DE102016007785A1 - Motorantriebsvorrichtung mit PWM-Umsetzer - Google Patents

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Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst einen PWM-Umsetzer 11, der zwischen Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung 3 und Gleichstromenergie in einem Gleichspannungszwischenkreis eine Energieumwandlung durchführt, einen Inverter 12, der während eines Antriebsbetriebs die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromantriebsenergie zum Versorgen eines Motors umsetzt, und der während eines generatorischen Betriebs die vom Motor 2 generatorisch erzeugte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt, um sie zum Gleichspannungszwischenkreis zurückzuführen, eine Energiespeichereinheit 13, die die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis speichert, einen Schalter 14, der in Antwort auf einen Befehl eine Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 miteinander verbindet oder voneinander trennt, und eine Befehlseinheit 15, die fortgesetzt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 ausgibt, während eine Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis durch die durch Umsetzung durch den PWM-Umsetzer 11 erhaltene Gleichstromenergie auf eine vorgeschriebene Spannung erhöht wird, und die die Ausgabe eines Trennungsbefehls an den Schalter 14 initiiert, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung erreicht hat und bevor der Inverter 12 den Antriebsbetrieb initiiert.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung, die von einer Wechselstromversorgungsseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt und die Gleichstromenergie an einen Gleichspannungszwischenkreis ausgibt, und die danach die Gleichstromenergie weiter in Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umsetzt und die Wechselstromenergie einem Motor zuführt. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorantriebsvorrichtung mit einem PWM-Umsetzer als Stromrichter zum Umsetzen von Wechselstromenergie auf der Wechselstromversorgungsseite in Gleichstromenergie.
  • 2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
  • Bei einer Motorantriebsvorrichtung, die einen Motor in Werkzeugmaschinen, Schmiedemaschinen, Spritzgießmaschinen, Industriemaschinen oder verschiedenen Robotern antreibt, wird von der Wechselstromversorgungsseite zugeführte Wechselstromenergie vorübergehend in Gleichstromenergie umgesetzt und danach weiter in Wechselstromenergie umgesetzt, wobei die derart erhaltene Wechselstromenergie als Antriebsenergie für einen für jede Antriebsachse bereitgestellten Motor verwendet wird. Die Motorantriebsvorrichtung umfasst einen Umsetzer (Gleichrichter), der von der Wechselstromversorgungsseite zugeführte Wechselstromenergie gleichrichtet, um Gleichstromenergie auszugeben, und einen Inverter (Umkehrstromrichter), der mit einem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, der die Gleichstromseite des Gleichrichters darstellt, und der eine Energieumwandlung zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie als Antriebsenergie für den Motor oder generatorischer Energie vom Motor durchführt, wobei die Drehzahl und das Drehmoment des mit der Wechselstromseite des Inverters verbundenen Motors oder die Stellung eines Rotors gesteuert werden. Ein Kondensator ist im Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt, der die Gleichstromseite des Umsetzers und die Gleichstromseite des Inverters miteinander verbindet. Der Kondensator fungiert als Glättungskondensator zum Unterdrücken der Welligkeitskomponenten des Gleichstromausgangs des Umsetzers und fungiert als Energiespeichereinrichtung, die Gleichstromenergie speichern kann. Inverter und Motoren werden in gleicher Anzahl bereitgestellt, um die Motoren durch Versorgen der einzelnen Motoren, die jeweils entsprechend der Mehrzahl Antriebsachsen bereitgestellt sind, mit Antriebsenergie antriebszusteuern. Im Allgemeinen wird ein einzelner Umsetzer für die Mehrzahl Inverter bereitgestellt, um die Kosten der Motorantriebsvorrichtung und den eingenommenen Bauraum zu verringern.
  • In den letzten Jahren wurden angesichts des Erfordernisses, Energie zu sparen häufig PWM-Steuerungsumsetzer (nachstehend einfach als ”PWM-Umsetzer” bezeichnet) als Umsetzer in einer Motorantriebsvorrichtung verwendet, die es ermöglichen, während einer Motorverzögerung erzeugte generatorische Energie zur Wechselstromversorgungsseite zurückzuführen. Der PWM-Umsetzer hat einen Leistungsfaktor von ungefähr 1 und ist dahingehend vorteilhaft, dass eine Gleichspannung in einem Gleichspannungszwischenkreis auf eine gewünschte Spannung erhöht werden kann, die gleich oder größer ist als ein Eingangsspannungsspitzenwert einer Wechselstromversorgung. Der PWM-Umsetzer besteht aus einer Brückenschaltung mit Halbleiterschaltelementen und Dioden, die umgekehrt parallel dazu geschaltet sind, und führt mit Schaltvorgängen der darin enthaltenen PWM-gesteuerten Halbleiterschaltelemente eine Energieumwandlung zwischen Wechselstromenergie auf der Wechselstromversorgungsseite und Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis durch. Während der Verzögerung des Motors in einem Motor erzeugte generatorische Energie wird durch einen Inverter von Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umgesetzt und die Gleichstromenergie über den Gleichspannungszwischenkreis in den PWM-Umsetzer eingegeben und durch den PWM-Umsetzer weiter in Wechselstromenergie umgesetzt, wodurch sie zur Wechselstromversorgungsseite zurückgespeist wird. An diesem Punkt variiert die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis, in dem ein Kondensator bereitgestellt ist, entsprechend dem Betrag der im Motor erzeugten generatorischen Energie und dem Betrag der über den Inverter, den Gleichspannungszwischenkreis und den PWM-Umsetzer zur Wechselstromversorgungsseite rückgespeisten Wechselstromenergie.
  • Wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-236679 beschrieben, ist eine Motorantriebsvorrichtung bekannt, bei der eine Energiespeichereinrichtung auf der Gleichspannungszwischenkreisseite eines PWM-Umsetzers bereitgestellt ist, die Größe des Eingangsstroms (Eingangsenergie), der durch PWM-Steuerung von einer Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführen ist, begrenzt ist, die Spitzen der von der Wechselstromversorgung zuzuführenden Energie durch Verwendung der in der Energiespeichereinrichtung gespeicherten Energie zum Beschleunigen eines Motors unterdrückt werden und während der Verzögerung des Motors die Spitzen der zur Wechselstromversorgungsseite rückzuspeisenden Energie unterdrückt werden, wodurch einer Verringerung der Kapazität des PWM-Umsetzers erreicht wird.
  • Bei der Motorantriebsvorrichtung ist, wenn die zur Motorbeschleunigung erforderliche Antriebsenergie mit X[W] und ein Grenzwert der Eingangsenergie (die dem Eingangsstrom entspricht), die durch PWM-Steuerung von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführen ist, mit Y[W] bezeichnet wird, die Energie zum Antreiben des Motors um Z[W] (= X[W] – Y[W]) zu knapp, für die zu knappe Energie Z[W] wird aber Energie von der Energiespeichereinrichtung zugeführt. Wenn eine Zeitspanne zum Beschleunigen des Motors mit T[s] bezeichnet wird, wird die als Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung zuzuführende Energie E[J] durch den Ausdruck (1) dargestellt. E = Z × T (1)
  • Wenn die Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung zugeführt wird, fällt eine Gleichspannung (Energiespeichereinrichtungsspannung) im Gleichspannungszwischenkreis ab. Wenn eine Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis vor der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung mit V1[V], eine abgefallene Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung mit V2[V] und eine Kapazität eines Kondensators als Energiespeichereinrichtung mit C[F] bezeichnet wird, gilt der Vergleichsausdruck (2). E = 1 / 2 × C × (V 2 / 1 – V 2 / 2) (2)
  • Darüber hinaus existiert, wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4917680 beschrieben, eine Motorantriebsvorrichtung, bei der eine Energiespeichereinrichtung mit Energie von der Wechselstromversorgung oder während der Motorverzögerung erzeugter generatorischer Energie aufgeladen wird, da der Betrag der Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (Energiespeichereinrichtungsspannung) abfällt, wenn in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie zur Motorbeschleunigung verwendet wird und die derart in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie als Antriebsenergie für die nächste Motorbeschleunigung verwendet wird.
  • Eine Begrenzung eines von der Wechselstromversorgungsseite einem PWM-Umsetzer zuzuführenden Eingangsstroms durch PWM-Steuerung ist nur möglich, wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis, der die Gleichstromseite des PWM-Umsetzers darstellt, (d. h. die Energiespeichereinrichtungsspannung) höher ist als der Eingangsspannungsspitzenwert auf der Wechselstromversorgungsseite des PWM-Umsetzers.
  • Wenn jedoch die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf einen Wert abfällt, der gleich oder kleiner als der Eingangsspannungsspitzenwert ist, fließt Strom in Dioden, die umgekehrt parallel zu Halbleiterschaltelementen geschaltet sind, weshalb die Konfiguration derjenigen eines Diodengleichrichtungsumsetzers entspricht. Folglich ermöglicht selbst eine Durchführung einer PWM-Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleiterschaltelemente keine Begrenzung des von der Wechselstromversorgungsseite zuzuführenden Eingangsstroms. Daher muss, wenn die Motorbeschleunigung danach fortgesetzt wird, die gesamte zur Motorbeschleunigung erforderliche Energie von der Wechselstromversorgungsseite zugeführt werden, was es unmöglich macht, das Ziel der Unterdrückung der Spitzen der von der Wechselstromversorgung zugeführten Energie zu erreichen. Darüber hinaus besteht das Risiko eines Bruchs der Dioden im PWM-Umsetzer oder der Energiespeichereinrichtung aufgrund von Überströmen, da es unmöglich sein kann, den von der Wechselstromversorgungsseite zuzuführenden Eingangsstrom zu begrenzen.
