[發明專利]具備動態制動控制單元的電動機驅動裝置

有效

• 申請號: 201310064515.3
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103296942A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 堀越真一;佐藤博裕;小林稔
• 申請（專利權）人: 發那科株式會社
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P27/06;H02P6/24
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;郭鳳麟

技術領域

本發明涉及具備動態制動控制單元的電動機驅動裝置。

背景技術

在機床或工業機械的進給軸、工業用機器人等中使用的用于驅動同步電動機的電動機驅動裝置中，廣泛地使用在緊急停止時、警報發生時等異常時，使同步電動機的電動機繞線間短路施加發電制動的動態制動（Dynamic?brake）。使用了永磁鐵的同步電動機，即使從電源電氣斷開也存在磁場磁通，在旋轉狀態下，作為發電機工作，因此通過使旋轉過程中的電動機繞線間短路能夠施加發電制動。

在動態制動中，為了盡可能產生大的制動轉矩，縮短制動時間，優選經由具有與同步電動機的特性相符的恰當的電阻值的動態制動用電阻器，使電動機繞線的相間短路，將同步電動機的旋轉能通過動態制動用電阻器和電動機繞線的電阻快速地轉換為焦耳熱來消耗。但是，在緊急時，因為經由動態制動用電阻器使電動機繞線短路，所以需要與為了驅動同步電動機而設置的逆變器的半導體開關元件獨立地設置用于連接切換的單元。

圖11是使用機械式觸點以及電阻器來施加動態制動的現有的一般的電動機驅動裝置的電路結構圖。另外，圖12是在圖11所示的電動機驅動裝置中將逆變器內的全部的半導體開關元件斷開時的等價電路圖。另外，圖13是說明在圖11所示的電動機驅動裝置中使用了電阻器以及機械式觸點的動態制動的動作原理的流程圖。

如圖11所示，通過電動機驅動裝置100驅動的使用了永磁鐵的同步電動機2，一般通過將從直流輸入側Vdc輸入的直流電力轉換為交流電力的逆變器11供給交流的驅動電力。逆變器11例如被構成為分別將與回流二極管逆并聯連接的半導體開關元件（功率晶體管）設置在上臂A以及下臂B上的全橋逆變器。控制部110對逆變器11輸出用于對半導體開關元件進行接通關斷控制的開關指令。按照開關指令控制逆變器11內的半導體開關元件接通關斷，將輸入的直流轉換為用于驅動同步電動機2的希望的頻率的交流。另外，雖然在此未圖示，但是，一般在逆變器11的直流輸入側Vdc設置將從商用交流電源輸入的交流轉換為直流后輸出的變換器。

通常，在用于驅動在機床或工業機械的進給軸、工業用機器人等中使用的同步電動機的電動機驅動裝置中，例如，為了保護同步電動機以及電動機驅動裝置不受過電流或過負荷等異常的影響，設置使電動機驅動裝置報警停止的安全裝置。此外，有時為了用戶（操作者）出于某種原因使同步電動機緊急停止，在電動機驅動裝置中設置緊急停止按鈕。

電動機驅動裝置100在這樣的緊急停止時或發生警報時等異常時，在控制部110中，接收來自安全裝置的警報通知信號或與緊急停止按鈕連動的緊急停止信號，停止對逆變器11內的半導體開關元件輸出用于將直流變換為交流的開關指令、向同步電動機2輸出用于施加動態制動的開關指令（稱為“動態制動指令”）。

當參照圖13所示的流程圖說明使用了機械式觸點的動態制動的動作原理時，如下所述。首先，在圖13的步驟S201中，電動機驅動裝置100內的控制部110接收緊急停止信號或者警報通知信號。于是，控制部110停止輸出用于將直流轉換為交流的開關指令，向同步電動機2輸出用于施加動態制動的開關指令（稱為“動態制動指令”）。即，控制部110，為了切斷向同步電動機2的電力供給，首先，在步驟S202中，對逆變器11內的全部的半導體開關元件輸出進行斷開的指令，接著，在步驟S203中，對短路單元112輸出使同步電動機2的電動機繞線的相間短路的指令。

如圖11以及圖12所示，短路單元112由繼電器或電磁接觸器等具有機械式觸點的切換開關和與其連接的動態制動用電阻器Ru、Rv以及Rw構成。在步驟S203中，當短路單元112的切換開關的觸點閉合時，同步電動機2的電動機繞線的相間經由動態制動用電阻器Ru、Rv以及Rw被短路。在圖13的步驟S202中，即使將逆變器11內的全部半導體開關元件斷開，使逆變器11從直流電源Vdc斷開，在使用了永磁鐵的同步電動機2中也存在磁場磁通，因此在從直流電源Vdc斷開后，由于慣性而旋轉的同步電動機2作為發電機動作，產生電動勢Euv、Evw以及Euw。此時，同步電動機2的旋轉能通過在同步電動機2的電動機繞線的相間設置的動態制動用電阻器Ru、Rv以及Rw迅速地被轉換為焦耳熱（圖13的步驟S203），結果，能夠施加發電制動。

此外，作為上述的短路單元，還具有使用功率晶體管等半導體開關元件（即與逆變器內的半導體開關元件不同的元件）的動態制動代替，來取代繼電器或電磁接觸器等那樣的具有機械式觸點部件的切換開關。