具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置制造方法
具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置。电动机控制装置具备：整流器，其对直流链路输出直流电力；逆变换器，其对直流电力与交流电力进行变换；停电检测单元，其检测停电；电压检测单元，其检测直流电压；蓄电装置，其蓄积直流电力；充电单元，其能够升压至比直流链路的直流电压高的电压地进行充电；放电单元，其使蓄电装置的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其在检测出停电后的直流电压为电阻放电开始电平以上时对直流链路进行电阻放电，在检测出停电后的直流电压为电阻放电停止电平以下时不对直流链路进行电阻放电；放电动作判断单元，其在检测出停电后的直流链路的直流电压为预定阈值以下时使放电单元进行动作。
【专利说明】具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在将从交流侧提供的交流电力变换为直流电力而输出之后还变换为用于驱动电动机的交流电力并提供给电动机的电动机控制装置，特别是，涉及一种具有蓄积停电时用于进行保护动作的能量的蓄电装置以及通过电阻放电消耗直流链路的直流电力的电阻放电装置的电动机控制装置。
【背景技术】
[0002]在对机床、锻压机械、注塑成形机、产业机械或者各种机器人内的电动机进行驱动的电动机控制装置中，将从交流电源侧输入的交流电力临时变换为直流电力之后还变换为交流电力，将该交流电力用作按照每个驱动轴设置的电动机的驱动电力。电动机控制装置具备:整流器，其对从三相交流输入电源的某一个交流电源侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；以及逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，对直流链路的直流电力与作为电动机的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力变换，该电动机控制装置对与该逆变换器的交流侧相连接的电动机的速度、转矩或者转子的位置进行控制。
[0003]近年来，由于节能化的要求，电动机控制装置在很多情况下使用能够使在电动机减速时产生的再生能量返回至交流电源侧的电源再生方式的整流器。
[0004]图16是表示驱动多个电动机的通常的电动机控制装置的结构的图。电动机控制装置101具备:整流器11，其对来自商用的三相交流输入电源3的交流电力进行整流而输出直流电力；以及逆变换器12，其与作为整流器11的直流侧的直流链路13相连接，将从整流器11输出的直流电力变换为作为电动机2的驱动电力而提供的期望的电压和期望频率的交流电力或者将从电动机2再生的交流电力变换为直流电力，该电动机控制装置101对与该逆变换器12的交流侧相连接的电动机2的速度、转矩或者转子的位置进行控制。为了对与多个驱动轴对应地分别设置的各电动机2分别提供驱动电力从而驱动控制电动机2，设置有与电动机2的个数相等数的逆变换器12。而以降低电动机控制装置101的成本、所占空间为目的，在很多情况下对多个逆变换器12设置一个整流器11。
[0005]上级控制装置(未图示)进行如下控制:对各逆变换器12发送电动机驱动指令对该逆变换器12进行的从直流电力变换为交流电力的变换动作(更具体地说，该逆变换器12内的开关元件的开关动作)进行控制，由此该逆变换器12对直流链路13中的直流电力进行变换而输出期望的交流电力。电动机2将从逆变换器12输出的交流电力作为驱动电力而进行动作，因此如果控制从逆变换器12输出的交流电力，则能够对与该逆变换器12的交流侧相连接的电动机2的速度、转矩或者转子的位置进行控制。在通过电动机控制装置101对电动机进行减速控制时，从电动机2产生再生电力。该再生电力经由逆变换器12变换为直流电力而返回到直流链路13，并且通过整流器11变换为交流电力而返回至存在三相交流输入电源3的交流电源侧。
[0006]在这种电动机控制装置101中，当在整流器11的交流电源侧发生停电而输入电源电压降低时，无法继续电动机2的正常运转。因此，电动机2、用于驱动该电动机2的电动机控制装置101、与该电动机控制装置101进行驱动的电动机2相连接的工具、该工具所加工的加工对象、具有该电动机控制装置101的生产线等会产生损坏或变形等某些故障。因而，在整流器11的交流电源侧设置停电检测单元14来监视在整流器11的交流电源侧是否发生停电，在停电检测单元14检测出发生停电的情况下，电动机控制装置101进行动作以避免上述故障或者进行用于将其抑制到最小限度的保护动作。作为蓄积停电时进行保护动作所需的能量的装置，蓄电装置17经由充电单元15和放电单元16与整流器11和逆变换器12之间的直流链路13相连接。充放电控制单元118向充电单元15输出使蓄电装置17蓄积直流电力的充电指令，向放电单元16输出使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13的放电开始指令。
[0007]蓄积在蓄电装置17中的直流电力通过放电单元16的动作提供给直流链路13，在整流器11的交流电源侧发生停电的情况下、处于交流电源侧的三相交流输入电源3为发电机的情况等情况下，无法使再生能量返回至三相交流输入电源3所处的交流电源侧，直流链路13中的直流电压有可能上升至超过整流器11和逆变换器12内的开关元件等的耐压的电压。因而，为了应对这种状况，采取以下对策:通过在整流器11与逆变换器12之间的直流链路13设置电阻放电装置19，而将从蓄电装置17提供的直流电力或电动机减速时产生的再生电力作为电阻放电装置19内的电阻(还被称为“再生电阻”)的热能量来消耗。
[0008]在具有上述结构的电动机控制装置101中，在驱动电动机2之前，充放电控制单元118对充电单元15输出充电指令，直流链路13中的直流电力对蓄电装置17进行充电。在蓄电装置17的充电电压到达期望的直流电压之后，电动机控制装置101开始电动机2的驱动控制。蓄电装置17由于自然放电等导致充电电压降低，因此在驱动电动机2的过程中充电单元15也继续对蓄电装置17进行充电、即在蓄电装置17的充电电压变为预定电压以下的情况下，充放电控制单元118对充电单元15输出充电指令，对蓄电装置17进行充电。
[0009]在停电检测单元14检测出发生停电之后，充放电控制单元118停止向充电单元15输出充电指令，并且向放电单元16输出放电开始指令。由此，充电单元15停止向蓄电装置17进行充电，使蓄积在蓄电装置17中的直流电力经由放电单元16放电到直流链路13。上级控制装置(未图示)将电动机驱动指令输出到各逆变换器12，该电动机驱动指令是用于避免电动机2、驱动该电动机2的电动机控制装置101、与该电动机控制装置101进行驱动的电动机2相连接的工具、该工具所加工的加工对象、具有该电动机控制装置101的生产线等被破坏等故障或者进行将其抑制到最小限度的保护动作。逆变换器12根据用于进行保护动作的电动机驱动指令来进行该逆变换器12内的开关元件的开关动作，将直流链路13中的直流电力变换为电动机2仅能够执行保护动作的交流电力而输出。蓄积在蓄电装置17中的直流电力通过放电单元16的动作提供给直流链路13，然而由此有可能直流链路13中的直流电压超过整流器11和逆变换器12内的开关元件等的耐压、上升至能够破坏各元件的电压。为了避免这些，在进行保护动作时直流链路13中的直流电压到达规定值以上的情况下，电阻放电装置19将直流链路13中的直流电力变换为热能量来消耗。
[0010]这里，说明充电单元15、放电单元16以及电阻放电装置19的一例如下。
[0011]例如，日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置在整流器与逆变换器之间的直流链路具备蓄电装置，使直流链路的电压上升从而将停电时保护动作用的能量充电到蓄电装置中，由此将每个单位体积的蓄积能量设为最大，降低蓄电装置的体积和成本。
[0012]图17是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的充电单元的一个具体例的电路图。在日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中，充电单元15由包括开关SI和S2、二极管Dl和D2以及电感器LI的升降压斩波电路构成，该充电单元15具有将蓄电装置(未图示)充电到比直流链路(未图示)中的直流电压高的电压的升压功能。在对蓄电装置进行充电时，根据蓄电装置的充电电压与直流链路中的直流电压的比较，对开关SI和S2进行接通断开控制。在蓄电装置的充电电压小于直流链路中的直流电压的情况下，始终断开开关S2，以预定的占空比对开关SI进行接通断开控制而对蓄电装置进行充电。之后，在蓄电装置的充电电压变得大于直流链路中的直流电压的情况下，始终接通开关SI，以预定的占空比对开关S2进行接通断开控制而对蓄电装置进行充电。通过这种充电单元15，能够将蓄电装置升压至比直流链路13中的直流电压高的电压来进行充电。例如在蓄电装置为电容器的情况下，当将蓄电装置的充电电压设为V [ V ]、将电容器容量设为C[F]时，如式I所示，储存到该蓄电装置的能量P[J]与充电电压V的二次方成正比。
[0013]P = CV2 *** Cl》
y
[0014]在日本特愿2012-158483所涉及的发明中，通过将蓄电装置的电压升压至与直流链路相连接的整流器、逆变换器各元件的极限耐压，能够使每个单位体积的蓄积能量为最大，从而实现蓄电装置的小型化和成本降低。
[0015]图18是示意性地表示日本特开平11-178245号公报所记载的发明中的放电单元的电路图。在日本特开平11-178245号公报所记载的发明中，放电单元16由晶闸管S3和电感器L2构成。在整流器(未图示)的交流电源侧发生停电时接通晶闸管(thyristor)S3使直流链路(未图示)与蓄电装置(未图示)短路，将蓄积在蓄电装置中的直流电力提供给直流链路。
[0016]图19是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例的电路图。另外，图20是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例中的停电动作时的直流链路的直流电压的变动的一例的图。如图19所示，电阻放电装置19具有电阻Rl以及使该电阻Rl与直流链路(未图示)之间闭路或者开路的开关S4。在整流器(未图示)的交流电源侧检测出发生停电之后，在直流链路中的直流电压超过预先设定的电阻放电动作开始电平以上的情况下，使开关S4闭路。由此，从逆变换器(未图示)向直流链路再生的能量在电阻Rl中作为热能量而消耗，直流链路中的直流电压下降。之后，在直流链路中的直流电压下降至预先设定的电阻放电动作停止电平的情况下，断开开关S4。由此，直流链路的直流电压通过从逆变换器向直流链路再生的能量转变为上升。这样，直流链路的直流电压由于电阻放电装置19开始和停止电阻放电动作而在电阻放电动作停止电平与电阻放电动作开始电平之间反复上升和下降。如图20所示，通常，在电阻放电动作开始电平与电阻放电动作停止电平之间出现滞后现象(hysteresis),电阻放电装置19的电阻放电动作的开始与停止的切换不会过于频繁发生。
[0017]例如日本特开2002-338151号公报所记载那样，提出了以下电梯装置:将蓄电装置经由充放电装置与整流单元和逆变器(inverter)之间设置的平滑电容器进行连接，在再生运转时使平滑电容器的电压下降而对蓄电装置进行充电，在动力运行运转时和停电时使蓄电装置的电压上升而向平滑电容器放电，由此能够有效地利用再生电力而不用增加蓄电装置的容量。
[0018]另外，例如日本特开2005-192298号公报所记载那样，提出了以下电梯装置:将蓄电池经由DC-DC变换器与正变换部和逆变换部之间的平滑电容器连接，用通过停电时的逆变器消耗电力估计值与蓄电池的电压而求出的初始充电电流对蓄电池进行充电，仅在停电时从蓄电池提供电力，由此在发生停电时在蓄电池满充电状态下可靠地进行长时间运转。
[0019]另外，例如日本特开2009-261161号公报所记载那样，提出了以下方法:在变换器部与逆变器部之间设置电容器，在检测出由整流器的交流侧的交流电压下降产生的整流器的直流侧的电压下降时，使用蓄积在电容器中的能量继续使电动机运转。
[0020]然而，在使用具有将蓄电装置充电为比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下，当在紧接着整流器的交流电源侧发生停电之后开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，会由电阻放电装置消耗停电时保护动作用的能量，有时无法进行预定的保护动作。
[0021]图21是用于说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机停止过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图。当在电动机停止过程中整流器的交流电源侧发生停电而开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，通常蓄电装置的电容器容量大于整流器和逆变换器的电容器容量的总和，因此直流链路的直流电压上升至接近蓄电装置的初始充电电压。在停电时无法从交流电源侧提供用于进行电动机驱动的电力，因此用储存于蓄电装置和直流链路的能量进行保护动作。
[0022]然而，在电动机旋转过程中在整流器的交流电源侧发生停电的情况下，无法有效利用蓄电装置的能量。图22A和图22B是用于说明使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图22k表示电动机速度，图22B表示直流链路和蓄电装置的电压。将电阻放电装置的电阻放电动作开始电平设定为用于保护与直流链路相连接的整流器和逆变换器各元件的电平。另一方面，用充电单元将蓄电装置升压充电到与直流链路相连接的整流器和逆变换器各元件的耐压极限。因而，图22B所示，将电阻放电装置的电阻放电动作开始电平设定为与蓄电装置的升压充电的电压大致相等或者其以上的电压。当在电动机旋转过程中发生停电时，保护动作开始而进行电动机的减速。另外，与电动机的减速同时开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力，并且来自电动机的再生电力也返回至直流链路，因此直流链路的直流电压超出蓄电装置的初始充电电压。之后，当直流链路中的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置开始进行电阻放电动作，蓄电装置和直流链路的直流电力作为热能量被消耗，直流链路中的直流电压转变为下降。当一旦开始电阻放电动作时，进行电阻放电动作直到直流链路和蓄电装置的电压下降至电阻放电动作停止电平为止。以后，在电动机减速期间，直流链路的直流电压在电阻放电动作停止电平与电阻放电动作开始电平之间反复上升与下降。在电动机减速期间保持电阻放电动作停止电平的状态而蓄电装置的电压不会上升。
[0023]这样，当在紧接着发生停电之后开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，直流链路的直流电压上升，当达到电阻放电动作开始电平时开始进行电阻放电装置的电阻放电动作而直流链路的直流电压下降，该直流链路的直流电压的下降持续到达到电阻放电动作停止电平为止。该电阻放电动作停止电平低于蓄电装置的初始充电电压，因此与从蓄电装置的初始充电电压至电阻放电动作停止电平为止的电压大致相当的能量被电阻放电装置无谓地消耗。也就是说，用于进行保护动作而蓄积的蓄电装置的能量的一部分被电阻放电装置作为热能量而无谓地消耗，因此能量的利用效率差。通过电阻放电装置进行的从蓄电装置放电的直流电力消耗情况，还有可能导致保护动作所需的能量不足。当将蓄电装置的能量蓄积容量设计为具有余量以使保护动作所需的能量不会不足时，会导致蓄电装置的体积和成本增加。
【发明内容】
[0024]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电动机控制装置，其能够高效率地利用蓄积在蓄电装置中的能量来作为停电时用于进行保护动作的能量。
