電動機驅動裝置的製作方法

2023-10-22 19:37:13 1

本發明涉及一種電動機驅動裝置，特別是涉及一種具有直流環節電流檢測功能的驅動裝置。

背景技術：

在無刷DC(直流)電動機中，採用著如下逆變器控制：將轉子設為永磁體且將定子設為線圈，利用逆變器電路來與電動機的旋轉相配合地對流向線圈的電流的切換進行控制。向逆變器電路提供直流電流。在直流電源與逆變器電路之間設置有熔斷器以防止布線基板的發煙等(例如日本特開2005-304145號公報)。

在上述的以往技術中，利用設置於供給直流電力的直流環節部的熔斷器的兩端的電壓來檢測過電流，一邊進行PWM(Pulse Width Modulation：脈衝寬度調製)控制一邊使電動機的旋轉停止或減速。然而，由於在檢測出過電流時沒有立即將功率元件截止，因此存在產生無法保護功率元件免受過電流的損害的情況這樣的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種電動機控制裝置，該電動機控制裝置在檢測出從直流環節部流向逆變器電路的直流環節電流處於過電流狀態之後，立即對構成逆變器電路的功率元件提供截止信號來使功率元件截止，由此能夠進行功率元件的保護。

本發明的一個實施例所涉及的電動機驅動裝置的特徵在於，具有：逆變器電路，其通過多個功率元件的開關動作來將從直流環節部的端子提供的直流電流變換為交流電流並將該交流電流提供到電動機；驅動電路，其對逆變器電路的多個功率元件的開關動作進行控制；熔斷器，其經由導體而串聯連接於直流環節部的端子中的一個端子與逆變器電路的一個端子之間；直流環節電流檢測電路，其基於熔斷器兩端的電壓、包括熔斷器和導體的一部分的電路的兩端的電壓以及導體的一部分的兩端的電壓中的至少一個電壓，來檢測從直流環節部的端子流向逆變器電路的直流環節電流；以及直流環節過電流檢測電路，在檢測出的直流環節電流超過規定的電流值的情況下，該直流環節過電流檢測電路檢測出直流環節電流為過電流，而向驅動電路輸出用於使多個功率元件中的至少一個功率元件截止的功率元件截止指令。

附圖說明

本發明的目的、特徵以及優點通過與附圖關聯的以下的實施方式的說明會變得更加明確。在該附圖中，

圖1是本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的結構圖，

圖2是本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的第一變形例的結構圖，

圖3是本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的第二變形例的結構圖，

圖4是用於說明本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的動作過程的流程圖，

圖5是本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置的結構圖，以及

圖6是用於說明本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置的動作過程的流程圖。

具體實施方式

以下，參照附圖來說明本發明所涉及的電動機驅動裝置。

[實施例1]

首先，使用附圖來說明本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置。在圖1中，示出本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置101的結構圖。本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置101具有逆變器電路1、驅動電路2、熔斷器3、直流環節電流檢測電路4以及直流環節過電流檢測電路5。

逆變器電路1具備多個功率元件Tr1～Tr6和二極體D1～D6。逆變器電路1通過多個功率元件Tr1～Tr6的開關動作來將從直流環節部(未圖示)的端子A、B提供的直流電流變換為交流電流並將該交流電流提供到電動機20。例如，在三相電動機的情況下，逆變器電路1由6個功率元件Tr1～Tr6及6個二極體D1～D6構成。能夠將電晶體、FET(Field Effect Transistor：場效應電晶體)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極型電晶體)等用於功率元件Tr1～Tr6。

6個功率元件Tr1～Tr6中的Tr1為U相的上臂電晶體，Tr2為U相的下臂電晶體，兩者以節點J連接。另外，從節點J向電動機20提供U相電流iU。通過第一電流檢測部71檢測U相電流iU。第一電流檢測部71所檢測出的U相電流iU的電流值被輸出到電動機電流檢測電路7。

另外，6個功率元件Tr1～Tr6中的Tr3為V相的上臂電晶體，Tr4為V相的下臂電晶體，兩者以節點K連接。另外，從節點K向電動機20提供V相電流iV。通過第二電流檢測部72檢測V相電流iV。第二電流檢測部72所檢測出的V相電流iV的電流值被輸出到電動機電流檢測電路7。

