DE102016113624A1

DE102016113624A1 - Motorantrieb mit Funktion zum Detektieren von Schaltungsabnormalitäten aufgrund eindringender Fremdstoffe, bevor es zu einer erheblichen Abnormalität kommt

Info

Publication number: DE102016113624A1
Application number: DE102016113624.7A
Authority: DE
Inventors: Masaya TATEDA; Akira Hirai; Kiichi Inaba
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: JP2017034858A; CN106405202A; CN106405202B; JP6441180B2; DE102016113624B4; US20170033723A1; US9716461B2

Abstract

Ein Motorantrieb umfasst eine Gleichstromversorgungseinheit zum Gleichrichten von elektrischer Energie, die von einer Wechselstromversorgung zugeführt wird, mittels eines Gleichrichters und Glätten der elektrischen Energie mittels eines Kondensators; und eine Vielzahl von unabhängigen Spannungsmessschaltungen zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit. Der Motorantrieb, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, um einen Motor anzutreiben, umfasst eine Spannungssammeleinheit zum Sammeln von Spannungsinformationen, die von den Spannungsmessschaltungen bezogen werden; eine Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit zum Speichern einer normalen Betriebsspannung; und eine Abnormalitätsbestimmungseinheit zum Identifizieren einer Schnittspannung von Ausgangssignalen basierend auf Spannungswerten, die durch die Spannungssammeleinheit gesammelt werden, Vergleichen der Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung und Detektieren eines aufgrund eindringender Fremdstoffe defekten Abschnitts basierend auf der Differenz zwischen der Schnittspannung und der normalen Betriebsspannung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motorantrieb, um einen Motor anzutreiben, und insbesondere einen Motorantrieb, der eine Schaltungsabnormalität aufgrund in den Motorantrieb eingedrungener Fremdstoffe detektiert, bevor es zu einer erheblichen Abnormalität in dem Motorantrieb kommt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Motorantriebe weisen das Problem auf, dass Fremdstoffe, beispielsweise Schneidöl, ins Innere der Motorantriebe eindringen. Der eindringende Fremdstoff kann die Eigenschaften der Motorantriebe beeinträchtigen und Betriebsstörungen verursachen. Insbesondere in Fällen, in denen miniaturisierte hochohmige Komponenten verwendet werden, bewirkt der eindringende Fremdstoff Leckstrom und senkt die Widerstandswerte der Komponenten auf unter ihre ursprünglichen Werte, was eine Verschlechterung der Schaltungseigenschaften zur Folge hat. Um den Fremdstoff zu detektieren, ist eine gesondert bereitzustellende Detektierschaltung erforderlich.
Dieses Problem wird ausführlicher beschrieben. Die Motorantriebe enthalten verschiedene Detektierschaltungen. Insbesondere müssen die Motorantriebe eine hohe Spannung messen. Somit werden Widerstände verwendet, um die zu detektierende Spannung zu teilen. Als Widerstände zum Teilen der Spannung werden Widerstände mit einem hohen Widerstandswert verwendet, um den Stromverbrauch und einen Verlust von durch die Widerstände fließendem Strom während des Messens zu reduzieren.
Wenn man eine in 1 dargestellte Hochspannungsmessschaltung 1000 als Beispiel heranzieht, so misst eine Spannungsmessschaltung 1003 eine geteilte Spannung. Ein Spannungsmessergebnis durch die Spannungsmessschaltung 1003 wird mit einem Teilungsverhältnis multipliziert, um einen zu erhaltenden Hochspannungswert zu berechnen. Wenn beispielsweise R₁ den Widerstandswert eines Widerstands 1001 darstellt, R₂ den Widerstandswert eines Widerstands 1002 darstellt und V einen Messwert der Spannungsmessschaltung 1003 darstellt, wird die Spannung V₀ zwischen zwei Anschlüssen 1004 und 1005, das heißt eine zu messende Spannung, anhand des folgenden Ausdrucks berechnet: V₀ = (R₁ + R₂)/R₂ × V
Allerdings gibt es für das Teilungsverhältnis keine andere Möglichkeit als einen numerischen Wert, der auf einem Konstruktionswert basiert, zu verwenden. Infolgedessen wird, falls ein eindringender Fremdstoff den Widerstandswert des Widerstands 1001 oder 1002 zum Teilen der Spannung ändert, ein Spannungsmessergebnis nach der Spannungsteilung abnormal, wodurch die Fähigkeit, einen normalen Spannungswert zu messen, verloren geht. Der eindringende Fremdstoff kann einen Weg für Leckstrom bilden, welcher die Eigenschaften der hochohmigen Komponente dahingehend ändert, dass sie einen niedrigeren Widerstandswert als ihren ursprünglichen Wert aufweist, oder kann einen korrosionsbedingten Drahtbruch verursachen.
