DE102018109248A1

DE102018109248A1 - Motorantriebsvorrichtung mit Restladungsverbrauch-Steuereinheit

Info

Publication number: DE102018109248A1
Application number: DE102018109248.2A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Yoshida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2018-10-25
Also published as: JP2018186625A; US20180309402A1; CN108736796A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung 1 beinhaltet einen Wandler 11, der eine Wechselstromzufuhr aus einer Wechselstromquelle 3 in einen Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom an einen Zwischenkreis abgibt, einen Zwischenkreiskondensator 12, der in dem Zwischenkreis vorgesehen ist, Inverter 13-n, von denen jeder in Entsprechung zu einem Motor 2-n vorgesehen ist, den Gleichstrom in dem Zwischenkreis in einen Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom an den entsprechenden Motor 2-n abgibt, eine Temperaturerfassungseinheit 14, welche die Temperaturen der Motoren 2-n erfasst, eine Öffnungs- und Schließeinheit 15, die einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Wandler 11 öffnet und schließt, und eine Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16, die in Übereinstimmung mit Informationen über die von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen mindestens einen der Inverter 13-n so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Restladungsverbrauch- Steuereinheit.
Beschreibung der verwandten Technik
In einer Motorantriebsvorrichtung, die Motoren antreibt, die in einer Werkzeugmaschine oder einer Maschine montiert sind, die z. B. einen Roboter einschließt, wird eine Wechselstromzufuhr aus einer Wechselstromquelle durch einen Wandler vorübergehend in einen Gleichstrom umgewandelt, der durch einen Inverter weiter in einen Wechselstrom umgewandelt wird, dessen Energie als Antriebsenergie für einen für die jeweilige Antriebsachse vorgesehenen Motor verwendet wird. Inverter werden in gleicher Anzahl zu z. B. den Motoren vorgesehen, um einzeln Antriebsenergie an die in Entsprechung zu den Antriebsachsen vorgesehenen Motoren zur Durchführung einer Antriebssteuerung der Motoren zu liefern. Nur ein Wandler wird im Allgemeinen für mehrere Inverter vorgesehen, um die Kosten und den Platzbedarf zu reduzieren.
Ein Zwischenkreiskondensator wird in einem Zwischenkreis vorgesehen, der den Gleichstromausgang des Wandlers mit dem Gleichstromeingang jedes Inverters verbindet. Der Zwischenkreiskondensator hat die Funktionen, Gleichstromenergie, die zum Erzeugen von Wechselstromenergie durch den Inverter verwendet wird, zu speichern und das Ausmaß an Pulsation des Gleichstromausgangs des Wandlers zu unterdrücken.
Im Allgemeinen werden in einer Werkzeugmaschine, wenn eine Motorantriebsvorrichtung nach dem Ende der Bearbeitung von einer Wechselstromquelle getrennt wird oder bei Auftreten einer Anomalie, in einem Zwischenkreiskondensator gespeicherte Restladungen wünschenswerterweise so früh wie möglich entfernt, um zu verhindern, dass der Bediener einen elektrischen Schlag bekommt. Eine Pressmaschine hat zum Beispiel eine sehr hohe maximale Leistungsaufnahme bei ihrem Pressbetrieb und wirft häufig ein Problem auf, das aus einer zu geringen Kapazität der Stromversorgungseinrichtung in der Wechselstromquelle resultiert. Unter den Umständen weist in einer Motorantriebsvorrichtung für eine Pressmaschine ein Zwischenkreiskondensator (auch als „Kondensatorbank“ bezeichnet), der Energie bezieht und speichert, eine hohe Kapazität auf, und wenn die Pressmaschine Leistung aufnimmt, wird die Leistung aus dem Zwischenkreiskondensator so zugeführt, dass sich die Leistungsspitze für die Stromversorgungseinrichtung in der Wechselstromquelle verringern kann. Da ein für eine Pressmaschine verwendeter Zwischenkreiskondensator mit hoher Kapazität eine enorme Menge an Energie speichert und besonders gefährlich ist, werden Restladungen wünschenswerterweise so schnell wie möglich entfernt.
Als ein Verfahren zum Entfernen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator, nachdem die Motorantriebsvorrichtung von der Wechselstromquelle getrennt wurde, steht beispielsweise die Anwendung von Selbstentladung zur Verfügung. Im Allgemeinen beinhaltet eine Motorantriebsvorrichtung mit einem Zwischenkreiskondensator eine Anfangsladeschaltung zum anfänglichen Laden des Zwischenkreiskondensators vor dem Start des Antriebs von Motoren durch die Motorantriebsvorrichtung, und ein Verfahren zum Verbrauchen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator als Wärmeenergie mittels eines Widerstands (auch als „Ladewiderstand“ bezeichnet) in der Anfangsladeschaltung ist ebenfalls verfügbar. Ein Verfahren zum Verbrauchen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator als Wärmeenergie mittels eines Entladewiderstands in einer separaten Ladeschaltung ist sogar verfügbar.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2013-038894 offenbart, ist eine Ladeschaltung für einen Kondensator bekannt, die bei einem System angewendet wird, das eine Gleichstromquelle, eine Stromrichterschaltung, die ein Paar Eingangsanschlüsse beinhaltet und über das Paar Eingangsanschlüsse mit der Gleichstromquelle verbunden ist, einen Kondensator, der zwischen das Paar Eingangsanschlüsse der Stromrichterschaltung geschaltet ist, und eine Spannungsdetektorschaltung beinhaltet, die eine Spannung über dem Paar Eingangsanschlüsse erfasst und die ein Paar elektrische Pfade, welche die Spannungsdetektorschaltung jeweils mit dem Paar Eingangsanschlüsse verbinden, einen Reihenverbinder von Widerständen, der in den elektrischen Pfaden vorgesehen ist und Unterschiede zwischen Potenzialen der Eingangsanschlüsse und einem Referenzpotenzial aufteilt, einen Verbindungspfad, der das Paar elektrische Pfade miteinander verbindet, ein zum Öffnen und Schließen des Verbindungspfads in dem Verbindungspfad vorgesehenes elektronisch gesteuertes Öffnungs- und Schließmittel, und ein Betriebsmittel zur Durchführung eines Öffnungs- und Schließbetriebs des Öffnungs- und Schließmittels beinhaltet, wobei die Spannungsdetektorschaltung die Spannung über dem Paar Eingangsanschlüsse basierend auf den von dem Reihenverbinder der Widerstände aufgeteilten Potenzialunterschieden erfasst und der Verbindungspfad zwischen das Paar elektrische Pfade geschaltet ist, um mindestens einen der Widerstände in einen Regelkreis, der den Kondensator und den Verbindungspfad beinhaltet, zu beinhalten, wenn das Öffnungs- und Schließmittel durch das Betriebsmittel in einen geschlossenen Zustand versetzt wird.