DE102017101157B4

DE102017101157B4 - Motorantriebsvorrichtung mit Entladefunktion

Info

Publication number: DE102017101157B4
Application number: DE102017101157.9A
Authority: DE
Inventors: Wataru KUROKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: DE102017101157A1; CN107040184A; US20170222596A1; JP6285475B2; JP2017135955A; US10224862B2; CN107040184B

Abstract

Motorantriebsvorrichtung (1), umfassend:eine Wechselstrom- (AC-) Gleichstrom- (DC-) Umformeinheit (11), konfiguriert zum Umformen von Wechselstrom, der von einer Seite einer Wechselstromquelle (3) zugeführt wird, in Gleichstrom, durch Ausführen von Ein-Aus-Steuerung an Schaltvorrichtungen, die jeweils an einem oberen Arm und einem unteren Arm vorgesehen sind, oder Ausschalten aller Schaltvorrichtungen und Gleichrichten der Wechselstromenergie durch Dioden;eine Energiespeichereinheit (12), vorgesehen in einem Zwischenkreis zwischen einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit (11) und einer Gleichstrom-Eingangsseite einer DC-AC-Umformeinheit (17), konfiguriert zum Umformen von Gleichstromenergie auf der Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umrichteinheit (11) in Gleichstromenergie zum Antreiben eines Motors;eine Anfangsaufladeeinheit (13), vorgesehen in dem Zwischenkreis und umfassend eine Schalteinheit (21), die konfiguriert ist, einen elektrischen Pfad zwischen der AC-DC-Umformeinheit (11) und der Energiespeichereinheit (12) zu öffnen und zu schließen, und einen Ladewiderstand (22), der mit der Schalteinheit (21) parallel geschaltet ist, wobei die Anfangsaufladeeinheit (13) konfiguriert ist, die Energiespeichereinheit (12) durch einen Gleichstrom von der AC-DC-Umformeinheit (11), der durch den Ladewiderstand (22) fließt, wenn die Schalteinheit (21) vor dem Antreiben des Motors geöffnet ist, anfangs aufzuladen;ein elektromagnetisches Schütz (14), konfiguriert zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Pfads zwischen der Wechselstromquelle (3) und der AC-DC-Umformeinheit (11); undeine Steuereinheit (15), konfiguriert zum Steuern jeder der Schaltvorrichtungen, der Schalteinheit (21) und des elektromagnetischen Schützes (14),wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors die Steuereinheit (15) einen Öffnungsvorgang an dem elektromagnetischen Schütz (14) und der Schalteinheit (21) ausführt und an jeder der Schaltvorrichtungen, die an dem oberen Arm und an dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, einen Einschaltvorgang ausführt, und somit eine geschlossene Schaltung bildet, die aus der Energiespeichereinheit (12) und dem Ladewiderstand (22) gebildet ist, um eine Ladung, die durch den Ladewiderstand (22) in der Energiespeichereinheit (12) gespeichert ist, zu entladen.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, die Wechselstrom- (AC-) Energie einer Wechselstromquellen-Seite in Gleichstrom- (DC-) Energie umformt und dann ferner die Gleichstromenergie in die Wechselstromenergie zum Nutzen der Wechselstromenergie als Antriebskraft umformt, insbesondere eine Motorantriebsvorrichtung, die eine Anfangsaufladeeinheit enthält, die eine Energiespeichereinheit anfangs auflädt, die in einem Zwischenkreis vorgesehen ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Motorantriebsvorrichtungen, die nach dem Umformen von Wechselstromenergie auf Wechselstromquellen-Seiten in Gleichstromenergie Servomotoren in Werkzeugmaschinen, Industriemaschinen, Schmiedeautomaten, Spritzgießmaschinen oder verschiedenen Robotern antreiben und steuern, formen ferner Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um und nutzen die Wechselstromenergie als Antriebskraft der Motoren. Die Motorantriebsvorrichtung enthält: eine AC-DC-Umformeinheit (auch als „Durchflusswandler“ oder „Wandler“ bezeichnet), die Wechselstromenergie, die von einer Wechselstromquellen-Seite einer handelsüblichen dreiphasigen Wechselstromquelle zugeführt wird, in Gleichstromenergie umformt und die Gleichstromenergie ausgibt; und eine DC-AC-Umformeinheit (auch als „Sperrwandler“ oder „Wechselrichter“ bezeichnet), die mit einem Zwischenkreis auf einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit verbunden ist und die Gleichstromenergie in dem Zwischenkreis in die Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umformt und die Wechselstromenergie ausgibt und eine Drehzahl, ein Drehmoment oder eine Position eines Rotors des Motors steuert, der mit der Wechselstrom-Ausgangsseite der DC-AC-Umformeinheit verbunden ist.
Der Zwischenkreis, der die DC-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit mit einer DC-Eingangsseite der DC-AC-Umformeinheit verbindet, ist mit einer Energiespeichereinheit versehen, die die Gleichstromenergie speichern kann. Ein DC-Kondensator ist ein Beispiel der Energiespeichereinheit.
Die Energiespeichereinheit muss in einer Zeit von unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung bis vor Beginn des Antreibens des Motors (d.h. bevor die DC-AC-Umformeinheit einen Umformvorgang beginnt, um die Wechselstromenergie dem Motor zuzuführen) anfangs aufgeladen werden. Eine Ladung wird nach Abschluss des Antreibens des Motors in der Energiespeichereinheit gespeichert, und die Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, kann entladen werden, um einen elektrischen Schlag zu verhindern. Beispielsweise existieren ein Verfahren zum Reduzieren der Ladung in der Energiespeichereinheit mittels Selbstentladung der Energiespeichereinheit und ein Verfahren zum Verbrauchen der Ladung durch einen Widerstand, der separat vorbereitet wird.
7 zeigt eine Konfiguration einer allgemeinen Motorantriebsvorrichtung, die eine Anfangsaufladeeinheit enthält. Die Motorantriebsvorrichtung 100 enthält eine AC-DC-Umformeinheit 111, die Wechselstromenergie, die von einer Wechselstromquellen-Seite einer handelsüblichen dreiphasigen (eine R-Phase, an S-Phase und eine T-Phase) Wechselstromquelle 3 zugeführt wird, in Gleichstromenergie umwandelt und die Gleichstromenergie ausgibt, und eine DC-AC-Umformeinheit 117, die mit einem Zwischenkreis auf einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit 111 verbunden ist und die Gleichstromenergie in dem Zwischenkreis in die Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umformt und die Wechselstromenergie ausgibt und eine Drehzahl, ein Drehmoment oder eine Position eines Rotors eines Motors 2 steuert, der mit der Wechselstrom-Ausgangsseite der DC-AC-Umformeinheit 117 verbunden ist.
Die AC-DC-Umformeinheit 111 ist als Vollbrückenschaltung ausgebildet, bei der eine Schaltvorrichtung und eine Feedback-Diode, die in umgekehrter Weise parallel zur Schaltvorrichtung geschaltet ist, in einem oberen Arm und einem unteren Arm in jeder Phase vorgesehen sind. Die Schaltvorrichtungen, die in dem oberen Arm und dem unteren Arm vorgesehen sind, sind ein-aus-gesteuert, oder alle Schaltvorrichtungen werden in Reaktion auf einen Schaltbefehl, der von einer Steuereinheit 115 empfangen wird, ausgeschaltet, so dass die Wechselstromenergie, die von der Seite der Wechselstromquelle 3 zugeführt wird, durch die Dioden gleichgerichtet und umgeformt und als die Gleichstromenergie ausgegeben wird. Eine Wechselstromdrossel 118 ist mit einer Wechselstrom-Eingangsseite der AC-DC-Umformeinheit 111 verbunden.