Als Vorrichtung zum Detektieren einer Schaltungsabnormalität ist eine Lasttreibervorrichtung bekannt (beispielsweise aus der Ungeprüften Japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 2007-252134 ), in der eine Vielzahl von Detektoren zum Detektieren einer Spannung oder eines Stroms vorgesehen sind und, wenn mindestens ein Detektierwert eine vorgegebene Toleranz überschreitet, ein defekter Abschnitt identifiziert wird und der Betrieb nach Möglichkeit fortgesetzt wird. Der Stand der Technik beruht auf der Annahme, dass der eine Detektor allein eine Bestimmung, ob normal oder abnormal, durchführt. Wenn der eine Detektor nicht imstande ist, eine Bestimmung, ob normal oder abnormal, durchzuführen, kann eine Abnormalität nicht detektiert werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsabnormalität aufgrund von eindringenden Fremdstoffen zu detektieren und ohne Hinzufügen von Detektierschaltungen und Erhöhen von Kosten ”einen abnormalen Schaltungsabschnitt zu identifizieren”, was ein zu lösendes Problem des oben beschriebenen Standes der Technik darstellt.
Ein Motorantrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gleichstromversorgungseinheit zum Gleichrichten elektrischer Energie, die von einer Wechselstromversorgung zugeführt wird, mittels einer Gleichrichterschaltung und Glätten der elektrischen Energie mittels eines Kondensators und eine Vielzahl von unabhängigen Spannungsmessschaltungen zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit. Der Motorantrieb wandelt eine Gleichspannung von der Gleichstromversorgungseinheit in eine Wechselspannung um, um einen Motor anzutreiben. Der Motorantrieb umfasst eine Spannungssammeleinheit zum Sammeln von Spannungsinformationen, die von der Vielzahl von Spannungsmessschaltungen bezogen werden, eine Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit zum Speichern einer normalen Betriebsspannung und eine Abnormalitätsbestimmungseinheit zum Identifizieren einer Schnittspannung von Ausgangssignalen basierend auf Spannungswerten, die durch die Spannungssammeleinheit gesammelt werden, Vergleichen der Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung und Detektieren eines aufgrund von Fremdstoffen defekten Abschnitts basierend auf der Differenz zwischen der Schnittspannung und der normalen Betriebsspannung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsformen in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine herkömmliche Spannungsmessschaltung darstellt;
2 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für Spannungsmessschaltungen darstellt, die in einem Motorantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
3A ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Spannungsmessergebnis der Spannungsmessschaltung in einer Konvertereinheit, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, darstellt;
3B ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Spannungsmessergebnis der Spannungsmessschaltung in einer Invertereinheit, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, darstellt;
4 ein Blockdiagramm des Motorantriebs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A ein Schaubild, das ein Beispiel für einen Fall zeigt, in dem Spannungsmessergebnisse durch die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, normal sind;
5B bis 5E Schaubilder, die Beispiele für Fälle zeigen, in denen Spannungsmessergebnisse durch die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, abnormal sind;
6A bis 6E Schaubilder von Messbeispielen in einem Fall, in dem bei dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, sowohl für die Konvertereinheit als auch die Invertereinheit angewandt wird;
7A bis 7E Schaubilder von Messbeispielen in einem Fall, in dem bei dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Detektierverfahren, ein Signal an einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, sowohl für die Konvertereinheit als auch die Invertereinheit angewandt wird;
8 ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Motorantriebs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ein Blockdiagramm eines Modifizierungsbeispiels für die Spannungsmessschaltung des Motorantriebs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11A ein Schaubild, das ein Beispiel für einen Fall zeigt, in dem Spannungsmessergebnisse durch Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, normal sind;
11B bis 11D Schaubilder, die Beispiele für Fälle zeigen, in denen Spannungsmessergebnisse durch die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, abnormal sind;
12 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13A ein Schaubild, das ein Beispiel für einen Fall darstellt, in dem Spannungsmessergebnisse durch Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, normal sind; und
13B ein Schaubild, das ein Beispiel für einen Fall zeigt, in dem ein Spannungsmessergebnis durch die Spannungsmessschaltung, die in dem Motorantrieb gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, abnormal ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Motorantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Ein Motorantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm eines Motorantriebs 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motorantrieb 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gleichstromversorgungseinheit 3 zum Gleichrichten von elektrischer Energie, die von einer Wechselstromversorgung 200 zugeführt wird, mittels einer Gleichrichterschaltung 1 und Glätten der elektrischen Energie mittels eines Kondensators 2 und eine Vielzahl von unabhängigen Spannungsmessschaltungen 4 und 5 zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit 3. Der Motorantrieb 101 wandelt eine Gleichspannung von der Gleichstromversorgungseinheit 3 in eine Wechselspannung um, um einen Motor anzutreiben. Der Motorantrieb 101 umfasst eine Spannungssammeleinheit 6, eine Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 und eine Abnormalitätsbestimmungseinheit 8.