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2011-139620 offenbart, ist eine Antriebsvorrichtung mit Invertersteuerung bekannt, die Inverter, die in Entsprechung zu zwei Allzweckmotoren vorgesehen sind und eine Antriebssteuerung der Allzweckmotoren durchführen, wobei die Inverter jeweils eine Wandlereinheit beinhalten, die eine Wechselspannung aus einer Wechselstromquelle in Gleichspannung umwandelt, eine Kondensatoreinheit, welche die Spannungsabgabe aus der Wandlereinheit glättet, eine Ausgangsbrückeneinheit, welche die durch die Kondensatoreinheit geglättete Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt und die Dreiphasenwechselspannung an den Allzweckmotor abgibt, eine Widerstandseinheit zur Unterdrückung von Einschaltstrom, die zwischen die Wandlereinheit und die Kondensatoreinheit geschaltet ist, einen ersten Schalter, der parallel zu der Widerstandseinheit zur Unterdrückung von Einschaltstrom geschaltet ist, einen zweiten Schalter, der die Kondensatoreinheit eines Allzweckmotors der Allzweckmotoren mit der Kondensatoreinheit des anderen Allzweckmotors verbindet und zwischen die Kondensatoreinheit des einen Allzweckmotors und die Kondensatoreinheit des anderen Allzweckmotors in der Parallelschaltung geschaltet ist, und einen dritten Schalter, der einen Entladewiderstand parallel mit einer Parallelschaltung, die den zweiten Schalter beinhaltet, verbindet und mit einer Parallelschaltung, die den Entladewiderstand beinhaltet, verbunden ist, beinhaltet, wobei der erste Schalter von AUS in EIN wechselt, wenn eine Kondensatorspannung der Kondensatoreinheit des Allzweckmotors, der mit dem ersten Schalter verbunden ist, eine erste festgelegte Spannung erreicht, der zweite Schalter von AUS in EIN wechselt, wenn Kondensatorspannungen der Kondensatoreinheiten der zwei Allzweckmotoren eine zweite festgelegte Spannung erreichen, die höher ist als die erste festgelegte Spannung, und auf EIN bleibt, und der dritte Schalter von AUS in EIN wechselt, nachdem der zweite Schalter von AUS in EIN wechselt.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2007-274867 offenbart, ist eine Motorantriebssteuereinheit bekannt, die ein Antriebsmittel zum Antreiben eines Motors durch Versorgen des Motors mit Energie aus einer Energiequelle basierend auf einer Abweichung, die durch ein Abweichungserfassungsmittel während des Antreibens des Motors erfasst wird, und ein Regenerierungsmittel beinhaltet, das ein Energieregenerierungsmittel zum Regenerieren von durch den Motor erzeugter Energie an die Energiequelle, wenn beim Abbremsen des Motors eine Drehzahl des Motors höher ist als ein Referenzwert, und ein Wärmeregenerierungsmittel zum Umwandeln von durch den Motor erzeugter Energie in Wärme, wenn die Drehzahl des Motors niedriger ist als der Referenzwert, beinhaltet.
Wenn eine Motorantriebsvorrichtung nach dem Ende des Betriebs der Motorantriebsvorrichtung oder bei Auftreten einer Anomalie von einer Wechselstromquelle getrennt wird, werden Restladungen in einem Zwischenkreiskondensator wünschenswerterweise so früh wie möglich entfernt, um zu verhindern, dass der Bediener einen elektrischen Schlag bekommt.
Ein Verfahren zum Entfernen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator durch Selbstentladung nimmt viel Zeit (z. B. mehrere Zehn-Minuten-Intervalle) bis zum Abschluss der Entladung in Anspruch und weist eine schlechte Betriebseffizienz auf, weil der Bediener während des Entladezeitraums nicht die Motorantriebsvorrichtung und eine Maschine, welche die Motorantriebsvorrichtung beinhaltet, warten oder sich mit einer Anomalie befassen kann. Besonders bei einer Pressmaschine, bei der ein Zwischenkreiskondensator mit hoher Kapazität verwendet wird, ist die bis zum Abschluss der Entladung benötigte Zeit sehr lang und es ist wegen der hohen Kapazität für den Bediener sehr gefährlich, sich während des Entladezeitraums dem Zwischenkreiskondensator zu nähern.
Bei einer Anfangsladeschaltung, die einen Ladewiderstand und einen parallel zu dem Ladewiderstand geschalteten Schalter beinhaltet, wird im Allgemeinen ein kostengünstiger Thyristor, der einen Selbstlöschungsvorgang aufweist, als Schalter verwendet. Jedoch kann bei einem Verfahren zum Verbrauchen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator als Wärmeenergie durch einen Widerstand in der Anfangsladeeinheit kein Schalter verwendet werden, der einen Selbstlöschungsvorgang aufweist, und vorzugsweise kann ein teures Element verwendet werden, das keinen Selbstlöschungsvorgang aufweist, wie ein IGBT.
Bei einem Verfahren zum Verbrauchen von Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator als Wärmeenergie durch einen Entladewiderstand in der Entladeschaltung kann vorzugsweise eine separate Entladeschaltung vorgesehen werden, und dies erhöht die Größe der Motorantriebsvorrichtung und die Kosten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Motorantriebsvorrichtung mit einem Zwischenkreiskondensator verlangt eine Technik, die Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator auf schnelle, kostengünstige Weise entfernen kann, wenn die Motorantriebsvorrichtung von einer Wechselstromquelle getrennt wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Motorantriebsvorrichtung einen Wandler, der eine Wechselstromzufuhr aus einer Wechselstromquelle in einen Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom an einen Zwischenkreis abgibt, einen Zwischenkreiskondensator, der in dem Zwischenkreis vorgesehen ist, Inverter, von denen jeder in Entsprechung zu einem Motor vorgesehen ist, den Gleichstrom in dem Zwischenkreis in einen Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom an den entsprechenden Motor abgibt, eine Temperaturerfassungseinheit, die Temperaturen der Motoren erfasst, eine Öffnungs- und Schließeinheit, die einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle und dem Wandler öffnet und schließt, und eine Restladungsverbrauch-Steuereinheit, die in Übereinstimmung mit Informationen über die von der Temperaturerfassungseinheit erfassten Temperaturen der Motoren mindestens einen der Inverter so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle zu dem Wandler abzuschalten.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen leichter verständlich:

1 ist ein Diagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsabfolge der in 1 veranschaulichten Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht;
3 ist ein Diagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht; und
4 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsabfolge der in 3 veranschaulichten Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Restladungsverbrauch-Steuereinheit wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente. Die gleichen Bezugszeichen in verschiedenen Zeichnungen bezeichnen Komponenten mit den gleichen Funktionen. Zum besseren Verständnisses werden in diesen Zeichnungen verschiedene Maßstäbe verwendet, wie jeweils geeignet.