Ein elektromagnetisches Schütz 114 ist auf der Wechselstrom-Eingangsseite der AC-DC-Umformeinheit 111 vorgesehen, um einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und der AC-DC-Umformeinheit 111 zu öffnen und zu schließen. In dem elektromagnetischen Schütz 114 befinden sich die Kontakte 124 normalerweise durch eine Federkraft in einem getrennten Zustand, wenn jedoch einer Steuerspule 123 Energie zugeführt wird, wird durch einen Elektromagneten eine Anziehungskraft erzeugt, die größer als die Federkraft ist, die Kontakte 124 verbinden die Schaltung und der Strom wird von der Wechselstromquelle 3 der AC-DC-Umformeinheit 111 zugeführt. Wenn die Stromzufuhr zu der Steuerspule 123 abgeschaltet wird, wird die Schaltung durch die Federkraft getrennt und die Stromversorgung von der Wechselstromquelle 3 zu der AC-DC-Umformeinheit 111 wird abgeschaltet. Ein Öffnungs- / Schließvorgang eines elektrischen Pfades des elektromagnetischen Schützes 114 wird durch einen Öffnungs- / Schließbefehl für das elektromagnetische Schütz gesteuert, der von der Steuereinheit 115 ausgegeben wird.
Der Zwischenkreis zum Verbinden der DC-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit 111 mit einer DC-Eingangsseite der DC-AC-Umformeinheit 117 ist mit einer Energiespeichereinheit 112 versehen, die die Gleichstromenergie speichern kann. In dem dargestellten Beispiel ist die Energiespeichereinheit 112 ein DC-Kondensator. Die Energiespeichereinheit 112 wird anfangs in einer Zeit von unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung 100 (d.h. kurz nachdem das elektromagnetische Schütz 114 geschlossen (eingeschaltet) wurde) bis vor Beginn des Antreibens des Motors (d.h. vor Beginn eines Umformvorgangs durch die DC-AC-Umformeinheit 117) aufgeladen. Sofort nach Beginn des Anfangsaufladens der Energiespeichereinheit 112 aus einem Zustand, in dem keine Ladung darin gespeichert ist, fließt ein großer Einschaltstrom durch die AC-DC-Umformeinheit 111. Insbesondere wird ein größerer Einschaltstrom erzeugt, da die Energiespeichereinheit 112 eine größere Kapazität aufweist. Um dem Einschaltstrom entgegenzuwirken, ist die Motorantriebsvorrichtung 100 mit einer Anfangsaufladeeinheit 113 zwischen der AC-DC-Umformeinheit 111 und der Energiespeichereinheit 112 versehen. Die Anfangsaufladeeinheit 113 enthält eine Schalteinheit 121 zum Kurzschließen eines Ladewiderstands und einen Ladewiderstand 122, der mit der Schalteinheit 121 parallel geschaltet ist. Die Schalteinheit 121 wird nur während einer Zeit des Anfangsaufladens der Energiespeichereinheit 112, das unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung 100 ausgeführt wird, geöffnet (ausgeschaltet) und behält in einer normalen Betriebszeit, in der die Motorantriebsvorrichtung 100 den Motor 2 antreibt, einen geschlossenen (eingeschalteten) Zustand bei. Während der Anfangsaufladezeit der Energiespeichereinheit 112 ist die Schalteinheit 121 geöffnet (ausgeschaltet), und die Gleichstromenergie, die von der AC-DC-Umformeinheit 111 ausgegeben wird, fließt durch den Ladewiderstand 122 und wird von dem Ladewiderstand 122 als Wärme verbraucht, so dass eine Erzeugung eines übermäßigen Einschaltstroms während der Anfangsaufladezeit unterdrückt wird. Ein Öffnungs- / Schließvorgang eines elektrischen Pfades der Schalteinheit 121 in der Anfangsaufladeeinheit 113 wird durch einen Kurzschließbefehl gesteuert, der von der Steuereinheit 115 ausgegeben wird.
Um die Ladung in der Energiespeichereinheit 112 nach Abschluss des Antreibens des Motors zu entladen, ist beispielsweise eine Entladeeinheit 116 vorgesehen. Die Entladeeinheit 116 enthält eine Schalteinheit 125 für einen Entladewiderstand und einen Entladewiderstand 126, der mit der Schalteinheit 125 in Reihe geschaltet ist. Nach Abschluss des Antreibens des Motors wird das elektromagnetische Schütz 114 geöffnet (ausgeschaltet) und die Schalteinheit 125 wird geschlossen (eingeschaltet), so dass die Ladung, die in der Energiespeichereinheit 112 gespeichert ist, von dem Entladewiderstand 126 verbraucht wird. Ein Öffnungs- / Schließvorgang eines elektrischen Pfades der Schalteinheit 125 in der Entladeeinheit 116 wird durch einen Entladebefehl gesteuert, der von der Steuereinheit 115 ausgegeben wird.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren zum Entladen mittels des Entladewiderstands, existiert ein Verfahren zum Entladen mittels einer Widerstandskomponente, die in einem Motor enthalten ist, das in dem japanischen Patent JP 5 444 304 B2 und der JP 2004 - 357 412 A beschrieben ist. 8 zeigt das Entladen einer Energiespeichereinheit in einer Motorantriebsvorrichtung, die in dem japanischen Patent JP 5 444 304 B2 beschrieben ist. Betrieb und Konfigurationen einer AC-DC-Umformeinheit 111, einer Energiespeichereinheit 112, einer Anfangsaufladeeinheit 113, eines elektromagnetischen Schützes 114, einer DC-AC-Umformeinheit 117 sowie einer Wechselstromdrossel in einer Motorantriebsvorrichtung 200 sind oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der Motorantriebsvorrichtung 200, die in dem japanischen Patent JP 5 444 304 B2 beschrieben ist, wird das elektromagnetische Schütz 114 durch einen Öffnungs- / Schließbefehl für das elektromagnetische Schütz geschlossen (eingeschaltet), der von der Steuereinheit 115 erzeugt wird, und die Schalteinheit 121 zum Kurzschließen des Ladewiderstands wird durch einen Kurzschließbefehl geschlossen (eingeschaltet), der von der Steuereinheit 115 erzeugt wird, um die Ladung in der Energiespeichereinheit 112, die zum Zeitpunkt der Verzögerungssteuerung des Motors gespeichert wird, zu entladen. Die Gleichstromenergie, die in der Energiespeichereinheit 112 gespeichert ist, wird durch die DC-AC-Umformeinheit 117 anhand eines Blindstrombefehls von der Steuereinheit 115 in einen Blindstrom umgewandelt und dem Motor 2 zugeführt. Dementsprechend verbraucht der Motor 2 die Gleichstromenergie, die in der Energiespeichereinheit 112 in Form des Blindstroms gespeichert ist.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren existiert ein Entladeverfahren mittels einer Widerstandskomponente, die in einem anderen Bauelement als in einem Widerstand in einer Schaltung enthalten ist.
Wie im japanischen Patent JP 5 721 787 B2 beschrieben, existiert beispielsweise ein Verfahren zum Entladen eines Kondensators durch geeignetes Steuern eines Schaltvorgangs einer Schaltvorrichtung in einem Aufwärtswandler, der in einer vorhergehenden Stufe eines Wechselrichters vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, wird die Ladung nach Abschluss des Antreibens des Motors in der Energiespeichereinheit gespeichert, und somit kann die Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, entladen werden, um einen elektrischen Schlag zu verhindern.
