专利名称：变换器保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连接在直流电源正、负极之间的且由多个开关器件构成的变换器保护装置。
背景技术：
到目前为止一直采用转子里有永久磁铁并由直流驱动的同步电动机或是由交流驱动的感应电动机作为驱动构成空调机或电冰箱等冷冻循环的密闭型电动压缩机的电动机。在现有技术中，例如，另外，在近几年里，也采用转子中有永久磁铁和笼型结构的2次导体的同步感应电动机，这些电动机通过变换器进行驱动。
以下，参照图10说明电动机的驱动电路。在该图中，Vcc1是变换器主电路的电源；101是通过多个高频输出开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5和Tr6产生3相脉冲宽度调制(3相PWM)输出的变换器；102是安装在图中未示出的电动压缩机中的电动机；103是驱动电路；104是微型计算机；AMP是运算放大器；105和106是用于检测电动机里流动电流的变流器。微计算机104产生出使电动机连续旋转的驱动信号，通过驱动器电路103驱动变换器101。变换器101把与电源Vcc1并联的各对开关器件Tr1和Tr4、Tr2和Tr5、Tr3和Tr6各自的串联连接点作为输出端，使之产生3相的PWM(PusleWidth Modulation)近似正弦波形的电压，使电动机以规定的转数连续旋转。
然后，把从开关器件Tr1和Tr4中间点输出的电流和从开关器件Tr2和Tr5中间点输出电流(共计两相电流)用变流器105和106进行检测，将检测的各个结果分别输出到各个运算放大器AMP，在各个运算放大器AMP里进行放大后的各信号一同输入到微计算机104。微计算机根据变流器105、106的检测输出信号推定电动机102的转子位置，控制驱动电路去驱动变换器101，使之产生出3相的PWM近似正弦波电压用于控制电动机旋转。
并且，当微计算机104所依据的变流器105、106的检测输出值比预先已设定值高时，也就是说，在从变换器101到电动机102流过过电流的情况下，就控制驱动电路103使变换器101停止运行(电动机102也就停止转动)，从而对变换器101和电动机102的过电流实现保护。
变换器101的输出电流以后，进行推定电动机102的转子位置和实现过电流保护；这样一来，在以往的变换器保护装置里，通过变流器105、106检测出但是，变流器价格高。为此，像图10那样配置，一般是仅在两相电路里插入变流器，至于其余的一相电路(例如，T相)，必须利用微计算机104运算IT＝-(In+Is)表达式，计算出电流值。
发明内容
本发明正是要解决有关现有技术中的课题，以提供出一种既能可靠地进行变换器的过流保护又可廉价实现的保护装置为目的。
本发明的第一方面的变换器保护装置是适用于由连接在直流电源正、负极之间的多个开关器件构成的变换器的保护装置；该保护装置具有把所述的多个开关器件里流过的电流变换成电压后，产生出检测输出信号的多个检测单元；把各检测单元的所述检测输出信号分别选作各个输入信号，当所述的检测输出的绝对值超过规定的值时产生异常输出信号的多个比较单元；在不论哪一个所述的比较单元发生异常输出信号时，就使所述的全部开关器件停止驱动的保护单元。
本发明的第2方面的变换器保护装置，是以本发明的第一方面为基础，所述的变换器是由把多个串联成一对的所述的开关器件共计多对并行连接在所述的直流电源的正、负极上而构成的，把所述的各对开关器件的中间连接点作为输出端，使直流变换成交流，并且所述的检测单元通过把所述的阴极侧连接的所述的各对开关器件里流过的电流分别变换成各个电压，产生检测输出。
本发明的第3方面的变换器保护装置，是以本发明的第1方面或第2方面为基础，所述的保护单元，当由所述的比较单元产生的异常输出信号在一定期间内继续发生时，则停止对所述的开关器件的驱动操作。
本发明的第4方面的变换器保护装置，是以本发明的第1、第2或第3方面为基础，所述的保护单元，当已停止所述的开关器件的驱动时，在规定的解除指示出现之前一直维持停止状态。
本发明的第5方面的变换器保护装置，是以本发明的第1、第2、第3或第4方面为基础，所述的各检测单元的检测输出是检测出由所述的变换器驱动的电动机状态的信息。
本发明的第6方面的变换器保护装置，是以本发明的第5方面为基础，所述的电动机是在转子上有永久磁铁的同步电动机。
本发明的第7方面的变换器保护装置，是以本发明的第5方面为基础，所述的电动机是在转子里有永久磁铁的同步感应电动机。
本发明的第8方面的变换器保护装置，是以本发明的第5方面为基础，所述的电动机是感应电动机。