Die Spannungssammeleinheit 6 sammelt Spannungsinformationen, die von der Vielzahl von Spannungsmessschaltungen 4 und 5 bezogen werden. Die Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 speichert eine normale Betriebsspannung. Die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8 identifiziert eine Schnittspannung von Ausgangssignalen basierend auf Spannungswerten, die durch die Spannungssammeleinheit 6 gesammelt werden, vergleicht die Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung und detektiert einen aufgrund eindringender Fremdstoffe defekten Abschnitt basierend auf der Differenz zwischen der Schnittspannung und der normalen Betriebsspannung.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb vorgesehen sind, jeweils die Spannung der Gleichstromversorgungseinheit messen und eine Schaltungsabnormalität basierend auf Messergebnissen detektiert wird.
Demnach werden die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zuerst beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm eines Motorantriebs 100, in dem nur die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, dargestellt sind. Der Motorantrieb 100 ist in eine Konvertereinheit 10 und eine Invertereinheit 20 geteilt. Die Konvertereinheit 10 und die Invertereinheit 20 sind beispielsweise durch Anschlüsse 1a und 1b der Konvertereinheit 10 und Anschlüsse 2a und 2b der Invertereinheit 20 verbunden. Allerdings können die Konvertereinheit 10 und die Invertereinheit 20 zu einer Einheit integriert sein.
Eine Wechselspannung von der Wechselstromversorgung 200 wird durch die Gleichrichterschaltung 1, die Dioden D1 bis D6 aufweist, gleichgerichtet und durch den Kondensator 2 geglättet. Eine erste Spannungsmessschaltung 4 und eine zweite Spannungsmessschaltung 5 messen jeweils die Spannung zwischen Anschlüssen des Kondensators 2, das heißt die Spannung der Wechselstromversorgungseinheit 3.
Die erste Spannungsmessschaltung 4 ist eine Spannungsmessschaltung, für die ein Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, angewandt wird. Die erste Spannungsmessschaltung 4 umfasst Widerstände 41 und 42, die zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2 in Reihe geschaltet sind, einen Analog-Digital(A/D)-Konverter 43 und einen ersten Spannungsdetektor 44. Wenn r₁ und r₂ die Widerstandswerte der Widerstände 41 bzw. 42 darstellen und V₁ eine Spannung, die an den Widerstand 42 angelegt wird, darstellt, wird die Spannung V_c1 an dem Kondensator 2 aus dem folgenden Ausdruck berechnet: V_c1 = (r₁ + r₂)/r₂ × V₁
Vorausgesetzt, dass der Kondensator 2 vollständig entladen ist, ändert sich die Spannung V_c1 an dem Kondensator 2 im Zeitverlauf, wie aus 3A hervorgeht.
Andererseits wandelt in der Invertereinheit 20 ein Inverter 9 die Gleichspannung, die durch den Kondensator 2 geglättet wurde, in eine Wechselspannung um, um einen Motor (nicht dargestellt) anzutreiben. Der Inverter 9 umfasst sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 und Dioden D10 bis D60, die parallel zu den Transistoren Tr1 bis Tr6 bereitgestellt sind.
Die Invertereinheit 20 umfasst die zweite Spannungsmessschaltung 5, um die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2 zu messen. Die zweite Spannungsmessschaltung 5 ist eine Spannungsmessschaltung, für die ein Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, angewandt wird. Die zweite Spannungsmessschaltung 5 umfasst Widerstände 51 und 52, eine Spannungsbestimmungseinheit 53 zum Bestimmen, ob eine detektierte Spannung höher als eine vorgegebene Spannung ist oder nicht, und Ausgeben eines hochpegeligen Signals, wenn die detektierte Spannung höher ist, und einen zweiten Spannungsdetektor 54.