1 ist ein Diagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine Antriebssteuerung von Dreiphasenwechselstrom-Motoren 2-n (n: positive ganze Zahl) durch eine Motorantriebsvorrichtung 1, die mit Dreiphasenwechselstrom von einer Wechselstromquelle 3 versorgt wird, wird hier als Beispiel genommen. Die Motorantriebsvorrichtung 1 führt eine Antriebssteuerung eines Motors durch, der für jede Antriebsachse in z. B. einer Werkzeugmaschine oder einer Maschine, einschließlich z. B. eines Roboters, vorgesehen ist. Der Typ von Motor 2-n schränkt diese Ausführungsform nicht besonders ein, und beispielsweise kann ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor verwendet werden. Die Anzahl der Phasen der Wechselstromquelle 3 und der Motoren 2 schränkt diese Ausführungsform auch nicht besonders ein, und beispielsweise kann eine Einphasenkonfiguration verwendet werden. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel wird eine Dreiphasenkonfiguration für die Wechselstromquelle 3 verwendet, und Dreiphasenwechselstrom-Motoren werden als die Motoren 2-n verwendet.
Vor einer Beschreibung der Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird nachstehend eine Motorsteuerung für die Motoren 2-n beschrieben. Die Motorantriebsvorrichtung 1 beinhaltet eine Motorsteuereinheit 10 zum Steuern von Invertern 13-n (n: positive ganze Zahl), die Energie zwischen Gleichstromenergie in einem Zwischenkreis und Wechselstromenergie umwandeln, die als Antriebsenergie oder regenerative Energie für die Motoren 2-n dient, wie bei der allgemeinen Motorantriebsvorrichtung. Die Motorsteuereinheit 10 erzeugt einen Schaltbefehl zum Steuern der Drehzahlen, der Drehmomente oder der Rotorpositionen der Motoren 2-n basierend auf z. B. den (Rotor-)Drehzahlen (Drehzahlrückkopplung) der Motoren 2-n, einem Strom, der durch die Wicklungen der Motoren 2-n fließt (Stromrückkopplung), einem vorher festgelegten Drehzahlbefehl und einem Betriebsprogramm für die Motoren 2-n. Ein Stromwandlungsbetrieb durch die Inverter 13-n wird basierend auf dem von der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugten Schaltbefehl gesteuert. Die Konfiguration der hier definierten Motorsteuereinheit 10 ist lediglich ein Beispiel und die Konfiguration der Motorsteuereinheit 10 kann durch Begriffe wie einer Positionsbefehl-Erzeugungseinheit, einer Drehzahlbefehl-Erzeugungseinheit und einer Schaltbefehl-Erzeugungseinheit definiert werden.
Die Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet die Motorsteuereinheit 10, einen Wandler 11, einen Zwischenkreiskondensator 12, die Inverter 13-n, eine Temperaturerfassungseinheit 14, eine Öffnungs- und Schließeinheit 15 und eine Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16, wie in 1 veranschaulicht.
Der Wandler 11 wandelt eine Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 in einen Gleichstrom um und gibt diesen an den Zwischenkreis ab. Beispiele des Wandlers 11 können eine Diodengleichrichterschaltung, eine Gleichrichterschaltung mit 120-Grad-Stromfluss und eine Gleichrichterschaltung mit PWM-Schaltsteuerung, die ein Schaltelement beinhaltet, beinhalten. Wenn der Wandler 11 als eine Diodengleichrichterschaltung dient, wird eine Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 gleichgerichtet und ein Gleichstrom wird an den Zwischenkreis an der Gleichstromseite abgegeben. Wenn der Wandler 11 als eine Gleichrichterschaltung mit 120-Grad-Stromfluss oder eine Gleichrichterschaltung mit PWM-Schaltsteuerung dient, kann er als ein bidirektionaler Stromrichter mit Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlerfähigkeit implementiert werden, der eine Wechselstromenergiezufuhr von der Wechselstromquelle 3 in Gleichstromenergie umwandelt und diese an die Gleichstromseite abgibt und während der Motorverzögerung Gleichstromenergie im Zwischenkreis in Wechselstromenergie umwandelt und diese an die Wechselstromquelle 3 abgibt. Wenn der Wandler 11 als eine Gleichrichterschaltung mit PWM-Schaltsteuerung dient, wird er als eine Brückenschaltung aus einem Schaltelement und einer Diode, die antiparallel mit dem Schaltelement geschaltet ist, implementiert. In diesem Fall können Beispiele des Schaltelements einen unipolaren Transistor wie einen FET, einen bipolaren Transistor, einen IGBT, einen Thyristor und ein GTO beinhalten, jedoch schränkt die Art des Schaltelements selbst diese Ausführungsform nicht ein, und andere Arten von Schaltelementen können verwendet werden.
Ein Zwischenkreiskondensator 12 wird in einem Zwischenkreis vorgesehen, der den Gleichstromausgang des Wandlers 11 mit dem Gleichstromeingang des Inverters 13-n verbindet. Der Zwischenkreiskondensator 12 hat die Funktionen, Gleichstromenergie, die zum Erzeugen von Wechselstromenergie durch den Inverter 13-n verwendet wird, zu speichern und das Ausmaß an Schwankungen des Gleichstromausgangs des Wandlers 11 zu dämpfen. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist ein Zwischenkreiskondensator 12 für jeden Inverter 13-n vorgesehen, jedoch kann nur ein Zwischenkreiskondensator an der Gleichstromausgangsseite des Wandlers 11 vorgesehen und von den Invertern 13-n gemeinsam genutzt werden. Auch in dieser Ausführungsform wird eine Anfangsladeschaltung zum anfänglichen Laden der Zwischenkreiskondensatoren 12 vor dem Start des Antriebs jedes Motors 2-n durch die Motorantriebsvorrichtung 1 vorgesehen, jedoch ist sie in 1 nicht veranschaulicht.