件而形成的变换器中，具有把所述多个开关器件里流过的电流分别变换成电压后产生检测输出的多个检测单元，和把各检测单元的所述的检测输出作为各个下一级电路的输入而且当所述的检测输出的绝对值超出规定的值时产生异常输出的多个比较单元，以及哪个所述的比较单元产生所述异常输出时停止全部所述的开关器件的驱动操作的根据本发明，由于在直流电源的正(阳)、负(阴)极之间连接多个开关器保护单元；所以有下述优点例如，不用以往那样的高价变流器也能监视开关器件里流过的过电流，在开关器件里电流尚未达到破坏电流值的情况下就停止开关器件的驱动(操作)，从而可实现保护作用。
而且，因为不用变流器就能检测出各对开关器件里流通的电流，也不必再像以往那样用微计算机算出未接入变流器的相里的电流等，总之可谋求削减成本。
据本发明的第2方面的变换器保护装置，以上述第一方面为基础，所述的变换器是由把串行连接的一对所述开关器件共计用多对并列接在所述直流电源的正、负极之间而构成的，并把所述各对串联开关器件的中间连接点作为输出从而实现由直流变换成交流，而且所述的各检测单元里已把接在直流电源负(阴)极侧的所述各对开关器件电流的电流分别变换成电压作为产生的检测输出信号；根据以上所述的理由，当检测正极侧的开关器件里流的电流时所必要的隔离放大器等都可不要。
根据本发明的第3方面的变换器保护装置，以上述的各发明为基础，所述的保护单元由于在从所述的比较单元产生异常输出信号持续一定时间的情况下就停止对开关器件的驱动，所以不存由开关器件导通/关断而引起瞬时的尖峰状电流下操作，可以防患于未然，不必担心由于持续地发生异常电流而损伤变换器。因此，本发明的变换器保护装置是能够非常稳定地工作，确保实现可靠的变换器驱动。
根据本发明的第4方面，是以上述的发明为基础，所述的保护单元当所述的开关器件驱动已被停止的时候，因为规定的解除指示出现以前一直维持停止状态，所以即使是像由噪声引起的误操作发生时所导致的变换器损坏现象也可以在它未出现之前就被有效的防止。
根据本发明的第5方面，是以上述的各发明为基础，因为把所述的各个检测单元的检测输出结果作为检测出由所述的变换器驱动的电动机的状态信息，所以能够把检出信息兼用于推定电动机的转子位置。因此，能够实现更加廉价的变换器保护。
根据本发明的第6方面，是在本发明的第5方面以基础，因为所述的电动机是转子上有永久磁铁的同步电动机，在转子上设置的永久磁铁在完全去磁的电流以下，可停止变换器驱动。因此，例如，同步电动机在高温下运转、由于某种原因流过异常电流、转子上设置的稀土类元素永久磁铁出现退磁的不适宜情况将不会发生，即能防患未然。
根据本发明的第7方面，是以本发明的第5方面为基础，因为所述的电动机是转子里有永久磁铁的同步感应电动机，同样，在转子上设置的永久磁铁完成退磁的电流以下，就能停止对变换器的驱动。因此，例如，同步感应电动机在高温中运行，由于某种原因发生异常电流流动，转子上设置的稀土类元素永久磁铁将不会出现退磁的不适宜情况，可以防患未然。
根据本发明的第8方面，是以发明的第5方面为基础，因为所述的电动机是感应电动电动机，可防止异常电流流过感应电动机烧毁线圈。
图1装有适用本发明变换器保护装置的同步电动机的密闭型电动压缩机纵剖侧视图；图2本发明的转子局纵剖面侧视图；
图3本发明的转子俯视图；图4构成本发明的转子的转子用铁板平面图；图5构成本发明的转子的转子铁芯侧视图；图6构成本发明的转子的永久磁铁轴侧投影图；图7使用密闭型电动压缩机的空调机或电冰箱等的冷媒管路图；图8密闭型电动压缩机的同步电动机的(控制)电路图；图9表示出用于说明保护作用的各部电压(波形)；图10以往的同步电动机的(控制)电路图。
具体实施例方式
以下，参照附图详述本发明实施的具体实例。图1是装有作为适用本发明的变换器保护装置实施例的同步电动机2的密闭型电动压缩机C的纵向剖面图。在该图里，1是密闭容器，其内部收纳有安装上侧的作为电动机的同步电动机(无刷式DC电动机)2、安装下侧的是用同步电动机2可旋转驱动的压缩元件3。密闭容器1被预先分为两部分，在收纳同步电动机2，压缩元件3后，通过高频焊接等密闭。
同步电动机2是由密闭容器1内壁上固定的定子4和在该定子4的内侧以旋转轴6为中心可自由旋转地支承的定子5构成的。然后，定子4安装有为转子5产生旋转磁场的定子线圈7。
压缩元件3具备用折滚板8分开的第1旋转汽缸9和第2旋转气缸10。在各个汽缸9、10处装设有用旋转轴驱动的偏心件11、12，这两个偏心件11、12的偏心位置相互错开180度相位。
13、14是分别在汽缸9、10内旋转的第1滚轴、第2滚轴，分别用偏心件11、12旋转带动在汽缸内旋转。15、16分别是第1架体、第2架体，在第1架体和折流板之间形成闭合的压缩空间、同样道理，架体16和折流板8之间形成汽缸10的闭合压缩空间。而且，第1架体15、第2架体16分别装有使旋转轴6的下部可自由旋转地靠枢轴支承的轴承17、18。