  • Die 10A bis 10D sind Diagramme, die einen Betrieb einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung und einem PWM-Umsetzer darstellen, der bereitgestellt ist, um während einer Beschleunigung des Motors die Spitzen einer von der Stromversorgung zugeführten Energie und während einer der Verzögerung des Motors die Spitzen einer zur Stromversorgung rückzuspeisenden Energie zu unterdrücken, wobei 10A eine Motorleistung, 10B einen von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführenden Stromversorgungsstrom, 10C einen Stromfluss in der Energiespeichereinrichtung und 10D eine Gleichspannungszwischenkreisspannung zeigt.
  • Zunächst wird ein Fall betrachtet, in dem eine Gleichspannung in einem Gleichspannungszwischenkreis zum Zeitpunkt t0 bereits auf einen Eingangsspannungsspitzenwert einer Wechselstromversorgung erhöht worden ist. In 10D stellt V1 eine Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis vor der Zufuhr von Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung dar. V2 stellt eine abgefallene Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung dar und ist auf einen Wert eingestellt, der größer ist als der Eingangsspannungsspitzenwert der Wechselstromversorgungsseite.
  • Während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 setzt der PWM-Umsetzer Wechselstromenergie auf der Wechselstromversorgungsseite in Gleichstromenergie um, wobei er so PWM-gesteuert wird, dass ein von der Wechselstromversorgung zuzuführender Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) einen voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt (10B). Die Energiespeichereinrichtung wird mit der vom PWM-Umsetzer ausgegebenen Gleichstromenergie aufgeladen (10C), wobei die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die Energiespeichereinrichtungsspannung) allmählich ansteigt (10D).
  • Nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis zum Zeitpunkt t1 eine vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, fließen weder der Stromversorgungsstrom (10B) noch der Energiespeichereinrichtungsstrom (10C), bis die Motorbeschleunigung gestartet wird.
  • Wenn die Motorbeschleunigung zum Zeitpunkt t2 gestartet wird (10A), steigt der von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zugeführte Stromversorgungsstrom (Eingangsstrom) (10B). Es fließt kein Energiespeichereinrichtungsstrom (10C), bis der Stromversorgungsstrom den Eingangsstromgrenzwert erreicht.
  • Wenn das Antreiben des Motors fortgesetzt wird und die Motorleistung weiter steigt (10A), obwohl der Stromversorgungsstrom zum Zeitpunkt t3 den Eingangsstromgrenzwert erreicht hat (10B), reicht die von der Wechselstromversorgungsseite zuzuführende begrenzte Eingangsenergie nicht für die Antriebsenergie aus und die Energieknappheit wird daher durch die von der Energiespeichereinrichtung abgegebene Energie kompensiert. Demgemäß fließt der Energiespeichereinrichtungsstrom (10C) und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die Energiespeichereinrichtungsspannung) fällt allmählich ab (10D).
  • Wenn die Gleichspannungszwischenkreisspannung größer ist als der Eingangsspannungsspitzenwert der Wechselstromversorgung, wenn die Motorleistung weiter steigt, obwohl die Gleichspannungszwischenkreisspannung zum Zeitpunkt t4 unter V2 fällt, ist es möglich, die Größe des von der Wechselstromversorgungsseite dem PWM-Umsetzer zuzuführenden Eingangsstroms durch PWM-Steuerung zu begrenzen (10B).
  • Wenn die Motorleistung weiter steigt, obwohl die Gleichspannungszwischenkreisspannung zum Zeitpunkt t5 unter den Eingangsspannungsspitzenwert fällt, fließt Strom durch die Dioden im PWM-Umsetzer und es ist daher unmöglich, die Größe des von der Wechselstromversorgungsseite zuzuführenden Eingangsstroms zu begrenzen. Demzufolge kann ein Bruch der Dioden im PWM-Umsetzer oder der Energiespeichereinrichtung aufgrund von Überströmen auftreten oder die Motorantriebsvorrichtung selbst kann durch einen Alarm gestoppt werden, um dies zu verhindern.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Motorantriebsvorrichtung mit dem PWM-Umsetzer und der Energiespeichereinrichtung ist es wichtig, die Steuerung so durchzuführen, dass die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis, die nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung (V2[V] in Ausdruck 2) abfällt, nicht unter den Eingangsspannungsspitzenwert auf der Wechselstromversorgungsseite fällt.
  • Eine solche Steuerung wird herkömmlicherweise beispielsweise so durchgeführt, dass die abgefallene Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (V2[V] in Ausdruck 2) nicht unter den Eingangsspannungsspitzenwert auf der Wechselstromversorgungseite fällt, indem eine Kapazität C[F] eines Kondensators als Energiespeichereinrichtung wie folgt basierend auf Ausdruck 1 und Ausdruck 2 ausgeführt wird. Mit anderen Worten, die Gleichspannung V1[V] im Gleichspannungszwischenkreis vor der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung wird gleich oder kleiner als die Stehspannung der Dioden im PWM-Umsetzer und der Energiespeichereinrichtung eingestellt und die abgefallene Gleichspannung V2[V] im Gleichspannungszwischenkreis nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung auf einen Wert eingestellt, der größer als der Eingangsspannungsspitzenwert auf der Wechselstromversorgungsseite und gleich oder größer als eine zum Antreiben des Motors erforderliche Mindestspannung ist. Daher werden eine zur Motorbeschleunigung erforderliche Antriebsenergie X[W] und eine Zeitspanne T[s], während der der Motor beschleunigt wird, basierend auf Motorbetriebsbedingungen bestimmt und ein Grenzwert Y[W] der Eingangsenergie (die dem Eingangsstrom entspricht), die dem PWM-Umsetzer von der Wechselstromversorgung durch PWM-Steuerung zuzuführen ist, auf eine Energie begrenzt, die durch die Wechselstromversorgung zugeführt werden kann.
  • Gemäß dem Ausdruck 2 kann, indem eine Differenz V1[V] – V2[V] zwischen den Gleichspannungen im Gleichspannungszwischenkreis vor und nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung groß gestaltet wird, die Kapazität C[F] des Kondensators als Energiespeichereinrichtung verringert werden. Die Gleichspannung V1[V] im Gleichspannungszwischenkreis vor der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung muss jedoch auf einen Wert eingestellt werden, der keiner ist als die Stehspannung der Dioden im PWM-Umsetzer und der Energiespeichereinrichtung und hat daher eine Obergrenze. Darüber hinaus muss die Gleichspannung V2[V] im Gleichspannungszwischenkreis nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung auf einen Wert eingestellt werden, der größer ist als der Eingangsspannungsspitzenwert auf der Wechselstromversorgungsseite und hängt daher von der an die Motorantriebsvorrichtung anzuschließenden Wechselstromversorgung ab. Beispielsweise in einem Fall, in dem die Wechselstromversorgung eine hohe Spannung hat, kann die Gleichspannung V2[V] im Gleichspannungszwischenkreis nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung nicht klein ausgeführt werden, weshalb die Differenz V1[V] – V2[V] zwischen den Gleichspannungen im Gleichspannungszwischenkreis vor und nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung nicht groß ausgeführt werden kann. Demzufolge ist es erforderlich, die Kapazität C[F] des Kondensators als Energiespeichereinrichtung groß auszuführen, um eine als Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung zuzuführende Energie E[J] in ausreichendem Maß sicherzustellen, was zu dem Problem führt, dass die Kosten und Einbaufläche der Energiespeichereinrichtung erhöht werden würden.
  • Des Weiteren kann durch Begrenzen der Größe des von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführenden Eingangsstroms (Eingangsenergie) durch PWM-Steuerung und durch Verwenden von in der Energiespeichereinrichtung gespeicherter Energie für die Knappheit der Energie zum Antreiben des Motors, die Kapazität des PWM-Umsetzers klein ausgeführt werden, weshalb es möglich ist, einen PWM-Umsetzer mit kleinerer Kapazität als der Motorleistung auszuwählen. Wenn jedoch die Motorleistung aus irgendeinem Grund größer ist als angenommen oder wenn die Kapazität des Kondensators als Energiespeichereinrichtung aufgrund einer altersbedingten Verschlechterung abnimmt, ist auch zu berücksichtigen, dass die Situation auftreten kann, dass aufgrund der Verwendung der in der Energiespeichereinrichtung gespeicherten Energie zur Motorbeschleunigung die Gleichspannung (Energiespeichereinrichtungsspannung) im Gleichstromkondensator gleich oder kleiner ist als der Eingangsspannungsspitzenwert der Wechselstromversorgung und infolgedessen eine Motorlast direkt an den PWM-Umsetzer angelegt würde. In diesem Fall kann es unmöglich sein, wenn der ausgewählte PWM-Umsetzer bezogen auf die Motorleistung eine kleine Kapazität hat, den von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführenden Eingangsstrom (Eingangsenergie) zu begrenzen, weshalb das Problem auftreten würde, dass ein Bruch der Dioden im PWM-Umsetzer oder der Energiespeichereinrichtung aufgrund von Überströmen auftreten kann oder die Motorantriebsvorrichtung selbst durch einen Alarm gestoppt werden kann, um dies zu verhindern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts der vorstehenden Probleme besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Motorantriebsvorrichtung bereitzustellen, die durch einen PWM-Umsetzer von der Wechselstromversorgungsseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt und die Gleichstromenergie an einen Gleichspannungszwischenkreis ausgibt, in dem die Energiespeichereinheit bereitgestellt ist, und die danach die Gleichstromenergie weiter in Wechselstrom zum Antreiben eines Motors umsetzt und die Wechselstromenergie einem Motor zuführt, wobei eine Kapazität des PWM-Umsetzers und eine Kapazität der Energiespeichereinrichtung verringert sind und Elemente, die jeweils den PWM-Umsetzer und die Energiespeichereinrichtung bilden, vor Überströmen gut geschützt sind.