另外，6個功率元件Tr1～Tr6中的Tr5為W相的上臂電晶體，Tr6為W相的下臂電晶體，兩者以節點L連接。另外，從節點L向電動機20提供W相電流iW。

驅動電路2基於來自PWM控制電路9的PWM信號，來控制逆變器電路1的多個功率元件Tr1～Tr6的開關動作。PWM控制電路9基於位置指令或速度指令以及位置反饋或速度反饋來生成PWM信號。

熔斷器3經由導體61、62而串聯連接於直流環節部的端子A、B中的一個端子B與逆變器電路1的一個端子D之間。但是，熔斷器3也可以經由導體而串聯連接於直流環節部的端子A、B中的另一個端子A與逆變器電路1的另一個端子C之間。

直流環節電流檢測電路4基於熔斷器3兩端的電壓，來檢測從直流環節部的端子A、B流向逆變器電路1的直流環節電流iDC。具體地說，對熔斷器3的端子E、F之間的端子間電壓進行測定，將測定出的電壓值除以熔斷器3的電阻值，由此計算直流環節電流iDC。

直流環節電流iDC的計算方法不限於上述那樣的例子。在圖2中，示出本發明的實施例1的第一變形例所涉及的電動機驅動裝置102。如圖2所示，也可以基於包括熔斷器3和導體的一部分611、621的電路的兩端的電壓，來對從直流環節部的端子A、B流向逆變器電路1的直流環節電流iDC進行檢測。具體地說，對包括熔斷器3和導體的一部分611、621的電路的端子G、H之間的端子間電壓進行測定。然後，將測定出的電壓值除以熔斷器3和導體的一部分611、621的電阻值，由此計算直流環節電流iDC。

並且，直流環節電流iDC的計算方法不限於上述那樣的例子。在圖3中，示出本發明的實施例1的第二變形例所涉及的電動機驅動裝置103。如圖3所示，也可以基於導體的一部分611的兩端的電壓，來對從直流環節部的端子A、B流向逆變器電路1的直流環節電流iDC進行檢測。具體地說，對導體的一部分611的端子G與熔斷器3的端子E之間的端子間電壓進行測定。然後，將測定出的電壓值除以導體的一部分611的電阻值，由此計算直流環節電流iDC。此外，在圖3所示的例子中，示出了基於直流環節部的端子B與熔斷器3的端子E之間的導體的一部分611的端子間電壓來計算直流環節電流iDC的例子。然而，不限於這樣的例子。即，也可以基於圖2示出的逆變器電路1的端子D與熔斷器3的端子F之間的導體的一部分621的端子間電壓來計算直流環節電流iDC。

這樣，直流環節電流檢測電路4基於熔斷器3兩端的電壓、包括熔斷器3和導體61、62的一部分611、621的電路的兩端的電壓以及導體61、62的一部分611、612的兩端的電壓中的至少一個電壓，來檢測從直流環節部的端子A、B流向逆變器電路1的直流環節電流iDC。

在檢測出的直流環節電流iDC超過規定的電流值iTH的情況下，直流環節過電流檢測電路5檢測出直流環節電流iDC為過電流，而向驅動電路2輸出用於使多個功率元件Tr1～Tr6中的至少一個功率元件截止的功率元件截止指令。在此，優選的是，規定的電流值iTH被設定為比多個功率元件Tr1～Tr6中的至少一個功率元件會發生故障的電流值小的值。另外，也可以將規定的電流值iTH設定為比熔斷器3熔斷的電流值小的值。

驅動電路2按照來自直流環節過電流檢測電路5的功率元件截止指令，不進行功率元件的PWM控制，而是立即對功率元件Tr1～Tr6中的處於導通狀態的功率元件提供截止信號，來使功率元件截止。其結果，能夠保護功率元件Tr1～Tr6免受過電流的損害。