19、20是排出消音器，要使它覆盖着第1架体15、第2架体16进行安装。再者，汽缸9和排出消音器19通过设在第1架体上的(图未示出)的排出孔连通起来，汽缸10和排出消音器20也是通过设在第2架体16上(图中未示出)的排出孔连通起来。21是在密闭容器1的外部设置的旁路管，与排出消音器20的内部相通。
22是在密闭容器上设置的排出管，23、24分别是与汽缸9、10相连接的吸入管。另外，25是密闭接头，其功能是从密闭容器1的外部向定子4的定子线圈7馈送电力的渠道。再者，密闭接头25和定子线圈7相连接的引线在图1中并未示出。
图2是图1中表示的转子5的局部纵剖的侧视图，图3是转子5的俯视图(未插入旋转轴6的状态)。在各个图里，26是转子的铁芯，它是先从厚度为0.3mm～0.7mm的电磁用铜板上按照图4示出的形状通过冲裁获得转子用铁板27，然后将多个铁板27层叠在一起通过铆接形成一体化的层叠结构(另外，也可以不用铆接方法而将各个焊接成一体化的层叠结构)。
该转子用铁板27从电磁钢板上冲裁下来使之形成如图4所示的构成4个磁极的凸极(显磁极)28～31，32～35分别是为各个凸极28～31之间形成凸极而加工的凹口。这时，各个凸极28-31的顶处的外直径D设定范围为40mm～70mm，例如，在本发明的实施例中设定D为50mm。
41～44是后述的永久磁铁45嵌入时用的插孔，该孔与各个凸极相对应，在转子用铁板27的外周侧沿着旋转轴6的轴向同心圆上进行开设插孔。于是，各个插孔41～44与相邻的凸极28～31的侧缘之间的狭缝宽度设定在大于0.3mm且小于0.5mm的范围。
另外，46是在转子用铁板27的中心开设的孔，它是用于热装旋转轴6的安装孔。47～50是后述的铆接用铆钉可以穿过的大小和形状的贯通孔。并对应于各插孔41～44的内侧进行贯通。56～59是用于各个转子用铁板27相互铆接固定的部分，并且形成在与各贯通孔47-50几乎同心的圆上的插孔41～44之间。而且，61～64是在各个铆接部分56～59的内侧开设的用于形成油通路的孔。
各个转子用铁板多片层叠，通过在所述的铆接部分56～59里互相铆接成一体化结构，于是便形成转子铁芯26，如图5的侧视图所示。这时，转子铁芯26的外径是所述的转子用铁板27的外径D(50mm)，旋转轴6方向的叠层尺寸L，例如设定为40mm。在此，所述的外径和尺寸L之比L/D要比1.1小，在本发明的实施例中L/D为0.8。也就是说，要以使旋轴方向的尺寸L变小的方式进行设定。
一方面，永久磁铁可以使用磁化强度低但可实现高磁性特性的磁性材料、诸如镨Pr系、或表面镀镍等钕系的稀土类元素或铁氧体等材料；永久磁体要加工成其外形如图6所示的矩形。永久磁铁45的厚度t例如选取厚2.65mm，其旋转轴6方向的尺寸1设定为与所述L尺寸相同也是40mm。在此，所述的厚度t和l尺寸的比t/l要比0.08小，在本发明实施例中t/l为0.066(并且，各个插孔41-44的大小设定在刚好能把该永久磁铁嵌入的大小)。关于铁氧体或稀土类磁铁(常温时的顽磁力是1350～2150KA/m，顽磁力温度系数在-0.7％以下)，使用这样的磁铁，可以防止在运行时去磁。
另外，66、67是转子铁芯26的上、下端面安装的平板状端面构件，利用铝或树脂之类的等非磁性材料加工成和所述的转子用铁板27大体相同的形状。再者，这种端面构件66、67的外径和所述的转子铁芯26的外径D相同或者稍微小一些。另外，在端面构件66、67和所述的贯通孔47～50相对应的位置上开设贯通孔71～74，在与所述的孔59及61～64相对应的位置上开设孔76和77～80。
然后，把所述的永久磁铁45压入到转子铁心的插孔41～44内部后，固定上、下的端面构件66、67，把插孔41～44的上下端口都堵塞住。在这种状态下，把贯通孔47～50及71～74转子铁芯26及端面构件66、67沿旋转轴6方向打通。而且，孔61～64及孔77～80，贯穿转子铁芯26和端面构件66、67。随后，把所述的铆钉插通到各贯通孔47～50及贯通孔71～74里面，上下铆接构成一体化结构。再者，A是平衡块，通过上方的端面构件66和铆钉51固定在转子铁芯上面。
在以上的结构中，从定子4的后述的变换器-为定子线圈7中通电，藉助于由永久磁铁产生的磁场之间的排斥·吸引作用，转子5就用在定子线圈7上所加电压和负载平衡的速度(例如，通过改变所加的电压，在500rpm～10000rpm的范围内的可变速度)，如图4所示沿顺时针方向旋转。
装备这样的同步电动机的密闭型电动压缩机C，可以在空调机或者电冰箱等的冷媒管路里使用(图7)。于是，既能在空调机中调节室内空气又能在电冰箱中进行冷却。也就是说，在冷媒管路内封入的冷媒，通过同步电机-驱动密闭型电动压缩机C内的压缩元件3，就从吸入管吸入，经过第1旋转用汽缸9和旋转用汽缸10实现压缩、从排出管排出到配管81里。在配管81里排出的冷媒压缩气体流入冷凝器，在此放热后冷凝成液体冷媒流入储液罐83。