  • Zum Erreichen des vorstehenden Ziels umfasst eine Motorantriebsvorrichtung einen PWM-Umsetzer, der durch PWM-Steuerung zwischen Wechselstromenergie auf einer Wechselstromversorgungsseite und Gleichstromenergie in einem Gleichspannungszwischenkreis eine Energieumwandlung durchführt, einen Inverter, der während eines Antriebsbetriebs die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umsetzt und die Wechselstromenergie einem Motor zuführt, und der während eines generatorischen Betriebs die im Motor generatorisch erzeugte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt und die Gleichstromenergie zum Gleichspannungszwischenkreis zurückführt, eine Energiespeichereinheit, die im Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt ist und Gleichstromenergie speichern kann, einen Schalter, der in Antwort auf einen empfangenen Befehl eine Wechselstromversorgung und den PWM-Umsetzer miteinander verbindet oder voneinander trennt, und eine Befehlseinheit, die fortgesetzt einen Verbindungsbefehl an den Schalter ausgibt, während eine Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf eine vorgeschriebene Spannung erhöht wird, die aus der in der Energiespeichereinheit gespeicherten Gleichstromenergie resultiert, wobei die Gleichstromenergie aus der durch den PWM-Umsetzer umgesetzten Wechselstromenergie so erhalten wird, dass ein von der Wechselstromversorgung zuzuführender Wechselstrom einen voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt, und die die Ausgabe eines Trennungsbefehls an den Schalter initiiert, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung erreicht hat und bevor der Inverter den Antriebsbetrieb initiiert.
  • Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis abnimmt und der Ausgang des Inverters von einem Spitzenwert abfällt, nachdem die Befehlseinheit die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter initiiert hat, kann die Befehlseinheit dafür eingerichtet sein, die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter zu beenden und die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter zu starten.
  • Des Weiteren kann die Energiespeichereinheit ein Kondensator sein.
  • Darüber hinaus kann die Energiespeichereinheit ein Schwungrad, das Rotationsenergie speichern kann, einen Schwungradmotor mit einer Drehwelle, mit der das Schwungrad verbunden ist, einen Schwungrad-Inverter, der zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie auf der Schwungradmotorseite eine Energieumwandlung durchführt, und eine Schwungrad-Steuereinheit umfassen, die den Energieumwandlungsbetrieb des Schwungrad-Inverters steuert.
  • Des Weiteren kann die Schwungrad-Steuereinheit dazu eingerichtet sein, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung erhöht worden ist, eine Steuerung so durchzuführen, dass der Schwungrad-Inverter Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors ausgibt, um das Schwungrad mit einer vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen, und nachdem die Befehlseinheit die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter initiiert hat, eine Steuerung des Energieumwandlungsbetriebs des Schwungrad-Inverters durchzuführen, bis die Rotationsenergie des Schwungrads eliminiert ist, und zwar so, dass die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder größer als eine Spannung, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter erforderlich ist, aber nicht größer als die vorgeschriebene Spannung ist.
  • Darüber hinaus kann die Schwungrad-Steuereinheit dazu eingerichtet sein, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung erhöht worden ist, eine Steuerung so durchzuführen, dass der Schwungrad-Inverter Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors ausgibt, um das Schwungrad mit der vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen, und nachdem die Befehlseinheit die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter initiiert hat, eine Steuerung so durchzuführen, dass der Schwungrad-Inverter Wechselstromenergie, die der zum Antreiben des Motors erforderlichen Wechselstromenergie entspricht, in Gleichstromenergie umsetzt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads eliminiert ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich durch Bezugnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen besser nachvollziehen. Es zeigt:
  • 1 ein grundlegendes Blockdiagramm einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ein Diagramm, das einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das Diagramm eine Motorleistung zeigt;
  • 2B ein Diagramm, das einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das Diagramm einen von einer Wechselstromversorgung einem PWM-Umsetzer zuzuführenden Stromversorgungsstrom zeigt;
  • 2C ein Diagramm, das einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das Diagramm einen Stromfluss in einer Energiespeichereinrichtung (Energiespeichereinheit) zeigt;
  • 2D ein Diagramm, das einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das Diagramm eine Gleichspannungszwischenkreisspannung zeigt;
  • 2E ein Diagramm, das einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das Diagramm eine Verbindungsbeziehung zwischen der Wechselstromversorgung und dem PWM-Umsetzer zeigt;
  • 3 ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten und zweiten Beispiel darstellt;
  • 4 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt;
  • 5 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel zeigt;
  • 6 ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem dritten und vierten Beispiel darstellt;
  • 7 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel zeigt;
  • 8 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem vierten Beispiel zeigt;
  • 9 ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Modifikation des ersten und zweiten Beispiels darstellt;
  • 10A ein Diagramm, das einen Betrieb einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung und einem PWM-Umsetzer darstellt, der bereitgestellt ist, um die Spitzen einer während einer Beschleunigung des Motors von der Stromversorgung zuzuführenden Energie und die Spitzen einer während einer Verzögerung des Motors zur Stromversorgung rückzuspeisenden Energie zu unterdrücken, wobei das Diagramm eine Motorleistung zeigt;
  • 10B ein Diagramm, das einen Betrieb der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung und einem PWM-Umsetzer darstellt, der bereitgestellt ist, um die Spitzen einer während einer Beschleunigung des Motors von der Stromversorgung zuzuführenden Energie und die Spitzen einer während einer Verzögerung des Motors zur Stromversorgung rückzuspeisenden Energie zu unterdrücken, wobei das Diagramm einen Stromversorgungsstrom zeigt, der von der Wechselstromversorgung dem PWM-Umsetzer zuzuführen ist;
  • 10C ein Diagramm, das einen Betrieb der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung und einem PWM-Umsetzer darstellt, der bereitgestellt ist, um die Spitzen einer während einer Beschleunigung des Motors von der Stromversorgung zuzuführenden Energie und die Spitzen einer während einer Verzögerung des Motors zur Stromversorgung rückzuspeisenden Energie zu unterdrücken, wobei das Diagramm einen Stromfluss in der Energiespeichereinrichtung zeigt; und
  • 10D ein Diagramm, das einen Betrieb der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung und einem PWM-Umsetzer darstellt, der bereitgestellt ist, um die Spitzen einer während einer Beschleunigung des Motors von der Stromversorgung zuzuführenden Energie und die Spitzen einer während einer Verzögerung des Motors zur Stromversorgung rückzuspeisenden Energie zu unterdrücken, wobei das Diagramm eine Gleichspannungszwischenkreisspannung zeigt.
  • Genaue Beschreibung
  • Eine Motorantriebsvorrichtung mit einem PWM-Umsetzer ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Zeichnungen oder die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
  • 1 ist ein grundlegendes Blockdiagramm einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Komponenten, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, in den verschiedenen Zeichnungen Komponenten mit denselben Funktionen sind. Im Übrigen ist, obgleich hierin eine Motorantriebsvorrichtung 1 beschrieben ist, die einen einzelnen Motors 2 antriebssteuert, die Anzahl der durch die Motorantriebsvorrichtung 1 antriebsgesteuerten Motoren 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt und kann eine Mehrzahl umfassen. Des Weiteren ist die Art des durch die Motorantriebsvorrichtung 1 angetriebenen Motors 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise einen Asynchronmotor oder Synchronmotor umfassen. Ferner ist die Phasenzahl bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise drei Phasen wie auch eine einzelne Phase oder andere Mehrfachphasen umfassen.
  • Die Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst einen PWM-Umsetzer 11, einen Inverter 12, eine Energiespeichereinheit 13, einen Schalter 14 und eine Befehlseinheit 15. Eine Wechselstromversorgung 3 ist auf der Drei-Phasen-Wechselstromeingangsseite mit der Motorantriebsvorrichtung 1 verbunden und der Drei-Phasen-Motor 2 ist auf der Wechselstrommotorseite mit der Motorantriebsvorrichtung 1 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass in 1 zur Erleichterung der Beschreibung kein Steuersystem zum Antreiben des Motors 2 und keine Ladeeinheit zur Verwendung beim Erhöhen einer Gleichspannungszwischenkreisspannung von 0[V] auf einen Eingangsspannungsspitzenwert dargestellt sind. Die Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 zum Erfassen einer Gleichspannung und eines Gleichstroms in einem Gleichspannungszwischenkreis, der die Gleichstromseite des PWM-Umsetzers 11 darstellt, wobei die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 im Allgemeinen bereitgestellt ist, um den Strom und die Spannung zu erfassen, die zur Antriebssteuerung des Motors 2 erforderlich sind.