Jedoch hat das Verfahren, das die Selbstentladung der Energiespeichereinheit nutzt, ein Problem, dass es Zeit braucht, die Ladung in der Energiespeichereinheit zu reduzieren.
Das Verfahren zum separaten Bereitstellen der Entladeeinheit zum Entladen der Energiespeichereinheit hat ein Problem, dass die Vorrichtung vergrößert wird und die Kosten steigen, da die Schalteinheit und der Entladewiderstand benötigt werden.
Die Verfahren, die in dem japanischen Patent JP 5 444 304 B2 und in der JP 2004 - 357 412 A beschrieben sind, haben ein Problem, dass der Motor und die DC-AC-Umformeinheit eventuell Kühlkapazitäten aufweisen, die zum Bewältigen des Entladens der Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, ausreichend sind, die die Vorrichtung vergrößern und Kosten erhöhen.
Das Verfahren, das in dem japanischen Patent JP 5 721 787 B2 beschrieben ist, hat ebenso ein Problem, dass die Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, von einem anderen Bauteil als dem Entladewiderstand verbraucht werden soll, so dass eine Wärmekapazität und eine Kühlkapazität des Bauelements, das nicht der Entladewiderstand ist, verbessert werden sollen, das die Vorrichtung vergrößert und Kosten erhöht.
Die US 5 179 842 A zeigt eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Wechselstrom-Gleichstrom-Umformeinheit, einer Energiespeichereinheit in einem Zwischenkreis und einer Anfangsaufladeeinheit für die Energiespeichereinheit.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine platzsparende und kostengünstige Motorantriebsvorrichtung bereitzustellen, die Wechselstromenergie, die von einer Wechselstromquellen-Seite zugeführt wird, durch eine AC-DC-Umformeinheit, die die Gleichstromenergie an einen Zwischenkreis ausgibt, der mit einer Energiespeichereinheit versehen ist, in Gleichstromenergie umformt, und ferner die Gleichstromenergie in die Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umformt und die Wechselstromenergie dem Motor zuführt, die eine Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, in kurzer Zeit entladen kann.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, enthält eine Motorantriebsvorrichtung eine AC-DC-Umformeinheit, die konfiguriert ist, Wechselstromenergie, die von einer Wechselstromquellen-Seite zugeführt wird, durch die Motorantriebsvorrichtung, die an Schaltvorrichtungen, die jeweils an einem oberen Arm und einem unteren Arm vorgesehen sind, eine Ein-Aus-Steuerung ausführt oder alle Schaltvorrichtungen ausschaltet und die Wechselstromenergie durch Dioden gleichrichtet, in Gleichstromenergie umzuformen, eine Energiespeichereinheit, die in einem Zwischenkreis zwischen einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit und einer Gleichstrom-Eingangsseite einer DC-AC-Umformeinheit vorgesehen ist, die konfiguriert ist, Gleichstromenergie auf der Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit in Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umzuformen, eine Anfangsaufladeeinheit, die in dem Zwischenkreis vorgesehen ist und eine Schalteinheit, die konfiguriert ist, einen elektrischen Pfad zwischen der AC-DC-Umformeinheit und der Energiespeichereinheit zu öffnen und zu schließen, und einem Ladewiderstand enthält, der mit der Schalteinheit parallel geschaltet ist, wobei die Anfangsaufladeeinheit konfiguriert ist, vor Beginn des Antreibens des Motors die Energiespeichereinheit durch einen Gleichstrom von der AC-DC-Umformeinheit, der durch den Ladewiderstand fließt, wenn die Schalteinheit geöffnet wird, anfangs aufzuladen, ein elektromagnetisches Schütz, das konfiguriert ist, einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle und der AC-DC-Umformeinheit zu öffnen und zu schließen, und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, jede der Schaltvorrichtungen, die Schalteinheit und das elektromagnetische Schütz zu steuern, wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors die Steuereinheit einen Öffnungsvorgang an dem elektromagnetischen Schütz und der Schalteinheit ausführt und einen Einschaltvorgang an den jeweiligen Schaltvorrichtungen ausführt, die an dem oberen Arm und dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, und bildet somit eine geschlossene Schaltung, die aus der Energiespeichereinheit und dem Ladewiderstand gebildet ist, um eine Ladung, die durch den Ladewiderstand in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, zu entladen.
Vor Beginn des Antreibens des Motors kann die Steuereinheit einen Schließvorgang an dem elektromagnetischen Schütz und einen Öffnungsvorgang an der Schalteinheit ausführen, um die Schalteinheit zu öffnen, und die Energiespeichereinheit durch einen Gleichstrom von der AC-DC-Umformeinheit, der durch den Ladewiderstand fließt, anfangs aufzuladen, und nachdem eine Spannung der Energiespeichereinheit durch Anfangsaufladen eine vorgegebene Spannung erreicht, kann die Steuereinheit einen Schließvorgang an der Schalteinheit ausführen, um das Anfangsaufladen der Energiespeichereinheit abzuschließen.
Die Motorantriebsvorrichtung kann ferner eine Temperaturerkennungseinheit enthalten, die konfiguriert ist, eine Temperatur des Ladewiderstands zu erkennen, wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors, wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit erkannt wird, eine vorgegebene Temperatur oder höher wird, die Steuereinheit einen Ausschaltvorgang an jeder der Schaltvorrichtungen ausführen kann, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, um das Entladen durch den Ladewiderstand anzuhalten.
Die Motorantriebsvorrichtung kann ferner eine Temperaturerkennungseinheit enthalten, die konfiguriert ist, eine Temperatur des Ladewiderstands zu erkennen, wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors, wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit erkannt wird, kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist, die Steuereinheit einen Öffnungsvorgang an dem elektromagnetischen Schütz und der Schalteinheit ausführen kann, einen Einschaltvorgang an jeder der Schaltvorrichtungen ausführen kann, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, und somit eine geschlossene Schaltung bilden kann, die aus der Energiespeichereinheit und dem Ladewiderstand gebildet ist, um eine Ladung, die durch den Ladewiderstand in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, zu entladen, und wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher wird, die Steuereinheit einen Ausschaltvorgang an den jeweiligen Schaltvorrichtungen ausführen kann, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, um das Entladen durch den Ladewiderstand zu stoppen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen besser verständlich:

1 ist ein Schaltplan, der eine Motorantriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Anfangsaufladen der Motorantriebsvorrichtung in der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen einer Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist ein Schaltplan, der eine Motorantriebsvorrichtung in einer zweiten und dritten Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen einer Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform darstellt;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen einer Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der dritten Ausführungsform darstellt;
7 verdeutlicht eine Konfiguration einer allgemeinen Motorantriebsvorrichtung, die eine Anfangsaufladeeinheit enthält; und
8 zeigt das Entladen einer Energiespeichereinheit einer Motorantriebsvorrichtung, die in dem japanischen Patent JP 5444304B2 beschrieben ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Motorantriebsvorrichtung, die eine Entladefunktion aufweist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaltplan, der eine Motorantriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform darstellt. Nachstehend haben Komponenten, die in den verschiedenen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, dieselbe Funktion. Ein Typ eines Motors 2, der von einer Motorantriebsvorrichtung 1 angetrieben wird, begrenzt die vorliegende Erfindung nicht und kann beispielsweise ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein. Ferner beschränkt die Anzahl der Phasen die vorliegende Erfindung nicht und kann beispielsweise eine einzelne Phase oder mehrere Phasen sein, die nicht drei Phasen sind.