流入储液罐83，因此一度积存，液体冷媒从储液器83的出口侧的配管83A流经干燥器84、湿度指示器86和电磁阀36，在温度自动膨胀阀37里挤干后，流入到蒸发器38，因此蒸发气化。这时，由于从周围吸收热量发挥出冷却作用，大体上液化后，冷媒从蒸发器38的出口侧的配管38A流入储气罐39，因此汽液分离后通过止回阀吸进入到压缩元件里，并且如此返复地进行冷冻循环。
所述的储液器83排出的冷媒，由配管83A分枝，通过毛细管87、高低压压力开关88和毛细管89，从蒸发器38和储汽罐39之间的配管83A流入到储汽罐里。这个高低压压力开关88通过毛细管87、43(89)检测配管83A和配管38A的压力，在两配管83A和38A的压力变成规定压力差以上而压缩元件里吸入的冷媒不足的情况下，冷媒液从储液器83流入压缩缩元件3中，保护压缩元件3。而且，温度自动膨胀阀37根据设置在蒸发器38的出口侧的感温筒85检测的温度，自动调整开度。
一方面，在图8中表示出同步电动机2的电路图。在图8中，Vec1是通过把交流220V、50Hz/60Hz等的商用电源(图内未示出)用整流器整流后的直流电源，把该直流电源Vcc1通过变换器90变换成U相、V相和W相的3相交流电接入到3相同步电动机2的定子线圈7。该变换器90是由带有回流二极管的场效应晶体管(FET)多个构成的，为的是得到用于驱动同步电动机2的3相近似正弦波形的电压；(在本发明的实施例中，采用6个)开关器件(高频输出开关器件)，即由Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5和Tr6构成变换器，它可由驱动电路91和微计算机92进行控制。
于是，把所述的开关器件Tr1和Tr4串联连接成一对，将其开关器件Tr1接在直流电源Vcc1的阳(正)极侧，将其开关器件Tr4接在直流电源Vcc1的阴(负)极侧；再把开关器件Tr2和Tr5串联连接成一对，将其开关器件Tr2接在直流电源Vcc1的阳极侧，将其开关器件接在直流电源Vcc1的阴极侧；而且，把开关器件Tr3和Tr6串联连接成一对，将其开关器件Tr3接在直流电源Vcc1的阳极，将其开关器件Tr6接在直流电源Vcc1的阴极侧。然后，把变换器90的开关器件Tr1和开关器件Tr4之间的连接点作为输出端，它接在同步电动机2的定子线圈7的U相上；把开关器件Tr2和开关器件Tr5之间的连接点作为输出端，它接在同步电动机2的V相上；并且，把开关器件Tr3和开关器件Tr6之间的连接点作为输出端，它接在同步电动机2的W相上。
这时，开关器件Tr2通过电阻RS1接在直流电源Vcc1上，开关器件Tr5通过电阻Rs2接在直流源Vcc1上，开关器件Tr6通过电阻RS3接在直流电源Vcc1上。这些电阻RS1、RS2和RS3构成检测单元。另外，各个开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5和Tr6的栅极与驱动电路91相连接，而驱动电路91又连接在微计算机92上。
而且，电阻RS1的端电压，即，开关器件Tr4和电阻RS1之间的连接点的电压通过放大电路Au的电阻Ra1输入到运算放大器AMP的(-)输入端(反向输入端)；电阻RS2的端电压，即，开关器件Tr5和电阻RS2之间的连接点的电压通过放大电路Av的电阻Ra1输入到运算放大器AMP的(-)输入端；而且，电阻RS3的端电压，即，开关器件Tr6和电阻RS3之间的连接点的电压通过放大电路Aw的电阻Ra1输入到运算放大器AMP的(-)输入端。然后，把参考电源Vref1利用电阻Rb2和Ra2进行分压的基准电压输入到各个放大电路Au、Av和Aw的运算放大器AMP的(+)输入端(非反向的输入端)。而且，各个运算放大器AMP··的输出连接到微计算机的输入端。再者，Rb1是反馈电阻。根据以上的电路结构，可构成同步电动机2的驱动电路。
然后，变换器90的各个开关器件Tr1～Tr6中流的电流，即，同步电动机2的定子线圈7的各相中的电流，通过各个电阻RS1～RS3变换成电压，输入到各个运算放大器AMP··的输入端。经各个运算放大器AMP··将这些输入信号放大后输出给微计算机92。微计算机92根据这些运算放大器AMP··的输出信号，推定同步电动机2的转子5的位置，向驱动电路91发出控制信号。驱动电路91根据微计算机92的输出信号，对各个开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6的栅极进行驱动，把三相PWM近似正弦波形的电压输出给同步电动机2的定子线圈7的各相(R相、S相、T相)。这时，微计算机92驱动变换器90一面使相位按照顺序错开，一面向同步电动机2的定子线圈7(R相、S相、T相)施加三相PWM近似正弦波形的电压，使之产生旋转磁场，驱使转子5旋转。通过该同步电动机旋转，可驱动密闭型电动压缩机C内的压缩元件3，既能在空调机中调节室内空气又能在电冰箱箱进行冷却。