[0025]为了实现目的，在第一方式中，电动机控制装置具备:整流器，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，将直流链路中的直流电力与电动机的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换；停电检测单元，其检测整流器的交流侧的停电；电压检测单元，其检测直流链路中的直流电压值；蓄电装置，其与直流链路相连接，能够蓄积直流电力；充电单元，其具有将蓄电装置充电至比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能；放电单元，其使蓄电装置与直流链路短路从而使蓄积在蓄电装置中的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其与直流链路相连接，在停电检测单元检测出停电之后由电压检测单元检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置开始通过电阻放电来消耗直流链路的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置停止电阻放电动作；以及放电动作判断单元，在停电检测单元检测出停电之后起直到电压检测单元检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，该放电动作判断单元不输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令，在电压检测单元检测出的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，该放电动作判断单元输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令。
[0026]在第一方式中，也可以是，将第一阈值设定为整流器的交流电源侧的输入电压的峰值以下。
[0027]另外，也可以是，在停电检测单元检测出停电之后，在电压检测单元检测出的直流电压值为大于第一阈值且小于电阻放电动作停止电平的值即第二阈值以上的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元的动作停止的放电停止指令。
[0028]也可以是，电动机控制装置具备:阈值设定单元，其对应于对电动机的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息，来设定第一阈值。
[0029]也可以是，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于再生电力的再生状态的情况下，阈值设定单元将第一阈值设定为整流器的交流侧的输入电压的峰值以下的值，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，阈值设定单元将第一阈值设定为:与电动机驱动指令所表示的加速大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出大小相应、且小于电阻放电停止电平的值。
[0030]另外，在第二方式中，电动机控制装置具备:整流器，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，对直流链路中的直流电力与电动机的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换；停电检测单元，其检测整流器的交流侧的停电；电压检测单元，其检测直流链路中的直流电压值；蓄电装置，其与直流链路相连接，能够蓄积直流电力；充电单元，其具有将蓄电装置充电到比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能；放电单元，其使蓄电装置与直流链路短路从而使蓄积在蓄电装置中的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其与直流链路相连接,在停电检测单元检测出停电之后在电压检测单元检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置开始通过电阻放电消耗直流链路的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置停止电阻放电动作；以及放电动作判断单元，在停电检测单元检测出停电之后，在对电动机的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而进行动力运行动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息变为第三阈值以上为止的期间，不从放电动作判断单元输出放电开始指令，在电动机驱动指令或者电动机输出信息变为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令。
[0031]在第二方式中，也可以是，在停电检测单元检测出停电之后，在对电动机的再生动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而进行再生动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息为小于第三阈值的第四阈值以下的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元的动作停止的放电停止指令。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]通过参照以下附图，会更清楚地理解本发明。
[0033]图1是表示第一实施例的电动机控制装置的电路图。
[0034]图2是表示充电单元的其它具体例的电路图。
[0035]图3是说明在第一实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值的图。
[0036]图4A是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0037]图4B是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0038]图5是例示第一实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。
[0039]图6是说明在第二实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值和第二阈值的图。
[0040]图7A是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0041]图7B是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0042]图8是表示第三实施例的电动机控制装置的电路图。
[0043]图9是说明第三实施例的电动机控制装置内的阈值设定单元中的第一阈值的设定的图。
[0044]图10是例示第三实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。
[0045]图11是表示第四实施例的电动机控制装置的电路图。
[0046]图12是说明在第四实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值的图。
[0047]图13A是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表不电动机速度。
[0048]图13B是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机驱动指令或者电动机输出信息。
[0049]图13C是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0050]图14是说明在第五实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值和第四阈值的图。
[0051]图15A是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表不电动机速度。
[0052]图15B是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机驱动指令或者电动机输出信息。
[0053]图15C是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0054]图16是表示驱动多个电动机的通常的电动机控制装置的结构的图。
[0055]图17是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的充电单元的一个具体例的电路图。
[0056]图18是示意性地表示日本特开平11-178245号公报所记载的发明中的放电单元的电路图。
[0057]图19是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例的电路图。
[0058]图20是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例中的停电动作时的直流链路的直流电压的变动的一例的图。
[0059]图21是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机停止过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图。
[0060]图22A是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0061]图22B是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
【具体实施方式】
[0062]下面，参照【专利附图】
【附图说明】具有蓄电装置和电阻放电装置的电动机控制装置。然而，要理解为本发明并不局限于附图或者以下说明的实施方式。
[0063]在下面说明的各实施例中，说明对多个电动机进行驱动控制的电动机控制装置，但是要驱动控制的电动机的个数并不特别限定于本发明中的个数。
[0064]图1是表示第一实施例的电动机控制装置的电路图。以下设为在不同的附图中附加了相同的参照标记的部分表示是具有相同功能的结构要素。
[0065]第一实施例的电动机控制装置I具备整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、电压检测单元20、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16、放电动作判断单元18以及电阻放电装置19。
[0066]整流器11对从商用的三相交流输入电源3的某一交流电源侧提供的交流电力进行整流，将直流电力输出到整流器11的直流侧即直流链路13侧。在本发明中，所使用的整流器11的实施方式并不特别限定，例如可以为带120度通电再生功能的三相全波整流电路或者PWM控制方式的整流电路等。
[0067]整流器11与逆变换器12经由直流链路13相连接。逆变换器12例如构成为PWM逆变器等那样内部具有开关元件的变换电路。在此，举例说明通过电动机控制装置I对多个电动机2进行驱动控制这一情况，因此分别按照各电动机2设置逆变换器12。逆变换器12将从直流链路13侧提供的直流电力变换为根据从上级控制装置(未图示)接收到的电动机驱动指令使内部的开关元件进行开关动作而用于驱动电动机2的期望的电压和期望的频率的三相交流电力。电动机2根据所提供的电压可变和频率可变的三相交流电力来进行动作。另外，在电动机2制动时产生再生电力，但是根据从上级控制装置接收到的电动机驱动指令，将通过电动机2产生的再生电力即交流电力变换为直流电力而返回至直流链路13。这样，逆变换器12根据接收到的电动机驱动指令，对直流链路13中的直流电力与作为电动机2的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力变换。
[0068]停电检测单元14被设置于将交流电力提供给整流器11的三相交流输入电源3侦牝使用三相交流输入电源3的交流电压或者通过电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压来检测整流器11的交流电源侧是否存在停电。停电检测单元14的检测结果被发送至放电动作判断单元18。
[0069]电压检测单元20对整流器11与逆变换器12之间的直流链路13中的直流电压值进行检测。电压检测单元20的检测结果被发送至停电检测单元14、放电动作判断单元18和上级控制装置(未图示)。
[0070]蓄电装置17经由后述的充电单元15和放电单元16与直流链路13相连接，能够蓄积直流链路13中的直流电力，蓄电装置17例如由电容器等构成。在蓄电装置17中设置有用于检测充电电压的蓄电装置电压检测单元(未图示)，与由蓄电装置电压检测单元检测出的蓄电装置17的充电电压有关的信息被发送至上级控制单元。
[0071]当从上级控制装置接收到充电指令时，充电单元15将直流链路13中的直流电力取入到蓄电装置17对蓄电装置17进行充电。在对蓄电装置17进行充电时，上级控制装置将蓄电装置17的充电电压与由电压检测单元20检测出的直流链路13中的直流电压进行比较，制作对充电单元15的充电动作进行指令的充电指令，将该充电指令送出到充电单元15。充电单元15具有将蓄电装置17充电到比直流链路13中的直流电压高的电压的升压功能，例如由升降压斩波电路构成。升降压斩波电路的结构本身并不特别限定本发明，例如可以将参照图17说明的升降压斩波电路用作充电单元15。另外，或者也可以用除了图17示出的升降压斩波电路以外的升降压斩波电路构成充电单元15。图2是表示充电单元的其它具体例的电路图。如图2所示，充电单元15也可以由包括开关S5、二极管D4以及电感器L3的升降压斩波电路构成。
[0072]返回到图1进行说明，在从放电动作判断单元18接收到放电开始指令时，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路从而使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13。放电单兀16例如有参照图18说明的电路等。
[0073]在停电检测单元14检测出停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。在后文中详细说明第一阈值。
[0074]电阻放电装置19与直流链路13相连接，在停电检测单元14检测出停电之后由电压检测单元20检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时开始通过电阻放电来消耗直流链路13的直流电力的电阻放电动作，在为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时停止电阻放电动作。电阻放电装置19的结构本身并不特别限定本发明，例如可以使用参照图19说明的电路。
[0075]在此，说明在第一实施例的电动机控制装置I中设定的第一阈值。
[0076]在停电检测单元14检测出停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。即，在第一实施例中，并非是在紧接着由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后就开始蓄积在蓄电装置17中的直流电力向直流链路13的放电，而是在由停电检测单元14检测出停电之后进而由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的时刻，开始蓄积在蓄电装置17中的直流电力向直流链路13的放电。
[0077]在交流电源侧发生停电时的保护动作中，在直流链路13中的直流电力经由逆变换器12被电动机2消耗的电动机动力运行动作时需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，但是在直流电力经由逆变换器12返回到直流链路13的电动机再生动作时不需要从蓄电装置17提供电力。因此，在第一实施例中，在交流电源侧发生停电时，根据直流链路13的直流电压来调整开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机。具体地说，具有如下结构。[0078]图3是说明在第一实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值的图。如图3所示，为了从紧接着由停电检测单元14检测出停电之后起蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而将第一阈值预先设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下。在通过停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。在从放电动作判断单元18接收放电开始指令时，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。