Die Motorantriebsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform enthält eine AC-DC-Umformeinheit 11, eine Energiespeichereinheit 12, eine Anfangsaufladeeinheit 13, ein elektromagnetisches Schütz 14 und eine Steuereinheit 15. Eine Wechselstromquelle 3 ist mit einer Wechselstrom-Eingangsseite der Motorantriebsvorrichtung 1 verbunden, und ein Dreiphasenmotor 2 ist mit einer Wechselstrommotor-Seite der Motorantriebsvorrichtung 1 verbunden. Die Motorantriebsvorrichtung 1, die einen Motor 2 antreibt und steuert, ist hier beschrieben, jedoch begrenzt die Anzahl der Motoren 2, die von der Motorantriebsvorrichtung 1 angetrieben und gesteuert werden, nicht die vorliegende Erfindung, und es kann eine Mehrzahl von Motoren vorgesehen sein. Die Motorantriebsvorrichtung 1 enthält eine DC-AC-Umformeinheit 17, die Wechselstromenergie zum Antreiben des Motors 2 zuführt, und bei einer Mehrzahl von den Motoren 2 ist ebenfalls eine Mehrzahl der DC-AC-Umformeinheiten 17 vorgesehen.
Die AC-DC-Umformeinheit (auch als „der Durchflusswandler“ oder „der Wandler“ bezeichnet) 11 ist als Vollbrückenschaltung ausgebildet, bei der eine Schaltvorrichtung und eine Feedback-Diode, die in umgekehrter Weise parallel zur Schaltvorrichtung geschaltet sind, in einem oberen Arm und einem unteren Arm in jeder Phase vorgesehen sind. In dem dargestellten Beispiel ist die AC-DC-Umformeinheit 11 als eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung ausgebildet, die Dreiphasen-Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umformt. Die AC-DC-Umformeinheit 11 führt eine Ein-Aus-Steuerung an den Schaltvorrichtungen aus oder schaltet alle Schaltvorrichtungen, die in dem oberen Arm und dem unteren Arm vorgesehen sind, in Reaktion auf einen Schaltbefehl, der von der Steuereinheit 15 empfangen wird, aus, richtet die Wechselstromenergie durch die Dioden gleich und formt somit die Wechselstromenergie, die von der Seite der Wechselstromquelle 3 zugeführt wird, um und gibt die Gleichstromenergie aus. Zu den Beispielen für Schaltvorrichtungen zählen IGBT, FET, GTO (ein Thyristor, ein
abschaltbarer Thyristor), Transistoren und dergleichen. Jedoch beschränkt ein Typ selbst der Schaltvorrichtung die vorliegende Erfindung nicht, und andere Schaltvorrichtungen können verwendet werden.
Eine Wechselstromdrossel 18 ist mit einer Wechselstrom-Eingangsseite der AC-DC-Umformeinheit 11 verbunden.
Die DC-AC-Umformeinheit (auch als „der Sperrwandler“ oder „der Wechselrichter“ bezeichnet) 17 ist über den Zwischenkreis mit der AC-DC-Umformeinheit 11 verbunden. Die DC-AC-Umformeinheit 17 formt die Gleichstromenergie in dem Zwischenkreis in die Wechselstromenergie zum Antreiben des Motors um und gibt die Wechselstromenergie aus. Die AC-DC-Umformeinheit 17 ist als Dreiphasen-Vollbrückenschaltung ausgebildet, die eine Schaltvorrichtung und eine Feedback-Diode enthält, die in umgekehrter Weise mit der Schaltvorrichtung parallel geschaltet sind, wie beispielsweise ein Pulsweitenmodulations- (PWM-) Gleichrichter. Zu den Beispielen für Halbleiter-Schaltvorrichtungen zählen ein IGBT, ein FET, ein Thyristor, ein GTO, ein Transistor und dergleichen, jedoch beschränkt ein Typ selbst der Schaltvorrichtung die vorliegende Erfindung nicht, und andere Halbleiter-Schaltvorrichtungen können verwendet werden. Die DC-AC-Umformeinheit 17 führt anhand eines Schaltbefehls, der von einem übergeordneten Steuergerät (nicht dargestellt) empfangen wird, an der internen Schaltvorrichtung einen Schaltvorgang aus und formt die Gleichstromenergie, die von der Zwischenkreis-Seite zugeführt wird, in die Dreiphasen-Wechselstrom-Energie um, die eine gewünschte Spannung und eine gewünschte Frequenz zum Antreiben des Motors 2 aufweist. Der Motor 2 wird anhand der zugeführten Dreiphasen-Wechselstromenergie betrieben, deren Spannung und Frequenz variabel sind. Die nachstehend beschriebene Steuereinheit 15 kann den Schaltbefehl zum Steuern des Schaltvorgangs der DC-AC-Umformeinheit 17 erzeugen.
Die Energiespeichereinheit 12 ist in dem Zwischenkreis zwischen einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit 11 und einer Gleichstrom-Eingangsseite der DC-AC-Umformeinheit 17 vorgesehen und kann die Gleichstromenergie speichern. Ein DC-Kondensator ist ein Beispiel der Energiespeichereinheit 12. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Energiespeichereinheit 12 von der AC-DC-Umformeinheit 11 und der DC-AC-Umformeinheit 17 getrennt, jedoch ist im Allgemeinen ein Glättungskondensator (nicht dargestellt), der eine Funktion zum Unterdrücken einer Welligkeit der Gleichstromausgabe aufweist, in die Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit 11 und ein Glättungskondensator (nicht dargestellt), der eine Funktion zum Unterdrücken einer Welligkeit der Gleichstromeingabe aufweist, in die Gleichstrom-Eingangsseite der DC-AC-Umformeinheit 17 eingebaut, so dass die Glättungskondensatoren, die in die AC-DC-Umformeinheit 11 und die DC-AC-Umformeinheit 17 eingebaut sind, als Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform als die Energiespeichereinheit 12 genutzt werden können. 1 stellt ein Beispiel dar, das mit einer DC-AC-Umformeinheit 17 versehen ist, wenn jedoch beispielsweise eine Mehrzahl der DC-AC-Umformeinheiten 17 parallel geschaltet ist, kann die einzelne Energiespeichereinheit 12 auf der Gleichstrom-Eingangsseite jeder der DC-AC-Umformeinheiten 17 vorgesehen sein, und in diesem Fall befinden sich die Energiespeichereinheiten 12 in einem parallel geschalteten Verhältnis zueinander. Die Energiespeichereinheit 12 wird anfangs durch die Gleichstromenergie, die von der AC-DC-Umformeinheit 11 ausgegeben wird, durch die Anfangsaufladeeinheit 13, die als nächstes beschrieben wird, in einer Zeit von unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung 1 (d.h. kurz nachdem das elektromagnetische Schütz 14 geschlossen (eingeschaltet) wurde) bis vor Beginn des Antreibens des Motors (d.h. vor Beginn eines Umformvorgangs durch die DC-AC-Umformeinheit 17) aufgeladen. Eine Spannung der Energiespeichereinheit 12 wird von einer Spannungserkennungseinheit 19 erkannt.
