專利名稱：馬達驅動設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達驅動設備，尤其涉及一種在馬達減速期間存儲再生功率并在馬達加速驅動期間釋放所儲存功率的馬達驅動設備。
背景技術：
在馬達驅動設備中，一個大驅動電流運行用于在馬達加速(供電)周期中用于加速，而在減速周期中產生一個再生電流。因此，馬達驅動設備不得不設計為考慮到馬達加速(功率運行)周期期間的峰值電流，這導致增加設備的尺寸和成本。而且，在減速周期中生成的再生電流被一個再生電阻熱耗盡，這導致浪費的能源損耗。
作為解決上述問題的一個對策，已知一個發明，其中，一個電容器連接到轉換器(整流電路)部分、逆變器部分和直流鏈路，轉換器(整流電路)部分用于把交流功率轉換成為直流功率，逆變器部分用于把直流功率轉換成為交流功率以便驅動交流馬達，直流鏈路把轉換器(整流電路)部分鏈接到逆變器部分。在加速周期，儲存在電容器中的電可以被提供給逆變器部分，并且在減速周期，一個再生功率被儲存在電容器中，使得平衡驅動電流并避免再生電流的浪費(參考JP2000-141440A)。
如上面的JP2000-141440A所述，為了馬達驅動設備的小型化和省力，提供電容器把再生功率存儲在其中并在馬達加速周期期間提供來自電容器的功率，從而平衡驅動電流同時把電容器電壓保持在一個給定值上，這是有效的。可是，另一方面，電容器需要被充電到該給定電壓，并且對電容器進行充電需要一個專用變壓器和轉換器(整流電路)。有一種想法是把馬達驅動設備的轉換器部分既使用作為變壓器部分又使用作為轉換器(整流電路)，從而以低成本來配置電容器的充電電路。可是，如果馬達驅動設備的轉換器部分通過充電電容器而被利用，則對電容器充電的性能(充電電流)由馬達驅動設備的轉換器(整流電路)部分的性能來確定。這促使根據馬達驅動設備的類型開發大量充電電路，從而升高了開發成本。
發明內容
本發明提供一種具有功率存儲部分的馬達驅動設備，所述功率存儲部分能夠與馬達驅動設備類型無關地在交流馬達的減速驅動期間存儲再生電能并在交流馬達的加速驅動期間把儲存的功率提供給逆變器部分。
本發明的馬達驅動設備包括一個轉換器部分，用于把來自交流電源的交流電整流并轉換成為直流電；一個連接到交流馬達的逆變器部分，用于把轉換后的直流電轉換成為交流電以便驅動交流馬達；一個直流鏈路，用于連接轉換器部分和逆變器部分；一個驅動控制器，用于按照來自主機控制器的控制信號來控制逆變器部分的操作；和一個連接到直流鏈路的功率存儲設備，用于在交流馬達減速驅動期間存儲再生電能并在交流馬達加速驅動期間釋放所儲存的電能，所述功率存儲部分有一個與主機控制器或驅動控制器的接口以使充電電流/電壓的上限可按照通過接口輸入的數據而改變。
所述馬達驅動設備還可以包括一個存儲馬達驅動設備規格的存儲器，并且由主機控制器或驅動控制器從存儲器中讀出的規格可以通過接口輸入到功率存儲部分，以使按照輸入的數據規格來設置功率存儲部分的充電電流的上限。
功率存儲部分可以包括一個電容器，一個用直流鏈路的電壓對電容器充電的充電電路，一個用于在交流馬達的減速驅動期間用再生電能對電容器進行充電的二極管，和一個用于在交流馬達的加速驅動期間釋放儲存在電容器中的電能的放電電路。
充電電路可以包括一個放大開關調節器，用于升高直流鏈路的電壓并把電容器充電到充電電壓的上限；一個電流限制電路，用于把充電電流限制到它的上限；和充電電流/電壓調整裝置，用于按照輸入的規格數據來分別調整放大開關調節器和電流限制電路的充電電壓的上限和充電電流的上限。
圖1是按照本發明一個實施例的馬達驅動設備的方框電路圖；和圖2是根據同一實施例的電容器和充電電路的詳細方框電路圖。