[0079]图4A和图4B是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图4A表示电动机速度，图4B表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0080]当在电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速。在由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在紧接着保护动作开始之后的电动机减速期间不久，直流链路13的直流电压为第一阈值以上，因此不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。当开始保护动作而电动机2减速时，由于该保护动作而来自电动机2的再生电力也返回至直流链路13，因此直流链路13的直流电压变动。即，当直流链路13的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力被作为热能量而消耗，直流链路13中的直流电压下降，但是当直流链路13的直流电压下降至电阻放电动作停止电平时电阻放电装置19停止电阻放电动作，因此直流链路13的电压由于来自电动机2的再生电力而上升。当电动机2完全停止时，来自电动机2的再生电力不会返回至直流链路13，因此在这样状态下当由于该保护动作而电动机加速而直流链路13的直流电力继续被消耗时，直流链路13的直流电压继续下降。当放电动作判断单元18判断为由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下时，对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元18的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力被逆变换器12变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源来执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0081]这样，在由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令，因此即使由于紧接着保护动作开始之后的电动机减速而直流链路13的电压上升并达到电阻放电动作开始电平而电阻放电装置19进行电阻放电动作，也由于没有开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，而因此电阻放电装置19不会消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。也就是说，在第一实施例中，在停电检测单元检测出停电之后起直到由电压检测单元20检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，不从放电动作判断单元18输出放电开始指令，放电单元16不进行动作，由此不使电阻放电装置19消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。即，根据第一实施例，能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，而不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。[0082]接着，说明第二实施例的电动机控制装置。在上述第一实施例中，通过设定第一阈值调整了在交流电源侧发生停电之后进行的开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机，但是在第二实施例中，除了设定用于调整开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机的第一阈值以外，还设定用于调整停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机的第二阈值。
[0083]图5是例示第一实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。在图5中，用实线表示电动机输出大的情况下的直流链路13的直流电压，用虚线表示电动机输出小的情况下的直流链路13的直流电压。在上述第一实施例中，在放电动作判断单元18对放电单元16发出放电开始的指令之后起到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止，存在由放电开始指令的通知延迟或直到硬件性接通开关为止的延迟引起的延迟时间。因此，如图5所示，即使放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令，直到放电单元16实际进行动作而开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压还继续下降。如图5所示，在电动机动力运行状态下电动机输出越大则更多消耗直流链路13的直流电力，因此直流链路13的直流电压的下降斜率变得更大，在放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令之后起直到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压的下降程度也变大。当直流链路13的直流电压的下降大时，在发生停电之后开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性升高。
[0084]为了避免上述那样的问题，为了能够将第一阈值设定为输入电压的峰值以上，在第二实施例中，在停电检测单元14检测出停电之后由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第二阈值以上的情况下，放电动作判断单元18输出用于停止放电单元16的放电停止指令。以下，详细说明动作原理。
[0085]图6是说明在第二实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值和第二阈值的图。如图6所示，将第二阈值设定为大于第一阈值的值，使第一阈值与第二阈值之间具有滞后现象。另外，在通过电阻放电装置19可靠地停止电阻放电动作时从蓄电装置17提供电力，因此将第二阈值设定为电阻放电动作停止电平以下。
[0086]在上述第一实施例中，将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下，但是在第二实施例中，不需要将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以下，例如也可以将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以上。以下，说明其理由。
[0087]图7A和图7B是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图7A表示电动机速度，图7B表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0088]当电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速。在通过停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后不久，直流链路13的直流电压为第一阈值以下，因此放电动作判断单元18输出放电开始指令，因而从紧接着停电检测单元14检测出停电之后起蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。通过从该蓄电装置17向直流链路13提供直流电力以及电动机2产生再生电力，直流链路13的直流电压上升。之后，在直流链路13的电压超过第二阈值的时刻，放电动作判断单元18将用于停止放电单元16的动作的放电停止指令输出到放电单元16。然而，在放电单元16的开关(图18)由如晶闸管那样无法立即关闭的设备构成的情况下，即使放电单元16接收放电停止指令也无法立即切断蓄电装置17与直流链路13的连接，形成保持蓄电装置17与直流链路13相连接的状态。之后，蓄电装置17的充电电压与直流链路13的直流电压变为相同，进而仅直流链路13的直流电压刚上升，就在晶闸管中没有电流流过，从而设备被关闭。在该时刻，蓄电装置17从直流链路13渐渐分开。并且当电动机2继续减速时，电动机2的再生电力返回至直流链路13，直流链路13的直流电压继续上升。当直流链路13的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力被作为热能量而消耗。然而，在该时刻，蓄电装置17从直流链路13分开，因此仅直流链路13中的直流电力被消耗，而蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被消耗。放电动作判断单元18在判断为由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下时，对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元18的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路
13。从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力通过逆变换器12被变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0089]如上所述，在第二实施例中，蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电消耗，因此不需要将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以下，例如也可以将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以上。这样，在第二实施例中，在紧接着发生停电之后蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电消耗，因此能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，从而能够可靠地执行期望的保护动作。另外，在开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性降低。
[0090]接着，说明第三实施例的电动机控制装置。图8是表示第三实施例的电动机控制装置的电路图。另外，图9是说明第三实施例的电动机控制装置内的阈值设定单元中的第一阈值的设定的图。第三实施例是对上述第一实施例追加阈值设定单元21而得到的。阈值设定单元21对应于对电动机2的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令进行动作的电动机2的输出有关的信息即电动机输出信息,来设定第一阈值。电动机驱动指令从上级控制装置(未图示)输入到阈值设定单元21。另外，电动机输出信息是在电动机2根据该电动机驱动指令进行动作的情况下计算出的信息，是使用电动机施加电压、电动机电流、电动机的旋转速度等参数等通过公知的方法计算出的信息。此外，除此以外的电路结构要素与图1示出的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素附加相同的附图标记而省略该电路结构要素的详细说明。
[0091]在图9中，将电动机驱动指令和电动机输出信息在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0092]如图9所示，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机2处于再生电力的再生状态的情况下，阈值设定单元21将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下的值。这样，在表示电动机2处于再生电力的再生状态的情况下，将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下的值是由于，如参照图3说明那样，在紧接着发生停电之后起蓄电装置17不对直流链路13提供直流电力。
[0093]另外，如图9所示，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，阈值设定单元21将第一阈值设定为与电动机驱动指令所表不的加速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出的大小相应、且小于电阻放电停止电平的值。即，电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表示的电动机的输出的大小越大，则阈值设定单元21将电动机动力运行状态中的第一阈值设定为越大的值，将其上限值设为小于电阻放电停止电平的值。
[0094]在此，根据蓄积在除了蓄电装置17以外的系统的直流链路13中的能量，来预先确定增加电动机动力运行状态下的第一阈值的斜率(即第一阈值的增加相对于电动机驱动指令或者电动机输出信息的增加的比例)。例如，以与蓄积在直流链路13中的能量成反比的方式确定斜率。即，在蓄积在直流链路13中的能量大的情况下将斜率确定得小，在蓄积的能量小的情况下将斜率确定得大。另外，或者，当将直流链路13的直流电压设为V [ V ]、将直流链路13所具有的电容器容量设为C[F]时，蓄积在直流链路13中的能量P[J]]成为P=CV2/2，因此也可以根据直流链路13所具有的电容器容量来确定上述斜率。另外，在电动机动力运行状态下电阻放电装置19的电阻放电动作可靠地停止的状态下开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，因此在阈值设定单元21中，对电动机动力运行状态下的第一阈值设定电阻放电动作停止电平以下的上限值。即，在电动机动力运行状态下的第一阈值到达上限值的情况下，阈值设定单元21将第一阈值钳位在该上限值。
[0095]图10是例示第三实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。如参照图5说明那样，在第一实施例中，由来自放电动作判断单元18的放电开始指令的通知延迟、或直到放电单元16的硬件性接通开关为止的延迟引起放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令之后直到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压持续下降。如图5所示，在电动机动力运行状态下电动机输出越大则更多消耗直流链路13的直流电力，因此直流链路13的直流电压的下降程度也变大。当直流链路13的直流电压的下降大时，在发生停电之后开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性升高。对此，根据第三实施例，如图10所示，在电动机动力运行状态下，随着电动机驱动指令或者电动机输出信息增加，第一阈值更进一步提高，因此实际开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时刻的直流链路13的直流电压上升。由此，在发生停电之后，不必担心在开始从蓄电装置17提供直流电力之前保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。另外，在开始从蓄电装置17提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性降低。
[0096]接着，说明第四实施例的电动机控制装置。图11是表示第四实施例的电动机控制装置的电路图。
[0097]第四实施例的电动机控制装置I’具备整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16、放电动作判断单元28以及电阻放电装置19。[0098]整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16以及电阻放电装置19与图1的说明相同，因此省略详细说明。另外，在图11中，省略图示对整流器11与逆变换器12之间的直流链路13中的直流电压值进行检测的电压检测单元，但是电压检测单元的检测结果被发送至停电检测单元和上级控制装置(未图示)。