Wenn r₃ und r₄ die Widerstandswerte der Widerstände 51 bzw. 52 darstellen und V₂ eine Spannung, die an den Widerstand 52 angelegt wird, darstellt, wird die Spannung V_c2 an dem Kondensator 2 aus dem folgenden Ausdruck berechnet: V_c2 = (r₃ + r₄)/r₄ × V₂
Vorausgesetzt, dass der Kondensator 2 vollständig entladen ist, steigt die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2 im Zeitverlauf an. Wenn ein Messwert V_c2 einen vorgegebenen Schwellenwert V_th überschreitet, geht ein Ausgangssignal auf hoch. 3B zeigt ein Beispiel für eine Änderung im Ausgangssignal der zweiten Spannungsmessschaltung 5 im Zeitverlauf. In 3B wird der Messwert V_c2 zu einem Zeitpunkt t₀ gleich V_th.
Wie oben beschrieben wurde, messen gemäß dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zwei Spannungsmessschaltungen jeweils die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, und eine Abnormalität in dem Widerstand 41, 42, 51 oder 52, der in jeder der Spannungsmessschaltungen vorgesehen ist, kann durch Vergleichen von Messwerten detektiert werden.
Somit umfasst, wie aus 4 hervorgeht, der Motorantrieb 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner die Spannungssammeleinheit 6, die Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 und die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8, um einen Vergleich zwischen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit 3 (der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2), die durch die erste Spannungsmessschaltung 4 detektiert wird, und der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit 3 (der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2), die durch die zweite Spannungsmessschaltung 5 detektiert wird, zu ziehen. Festzuhalten ist, dass in 4 die Spannungssammeleinheit 6, die Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 zum Speichern von Normalbetriebsspannungsinformationen der Spannungsmessschaltung und die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8 beispielhaft in der Invertereinheit 20 bereitgestellt werden, jedoch in der Konvertereinheit 10 bereitgestellt werden können.
Die Spannungssammeleinheit 6 sammelt die Messwerte der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2 von der ersten Spannungsmessschaltung 4 und der zweiten Spannungsmessschaltung 5. Die Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 speichert die Normalbetriebsspannungsinformationen, das heißt den Schwellenwert V_th, mit dem die Spannungsbestimmungseinheit 53 ein Spannungsmessergebnis vergleicht. Die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8 bestimmt das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Schaltungsabnormalität basierend auf den Spannungsmessergebnissen, die durch die Spannungssammeleinheit 6 gesammelt werden. Festzuhalten ist, dass die Spannungssammeleinheit 6 den zweiten Spannungsdetektor 54 umfasst, der in 2 dargestellt wird.
5A zeigt ein Beispiel für einen Fall, in dem Spannungsmessergebnisse durch die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, normal sind. 5B bis 5E zeigen Beispiele für Fälle, in denen Spannungsmessergebnisse durch die Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, abnormal sind. Wenn ein Messergebnis (in der Folge als ”Konvertereinheitsdetektierergebnis” bezeichnet) durch die erste Spannungsmessschaltung 4, die in der Konvertereinheit 10 vorgesehen ist, über ein Messergebnis (in der Folge als ”Invertereinheitsdetektierergebnis” bezeichnet) durch die erste Spannungsmessschaltung 5, die in der Invertereinheit 20 vorgesehen ist, gelegt wird, wie in 5A dargestellt ist, schneiden sich die Messergebnisse an einem Punkt. Eine Schnittspannung dieser Ausgangssignale wird als Va bezeichnet. Wenn sowohl die erste Spannungsmessschaltung 4 als auch die zweite Spannungsmessschaltung 5 normal sind, stimmt die Schnittspannung Va mit V_th, was die normale Betriebsspannung ist, überein. Somit bestimmt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8 basierend auf der Tatsache, dass Va gleich V_th ist, dass sowohl die erste Spannungsmessschaltung 4 als auch die zweite Spannungsmessschaltung 5 normal sind.
5B bis 5E zeigen Beispiele für Messergebnisse, wenn mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 abnormal ist. Beispielsweise wird in 5B, da eine Schnittspannung zwischen dem Konvertereinheitsdetektierergebnis und dem Invertereinheitsdetektierergebnis Vb ist, was höher als V_th ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt. Ebenso zeigt 5C ein Beispiel für eine Schnittspannung Vc < V_tn, 5D zeigt ein Beispiel für eine Schnittspannung Vd < V_th und 5E zeigt ein Beispiel für eine Schnittspannung Ve > V_th, und daher wird mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt.