Die Anfangsaufladeeinheit 13 ist in dem Zwischenkreis vorgesehen und enthält eine Schalteinheit 21 zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Pfades zwischen der AC-DC-Umformeinheit 11 und der Energiespeichereinheit 12 und einen Ladewiderstand 22, der mit der Schalteinheit 21 parallel geschaltet ist. Der Ladewiderstand 22 kann ein Festwiderstand oder ein veränderlicher Widerstand sein, solange der Ladewiderstand 22 ein Widerstand hoher Durchschlagspannung ist. Alternativ dazu kann der Ladewiderstand 22 ein Bauelement (z.B. eine Spule) sein, das eine andere Widerstandskomponente als diese Widerstände enthält. Wenngleich die Einzelheiten nachstehend beschrieben sind, erfolgt das Entladen in dieser Erfindung mittels des Ladewiderstands 22. Um das Entladen unter Verwendung des Ladewiderstands 22 zu realisieren, kann die Schalteinheit 21 zum Kurzschließen des Ladewiderstands durch eine mechanische Komponente, wie beispielsweise ein mechanisches Relais und einen mechanischen Schalter, der keinen Stromfluss zulässt, wenn er geöffnet (ausgeschaltet) ist, oder eine elektronische Komponente, wie beispielsweise ein Triac (eingetragenes Warenzeichen) (ein Zweirichtungsthyristor), der keinen einfachen Stromfluss zulässt, wenn er geöffnet (ausgeschaltet) ist, und eine Schaltvorrichtung (z.B. einen Galliumnitrid- (GaN-) FET), die keine parasitäre Diode enthält, realisiert werden.
Die Schalteinheit 21 zum Kurzschließen des Ladewiderstands wird nur während einer Zeit des Anfangsaufladens der Energiespeichereinheit 12, das unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung 1 ausgeführt wird, geöffnet (ausgeschaltet) und behält in einer normalen Betriebszeit, in der die Motorantriebsvorrichtung 1 den Motor 2 antreibt, einen geschlossenen (eingeschalteten) Zustand bei. Genauer gesagt wird die Schalteinheit 21 während der Anfangsaufladezeit von unmittelbar nach dem Start der Motorantriebsvorrichtung 1 (d.h. kurz nachdem das elektromagnetische Schütz 14 geschlossen (eingeschaltet) wurde) bis vor Beginn des Antreibens des Motors 2 (d.h. vor Beginn eines Umformvorgangs durch die DC-AC-Umformeinheit 17) geöffnet (ausgeschaltet), so dass ein Gleichstrom, der von der AC-DC-Umformeinheit 11 ausgegeben wird, durch den Ladewiderstand 22 in die Energiespeichereinheit 12 fließt und die Energiespeichereinheit 12 aufgeladen wird. Wenn die Energiespeichereinheit 12 auf eine vorgegebene Spannung geladen ist, wird die Schalteinheit 21 geschlossen (eingeschaltet), um beide Enden des Ladewiderstands 22 kurzzuschließen, und der Anfangsaufladevorgang ist abgeschlossen. Anschließend startet die DC-AC-Umformeinheit 17 den Umformvorgang und führt dem Motor 2 Antriebskraft zu, und der Motor 2 wird mithilfe der Antriebskraft angetrieben. Wie oben beschrieben, ist während der Anfangsaufladezeit der Energiespeichereinheit 12 die Schalteinheit 21 geöffnet (ausgeschaltet), und die Gleichstromenergie, die von der AC-DC-Umformeinheit 11 ausgegeben wird, fließt durch den Ladewiderstand 22 und wird von dem Ladewiderstand 22 als Wärme verbraucht, so dass eine Erzeugung eines übermäßigen Einschaltstroms während der Anfangsaufladezeit unterdrückt wird. Ein Öffnungs- / Schließvorgang eines elektrischen Pfades der Schalteinheit 21 in der Anfangsaufladeeinheit 13 wird durch einen Kurzschließbefehl gesteuert, der von der Steuereinheit 15 ausgegeben wird. Ein Kurzschließbefehl kann von einem höherrangigeren Steuergerät (nicht dargestellt) als die Steuereinheit 15 erzeugt werden.
Das elektromagnetische Schütz 14 ist auf der Wechselstrom-Eingangsseite der AC-DC-Umformeinheit 11 vorgesehen, um einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und der AC-DC-Umformeinheit 11 zu öffnen und zu schließen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das elektromagnetische Schütz 14 ferner näher an der Seite der Wechselstromquelle 3 vorgesehen als die Wechselstromdrossel 18, die auf der Wechselstrom-Eingangsseite der AC-DC-Umformeinheit 11 vorgesehen ist. In dem elektromagnetischen Schütz 14 befinden sich die Kontakte 24 normalerweise durch eine Federkraft in einem getrennten Zustand. Wenn jedoch einer Steuerspule 23 Energie zugeführt wird, wird durch einen Elektromagneten eine Anziehungskraft erzeugt, die größer als die Federkraft ist, die Kontakte 24 verbinden die Schaltung und der Strom wird von der Wechselstromquelle 3 der AC-DC-Umformeinheit 11 zugeführt. Wenn die Stromzufuhr zu der Steuerspule 23 abgeschaltet wird, wird die Schaltung durch die Federkraft getrennt und die Stromversorgung von der Wechselstromquelle 3 zu der AC-DC-Umformeinheit 11 wird abgeschaltet. Ein Öffnungs- / Schließvorgang eines elektrischen Pfades des elektromagnetischen Schützes 14 wird durch einen Öffnungs- / Schließbefehl für das elektromagnetische Schütz gesteuert, der von der Steuereinheit 15 ausgegeben wird. Ein Öffnungs- / Schließbefehl an das elektromagnetische Schütz 14 kann von einem höherrangigeren Steuergerät (nicht dargestellt) als die Steuereinheit 15 erzeugt werden.
Die Steuereinheit 15 erzeugt den Schaltbefehl zum Steuern des Schaltvorgangs jeder Schaltvorrichtung in der AC-DC-Umformeinheit 11, den Kurzschließbefehl zum Steuern des Öffnungs- / Schließvorgangs des elektrischen Pfades der Schalteinheit 21 zum Kurzschließen des Ladewiderstands in der Anfangsaufladeeinheit 13 und den Öffnungs- / Schließbefehl des elektromagnetischen Schützes zum Steuern des Öffnungs- / Schließvorgangs des elektrischen Pfades des elektromagnetischen Schützes 14. Der Betrieb der Steuereinheit 15 wird unter Bezugnahme auf Flussdiagramme in 2 und 3 im Detail beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf das Anfangsaufladen der Motorantriebsvorrichtung in der ersten Ausführungsform darstellt;
Vor Beginn des Antreibens des Motors werden sowohl das elektromagnetische Schütz 14 als auch die Schalteinheit 21 geöffnet (ausgeschaltet) (Schritt S101).
In Schritt S102 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob das Anfangsaufladen der Energiespeichereinheit 12 gestartet werden soll. Die Feststellung erfolgt beispielsweise danach, ob ein Anfangsauflade-Startbefehl von dem übergeordneten Steuergerät (nicht dargestellt) der Steuereinheit 15 empfangen wird. Der Anfangsauflade-Startbefehl wird beispielsweise von einem Bediener, der einen Startvorgang an der Motorantriebsvorrichtung ausführt (z.B. Drücken eines Startknopfes), an die Steuereinheit 15 übermittelt. In Schritt S102 gibt die Steuereinheit 15 beim Feststellen, das Anfangsaufladen der Energiespeichereinheit 12 zu starten, einen Schließbefehl an das elektromagnetische Schütz 14 aus.
In Schritt S103 führt das elektromagnetische Schütz 14 in Reaktion auf den empfangenen Schließbefehl einen Schließ- (Einschalt-) Vorgang aus. Dementsprechend fließt die Wechselstromenergie von der Wechselstromquelle 3 zu der AC-DC-Umformeinheit 11. Obwohl hier nicht dargestellt, führt die AC-DC-Umformeinheit 11 die Ein-Aus-Steuerung an den Schaltvorrichtungen aus oder schaltet alle Schaltvorrichtungen durch Empfangen des Schaltbefehls von der Steuereinheit 15 aus, richtet die Wechselstromenergie durch die Dioden gleich und formt die Wechselstromenergie, die von der Seite der Wechselstromquelle 3 zugeführt wird, um und gibt die Gleichstromenergie aus. Dementsprechend fließt der Gleichstrom, der von der AC-DC-Umformeinheit 11 ausgegeben wird, durch den Ladewiderstand 22 in die Energiespeichereinheit 12, und die Energiespeichereinheit 12 wird aufgeladen. Die Spannung der Energiespeichereinheit 12 wird durch das Aufladen allmählich erhöht.