Inverter 13-n werden in gleicher Anzahl zu z. B. den Motoren 2-n vorgesehen (in dem in 1 veranschaulichten Beispiel werden n Inverter vorgesehen), um einzeln Antriebsenergie an die Motoren 2-n zur Durchführung einer Antriebssteuerung der Motoren 2-n zu liefern. Die Inverter 13-n sind als Brückenschaltungen aus Schaltelementen und Dioden, die antiparallel mit den Schaltelementen geschaltet sind, implementiert, und eine EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements wird basierend auf z. B. dem PWM-Schaltsteuerungsschema durchgeführt. In dieser Ausführungsform sind, da die mit der Motorantriebsvorrichtung 1 verbundenen Motoren 2-n als Dreiphasenwechselstrom-Motoren implementiert sind, die Inverter 13-n als Dreiphasen-Brückenschaltungen implementiert. Beispiele für jedes derartige Schaltelement können einen unipolaren Transistor wie einen FET, einen bipolaren Transistor, einen IGBT, einen Thyristor und ein GTO beinhalten, jedoch schränkt die Art des Schaltelements selbst diese Ausführungsform nicht ein, und andere Arten von Schaltelementen können verwendet werden.
Die Inverter 13-n sind mit dem Zwischenkreis verbunden, und eine EIN/AUSSteuerung jedes internen Schaltelements wird basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durchgeführt, um Energie zwischen Gleichstromenergie im Zwischenkreis und Wechselstromenergie, die als Antriebsenergie oder regenerative Energie für die Motoren 2-n wirkt, umzuwandeln. Genauer führen im normalen Betriebsmodus für die Motoren 2-n die Inverter 13-n einen Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durch, um Gleichstromenergie (in den Zwischenkreiskondensatoren 12 gespeicherte Gleichstromenergie), die aus dem Wandler 11 über den Zwischenkreis zugeführt wird, in Wechselstromenergie mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben der Motoren 2-n umzuwandeln (Wechselrichtbetrieb). Somit arbeiten die Motoren 2-n basierend auf z. B. Wechselstromenergie mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Obwohl regenerative Energie während der Verzögerung der Motoren 2-n erzeugt werden kann, wird ein Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durchgeführt, um die von den Motoren 2-n erzeugte regenerative Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln und diese an den Zwischenkreis zurückzuführen (Gleichrichtbetrieb). Obwohl Einzelheiten später beschrieben werden, führen die Inverter 13-n, wenn sie von der Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 oder der Motorsteuereinheit 10 einen Schaltbefehl zum Abgeben eines Blindstroms empfangen, einen Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem Schaltbefehl zum Abgeben eines Blindstroms durch, um Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 in einen Blindstrom umzuwandeln und diesen abzugeben.
Die Temperaturerfassungseinheit 14 erfasst die Temperatur der Motoren 2-n. Ein Temperatursensor (nicht veranschaulicht) ist an jedem Motor 2-n befestigt und die Temperaturerfassungseinheit 14 sammelt Informationen über die durch diese Temperatursensoren erhaltenen Motortemperaturen. Jeder Temperatursensor wird vorzugsweise in einem Abschnitt (z. B. einem Eisenkern oder einer Wicklung) platziert, welcher die größte Menge an Wärme in dem entsprechenden Motor erzeugt.
Die Öffnungs- und Schließeinheit 15 öffnet und schließt einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Wandler 11 als Reaktion auf einen von z. B. der Motorsteuereinheit 10 oder deren Host-Steuerung (nicht veranschaulicht) empfangenen Öffnungs- und Schließbefehl. Beispiele der Öffnungs- und Schließeinheit 15 können einen elektromagnetischen Schütz und ein Relais beinhalten. Im normalen Betriebsmodus für die Motoren 2-n, wie in der allgemeinen Motorantriebsvorrichtung, wird, wenn der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 beendet wird oder eine Anomalie in der Motorantriebsvorrichtung 1 und in einer Maschine, welche die Motorantriebsvorrichtung 1 beinhaltet, auftritt, der elektrische Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Wandler 11 als Reaktion auf einen von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Öffnungsbefehl geöffnet, um die Wechselstromenergiezufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten. Wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten, wurden Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 gespeichert. Diese Restladungen werden durch die Arbeit der Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 aus den Zwischenkreiskondensatoren 12 entfernt.
Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 steuert in Übereinstimmung mit den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen mindestens einen der Inverter 13-n so, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten. Der Schaltungsbetrieb der Öffnungs- und Schließeinheit 15 wird durch die Motorsteuereinheit 10 gesteuert. Es wird z. B. durch eine Einheit zur Ermittlung der Eingangsspannung 21 ermittelt, ob die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abgeschaltet wurde. Genauer überwacht die Einheit zur Ermittlung der Eingangsspannung 21 die Eingangsspannung an der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 und bestimmt, dass „die Wechselstromzufuhr abgeschaltet wurde“, wenn diese Eingangsspannung (Zwischenphasenspannung) nahezu null beträgt. Wenn von der Einheit zur Ermittlung der Eingangsspannung 21 bestimmt wird, dass „die Wechselstromzufuhr abgeschaltet wurde“, startet die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 eine Blindleistungssteuerung. Als Alternative dazu kann, wenn die Motorsteuereinheit 10 einen Öffnungsbefehl zu der Öffnungs- und Schließeinheit 15 sendet, die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 ermitteln, dass „die Wechselstromzufuhr abgeschaltet wurde“, und eine Blindleistungssteuerung starten. In diesem Fall wird jedoch, um eine vollständige Abschaltung der Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 sicherzustellen, die Blindleistungssteuerung durch die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 vorzugsweise eine bestimmte Zeit, nachdem ein Öffnungsbefehl durch die Motorsteuereinheit 10 gesendet wird, gestartet.
Die Blindleistungssteuerung durch die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 wird hier ausführlicher beschrieben.