各放大电路Au、Av、Aw同所述的电阻RS1～RS3一起构成检测单元。然后，该检测单元对变换器90的电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3的端电压进行检测，由放大电路Au、Av、Aw把检测出来的各电阻RS1、RS2、RS3的端电压作为输入放大后输出。然后，微计算机根据通过各个放大电路Au、Av、Aw放大、输出的检测信号，检测出同步电动机2的U相、V相、W相中流的电流，同时根据各放大电路Au、Av、Aw输出的信号计算出转子5的旋转位置。
变换器根据微计算机92算出的转子位置，通过驱动电路91控制各个开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6；于是，变换器90输出驱动波形，把规定频率的三相PWM近似正弦波形的电压，一面使相位按顺序错开，一面供给同步电动机2的三相(R相、S相、T相)，以规定的转数驱动控制同步电动机2。也就是说，微计算机检测出同步电动机2的三相(R相、S相、T相)中流的电流，检测出转子5的位置信息，以规定的转数，驱动控制同步电动机2。
以下，仅就本发明相关的变换器的保护操作进行说明。关于变换器保护，设置有作为比较单元的窗口·比较器CPu、CPv、CPw和异常保持电路。所述的各放大电路Au、Av、Aw的运算放大器AMP··的输出，分别同窗口·比较器CPu、CPv、CPw相连接。窗口·比较器CPu～CPw中任何一个，都是由开路集电极输出型的比较器CP1和比较器CP2构成的。而窗口比较器CPu～CPw各自都有比较器CP1的(-)输入端和比较器CP2的(+)输入端相连接的输入部和比较器CP1和比较器CP2的输出端相连接的输出部。
而且，各窗口·比较器CPu～CPw的比较器CP1的(+)输入端连接到基准电源Vref2，同时比较器CP2的(-)输入端接到基准电源Vref3，窗口·比较器CPu～CPw根据这两个基准电源Vref2、基准电源Vref3设定阈值。
而各个窗口·比较器CPu、CPv、CPw的输出部分互相连接，通过由电阻R1、R2和电容器C构成的时间常数电路93与异常保持电路94相连接。Vcc2是该异常保持电路94的时间常数电路93的电源，异常保持电路94的输出与微计算机92和驱动电路91相连接。并且，该微计算机92、驱动电路91构成本发明里的保护单元。而且，时间常数电路93是防止因各个开关器件Tr1～Tr6的导通/关断切换时发生的微秒(μs)级的瞬间过电流而使异常保持电路完成响应的电路。
以下，说明操作。同步电动机2运行，在电阻RS1里-流过电流Iu，构成检测单元的电阻RS1的两端产生电流Iu×电阻RS1的电压，由放大电路Au放大。同样，电阻RS2、RS1上的电压也由放大电路Av、Aw进行放大。可把这时放大的电路Au、Av、Aw的输出VAu、VAv、VAw用以下的表达式表示。
并且，假设电阻Ra1＝Ra2＝Ra、电阻Rb1＝Rb2＝Rb。
VAu＝-(Rb/Ra)(Iu×RS1)+Vref1(1)同样，放大电路Av的输出VAvVAv＝-(Rb/Ra)(Iv×RS2)+Vref1(2)而且，放大电路Aw的输出VAwVAw＝-(Rb+/Ra)(Iw×RS3)+Vref1(3)这些放大电路Au、Av、Aw的输出VAu、VAv、VAw分别作为各个窗口·比较器CPu、CPv、CPw的输入部分的输入信号。
以下，以实例说明窗口·比较器CPu的操作。窗口·比较器CPu如前所述，它是由开路集电极输出型比较器CP1和比较器CP2构成的。把比较器CP1的(+)输入端(非反向输入端)上施加的电压设为Vref2，把CP2的(-)输入端上施加的电压设为Vref3，把Vref3＜Vref1＜Vref2设为(4)把(Vref1-Vref3)＝(Vref2-Vref1)设为 (5)这时，VAu、Vref2、Vref3和CPu输出之间的关系如下，当Vref3＜VAu＜Vref2时，则CPu输出为高；而且，当Vref3＞VAu或VAu＞Vref2时，则CPu输出变成低电平。
根据上述的(1)式的关系，电流Iu的绝对值在一定值(预先设定的设定值)以内时，窗口·比较器CPu的输出部分变成高；当电流Iu的绝对值超过一定值(预先设定的设定值)时，则窗口·比较器CPu输出部分变成低电平。并且，CPv、CPw也是进行同样的操作。