Auch wenn sowohl die erste Spannungsmessschaltung 4 als auch die zweite Spannungsmessschaltung 5 abnormal sind, ist eine Schnittspannung zwischen dem Konvertereinheitsdetektierergebnis und dem Invertereinheitsdetektierergebnis theoretisch möglicherweise gleich der normalen Betriebsspannung. Allerdings ist es absehbar, dass das gleichzeitige Auftreten von Abnormalitäten bei einer Vielzahl von Widerständen der Widerstände 41, 42, 51 und 52, derart, dass eine Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung übereinstimmt, äußerst selten ist. Aus diesem Grund werden, wenn eine Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung übereinstimmt, sowohl die erste Spannungsmessschaltung 4 als auch die zweite Spannungsmessschaltung 5 als normal bestimmt.
In den in 5A bis 5E dargestellten Messbeispielen wird das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, für die Spannungsmessschaltung der Konvertereinheit 10 angewandt, während das Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, für die Spannungsmessschaltung der Invertereinheit 20 angewandt wird. Allerdings ist die Messung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
6A bis 6E zeigen Messbeispiele in einem Fall, in dem das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, sowohl für die Konvertereinheit 10 als auch für die Invertereinheit 20 angewandt wird und eine Bestimmung, ob normal oder abnormal, basierend auf der Differenz zwischen detektierten Spannungswerten durchgeführt wird. 6A zeigt einen Fall, in dem sowohl die Konvertereinheit als auch die Invertereinheit normal ist und somit beide Messergebnisse miteinander übereinstimmen.
6B bis 6E zeigen Beispiele für Messergebnisse in Fällen, in denen mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 abnormal ist. Beispielsweise ist in 6B ein Konvertereinheitsdetektierergebnis zwar normal, eine Messspannung als Invertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal niedrig, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Spannungsdifferenz dazwischen größer als ein vorgegebener Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 6C ist zwar ein Invertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Konvertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal niedrig, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Spannungsdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 6D ist zwar ein Konvertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Invertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal hoch, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Spannungsdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 6E ist zwar ein Invertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Konvertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal hoch, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Spannungsdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. Auf diese Weise kann eine Abnormalität selbst in einem Fall detektiert werden, in dem das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, sowohl für die Konvertereinheit 10 als auch für die Invertereinheit 20 angewandt wird.
7A bis 7E zeigen Messbeispiele in einem Fall, in dem das Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, sowohl für die Konvertereinheit 10 als auch für die Invertereinheit 20 angewandt wird, und eine Bestimmung, ob normal oder abnormal, basierend auf der Differenz zwischen den Zeiten von Schaltspannungswerten erfolgt. 7A zeigt einen Fall, in dem sowohl die Konvertereinheit als auch die Invertereinheit normal ist und somit beide Messergebnisse miteinander übereinstimmen.
7B bis 7E zeigen Beispiele für Messergebnisse in Fällen, in denen mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 abnormal ist. Beispielsweise ist in 7B zwar ein Konvertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Invertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal verzögert, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Zeitdifferenz dazwischen größer als ein vorgegebener Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 7C ist zwar ein Invertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Konvertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal verzögert, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Zeitdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 7D ist zwar ein Konvertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Invertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal vorverlegt, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Zeitdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. In 7E ist zwar ein Invertereinheitsdetektierergebnis normal, eine Messspannung als Konvertereinheitsdetektierergebnis jedoch abnormal vorverlegt, so dass basierend auf der Tatsache, dass die Zeitdifferenz dazwischen größer als der vorgegebene Wert ist, mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt wird. Auf diese Weise kann eine Abnormalität selbst in einem Fall detektiert werden, in dem das Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, sowohl für die Konvertereinheit 10 als auch für die Invertereinheit 20 angewandt wird.
Als Nächstes wird der Betrieb des Motorantriebs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein in 8 dargestelltes Flussdiagramm beschrieben. Zuerst werden in Schritt S101 Spannungsinformationen von der Konvertereinheit 10 gesammelt. Insbesondere sammelt die Spannungssammeleinheit 6 ein Messergebnis der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, die durch die erste Spannungsmessschaltung 4 gemessen wird, welche in der Konvertereinheit 10 bereitgestellt wird.
Als Nächstes werden in Schritt S102 Spannungsinformationen von der Invertereinheit 20 gesammelt. Insbesondere sammelt die Spannungssammeleinheit 6 ein Messergebnis der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, die durch die zweite Spannungsmessschaltung 5 gemessen wird, welche in der Invertereinheit 20 bereitgestellt wird.
Die Spannungssammeleinheit 6 berechnet eine Schnittspannung zwischen dem Messergebnis der Spannung (Konvertereinheitsspannung) zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, die durch die erste Spannungsmessschaltung 4 gemessen wird, und dem Messergebnis der Spannung (Invertereinheitsspannung) zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, die durch die zweite Spannungsmessschaltung 5 gemessen wird, mit anderen Worten, die Konvertereinheitsspannung zum Zeitpunkt des Schaltens der Invertereinheitsspannung.