Ein Effektivstrom, der von den Invertern 13-n abgegeben wird und durch die Motoren 2-n fließt, trägt zum Auftreten von Drehmoment in den Motoren 2-n, d. h. zum Drehbetrieb der Motoren 2-n, bei. Ein Blindstrom, der von den Invertern 13-n abgegeben wird und durch die Motoren 2-n fließt, trägt nicht zum Auftreten von Drehmoment in den Motoren 2-n bei und wird nur als Wärmeenergie durch die Widerstände der Wicklungen in den Motoren 2-n verbraucht, ohne die Motoren 2-n zu drehen. Unter den Umständen werden in dieser Ausführungsform Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 (d. h. in den Zwischenkreiskondensatoren 12 gespeicherte Gleichstromenergie), die erzeugt werden, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten, durch die Inverter 13-n in einen Blindstrom umgewandelt, der von den mit diesen Invertern verbundenen Motoren als Wärmeenergie verbraucht wird. Da die Motoren 2-n sich selbst dann nicht drehen, wenn durch sie ein Blindstrom fließt, können Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 sicher entfernt werden.
Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 steuert die Inverter 13-n so, dass sie einen Blindstrom abgeben, indem z. B. die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 selbst einen Schaltbefehl zur Abgabe eines Blindstroms erzeugen kann. Als Alternative führt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 diese Steuerung durch, indem sie der Motorsteuereinheit 10 befiehlt, einen Schaltbefehl zum Abgeben eines Blindstroms zu erzeugen, um die Motorsteuereinheit 10 zu veranlassen, den Schaltbefehl als Reaktion auf diesen Befehl zu erzeugen. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel erzeugt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 selbst einen Schaltbefehl zum Abgeben eines Blindstroms. Als Reaktion auf den Schaltbefehl zum Abgeben eines Blindstroms führen die Inverter 13-n einen Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf diesem Schaltbefehl durch, um Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 in einen Blindstrom umzuwandeln und diesen abzugeben. Der Blindstrom fließt durch die Motoren, die mit diesen Invertern verbunden sind, und wird von diesen Motoren als Wärmeenergie verbraucht.
Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 steuert mindestens einen der Inverter 13-n so, dass er einen Blindstrom abgibt. In dieser Ausführungsform wird ein Inverter, der von der Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 so gesteuert wird, dass er einen Blindstrom abgibt, in Übereinstimmung mit den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen aus den Invertern 13-n ausgewählt. Verschiedene Beispiele für die Inverterauswahl werden nachstehend gegeben.
Im ersten Modus der Inverterauswahl wird ein Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor vorgesehen ist, der die niedrigste Temperatur unter den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Temperaturen der Motoren 2-n aufweist, aus den Invertern 13-n ausgewählt. Mit anderen Worten steuert die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 einen Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor vorgesehen ist, der die niedrigste Temperatur unter den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Temperaturen der Motoren 2-n aufweist, so, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr aus der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten. Infolgedessen fließt ein Blindstrom durch den Motor mit der niedrigsten Temperatur und wird als Wärmeenergie verbraucht.
Im zweiten Modus der Inverterauswahl wird ein Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor vorgesehen ist, der die niedrigste Temperaturanstiegsrate unter den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Temperaturanstiegsraten der Motoren 2-n aufweist, aus den Invertern 13-n ausgewählt. Genauer sammelt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten, die Temperaturerfassungseinheit 14 Informationen über die Temperatur aus dem an jedem Motor 2-n befestigten Temperatursensor und berechnet für jeden Motor 2-n eine Rate des Temperaturanstiegs pro Zeiteinheit. Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 ermittelt die niedrigste Temperaturanstiegsrate unter den für jeden Motor 2-n berechneten Temperaturanstiegsraten und steuert einen Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor mit der niedrigsten Temperaturanstiegsrate vorgesehen ist, so, dass er einen Blindstrom abgibt. Infolgedessen fließt ein Blindstrom durch den Motor mit der niedrigsten Temperaturanstiegsrate und wird als Wärmeenergie verbraucht.
Ein Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor mit der niedrigsten Temperatur oder der niedrigsten Temperaturanstiegsrate unter den Temperaturen vorgesehen wird, wird, wie vorstehend beschrieben, ausgewählt, um Betriebsstörungen des Motors und des Inverters aufgrund von Wärme, die erzeugt wird, wenn ein Blindstrom durch den Motor fließt, zu verhindern.
Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 kann mindestens zwei der Inverter 13-n so steuern, dass sie einen Blindstrom abgeben, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten. Wenn zum Beispiel die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 zwei Inverter so steuert, dass sie einen Blindstrom abgeben, steuert sie insgesamt zwei Inverter, die entsprechend mit einem Motor mit der niedrigsten Temperatur oder der niedrigsten Temperaturanstiegsrate und einem Motor mit der zweitniedrigsten Temperatur oder Temperaturanstiegsrate gegenüber dem Motor mit der niedrigsten Temperatur verbunden sind, so, dass sie Blindstrom abgeben. Auf diese Weise können, wenn mindestens zwei (d. h. mehrere) Inverter Blindstrom abgeben, da ein Blindstrom durch mindestens zwei (d. h. mehrere) Motoren 2 fließt, die diesen Invertern entsprechen, Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 schneller verbraucht werden.
Motoren, denen kein Blindstrom zugeführt werden soll, können im Voraus bestimmt werden. In diesem Fall steuert die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 mindestens einen anderen Inverter als „Inverter, die mit Motoren verbunden sind, denen kein Blindstrom zugeführt werden soll“ unter den Invertern 13-n so, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsabfolge der in 1 veranschaulichten Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht.
In Schritt S101, in dem eine Antriebssteuerung der Motoren 2-n durch die Motorantriebsvorrichtung 1 durchgeführt wird, erzeugt die Motorsteuereinheit 10 einen Schaltbefehl zum Steuern der Drehzahlen, der Drehmomente oder der Rotorpositionen der Motoren 2-n basierend auf z. B. den (Rotor-)Drehzahlen (Drehzahlrückkopplung) der Motoren 2-n, einem Strom, der durch die Wicklungen der Motoren 2-n fließt (Stromrückkopplung), einem vorher festgelegten Drehzahlbefehl und einem Betriebsprogramm für die Motoren 2-n. Ein Stromrichtbetrieb durch die Inverter 13-n wird basierend auf dem von der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugten Schaltbefehl gesteuert. Die Inverter 13-n führen einen Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durch, um Gleichstromenergie, die aus dem Wandler 11 über den Zwischenkreis zugeführt wird, in Wechselstromenergie mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben der Motoren 2-n umzuwandeln (Umkehrbetrieb). Somit arbeiten die Motoren 2-n basierend auf z. B. Wechselstromenergie mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Wenn regenerative Energie während der Verzögerung der Motoren 2-n erzeugt wird, wird ein Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durchgeführt, um die von den Motoren 2-n erzeugte regenerative Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln und diese an den Zwischenkreis zurückzuführen (Gleichrichtbetrieb).
