保护装置的制作方法

本发明涉及保护同步电动机和驱动同步电动机的电动机驱动装置的保护装置。

背景技术：

如日本专利第6285477号公报记载的那样，为了使被电动机驱动装置驱动的电动机紧急停止，广泛使用了动态制动电路。动态制动电路是经由电阻使电动机的多个绕组短路，由此将旋转能量变换为焦耳热，对电动机的旋转施加制动的电路。

动态制动电路所使用的电阻的电阻值与对电动机的制动力有相关性。如果减小电阻值，则短路电流变大，有时发生电动机转子的磁铁的退磁，或由于过电流而破坏驱动装置，与此相对，如果增大电阻值，则短路时的每相的动力线之间的电位差变大，有时成为超过包含逆变器的驱动装置的耐压的电位差。因此，存在无法选择适合于保护电动机的电阻值的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于：提供一种保护装置，其能够在保护同步电动机和电动机驱动装置的同时，适当地选择动态制动电路所使用的电阻的电阻值。

本发明的方式是设置在具有多个绕组的同步电动机和驱动上述同步电动机的电动机驱动装置之间的保护装置，具备：开闭装置，其切换上述电动机驱动装置与上述同步电动机的连接和切断；动态制动电路，其具有电阻、在上述开闭装置和上述同步电动机之间经由上述电阻将多个上述绕组短路的开关；控制装置，其控制上述开闭装置和上述动态制动电路。上述控制装置在控制上述动态制动电路的上述开关而使多个上述绕组短路后，控制上述开闭装置，将上述电动机驱动装置与上述同步电动机的连接切换为切断。

根据本发明，能够在保护同步电动机和电动机驱动装置的同时，适当地选择动态制动电路所使用的电阻的电阻值。

根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，能够容易地了解上述目的、特征、以及优点。

附图说明

图1是表示实施方式的电动机驱动系统的结构的一个例子的图。

图2是说明实施方式的保护装置的动作的流程图。

图3是表示实施方式的电动机驱动系统的结构的另一个例子的图。

图4是表示变形例子1的电动机驱动系统的结构的图。

具体实施方式

以下，列举适合的实施方式，一边参照附图一边详细说明本发明的保护装置。

[实施方式]

图1是表示实施方式的电动机驱动系统10的结构的一个例子的图。电动机驱动系统10具备电动机驱动装置10a、保护装置10b、同步电动机12。电动机驱动装置10a是驱动同步电动机12的驱动装置。

电动机驱动装置10a具备整流器14、平滑电容器16、逆变器部18以及控制逆变器部18的驱动控制部20。

保护装置10b被设置在电动机驱动装置10a和同步电动机12之间、即逆变器部18和同步电动机12之间。保护装置10b具备动态制动电路26、开闭装置28、控制动态制动电路26和开闭装置28的控制装置30。

此外，在本实施方式中，同步电动机12未图示，具备三相(uvw)的绕组(电动机线圈)。同步电动机12只要具备多个绕组，则并不限于三相。进而，在同步电动机12中设置有检测同步电动机12的旋转位置的编码器12a、检测同步电动机12的绕组的温度的温度传感器12b。

整流器14将从交流电源34供给的交流电压整流为直流电压。平滑电容器16对整流器14整流后的直流电压进行平滑化。此外，在本实施方式中，交流电源34针对每相具备串联连接的2个二极管14a。2个二极管14a串联连接的连接点分别与交流电源34的各相的端子连接。另外，串联连接的2个二极管14a与平滑电容器16并联连接。进而，整流器14具备测定平滑电容器16的两端的电压的电压传感器14b。此外，整流器14也可以是向二极管14a追加了开关元件的结构。

逆变器部18将通过整流器14整流后的直流电压(具体地说为平滑电容器16的电压)变换为交流电压，将该交流电压供给到同步电动机12，驱动同步电动机12。逆变器部18具备多个开关元件(半导体开关元件)s。多个开关元件s具备与u相对应的上支路的开关元件suu和下支路的开关元件sud、与v相对应的上支路的开关元件svu和下支路的开关元件svd、与w相对应的上支路的开关元件swu和下支路的开关元件swd。

