[发明专利]电动机驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对机床的进给轴、主轴或产业机械、产业用机器人的臂等进行驱动的电动机驱动装置。

背景技术

在对作为机床的进给轴、主轴或产业机械、产业用机器人的臂等的驱动源的交流电动机进行驱动的电动机驱动装置中，在将从交流电源侧输入的交流电压暂且变换为直流电压之后再变换为交流电压，来向交流电动机提供交流电流。因此，电动机驱动装置具备：整流器，其对从交流电源侧提供的交流电压进行整流来向DC环节(直流环节)输出直流电压；以及逆变换器，其与作为整流器的直流侧的直流环节连接，通过内部的开关元件的开关动作将直流环节侧的直流电压变换为交流电压，来向交流电动机提供交流电流。

图5是表示使用直流电源来驱动三相交流电动机的一般的电动机驱动装置的电路图。在驱动三相交流电动机(以下简称为“交流电动机”)200的电动机驱动装置100内设置有逆变换器50，对逆变换器50的直流环节侧施加来自直流电源的直流电压，从逆变换器50输出用于驱动电动机200的三相的交流电流。此外，在此未特别地图示，但是一般来说，在逆变换器50的直流环节侧设置将从商用的交流电源输入的交流电流变换为直流电流并输出该直流电流的整流器。

电动机驱动装置100具备逆变换器50、栅极驱动电路61、栅极驱动指令生成部62、过电流检测部63以及电流指令生成部64。逆变换器50包括具有开关元件S以及与该开关元件S反并联地连接的二极管D的开关部的桥电路，通过开关元件S被进行接通断开驱动，该逆变换器50将直流环节侧的直流电压变换为交流电压并向交流电动机200侧输出该交流电压。电动机控制部60包括栅极驱动指令生成部62、过电流检测部63以及电流指令生成部64。电流指令生成部64基于由电动机电流检测器71检测出的向交流电动机200流入的交流电流来生成电流指令。栅极驱动指令生成部62对栅极驱动电路61输出接通指令和断开指令中的任一个来作为栅极驱动指令。栅极驱动电路61根据接收到的栅极驱动指令来对电动机驱动部的开关元件S进行接通断开驱动。此外，为了使附图简明，关于栅极驱动电路61，仅图示出一个相的栅极驱动电路61。过电流检测部63对由直流环节部电流检测器72检测出的流过直流环节部的电流或由电动机电流检测器71检测出的交流电动机200侧的交流电流的过电流的发生进行检测。

如图5所示，当在电动机驱动装置100的交流电动机200侧的输出相之间发生异常短路时，发生沿如加粗箭头所示的那样的路径流动的过电流。当持续流过过电流时，开关元件S等各元件发生故障，因此需要切断过电流来保护各元件。因此，在过电流检测部63检测出过电流的发生时，栅极驱动指令生成部62对栅极驱动电路61生成用于将开关元件S断开的断开指令，栅极驱动电路61根据该断开指令立即将开关元件S断开，来切断过电流。

然而，由于将非常大的过电流高速地切断，因此电流的相对于时间的变化大，由于电流路径的电感而产生的浪涌电压变得非常大，成为开关元件S等各元件发生故障的原因。

因此，多数情况下，为了抑制在切断过电流时产生的浪涌电压，而设置如图5所示那样的用于吸收浪涌的缓冲电路81。此外，在图5中，为了使附图简明，关于缓冲电路81，仅图示出一个相的缓冲电路81。

另外，除此以外，作为抑制在切断过电流时产生的浪涌电压的方法，例如还存在如下方法：通过增大开关元件的栅极电阻来使开关元件的开关速度下降，由此缓慢地进行电流的切断。

另外，作为将开关速度按过电流时和通常时进行区分的方法，例如存在如下方法：准备电阻值大的栅极电阻与电阻值小的栅极电阻这两个种类的开关元件的栅极电阻，在通常时使用电阻值小的栅极电阻来避免开关速度变慢，在过电流时使用电阻值大的栅极电阻来使开关速度变慢。

另外，例如日本专利第3692740号公报所记载那样，存在如下方法：在通常的开关动作中，使用栅极电压模式发生器来生成具有使栅极电压变化缓慢以使浪涌电压变小的部分以及使栅极电压变化急剧以避免开关损耗变大的部分这两个模式的栅极电压模式，由此抑制浪涌电压。

为了防止开关元件S等各元件的故障，如上述那样抑制在切断过电流时发生的浪涌电压是重要的。

抑制在切断过电流时产生的浪涌电压的方法中的利用缓冲电路的方法存在如下问题：想要抑制的浪涌电压越大，则需要使构成缓冲电路的部件的规模越大，即使不是在切断过电流时、即在通常时，也不得不搭载多余的缓冲电路，从而成本增加。

另外，通过增大栅极电阻来使开关元件的开关速度变慢的方法存在如下问题：在开关速度快也没有问题的通常时，开关损耗增加而效率下降。