In Schritt S102 ermittelt die Einheit zur Ermittlung der Eingangsspannung 21, ob die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abgeschaltet wurde. Als Alternative dazu ermittelt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16, ob die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abgeschaltet wurde, basierend darauf, ob ein Öffnungsbefehl von der Motorsteuereinheit 10 an die Öffnungs- und Schließeinheit 15 gesendet wurde. Wie vorstehend beschrieben, wird der Öffnungs- und Schließbetrieb des elektrischen Pfads zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Wandler 11 durch die Öffnungs- und Schließeinheit 15 z. B. von der Motorsteuereinheit 10 oder deren Host-Steuerung gesteuert. Wenn der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung 1 beendet wird oder eine Anomalie in der Motorantriebsvorrichtung 1 und in einer Maschine, welche die Motorantriebsvorrichtung 1 beinhaltet, auftritt, empfängt die Öffnungs- und Schließeinheit 15 einen Öffnungsbefehl von der Motorsteuereinheit 10 oder deren Host-Steuerung, um den elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Wandler 11 zu öffnen. Somit wird die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abgeschaltet. Wenn in Schritt S102 ermittelt wird, dass die Wechselstromzufuhr abgeschaltet wurde, rückt das Verfahren zu Schritt S103 vor; andernfalls kehrt das Verfahren zu Schritt S101 zurück. Wenn die Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten, wurden Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 gespeichert.
In Schritt S103 erfasst die Temperaturerfassungseinheit 14 die Temperaturen der Motoren 2-n.
In Schritt S104 steuert die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 in Übereinstimmung mit den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen mindestens einen der Inverter 13-n so, dass er einen Blindstrom abgibt. Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 wählt einen Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor mit der niedrigsten Temperatur unter den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Temperaturen der Motoren 2-n vorgesehen ist, aus den Invertern 13-n aus. Als Alternative wählt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 einen Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor mit der niedrigsten Temperaturanstiegsrate unter den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten (berechneten) Temperaturanstiegsraten der Motoren 2-n vorgesehen ist, aus den Invertern 13-n aus. Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 steuert den ausgewählten Inverter so, dass er einen Blindstrom abgibt. Der Blindstrom fließt durch den Motor, der mit diesem Inverter verbunden ist, und wird als Wärmeenergie verbraucht. Da der Motor sich selbst dann nicht dreht, wenn durch ihn Blindstrom fließt, können Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator 12 sicher entfernt werden. Die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 kann in Übereinstimmung mit den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen mindestens zwei der Inverter 13-n so steuern, dass sie einen Blindstrom abgeben, wie vorstehend beschrieben. Dieselbe Betriebsabfolge wird sowohl angewandt, wenn ein Zwischenkreiskondensator 12 für jeden Inverter 13-n vorgesehen wird, als auch wenn ein Zwischenkreiskondensator an der Gleichstromausgangsseite des Wandlers 11 vorgesehen und von den Invertern 13-n gemeinsam genutzt wird.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In der zweiten Ausführungsform beinhaltet die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebene Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Einstelleinheit 17, welche eine zulässige Motortemperatur, die für jeden Motor 2-n zulässig ist, einstellt.
Die Einstelleinheit 17 beinhaltet eine Speichervorrichtung, die eine zulässige Motortemperatur für jeden Motor 2-n speichert, und eine Eingabevorrichtung zum Eingeben der zulässigen Motortemperatur in die Speichervorrichtung. Die Speichervorrichtung ist z. B. als ein elektronisch löschbarer und programmierbarer nicht flüchtiger Speicher wie ein EEPROM® oder als ein lesbarer und beschreibbarer Hochgeschwindigkeits-Arbeitsspeicher wie ein DRAM oder ein SRAM implementiert. Die Eingabevorrichtung beinhaltet z. B. eine Tastatur, ein Touchpanel, eine Maus und eine Tonerkennungsvorrichtung. Die Eingabevorrichtung kann eine unabhängige Eingabevorrichtung sein, jedoch kann sie eine Zusatzeingabevorrichtung eines Hosts einer numerischen Steuereinrichtung (nicht veranschaulicht) für die Motorantriebsvorrichtung, eines Hosts einer Zellensteuereinrichtung (nicht veranschaulicht) für die numerische Steuereinrichtung oder eines Produktionsverwaltungssystems (nicht veranschaulicht), das als Steuerungshost für die Zellensteuereinrichtung dient, sein. Die Speichervorrichtung und die Eingabevorrichtung, welche die Einstelleinheit 17 bilden, können direkt über bekannte Busse oder durch bekannte drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation miteinander verbunden sein.
Eine zulässige Motortemperatur, die als eine von Spezifikationsdaten z. B. in einer Spezifikationstabelle oder einer Bedienungsanleitung von Motoren oder Maschinen, welche die Motoren beinhalten, bestimmt ist, kann vorzugsweise z. B. als eine Höchsttemperatur verwendet werden, die zulässig ist, um die ursprüngliche Leistung der Motoren aufzuweisen. Im Allgemeinen weisen kleine Motoren verhältnismäßig niedrige zulässige Motortemperaturen auf, während große Motoren verhältnismäßig hohe zulässige Motortemperaturen aufweisen. Als Alternative kann eine zulässige Motortemperatur durch den Bediener in Übereinstimmung mit dem Umfeld, in dem die Motoren angewendet werden, oder der Anwendung der Motoren frei eingestellt werden. Beispielsweise kann die zulässige Motortemperatur für mit Kühlern ausgestattete Motoren höher eingestellt werden als für Motoren ohne Kühler.
Die in der Einstelleinheit 17 eingestellte zulässige Motortemperatur kann überschreibbar sein. Beispielsweise kann eine zulässige Motortemperatur, die als Spezifikationsdaten in einer Spezifikationstabelle von Motoren bestimmt ist, in der Einstelleinheit 17 eingestellt und dann durch den Bediener in eine gewünschte zulässige Motortemperatur geändert werden, eine durch den Bediener frei in der Einstelleinheit 17 eingestellte zulässige Motortemperatur kann zu einem späteren Zeitpunkt in eine zulässige Motortemperatur, die als Spezifikationsdaten in einer Spezifikationstabelle von Motoren bestimmt ist, geändert werden, oder die zulässige Motortemperatur kann durch den Bediener nach Bedarf in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen geändert werden.
