专利名称：马达控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及马达控制器(motorcontroller)，更特别地，涉及在马达减速过 程中在电容器中累积电能、以及在马达加速过程中提供在电容器中累积的电能 的马达控制器。
背景技术：
已知一种包括马达控制器的驱动设备，该马达控制器包括变换器，用于 接收交流电压以及对该交流电压执行交流到直流的变换；逆变器，用于接收直 流电压并且对该直流电压执行直流到交流的变换；以及电容器和充电/放电控 制电路，其与变换器和逆变器之间的直流链路并行连接。在充电/放电控制电 路的控制下，将电能充电到电容器，并且将电容器中累积的电能放电。
在JP2000-141440A中公开的这类驱动设备中，当电容器两端的电压等于 或高于直流链路(link)的直流链路电压时，从电容器向直流链路提供电能。 图25a和25b表示在现有技术的马达控制器中马达速度、直流链路电压和电容 器电压之间的关系。
当电容器电压等于或大于直流链路的直流链路电压时，操作上述现有马达 控制器，以从电容器向直流链路提供电能。当电容器电压低于直流链路电压时， 不能从电压向直流链路提供电能。
使用现有技术的马达控制器，如图25a和25b所示，电容器最高仅能被放 电至直流链路电压。由此，能够由电容器放电的能量是较小的。当电容器电压 和直流链路电压之间的差异变小的时候，电流供给对负载变化的响应恶化。
发明内容
本发明4是供了 一种马达控制器，该马达控制器能够有效地利用在电容器中 累积的电能，并且获得电容器的容量的减少。
本发明的马达控制器包括变换器，将输入的交流电变换为直流电；逆变 器，将从所述交流电变换来的直流电逆变成交流电；直流链路，连接所述变换器和所述逆变器；以及电容器和充电/放电控制电路，它们与所述直流链路并
行连接，使得电能通过充电/放电控制电路从所述直流链路提供至所述电容器， 以及从所述电容器提供至所述直流链路，其中所述充电/放电控制电路包括放
电电路，其执行升高所述电容器的电压的升压(step-up)操作，同时对所述电 容器中充电的电能进行放电。
放电电路执行降低所述电容器的电压的降压操作，同时对充入所述电容器 中的电能进行放电。
马达控制器进一步包括第一切换装置，基于所述电容器的电压和所述直流 链路的电压之间的比较结果来切换放电电路的操作，使得当所述电容器的电压 高于所述直流链路的电压时，执行降压操作，以及当所述电容器的电压低于所 述直流链路的电压时，执行升压操作。
马达控制器进一步包括第二切换装置，基于所述电容器的电压和所述直流 链路的电压之间的比较结果来切换放电电路的操作，使得当所述电容器的电压 高于所述直流链路的电压和预定电压之和时，执行降压操作，以及当所述电容 器的电压低于所述直流链路的电压和所述预定电压之和时，执行升压操作。
当在降压操作过程中从所述电容器流出的放电电流减小到给定值或更小 时，可以将降压操作切换到升压操作。
马达控制器进一步包括具有滞后作用的比较器，其比较指令值和流过所述 充电/放电控制电路的电流，其中根据所述比较器的输出来控制用于控制流过 所述充电/放电控制电路的电流的切换元件，使得流过所述充电"文电控制电路 的电流跟随(follow)前述指令值。
根据所述电容器的电压和所述直流链路的电压来校正指令值，使得在升压 操作过程中从所述充电/放电控制电路提供至所述逆变器的电流的平均值跟随 指令值。
根据所述电容器的电压和所述直流链路的电压的反比来校正指令值。 当所述电容器的电压减小到预定电压或更小时，终止充入所述电容器中的 电能的放电。
马达控制器进一步包括通知装置，该通知装置将所述电容器的电压已降低 到预定电压这一情况通知外部装置。将上述预定电压被确定为从所述直流链路的电压中减去给定值而获得的 电压。
通过从所述直流链路的经所述变换器从交流电变换为直流电而得到的电 压中减去给定值而得到的电压来确定预定电压。