然后，各个窗口·比较器CPu、CPv、CPw的输出全部连接起来后，输入给时间常数电路93，同时，时间常数电路93的输出输入给异常保持电路94。当流经输入的电阻RS1、RS2、RS3的电流Iu、Iv、Iw的绝对值全部都在设定值以内时，异常保持电路94的输入信号变成高电平；当电流Iu、Iv、Iw中的任何一个的绝对值以数微秒μs之久一超过设定值时，则异常保持电路94的输入信号变成低电平。并且，当异常保持电路94的输入为高电平时，则使驱动电路91输出正常工作信号。
变换器90根据通过微计算机算出的转子5的位置，通过驱动电路91驱动各个开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6，把规定的频率的三相PWM近似正弦波形的电压一面使相位按顺序错开，一面施加在同步电动机2的三相(R相、S相、T相)上，以规定的转数驱动同步电动机2。然后，即使是异常保持电路94的输入一度变成低电平时，也把使驱动电路91停止的信号输出给驱动电路91，于是驱动电路91保持停止状态。因此，驱动电路根与微计算机的控制信号无关在停止进行所有开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6的驱动和停止进行同步电动机2的驱动。
也就是说，在异常保持电路94当电流Iu、Iv、Iw中任何一个电流以数μs之久的时间里超过预先设定的设定值时，停止各个开关器件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6的驱动，保持停止状态。这种关系在图9里已示出该图中的“+A”、“-A”范围以内是同步电动机2变成高温时转子5里设置的稀土类元素永久磁铁45不去磁的预先设定的规定电流值，把这个范围作为正常水平，把该范围以外作为保护水平；而且，图9的(A)乃至(F)是表示因IM在某种原因下同步电动机2的U相电流从正常水平达到保护水平“-A”时的波形。
图9中的(A)是对同步电动机2的U相电流IMU把流入同步电动机2里的电流方向作为+方向。而且，图9中的(B)是表示在电阻RS1中流的电流Iu，把从开关器件Tr4流入电阻RS1里的电流方向作为+方向。并且，图9中的C表示开关器件Tr4的导通/关断状况。再者，正方向电流在开关器件Tr4里流动，负方向电流在开关器件Tr4中内置的回流二极管里流动。而且，开关器件Tr4关断期间，开关器件Tr1已导通，开关器件Tr4中无电流流过。开关器件Tr4导通期间，|IMU|＝|Iu|。
图9中的(D)表示出放大电路Au的输出电压和基准电源Vref1、Vref2、Vref3之间的关系。当IMU＝OA时，放大电路Au的输出电压是等于Vref1。而且，电阻RS1里的电流IMU达到保护水平“+A”时，则设定放大电路的输出电压变为基准电源Vref3那样的常数；电阻RS1的电流IMU接近保护水平“-A”时，则设定放大电路的输出电压变为基准电源Vref2那样的常数。另外，图9中的(E)是窗口·比较器CPu的输出，图9的(F)表示异常保持电路94的输出。
然后，由于某种原因，IMU的电流值达到图9中的“-A”时，放大电路Au的输出电压降低到Vref3(图9的D)。放大电路Au的输出电压一低到基准电源Vref3之值时，窗口·比较器CPu的输出由高电平转到低电平，并且输入到时间常数电路93。于是，输入到时间常数电路93的窗口·比较器CPu的输出(低电平，异常输出)一直持续到由预定的时间常数电路93所决定的时间微秒(us)以上(图9的(E))时，则异常保持电路94的输出变成低电平(图9(F))，既把规定的信号输出给驱动电路91，又把输出异常信号输出给微计算机。因此，停止全部的开关器件Tr1～Tr6的驱动。
并且，图9未示出，IMU电流一达到“+”，如前所述的一样，放大电路Au的输出电压增长到Vref2。放大电路Au的输出电压一增长到基准电源Vref2之值，窗口·比较器CPu的输出电平由高电平翻转低电平，输出规定的信号，它作为时间常数电路93的输入。而输入到时间常数电路93里的窗口·比较器CPu的输出(低电平)，一持续到由时间常数电路预先决定的时间数μs以上时，异常保持电路94的输出就变成低(异常)，停止驱动电路91工作，微计算机输出异常信号。因此，停止全部开关器件Tr1～Tr6工作。再者，V相或W相的同步电动机2的电流也同样，启动过流保护，可防各个开关器件和同步电动机2的损伤之患于未然。
另外，对于转子5里设置有永久磁铁的同步电动机2或转子里备有笼型的2次导体的同步感应电动机(图未示出)的情况，电阻RS1中的电流Iu、电阻RS2里的电流Iv、电阻RS3里的电流设定应按照如下原则选择在永久磁铁43的退磁极限电流以下或者开关器件Tr1乃至Tr6的故障电流以下的二者中那个小的电流值作为设定值。因此，能实现电动机的保护和开关器件Tr1乃至Tr6的保护。并且，电动机为感应电动机的情况下，把电阻RS1里的电流Iu、电阻RS2里的电流Iv、电阻RS3里的电流Iw设定在开关器件Tr1乃至Tr6的故障电流值之下，以便实现开关器件Tr1乃至Tr6的保护。根据这些原则，才可能实现电动机内置的永久磁铁45的退磁保护或防止开关器件Tr1乃至Tr6的损伤。