Wenn die von einer Temperaturerfassungseinheit 14 erfasste Temperatur für einen Motor, durch den eine Blindstromabgabe aus einem gegenwärtig gesteuerten Inverter 13-n fließt, höher ist als die zulässige Motortemperatur, die für den Motor in der Einstelleinheit 17 eingestellt ist, steuert eine Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 nicht diesen Inverter (d. h. den Inverter, der gegenwärtig einen Blindstrom abgibt), sondern einen anderen Inverter so, dass er einen Blindstrom abgibt. Der „andere Inverter“ bedeutet hier einen Inverter, der mit einem Motor verbunden ist, der die zweitniedrigste Temperatur oder die zweitniedrigste Temperaturanstiegsrate gegenüber dem Motor, durch den eine Blindstromabgabe aus dem gegenwärtig gesteuerten Inverter 13-n fließt, aufweist. Obwohl die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 mindestens zwei der Inverter 13-n so steuern kann, dass sie einen Blindstrom abgeben, wie bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist es auch in der zweiten Ausführungsform möglich, dass sie nicht den Inverter, der gegenwärtig einen Blindstrom abgibt, sondern nur einen oder mindestens zwei (d. h. eine Vielzahl von) Inverter so steuert, dass sie einen Blindstrom abgeben.
Da andere Schaltungskomponenten als die Einstelleinheit 17 und die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 in der zweiten Ausführungsform die gleichen sind wie diejenigen in der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform, bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Komponenten, und eine ausführliche Beschreibung dieser Schaltungskomponenten wird nicht gegeben.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsabfolge der in 3 veranschaulichten Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht.
In Schritt S201 erzeugt, wie in Schritt S101 der ersten Ausführungsform, eine Motorsteuereinheit 10 einen Schaltbefehl zum Steuern der Drehzahlen, der Drehmomente oder der Rotorpositionen der Motoren 2-n basierend auf z. B. den (Rotor-)Drehzahlen (Drehzahlrückkopplung) der Motoren 2-n, einem Strom, der durch die Wicklungen der Motoren 2-n fließt (Stromrückkopplung), einem vorher festgelegten Drehzahlbefehl und einem Betriebsprogramm für die Motoren 2-n. Ein Stromrichtbetrieb durch die Inverter 13-n wird basierend auf dem von der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugten Schaltbefehl gesteuert.
Die Inverter 13-n führen einen Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durch, um Gleichstromenergie, die aus einem Wandler 11 über einen Zwischenkreis zugeführt wird, in Wechselstromenergie mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben der Motoren 2-n umzuwandeln (Umkehrbetrieb). Somit arbeiten die Motoren 2-n basierend auf z. B. Wechselstromenergie mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Wenn regenerative Energie während der Verzögerung der Motoren 2-n erzeugt wird, wird ein Schaltvorgang für die internen Schaltelemente basierend auf dem von der Motorsteuereinheit 10 empfangenen Schaltbefehl durchgeführt, um die von den Motoren 2-n erzeugte regenerative Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln und diese an den Zwischenkreis zurückzuführen (Gleichrichtbetrieb).
In Schritt S202 wird derselbe Vorgang wie in Schritt S102 der ersten Ausführungsform durchgeführt, d. h., es wird ermittelt, ob die Wechselstromzufuhr aus einer Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abgeschaltet wurde. Wenn in Schritt S202 ermittelt wird, dass die Wechselstromzufuhr abgeschaltet wurde, rückt das Verfahren zu Schritt S203 vor; andernfalls kehrt das Verfahren zu Schritt S201 zurück. Wenn eine Öffnungs- und Schließeinheit 15 den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle 3 zu dem Wandler 11 abzuschalten, wurden Restladungen in Zwischenkreiskondensatoren 12 gespeichert.
In Schritt S203 wird derselbe Vorgang wie in Schritt S103 der ersten Ausführungsform durchgeführt, d. h., eine Temperaturerfassungseinheit 14 erfasst die Temperaturen der Motoren 2-n.
In Schritt S204 wird derselbe Vorgang wie in Schritt S104 der ersten Ausführungsform durchgeführt, d. h., die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 steuert in Übereinstimmung mit den von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfassten Motortemperaturen mindestens einen der Inverter 13-n so, dass er einen Blindstrom abgibt.
In Schritt S205 erfasst die Temperaturerfassungseinheit 14 die Temperatur eines Motors 2-n, durch den gegenwärtig ein Blindstrom fließt.
In Schritt S206 ermittelt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16, ob die von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfasste Temperatur für einen Motor, durch den eine Blindstromabgabe aus einem gegenwärtig gesteuerten Inverter 13-n fließt, höher ist als die zulässige Motortemperatur, die für den Motor in der Einstelleinheit 17 eingestellt ist. Wenn die Temperatur des Motors, durch den ein Blindstrom fließt, höher ist als die zulässige Motortemperatur, rückt das Verfahren zu Schritt S207 vor; andernfalls rückt das Verfahren zu Schritt S208 vor.
In Schritt S207 steuert die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 nicht den gegenwärtig gesteuerten Inverter (d. h. den Inverter, der gegenwärtig einen Blindstrom abgibt), sondern einen anderen Inverter so, dass er einen Blindstrom abgibt. Der „andere Inverter“ entspricht der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 3. Nach dem Verfahren in Schritt S207 kehrt das Verfahren zu Schritt S205 zurück.
Wenn in Schritt S206 ermittelt wird, dass die Temperatur des Motors, durch den ein Blindstrom fließt, gleich oder niedriger ist als die zulässige Motortemperatur, ermittelt die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 in Schritt S208, ob die Entladung von Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 abgeschlossen ist. Es kann vorzugsweise basierend auf z. B. der Spannung über den zwei Anschlüssen eines beliebigen Zwischenkreiskondensators 12 ermittelt werden, ob die Entladung von Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 abgeschlossen ist, und die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 ermittelt, dass die Entladung abgeschlossen ist, wenn die von einer Einheit zur Erfassung von Gleichstromspannung (nicht veranschaulicht) erfasste Spannung über den zwei Anschlüssen dieses Zwischenkreiskondensators 12 nahezu null beträgt.
Wenn in Schritt S208 ermittelt wird, dass die Entladung von Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 abgeschlossen ist, endet das Verfahren. Wenn in Schritt S208 ermittelt wird, dass die Entladung von Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 nicht abgeschlossen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S204 zurück. Mit anderen Worten werden die Verfahren in den Schritten S204 bis S208 ausgeführt, bis die Entladung von Restladungen in den Zwischenkreiskondensatoren 12 abgeschlossen ist.