当所述电容器的电压低于所述直流链路的电压，并且所述逆变器处于再生 状态时，从所述直流链路向要充电的所述电容器提供电能，同时将流入所述电 容器的充电电流限制为预定值或更低。
用于限制充电电流的预定值被设置为输入到所述变换器的电流的限制值 和来自所述逆变器的再生电流之和。
马达控制器进一步包括具有滞后作用的比较器，比较流过所述充电/放电 控制电路的电流值和限制值，其中根据所述比较器的输出来控制用于控制流过 所述充电"丈电控制电i 各的电流的切换元件，以限制流入所述电容器的充电电 流0
根据PWM指令来控制用于控制流过所述充电/放电控制电路的电流的切 换元件，使得流入所述电容器的充电电流跟随所述预定的限制值，所述PWM 指令是基于使用流过所述充电/放电控制电路的电流值和预定的限制值进行算 术运算而得到的结果产生的。
根据本发明，即使电容器的电压低于直流链路的直流链路电压，也可以从 电容器向直流链i^^是供电能，由此可以有效地利用电容器中累积的电容，并且 可以使得电容器的电容量小。
图1是表示本发明的马达控制器的实施例的关键部分的框图； 图2是表示本发明的马达控制器中使用的实例充电/放电控制电路的视图； 图3是描述图2中的充电/放电控制电路的第一放电操作的视图； 图4是描述图2中的充电/放电控制电路的第二放电操作的视图； 图5是描述图2中的充电/放电控制电路的充电操作的视图； 图6a和6b是表示本发明的马达控制器中马达速度、直流链路电压和电容 器电压之间的关系的视图7a和7b是描述本发明的第一实施例的视图，其中自动执行降压(step-down)操作和升压(step-up)操作之间的切换；
图8a和8b是描述本发明的第二实施例的视图，其中自动执行降压操作和 升压操作之间的切换；
图9是描述本发明的第三实施例的视图，其中自动执行降压操作和升压操 作之间的切换；
图10a和10b是用于描述本发明的第四实施例的视图，其中通过使用具有 滞后作用的比较器来控制图2中的充电/放电控制电路；
图11是表用于描述本发明的第五实施例的视图，其中控制在升压操作(第 二放电操作)中从充电/放电控制电路向逆变器提供的平均电流值，使其与电 流指令值相同；
图12a和12b是用于描述参考图ll描述的第二放电操作中的电流的视图13a到13c是用于描述本发明的第六实施例的视图，其中电流指令值被 校正；
图14a和14b是用于描述本发明的第七实施例的视图，其中当电容器电压 通过放电被减少到预定电压或更低时，完成力文电；
图15是用于描述本发明的第九实施例的视图，其中要完成放电的预定电 压等于通过从直流链路电压中减去给定值而确定的电压；
图16是用于描述本发明的第十实施例的视图，其中使得要完成放电的预 定电压等于通过从直流链路电压中减去给定植而确定的电压，该电压是通过变 换器进行的输入交流电压的交流到直流的变换而得到的；
图17是表示本发明中逆变器的电容器电压和直流链路电压之间的比率等 于从电容器提供的电流的开/关比率的视闺18a到18c是用于说明本发明的第十一实施例的视图，其中当电容器电 压低于直流链路电压时，执行充电操作，并且充电电流被限制为预定值或更低；
图19是表示本发明的第十二实施例的视图，其中当检测到由马达减速生 成再生能量(电流)时，使得提供给电容器的充电电流的限制值为大；
图20是用于描述本发明的十三实施例的视图，其中通过使用具有滞后作 用的比较器来将流过充电电流的电流值和流过充电/放电控制电路的电流的限 制值相比较，并且根据来自比较器的输出来控制用于控制流过充电/放电控制电路的电流的滞后元件，以将流过充电/放电控制电路的电流的值限制为该限
制值；
图21a和21b是用于描述通过滞后比较器来比较由第二电流传感器(CT2 ) 检测的值和指令值，并且根据比较结果来对SW2的开和关进行切换控制的视 图22a和22b是表示滞后控制的视图23a和23b是用于描述本发明的第十四实施例的视图，其中产生PWM
指令，并且控制切换元件； ，