接著，對本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的驅動方法進行說明。在圖4中，示出用於說明本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置的動作過程的流程圖。首先，在步驟S101中，電動機驅動裝置101對電動機20(參照圖1)進行驅動。此時，功率元件Tr1～Tr6中的某一個功率元件(例如Tr1和Tr4這兩個)為導通狀態，直流環節電流iDC從直流環節部的端子A經由端子C流向逆變器電路1。

接著，在步驟S102中，直流環節電流檢測電路4對從逆變器電路1的端子D流向直流環節部的端子B的直流環節電流iDC進行檢測。在此，假定直流環節電流iDC與流過功率元件Tr1～Tr6中的某一個功率元件的電流相等。與檢測出的直流環節電流iDC的電流值有關的數據被輸出到直流環節過電流檢測電路5。

接著，在步驟S103中，直流環節過電流檢測電路5判斷直流環節電流iDC是否超過規定的電流值iTH。規定的電流值iTH能夠預先存儲在存儲部(未圖示)中。

直流環節過電流檢測電路5在判斷為直流環節電流iDC超過規定的電流值iTH的情況下，判定為直流環節電流iDC處於過電流的狀態，而向驅動電路2輸出用於使多個功率元件Tr1～Tr6中的處於導通狀態的至少一個功率元件截止的功率元件截止指令。

另一方面，在直流環節過電流檢測電路5判斷為直流環節電流iDC為規定的電流值iTH以下的情況下，判定為直流環節電流iDC未處於過電流的狀態，而返回步驟S102，繼續電動機20的驅動，並進行直流環節電流iDC的檢測。

如以上那樣，根據本發明的實施例1所涉及的電動機驅動裝置，在檢測出直流環節電流為過電流之後，不進行功率元件的PWM控制，而是立即對功率元件提供截止信號，來使功率元件截止，因此能夠保護功率元件免受過電流的損害。

[實施例2]

接著，使用附圖來說明本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置。在圖5中，示出本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置104的結構圖。本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置104與實施例1所涉及的電動機驅動裝置101的不同之處在於，還具有電動機電流檢測電路7和直流環節電流校正電路8。本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置104的其它結構與實施例1所涉及的電動機驅動裝置101中的結構相同，因此省略詳細的說明。

在電動機驅動(控制)的之前階段(測試模式)，在使多個功率元件Tr1～Tr6中的至少兩個導通時，電動機電流檢測電路7對流過電動機20的電動機電流iM進行檢測。例如，在圖5所示的例子中，電動機電流檢測電路7對在使U相的上臂電晶體Tr1及V相的下臂電晶體Tr4導通且使其它電晶體截止時流過電動機20的電動機電流iM進行檢測。

在圖5所示的例子中，U相的上臂電晶體Tr1導通，U相的下臂電晶體Tr2截止。因此，從逆變器電路1的端子C流來的直流環節電流iDC如箭頭所示那樣經過U相的上臂電晶體Tr1，並作為U相的電動機電流iM而從節點J向電動機20提供。由第一電流檢測部71檢測該U相的電動機電流iM，檢測結果被輸出到電動機電流檢測電路7。

另外，在圖5所示的例子中，V相的上臂電晶體Tr3截止，V相的下臂電晶體Tr4導通。因此，作為V相的電動機電流iM，如箭頭所示那樣，從電動機20經由節點K經過V相的下臂電晶體Tr4流向逆變器電路1的端子D。該電流通過設置於直流環節部的端子B與逆變器電路1的端子D之間的直流環節電流檢測電路4而被檢測為直流環節電流iDC。

直流環節電流校正電路8對直流環節電流iDC的值進行校正，以使電動機電流iM的值與直流環節電流iDC的值相等。具體地說，直流環節電流校正電路8從電動機電流檢測電路7獲取與電動機電流iM的值有關的數據，並且從直流環節電流檢測電路4獲取與直流環節電流iDC的值有關的數據。然後，直流環節電流校正電路8將來自電動機電流檢測電路7的與電動機電流iM的值有關的數據作為基準，來計算針對來自直流環節電流檢測電路4的與直流環節電流iDC的值有關的數據的校正量。將來自電動機電流檢測電路7的與電動機電流iM的值有關的數據作為基準的原因在於，相比於來自直流環節電流檢測電路4的與直流環節電流iDC的值有關的數據，來自電動機電流檢測電路7的與電動機電流iM的值有關的數據為更接近實際的電流的數據。