具體實施例方式
圖1是按照本發明一個實施例的馬達驅動設備的方框電路圖。圖1中，附圖標記1表示轉換器(整流電路)部分，用于把三相位交流電源轉換成為一個直流電源，而附圖標記2表示逆變器部分，用于把直流電源再轉換成為交流電源，以驅動交流馬達5。轉換器部分1通過一個直流鏈路3與逆變器部分2彼此相連，并且直流電從轉換器部分1提供到逆變器部分2。逆變器2通過使用一個驅動控制器7來執行對逆變器部分2的開關元件的開/關控制，以便把直流電源電壓提供給馬達5，從而驅動馬達5。
驅動控制器7是構造到馬達驅動設備中的一個控制器，它基于來自用于控制馬達驅動設備的主機控制器9(例如數字控制器)的一個命令來對逆變器部分2的開關元件執行開/關控制。特別在這個實施例中，存儲器(例如ROM)8連接到驅動控制器7。存儲器8存儲馬達驅動設備的規格，即，用于規定該單元的信息，它包括產品名稱、生產數量、制造日期等等。
附圖標記6是用于平滑轉換器部分1的直流電輸出的平滑電容器。轉換器部分1、逆變器部分2、直流鏈路3、驅動控制器7等等與包括在傳統馬達驅動設備中的那些部分相同，因此將省略對其的詳細描述。
按照本發明，功率存儲部分4連接到直流鏈路3。功率存儲部分4具有一個由電容器等等組成的電容器10，一個用功率對電容器10充電的充電電路11，一個用于通過直流鏈路3把功率從電容器10提供到逆變器部分2的放電電路12，和一個用再生電流對電容器10充電的二極管13。充電電路11和放電電路12通過驅動控制器7和接口部分18彼此連接。
在充電電路11中，開關元件23被充電控制部分16控制，從而通過電抗器21和二極管22增加直流鏈路3的電壓以便對電容器10充電。更明確地，正如稍后描述的，充電電路11由放大開關調節器電路20、電流限制電路30和充電電流/電壓調整裝置40中構成。
當馬達5開始加速時，基于來自驅動控制器7中的一個信號，放電電路12使用放電控制部分14來開啟開關元件15，以便把儲存在電容器10中的功率提供給直流鏈路3，從而通過逆變器部分提供一個大驅動電流給馬達5。
二極管13使得在馬達5減速時產生的再生電流通過直流鏈路3流到電容器10中，從而在電容器10中存儲功率。
圖2是充電電路11的詳細電路圖。
放大開關調節器電路20由電抗器21、二極管22、開關元件23、脈沖寬度控制部分24、差分放大器25和電阻R1、R2、R5、R6和R7構成。差分放大器25把通過使用電阻R1和R2對電容器10的充電電壓進行分壓所獲得的分壓電壓與通過使用電阻R5和R7對從稍后提到的D/A轉換器44中輸出的電壓進行分壓所獲得的電壓之間的差值進行放大，從而把通過放大獲得的數值輸出到脈沖寬度控制部分24。脈沖寬度控制部分24經由接口部分18連接到驅動控制器7，并被控制操作以響應于來自驅動控制器7的信號。
當在馬達驅動設備中的開關開啟時以及當再生操作完成時，驅動控制器7輸出一個信號，從而使得脈沖寬度控制部分24可操作。在脈沖寬度控制部分24響應于來自驅動控制器7的信號進行操作時的狀態中，脈沖寬度控制部分24輸出一個具有受控脈沖寬度的信號并對開關元件23執行開/關控制。當開關元件23開啟時，能源被儲存在電抗器21中。當開關元件23關閉時，能源被放電從而對電容器10充電。由于電阻R1、R2和R6、差分放大器25和脈沖寬度控制部分24的反饋電路，充電電路11的輸出電壓或電容器10的充電電壓被控制為固定。
充電電路11的輸出電壓，即電容器的充電電壓Vo在如下等式(1)中被表示Vo＝Vi×(Ton+Toff)/Toff...(1)在此，Vi是充電電路11的輸入電壓(直流鏈路電壓)，Ton是開關元件23的開啟時間，Toff是它的關閉時間。