图24a和24b是用于描述在本发明中生成PWM指令的视图；以及
图25a和25b是表示在现有技术的马达控制器中马达速度、直流链路电压
以及电容器电压之间的关系的视图。
具体实施例方式
图l表示本发明的马达控制器的实施例的关键部分的框图。如图l所示， 采用从电源(三相电源)向其提供交流电压的马达控制器1。变换器2用于将 交流电压变换为直流电压。逆变器3用于将直流电压变换为可变电压和可变频 率的交流电，以及用于将该交流电提供给马达4。
与变换器2和逆变器3并行连接并且在二者之间的平滑(smoothing)电 容器6用于平滑变换器2变换得到的直流电压，并且用于将平滑后的直流电压 输入到逆变器3。将变换器2电连接至逆变器的连接部被称为直流链路。
变换器2包括由例如晶体管的执行元件(power element)组成的桥电^各， 以及与执行元件反向并行连接的二极管。通过变换器2，在电运行时由六个二 极管对三相交流电进行全波整流，并且操作该六个执行元件以在电再生过程中
将再生电转移到电源。
逆变器3包括由例如晶体管的执行元件(power element)组成的桥电路，
以及与执行元件反向并行连接的二极管。逆变器控制电路5控制执行元件的开
/关，由此将通过变换器2变换产生的直流电压变换为交流电压，并且将得到
的交流电提供至马达4。
第一电流传感器CT1 ( 9 )用于测量流入逆变器3的电流值。
电容器7通过充电/放电控制电路8与直流链路的平滑电容器6并行连接。在充电/放电控制电路8的控制下，电容器7将电能提供给逆变器3，并且通过 从马达4提供的再生电能来充电。参考图2描述充电/放电控制电路8的细节。 图2表示在框图中的根据本发明的实施例的实例充电/;^丈电控制电路8的 关键部分。如图1中的马达控制器的实施例中所描述的那样，充电/放电控制 电路8与马达控制器1的直流链路并行连接。充电/放电控制电路8与电容器7 连接，电容器7被用于以从马达4提供的再生电能进行充电。充电/放电控制 电路8包括作为第二电流传感器的CT2 (20)、电压传感器25a和25b、直流 电抗器21、作为放电控制开关的SW1 (22)、作为充电控制开关的SW2(23 )、 作为升压开关的SW4(24)、以及二极管26a、 26b、 26c和27。开关SW1(22)、 SW2 ( 23 )和SW4 ( 24 )每个由例如IGBT等实现。电压传感器25a检测作为 直流链路的电压的直流链路电压Vdc，并且电压传感器25b检测电容器7的电 容器电压Vc。 CT2 (20)或第二电流传感器检测充电/;^文电控制电路8的充电
和放电电流o
下面参考图3和4来描述在图2中的充电/放电控制电路8的控制下执行 的电容器7的放电操作，该放电操作被划分为第一和第二放电操作。图3示出 了第一放电操作，以及图4示出了第二放电操作。
在电流从电容器7流入直流^1路，并且电容器7的电压Vc高于该直流链 路的直流链路电压Vdc的情况下，执行第一放电操作。因此，第一放电操作 是降压操作，其中在电容器7中充电的电能被放电的同时降低电容器7的电压。
在电流从电容器7流入直流链路，并且电容器7的电压Vc低于该直流链 路的直流链路电压Vdc的情况下，执行第二放电操作。因此，第二放电操作 是升压操作，其中在电容器7中充电的电能被放电的同时升高电容器7的电压。
下面是第一放电操作(降压操作)的描述(见图3)。
当使得SW1 (22)为开(ON)，并且SW2 (23)和SW4 (24)保持为关 (OFF )状态的时候，电流沿着Wl所示的路径从电容器7向直流链路流动。 此时，；改电电流增大。
当SW1 (22)为关时，由于在直流电抗器21中累积的磁能(电能)的出 现，电流流入二极管27。此时，放电电流减小。
当SW1 (22)为开时，从电容器7流出的放电电流增大。当SW1 (22)为关时，；改电电流减小。由此，可以通过控制》丈电控制开关SW1 (22)的开 和关来控制从电容器7流出的放电电流。
下面是第二放电操作(升压操作)的描述(见图4)。