  • Der PWM-Umsetzer 11 besteht aus einer Brückenschaltung mit Halbleiterschaltelementen und Dioden, die umgekehrt parallel dazu geschaltet sind, und der mit Schaltvorgängen der Halbleiterschaltelemente, die basierend auf von einer Host-Steuereinrichtung (nicht in 1 gezeigt) empfangenen Motorantriebsbefehlen PWM-gesteuert werden, eine Energieumwandlung zwischen Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 und Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis so durchführt, dass ein von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführender Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) einen voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt. Beispiele für die Halbleiterschaltelemente umfassen einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (Gate-Turn-OFF-Thyristor), einen Transistor und dergleichen, die Art der Halbleiterschaltelemente selbst ist bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht beschränkt und es können auch andere Arten von Halbleiterschaltelementen eingesetzt werden. Ferner ist die Ladeeinheit, die in 1 nicht gezeigt ist, eine Kombination aus einem Widerstand und einem Kurzschlusselement, das den Widerstand kurzschließt, und ist im Allgemeinen im PWM-Umsetzer 11 bereitgestellt. Ein Thermistor kann anstelle des Widerstands verwendet werden und ein Schalter oder ein Halbleiterschaltelement wird als Kurzschlusselement verwendet.
  • Der Inverter 12 ist über den Gleichspannungszwischenkreis mit dem PWM-Umsetzer 11 verbunden. Der Inverter 12 setzt während eines Antriebsbetriebs die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie zum Antreiben des Motors um und führt die Wechselstromenergie dem Motor 2 zu und setzt während eines generatorischen Betriebs die im Motor 2 generatorisch erzeugte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie um und führt die Gleichstromenergie zum Gleichspannungszwischenkreis zurück. Der Inverter 12 besteht aus einer Brückenschaltung mit Halbleiterschaltelementen und Dioden, die umgekehrt parallel dazu geschaltet sind, z. B. etwa ein PWM-Inverter. Beispiele für die Halbleiterschaltelemente umfassen einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (Gate-Turn-OFF-Thyristor), einen Transistor und dergleichen, die Art der Halbleiterschaltelemente selbst ist bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht beschränkt und es können auch andere Arten von Halbleiterschaltelementen eingesetzt werden. Der Inverter 12 veranlasst die darin enthaltenen Schaltelemente, basierend auf von der Host-Steuereinrichtung (nicht in 1 gezeigt) empfangenen Motorantriebsbefehlen Schaltvorgänge durchzuführen, um die von der Gleichspannungszwischenkreisseite zugeführte Gleichstromenergie in eine Drei-Phasen-Wechselstromenergie mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben des Motors 2 umzusetzen. Der Motor 2 arbeitet infolgedessen basierend auf der zugeführten Drei-Phasen-Wechselstromenergie mit einer variablen Spannung und einer variablen Frequenz. Ferner wird basierend auf den von der Host-Steuereinrichtung empfangenen Motorantriebsbefehlen während einer Verzögerung des Motors eine generatorische Energie erzeugt und die im Motor 2 erzeugte generatorische Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umgesetzt und zum Gleichspannungszwischenkreis zurückgeführt.
  • Die Energiespeichereinheit 13 ist im Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt und kann Gleichstromenergie speichern. Beispiele für die Energiespeichereinrichtung umfassen einen Kondensator und ein Schwungrad, deren Details später beschrieben sind.
  • Der Schalter 14 verbindet oder trennt die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 in Antwort auf einen empfangenen Befehl. Beispiele für den Schalter 14 umfassen ein Relais, ein Leistungshalbleiterschaltelement und dergleichen.
  • Die Befehlseinheit 15 gibt fortgesetzt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus, während die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf eine vorgeschriebene Spannung V1 erhöht wird, die aus der in der Energiespeichereinheit 13 gespeicherten Gleichstromenergie resultiert, wobei die Gleichstromenergie aus der durch den PWM-Umsetzer 11 umgesetzten Wechselstromenergie so erhalten wird, dass ein von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführender Wechselstrom den voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt. Dann initiiert die Befehlseinheit 15 die Ausgabe eines Trennungsbefehls an den Schalter 14, nachdem die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat und bevor der Inverter 12 den Antriebsbetrieb initiiert. Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis abnimmt und der Ausgang des Inverters 12 von einem Spitzenwert abfällt, nachdem die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 initiiert worden ist, beendet die Befehlseinheit 15 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14, um die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter zu initiieren, wodurch ein Aufladen auf den Eingangsspannungsspitzenwert durchgeführt wird. Spezifischer beendet die Befehlseinheit 15 nach der Initiierung der Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14, um die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter 14 zu initiieren, bevor die Leistung des Motors 2 abnimmt und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf einen Wert fällt, der kleiner ist als eine Spannung V2, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist, wodurch ein Aufladen auf den Eingangsspannungsspitzenwert durchgeführt wird. Alternativ kann die Befehlseinheit 15 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 beenden, um die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter 14 zu initiieren, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf einen Wert gefallen ist, der kleiner ist als die Spannung V2, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist, wodurch ein Aufladen auf den Eingangsspannungsspitzenwert durchgeführt wird. Das Aufladen auf den Eingangsspannungsspitzenwert wird durch Betreiben des PWM-Umsetzers 11 als normalen Diodengleichrichter ohne PWM-Steuerung unter Verwendung eines Stroms durchgeführt, der gleich oder kleiner als der Eingangsstromgrenzwert ist, um einen Bruch des PWM-Umsetzers 11, der Energiespeichereinheit 13 und des Schalters 14 zu verhindern.
  • Die 2A bis 2E sind Diagramme, die einen Betrieb der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei 2A eine Motorleistung, 2B einen von einer Wechselstromversorgung einem PWM-Umsetzer zuzuführenden Stromversorgungsstrom, 2C einen Stromfluss in einer Energiespeichereinrichtung (Energiespeichereinheit), 2D eine Gleichspannungszwischenkreisspannung und 2E eine Verbindungsbeziehung zwischen der Wechselstromversorgung und dem PWM-Umsetzer zeigt.
  • Zunächst wird ein Fall betrachtet, in dem eine Gleichspannung in einem Gleichspannungszwischenkreis zum Zeitpunkt t0 bereits auf den Eingangsspannungsspitzenwert der Wechselstromversorgung 3 erhöht worden ist (d. h. die Energiespeichereinheit 13 bereits auf den Eingangsspannungsspitzenwert der Wechselstromversorgung 3 aufgeladen worden ist), wie in 2D gezeigt, und die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 wie in 2E gezeigt verbunden sind.
  • Während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1, in dem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis zum Zeitpunkt t1 die voreingestellte vorgeschriebene Spannung V1 erreicht, gibt die Befehlseinheit 15 fortgesetzt den Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Somit wird die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 durch den Schalter 14 aufrechterhalten (2E), weshalb ein Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 in den PWM-Umsetzer 11 fließt (2B). Der PWM-Umsetzer 11 setzt Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie um, während er so PWM-gesteuert wird, dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt (2B). Die Energiespeichereinheit 13 wird mit der vom PWM-Umsetzer 11 ausgegebenen Gleichstromenergie aufgeladen (2C) und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an die Energiespeichereinheit 13 angelegte Spannung) steigt allmählich an (2D).
  • Nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis zum Zeitpunkt t1 die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, initiiert die Befehlseinheit 15 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 vor dem Zeitpunkt t2, zu dem der Inverter 12 den Antriebsbetrieb initiiert (d. h. vor dem Starten der Beschleunigung des Motors 2). Daher wird der Trennungsvorgang zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 durch den Schalter 14 während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 abgeschlossen, zu dem eine Beschleunigung des Motors 2 gestartet wird, und der getrennte Zustand zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 wird nach dem Zeitpunkt t1 aufrechterhalten (2E). Da der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 fließt (2B), fließt folglich kein Strom in die Energiespeichereinheit 13 (2C) und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis wird auf der vorgeschriebenen Spannung V1 gehalten (2D).
  • Selbst wenn der Inverter 12 zum Zeitpunkt t2 den Antriebsbetrieb initiiert und eine Beschleunigung des Motors 2 gestartet wird (2A), fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 (2B), da die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 voneinander getrennt sind. Der Inverter 12 setzt die von der Energiespeichereinheit 13 abgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um und führt in Antwort auf die Erhöhung der Leistung des Motors 2 die Wechselstromenergie dem Motor 2 zu (2A), was dazu führt, dass der Motor 2 durch die in der Energiespeichereinheit 13 gespeicherte Energie angetrieben wird. Folglich fließt der von der Energiespeichereinheit 13 abgegebene Gleichstrom in den Inverter 12 (2C) und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis fällt allmählich ab (2D).
  • Ferner beendet die Befehlseinheit 15 nach der Initiierung der Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14, um die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter 14 vor dem Zeitpunkt t4 zu initiieren, zu dem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf einen Wert fällt, der kleiner ist als die Spannung V2, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist. Somit sind die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 durch den Schalter 14 miteinander verbunden (2E), weshalb der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 in den PWM-Umsetzer 11 fließt (2B). Bis die Gleichspannungszwischenkreisspannung den Eingangsspannungsspitzenwert erreicht, setzt der PWM-Umsetzer 11 die Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie um, indem er als normaler Diodengleichrichter ohne PWM-Steuerung arbeitet und den Strom so begrenzt (2B), dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt. Die Energiespeichereinheit 13 wird mit der vom PWM-Umsetzer 11 ausgegebenen Gleichstromenergie aufgeladen (2C) und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an die Energiespeichereinheit 13 angelegte Gleichspannung) steigt allmählich an und kehrt somit zu demselben Zustand wie zum Zeitpunkt t0 zurück (2D).