In Schritt S104 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob die Spannung der Energiespeichereinheit 12 eine vorgegebene Spannung erreicht. Ein Spannungswert der Energiespeichereinheit 12 wird von einer Spannungserkennungseinheit 19 erkannt und an die Steuereinheit 15 übermittelt. Wenn festgestellt wird, dass die Spannung der Energiespeichereinheit 12 eine vorgegebene Spannung erreicht, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S105.
In Schritt S105 gibt die Steuereinheit 15 den Schließbefehl an die Anfangsaufladeeinheit 13 aus, und die Schalteinheit 21 in der Anfangsaufladeeinheit 13 wird geschlossen (eingeschaltet). Dementsprechend ist das Anfangsaufladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen. Nach Abschluss des Anfangsaufladens beginnt die Motorantriebsvorrichtung 1, den Motor 2 anzutreiben.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen der Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der ersten Ausführungsform darstellt;
Während einer Zeit, in der der Motor durch die Motorantriebsvorrichtung 1 angetrieben wird, sind sowohl das elektromagnetische Schütz 14 als auch die Schalteinheit 21 geschlossen (eingeschaltet) (Schritt S201).
In Schritt S202 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob das Entladen der Energiespeichereinheit 12 gestartet werden soll. Die Feststellung erfolgt beispielsweise danach, ob ein Entlade-Startbefehl von dem übergeordneten Steuergerät (nicht dargestellt) der Steuereinheit 15 empfangen wird. Der Entlade-Startbefehl wird beispielsweise von dem Bediener, der einen Anhaltevorgang an der Motorantriebsvorrichtung ausführt (z.B. Drücken eines Anhalten-Knopfes), an die Steuereinheit 15 übermittelt. In Schritt S202 gibt die Steuereinheit 15 beim Feststellen, das Entladen der Energiespeichereinheit 12 zu starten, einen Öffnungsbefehl an das elektromagnetische Schütz 14 aus.
In Schritt S203 führt das elektromagnetische Schütz 14 in Reaktion auf den empfangenen Öffnungsbefehl einen Öffnungs- (Ausschalt-) Vorgang aus. Dementsprechend wird die Zufuhr der Wechselstromenergie von der Wechselstromquelle 3 an die AC-DC-Umformeinheit 11 abgeschaltet.
In Schritt S204 gibt die Steuereinheit 15 den Öffnungsbefehl an die Energiespeichereinheit 13 aus. Dementsprechend wird die Schalteinheit 21 in der Anfangsaufladeeinheit 13 geöffnet (ausgeschaltet).
Als nächstes gibt die Steuereinheit 15 in Schritt S205 den Schaltbefehl an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus, um zu bewirken, dass die Schaltvorrichtungen, die jeweils an dem oberen Arm und dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, den Einschaltvorgang ausführen. Dementsprechend sind die Schaltvorrichtungen, die jeweils an dem oberen Arm und dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, in der AC-DC-Umformeinheit 11 elektrisch verbunden, und ein Punkt A und ein Punkt B in der Zeichnung werden in einen kurzgeschlossenen Zustand versetzt. Die Phase (die R-Phase, die S-Phase und die T-Phase) des oberen Arms und des unteren Arms der Schaltvorrichtungen, die elektrisch zu verbinden sind, können nur eine Phase, zwei Phasen oder alle drei Phasen sein. Wenn die Schaltvorrichtungen, die jeweils an dem oberen Arm und dem unteren Arm vorgesehen sind, elektrisch verbunden sind, werden Punkt A und Punkt B in den kurzgeschlossenen Zustand versetzt, und der elektrische Pfad der Schalteinheit 21 in der Anfangsaufladeeinheit 13 wird geöffnet (ausgeschaltet), so dass eine geschlossene Schaltung, die aus der Energiespeichereinheit 12 und dem Ladewiderstand 22 besteht, gebildet wird, und die Ladung, die in der Energiespeichereinheit 12 gespeichert ist, durch die jeweiligen Schaltvorrichtungen, die elektrisch verbunden sind, in derselben Phase in den Ladewiderstand 22 fließt. Dementsprechend wird die Energie, die in der Energiespeichereinheit 12 gespeichert ist, durch den Ladewiderstand 22 entladen, und die Spannung der Energiespeichereinheit 12 wird allmählich verringert.
In Schritt S206 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist. Die Feststellung erfolgt beispielsweise danach, ob die Spannung der Energiespeichereinheit 12, die von der Spannungserkennungseinheit 19 erkannt wird, eine vorgegebene Spannung oder weniger (d.h. ein Wert nahe Null Volt) wird. Wenn in Schritt S206 festgestellt wird, dass das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S207.
In Schritt S207 gibt die Steuereinheit 15 den Schaltbefehl zum Ausschalten aller Schaltvorrichtungen an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus. Dementsprechend wird der Umformvorgang durch die AC-DC-Umformeinheit 11 angehalten, und der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 ist vollständig angehalten. Durch jede Verarbeitung in den oben beschriebenen Schritten S201 bis S207 wird die Energiespeichereinheit 12 entladen, und wenn beispielsweise ein Bediener die Energiespeichereinheit 12 zu Wartungszwecken berührt, bekommt er/sie somit keinen elektrischen Schlag.
Wie oben beschrieben, wird die Schalteinheit 21 zum Kurzschließen des Ladewiderstands in der vorliegenden Erfindung geöffnet (ausgeschaltet), um die Ladung, die in der Energiespeichereinheit 12 gespeichert ist, zu dem Ladewiderstands 22 zu fließen, so dass bevorzugt wird, dass die Schalteinheit 21 zum Kurzschließen des Ladewiderstands durch eine mechanische Komponente realisiert ist, wie beispielsweise ein mechanisches Relais und einen mechanischen Schalter, der keinen Stromfluss zulässt, wenn er geöffnet (ausgeschaltet) ist, oder eine elektronische Komponente, wie beispielsweise einen Triac (eingetragenes Warenzeichen) (ein Zweirichtungsthyristor), der keinen einfachen Stromfluss zulässt, wenn er geöffnet (ausgeschaltet) ist und eine Schaltvorrichtung (z.B. einen GaN- FET), die keine parasitäre Diode enthält.
Die Energie W_c, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, wird durch Gleichung 1 ausgedrückt, wenn eine Kapazität der Energiespeichereinheit 12 C ist und eine Spannung der Energiespeichereinheit 12 (d.h. eine Potentialdifferenz zwischen Punkt A und Punkt B) V ist. $W_{c} = \frac{1}{2} C V^{2}$
Die Energie W_R, die in dem Ladewiderstand 22 verbraucht wird, wenn die Energiespeichereinheit 12 von Null Volt auf V Volt aufgeladen wird, wird durch Gleichung 2 ausgedrückt, wenn ein Widerstandswert des Ladewiderstands 22 R ist und ein Strom, der durch die Energiespeichereinheit 12 fließt, i ist. $W_{R} = \int_{0}^{\infty} R i^{2} d t = \int_{0}^{\infty} \frac{V^{2}}{R} e^{\frac{2}{R C} t} d t = \frac{1}{2} C V^{2}$
Gleichung 3 ergibt sich aus Gleichung 1 und Gleichung 2. $W_{C} = W_{R}$
Gleichung 3 bedeutet, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, eine Kühlleistung zu erhöhen, wenn der Ladewiderstand 22 bei dem Entladen der Energiespeichereinheit 12 genutzt wird. Mit anderen Worten, der Energiespeichereinheit 12 kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit der vorliegenden Konfiguration der Anfangsaufladeeinheit 13 ohne zusätzliche Kosten und zusätzlichen Befestigungsbereich mit einer Entladefunktion versehen werden.