当使得SW1 (22)和SW4 (24)为开，并且SW2 (23)保持为关状态的 时候，电流沿着W2所示的路径从电容器7向直流电抗器21流动。此时，放 电电流增大。
当SW4 (24)为关并且SW1 (22)为开时，由于在直流电抗器21中累积 的磁能(电能)的出现，电流沿着W3所示的累积流到直流链路。此时，放电 电流减小。
当SW4 (24)为开并且SW1 (22)为开时，从电容器7流出的力文电电流 增大。当SW4 (24)为关时，放电电流减小。换句话说，可以通过在保持》文 电控制开关SW1 (22)为开时控制升压开关SW4 (24)的开和关来控制>^人电 容器7流出的》丈电电流。
下面描述充电操作。
参考图5描述充电/放电控制电路8对电容器7进行充电的操作。在下文 中，对于电流从直流链路流入电容器7的情况，即，电容器7的电压Vc低于 直流链路的直流链路电压Vdc的情况，描述充电操作。
当SW2 (23)为开，并且SW1 (22)和SW4 (24)保持关状态时，充电 电流沿着W4所示的路径流入电容器7 (见图5)。此时，充电电流增大。
当SW2 (23)为关时，由于在直流电抗器21中积累的^兹能(电能)的存 在，电流沿着路径W5 (见图5)流入二极管26b。此时，充电电流减小。
可以通过控制充电控制开关SW2 (23)的开和关来控制提供给电容器7 的充电电流。此时SW1和SW4处于关状态。
参考图6a和6b给出以下操作的描述通过图2的充电/放电控制电路8 能够将电能从电容器7提供至直流链路，而不管电容器7的电容器电压Vc是 等于或高于直流链路的直流链路电压Vdc,或者低于直流链路电压Vdc。
图6a和6b表示马达控制器1中的马达速度、直流链路电压Vdc、电容器 电压Vc、降压操作(第一放电操作)以及升压操作(第二放电操作)之间的 关系。图6a表示由马达控制器1驱动控制的马达的加速和减速。图6b表示在图6a的马达加速和减速过程中直流链路电压Vdc和电容器电压Vc之间的关 系。
当电容器7的电压Vc高于直流链路的电压Vdc时，通过降压操作(第一 放电操作)来执行从电容器7到直流链路的放电。
即使当电容器7的电容器电压Vc变得等于或低于直流链路的直流链路电 压Vdc时，通过图6b所示的升压操作(第二放电操作)来继续从电容器7到 直流链路的电能提供。由此，与现有技术相比，电能提供多了由升压操作从电 容器7到直流链路的电能提供量。
换句话说，与现有技术相比，提供相同再生电能所需的电容器的电容可以 减小。
在图6b中，Q1和Q2表示放电能量，但是因为图6b是简单表示电压和 时间之间的关系的曲线，所以Ql和Q2不直接表示电能。然而，可以根据曲 线中所示的电压和时间之间的关系来计算电能的量。
图7a和7b表示本发明的实施例(第一实施例)，其中自动执行降压操作 和升压操作(第一和第二放电操作)之间的切换。在图1和2所示的本发明的 实施例的马达控制器l和充电/放电控制电路8中提供有电压传感器25a和25b， 该电压传感器25a和25b是用于测量直流链路的直流链路电压Vdc和电容器7 的电容器电压Vc的电压测量装置。电容器7的电压Vc和直流链路电压Vdc 被测量，并且彼此比较。执行自动切换，使得当电容器7的电压值Vc高于直 流链路的直流链路电压Vdc时，执行降压操作(见图3 ),以及当电容器7的 电压值Vc低于直流链路的直流链路电压Vdc时，执行升压操作(见图4 )。在 图7b中，在降压操作和升压操作之间的切换点P处发生从降压操作到升压操 作的转换。
图8a和8b用于描述本发明的实施例(第二实施例)，其中自动执行降压 操作和升压操作(第一和第二放电操作)之间的切换。具体地，将连接到充电 /放电控制电路8的电容器7的电压值Vc与直流链路的直流链路电压Vdc相比 较，并执行自动切换。详细地，当电容器7的电压值Vc高于直流链路的直流 链路电压Vdc和预定电压之和时，切换至降压操作(第一放电操作)(见图3 )。 另 一方面，当电容器7的电压值Vc低于直流链路的直流链路电压Vdc和该预定电压之和时，切换至升压操作(见图4)，以避免放电电流的减少和电流控 制中的恶化响应，这是当在降压操作中这些电压值之间的差变小时引起的。在