再者，异常保持电路94的输出变成低(异常)电平后就一直保持这种状态，将保持到从微计算机发出规定的解除指示信号开始输入时为止。然后，变换器90的输出一变成正常，通过微计算机92的解除指示信号可解除异常保持电路94的保持异常状态。并且，为了吸收噪音(干扰)，而也可以在放大电路Au、Av、Aw和窗口·比较器CPu、CPv、CPw之间，以及在放大电路Au、Av和Aw和微计算机之间，都插入高频截止·滤波器。另外，也可以使放大电路Au、Av、Aw本身具有高频区域衰减特性。此外，虽然已利用异常保持电路94对U相实现保护说明，但因V相、W相的保护也是如此，故省略说明。
这样一来，变换器保护装置具有如下两个单元把多个开关器件Tr1乃至Tr6中流通的电流分别变换成各个电压，产生检测输出的多个多个检测单元(电阻RS1、RS2、RS3)；分别输入这些检测单元的检测输出，当检测输出的绝对值超过规定的值时产生异常输出的多个比较单元(窗口·比较器CPu、CPv、CPw)。并且，当其中任何一个比较单元发生异常输出信号时，保护单元(微计算机92和驱动电路91)由于能把全部的开关器件Tr1乃至Tr6的驱动操作停止下来，不使用以往那样的高价变流器，就可以把各个开关器件Tr1乃至Tr6中流过的过电流检测出来，可在开关器件Tr1乃至Tr6破坏的电流以下时就停止开关器件Tr1乃至Tr6的驱动，从而可实现保护作用。因此，可防由过电流导致变换器损伤之患于未然。
并且，变换器90是把多对串联成一对的开关器件(Tr1和Tr4、Tr2和Tr5、Tr3和Tr6)以并联方式接在直流电源Vcc1的正极和负极之间，把各对开关器(Tr1和Tr4、Tr2和Tr5、Tr3和Tr6)的中间连接点作为输出端，将直流转换交流；与此同时，各个检测单元(电阻RS1、RS2、RS3和各个放大电路Au、Av、Aw)，把接在负极侧的开关器件Tr4、Tr5、Tr6中流的电流分别变换成各个电压，产生出检测输出；由于这种缘故，隔离放大器等隔离单元变成不必要。因此，能够正确地检测电流。
另外，由时间常数电路93和异常保持电路94以及驱动电路91构成的保护单元，当从窗口·比较器CPu、CPv、CPw产生出持续一定期间异常输出(信号)时，因为是能使开关器件Tr1乃至Tr6的驱动(操作)停止的结构，所以可防由于持续发生异常输出致使变换器90完全损坏的不适之患于未然，因此，保护单元在发生短时间的异常输出时，也不停止开关器件Tr1乃至Tr6的驱动，使变换器90能够进行驱动操作。
并且，由时间常数电路93、异常保持电路94和微计算机和驱动电路91构成的保护单元，当停止对开关器件Tr1乃至Tr6的驱动时，由于规定的解除指示出现以前一直保持停止状态，而可防变换器的更严重异常输出于未然。因此，可以确实防止同步电机2或变换器90的破坏。
另外，由于各检测单元(电阻RS1、RS2、RS3)的检测输出(信号)和将其放大的各放大电路(Au、Av、Aw)的输出是把由变换器驱动的同步电动机2的状态作为检测它的信息的，所以可把该信息用于同步电动机2的转子5位置检测和同步电动机2里流的异常电流的检测。因此，既能进行正确的电流检测又可在同步电动机2中流动异常电流时，在精确的异常电流下，停止对同步电动机2的驱动；由于这种缘故，就可能在开关器件Tr1乃至Tr6和同步电动机2遭破坏或损伤之前获得确实的保护。
再者，在本发明实施的具体实例中，把电动机作为同步电动机应用在变换器保护装置中，但绝不限于此种电动机；即使把本发明的变换器装保护装适用于下述的电动机也是有效的把转子通过在其磁轭和其磁轭周围处进行模铸形成有笼型2次导体的转子，这样构成的同步感应电动机或是感应电动机之类电动机。
正如以上所述，根据本发明，在由在直流电源的正、负极之间连接多个开关器件构成的变换器中，因为具备下述单元把所述的开关器件里流的电流分别转换成各个电压，产生检测输出的多个检测单元；把各个检测单元的所述检测输出分别作为各个的输入，当所述的检测输出的绝对值超过规定之值时产生出异常输出的多个比较单元；当某一个所述的比较单元产生所述的异常输出时，停止全部的所述的开关器件的驱动；所以，不使用例如像以往那样的高价变流器，同样能监视开关器件中流的过电流，在开关器遭到完成破坏的电流值以下就已经停止对开关器件的驱动，从而可实现保护。
另外，因为能够不使用变流器就能检测出各对开关器件里流的电流，也不必像以往那样用微计算机算出未插入变流器的相里的电流之类的麻烦事等，总之是谋求削减生产成本。