  • Auf diese Weise wird bei der Motorantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, selbst wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis sinkt und zum Zeitpunkt t3 unter den Eingangsspannungsspitzenwert fällt (2D) und die Beschleunigung des Motors 2 weiter fortgesetzt wird (2A), der getrennte Zustand zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 aufrechterhalten (2E), weshalb der Stromversorgungsstrom nicht in den PWM-Umsetzer 11 fließt (2B). Mit anderen Wort, selbst wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder kleiner als der Eingangsspannungsspitzenwert ist, fließt kein Strom in die Dioden im PWM-Umsetzer 11, wie dies herkömmlicherweise der Fall war, weshalb ein Bruch der Dioden im PWM-Umsetzer 11 oder der Energiespeichereinheit 13 aufgrund von Überströmen nicht auftreten kann und die Motorantriebsvorrichtung 1 selbst nicht durch einen Alarm gestoppt werden kann. Daher ist es gemäß der Motorantriebsvorrichtung 1 möglich, den Motor 2 ohne Beeinträchtigung durch den Eingangsspannungsspitzenwert anzutreiben und den PWM-Umsetzer 11 geringer Kapazität auszuwählen. Darüber hinaus ist es möglich, den Motor 2 durch die in der Energiespeichereinheit 13 gespeicherte Energie bis zum Zeitpunkt t4 anzutreiben, zu dem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis unter den Eingangsspannungsspitzenwert auf die Spannung V2 fällt, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist (d. h. die zum Antreiben des Motors 2 erforderliche Mindestspannung) (2D). Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 1 kann, da es möglich ist, die zum Antreiben des Motors 2 erforderliche Mindestspannung V2 auf einen Wert einzustellen, der kleiner als der Eingangsspannungsspitzenwert ist, eine Differenz zwischen den Gleichspannungen im Gleichspannungszwischenkreis vor und nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung, d. h. V1 – V2 im vorstehend beschriebenen Ausdruck 2, größer als herkömmlicherweise üblich ausgeführt werden. Demzufolge ist es möglich, wenn beispielsweise ein Kondensator als Energiespeichereinheit 13 eingesetzt wird, die Kapazität C im Vergleich zum herkömmlichen Fall zu verringern.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind bei der Motorantriebsvorrichtung 1 während einer Zeitspanne, in der die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung erhöht wird, die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 miteinander verbunden. Nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, wird der Trennungsvorgang zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 abgeschlossen, bevor der Inverter 12 den Antriebsbetrieb initiiert (d. h. bevor die Beschleunigung des Motors 2 gestartet wird). Ferner wird nach der Initiierung der Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 der Verbindungsvorgang zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 abgeschlossen, bevor die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis kleiner als die Spannung V2 wird, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem es eine gewisse Zeitspanne geben kann, während der keine Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 möglich ist, der Verbindungsvorgang zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 abgeschlossen werden kann, nachdem die Gleichspannung kleiner als die Spannung V2 geworden ist.
  • Als Nächstes wird eine spezifischere Konfiguration der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Motorantriebsvorrichtung 1 unter Verwendung eines ersten und zweiten Beispiels beschrieben, wobei ein Kondensator als Energiespeichereinheit 13 verwendet wird.
  • 3 ist ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Beispiel darstellt. Im Übrigen ist, obgleich hierin eine Motorantriebsvorrichtung 1 beschrieben ist, die einen einzelnen Motor 2 antriebssteuert, die Anzahl der durch die Motorantriebsvorrichtung 1 antriebsgesteuerten Motoren 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt und kann eine Mehrzahl umfassen. Des Weiteren ist die Art des durch die Motorantriebsvorrichtung 1 angetriebenen Motors 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise einen Asynchronmotor oder Synchronmotor umfassen. Ferner ist die Phasenzahl bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise drei Phasen wie auch eine einzelne Phase oder andere Mehrfachphasen umfassen.
  • Bei dem ersten und zweiten Beispiel umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1 einen PWM-Umsetzer 11, einen Inverter 12, einen Kondensator 13-1 als Energiespeichereinheit, einen Schalter 14 und eine Befehlseinheit 15. Der PWM-Umsetzer 11, der Inverter 12, der Schalter 14 und die Befehlseinheit 15 sind wie unter Bezugnahme auf 1 und die 2A bis 2E beschrieben ausgeführt. Bei dem ersten und zweiten Beispiel wird die Energiespeichereinheit durch den Kondensator 13-1 repräsentiert und Glättungskondensatoren, die jeweils auf der Gleichstromausgangsseite des PWM-Umsetzers 11 und der Gleichstromeingangsseite des Inverters 12 bereitgestellt sind, sind mit den Bezugszeichen 31 und 32 bezeichnet.
  • Die Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst als Steuersystem derselben eine Host-Steuereinrichtung 41, eine Umsetzer-Steuerschaltung 42 und eine Inverter-Steuerschaltung 43. Darüber hinaus umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1 als Erfassungssystem derselben eine Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21, eine Wechselstromerfassungseinheit 22 und eine Wechselspannungserfassungseinheit 23.
  • Basierend auf einem Befehl von der Host-Steuereinrichtung 41, einer durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfassten Gleichspannung in einem Gleichspannungszwischenkreis, einem durch die Wechselstromerfassungseinheit 22 erfassten Wechselstrom, der in den PWM-Umsetzer 11 fließt, und einer durch die Wechselspannungserfassungseinheit 23 erfassten Wechselspannung der Wechselstromversorgung 3 führt die Umsetzer-Steuerschaltung 42 eine PWM-Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleiterschaltelemente im PWM-Umsetzer 11 durch, so dass der PWM-Umsetzer 11 eine Energieumwandlung zwischen Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 und Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis so durchführt, dass ein von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführender Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) einen voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt.
  • Die Inverter-Steuerschaltung 43 führt eine PWM-Steuerung von Schaltvorgängen von Halbleiterschaltelementen im Inverter 12 basierend auf einem Befehl von der Host-Steuereinrichtung 41 durch.
  • Die Host-Steuereinrichtung 41 steuert die Umsetzer-Steuerschaltung 42 und die Inverter-Steuerschaltung 43 integral. Obgleich dies hierin nicht dargestellt ist, verwendet die Host-Steuereinrichtung 41 ein vorgegebenes Betriebsprogramm für den Motor 2, einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung auf der Wechselstromausgangsseite des Inverters 12 und/oder eine Drehzahl des Motors 2, um Antriebsbefehle zum Steuern der Drehzahl und des Drehmoments des Motors 2 oder der Stellung eines Rotors an die Inverter-Steuerschaltung 43 auszugeben.
  • Bei dem ersten und zweiten Beispiel ist die Befehlseinheit 15, die unter Bezugnahme auf 1 und die 2A bis 2E beschrieben wurde, in der Umsetzer-Steuerschaltung 42 bereitgestellt.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel darstellt.
  • Bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 gibt die Befehlseinheit 15 zunächst in Schritt S101 einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Die Ausgabe des Verbindungsbefehls durch die Befehlseinheit 15 bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 wird in Antwort auf den Empfang einer Meldung über die Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 von der Host-Steuereinrichtung 41 ausgeführt. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Da er zu diesem Zeitpunkt nicht PWM-gesteuert wird, arbeitet der PWM-Umsetzer 11 lediglich als Diodengleichrichter und führt an dem von der Wechselstromversorgung 3 einfließenden Wechselstrom eine Diodengleichrichtung durch, um einen Gleichstrom an den Gleichspannungszwischenkreis auszugeben. Dadurch beginnt die Aufladung des Kondensators 13-1.
  • Die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an den Kondensator 13-1 angelegte Gleichspannung) steigt allmählich an und wenn sie auf den Eingangsspannungsspitzenwert aufgeladen ist (Schritt S102), initiiert die Umsetzer-Steuerschaltung 42 eine PWM-Steuerung des PWM-Umsetzers 11, um die Erhöhung der Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis in Schritt S103 zu steuern. Der PWM-Umsetzer 11 setzt Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis um, indem er so PWM-gesteuert wird, dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis weiter auf eine Spannung erhöht wird, die gleich oder größer als der Eingangsspannungsspitzenwert ist.
  • In Schritt S104 bestimmt die Umsetzer-Steuerschaltung 42, ob die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, die vorab vorgeschrieben wird. Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S105 fort.
  • In Schritt S105 bestimmt die Befehlseinheit 15, ob die Umsetzer-Steuerschaltung einen Motorleistungserhöhungsbefehl von der Host-Steuereinrichtung 41 empfangen hat. Wenn die Umsetzer-Steuerschaltung 42 den Motorleistungserhöhungsbefehl empfangen hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S106 fort. Es wird darauf hingewiesen, dass die Host-Steuereinrichtung 41 den Motorleistungserhöhungsbefehl sowohl an die Umsetzer-Steuerschaltung 42 als auch die Inverter-Steuerschaltung 43 so ausgibt, dass die Ausgabe an die Umsetzer-Steuerschaltung 42 vor der Ausgabe an die Inverter-Steuerschaltung 43 erfolgt, anstatt die Motorleistungserhöhungsbefehle gleichzeitig auszugeben.