例如，當等式滿足Ton＝5μs，Toff＝15μs時，輸出電壓Vo被放大到大致三倍于輸入電壓Vi的一個高點。用這種方式，電容器10被高于直流鏈路電壓的電壓充電，其中直流鏈路電壓被轉換器部分1轉換成直流電。
當電容器10的充電電壓在升高時，通過被電阻R1和R2分壓所獲取的分壓電壓也增加，而差分放大器25的輸出電壓卻降低。結果，從脈沖寬度控制部分24中輸出的開啟時間Ton變短，這阻礙充電電壓的上升。相反，當電容器10的充電電壓下降時，差分放大器25的輸出電壓上升，并且從脈沖寬度控制部分24中輸出的開啟時間Ton變長，這阻礙充電電壓的下降。最后，維持給定電壓。
可是，在電容器10的充電開始時，大沖擊電流流入電容器10中。因此，為了防止轉換器(整流電路)部分1被損壞，充電電路11還裝備有電流限制電路30。電流限制電路30由差分放大器31、二極管32和電阻RO、R3和R4構成。
稍后提到的一個D/A轉換器43輸出一個確定的電壓(例如由V表示)。電壓V被電阻R4和R3分壓；公式的結果，電壓VxR3/(R3+R4)被輸入到差分放大器31。輸入到差分放大器31另外一個端子的是等于電阻RO中的電壓下降量的電壓，它由電容器10的充電電流Ic所引起。如果等于由充電電流引起的電壓下降量的電壓超過分壓電壓VxR3/(R3+R4)，則降低差分放大器31的輸出。
如上所述，當輸出電壓(電容器10的充電電壓)上升時，放大開關調節器電路20的輸出電壓的反饋電路通過減少差分放大器25的輸出并縮小從脈沖寬度控制部分24中輸出的開啟時間Ton的脈沖寬度，來減少輸出電壓。因此，差分放大器31的輸出中的減少降低了通過二極管32輸入到脈沖寬度控制部分24的電壓。這縮小了開啟時間Ton的脈沖寬度并降低了輸出電壓，從而使電阻RO中由充電電流Ic引起的電壓下降保持恒定。結果，在電容器10的充電最初流過的沖擊電流被控制并調整到一個給定的上限。
充電電流Ic和充電電壓的最大可接受值由馬達驅動設備的轉換器(整流電路)部分1的容量來確定，并且取決于馬達控制器的類型而不同。因此，在目前的實施例中，提供充電電流/電壓調整裝置40用于根據馬達控制器的類型來控制充電電流Ic在一個數值，該數值等于或小于轉換器(整流電路)部分1中可接受的電流值；并且把充電電壓保持在一個數值，該數值等于或小于給定的上限。
充電電流/電壓調整裝置40包括控制器41、存儲器32和D/A轉換器43與44。存儲器42存儲根據馬達驅動設備類型的可接受的電流值和最大充電電壓值的信息。
在馬達驅動設備替換為另一個的情況下，用于控制馬達驅動設備的主機控制器(例如一個數字控制器)通過驅動控制器7讀出馬達驅動設備的規格(用于規定馬達驅動設備的信息)，所述規格被儲存在位于馬達驅動設備中的存儲器8中。主機控制器9然后通過接口17把信息發射到位于充電電流/電壓調整裝置40中的控制器41。基于所發射的馬達驅動設備的規格，控制器41從存儲器42中讀取可接受的電流值和最大充電電壓值的信息。控制器41把可接受的電流值的信息發射給D/A轉換器43，并把最大充電電壓值的信息發射給D/A轉換器44。D/A轉換器35基于可接受的電流值的信息來輸出電壓，并且把通過由電阻R3和R4對上面的電壓進行分壓所獲得的電壓輸入到差分放大器31。而且，基于最大充電電壓值的信息的電壓從D/A轉換器44輸出，由電阻R5和R7確定的電壓輸入到差分放大器25。
正如在上面提及的，這把充電電流和充電電壓分別自動地限制為使各自的數值等于或小于馬達驅動設備的轉換器(整流電路)部分1中可接受的電流值和電壓值。