对于每相，上支路的开关元件s和下支路的开关元件s串联连接，串联连接的上支路的开关元件s和下支路的开关元件s与平滑电容器16并联连接。

另外，开关元件suu和开关元件sud串联连接的连接点经由动力线36u与同步电动机12的u相的绕组连接。开关元件svu和开关元件svd串联连接的连接点经由动力线36v与同步电动机12的v相的绕组连接。开关元件swu和开关元件swd串联连接的连接点经由动力线36w与同步电动机12的w相的绕组连接。

逆变器部18具备测定平滑电容器16的负极端子与下支路的开关元件sud、svd、swd之间的电流的电流传感器18a、测定流过动力线36u的电流的电流传感器18u、流过动力线36v的电流的电流传感器18v。

逆变器部18通过三相的上支路的开关元件suu、svu、swu以及三相的下支路的开关元件sud、svd、swd的开关动作(接通/关断动作)，将平滑电容器16的电压(以下称为电容器电压)变换为交流电压，驱动同步电动机12。

驱动控制部20依照来自控制器(未图示)的指令值，控制逆变器部18的多个开关元件s的开关动作，由此驱动同步电动机12。进而，驱动控制部20根据基于编码器12a检测出的旋转位置而取得的同步电动机12的转速，执行反馈控制。

驱动控制部20除了监视同步电动机12的转速(转数)以外，还经由温度传感器12b监视同步电动机12的绕组的温度。进而，驱动控制部20根据电压传感器14b的测定值监视同步电动机12的电压，还根据电流传感器18a、18u、18v的测定值监视同步电动机12的电流。驱动控制部20根据所监视的转速、电流、电压或绕组的温度的值，检测同步电动机12的异常，将异常信号发送到控制装置30。

另外，驱动控制部20利用电压传感器14b以及电流传感器18a、18u、18v等，取得电动机驱动装置10a的电路(整流器14、平滑电容器16以及逆变器部18的电路)的内部的电流或电压的值。然后，根据取得的电流或电压的值检测电动机驱动装置10a的异常，将异常信号发送到控制装置30。电动机驱动装置10a的异常包括逆变器部18的电路内部的断线等。

驱动控制部20向控制装置30发送异常信号，由此，如后述那样，控制装置30能够控制动态制动电路26向同步电动机12适当地施加制动，使同步电动机12停止。

开闭装置28设置在连接逆变器部18和同步电动机12的每相的动力线36(36u、36v、36w)上，切换电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接和切断。开闭装置28具备设置在动力线36u上的开关28u、设置在动力线36v上的开关28v、设置在动力线36w上的开关28w。

开闭装置28通过开关28u、28v、28w接通而连接逆变器部18和同步电动机12，通过开关28u、28v、28w关断而切断电动机驱动装置10a(逆变器部18)和同步电动机12。在正在通过电动机驱动装置10a驱动同步电动机12的情况下，电动机驱动装置10a与同步电动机12连接。在图1中表示出开关28u、28v、28w接通而电动机驱动装置10a与同步电动机12连接的状态。

动态制动电路26是用于在发生异常时向同步电动机12施加制动力来使其停止的电路。动态制动电路26具备电阻ru、rv、rw、经由电阻ru、rv、rw将在同步电动机12中针对每相设置的多个绕组短路的开关26u、26v、26w。

通过动态制动电路26的开关26u、26v、26w接通，动力线36(36u、36v、36w)之间经由电阻ru、rv、rw短路。其结果是同步电动机12的多个绕组经由电阻ru、rv、rw短路。由此，能够通过电阻ru、rv、rw迅速地消耗同步电动机12中产生的电力，能够制动同步电动机12。此外，在正在通过电动机驱动装置10a驱动同步电动机12的情况下，如图1所示，将开关26u、26v、26w控制为关断，成为动力线36彼此不短路的状态。

在图1中表示出动态制动电路26具备多个电阻ru、rv、rw以及多个开关26u、26v、26w的例子。即，在图1的动态制动电路26中，对各相具备一个电阻和一个开关。另外，在动态制动电路26中，也可以对各相具备一个以上的电阻和一个以上的开关。

此外，只要是具备一个以上的电阻和一个以上的开关，在开闭装置28与同步电动机12之间开关经由电阻将同步电动机12的多个绕组短路的结构，则动态制动电路26的结构并不限于图1和上述的结构。