图8b中示出，在P2处，即，当电容器电压Vc高于直流链路的直流链路电压 Vdc时，进行从降压操作到升压操作的切换。
图9用于描述本发明的实施例(第三实施例)，其中自动执行降压操作和 升压操作(第一和第二放电操作)之间的切换。当在降压操作中从电容器7 流出的放电电流等于或小于给定值时，自动切换到升压操作，以避免放电电流 的減小和电流控制中的恶化的响应，这是由于在降压操作过程中从电容器7 流出的放电电流和给定值之差变小时引起的。如图9所示，根据来自电容器7 的放电电流的大小来确定从降压操作到升压操作进行切换的时机P3。
图10a和10b描述本发明的实施例(第四实施例)，其中使用具有滞后作 用的比较器来控制图2中的充电/放电控制电路8。为了使得流过充电/放电控 制电路8 (见图2)的电流值与电流指令值相同，使用比较器，该比4交器具有 电流指令值和流过充电/放电控制电路8的电流值之间的滞后特性，并且根据 比较器的输出来控制切换元件，该切换元件用于控制充电/放电控制电路8的 电流。
在降压操作(第一放电操作)中，根据比较器的输出来切换放电控制开关 SW1 ( 22 )的开/关，由此执行从电容器7到直流链路的放电。此时，SW2 ( 23 ) 和SW4 (24)处于关状态。在升压操作(第二放电操作)中，根据比较器的 输出来切换升压开关SW4 (24)的开/关，由此执行从电容器7到直流链路的 放电。此时，SW1处于开状态，并且SW2 (23)处于关状态。如图10b所示， 根据比较器的滞后特性来控制SW1 (22)和SW4 (24)的开/关。
因为SW4 (24)的切换模式是基于由充电/放电控制电路8 (见图2)的第 二电流传感器(CT2)检测的电流值来定义的，所以在每次执行切换时，电容 器7的电压降低，这使得根据电流指令来引起电流流动变得逐渐困难。
图11描述实施例(第五实施例)，其中在升压操作(第二放电操作)(见 图4)中控制从充电/放电控制电路8向逆变器3提供的平均电流值，以使得该 平均电流值与电流指令值一致。详细地，根据连接至充电/放电控制电路8的 电容器7的电压Vc和直流链路的电压Vdc来校正电流指令值。下面将参考图13a到13c来描述如何校正电流指令值。
术语"平均电流值"表示在第二放电操作中沿着路径W3从电容器7流出 的电流的平均电流值(见图12b )。通过重复SW4 (24)的开和关来控制来自 电容器7的放电电流。当SW4 (24)是开时，沿着路径W3流动的电流为0。 由此，沿着路径W3流动的电流具有如图12b所示的波形。换句话说，平均电 流值表示通过平均沿着5^径W3流动的电流而获得的值。
图13a到13c用于描述如何校正电流指令值。图13b中的术语"指令值" 表示电流指令值。图13b和13c表示用于升压开关SW4 (24)的开/关控制信 号、由第二电流传感器(CT2) 20检测的电流值，以及在图13a的升压操作中 的电流指令值之间的关系。
如图13b所示，将原始指令值(原始电流指令值)校正为校正后的指令值 (校正后电流指令值)。通过以这种方式根据直流链路的电压Vdc和电容器7 的电容器电压Vc来校正电流值，可以如原始预期的那样从电容器7输出电流。
为了校正电流指令值，使用连接至充电/放电控制电路8的电容器7的电 容器电压Vc和直流链路的直流链路电压Vdc的反比，或者使用可选的近似表 示，由此随着电容器7的电容器电压Vc中放电所导致的减小来增加用于电流 指令值的校正值(第六实施例)。在图13b所示的曲线中，表示如何校正电流 指令值，由于原始和校正后的电流指令值之间的增加的偏差，随着时间的流逝 增大校正量。