[0099]在停电检测单元14检测出停电之后，在对电动机2的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令进行动力运行动作的电动机2的输出有关的信息即电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元28输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。
[0100]如上所述，在发生停电后的保护动作中，在消耗直流链路的能量的电动机动力运行动作时需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，但是在使能量返回至直流链路13的电动机再生动作时不需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。因此在第四实施例中，在停电检测单元14检测出停电之后，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下，在该电动机驱动指令或者该电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元28输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。因而，在发生停电之后电动机2处于电动机动力运行状态的情况下，在电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路从而使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13。
[0101]在此，说明在第四实施例的电动机控制装置I’中设定的第三阈值。图12是说明在第四实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值的图。在图12中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0102]在第四实施例中，如图12所示，为了在紧接着从停电检测单元14检测出停电之后蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下设定第三阈值。根据电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出的大小来设定第三阈值。
[0103]图13A?图13C是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图13A表示电动机速度，图13B表示电动机驱动指令或者电动机输出信息，图13C表示直流链路和蓄电装置的电压。在图13B中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷状态下设为零。
[0104]当在电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速，但是如果在紧接着发生停电之后电动机不在加速过程中，则不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。在紧接着发生停电之后的电动机减速过程中，电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机再生状态，因此该电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以下，不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。电动机2进行加工对象、工具的退避这种停电保护动作，当此时的电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以上时，开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。这样，即使紧接着保护动作开始之后的电动机减速停止而直流链路的电压上升、电阻放电装置19进行电阻放电动作，也不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，因此，蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电而消耗，能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。
[0105]接着，说明第五实施例的电动机控制装置。关于第五实施例，在上述第四实施例中，进而，在电动机2处于再生动作状态时，在电动机驱动指令或者电动机输出信息为第四阈值以下的情况下，停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。
[0106]图14是说明在第五实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值和第四阈值的图。在图14中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息,在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0107]在第五实施例中，如图14所示，为了在紧接着停电检测单元14检测出停电之后蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下，与上述第四实施例的情况同样地设定第三阈值。对应于电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表示的电动机的输出的大小来设定第三阈值。另外，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机再生状态的情况下，设定第四阈值。对应于电动机驱动指令所表示的最大减速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的最大再生输出的大小来设定第四阈值。此外，第四阈值由于是针对表不电动机再生状态的电动机驱动指令或者电动机输出信息的值，因此当然为小于第三阈值的值。
[0108]图15A?图15C是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图15A表示电动机速度，图15B表示电动机驱动指令或者电动机输出信息，图15C表示直流链路和蓄电装置的电压。在图15B中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0109]在电动机旋转过程中发生停电之后，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速，但是在发生停电之后，在电动机2加速过程中此时的电动机驱动指令或者电动机输出信息表示第三阈值以上的值时，开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。电动机2进行加工对象、工具的退避这种停电保护动作由此电动机2进行减速，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示第四阈值以下的值时，停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。然而，在放电单元16的开关(图18)由如晶闸管那样不能立即关闭的设备构成的情况下，即使放电单元16接收放电停止指令也无法立即切断蓄电装置17与直流链路13的连接，形成保持蓄电装置17与直流链路13相连接的状态。之后，蓄电装置17的充电电压与直流链路13的直流电压变为相同，进而仅直流链路13的直流电压刚上升，就在晶闸管中没有电流流过，从而关闭设备。在该时刻，蓄电装置17渐渐从直流链路13分开。并且当电动机2继续减速时，电动机2的再生电力返回至直流链路13，直流链路13的直流电压继续上升。当直流链路13的直流电压到达预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力作为热能量被消耗。然而，在该时刻，蓄电装置17从直流链路13分开，因此仅直流链路13中的直流电力被消耗而不会消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。放电动作判断单元28在由于电动机2的保护动作而电动机驱动指令或者电动机输出信息变为第三阈值以上的时刻，再次对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元28的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17再次开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。这样，从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力被逆变换器12变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0110]作为对机床、锻压机械、注塑成形机、产业机械或者各种机器人内的电动机进行驱动的电动机控制装置，在具备将所输入的交流电力变换为直流电力的整流器以及将从直流变换部输出的直流电力变换为作为各电动机的驱动电力而分别提供的交流电力的逆变换器的电动机控制装置中，在整流器的交流电源侧发生停电时，在执行用于保护该电动机控制装置进行驱动的电动机、与该电动机相连接的工具、该工具进行加工的加工对象、具有该电动机控制装置的制造生产线等的各种保护动作的情况下，能够应用本发明。
[0111]根据本发明，在紧接着发生停电之后蓄积在蓄电装置中的直流电力不会被电阻放电装置的电阻放电而消耗，因此能够高效率地利用蓄积在蓄电装置中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。
【权利要求】
1.一种电动机控制装置(I)，其特征在于，具备: 整流器(11)，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力； 逆变换器(12)，其与作为上述整流器(11)的直流侧的直流链路(13)相连接，将上述直流链路(13)中的直流电力与电动机(2)的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换； 停电检测单元(14)，其检测上述整流器(11)的交流侧的停电； 电压检测单元(20)，其检测上述直流链路(13)中的直流电压值； 蓄电装置(17)，其与上述直流链路(13)相连接，能够蓄积直流电力； 充电单元(15)，其具有将上述蓄电装置(17)充电至比上述直流链路(13)中的直流电压高的电压的升压功能； 放电单元(16)，其使上述蓄电装置(17)与上述直流链路(13)短路从而使蓄积在上述蓄电装置(17)中的直流电力放电到上述直流链路(13)； 电阻放电装置(19)，其与上述直流链路(13)相连接，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后由上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置(19)开始通过电阻放电来消耗上述直流链路(13)的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于上述电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置(19)停止上述电阻放电动作；以及 放电动作判断单元(18),在上述停电检测单元(14)检测出停电之后起直到上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，该放电动作判断单元(18)不输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令，在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，该放电动作判断单元(18)输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 将上述第一阈值设定为上述整流器(11)的交流侧的输入电压的峰值以下。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为大于上述第一阈值且小于上述电阻放电动作停止电平的值即第二阈值以上的情况下，上述放电动作判断单元(18)输出用于使上述放电单元(16)的动作停止的放电停止指令。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 上述电动机控制装置(I)具备:阈值设定单元(21)，其对应于对电动机(2)的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息，来设定上述第一阈值。
5.根据权利要求4所述的电动机控制装置(1)，其特征在于， 在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息表示电动机处于再生电力的再生状态的情况下，上述阈值设定单元(21)将上述第一阈值设定为上述整流器(11)的交流侧的输入电压的峰值以下的值， 在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，上述阈值设定单元(21)将上述第一阈值设定为:与上述电动机驱动指令所表示的加速大小或者上述电动机输出信息所表示的电动机的输出大小相应、且小于上述电阻放电停止电平的值。
6.一种电动机控制装置0- )，其特征在于，具备: 整流器(11)，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力； 逆变换器(12)，其与作为上述整流器(11)的直流侧的直流链路(13)相连接，对上述直流链路(13)中的直流电力与电动机(2)的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换； 停电检测单元(14)，其检测上述整流器(11)的交流侧的停电； 电压检测单元(20)，其检测上述直流链路(13 )中的直流电压值； 蓄电装置(17)，其与上述直流链路(13)相连接，能够蓄积直流电力； 充电单元(15)，其具有将上述蓄电装置(17)充电到比上述直流链路(13)中的直流电压高的电压的升压功能； 放电单元(16)，其使上述蓄电装置(17)与上述直流链路(13)短路从而使蓄积在上述蓄电装置(17)中的直流电力放电到上述直流链路(13)； 电阻放电装置(19)，其与上述直流链路(13)相连接，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置(19)开始通过电阻放电消耗上述直流链路(13)的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于上述电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置(19)停止上述电阻放电动作；以及 放电动作判断单元(28)，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在对电动机(2)的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而进行动力运行动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息变为第三阈值以上为止的期间，不从上述放电动作判断单元输出放电开始指令，在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息变为第三阈值以上的情况下，上述放电动作判断单元(28)输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令。
