodus separat vom Überhitzungserkennungsmodus und Anlegen einer Schaltungsbetriebsspannung an die Reihenschaltung, so dass Strom durch alle PTC Thermistoren zum Zeitpunkt einer Aktivierung des Elektromotors oder periodisch während des Betriebs fließt, möglich, ein Vorhandensein/Fehlen einer Trennung in der Überhitzungserkennungsvorrichtung zu erfassen, da eine Spannung von null zurückkehrt, wenn eine Trennung vorliegt.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist es gemäß der Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, rasch einen Thermoschutz für Elektromotoren unter jedem erregten Zustand durchzuführen. Daher ist es möglich, einen äußerst zuverlässigen Schutz gegen einen Motorbrand zu erreichen. Da ferner alle PTC Thermistoren, die im Elektromotor eingebaut sind, im Wesentlichen in jedem Erkennungsmodus in Reihe geschaltet sind, ist es möglich, einen Thermoschutz des Elektromotors durch Verwendung eines notwendigen Minimalanzahl von PTC Thermistor-Signaleingangs-/ausgangsanschlüssen durchzuführen.

Claims

Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor, umfassend: PTC Thermistoren (1), die jeweils an der Spule einer anderen Phase eines Drei-Phasen-Wechselstrom- (AC-) Elektromotors (20) befestigt und in Reihe geschaltet sind; eine Überhitzungsbestimmungseinheit (5), die zum Bestimmen einer Überhitzung von Spulen aufgrund der Ausgangsspannung von der Reihenschaltung der PTC Thermistoren konfiguriert ist; und eine Ausgangsspannungssteuereinheit (4), die zum Steuern der Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren (1) gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) konfiguriert ist, wobei die Ausgangsspannungssteuereinheit (4) die Ausgangsspannung von den PTC Thermistoren (1) verstärkt, wenn der elektrische Winkel des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) bei einer Phase festgesetzt ist, in welcher sich Strom auf der U-Phasen-, V-Phasen- oder W-Phasen-Spule konzentriert.
Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspannungssteuereinheit (4) enthält: eine Verbindungsschaltsteuerung (8), die zum Umschalten von Verbindungen der PTC Thermistoren (1), die für den Drei-Phasen-AC-Elektromotor vorgesehen sind, gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) konfiguriert ist; und einen Überhitzungsalarmpegelwechsler (9), der zum Umschalten des Überhitzungsalarmpegels der Überhitzungsbestimmungseinheit (5) konfiguriert ist.
Überhitzungserkennungsvorrichtung für einen Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspannungssteuereinheit (4) eine Verbindungsschaltsteuerung (8) enthält, die zum Umschalten von Verbindungen der PTC Thermistoren (1), die für den Drei-Phasen-AC-Elektromotor vorgesehen sind, gemäß dem elektrischen Winkel oder der magnetischen Phase des Drei-Phasen-AC-Elektromotors (20) konfiguriert ist.