在升压操作(第二放电操作)中，即，当电容器7的电容器电压Vc小于 直流链路的直流链路电压Vdc时(Vc<Vdc),如果尝试使得图2中的充电/放 电控制电路8的第二电流传感器(CT2) 20检测的电流值跟随(follow)电流 指令值I，则实际上输出给直流链路的电流lout理论上变得等于lx (Vc/Vdc) 的值。由此，电流lout变得小于原始电流指令值I (因为存在Vc/Vdc<l的关 系)。为了避免这样，电流Iout乘以(Vdc/Vc)的值或其近似值，由此校正原 始电流指令值I，使得实际电流值lout变得接近于电流指令值I。
图14a和14b用于描述本发明的实施例(第七实施例)，其中当电容器电 压通过放电减少到预定电压或更低时，完成放电。
即使通过图2中的放电控制电路8的操作，电容器7的电压Vc变得低于直流链路的直流链路电压Vdc，电容器7还能够向直流链路提供电能。然而， 随着电容器7的电压Vc的降低，不可能提供期望的电能，并且充电/放电控制 电路8的切换元件SW1 (22)、 SW2 (23)和SW4 (24)的切换频率变高，导 致切换元件SW1、SW2和SW4的大的损耗，这将引起温度过度升高的可能性。 由此，完成》文电。在图14a和14b的例子中示出，当电容器7的电压Vc降低 到中止电容器放电的电平时，停止电容器7的放电，这在图14b中示出。
当在放电过程中电容器7的电压Vc降低到预定电压时，可以将这样的状 态通知给外部设备(第八实施例)。如前所述，可以通过电压传感器25b检测 电容器7的电压Vc。由此，可以安排将电压传感器25b检测到的电压信号显 示在未示出的显示单元上。结果，指示从电容器7没有提供充分的能量，并且 采取对策以防止电压降，例如停止机器的操作或降低机器的输出。也可以容易 地确定必须采取一些其他的对策，例如增加电容器7的电容。
图15描述本发明的实施例(第九实施例)，其中通过从直流链路的电压 Vdc中减去给定值来确定要完成放电的预定电压。在图15中，要完成电容器 7的放电时的预定电压等于通过从直流链路的直流链路电压Vdc中减去给定值 (△V)而获得的电压。
图16描述本发明的实施例(第十实施例)，其中通过从直流链路的电压中 减去给定值来确定要完成放电时的预定电压，其中直流链路电压是通过变换器 2将入交流电压进行交流电到直流电变换而得到的。
如图15或16所示，通过设置要完成电容器7的放电时的电压Vc，可以
获得以下优点。
在升压操作中提供的电流量根据直流链路的直流链路电压Vdc和电容器7 的电容器电压Vc的变化而变化。由于在电压的变化范围中4是供的电流量是不 同的，如果要完成放电的预定电压是固定值，不能设定恰当的放电终止电压。 另 一方面，如果基于直流链路的直流链路电压Vdc和电容器7的电压Vc的值 来设置要完成放电的预定电压，那么可能获得恰当的放电终止电压。
可以用下面的公式表示从电容器7^是供的电流(平均值)
提供的电流(平均值)
=最大电流值x [(电容器电压Vc)/(逆变器的直流链路电压Vdc)]应该注意的是，最大电流值是从电容器7向直流链路提供的放电电流的最
大值。电容器7的电容器电压Vc和直流链路的直流链路电压Vdc之间的比率 表示电流的开/关比率(见图17)。
图18a到18c描述本发明的实施例(第十一实施例)，其中当电容器7的 电压Vc低于直流链路低于Vdc时，进行充电并且充电电流被限定为预定值或 更低。
由于图2中充电/放电控制电路8的操作，即使当电容器电压Vc变得低于 直流链路电压Vdc时，电容器7也能够向直流链路提供电能。
在完成马达4的加速之后，停止升压操作，并且由此充电电流从电源流向 电容器7。此时，如果在电源电压和电容器7的电压Vdc之间存在大的电压差， 过大的电流流入电容器7，从而不利地影响电源和充电/放电控制电路8。
为了避免这样，对电容器7充电，同时控制充电电流以防止过大的电流。 使得图2中的充电/放电控制电路8的充电控制开关SW2 (23)开和关，来作 为实际的电流控制手,爻，由此可以实现电流控制。