进而，在动态制动电路26中设置有检测流过电阻ru的电流的检测器38。检测器38是电流检测器，为了控制装置30判定同步电动机12的多个绕组是否短路而设置。因此，检测器38也可以设置在检测流过电阻rv或rw的电流的位置。另外，检测器38也可以是设置成检测电阻ru、rv、rw的任意一个的两端的电压的电压检测器。检测器38将检测出的电流值或电压值作为检测信号，发送到控制装置30。

控制装置30控制动态制动电路26(开关26u、26v、26w)和开闭装置28(开关28u、28v、28w)。首先，控制装置30如果检测到同步电动机12或电动机驱动装置10a的异常，则控制动态制动电路26的开关26u、26v、26w，使同步电动机12的多个绕组短路。然后，在使同步电动机12的多个绕组短路后，控制装置30控制开闭装置28，将逆变器部18与同步电动机12的连接切换为切断。由此，在发生了同步电动机12或电动机驱动装置10a的异常时，能够使同步电动机12紧急停止。

具体地说，控制装置30如果接收到来自驱动控制部20的异常信号，则进行控制使得开关26u、26v、26w接通。然后，控制装置30根据来自检测器38的检测信号，判定同步电动机12的多个绕组是否已短路。控制装置30在来自检测器38的检测信号所示的电流值或电压值超过预定的电流阈值或预定的电压阈值的情况下，判定为同步电动机12的多个绕组已短路。

控制装置30在判定为多个绕组短路后，控制开闭装置28，将逆变器部18与同步电动机12的连接切换为切断。通过在动态制动电路26中设置检测器38，控制装置30能够在可靠地判定多个绕组短路后，切断电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接。因此，能够可靠地保护电动机驱动装置10a和同步电动机12，迅速地停止同步电动机12。

图2是说明实施方式的保护装置10b的动作的流程图。在通过电动机驱动装置10a驱动同步电动机12的状态、即开闭装置28的开关28u、28v、28w接通，动态制动电路26的开关26u、26v、26w关断的状态下，开始图2的流程。

首先，控制装置30判断是否接收到来自驱动控制部20的异常信号(步骤s1)。驱动控制部20如果检测到电动机驱动装置10a和同步电动机12的至少一方的异常，则将异常信号发送到控制装置30。

在步骤s1中，控制装置30如果判断为没有接收到异常信号，则重复进行步骤s1，如果判断为发送来异常信号，则前进到步骤s2。

如果前进到步骤s2，则控制装置30进行控制使得动态制动电路26的开关26u、26v、26w接通(步骤s2)。

接着，在步骤s3中，控制装置30根据来自检测器38的检测信号，判定同步电动机12的多个绕组是否已短路(步骤s3)。具体地说，如果检测信号所示的电流值超过预定的电流阈值，则控制装置30判定为已短路。

如果在步骤s3中控制装置30判定为多个绕组没有短路，则到判定为短路为止重复进行步骤s3，如果判定为多个绕组已短路，则前进到步骤s4。此外，在步骤s2中进行控制使得开关26u、26v、26w接通后，在即使经过了预先确定的一定时间，在步骤s3中也无法判定为短路的情况下，控制装置30也可以通过向外部输出故障信号来向操作者报告。

如果前进到步骤s4，则控制装置30控制开闭装置28，将逆变器部18与同步电动机12的连接切换为切断(步骤s4)。由此，电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接被切断。

图3是表示实施方式的电动机驱动系统10的结构的另一个例子的图。在基于图1的上述的说明中，在动态制动电路26中设置检测器38，判定同步电动机12的多个绕组已短路，但也可以如图3所示不在动态制动电路26中设置检测器38。在该情况下，在步骤s2中，控制装置30在将动态制动电路26的开关26u、26v、26w控制为接通的时刻，判断为同步电动机12的多个绕组已短路。然后，省去步骤s3而前进到步骤s4，控制装置30控制开闭装置28将逆变器部18与同步电动机12的连接切换为切断即可。从同步电动机12的多个绕组的短路到逆变器部18与同步电动机12的连接的切断为止的时间越短越好，但在预先确定的预定时间内即可。例如，理想的是预定时间是依存于电动机驱动装置10a的电路的时间常数而确定的限制时间以下。