Nachfolgend werden zweite und dritte Ausführungsformen beschrieben, die eine Temperaturerkennungseinheit zum Erkennen einer Temperatur des Ladewiderstands 22 enthalten.
4 ist ein Schaltplan, der eine Motorantriebsvorrichtung in der zweiten und dritten Ausführungsform darstellt. Die zweite und dritte Ausführungsform weisen eine Konfiguration auf, in der eine Temperaturerkennungseinheit 16 zum Erkennen einer Temperatur des Ladewiderstands 22 der Motorantriebsvorrichtung in der ersten Ausführungsform hinzugefügt ist, die unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben wird. Die Temperaturerkennungseinheit 16 kann durch ein Verfahren zum direkten Messen einer Temperatur des Ladewiderstands 22 mittels eines Temperaturerkennungselements oder ein Verfahren zum Berechnen einer Temperatur anhand von Informationen wie beispielsweise der Kapazität der Energiespeichereinheit 12, die von der Spannungserkennungseinheit 19 erkannt wird, und einer Zeit realisiert werden. Andere Schaltungskomponenten als die Temperaturerkennungseinheit 16 ähneln Schaltungskomponenten, die in 1 dargestellt sind, so dass dieselben Schaltungskomponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und detaillierte Beschreibungen der Schaltungskomponenten weggelassen sind.
Zuerst wird der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen der Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform darstellt; In der zweiten Ausführungsform führt die Steuereinheit 15 einen Ausschaltvorgang an den Schaltvorrichtungen aus, die jeweils an dem oberen Arm und dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind und hält das Entladen durch den Ladewiderstand 22 an, um einen Überhitzungsschutz des Ladewiderstands 22 zu realisieren, wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, während einer Entlade-Betriebszeit nach Abschluss des Antreibens des Motors eine vorgegebene Temperatur oder mehr wird. Natürlich kann die Schaltvorrichtung, die ausgeschaltet werden soll, um das Überhitzen des Ladewiderstands 22 zu verhindern, entweder der obere Arm oder der untere Arm sein.
In der zweiten Ausführungsform ähnelt der Anfangsaufladevorgang der Energiespeichereinheit 12 durch die Anfangsaufladeeinheit 13 jenem in der ersten Ausführungsform, der unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, so dass dessen Beschreibung weggelassen und der Entladevorgang der Energiespeichereinheit 12 hier beschrieben ist.
In 5 ähnelt jede Verarbeitung in Schritt S201 bis Schritt S205 jener in der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist.
In Schritt S208 in 5 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob die Temperatur, die durch die Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher wird. Die vorgegebene Temperatur kann beispielsweise auf eine Temperatur eingestellt werden, bei welcher der Ladewiderstand 22 nicht durchbrennt, wenn der Ladewiderstand 22 durch einen Überstrom, der durch den Ladewiderstand 22 fließt, überhitzt wird.
Wenn in Schritt S208 festgestellt wird, dass die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher wird, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S207, und die Steuereinheit 15 gibt den Schaltbefehl zum Ausschalten aller Schaltvorrichtungen an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus. Dementsprechend wird der Umformvorgang durch die AC-DC-Umformeinheit 11 angehalten, und der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 ist vollständig angehalten. Dementsprechend kann das Auftreten einer Überhitzung des Ladewiderstands 22 verhindert werden.
Wenn in Schritt S208 festgestellt wird, dass die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, geringer als die vorgegebene Temperatur ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S206. In Schritt S206 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist. Die Feststellung erfolgt beispielsweise danach, ob die Spannung der Energiespeichereinheit 12, die von der Spannungserkennungseinheit 19 erkannt wird, die vorgegebene Spannung oder weniger (d.h. ein Wert nahe Null Volt) wird. Wenn in Schritt S206 nicht festgestellt wird, dass das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S205 zurück, und das Entladen der Energiespeichereinheit 12 wird fortgesetzt. Wenn in Schritt S206 festgestellt wird, dass das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S207 über.
In Schritt S207 gibt die Steuereinheit 15 den Schaltbefehl zum Ausschalten aller Schaltvorrichtungen an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus. Dementsprechend wird der Umformvorgang durch die AC-DC-Umformeinheit 11 angehalten, und der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 ist vollständig angehalten. Durch jede Verarbeitung in den oben beschriebenen Schritten S201 bis S207 wird die Energiespeichereinheit 12 entladen, und wenn beispielsweise ein Bediener die Energiespeichereinheit 12 zu Wartungszwecken berührt, bekommt er/sie somit keinen elektrischen Schlag.
Nachfolgend wird der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung in der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 und 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf in Bezug auf ein Entladen der Energiespeichereinheit der Motorantriebsvorrichtung in der dritten Ausführungsform darstellt; In der dritten Ausführungsform setzt die Steuereinheit 15 das Entladen der Energiespeichereinheit 12 fort oder stoppt es, je nachdem, ob die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder mehr ist und realisiert somit sicheres Entladen der Energiespeichereinheit 12 und Überhitzungsschutz für den Ladewiderstand 22 während der Entlade-Betriebszeit nach Abschluss des Antreibens des Motors.
In der dritten Ausführungsform ähnelt der Anfangsaufladevorgang der Energiespeichereinheit 12 durch die Anfangsaufladeeinheit 13 jenem in der ersten Ausführungsform, der unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, so dass dessen Beschreibung weggelassen und der Entladevorgang der Energiespeichereinheit 12 hier beschrieben ist.
In 6 ähnelt jede Verarbeitung in Schritt S201 bis Schritt S205 jener in der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist.
In Schritt S208 in 6 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob die Temperatur, die durch die Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher wird. Die vorgegebene Temperatur kann beispielsweise auf eine Temperatur eingestellt werden, bei welcher der Ladewiderstand 22 nicht durchbrennt, wenn der Ladewiderstand 22 durch einen Überstrom, der durch den Ladewiderstand 22 fließt, überhitzt wird.
Wenn in Schritt S208 festgestellt wird, dass die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher wird, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S209, und die Steuereinheit 15 gibt den Schaltbefehl zum Ausschalten aller Schaltvorrichtungen an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus. Dementsprechend wird der Umformvorgang durch die AC-DC-Umformeinheit 11 einmal gestoppt. Dementsprechend kann das Auftreten einer Überhitzung des Ladewiderstands 22 verhindert werden. Nach der Verarbeitung in Schritt S209 kehrt die Verarbeitung zu Schritt S208 zurück. Natürlich kann die Schaltvorrichtung, die ausgeschaltet werden soll, um das Überhitzen des Ladewiderstands 22 zu verhindern, entweder der obere Arm oder der untere Arm sein.
Wenn in Schritt S208 festgestellt wird, dass die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, geringer als die vorgegebene Temperatur ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S206.
Wenn in Schritt S208 festgestellt wird, dass die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, geringer als die vorgegebene Temperatur ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S206. In Schritt S206 stellt die Steuereinheit 15 fest, ob das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist. Die Feststellung erfolgt beispielsweise danach, ob die Spannung der Energiespeichereinheit 12, die von der Spannungserkennungseinheit 19 erkannt wird, die vorgegebene Spannung oder weniger (d.h. ein Wert nahe Null Volt) wird. Wenn in Schritt S206 nicht festgestellt wird, dass das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S205 zurück, und das Entladen der Energiespeichereinheit 12 wird fortgesetzt. Wenn in Schritt S206 festgestellt wird, dass das Entladen der Energiespeichereinheit 12 abgeschlossen ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S207.