  • In Schritt S106 gibt die Befehlseinheit 15 einen Trennungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Trennungsbefehls von der Befehlseinheit 15 trennt der Schalter 14 die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 voneinander. Infolgedessen fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11.
  • Danach initiiert die Inverter-Steuerschaltung 43 in Schritt S107 den Antriebsbetrieb des Inverters 12 durch PWM-Steuerung und in Antwort auf die Erhöhung der Leistung des Motors 2 wird die vom Kondensator 13-1 abgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie zur Versorgung des Motors 2 umgesetzt, was dazu führt, dass der Motor 2 durch die im Kondensator 13-1 gespeicherte Energie angetrieben wird. Da die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 zu diesem Zeitpunkt voneinander getrennt sind, fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis fällt allmählich ab, wie vorstehend beschrieben.
  • Als Nächstes bestimmt die Befehlseinheit 15 basierend auf einem Signal von der Host-Steuereinrichtung 41 in Schritt S108, ob die Motorleistung null beträgt. Wenn die Motorleistung null beträgt, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S101 zurück und die Befehlseinheit 15 gibt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Danach wird die Verarbeitung in jedem der vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt. Im Übrigen gibt die Befehlseinheit 15, wenn in Schritt S108 bestimmt wird, dass die Motorleistung null beträgt, den Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus, um die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 in Schritt S101 wieder zu verbinden, die Wiederverbindung kann jedoch auch als Modifikation durchgeführt werden, wenn die Motorleistung nicht null beträgt, sofern der Schalter 14 einem Einschaltstrom standhalten kann, der bei der Wiederverbindung fließen kann.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel darstellt.
  • Bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 gibt die Befehlseinheit 15 zunächst in Schritt S201 einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Wie im Falle des ersten Beispiels, wird die Ausgabe des Verbindungsbefehls durch die Befehlseinheit 15 bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 in Antwort auf den Empfang einer Meldung über die Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 von der Host-Steuereinrichtung 41 ausgeführt. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Da er zu diesem Zeitpunkt nicht PWM-gesteuert wird, arbeitet der PWM-Umsetzer 11 lediglich als Diodengleichrichter und führt an dem von der Wechselstromversorgung 3 einfließenden Wechselstrom eine Diodengleichrichtung durch, um einen Gleichstrom an den Gleichspannungszwischenkreis auszugeben. Dadurch beginnt die Aufladung des Kondensators 13-1.
  • Die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an den Kondensator 13-1 angelegte Gleichspannung) steigt allmählich an und wenn sie auf den Eingangsspannungsspitzenwert aufgeladen ist (Schritt S202), initiiert die Umsetzer-Steuerschaltung 42 eine PWM-Steuerung des PWM-Umsetzers 11, um die Erhöhung der Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis in Schritt S203 zu steuern. Der PWM-Umsetzer 11 setzt Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis um, indem er so PWM-gesteuert wird, dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis weiter auf eine Spannung erhöht wird, die gleich oder größer als der Eingangsspannungsspitzenwert ist.
  • In Schritt S204 bestimmt die Umsetzer-Steuerschaltung 42, ob die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, die vorab vorgeschrieben wird. Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S205 fort.
  • In Schritt S205 gibt die Befehlseinheit 15 einen Trennungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Trennungsbefehls von der Befehlseinheit 15 trennt der Schalter 14 die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 voneinander. Infolgedessen fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11.
  • Als Nächstes meldet die Befehlseinheit 15 in Schritt S206 der Host-Steuereinrichtung 41, dass sich der Schalter 14 in einem getrennten Zustand befindet.
  • Bei Empfang der Meldung, dass sich der Schalter 14 im getrennten Zustand befindet, gibt die Host-Steuereinrichtung 41 einen Motorleistungserhöhungsbefehl an die Inverter-Steuerschaltung 43 aus. Infolgedessen initiiert die Inverter-Steuerschaltung 43 den Antriebsbetrieb des Inverters 12 durch PWM-Steuerung und die von der Energiespeichereinheit 13 abgegebene Gleichstromenergie wird in Wechselstromenergie zur Versorgung des Motors 2 umgesetzt, was dazu führt, dass der Motor 2 durch die im Kondensator 13-1 gespeicherte Energie angetrieben wird und die Leistung des Motors 2 steigt (Schritt S207). Da die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 zu diesem Zeitpunkt voneinander getrennt sind, fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis fällt allmählich ab, wie vorstehend beschrieben.
  • Als Nächstes bestimmt die Befehlseinheit 15 basierend auf einem Signal von der Host-Steuereinrichtung 41 in Schritt S208, ob die Motorleistung null beträgt. Wenn die Motorleistung null beträgt, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S201 zurück und die Befehlseinheit 15 gibt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Danach wird die Verarbeitung in jedem der vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt. Im übrigen gibt die Befehlseinheit 15, wenn in Schritt S208 bestimmt wird, dass die Motorleistung null beträgt, den Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus, um die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 in Schritt S201 wieder zu verbinden, die Wiederverbindung kann jedoch auch als Modifikation durchgeführt werden, wenn die Motorleistung nicht null beträgt, sofern der Schalter 14 einem Einschaltstrom standhalten kann, der bei der Wiederverbindung fließen kann.
  • Als Nächstes wird eine spezifischere Konfiguration der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Motorantriebsvorrichtung 1 unter Verwendung eines dritten und vierten Beispiels beschrieben, wobei eine Schwungrad-Energiespeichereinrichtung als Energiespeichereinheit 13 verwendet wird.
  • 6 ist ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß dem dritten und vierten Beispiel darstellt. Im Übrigen ist, obgleich hierin eine Motorantriebsvorrichtung 1 beschrieben ist, die einen einzelnen Motor 2 antriebssteuert, die Anzahl der durch die Motorantriebsvorrichtung 1 antriebsgesteuerten Motoren 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt und kann eine Mehrzahl umfassen. Des Weiteren ist die Art des durch die Motorantriebsvorrichtung 1 angetriebenen Motors 2 bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise einen Asynchronmotor oder Synchronmotor umfassen. Ferner ist die Phasenzahl bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, sondern kann beispielsweise drei Phasen wie auch eine einzelne Phase oder andere Mehrfachphasen umfassen.
  • Bei dem dritten und vierten Beispiel umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1 einen PWM-Umsetzer 11, einen Inverter 12, eine Schwungrad-Energiespeichereinrichtung 13-2 als Energiespeichereinheit, einen Schalter 14 und eine Befehlseinheit 15. Der PWM-Umsetzer 11, der Inverter 12, der Schalter 14 und die Befehlseinheit 15 sind wie unter Bezugnahme auf 1 und die 2A bis 2E beschrieben ausgeführt. Bei dem dritten und vierten Beispiel wird die Energiespeichereinheit durch die Schwungrad-Energiespeichereinrichtung 13-2 repräsentiert. Glättungskondensatoren 31 und 32 sind jeweils auf der Gleichstromausgangsseite des PWM-Umsetzers 11 und der Gleichstromeingangsseite des Inverters 12 bereitgestellt.
  • Die Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst als Steuersystem derselben eine Host-Steuereinrichtung 41, eine Umsetzer-Steuerschaltung 42, eine Inverter-Steuerschaltung 43 und eine Schwungrad-Steuerschaltung 44. Darüber hinaus umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1 als Erfassungssystem derselben eine Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21, eine Wechselstromerfassungseinheit 22 und eine Wechselspannungserfassungseinheit 23. Die Umsetzer-Steuerschaltung 42, die Inverter-Steuerschaltung 43, die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21, die Wechselstromerfassungseinheit 22 und die Wechselspannungserfassungseinheit 23 sind wie unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben ausgeführt. Die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 kann in der Inverter-Steuerschaltung 43 bereitgestellt sein, um ihre Erfassungsergebnisse der Host-Steuereinrichtung 41, der Umsetzer-Steuerschaltung 42 und der Schwungrad-Steuerschaltung 44 zu melden, oder alternativ in der Schwungrad-Steuerschaltung 44 bereitgestellt sein, um ihre Erfassungsergebnisse der Host-Steuereinrichtung 41, der Umsetzer-Steuerschaltung 42 und der Inverter-Steuerschaltung 43 zu melden.
  • Die Host-Steuereinrichtung 41 steuert die Umsetzer-Steuerschaltung 42, die Inverter-Steuerschaltung 43 und die Schwungrad-Steuerschaltung 44 integral. Obgleich dies hierin nicht dargestellt ist, verwendet die Host-Steuereinrichtung 41 ein vorgegebenes Betriebsprogramm für den Motor 2, einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung auf der Wechselstromausgangsseite des Inverters 12 und/oder eine Drehzahl des Motors 2, um Antriebsbefehle zum Steuern der Drehzahl und des Drehmoments des Motors 2 oder der Stellung eines Rotors an die Inverter-Steuerschaltung 43 auszugeben.
  • Bei dem dritten und vierten Beispiel ist die Befehlseinheit 15, die unter Bezugnahme auf 1 und die 2A bis 2E beschrieben wurde, in der Umsetzer-Steuerschaltung 42 bereitgestellt und entspricht derjenigen im Falle des ersten und zweiten Beispiels.