Als Nächstes wird in Schritt S103 eine normale Betriebsspannung von der Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 gesammelt. Insbesondere sammelt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 8 eine Schnittspannung in einem Zustand, in dem die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 normal sind, welche bereits in der Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 7 gespeichert wurde.
Als Nächstes wird in Schritt S104 bestimmt, ob die Konvertereinheitsspannung zum Zeitpunkt des Schaltens der Invertereinheitsspannung mit der normalen Betriebsspannung übereinstimmt oder nicht.
Wenn die Konvertereinheitsspannung zum Zeitpunkt des Schaltens der Invertereinheitsspannung mit der normalen Betriebsspannung übereinstimmt, werden in Schritt S105 sowohl die Spannungsmessschaltung 4 als auch die zweite Spannungsmessschaltung 5 als normal bestimmt.
Andererseits wird, wenn die Konvertereinheitsspannung zum Zeitpunkt des Schaltens der Invertereinheitsspannung nicht mit der normalen Betriebsspannung übereinstimmt, in Schritt S106 mindestens eine aus der Gruppe umfassend die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 als abnormal bestimmt.
Wie oben beschrieben wird, messen die zwei Spannungsmessschaltungen jeweils die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 2, und das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Abnormalität in den Spannungsmessschaltungen wird basierend auf Messergebnissen detektiert.
In der vorstehenden Beschreibung des Motorantriebs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, für die erste Spannungsmessschaltung 4 angewandt, während für die zweite Spannungsmessschaltung 5 das Detektierverfahren, ein Signal auf einer bestimmten Schwellenwert zu schalten, angewandt wird. Allerdings ist die Messung nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Das Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, kann für die erste Spannungsmessschaltung 4 angewandt werden, während das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, für die zweite Spannungsmessschaltung 5 angewandt werden kann. Darüber hinaus kann das Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, oder das Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, für die erste Spannungsmessschaltung 4 und die zweite Spannungsmessschaltung 5 angewandt werden.
In den Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Komponenten, die für eindringende Fremdstoffe anfällig sind, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit angeordnet. Darüber hinaus beeinflussen die für die eindringenden Fremdstoffe anfälligen Komponenten vorzugsweise die Messung der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit.
9 zeigt ein modifiziertes Beispiel für die Spannungsmessschaltung, die in dem Motorantrieb gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Widerstände 41 und 42 sind mit Anschlüssen A und B, zwischen denen die Spannung zu messen ist, in Reihe geschaltet, und ein erster Spannungsdetektor 44 misst eine an den Widerstand 42 angelegte Spannung.
Die Widerstände 41 und 42, die eine kleine Bauteilgröße und ursprünglich hohe Widerstandswerte aufweisen, können niedrigere Widerstandswerte als ihre ursprünglichen Werte aufweisen, da eindringende Fremdstoffe wie Schneidöl die elektrische Isolierung beeinträchtigen. Außerdem erhöht die Verwendung eines korrodierbaren Materials die Möglichkeit eines Bruchs infolge der eindringenden Fremdstoffe. Ferner bewirkt ein Anordnen dieser Komponenten entlang eines Luftwegs, dass die Komponente anfälliger für die eindringenden Fremdstoffe ist.
Die in der ersten Ausführungsform beschriebenen Spannungsmessschaltungen nutzen vorzugsweise diese Eigenschaften zum Zweck des Erhöhens der Messempfindlichkeit. Aufgrund dessen neigen die Schaltungen, die einen Bruch infolge eindringender Fremdstoffe detektieren, früher dazu, defekt zu werden, als jedwede andere Schaltung in dem Motorantrieb, was die präventive Wartung des gesamten Motorantriebs ermöglicht.
Darüber hinaus wirkt sich bei der Spannungsmessschaltung aus 9 eine Abnormalität in einer beliebigen Komponente auf ein Messergebnis aus und ermöglicht somit das rasche Detektieren eines Bruchs.