In Schritt S207 gibt die Steuereinheit 15 den Schaltbefehl zum Ausschalten aller Schaltvorrichtungen an die AC-DC-Umformeinheit 11 aus. Dementsprechend wird der Umformvorgang durch die AC-DC-Umformeinheit 11 angehalten, und der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 ist vollständig angehalten. Durch jede Verarbeitung in den oben beschriebenen Schritten S201 bis S207 wird die Energiespeichereinheit 12 entladen, und wenn beispielsweise ein Bediener die Energiespeichereinheit 12 zu Wartungszwecken berührt, bekommt er/sie somit keinen elektrischen Schlag.
Wie oben beschrieben, wird das Entladen der Energiespeichereinheit 12 in der dritten Ausführungsform fortgesetzt, wenn die Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit 16 erkannt wird, geringer als die vorgegebene Temperatur ist, wohingegen das Entladen der Energiespeichereinheit 12 während der Entlade-Betriebszeit nach Abschluss des Antreibens des Motors einmal gestoppt wird, wenn die Temperatur die vorgegebene Temperatur oder höher wird. Dementsprechend kann sicheres Entladen der Energiespeichereinheit 12 und Überhitzungsschutz des Ladewiderstands 22 realisiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Motorantriebsvorrichtung, die die Wechselstromenergie, die von der Wechselstromquellen-Seite zugeführt wird, durch die AC-DC-Umformeinheit in die Gleichstromenergie umformt, die Gleichstromenergie an den Zwischenkreis ausgibt, der mit der Energiespeichereinheit versehen ist, und ferner die Gleichstromenergie in die Wechselstromenergie zum Antreiben des Motors und Zuführen der Wechselstromenergie an den Motor umformt, als platzsparende und kostengünstige Motorantriebsvorrichtung realisiert werden, die die Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, in kurzer Zeit entladen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ladung, die in der Energiespeichereinheit gespeichert ist, mittels des Ladewiderstands in der Anfangsaufladeeinheit entladen, was die Energiespeichereinheit, die in dem Zwischenkreis vorgesehen ist, anfangs auflädt, so dass das Hinzufügen eines Befestigungsbereichs zum Entladen sowie zusätzliche Kosten nicht verursacht werden.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Entladen des Ladewiderstands gestoppt oder angehalten, wenn die Temperatur des Ladewiderstands die vorgegebene Temperatur oder höher wird, so dass das Überhitzen des Ladewiderstands verhindert werden kann und keine Gefahr des Durchbrennens des Ladewiderstands besteht.

Claims

Motorantriebsvorrichtung (1), umfassend: eine Wechselstrom- (AC-) Gleichstrom- (DC-) Umformeinheit (11), konfiguriert zum Umformen von Wechselstrom, der von einer Seite einer Wechselstromquelle (3) zugeführt wird, in Gleichstrom, durch Ausführen von Ein-Aus-Steuerung an Schaltvorrichtungen, die jeweils an einem oberen Arm und einem unteren Arm vorgesehen sind, oder Ausschalten aller Schaltvorrichtungen und Gleichrichten der Wechselstromenergie durch Dioden; eine Energiespeichereinheit (12), vorgesehen in einem Zwischenkreis zwischen einer Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umformeinheit (11) und einer Gleichstrom-Eingangsseite einer DC-AC-Umformeinheit (17), konfiguriert zum Umformen von Gleichstromenergie auf der Gleichstrom-Ausgangsseite der AC-DC-Umrichteinheit (11) in Gleichstromenergie zum Antreiben eines Motors; eine Anfangsaufladeeinheit (13), vorgesehen in dem Zwischenkreis und umfassend eine Schalteinheit (21), die konfiguriert ist, einen elektrischen Pfad zwischen der AC-DC-Umformeinheit (11) und der Energiespeichereinheit (12) zu öffnen und zu schließen, und einen Ladewiderstand (22), der mit der Schalteinheit (21) parallel geschaltet ist, wobei die Anfangsaufladeeinheit (13) konfiguriert ist, die Energiespeichereinheit (12) durch einen Gleichstrom von der AC-DC-Umformeinheit (11), der durch den Ladewiderstand (22) fließt, wenn die Schalteinheit (21) vor dem Antreiben des Motors geöffnet ist, anfangs aufzuladen; ein elektromagnetisches Schütz (14), konfiguriert zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Pfads zwischen der Wechselstromquelle (3) und der AC-DC-Umformeinheit (11); und eine Steuereinheit (15), konfiguriert zum Steuern jeder der Schaltvorrichtungen, der Schalteinheit (21) und des elektromagnetischen Schützes (14), wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors die Steuereinheit (15) einen Öffnungsvorgang an dem elektromagnetischen Schütz (14) und der Schalteinheit (21) ausführt und an jeder der Schaltvorrichtungen, die an dem oberen Arm und an dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, einen Einschaltvorgang ausführt, und somit eine geschlossene Schaltung bildet, die aus der Energiespeichereinheit (12) und dem Ladewiderstand (22) gebildet ist, um eine Ladung, die durch den Ladewiderstand (22) in der Energiespeichereinheit (12) gespeichert ist, zu entladen.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei vor Beginn des Antreibens des Motors die Steuereinheit (15) einen Schließvorgang an dem elektromagnetischen Schütz (14) und einen Öffnungsvorgang an der Schalteinheit ausführt, um die Schalteinheit (21) zu öffnen, und die Energiespeichereinheit (12) durch einen Gleichstrom von der AC-DC-Umformeinheit (11), der durch den Ladewiderstand (22) fließt, anfangs auflädt, und nachdem eine Spannung der Energiespeichereinheit (12) durch das Anfangsaufladen eine vorgegebene Spannung erreicht, die Steuereinheit (15) einen Schließvorgang an der Schalteinheit (21) ausführt, um das Anfangsaufladen der Energiespeichereinheit (12) abzuschließen.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Temperaturerkennungseinheit (16), konfiguriert zum Erkennen einer Temperatur des Ladewiderstands (22), wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors, wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit (16) erkannt wird, eine vorgegebene Temperatur oder höher wird, die Steuereinheit (15) einen Ausschaltvorgang an jeder der Schaltvorrichtungen ausführt, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, um das Entladen durch den Ladewiderstand (22) anzuhalten.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Temperaturerkennungseinheit (16), konfiguriert zum Erkennen einer Temperatur des Ladewiderstands (22), wobei nach Abschluss des Antreibens des Motors, wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit (16) erkannt wird, geringer als eine vorgegebene Temperatur ist, die Steuereinheit (15) einen Öffnungsvorgang an dem elektromagnetischen Schütz (14) und der Schalteinheit (21) ausführt und einen Einschaltvorgang an jeder der Schaltvorrichtungen ausführt, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, und somit eine geschlossene Schaltung bildet, die aus der Energiespeichereinheit (12) und dem Ladewiderstand (22) gebildet ist, um eine Ladung, die durch den Ladewiderstand (22) in der Energiespeichereinheit (12) gespeichert ist, zu entladen, und wenn eine Temperatur, die von der Temperaturerkennungseinheit (16) erkannt wird, die vorgegebene Temperatur oder höher ist, die Steuereinheit (15) einen Ausschaltvorgang an jeder der Schaltvorrichtungen ausführt, die an dem oberen Arm oder dem unteren Arm in derselben Phase vorgesehen sind, um das Entladen durch den Ladewiderstand (22) zu stoppen.