Auf diese Weise können mit der Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, wenn die von der Temperaturerfassungseinheit 14 erfasste Temperatur für einen Motor, durch den eine Blindstromabgabe aus dem gegenwärtigen gesteuerten Inverter 13-n fließt, höher ist als die zulässige Motortemperatur, da nicht dieser Inverter (d. h. der Inverter, der gegenwärtig einen Blindstrom abgibt), sondern ein anderer Inverter so gesteuert wird, dass er einen Blindstrom abgibt, Betriebsstörungen des Motors und des Inverters aufgrund von Wärmeentwicklung zuverlässiger verhindert werden.
Die vorstehend erwähnte Motorsteuereinheit 10, Temperaturerfassungseinheit 14, Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 und Einstelleinheit 17 können in Form von z. B. einem Softwareprogramm ausgeführt sein oder in einer Kombination von verschiedenen elektronischen Schaltungen und einem Softwareprogramm ausgeführt sein. Wenn zum Beispiel diese Einheiten in Form eines Softwareprogramms ausgeführt sind, können die Funktionen der vorstehend erwähnten jeweiligen Einheiten durch Vorsehen eines Computers, um sie gemäß dem Softwareprogramm zu betreiben, oder durch Ausführen des Softwareprogramms auf einer arithmetischen Verarbeitungseinheit in einer numerischen Steuereinrichtung, die mit der Motorantriebsvorrichtung 1 verbunden ist, implementiert werden. Als Alternative können die Motorsteuereinheit 10, die Temperaturerfassungseinheit 14, die Restladungsverbrauch-Steuereinheit 16 und die Einstelleinheit 17 als eine integrierte Halbleiterschaltung, in die ein Softwareprogramm zum Ausführen der Funktion jeder Einheit geschrieben ist, implementiert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können in einer Motorantriebsvorrichtung, die einen Zwischenkreiskondensator beinhaltet, Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator beim Trennen der Motorantriebsvorrichtung von einer Wechselstromquelle schnell und kostengünstig entfernt werden.
Mit einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden Restladungen, die in einem Zwischenkreiskondensator erzeugt werden, wenn eine Öffnungs- und Schließeinheit den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr aus einer Wechselstromquelle an einen Wandler abzuschalten, durch einen Inverter in einen Blindstrom umgewandelt, der durch einen mit dem Inverter verbundenen Motor als Wärmeenergie verbraucht wird, jedoch können, da der Motor sich selbst dann nicht dreht, wenn durch ihn ein Blindstrom fließt, die Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator sicher entfernt werden.
Mit der Motorantriebsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekte der vorliegenden Offenbarung wird einem Inverter, der in Entsprechung zu einem Motor mit der niedrigsten Temperatur oder der niedrigsten Temperaturanstiegsrate unter den Temperaturen von Motoren vorgesehen ist, ein Blindstrom zugeführt, und Betriebsstörungen des Motors und des Inverters aufgrund von Wärme, die erzeugt wird, wenn ein Blindstrom durch den Motor fließt, können verhindert werden.
Da die Motorantriebsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung keine zusätzliche Schaltung wie eine Entladeschaltung beinhaltet, um Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator zu entfernen, sind die Kosten gering.
Bei der Motorantriebsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung können, da ein Blindstrom durch mindestens zwei (d. h. eine Vielzahl von) Motoren, die mindestens zwei (d. h. eine Vielzahl von) Inverter von einer Gruppe von Invertern entsprechen, fließt, solange der Blindstrom an diese Inverter abgegeben wird, Restladungen in dem Zwischenkreiskondensator schnell verbraucht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013038894 [0006]
JP 2011139620 [0007]
JP 2007274867 [0008]

Claims

Motorantriebsvorrichtung (1), umfassend: einen Wandler (11), der eine Wechselstromzufuhr von einer Wechselstromquelle (3) in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom an einen Zwischenkreis abgibt; einen Zwischenkreiskondensator (12), der in dem Zwischenkreis vorgesehen ist; Inverter (13-n), von denen jeder in Entsprechung zu einem Motor (2-n) vorgesehen ist, den Gleichstrom in dem Zwischenkreis in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom an den entsprechenden Motor (2-n) abgibt; eine Temperaturerfassungseinheit (14), die Temperaturen der Motoren (2-n) erfasst; eine Öffnungs- und Schließeinheit (15), die einen elektrischen Pfad zwischen der Wechselstromquelle (3) und dem Wandler (11) öffnet und schließt; und eine Restladungsverbrauch-Steuereinheit (16), die in Übereinstimmung mit Informationen über die von der Temperaturerfassungseinheit (14) erfassten Temperaturen der Motoren (2-n) mindestens einen der Inverter (13-n) so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit (15) den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle (3) zu dem Wandler (11) abzuschalten.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Restladungsverbrauch-Steuereinheit (16) den in Entsprechung zu einem Motor (2-n) vorgesehenen Inverter (13-n), der die niedrigste Temperatur unter den von der Temperaturerfassungseinheit (14) erfassten Temperaturen der Motoren (2-n) aufweist, so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit (15) den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle (3) zu dem Wandler (11) abzuschalten.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Restladungsverbrauch-Steuereinheit (16) den in Entsprechung zu einem Motor (2-n) vorgesehenen Inverter (13-n), der die niedrigste Temperaturanstiegsrate unter von der Temperaturerfassungseinheit (14) erfassten Temperaturanstiegsraten der Motoren (2-n) aufweist, so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit (15) den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle (3) zu dem Wandler (11) abzuschalten.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Restladungsverbrauch-Steuereinheit (16) mindestens zwei der Inverter (13-n) so steuert, dass sie einen Blindstrom abgeben, wenn die Öffnungs- und Schließeinheit (15) den elektrischen Pfad öffnet, um die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromquelle (3) zu dem Wandler (11) abzuschalten.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Einstelleinheit (17), die für jeden Motor (2-n) eine erlaubte Motortemperatur, die für diesen zulässig ist, einstellt, wobei, wenn die von der Temperaturerfassungseinheit (14) erfasste Temperatur für einen Motor (2-n), durch den ein Blindstrom fließt, der von einem gerade angesteuerten Inverter (13-n) unter den Invertern (13-n) abgegeben wird, höher ist als die erlaubte Motortemperatur, die für den Motor (2-n) in der Einstelleinheit (17) eingestellt ist, die Restladungsverbrauch-Steuereinheit (16) nicht den gerade angesteuerten Inverter (13-n), sondern einen anderen Inverter (13-n) unter den Invertern (13-n) so steuert, dass er einen Blindstrom abgibt.