[Zweite Ausführungsform]
Nunmehr wird ein Motorantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 10 ist ein Blockdiagramm eines Motorantriebs 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dem Motorantrieb 102 gemäß der zweiten Ausführungsform und dem Motorantrieb 101 gemäß der ersten Ausführungsform ist, dass der Motorantrieb 102 mit drei oder mehr Spannungsmessschaltungen (4, 5 und 50) versehen ist, um die Spannung einer Gleichstromversorgungseinheit zu messen, und einen defekten Abschnitt, der durch eindringende Fremdstoffe beeinträchtigt wird, bestimmt, wenn ein beliebiger der Spannungsdetektierpegel abnormal ist. Die anderen Ausgestaltungen des Motorantriebs 102 gemäß der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie jene des Motorantriebs 101 gemäß der ersten Ausführungsform, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Der Motorantrieb 102 gemäß der zweiten Ausführungsform weist zwei Invertereinheiten auf, von denen eine als Inverter-A-Einheit 20' bezeichnet wird und die andere als Inverter-B-Einheit 30 bezeichnet wird. Die Inverter-A-Einheit 20' und die Inverter-B-Einheit 30 sind durch Anschlüsse 3a, 3b, 4a und 4b verbunden. Die Inverter-B-Einheit 30 umfasst eine dritte Spannungsmessschaltung 50, um die Spannung zwischen den Anschlüssen eines Kondensators 21 zu messen. Die dritte Spannungsmessschaltung 50 umfasst Widerstände 510 und 520, eine zweite Spannungsbestimmungseinheit 530 und eine zweite Spannungssammeleinheit 60. Ferner umfasst die Inverter-B-Einheit 30 eine zweite Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit 70 und eine zweite Abnormalitätsbestimmungseinheit 80.
11A zeigt ein Beispiel für einen Fall, in dem Spannungsmessergebnisse durch Spannungsmessschaltungen, die in dem Motorantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, normal sind, während 11B bis 11D Beispiele für Fälle zeigen, in denen Spannungsmessergebnisse abnormal sind. Gesetzt den Fall, dass ein Motorantrieb zwei Spannungsmessschaltungen aufweist, ist es, wenn eine beliebige der Spannungsmessschaltungen abnormal ist, unmöglich zu bestimmen, welche der zwei Spannungsmessschaltungen abnormal ist. Wenn allerdings ein Motorantrieb drei Spannungsmessschaltungen aufweist, ist es möglich zu bestimmen, welche Schaltung abnormal ist. 11B bis 11D sind wie folgt:
(1) Erster Fall (Fig. 11B)
Ein Spannungswert, der durch eine Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-A-Einheit detektiert wird, entspricht nicht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
Der Spannungswert, der durch die Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-B-Einheit detektiert wird, entspricht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
In diesem Fall wird bestimmt, dass die Inverter-A-Einheit eine Schaltungsabnormalität aufweist.
(2) Zweiter Fall (Fig. 11C)
Ein Spannungswert, der durch die Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-A-Einheit detektiert wird, entspricht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
Der Spannungswert, der durch die Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-B-Einheit detektiert wird, entspricht nicht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
In diesem Fall wird bestimmt, dass die Inverter-B-Einheit eine Schaltungsabnormalität aufweist.
(3) Dritter Fall (Fig. 11D)
Ein Spannungswert, der durch die Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-A-Einheit detektiert wird, entspricht nicht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
Der Spannungswert, der durch die Konvertereinheit an dem Schaltzeitpunkt eines Signals der Inverter-B-Einheit detektiert wird, entspricht nicht dem Spannungswert des Normalbetriebs.
In diesem Fall wird bestimmt, dass die Konvertereinheit eine Schaltungsabnormalität aufweist, da es sich um einen äußerst seltenen Fall zu handeln scheint, in dem sowohl die Inverter-A-Einheit als auch die Inverter-B-Einheit gleichzeitig abnormal sind.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Motorantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform einen abnormalen Abschnitt aus Messergebnissen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit bestimmen.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird ein Motorantrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 ist ein Blockdiagramm eines Motorantriebs 103 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dem Motorantrieb 103 gemäß der dritten Ausführungsform und dem Motorantrieb 101 gemäß der ersten Ausführungsform ist, dass, wenn Spannungsinformationen von einer Vielzahl von Spannungsmessschaltungen zum Messen der Spannung einer Gleichstromversorgungseinheit gesammelt werden, eine Kommunikationsverzögerung zwischen den Spannungsmessschaltungen berechnet und zu der Diagnose von Spannungsdetektierpegeln hinzugefügt wird. Die anderen Ausgestaltungen des Motorantriebs 103 gemäß der dritten Ausführungsform sind dieselben wie jene des Motorantriebs 101 gemäß der ersten Ausführungsform, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Wenn Spannungsinformationen zu einer Spannungssammeleinheit 6 gesammelt werden, kann die Kommunikation der Spannungsinformationen zwischen Modulen hergestellt werden. In diesem Fall kann die Kommunikation eine Verzögerung aufweisen. Wenn keine Kommunikationsverzögerung vorliegt, werden ein Konvertereinheitsdetektierergebnis und ein Invertereinheitsdetektierergebnis wie in 13A dargestellt gewonnen. Im Gegensatz dazu kann, wenn, wie in 13B dargestellt ist, eine Kommunikationsverzögerung in der Kommunikation eines Spannungsmessergebnisses von einer Konvertereinheit vorliegt, das einfache Übereinanderlegen von gewonnenen Informationen eine falsche Bestimmung einer Abnormalität herbeiführen. Somit wird bei dem Motorantrieb gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverzögerung im Voraus hinzugefügt, und beim Übereinanderlegen der Spannungsinformationen wird eine Korrektur vorgenommen, um einen präzisen Vergleich zu ermöglichen.