例如，設來自電動機電流檢測電路7的與電動機電流iM的值有關的數據為100[A]，且來自直流環節電流檢測電路4的與直流環節電流iDC的值有關的數據為101[A]。在該情況下，將校正量設為100/101，將來自直流環節電流檢測電路4的與直流環節電流iDC的值有關的數據乘以100/101而得到的值設為直流環節電流iDC。直流環節電流校正電路8將校正後的直流環節電流iDC的值輸出到直流環節過電流檢測電路5。

之後，在校正後的直流環節電流iDC超過規定的電流值的情況下，直流環節過電流檢測電路5檢測出直流環節電流iDC為過電流，而向驅動電路2輸出用於使多個功率元件Tr1～Tr6中的處於導通狀態的至少一個功率元件截止的功率元件截止指令。

驅動電路2按照來自直流環節過電流檢測電路5的功率元件截止指令，不進行功率元件的PWM控制，而是立即對功率元件提供截止信號，來使功率元件截止。其結果，能夠保護功率元件Tr1～Tr6免受過電流的損害。

接著，對本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置的直流環節電流的校正方法進行說明。在圖6中，示出用於說明本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置的動作過程的流程圖。首先，在步驟S201中，使多個功率元件Tr1～Tr6中的至少兩個功率元件導通。例如，如圖5所示，逆變器電路1的U相的上臂電晶體Tr1及V相的下臂電晶體Tr4導通，因此直流環節電流iDC從直流環節部的端子A流向逆變器電路1。

接著，在步驟S202中，第一電流檢測部71對從逆變器電路1流向電動機20的電動機電流iM進行檢測。與檢測出的電動機電流iM的電流值有關的數據經由電動機電流檢測電路7被輸出到直流環節電流校正電路8。

同時，直流環節電流檢測電路4基於熔斷器3的端子E、F之間的電壓，將從逆變器電路1的端子D流向直流環節部的端子B的電流檢測為直流環節電流iDC。與檢測出的直流環節電流iDC的電流值有關的數據被輸出到直流環節電流校正電路8。

接著，在步驟S203中，將來自電動機電流檢測電路7的與電動機電流iM的值有關的數據作為基準，進行針對來自直流環節電流檢測電路4的與直流環節電流iDC的值有關的數據的校正量的計算。此時，將校正量存儲在直流環節電流校正電路8內。

接著，在步驟S204中，開始電動機的驅動。

接著，在步驟S205中，將向直流環節過電流檢測電路5發送的直流環節電流iDC設為在直流環節電流校正電路8中對由直流環節電流檢測電路4檢測出的數據乘以上述的校正量而得到的數據，來判斷檢測出的直流環節電流iDC是否超過規定的電流值iTH。在判斷為直流環節電流iDC的值超過規定的電流值iTH的情況下，在步驟S206中，判定為直流環節電流iDC處於過電流的狀態，而向驅動電路2輸出用於使多個功率元件Tr1～Tr6中的處於導通狀態的至少一個功率元件截止的功率元件截止指令。

另一方面，在直流環節過電流檢測電路5判斷為直流環節電流iDC為規定的電流值iTH以下的情況下，返回步驟S204與步驟S205之間，繼續電動機20的驅動，並進行直流環節電流iDC的檢測。

如以上那樣，根據本發明的實施例2所涉及的電動機驅動裝置，將檢測出的直流環節電流iDC的值與實際流過電動機的電動機電流iM的值進行比較並進行校正使得檢測出的直流環節電流iDC與電動機電流iM相等，在此基礎上判斷直流環節電流iDC是否處於過電流的狀態，因此能夠準確地判斷是否存在過電流狀態。

根據本發明的實施例所涉及的電動機驅動裝置，在檢測出從直流環節部流向逆變器電路的直流環節電流為過電流之後，不進行逆變器電路的PWM控制，而是立即對逆變器電路的功率元件提供截止信號，來使功率元件截止，由此能夠進行功率元件的保護。