7.根据权利要求6所述的电动机控制装置0-)，其特征在于， 在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在对电动机(2)的再生动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而进行再生动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息为小于上述第三阈值的第四阈值以下的情况下，上述放电动作判断单元(28)输出用于使上述放电单元(16)的动作停止的放电停止指令。
【文档编号】H02P27/06GK103973193SQ201410035484
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】丹羽正一, 山本健太 申请人:发那科株式会社
【专利摘要】本发明涉及具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置。电动机控制装置具备：整流器，其对直流链路输出直流电力；逆变换器，其对直流电力与交流电力进行变换；停电检测单元，其检测停电；电压检测单元，其检测直流电压；蓄电装置，其蓄积直流电力；充电单元，其能够升压至比直流链路的直流电压高的电压地进行充电；放电单元，其使蓄电装置的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其在检测出停电后的直流电压为电阻放电开始电平以上时对直流链路进行电阻放电，在检测出停电后的直流电压为电阻放电停止电平以下时不对直流链路进行电阻放电；放电动作判断单元，其在检测出停电后的直流链路的直流电压为预定阈值以下时使放电单元进行动作。
【专利说明】具有蓄电装置以及电阻放电装置的电动机控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在将从交流侧提供的交流电力变换为直流电力而输出之后还变换为用于驱动电动机的交流电力并提供给电动机的电动机控制装置，特别是，涉及一种具有蓄积停电时用于进行保护动作的能量的蓄电装置以及通过电阻放电消耗直流链路的直流电力的电阻放电装置的电动机控制装置。
【背景技术】
[0002]在对机床、锻压机械、注塑成形机、产业机械或者各种机器人内的电动机进行驱动的电动机控制装置中，将从交流电源侧输入的交流电力临时变换为直流电力之后还变换为交流电力，将该交流电力用作按照每个驱动轴设置的电动机的驱动电力。电动机控制装置具备:整流器，其对从三相交流输入电源的某一个交流电源侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；以及逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，对直流链路的直流电力与作为电动机的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力变换，该电动机控制装置对与该逆变换器的交流侧相连接的电动机的速度、转矩或者转子的位置进行控制。
[0003]近年来，由于节能化的要求，电动机控制装置在很多情况下使用能够使在电动机减速时产生的再生能量返回至交流电源侧的电源再生方式的整流器。
[0004]图16是表示驱动多个电动机的通常的电动机控制装置的结构的图。电动机控制装置101具备:整流器11，其对来自商用的三相交流输入电源3的交流电力进行整流而输出直流电力；以及逆变换器12，其与作为整流器11的直流侧的直流链路13相连接，将从整流器11输出的直流电力变换为作为电动机2的驱动电力而提供的期望的电压和期望频率的交流电力或者将从电动机2再生的交流电力变换为直流电力，该电动机控制装置101对与该逆变换器12的交流侧相连接的电动机2的速度、转矩或者转子的位置进行控制。为了对与多个驱动轴对应地分别设置的各电动机2分别提供驱动电力从而驱动控制电动机2，设置有与电动机2的个数相等数的逆变换器12。而以降低电动机控制装置101的成本、所占空间为目的，在很多情况下对多个逆变换器12设置一个整流器11。
[0005]上级控制装置(未图示)进行如下控制:对各逆变换器12发送电动机驱动指令对该逆变换器12进行的从直流电力变换为交流电力的变换动作(更具体地说，该逆变换器12内的开关元件的开关动作)进行控制，由此该逆变换器12对直流链路13中的直流电力进行变换而输出期望的交流电力。电动机2将从逆变换器12输出的交流电力作为驱动电力而进行动作，因此如果控制从逆变换器12输出的交流电力，则能够对与该逆变换器12的交流侧相连接的电动机2的速度、转矩或者转子的位置进行控制。在通过电动机控制装置101对电动机进行减速控制时，从电动机2产生再生电力。该再生电力经由逆变换器12变换为直流电力而返回到直流链路13，并且通过整流器11变换为交流电力而返回至存在三相交流输入电源3的交流电源侧。
[0006]在这种电动机控制装置101中，当在整流器11的交流电源侧发生停电而输入电源电压降低时，无法继续电动机2的正常运转。因此，电动机2、用于驱动该电动机2的电动机控制装置101、与该电动机控制装置101进行驱动的电动机2相连接的工具、该工具所加工的加工对象、具有该电动机控制装置101的生产线等会产生损坏或变形等某些故障。因而，在整流器11的交流电源侧设置停电检测单元14来监视在整流器11的交流电源侧是否发生停电，在停电检测单元14检测出发生停电的情况下，电动机控制装置101进行动作以避免上述故障或者进行用于将其抑制到最小限度的保护动作。作为蓄积停电时进行保护动作所需的能量的装置，蓄电装置17经由充电单元15和放电单元16与整流器11和逆变换器12之间的直流链路13相连接。充放电控制单元118向充电单元15输出使蓄电装置17蓄积直流电力的充电指令，向放电单元16输出使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13的放电开始指令。
[0007]蓄积在蓄电装置17中的直流电力通过放电单元16的动作提供给直流链路13，在整流器11的交流电源侧发生停电的情况下、处于交流电源侧的三相交流输入电源3为发电机的情况等情况下，无法使再生能量返回至三相交流输入电源3所处的交流电源侧，直流链路13中的直流电压有可能上升至超过整流器11和逆变换器12内的开关元件等的耐压的电压。因而，为了应对这种状况，采取以下对策:通过在整流器11与逆变换器12之间的直流链路13设置电阻放电装置19，而将从蓄电装置17提供的直流电力或电动机减速时产生的再生电力作为电阻放电装置19内的电阻(还被称为“再生电阻”)的热能量来消耗。
[0008]在具有上述结构的电动机控制装置101中，在驱动电动机2之前，充放电控制单元118对充电单元15输出充电指令，直流链路13中的直流电力对蓄电装置17进行充电。在蓄电装置17的充电电压到达期望的直流电压之后，电动机控制装置101开始电动机2的驱动控制。蓄电装置17由于自然放电等导致充电电压降低，因此在驱动电动机2的过程中充电单元15也继续对蓄电装置17进行充电、即在蓄电装置17的充电电压变为预定电压以下的情况下，充放电控制单元118对充电单元15输出充电指令，对蓄电装置17进行充电。
[0009]在停电检测单元14检测出发生停电之后，充放电控制单元118停止向充电单元15输出充电指令，并且向放电单元16输出放电开始指令。由此，充电单元15停止向蓄电装置17进行充电，使蓄积在蓄电装置17中的直流电力经由放电单元16放电到直流链路13。上级控制装置(未图示)将电动机驱动指令输出到各逆变换器12，该电动机驱动指令是用于避免电动机2、驱动该电动机2的电动机控制装置101、与该电动机控制装置101进行驱动的电动机2相连接的工具、该工具所加工的加工对象、具有该电动机控制装置101的生产线等被破坏等故障或者进行将其抑制到最小限度的保护动作。逆变换器12根据用于进行保护动作的电动机驱动指令来进行该逆变换器12内的开关元件的开关动作，将直流链路13中的直流电力变换为电动机2仅能够执行保护动作的交流电力而输出。蓄积在蓄电装置17中的直流电力通过放电单元16的动作提供给直流链路13，然而由此有可能直流链路13中的直流电压超过整流器11和逆变换器12内的开关元件等的耐压、上升至能够破坏各元件的电压。为了避免这些，在进行保护动作时直流链路13中的直流电压到达规定值以上的情况下，电阻放电装置19将直流链路13中的直流电力变换为热能量来消耗。
[0010]这里，说明充电单元15、放电单元16以及电阻放电装置19的一例如下。
[0011]例如，日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置在整流器与逆变换器之间的直流链路具备蓄电装置，使直流链路的电压上升从而将停电时保护动作用的能量充电到蓄电装置中，由此将每个单位体积的蓄积能量设为最大，降低蓄电装置的体积和成本。
[0012]图17是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的充电单元的一个具体例的电路图。在日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中，充电单元15由包括开关SI和S2、二极管Dl和D2以及电感器LI的升降压斩波电路构成，该充电单元15具有将蓄电装置(未图示)充电到比直流链路(未图示)中的直流电压高的电压的升压功能。在对蓄电装置进行充电时，根据蓄电装置的充电电压与直流链路中的直流电压的比较，对开关SI和S2进行接通断开控制。在蓄电装置的充电电压小于直流链路中的直流电压的情况下，始终断开开关S2，以预定的占空比对开关SI进行接通断开控制而对蓄电装置进行充电。之后，在蓄电装置的充电电压变得大于直流链路中的直流电压的情况下，始终接通开关SI，以预定的占空比对开关S2进行接通断开控制而对蓄电装置进行充电。通过这种充电单元15，能够将蓄电装置升压至比直流链路13中的直流电压高的电压来进行充电。例如在蓄电装置为电容器的情况下，当将蓄电装置的充电电压设为V [ V ]、将电容器容量设为C[F]时，如式I所示，储存到该蓄电装置的能量P[J]与充电电压V的二次方成正比。
[0013]P = CV2 *** Cl》
y
[0014]在日本特愿2012-158483所涉及的发明中，通过将蓄电装置的电压升压至与直流链路相连接的整流器、逆变换器各元件的极限耐压，能够使每个单位体积的蓄积能量为最大，从而实现蓄电装置的小型化和成本降低。
[0015]图18是示意性地表示日本特开平11-178245号公报所记载的发明中的放电单元的电路图。在日本特开平11-178245号公报所记载的发明中，放电单元16由晶闸管S3和电感器L2构成。在整流器(未图示)的交流电源侧发生停电时接通晶闸管(thyristor)S3使直流链路(未图示)与蓄电装置(未图示)短路，将蓄积在蓄电装置中的直流电力提供给直流链路。
[0016]图19是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例的电路图。另外，图20是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例中的停电动作时的直流链路的直流电压的变动的一例的图。如图19所示，电阻放电装置19具有电阻Rl以及使该电阻Rl与直流链路(未图示)之间闭路或者开路的开关S4。在整流器(未图示)的交流电源侧检测出发生停电之后，在直流链路中的直流电压超过预先设定的电阻放电动作开始电平以上的情况下，使开关S4闭路。由此，从逆变换器(未图示)向直流链路再生的能量在电阻Rl中作为热能量而消耗，直流链路中的直流电压下降。之后，在直流链路中的直流电压下降至预先设定的电阻放电动作停止电平的情况下，断开开关S4。由此，直流链路的直流电压通过从逆变换器向直流链路再生的能量转变为上升。这样，直流链路的直流电压由于电阻放电装置19开始和停止电阻放电动作而在电阻放电动作停止电平与电阻放电动作开始电平之间反复上升和下降。如图20所示，通常，在电阻放电动作开始电平与电阻放电动作停止电平之间出现滞后现象(hysteresis),电阻放电装置19的电阻放电动作的开始与停止的切换不会过于频繁发生。
[0017]例如日本特开2002-338151号公报所记载那样，提出了以下电梯装置:将蓄电装置经由充放电装置与整流单元和逆变器(inverter)之间设置的平滑电容器进行连接，在再生运转时使平滑电容器的电压下降而对蓄电装置进行充电，在动力运行运转时和停电时使蓄电装置的电压上升而向平滑电容器放电，由此能够有效地利用再生电力而不用增加蓄电装置的容量。
[0018]另外，例如日本特开2005-192298号公报所记载那样，提出了以下电梯装置:将蓄电池经由DC-DC变换器与正变换部和逆变换部之间的平滑电容器连接，用通过停电时的逆变器消耗电力估计值与蓄电池的电压而求出的初始充电电流对蓄电池进行充电，仅在停电时从蓄电池提供电力，由此在发生停电时在蓄电池满充电状态下可靠地进行长时间运转。
[0019]另外，例如日本特开2009-261161号公报所记载那样，提出了以下方法:在变换器部与逆变器部之间设置电容器，在检测出由整流器的交流侧的交流电压下降产生的整流器的直流侧的电压下降时，使用蓄积在电容器中的能量继续使电动机运转。
[0020]然而，在使用具有将蓄电装置充电为比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下，当在紧接着整流器的交流电源侧发生停电之后开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，会由电阻放电装置消耗停电时保护动作用的能量，有时无法进行预定的保护动作。
[0021]图21是用于说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机停止过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图。当在电动机停止过程中整流器的交流电源侧发生停电而开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，通常蓄电装置的电容器容量大于整流器和逆变换器的电容器容量的总和，因此直流链路的直流电压上升至接近蓄电装置的初始充电电压。在停电时无法从交流电源侧提供用于进行电动机驱动的电力，因此用储存于蓄电装置和直流链路的能量进行保护动作。
[0022]然而，在电动机旋转过程中在整流器的交流电源侧发生停电的情况下，无法有效利用蓄电装置的能量。图22A和图22B是用于说明使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图22k表示电动机速度，图22B表示直流链路和蓄电装置的电压。将电阻放电装置的电阻放电动作开始电平设定为用于保护与直流链路相连接的整流器和逆变换器各元件的电平。另一方面，用充电单元将蓄电装置升压充电到与直流链路相连接的整流器和逆变换器各元件的耐压极限。因而，图22B所示，将电阻放电装置的电阻放电动作开始电平设定为与蓄电装置的升压充电的电压大致相等或者其以上的电压。当在电动机旋转过程中发生停电时，保护动作开始而进行电动机的减速。另外，与电动机的减速同时开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力，并且来自电动机的再生电力也返回至直流链路，因此直流链路的直流电压超出蓄电装置的初始充电电压。之后，当直流链路中的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置开始进行电阻放电动作，蓄电装置和直流链路的直流电力作为热能量被消耗，直流链路中的直流电压转变为下降。当一旦开始电阻放电动作时，进行电阻放电动作直到直流链路和蓄电装置的电压下降至电阻放电动作停止电平为止。以后，在电动机减速期间，直流链路的直流电压在电阻放电动作停止电平与电阻放电动作开始电平之间反复上升与下降。在电动机减速期间保持电阻放电动作停止电平的状态而蓄电装置的电压不会上升。
[0023]这样，当在紧接着发生停电之后开始从蓄电装置向直流链路提供直流电力时，直流链路的直流电压上升，当达到电阻放电动作开始电平时开始进行电阻放电装置的电阻放电动作而直流链路的直流电压下降，该直流链路的直流电压的下降持续到达到电阻放电动作停止电平为止。该电阻放电动作停止电平低于蓄电装置的初始充电电压，因此与从蓄电装置的初始充电电压至电阻放电动作停止电平为止的电压大致相当的能量被电阻放电装置无谓地消耗。也就是说，用于进行保护动作而蓄积的蓄电装置的能量的一部分被电阻放电装置作为热能量而无谓地消耗，因此能量的利用效率差。通过电阻放电装置进行的从蓄电装置放电的直流电力消耗情况，还有可能导致保护动作所需的能量不足。当将蓄电装置的能量蓄积容量设计为具有余量以使保护动作所需的能量不会不足时，会导致蓄电装置的体积和成本增加。
【发明内容】
[0024]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电动机控制装置，其能够高效率地利用蓄积在蓄电装置中的能量来作为停电时用于进行保护动作的能量。