Wenn beispielsweise ein Konvertereinheitsdetektierergebnis an die Spannungssammeleinheit 6 mit einer Zeitverzögerung t₀, die auf eine Kommunikationsverzögerung zurückzuführen ist, gesendet wird, wie durch eine durchgezogene Linie in 13B dargestellt ist, wird eine Korrektur vorgenommen, um eine Spannung von einem Zeitpunkt 0 wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt zu erhöhen, unter Berücksichtigung der Zeit t₀, und dadurch eine präzise Messung zu ermöglichen.
Die Motorantriebe gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Schaltungsabnormalität aufgrund eindringender Fremdstoffe detektieren, bevor eine erhebliche Abnormalität in den Motorantrieben auftritt, und können einen abnormalen Schaltungsabschnitt ohne Hinzufügen einer spezifischen Detektierschaltung und ohne Erhöhung der Kosten identifizieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-252134 [0006]

Claims

Motorantrieb, umfassend eine Gleichstromversorgungseinheit (3) zum Gleichrichten von elektrischer Energie, die von einer Wechselstromversorgung zugeführt wird, mittels einer Gleichrichterschaltung (1) und Glätten der elektrischen Energie mittels eines Kondensators (2); und eine Vielzahl von unabhängigen Spannungsmessschaltungen (4, 5) zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit; wobei der Motorantrieb eine Gleichspannung von der Gleichstromversorgungseinheit in eine Wechselspannung umwandelt, um einen Motor anzutreiben, wobei der Motorantrieb umfasst: eine Spannungssammeleinheit (6) zum Sammeln von Spannungsinformationen, die von der Vielzahl von Spannungsmessschaltungen bezogen werden; eine Normalbetriebsspannungsinformationsspeichereinheit (7) zum Speichern einer normalen Betriebsspannung; und eine Abnormalitätsbestimmungseinheit (8) zum Identifizieren einer Schnittspannung von Ausgangssignalen basierend auf Spannungswerten, die durch die Spannungssammeleinheit gesammelt werden, Vergleichen der Schnittspannung mit der normalen Betriebsspannung und Detektieren eines aufgrund eindringender Fremdstoffe defekten Abschnitts basierend auf der Differenz zwischen der Schnittspannung und der normalen Betriebsspannung.
Motorantrieb nach Anspruch 1, wobei mindestens ein beliebiges aus der Gruppe umfassend ein Detektierverfahren des Verwendens von Analog-Digital-Wandlung, um einen numerischen Wert zu berechnen, und ein Detektierverfahren, ein Signal auf einem bestimmten Schwellenwert zu schalten, für die Vielzahl von Spannungsmessschaltungen (4, 5) angewandt wird.
Motorantrieb nach Anspruch 1, wobei eine Komponente, die für die eindringenden Fremdstoffe anfällig ist, innerhalb eines Bereichs zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit angeordnet ist.
Motorantrieb nach Anspruch 1, wobei eine Komponente, die für die eindringenden Fremdstoffe anfällig ist, die Messung der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit beeinträchtigt.
Motorantrieb nach Anspruch 1, wobei drei oder mehr der Spannungsmessschaltungen zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit bereitgestellt werden; und der defekte Abschnitt, der durch die eindringenden Fremdstoffe beeinträchtigt wird, basierend auf der Tatsache identifiziert wird, dass nur eine der Spannungsmessschaltungen einen abnormalen Spannungsdetektierpegel aufweist.
Motorantrieb nach Anspruch 1, wobei, wenn die Spannungsinformationen von der Vielzahl von Spannungsmessschaltungen zum Messen der Spannung der Gleichstromversorgungseinheit gesammelt werden, eine Kommunikationsverzögerung zwischen den Spannungsmessschaltungen berechnet und zu einer Diagnose eines Spannungsdetektierpegels hinzugefügt wird.