根據上述實施例，主機控制器9把儲存在存儲器8中的規格數據讀出并將其輸出到控制器41。可是，該規格可以由提供給馬達驅動設備的驅動控制器7從存儲器8中讀出，而不必使用主機控制器9，從而把信息直接發射給充電電路的控制器41。
本發明能夠以低成本被配置，因為在馬達減速時刻儲存再生電流，并在馬達加速時刻，馬達驅動設備的轉換器部分被利用而不需要一個額外整流電路或者放電電容器的類似器件。此外，由于按照馬達驅動設備的轉換器部分的整流性能把電容器上的充電電流的最大值設置為最佳值，所以本發明適用于各種類型的馬達驅動設備并且也適用于現有的馬達驅動設備。
權利要求
1.一種用于使用再生電能以及來自交流電源的電能來驅動交流馬達的馬達驅動設備，其特征在于，包括一個轉換器部分，用于把來自交流電源的交流電整流并轉換成為直流電；一個連接到交流馬達的逆變器部分，用于把轉換后的直流電轉換成為交流電以便驅動交流馬達；一個直流鏈路，用于連接所述轉換器部分和所述逆變器部分；一個驅動控制器，用于按照來自主機控制器的控制信號來控制所述逆變器部分的操作；和一個連接到所述直流鏈路的功率存儲設備，用于在交流馬達減速驅動期間存儲再生電能并在交流馬達加速驅動期間釋放所儲存的電能，所述功率存儲部分有一個與主機控制器或所述驅動控制器的接口以使充電電流/電壓的上限可按照通過所述接口輸入的數據而改變。
2.根據權利要求1的馬達驅動設備，其特征在于，還包括一個存儲馬達驅動設備規格的存儲器，其中，由主機控制器從所述存儲器中讀出的規格可以通過接口輸入到所述功率存儲部分，以使按照輸入的規格數據來設置所述功率存儲部分充電電流的上限。
3.根據權利要求1的馬達驅動設備，其特征在于，還包括一個存儲馬達驅動設備規格的存儲器，其中，所述驅動控制器從所述存儲器中讀出規格并通過接口把規格發送到所述功率存儲部分，以使按照輸入的規格來設置所述功率存儲部分充電電流的上限。
4.根據權利要求1的馬達驅動設備，其特征在于，其中所述功率存儲部分包括一個電容器，一個用于由直流鏈路的電壓對所述電容器進行充電的充電電路，一個用于在交流馬達的減速驅動期間用再生電能對所述電容器進行充電的二極管，和一個用于在交流馬達的加速驅動期間釋放儲存在所述電容器中的電能的放電電路。
5.根據權利要求4的馬達驅動設備，其特征在于，其中所述充電電路包括一個放大開關調節器，用于升高直流鏈路的電壓并把所述電容器充電到充電電壓的上限；一個電流限制電路，用于限制充電電流到它的上限；和充電電流/電壓調整裝置，用于按照輸入的規格數據來分別調整所述放大開關調節器和所述電流限制電路的充電電壓的上限和充電電流的上限。
全文摘要
一種適用各種類型并具功率存儲部分的馬達驅動設備，該功率存儲部分存儲再生電流并在加速時提供功率給逆變器部分。馬達驅動設備還包括一轉換器部分、一直流鏈路和一逆變器部分，以驅動馬達。連接到直流鏈路的包括電容器、充電電路、放電電路和二極管在內的功率存儲部分。在馬達減速時產生的再生電流通過二極管被儲存在電容器中。在馬達加速時，通過開啟放電電路的開關元件，則儲存在電容器中的功率輸出到直流鏈路。此外，充電電路具一放大開關調節器電路和一電流限制電路，放大開關調節器電路把電容器充電到給定的上限電壓，其等于或大于直流鏈路電壓；電流限制電路把充電電流限制到給定的上限。充電電流的上限能夠按照馬達驅動設備的類型而改變。
文檔編號H02M5/458GK1574604SQ20041004625
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月4日 優先權日2003年6月6日
發明者山田裕一, 羽生茂樹, 八重島守 申請人:發那科株式會社