图19描述实施例(第十二实施例)，其中检测由于马达4的减速而带来的 再生能量(电流)的产生，并且使得流向电容器7的充电电流的限制值是大的。
在完成马达4的加速时，充电电流从电容器7流向电源。在这段时间中，
有时将马达4减速，并且生成再生能量。而且在这种情况下，优选地在电容器
7中累积由马达4产生的再生能量。然而，流入电容器的电流受到限制，以限
制来自电源的充电电流。结果，从马达4提供的、并且在电容器7中累积的再
生能量的数量也受到限制。
由此，通过第一电流传感器(CT1) 9来检测来自马达4的再生电流，并
且当产生再生能量时，使得流向电容器7的充电电流的限制值为大的，由此允
许在马达4的减速过程中在电容器7中累积再生能量。
结果，可以改进能量节省的能力。可以基于流过第一电流传感器(CT1) 9的电流检测来检测在马达4的减速时再生能量的产生。
在马达4的减速过程中，在图19所示的方向上存在电流流动。根据流过 第一电流传感器(CT1 ) 9的再生电流I2的大小来佳:得流向电容器7的电流的 限制值为大。例如，使得流过电容器7的充电电流的限制值等于从电源输入的电流的限制值和来自马达4的再生电流之和。结果，电流13，即，来自电源的 充电电流Il和来自马达4的再生电流I2之和，流入电容器7，电能累积在电 容器7中。
图20描述实施例(第十三实施例)，其中使用具有滞后作用的比较器来比 较流过充电电路的电流值和限制值，并且根据比较器的输出来控制用于控制流 过充电/放电控制电路8的电流的切换元件，以将流过充电/》文电控制电路8的 充电电流值限制为该限制值。
为了使得充电/放电控制电路8 (见图2)的第二电流传感器(CT2) 20检 测的电流值与充电电流的限制值一致，通过使用滞后比较器30 (见图21a和 21b)来将检测到的电流值与限制值相比较，并且根据表示比较结果的输出来 控制SW2 (23)的开和关。
如图22a和22b所示，当检测到滞后比较器30的输出值满足关系指令 值+ a〈由电流传感器(CT2 )检测到的检测值时，将SW2 ( 23 )从H变成L (从开到关)。当检测到满足以下关系的值指令值-(3>由第二电流传感器 (CT2)检测到的检测值时，将SW2 (23)从L变成H (从关到开)。结果， 流过第二电流传感器(CT2)的电流跟随给定的指令值。
图23a和23b描述实施例(第十四实施例)，其中产生PWM指令，用于 控制切换元件。如图23a和23b所示，由算术运算(arithmetic operation )使用 指令值和由充电/放电控制电路8 (见图2)的第二电流传感器(CT2) 20检测 的电流值来确定电压指令，并且通过比较器来比较电压指令和载波，由此产生 PWM指令。根据PWM指令来使得SW2 ( 23 )开和关。如从图24a和24b理 解得出，当第二电流传感器(CT2) 20检测的电流是低时，指令值变为高，并 且PWM指令为开或者宽度上为宽的。相反地，当第二电流传感器(CT2) 20 检测的电流是高时，指令值变为低，并且PWM指令为关或者宽度上为窄的。 结果，第二电流传感器(CT2) 20检测的电流跟随指令值。
权利要求
1.一种马达控制器，包括变换器，将输入的交流电变换为直流电；逆变器，将从所述交流电变换来的直流电逆变成交流电；直流链路，连接所述变换器和所述逆变器；以及电容器和充电/放电控制电路，二者与所述直流链路并行连接，使得通过所述充电/放电控制电路将电能从所述直流链路提供至所述电容器、以及从所述电容器提供至所述直流链路，其中，所述充电/放电控制电路包括放电电路，该放电电路执行在对充入所述电容器中的电能进行放电的同时升高所述电容器的电压的升压操作。
2. 根据权利要求1所述的马达控制器，其中所述放电电路执行对充入所 述电容器中的电能进行放电的同时降低所述电容器的电压的降压操作。
3. 根据权利要求2所述的马达控制器，进一步包括第一切换装置，该第 一切换装置基于所述电容器的电压和所述直流链路的电压之间的比较结果来 切换所述放电电路的操作，使得当所述电容器的电压高于所述直流链路的电压 时，所述放电电路4丸行所述降压4乘作，以及当所述电容器的电压低于所述直流 链路的电压时，所述放电电路执行所述升压操作。