[0025]为了实现目的，在第一方式中，电动机控制装置具备:整流器，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，将直流链路中的直流电力与电动机的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换；停电检测单元，其检测整流器的交流侧的停电；电压检测单元，其检测直流链路中的直流电压值；蓄电装置，其与直流链路相连接，能够蓄积直流电力；充电单元，其具有将蓄电装置充电至比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能；放电单元，其使蓄电装置与直流链路短路从而使蓄积在蓄电装置中的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其与直流链路相连接，在停电检测单元检测出停电之后由电压检测单元检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置开始通过电阻放电来消耗直流链路的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置停止电阻放电动作；以及放电动作判断单元，在停电检测单元检测出停电之后起直到电压检测单元检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，该放电动作判断单元不输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令，在电压检测单元检测出的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，该放电动作判断单元输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令。
[0026]在第一方式中，也可以是，将第一阈值设定为整流器的交流电源侧的输入电压的峰值以下。
[0027]另外，也可以是，在停电检测单元检测出停电之后，在电压检测单元检测出的直流电压值为大于第一阈值且小于电阻放电动作停止电平的值即第二阈值以上的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元的动作停止的放电停止指令。
[0028]也可以是，电动机控制装置具备:阈值设定单元，其对应于对电动机的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息，来设定第一阈值。
[0029]也可以是，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于再生电力的再生状态的情况下，阈值设定单元将第一阈值设定为整流器的交流侧的输入电压的峰值以下的值，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，阈值设定单元将第一阈值设定为:与电动机驱动指令所表示的加速大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出大小相应、且小于电阻放电停止电平的值。
[0030]另外，在第二方式中，电动机控制装置具备:整流器，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力；逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流链路相连接，对直流链路中的直流电力与电动机的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换；停电检测单元，其检测整流器的交流侧的停电；电压检测单元，其检测直流链路中的直流电压值；蓄电装置，其与直流链路相连接，能够蓄积直流电力；充电单元，其具有将蓄电装置充电到比直流链路中的直流电压高的电压的升压功能；放电单元，其使蓄电装置与直流链路短路从而使蓄积在蓄电装置中的直流电力放电到直流链路；电阻放电装置，其与直流链路相连接,在停电检测单元检测出停电之后在电压检测单元检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置开始通过电阻放电消耗直流链路的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置停止电阻放电动作；以及放电动作判断单元，在停电检测单元检测出停电之后，在对电动机的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而进行动力运行动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息变为第三阈值以上为止的期间，不从放电动作判断单元输出放电开始指令，在电动机驱动指令或者电动机输出信息变为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元进行动作的放电开始指令。
[0031]在第二方式中，也可以是，在停电检测单元检测出停电之后，在对电动机的再生动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令而进行再生动作的电动机的输出有关的信息即电动机输出信息为小于第三阈值的第四阈值以下的情况下，放电动作判断单元输出用于使放电单元的动作停止的放电停止指令。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]通过参照以下附图，会更清楚地理解本发明。
[0033]图1是表示第一实施例的电动机控制装置的电路图。
[0034]图2是表示充电单元的其它具体例的电路图。
[0035]图3是说明在第一实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值的图。
[0036]图4A是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0037]图4B是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0038]图5是例示第一实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。
[0039]图6是说明在第二实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值和第二阈值的图。
[0040]图7A是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0041]图7B是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0042]图8是表示第三实施例的电动机控制装置的电路图。
[0043]图9是说明第三实施例的电动机控制装置内的阈值设定单元中的第一阈值的设定的图。
[0044]图10是例示第三实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。
[0045]图11是表示第四实施例的电动机控制装置的电路图。
[0046]图12是说明在第四实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值的图。
[0047]图13A是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表不电动机速度。
[0048]图13B是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机驱动指令或者电动机输出信息。
[0049]图13C是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0050]图14是说明在第五实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值和第四阈值的图。
[0051]图15A是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表不电动机速度。
[0052]图15B是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机驱动指令或者电动机输出信息。
[0053]图15C是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0054]图16是表示驱动多个电动机的通常的电动机控制装置的结构的图。
[0055]图17是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的充电单元的一个具体例的电路图。
[0056]图18是示意性地表示日本特开平11-178245号公报所记载的发明中的放电单元的电路图。
[0057]图19是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例的电路图。
[0058]图20是表示日本特愿2012-158483所涉及的电动机控制装置中的电阻放电装置的一个具体例中的停电动作时的直流链路的直流电压的变动的一例的图。
[0059]图21是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机停止过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图。
[0060]图22A是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示电动机速度。
[0061]图22B是说明在使用具有升压功能的充电单元对蓄电装置进行升压充电的情况下在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，表示直流链路和蓄电装置的电压。
【具体实施方式】
[0062]下面，参照【专利附图】
【附图说明】具有蓄电装置和电阻放电装置的电动机控制装置。然而，要理解为本发明并不局限于附图或者以下说明的实施方式。
[0063]在下面说明的各实施例中，说明对多个电动机进行驱动控制的电动机控制装置，但是要驱动控制的电动机的个数并不特别限定于本发明中的个数。
[0064]图1是表示第一实施例的电动机控制装置的电路图。以下设为在不同的附图中附加了相同的参照标记的部分表示是具有相同功能的结构要素。
[0065]第一实施例的电动机控制装置I具备整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、电压检测单元20、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16、放电动作判断单元18以及电阻放电装置19。
[0066]整流器11对从商用的三相交流输入电源3的某一交流电源侧提供的交流电力进行整流，将直流电力输出到整流器11的直流侧即直流链路13侧。在本发明中，所使用的整流器11的实施方式并不特别限定，例如可以为带120度通电再生功能的三相全波整流电路或者PWM控制方式的整流电路等。
[0067]整流器11与逆变换器12经由直流链路13相连接。逆变换器12例如构成为PWM逆变器等那样内部具有开关元件的变换电路。在此，举例说明通过电动机控制装置I对多个电动机2进行驱动控制这一情况，因此分别按照各电动机2设置逆变换器12。逆变换器12将从直流链路13侧提供的直流电力变换为根据从上级控制装置(未图示)接收到的电动机驱动指令使内部的开关元件进行开关动作而用于驱动电动机2的期望的电压和期望的频率的三相交流电力。电动机2根据所提供的电压可变和频率可变的三相交流电力来进行动作。另外，在电动机2制动时产生再生电力，但是根据从上级控制装置接收到的电动机驱动指令，将通过电动机2产生的再生电力即交流电力变换为直流电力而返回至直流链路13。这样，逆变换器12根据接收到的电动机驱动指令，对直流链路13中的直流电力与作为电动机2的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力变换。
[0068]停电检测单元14被设置于将交流电力提供给整流器11的三相交流输入电源3侦牝使用三相交流输入电源3的交流电压或者通过电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压来检测整流器11的交流电源侧是否存在停电。停电检测单元14的检测结果被发送至放电动作判断单元18。
[0069]电压检测单元20对整流器11与逆变换器12之间的直流链路13中的直流电压值进行检测。电压检测单元20的检测结果被发送至停电检测单元14、放电动作判断单元18和上级控制装置(未图示)。
[0070]蓄电装置17经由后述的充电单元15和放电单元16与直流链路13相连接，能够蓄积直流链路13中的直流电力，蓄电装置17例如由电容器等构成。在蓄电装置17中设置有用于检测充电电压的蓄电装置电压检测单元(未图示)，与由蓄电装置电压检测单元检测出的蓄电装置17的充电电压有关的信息被发送至上级控制单元。
[0071]当从上级控制装置接收到充电指令时，充电单元15将直流链路13中的直流电力取入到蓄电装置17对蓄电装置17进行充电。在对蓄电装置17进行充电时，上级控制装置将蓄电装置17的充电电压与由电压检测单元20检测出的直流链路13中的直流电压进行比较，制作对充电单元15的充电动作进行指令的充电指令，将该充电指令送出到充电单元15。充电单元15具有将蓄电装置17充电到比直流链路13中的直流电压高的电压的升压功能，例如由升降压斩波电路构成。升降压斩波电路的结构本身并不特别限定本发明，例如可以将参照图17说明的升降压斩波电路用作充电单元15。另外，或者也可以用除了图17示出的升降压斩波电路以外的升降压斩波电路构成充电单元15。图2是表示充电单元的其它具体例的电路图。如图2所示，充电单元15也可以由包括开关S5、二极管D4以及电感器L3的升降压斩波电路构成。
[0072]返回到图1进行说明，在从放电动作判断单元18接收到放电开始指令时，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路从而使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13。放电单兀16例如有参照图18说明的电路等。
[0073]在停电检测单元14检测出停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。在后文中详细说明第一阈值。
[0074]电阻放电装置19与直流链路13相连接，在停电检测单元14检测出停电之后由电压检测单元20检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时开始通过电阻放电来消耗直流链路13的直流电力的电阻放电动作，在为小于电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时停止电阻放电动作。电阻放电装置19的结构本身并不特别限定本发明，例如可以使用参照图19说明的电路。
[0075]在此，说明在第一实施例的电动机控制装置I中设定的第一阈值。
[0076]在停电检测单元14检测出停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。即，在第一实施例中，并非是在紧接着由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后就开始蓄积在蓄电装置17中的直流电力向直流链路13的放电，而是在由停电检测单元14检测出停电之后进而由电压检测单元20检测出的直流电压值为第一阈值以下的时刻，开始蓄积在蓄电装置17中的直流电力向直流链路13的放电。
[0077]在交流电源侧发生停电时的保护动作中，在直流链路13中的直流电力经由逆变换器12被电动机2消耗的电动机动力运行动作时需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，但是在直流电力经由逆变换器12返回到直流链路13的电动机再生动作时不需要从蓄电装置17提供电力。因此，在第一实施例中，在交流电源侧发生停电时，根据直流链路13的直流电压来调整开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机。具体地说，具有如下结构。[0078]图3是说明在第一实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值的图。如图3所示，为了从紧接着由停电检测单元14检测出停电之后起蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而将第一阈值预先设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下。在通过停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。在从放电动作判断单元18接收放电开始指令时，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。