  • Die Schwungrad-Energiespeichereinrichtung 13-2 als Energiespeichereinheit umfasst ein Schwungrad 51, das Rotationsenergie speichern kann, einen Schwungradmotor 52 mit einer Drehwelle, mit der das Schwungrad 51 verbunden ist, einen Schwungrad-Inverter 53, der zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie auf der Seite des Schwungradmotors 52 eine Energieumwandlung durchführt, und eine Schwungrad-Steuerschaltung 44 als Schwungrad-Steuereinheit, die den Energieumwandlungsbetrieb des Schwungrad-Inverters 53 steuert.
  • Neben von dem Vorstehenden, besteht der Schwungrad-Inverter 53 aus einer Brückenschaltung mit Halbleiterschaltelementen und Dioden, die umgekehrt parallel dazu geschaltet sind, z. B. etwa ein PWM-Inverter. Beispiele für die Halbleiterschaltelemente umfassen einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (Gate-Turn-OFF-Thyristor), einen Transistor und dergleichen, die Art der Halbleiterschaltelemente selbst ist bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht beschränkt und es können auch andere Arten von Halbleiterschaltelementen eingesetzt werden. Der Schwungrad-Inverter 53 veranlasst die darin enthaltenen Schaltelemente, Schaltvorgänge durchzuführen, indem er durch die Schwungrad-Steuerschaltung 44 PWM-gesteuert wird, und führt zwischen der der Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und der Wechselstromenergie auf der Seite des Schwungradmotors 52 eine Energieumwandlung durch.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel darstellt. Bei dem dritten Beispiel führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung V1 erhöht worden ist, eine Steuerung so durch, dass der Schwungrad-Inverter 53 Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors 52 ausgibt, um das Schwungrad 51 mit einer vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen. Die vorgeschriebene Drehzahl wird beispielsweise auf die Hälfte der maximalen Drehzahl des Motors 2 eingestellt. Dann führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44, nachdem die Befehlseinheit 15 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 initiiert hat, eine Steuerung des Energieumwandlungsbetriebs des Schwungrad-Inverters 53 durch, bis die Rotationsenergie des Schwungrads 51 eliminiert ist, und zwar so, dass die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder größer als die Spannung V2, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist, aber nicht größer als die vorgeschriebene Spannung V1 ist.
  • Bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 gibt die Befehlseinheit 15 zunächst in Schritt S301 einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Die Ausgabe des Verbindungsbefehls durch die Befehlseinheit 15 bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 wird in Antwort auf den Empfang einer Meldung über die Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 von der Host-Steuereinrichtung 41 ausgeführt. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Da er zu diesem Zeitpunkt nicht PWM-gesteuert wird, arbeitet der PWM-Umsetzer 11 lediglich als Diodengleichrichter und führt an dem von der Wechselstromversorgung 3 einfließenden Wechselstrom eine Diodengleichrichtung durch, um einen Gleichstrom an den Gleichspannungszwischenkreis auszugeben.
  • Die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an Energiespeichereinheit angelegte Gleichspannung) steigt allmählich an und wenn sie auf den Eingangsspannungsspitzenwert aufgeladen ist (Schritt S302), initiiert die Umsetzer-Steuerschaltung 42 eine PWM-Steuerung des PWM-Umsetzers 11, um die Erhöhung der Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis in Schritt S303 zu steuern. Der PWM-Umsetzer 11 setzt Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis um, indem er so PWM-gesteuert wird, dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis weiter auf eine Spannung erhöht wird, die gleich oder größer als der Eingangsspannungsspitzenwert ist.
  • In Schritt S304 bestimmt die Umsetzer-Steuerschaltung 42, ob die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, die vorab vorgeschrieben wird. Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S305 fort.
  • In Schritt S305 führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44 eine PWM-Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleiterschaltelemente im Schwungrad-Inverter 53 durch, so dass der Schwungrad-Inverter 53 Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors 52 umsetzt. Folglich wird der Schwungradmotor 52 durch die vom Schwungrad-Inverter 53 ausgegebene Wechselstromenergie angetrieben, was zur Drehung des mit der Drehwelle des Schwungradmotors 52 verbundenen Schwungrads 51 führt. Mit anderen Worten, bei der Schwungrad-Energiespeichereinrichtung 13-2 wird die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Rotationsenergie für das Schwungrad 51 umgesetzt und gespeichert.
  • Als Nächstes bestimmt die Schwungrad-Steuerschaltung 44 in Schritt S306, ob die Drehzahl des Schwungrads 51 die vorgeschriebene Drehzahl erreicht hat. Die Drehzahl des Schwungrads 51 wird durch einen Drehsensor (nicht gezeigt) erfasst und die Schwungrad-Steuerschaltung 44 verwendet die derart erfasste Drehzahl, um zu bestimmen, ob die vorgeschriebene Drehzahl erreicht worden ist. Wenn die Drehzahl des Schwungrads 51 die vorgeschriebene Drehzahl erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S307 fort.
  • In Schritt S307 gibt die Befehlseinheit 15 einen Trennungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Trennungsbefehls von der Befehlseinheit 15 trennt der Schalter 14 die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 voneinander. Infolgedessen fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11.
  • Als Nächstes meldet die Befehlseinheit 15 in Schritt S308 der Host-Steuereinrichtung 41, dass sich der Schalter 14 in einem getrennten Zustand befindet.
  • Bei Empfang der Meldung, dass sich der Schalter 14 im getrennten Zustand befindet, gibt die Host-Steuereinrichtung 41 einen Motorleistungserhöhungsbefehl an die Inverter-Steuerschaltung 43 aus. Infolgedessen erhöht die Inverter-Steuerschaltung 43 den Ausgang des Inverters 12 durch PWM-Steuerung. An diesem Punkt steuert die Schwungrad-Steuerschaltung 44, um die im Schwungrad 51 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umzusetzen, den Energieumsetzungsbetrieb des Schwungrad-Inverters 53 so, dass der mit dem Schwungrad 51 verbundene Schwungradmotor 52 verzögert wird, um eine generatorische Energie zu erzeugen, wobei die generatorische Energie in Gleichstromenergie umgesetzt und die Gleichstromenergie zum Gleichspannungszwischenkreis zurückgeführt wird. Infolgedessen wird die aus der in der Schwungrad-Energiespeichereinheit 13-2 umgesetzten Rotationsenergie erhaltene Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis durch den Inverter 12 in Wechselstromenergie zur Versorgung des Motors 2 umgesetzt, was dazu führt, dass der Motor 2 durch die Wechselstromenergie angetrieben wird und die Leistung des Motors 2 steigt (Schritt S309). Da die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 zu diesem Zeitpunkt voneinander getrennt sind, fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis fällt allmählich ab, wie vorstehend beschrieben.
  • In Schritt S310 steuert die Schwungrad-Steuerschaltung 44 den Energieumwandlungsbetrieb des Schwungrad-Inverters 53 so, dass die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder größer als die Spannung V2, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter 12 erforderlich ist, aber nicht größer als die vorgeschriebene Spannung V1 ist. Die Steuerung des Schwungrad-Inverters 53 durch die Schwungrad-Steuerschaltung 44 in Schritt S110 wird durchgeführt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads 51 eliminiert ist.
  • Als Nächstes bestimmt die Befehlseinheit 15 basierend auf einem Signal von der Host-Steuereinrichtung 41 in Schritt S311, ob die Motorleistung null beträgt. Wenn die Motorleistung null beträgt, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S301 zurück und die Befehlseinheit 15 gibt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Danach wird die Verarbeitung in jedem der vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt. Im Übrigen gibt die Befehlseinheit 15, wenn in Schritt S311 bestimmt wird, dass die Motorleistung null beträgt, den Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus, um die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 in Schritt S301 wieder zu verbinden, die Wiederverbindung kann jedoch auch als Modifikation durchgeführt werden, wenn die Motorleistung nicht null beträgt, sofern der Schalter 14 einem Einschaltstrom standhalten kann, der bei der Wiederverbindung fließen kann.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem vierten Beispiel darstellt. Bei dem vierten Beispiel führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung V1 erhöht worden ist, eine Steuerung so durch, dass der Schwungrad-Inverter 53 Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors 52 ausgibt, um das Schwungrad 51 mit einer vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen. Dann führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44, nachdem die Befehlseinheit 15 die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter 14 initiiert hat, eine Steuerung so durch, dass der Schwungrad-Inverter 53 eine Wechselstromenergie, die der zum Antreiben des Motors 2 erforderlichen Wechselstromenergie entspricht, in Gleichstromenergie umsetzt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads 51 eliminiert ist.
  • Bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 gibt die Befehlseinheit 15 zunächst in Schritt S401 einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Die Ausgabe des Verbindungsbefehls durch die Befehlseinheit 15 bei der Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 wird in Antwort auf den Empfang einer Meldung über die Aktivierung der Motorantriebsvorrichtung 1 von der Host-Steuereinrichtung 41 ausgeführt. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Da er zu diesem Zeitpunkt nicht PWM-gesteuert wird, arbeitet der PWM-Umsetzer 11 lediglich als Diodengleichrichter und führt an dem von der Wechselstromversorgung 3 einfließenden Wechselstrom eine Diodengleichrichtung durch, um einen Gleichstrom an den Gleichspannungszwischenkreis auszugeben.