如以上说明的那样，在实施方式的保护装置10b中，在使同步电动机12的多个绕组短路后，切断逆变器部18与同步电动机12的连接。即，在执行动态制动电路26中的短路后，切断逆变器部18与动态制动电路26的连接。其结果是能够避免在动态制动电路26中短路的动力线36(36u、36v、36w)之间产生的电位差施加到逆变器部18。

因此，不考虑包含逆变器部18和平滑电容器16等的电动机驱动装置10a的耐压，就能够适当地选择动态制动电路26所使用的电阻ru、rv、rw的电阻值。即，能够选择兼顾抑制动态制动电路26将同步电动机12的多个绕组短路时的短路电流和缩短从短路时开始的同步电动机12的停止时间的电阻值的电阻ru、rv、rw。由此，能够保护同步电动机12和电动机驱动装置10a。

另外，在动态制动电路26执行同步电动机12的多个绕组的短路之前，使开闭装置28执行逆变器部18与同步电动机12的切断的情况下，会在同步电动机12的端子之间产生过大的反电动势，有可能使同步电动机12损坏。与此相对，根据本实施方式的保护装置10b，在逆变器部18与同步电动机12的切断之前执行同步电动机12的多个绕组的短路，因此能够可靠地保护同步电动机12。

此外，在上述实施方式中，驱动控制部20监视同步电动机12的转速、绕组的温度、电流以及电压等，检测到同步电动机12的异常，但也可以由控制装置30检测同步电动机12的异常。在该情况下，控制装置30既可以经由驱动控制部20取得编码器12a、温度传感器12b、电流传感器18a、18u、18v以及电压传感器14b检测出的同步电动机12的转速、绕组的温度、电流以及电压，也可以直接取得。

另外，在上述实施方式中，将同步电动机12或电动机驱动装置10a的异常的检出作为触发，控制装置30在将同步电动机12的多个绕组短路后，将逆变器部18与同步电动机12的连接切换为切断。但是，也可以将操作者的指示作为触发，控制装置30在将多个绕组短路后，进行逆变器部18与同步电动机12的切断。

[变形例子]

也可以如以下这样对上述实施方式进行变形。

(变形例子1)

图4是表示变形例子1的电动机驱动系统10的结构的图。在上述实施方式中，在同步电动机12中设置了编码器12a和温度传感器12b。但是，也可以如图4所示那样，不在同步电动机12中设置编码器12a和温度传感器12b。在该情况下，可以使用电压传感器14b和电流传感器18a、18u、18v的测定值等，由驱动控制部20推定而求出同步电动机12的转速(转数)和绕组的温度。

[能够从实施方式得到的发明]

以下记载能够从上述实施方式掌握的发明。

作为设置在具备多个绕组的同步电动机12和驱动同步电动机12的电动机驱动装置10a之间的保护装置10b，具备：开闭装置28，其切换电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接和切断；动态制动电路26，其具备电阻ru、rv、rw、在开闭装置28和同步电动机12之间经由电阻ru、rv、rw将多个绕组短路的开关26u、26v、26w；控制装置30，其控制开闭装置28和动态制动电路26。控制装置30在控制动态制动电路26的开关26u、26v、26w而使多个绕组短路后，控制开闭装置28，将电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接切换为切断。

由此，能够在保护同步电动机12和电动机驱动装置10a的同时，适当地选择动态制动电路26所使用的电阻ru、rv、rw的电阻值，能够可靠地保护同步电动机12。

动态制动电路26也可以对各相具备一个以上的电阻ru、rv、rw和一个以上的开关26u、26v、26w。控制装置30也可以控制多个开关26u、26v、26w，经由多个电阻ru、rv、rw将多个绕组短路。

动态制动电路26也可以具备：检测器38，其检测电阻ru、rv、rw的电压或流过电阻ru、rv、rw的电流。控制装置30也可以根据检测器38的检测信号，判定多个绕组是否短路，在判定为多个绕组短路后，控制开闭装置28将电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接切换为切断。由此，控制装置30能够在可靠地判定多个绕组短路后，切断电动机驱动装置10a与同步电动机12的连接。因此，能够可靠地保护电动机驱动装置10a和同步电动机12。

控制装置30也可以在检测到同步电动机12或电动机驱动装置10a的异常的情况下，使动态制动电路26将绕组短路。由此，在发生了同步电动机12或电动机驱动装置10a的异常时，能够使同步电动机12紧急停止。