4. 根据权利要求2所述的马达控制器，进一步包括第二切换装置，该第 二切换装置基于所述电容器的电压和所述直流链路的电压之间的比较结果来 切换所述放电电路的操作，使得当所述电容器的电压高于所述直流链路的电压 和预定电压之和时，所述放电电路执行所述降压操作，以及当所述电容器的电 压低于所述直流链路的电压和所迷预定电压之和时，所述放电电路执行所述升 压操作。
5. 根据权利要求2所述的马达控制器，其中当在所述降压操作过程中从 所述电容器流出的放电电流减小到给定值或更小时，所述降压操作切换到所述 升压操作。
6. 根据权利要求1所述的马达控制器，进一步包括具有滞后作用的比较 器，该比较器比较指令值和流过所述充电/放电控制电路的电流，其中根据所 述比较器的输出来控制用于控制流过所述充电/放电控制电路的电流的切换元件，使得流过所述充电/放电控制电路的电流跟随所述指令值。
7. 根据权利要求6所述的马达控制器，其中根据所述电容器的电压和所述直流链路的电压来校正所述指令值，使得在所述升压操作过程中从所述充电 /放电控制电路提供至所述逆变器的电流的平均值跟随所述指令值。
8. 根据权利要求7所述的马达控制器，其中根据所述电容器的电压和所 述直流链路的电压的反比来校正所述指令值。
9. 根据权利要求1所述的马达控制器，其中当所述电容器的电压减小到 预定电压或更小时，终止充入所述电容器中的电能的放电。
10. 根据权利要求9所述的马达控制器，进一步包括通知装置，该通知装 置将所述电容器的电压已降低到预定电压这一情况通知外部装置。
11. 根据权利要求9所述的马达控制器，其中所述预定电压被确定为通过 从所述直流链路的电压中减去给定值而获得的电压。
12. 根据权利要求9所述的马达控制器，其中所述预定电压被确定为通过 从所述直流链路的经所述变换器从交流电变换为直流电而得到的电压中减去 给定值而得到的电压。
13. 根据权利要求1所述的马达控制器，其中当所述电容器的电压低于所 述直流链路的电压，并且所述逆变器处于再生状态时，从所述直流链路向要充 电的所述电容器提供电能，同时将流入所述电容器的充电电流限制为预定值或 更低。
14. 根据权利要求13所述的马达控制器，其中用于限制充电电流的所述 预定值被设置为输入到所述变换器的电流的限制值和来自所述逆变器的再生 电流之和。
15. 根据权利要求1所述的马达控制器，进一步包括具有滞后作用的比较 器，该比较器比较流过所述充电/放电控制电路的电流值和限制值，其中根据 所述比较器的输出来控制用于控制流过所述充电/放电控制电路的电流的切换 元件，以限制流入所述电容器的充电电流。
16. 根据权利要求1所述的马达控制器，其中根据PWM指令来控制用于 控制流过所述充电/放电控制电路的电流的切换元件，使得流入所述电容器的 充电电流跟随所述预定的限制值，所述PWM指令是基于使用流过所述充电/ 放电控制电路的电流的值和预定的限制值进行算术运算而得到的结果产生的。
全文摘要
本发明涉及马达控制器。该马达控制器能够有效地利用在电容器中累积的电能，并且获得电容器的电容的减小。马达控制器包括变换器，接收输入的交流电压，并且执行交流电到直流电的变换；逆变器，接收直流电，并且执行直流电到交流电的变换；以及与变换器和逆变器之间的直流链路并行连接的电容器和充电/放电控制电路。通过充电/放电控制电路从电容器向直流链路提供电能。充电/放电控制电路具有将电容器中累积的电能放电、并且当放电电能时使得电容器的电压升压的电路。
文档编号H02P27/06GK101540583SQ200910007400
公开日2009年9月23日 申请日期2009年2月23日 优先权日2008年3月21日
发明者八重岛守, 山田裕一, 岩下平辅, 白水雅朋, 酒井幸次郎 申请人:发那科株式会社