[0079]图4A和图4B是说明在第一实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图4A表示电动机速度，图4B表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0080]当在电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速。在由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在紧接着保护动作开始之后的电动机减速期间不久，直流链路13的直流电压为第一阈值以上，因此不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。当开始保护动作而电动机2减速时，由于该保护动作而来自电动机2的再生电力也返回至直流链路13，因此直流链路13的直流电压变动。即，当直流链路13的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力被作为热能量而消耗，直流链路13中的直流电压下降，但是当直流链路13的直流电压下降至电阻放电动作停止电平时电阻放电装置19停止电阻放电动作，因此直流链路13的电压由于来自电动机2的再生电力而上升。当电动机2完全停止时，来自电动机2的再生电力不会返回至直流链路13，因此在这样状态下当由于该保护动作而电动机加速而直流链路13的直流电力继续被消耗时，直流链路13的直流电压继续下降。当放电动作判断单元18判断为由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下时，对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元18的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力被逆变换器12变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源来执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0081]这样，在由停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后，在由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，放电动作判断单元18对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令，因此即使由于紧接着保护动作开始之后的电动机减速而直流链路13的电压上升并达到电阻放电动作开始电平而电阻放电装置19进行电阻放电动作，也由于没有开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，而因此电阻放电装置19不会消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。也就是说，在第一实施例中，在停电检测单元检测出停电之后起直到由电压检测单元20检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，不从放电动作判断单元18输出放电开始指令，放电单元16不进行动作，由此不使电阻放电装置19消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。即，根据第一实施例，能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，而不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。[0082]接着，说明第二实施例的电动机控制装置。在上述第一实施例中，通过设定第一阈值调整了在交流电源侧发生停电之后进行的开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机，但是在第二实施例中，除了设定用于调整开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机的第一阈值以外，还设定用于调整停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时机的第二阈值。
[0083]图5是例示第一实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。在图5中，用实线表示电动机输出大的情况下的直流链路13的直流电压，用虚线表示电动机输出小的情况下的直流链路13的直流电压。在上述第一实施例中，在放电动作判断单元18对放电单元16发出放电开始的指令之后起到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止，存在由放电开始指令的通知延迟或直到硬件性接通开关为止的延迟引起的延迟时间。因此，如图5所示，即使放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令，直到放电单元16实际进行动作而开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压还继续下降。如图5所示，在电动机动力运行状态下电动机输出越大则更多消耗直流链路13的直流电力，因此直流链路13的直流电压的下降斜率变得更大，在放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令之后起直到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压的下降程度也变大。当直流链路13的直流电压的下降大时，在发生停电之后开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性升高。
[0084]为了避免上述那样的问题，为了能够将第一阈值设定为输入电压的峰值以上，在第二实施例中，在停电检测单元14检测出停电之后由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第二阈值以上的情况下，放电动作判断单元18输出用于停止放电单元16的放电停止指令。以下，详细说明动作原理。
[0085]图6是说明在第二实施例的电动机控制装置中设定的第一阈值和第二阈值的图。如图6所示，将第二阈值设定为大于第一阈值的值，使第一阈值与第二阈值之间具有滞后现象。另外，在通过电阻放电装置19可靠地停止电阻放电动作时从蓄电装置17提供电力，因此将第二阈值设定为电阻放电动作停止电平以下。
[0086]在上述第一实施例中，将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下，但是在第二实施例中，不需要将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以下，例如也可以将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以上。以下，说明其理由。
[0087]图7A和图7B是说明在第二实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图7A表示电动机速度，图7B表示直流链路和蓄电装置的电压。
[0088]当电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速。在通过停电检测单元14检测出交流电源侧的停电之后不久，直流链路13的直流电压为第一阈值以下，因此放电动作判断单元18输出放电开始指令，因而从紧接着停电检测单元14检测出停电之后起蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。通过从该蓄电装置17向直流链路13提供直流电力以及电动机2产生再生电力，直流链路13的直流电压上升。之后，在直流链路13的电压超过第二阈值的时刻，放电动作判断单元18将用于停止放电单元16的动作的放电停止指令输出到放电单元16。然而，在放电单元16的开关(图18)由如晶闸管那样无法立即关闭的设备构成的情况下，即使放电单元16接收放电停止指令也无法立即切断蓄电装置17与直流链路13的连接，形成保持蓄电装置17与直流链路13相连接的状态。之后，蓄电装置17的充电电压与直流链路13的直流电压变为相同，进而仅直流链路13的直流电压刚上升，就在晶闸管中没有电流流过，从而设备被关闭。在该时刻，蓄电装置17从直流链路13渐渐分开。并且当电动机2继续减速时，电动机2的再生电力返回至直流链路13，直流链路13的直流电压继续上升。当直流链路13的直流电压达到预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力被作为热能量而消耗。然而，在该时刻，蓄电装置17从直流链路13分开，因此仅直流链路13中的直流电力被消耗，而蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被消耗。放电动作判断单元18在判断为由电压检测单元20检测出的直流链路13的直流电压值变为第一阈值以下时，对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元18的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此蓄电装置17开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路
13。从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力通过逆变换器12被变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0089]如上所述，在第二实施例中，蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电消耗，因此不需要将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以下，例如也可以将第一阈值设定为交流电源侧的输入电压的峰值以上。这样，在第二实施例中，在紧接着发生停电之后蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电消耗，因此能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，从而能够可靠地执行期望的保护动作。另外，在开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性降低。
[0090]接着，说明第三实施例的电动机控制装置。图8是表示第三实施例的电动机控制装置的电路图。另外，图9是说明第三实施例的电动机控制装置内的阈值设定单元中的第一阈值的设定的图。第三实施例是对上述第一实施例追加阈值设定单元21而得到的。阈值设定单元21对应于对电动机2的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令进行动作的电动机2的输出有关的信息即电动机输出信息,来设定第一阈值。电动机驱动指令从上级控制装置(未图示)输入到阈值设定单元21。另外，电动机输出信息是在电动机2根据该电动机驱动指令进行动作的情况下计算出的信息，是使用电动机施加电压、电动机电流、电动机的旋转速度等参数等通过公知的方法计算出的信息。此外，除此以外的电路结构要素与图1示出的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素附加相同的附图标记而省略该电路结构要素的详细说明。
[0091]在图9中，将电动机驱动指令和电动机输出信息在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0092]如图9所示，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机2处于再生电力的再生状态的情况下，阈值设定单元21将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下的值。这样，在表示电动机2处于再生电力的再生状态的情况下，将第一阈值设定为整流器11的交流电源侧的输入电压的峰值以下的值是由于，如参照图3说明那样，在紧接着发生停电之后起蓄电装置17不对直流链路13提供直流电力。
[0093]另外，如图9所示，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，阈值设定单元21将第一阈值设定为与电动机驱动指令所表不的加速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出的大小相应、且小于电阻放电停止电平的值。即，电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表示的电动机的输出的大小越大，则阈值设定单元21将电动机动力运行状态中的第一阈值设定为越大的值，将其上限值设为小于电阻放电停止电平的值。
[0094]在此，根据蓄积在除了蓄电装置17以外的系统的直流链路13中的能量，来预先确定增加电动机动力运行状态下的第一阈值的斜率(即第一阈值的增加相对于电动机驱动指令或者电动机输出信息的增加的比例)。例如，以与蓄积在直流链路13中的能量成反比的方式确定斜率。即，在蓄积在直流链路13中的能量大的情况下将斜率确定得小，在蓄积的能量小的情况下将斜率确定得大。另外，或者，当将直流链路13的直流电压设为V [ V ]、将直流链路13所具有的电容器容量设为C[F]时，蓄积在直流链路13中的能量P[J]]成为P=CV2/2，因此也可以根据直流链路13所具有的电容器容量来确定上述斜率。另外，在电动机动力运行状态下电阻放电装置19的电阻放电动作可靠地停止的状态下开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，因此在阈值设定单元21中，对电动机动力运行状态下的第一阈值设定电阻放电动作停止电平以下的上限值。即，在电动机动力运行状态下的第一阈值到达上限值的情况下，阈值设定单元21将第一阈值钳位在该上限值。
[0095]图10是例示第三实施例的紧接着来自电动机控制装置中的蓄电装置的直流电力的放电开始之后的直流链路的直流电压的图。如参照图5说明那样，在第一实施例中，由来自放电动作判断单元18的放电开始指令的通知延迟、或直到放电单元16的硬件性接通开关为止的延迟引起放电动作判断单元18对放电单元16输出放电开始指令之后直到实际开始从蓄电装置17放电直流电力为止的期间，直流链路13的直流电压持续下降。如图5所示，在电动机动力运行状态下电动机输出越大则更多消耗直流链路13的直流电力，因此直流链路13的直流电压的下降程度也变大。当直流链路13的直流电压的下降大时，在发生停电之后开始从蓄电装置提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性升高。对此，根据第三实施例，如图10所示，在电动机动力运行状态下，随着电动机驱动指令或者电动机输出信息增加，第一阈值更进一步提高，因此实际开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力的时刻的直流链路13的直流电压上升。由此，在发生停电之后，不必担心在开始从蓄电装置17提供直流电力之前保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。另外，在开始从蓄电装置17提供电力之前低于电动机2能够正常地执行保护动作的直流链路13的直流电压值的可能性降低。
[0096]接着，说明第四实施例的电动机控制装置。图11是表示第四实施例的电动机控制装置的电路图。