根据本发明的第2方面，是以上述的发明为基础，因为所述的变换器是由把串联成一对的所述开关器件共计多对并联在直流电源的正、负极之间而构成的，把所述的各对开关器件的中间连接点作为输出从而把直流变换成交流，与此同时，所述的各检测单元是把接在负极的所述各对开关器件中流的电流分别变换成各个电压从而产生出检测输出结果，所以检测正极侧的开关器件中流的电流时所必要的隔离放大器等，现都不再需要了。
根据本发明的第3方面，是以上述各发明为基础，因为所述的保护单元在从所述的比较单元获得的异常输出(信号)持续存在一定时间的情况下，已使所述的开关器件驱动操作停止下来，所以由开关器件的导通/关断而引起的瞬时尖峰状电流不能使它动作，可防通过持续发生的异常电流导致损伤变换器之患于未然。因此，这是一种实现非常稳定地变换器驱动的变换器保护装置。
根据本发明的第4方面，是以上述的各发明为基础，因为当停止所述的开关器件的驱动操作时，所述的保护单元使停止状态一直保持到到规定的解除指示出现以前，所以即使由噪声引起误操作时也能防变换器破坏之患于未然。
根据本发明的第5方面，是以上述的各发明为基础，因为所述的各检测单元的检测输出作为检测由所述的变换器驱动的电动机状态的检测信息，所以可以把检测信息兼用于电动机的转子位置的推定等。因此，可能以更廉价方式实现变换器保护。
更进一步，根据本发明的第6方面，是以本发明的第5方面为基础，因为是转子里有永久磁铁的同步电动机，所以在转子里设置的永久磁铁完成去磁的电流以下时，就能停止变换器的驱动操作。因此，例如，同步电动机在高温下运行，由于某种原因引起异常电流流动，可防在转子里设置的永久磁铁完成退磁的不适之患于未然。
并且，根据本发明的第7方面，是以本发明第5方面为基础，因为所述的电动机是转子里有永久磁铁的同步感应电动机，同样，在转子里设置的永久磁铁完成退磁的电流(值)以下时，就能停止变换器的驱动操作。因此，例如，同步(感应)电动机在高温下运行，可防由于某种原因导致异常电流出现致使设在转子里的稀土类永久磁铁完成去磁的不适之患于未然。
根据本发明的第8方面，是以本发明的第5方面为基础，因为所述的电动机是感应电动机，可防止因感应电动机里流过异常电流而烧坏线圈。
权利要求
1.一种变换器保护装置，所述的变换器是由在直流电源的正极与负极之间连接多个开关器件而构成的，其特征在于，包括把所述的多个开关器件里流的电流分别变换成各个电压、产生出检测输出的多个检测单元；把各个检测单元的所述的检测输出分别作为输入、当所述的检测输出的绝对值超过规定的值时产生出异常输出的多个比较单元；当任何一个所述的比较单元产生出异常输出时就停止全部的所述的开关器件的驱动的保护单元。
2.一种如权利要求1所述的变换器保护装置，其特征在于所述的变换器是由把串联成一对的所述的开关器件，用多对并联连接在所述的直流电源的正极与负极之间而构成的，把所述各对开关器件的中间连接点作为输出，从而把直流变换成交流，与此同时，所述各个检测单元把在接在负极侧的所述的各对开关器中流的电流分别变换成各个电压，产生出检测输出。
3.一种如权利要求1或2所述的变换器保护装置，其特征在于所述的保护单元，当从所述的比较单元产生出异常输出信号持续一定时间时，就停止所述的各开关器件的驱动。
4.一种如权利要求1、2或3所述的变换器保护装置，其特征在于所述的保护单元，当已停止所述的开关器件的驱动操作时，在规定的解除指示未出现以前一直保持停止状态。
5.一种如权利要求1、2、3或4所述的变换器保护装置，其特征在于所述的各个检测单元的检测输出是检测由所述的变换器驱动的电动机状态的信息。
6.一种如权利要求5所述的变换器保护装置，其特征在于所述的电动机是在转子上有永久磁铁的同步电动机。
7.一种如权利要求5所述的变换器保护装置，其特征在于所述的电动机是在转子上有永久磁铁的同步感应电动机。
8.一种如权利要求5所述的变换器保护装置，其特征在于所述的电动机是感应电动机。
全文摘要
本发明提供一种能可靠且廉价地实施的变换器过电流保护的保护装置;设置一种由在直流电源(Vccl)的正极和负极之间连接多个开关器件构成的变换器保护装置;设置把多个开关器件里流的电流分别变换成各个电压、产生检测输出的多个检测单元(电阻RS1、RS2、RS3和各个放大电路Au、Av、Aw);设置分别输入检测单元的检测输出、当检测输出的绝对值超出规定的值时产生出异常输出的多个比较单元(窗口·比较器CPu、CPv、CPw);设置当其中任何一个比较单元发生异常输出时就停止全部的开关器件(Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6)的驱动操作的保护单元。
文档编号H02H7/085GK1383245SQ01142520
公开日2002年12月4日 申请日期2001年11月30日 优先权日2001年4月23日
发明者加藤秀明, 小川高志, 野本哲男, 伊泽雄一 申请人:三洋电机株式会社