[0097]第四实施例的电动机控制装置I’具备整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16、放电动作判断单元28以及电阻放电装置19。[0098]整流器11、逆变换器12、停电检测单元14、蓄电装置17、充电单元15、放电单元16以及电阻放电装置19与图1的说明相同，因此省略详细说明。另外，在图11中，省略图示对整流器11与逆变换器12之间的直流链路13中的直流电压值进行检测的电压检测单元，但是电压检测单元的检测结果被发送至停电检测单元和上级控制装置(未图示)。
[0099]在停电检测单元14检测出停电之后，在对电动机2的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据电动机驱动指令进行动力运行动作的电动机2的输出有关的信息即电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元28输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。
[0100]如上所述，在发生停电后的保护动作中，在消耗直流链路的能量的电动机动力运行动作时需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，但是在使能量返回至直流链路13的电动机再生动作时不需要从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。因此在第四实施例中，在停电检测单元14检测出停电之后，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下，在该电动机驱动指令或者该电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电动作判断单元28输出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。因而，在发生停电之后电动机2处于电动机动力运行状态的情况下，在电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以上的情况下，放电单元16使蓄电装置17与直流链路13短路从而使蓄积在蓄电装置17中的直流电力放电到直流链路13。
[0101]在此，说明在第四实施例的电动机控制装置I’中设定的第三阈值。图12是说明在第四实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值的图。在图12中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0102]在第四实施例中，如图12所示，为了在紧接着从停电检测单元14检测出停电之后蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下设定第三阈值。根据电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的输出的大小来设定第三阈值。
[0103]图13A?图13C是说明在第四实施例的电动机控制装置中在电动机旋转过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图13A表示电动机速度，图13B表示电动机驱动指令或者电动机输出信息，图13C表示直流链路和蓄电装置的电压。在图13B中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷状态下设为零。
[0104]当在电动机旋转过程中发生停电时，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速，但是如果在紧接着发生停电之后电动机不在加速过程中，则不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。在紧接着发生停电之后的电动机减速过程中，电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机再生状态，因此该电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以下，不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。电动机2进行加工对象、工具的退避这种停电保护动作，当此时的电动机驱动指令或者电动机输出信息为第三阈值以上时，开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。这样，即使紧接着保护动作开始之后的电动机减速停止而直流链路的电压上升、电阻放电装置19进行电阻放电动作，也不开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力，因此，蓄积在蓄电装置17中的直流电力不被电阻放电装置19的电阻放电而消耗，能够高效率地利用蓄积在蓄电装置17中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。
[0105]接着，说明第五实施例的电动机控制装置。关于第五实施例，在上述第四实施例中，进而，在电动机2处于再生动作状态时，在电动机驱动指令或者电动机输出信息为第四阈值以下的情况下，停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。
[0106]图14是说明在第五实施例的电动机控制装置中设定的第三阈值和第四阈值的图。在图14中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息,在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0107]在第五实施例中，如图14所示，为了在紧接着停电检测单元14检测出停电之后蓄电装置17不向直流链路13提供直流电力，而在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机动力运行状态的情况下，与上述第四实施例的情况同样地设定第三阈值。对应于电动机驱动指令所表示的加速的大小或者电动机输出信息所表示的电动机的输出的大小来设定第三阈值。另外，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示电动机再生状态的情况下，设定第四阈值。对应于电动机驱动指令所表示的最大减速的大小或者电动机输出信息所表不的电动机的最大再生输出的大小来设定第四阈值。此外，第四阈值由于是针对表不电动机再生状态的电动机驱动指令或者电动机输出信息的值，因此当然为小于第三阈值的值。
[0108]图15A?图15C是说明在第五实施例的电动机控制装置中在电动机加速过程中发生停电而从蓄电装置向直流链路提供直流电力的情况下的直流链路和蓄电装置的电压变动的图，图15A表示电动机速度，图15B表示电动机驱动指令或者电动机输出信息，图15C表示直流链路和蓄电装置的电压。在图15B中，关于电动机驱动指令和电动机输出信息，在电动机2消耗电力的电动机动力运行状态的情况下设为正，在电动机2再生电力的电动机再生状态的情况下设为负，在无负荷的状态下设为零。
[0109]在电动机旋转过程中发生停电之后，开始加工对象、工具的退避这种保护动作，电动机2进行减速，但是在发生停电之后，在电动机2加速过程中此时的电动机驱动指令或者电动机输出信息表示第三阈值以上的值时，开始从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。电动机2进行加工对象、工具的退避这种停电保护动作由此电动机2进行减速，在电动机驱动指令或者电动机输出信息表示第四阈值以下的值时，停止从蓄电装置17向直流链路13提供直流电力。然而，在放电单元16的开关(图18)由如晶闸管那样不能立即关闭的设备构成的情况下，即使放电单元16接收放电停止指令也无法立即切断蓄电装置17与直流链路13的连接，形成保持蓄电装置17与直流链路13相连接的状态。之后，蓄电装置17的充电电压与直流链路13的直流电压变为相同，进而仅直流链路13的直流电压刚上升，就在晶闸管中没有电流流过，从而关闭设备。在该时刻，蓄电装置17渐渐从直流链路13分开。并且当电动机2继续减速时，电动机2的再生电力返回至直流链路13，直流链路13的直流电压继续上升。当直流链路13的直流电压到达预先设定的电阻放电动作开始电平时，电阻放电装置19开始电阻放电动作，直流链路13的直流电力作为热能量被消耗。然而，在该时刻，蓄电装置17从直流链路13分开，因此仅直流链路13中的直流电力被消耗而不会消耗蓄积在蓄电装置17中的直流电力。放电动作判断单元28在由于电动机2的保护动作而电动机驱动指令或者电动机输出信息变为第三阈值以上的时刻，再次对放电单元16发出用于使放电单元16进行动作的放电开始指令。放电单元16接收来自放电动作判断单元28的放电开始指令，使蓄电装置17与直流链路13短路。由此，蓄电装置17再次开始放电动作，蓄积在蓄电装置17中的直流电力被提供给直流链路13。这样，从蓄电装置17提供给直流链路13的直流电力被逆变换器12变换为交流电力，将该交流电力作为驱动能量源执行加工对象、工具的退避这种保护动作。
[0110]作为对机床、锻压机械、注塑成形机、产业机械或者各种机器人内的电动机进行驱动的电动机控制装置，在具备将所输入的交流电力变换为直流电力的整流器以及将从直流变换部输出的直流电力变换为作为各电动机的驱动电力而分别提供的交流电力的逆变换器的电动机控制装置中，在整流器的交流电源侧发生停电时，在执行用于保护该电动机控制装置进行驱动的电动机、与该电动机相连接的工具、该工具进行加工的加工对象、具有该电动机控制装置的制造生产线等的各种保护动作的情况下，能够应用本发明。
[0111]根据本发明，在紧接着发生停电之后蓄积在蓄电装置中的直流电力不会被电阻放电装置的电阻放电而消耗，因此能够高效率地利用蓄积在蓄电装置中的能量作为停电时用于进行保护动作的能量，不必担心保护动作所需的能量不足，能够可靠地进行期望的保护动作。
【权利要求】
1.一种电动机控制装置(I)，其特征在于，具备: 整流器(11)，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力； 逆变换器(12)，其与作为上述整流器(11)的直流侧的直流链路(13)相连接，将上述直流链路(13)中的直流电力与电动机(2)的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换； 停电检测单元(14)，其检测上述整流器(11)的交流侧的停电； 电压检测单元(20)，其检测上述直流链路(13)中的直流电压值； 蓄电装置(17)，其与上述直流链路(13)相连接，能够蓄积直流电力； 充电单元(15)，其具有将上述蓄电装置(17)充电至比上述直流链路(13)中的直流电压高的电压的升压功能； 放电单元(16)，其使上述蓄电装置(17)与上述直流链路(13)短路从而使蓄积在上述蓄电装置(17)中的直流电力放电到上述直流链路(13)； 电阻放电装置(19)，其与上述直流链路(13)相连接，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后由上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置(19)开始通过电阻放电来消耗上述直流链路(13)的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于上述电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置(19)停止上述电阻放电动作；以及 放电动作判断单元(18),在上述停电检测单元(14)检测出停电之后起直到上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值变为第一阈值以下为止的期间，该放电动作判断单元(18)不输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令，在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值变为第一阈值以下的情况下，该放电动作判断单元(18)输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 将上述第一阈值设定为上述整流器(11)的交流侧的输入电压的峰值以下。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为大于上述第一阈值且小于上述电阻放电动作停止电平的值即第二阈值以上的情况下，上述放电动作判断单元(18)输出用于使上述放电单元(16)的动作停止的放电停止指令。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 上述电动机控制装置(I)具备:阈值设定单元(21)，其对应于对电动机(2)的动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息，来设定上述第一阈值。
5.根据权利要求4所述的电动机控制装置(1)，其特征在于， 在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息表示电动机处于再生电力的再生状态的情况下，上述阈值设定单元(21)将上述第一阈值设定为上述整流器(11)的交流侧的输入电压的峰值以下的值， 在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息表示电动机处于消耗电力的动力运行状态的情况下，上述阈值设定单元(21)将上述第一阈值设定为:与上述电动机驱动指令所表示的加速大小或者上述电动机输出信息所表示的电动机的输出大小相应、且小于上述电阻放电停止电平的值。
6.一种电动机控制装置0- )，其特征在于，具备: 整流器(11)，其对从交流侧提供的交流电力进行整流而输出直流电力； 逆变换器(12)，其与作为上述整流器(11)的直流侧的直流链路(13)相连接，对上述直流链路(13)中的直流电力与电动机(2)的驱动电力或者再生电力即交流电力相互进行电力变换； 停电检测单元(14)，其检测上述整流器(11)的交流侧的停电； 电压检测单元(20)，其检测上述直流链路(13 )中的直流电压值； 蓄电装置(17)，其与上述直流链路(13)相连接，能够蓄积直流电力； 充电单元(15)，其具有将上述蓄电装置(17)充电到比上述直流链路(13)中的直流电压高的电压的升压功能； 放电单元(16)，其使上述蓄电装置(17)与上述直流链路(13)短路从而使蓄积在上述蓄电装置(17)中的直流电力放电到上述直流链路(13)； 电阻放电装置(19)，其与上述直流链路(13)相连接，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后在上述电压检测单元(20)检测出的直流电压值为电阻放电开始电平以上时，该电阻放电装置(19)开始通过电阻放电消耗上述直流链路(13)的直流电力的电阻放电动作，在该直流电压值为小于上述电阻放电开始电平的电阻放电停止电平以下时，该电阻放电装置(19)停止上述电阻放电动作；以及 放电动作判断单元(28)，在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在对电动机(2)的动力运行动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而进行动力运行动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息变为第三阈值以上为止的期间，不从上述放电动作判断单元输出放电开始指令，在上述电动机驱动指令或者上述电动机输出信息变为第三阈值以上的情况下，上述放电动作判断单元(28)输出用于使上述放电单元(16)进行动作的放电开始指令。
7.根据权利要求6所述的电动机控制装置0-)，其特征在于， 在上述停电检测单元(14)检测出停电之后，在对电动机(2)的再生动作进行指令的电动机驱动指令、或者与根据上述电动机驱动指令而进行再生动作的电动机(2)的输出有关的信息即电动机输出信息为小于上述第三阈值的第四阈值以下的情况下，上述放电动作判断单元(28)输出用于使上述放电单元(16)的动作停止的放电停止指令。
【文档编号】H02P27/06GK103973193SQ201410035484
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】丹羽正一, 山本健太 申请人:发那科株式会社
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