  • Die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (d. h. die an Energiespeichereinheit angelegte Gleichspannung) steigt allmählich an und wenn sie auf den Eingangsspannungsspitzenwert aufgeladen ist (Schritt S402), initiiert die Umsetzer-Steuerschaltung 42 eine PWM-Steuerung des PWM-Umsetzers 11, um die Erhöhung der Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis in Schritt S403 zu steuern. Der PWM-Umsetzer 11 setzt Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 in Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis um, indem er so PWM-gesteuert wird, dass der von der Wechselstromversorgung 3 zuzuführende Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) den Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis weiter auf eine Spannung erhöht wird, die gleich oder größer als der Eingangsspannungsspitzenwert ist.
  • In Schritt S404 bestimmt die Umsetzer-Steuerschaltung 42, ob die durch die Gleichspannungs-/Gleichstromerfassungseinheit 21 erfasste Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, die vorab vorgeschrieben wird. Wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung V1 erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S405 fort.
  • In Schritt S405 führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44 eine PWM-Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleiterschaltelemente im Schwungrad-Inverter 53 durch, so dass der Schwungrad-Inverter 53 Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors 52 umsetzt. Folglich wird der Schwungradmotor 52 durch die vom Schwungrad-Inverter 53 ausgegebene Wechselstromenergie angetrieben, was zur Drehung des mit der Drehwelle des Schwungradmotors 52 verbundenen Schwungrads 51 führt. Mit anderen Worten, bei der Schwungrad-Energiespeichereinrichtung 13-2 wird die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Rotationsenergie für das Schwungrad 51 umgesetzt und gespeichert.
  • Als Nächstes bestimmt die Schwungrad-Steuerschaltung 44 in Schritt S406, ob die Drehzahl des Schwungrads 51 die vorgeschriebene Drehzahl erreicht hat. Die Drehzahl des Schwungrads 51 wird durch einen Drehsensor (nicht gezeigt) erfasst und die Schwungrad-Steuerschaltung 44 verwendet die derart erfasste Drehzahl, um zu bestimmen, ob die vorgeschriebene Drehzahl erreicht worden ist. Wenn die Drehzahl des Schwungrads 51 die vorgeschriebene Drehzahl erreicht hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S407 fort.
  • In Schritt S407 gibt die Befehlseinheit 15 einen Trennungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Trennungsbefehls von der Befehlseinheit 15 trennt der Schalter 14 die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 voneinander. Infolgedessen fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11.
  • Als Nächstes meldet die Befehlseinheit 15 in Schritt S408 der Host-Steuereinrichtung 41, dass sich der Schalter 14 in einem getrennten Zustand befindet.
  • Bei Empfang der Meldung, dass sich der Schalter 14 im getrennten Zustand befindet, gibt die Host-Steuereinrichtung 41 einen Motorleistungserhöhungsbefehl an die Inverter-Steuerschaltung 43 aus. Infolgedessen erhöht die Inverter-Steuerschaltung 43 den Ausgang des Inverters 12 durch PWM-Steuerung. An diesem Punkt steuert die Schwungrad-Steuerschaltung 44, um die im Schwungrad 51 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umzusetzen, den Energieumsetzungsbetrieb des Schwungrad-Inverters 53 so, dass der mit dem Schwungrad 51 verbundene Schwungradmotor 52 verzögert wird, um eine generatorische Energie zu erzeugen, wobei die generatorische Energie in Gleichstromenergie umgesetzt und die Gleichstromenergie zum Gleichspannungszwischenkreis zurückgeführt wird. Infolgedessen wird die aus der in der Schwungrad-Energiespeichereinheit 13-2 umgesetzten Rotationsenergie erhaltene Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis durch den Inverter 12 in Wechselstromenergie zur Versorgung des Motors 2 umgesetzt, was dazu führt, dass der Motor 2 durch die Wechselstromenergie angetrieben wird und die Leistung des Motors 2 steigt (Schritt S409). Da die Wechselstromversorgung 3 und der PWM-Umsetzer 11 zu diesem Zeitpunkt voneinander getrennt sind, fließt der Stromversorgungsstrom (Wechselstrom) von der Wechselstromversorgung 3 nicht in den PWM-Umsetzer 11 und die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis fällt allmählich ab, wie vorstehend beschrieben.
  • In Schritt S410 führt die Schwungrad-Steuerschaltung 44 eine Steuerung so durch, dass der Schwungrad-Inverter 53 Wechselstromenergie, die der zum Antreiben des Motors 2 erforderlichen Wechselstromenergie entspricht, in Gleichstromenergie umsetzt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads 51 eliminiert ist.
  • Als Nächstes bestimmt die Befehlseinheit 15 basierend auf einem Signal von der Host-Steuereinrichtung 41 in Schritt S411, ob die Motorleistung null beträgt. Wenn die Motorleistung null beträgt, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S401 zurück und die Befehlseinheit 15 gibt einen Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus. Bei Empfang des Verbindungsbefehls von der Befehlseinheit 15 stellt der Schalter 14 die Verbindung zwischen der Wechselstromversorgung 3 und dem PWM-Umsetzer 11 her. Danach wird die Verarbeitung in jedem der vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt. Im Übrigen gibt die Befehlseinheit 15, wenn in Schritt S411 bestimmt wird, dass die Motorleistung null beträgt, den Verbindungsbefehl an den Schalter 14 aus, um die Wechselstromversorgung 3 und den PWM-Umsetzer 11 in Schritt S401 wieder zu verbinden, die Wiederverbindung kann jedoch auch als Modifikation durchgeführt werden, wenn die Motorleistung nicht null beträgt, sofern der Schalter 14 einem Einschaltstrom standhalten kann, der bei der Wiederverbindung fließen kann.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Beispiel ist die Befehlseinheit 15 in der Umsetzer-Steuerschaltung 42 bereitgestellt, die Befehlseinheit 15 kann jedoch als Modifikation auch separat von der Umsetzer-Steuerschaltung 42 bereitgestellt werden. Es wird beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem die Befehlseinheit 15 separat von der Umsetzer-Steuerschaltung 42 des ersten und zweiten Beispiels bereitgestellt wird, dies lässt sich jedoch ebenso auf das dritte und vierte Beispiel anwenden.
  • 9 ist ein Schaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Modifikation des ersten und zweiten Beispiels darstellt. Wie in 9 gezeigt, ist die Befehlseinheit 15 zwischen der Host-Steuereinrichtung 41 und dem Schalter 14 bereitgestellt. Die Befehlseinheit 15 kann beispielsweise aus einer programmierbaren Logiksteuereinrichtung (PLC/Programmable Logic Controller) bestehen und die Funktionen der vorstehend beschriebenen Befehlseinheit 15 können in einem programmierbaren Speicher in der programmierbaren Logiksteuereinrichtung für den Betrieb programmiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung verwirklicht eine Motorantriebsvorrichtung, die durch einen PWM-Umsetzer von der Wechselstromversorgungseite zugeführte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt und die Gleichstromenergie an einen Gleichspannungszwischenkreis ausgibt, in dem eine Energiespeichereinheit bereitgestellt ist, und die danach die Gleichstromenergie weiter in Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umsetzt und die Wechselstromenergie einem Motor zuführt, wobei eine Kapazität des PWM-Umsetzers und eine Kapazität der Energiespeichereinheit verringert sind und Elemente, die jeweils den PWM-Umsetzer und die Energiespeichereinheit bilden, vor Überströmen gut geschützt sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf eine vorgeschriebene Spannung erhöht worden ist, die Wechselstromversorgung und der PWM-Umsetzer voneinander getrennt, weshalb kein Stromversorgungsstrom in den PWM-Umsetzer fließt, selbst wenn der Motor zu diesem Zeitpunkt beschleunigt wird. Mit anderen Worten, selbst wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder kleiner als ein Eingangsspannungsspitzenwert ist, fließt kein Strom in die Dioden im PWM-Umsetzer, wie dies herkömmlicherweise der Fall war, weshalb ein Bruch der Dioden im PWM-Umsetzer oder der Energiespeichereinheit aufgrund von Überströmen nicht auftreten kann und die Motorantriebsvorrichtung selbst nicht durch einen Alarm gestoppt werden kann. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den Motor ohne Beeinträchtigung durch den Eingangsspannungsspitzenwert anzutreiben und den PWM-Umsetzer geringer Kapazität auszuwählen. Darüber hinaus kann gemäß der Motorantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, da es möglich ist, die zum Antreiben des Motors erforderliche Mindestspannung auf einen Wert einzustellen, der kleiner ist als der Eingangsspannungsspitzenwert, eine Differenz zwischen den Gleichspannungen im Gleichspannungszwischenkreis vor und nach der Zufuhr der Antriebsenergie für den Motor von der Energiespeichereinrichtung größer als herkömmlicherweise üblich ausgeführt werden. Demzufolge ist es möglich, wenn beispielsweise ein Kondensator als Energiespeichereinheit eingesetzt wird, die Kapazität im Vergleich zum herkömmlichen Fall zu verringern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2000-236679 [0004]
    • JP 4917680 [0007]

Claims (6)

  1. Motorantriebsvorrichtung (1), die umfasst: – einen PWM-Umsetzer (11), der durch PWM-Steuerung zwischen Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung (3) und Gleichstromenergie in einem Gleichspannungszwischenkreis eine Energieumwandlung durchführt, – einen Inverter (12), der während eines Antriebsbetriebs die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis in Wechselstromenergie zum Antreiben eines Motors umsetzt und die Wechselstromenergie einem Motor (2) zuführt, und der während eines generatorischen Betriebs die im Motor (2) generatorisch erzeugte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umsetzt und die Gleichstromenergie zum Gleichspannungszwischenkreis zurückführt, – eine Energiespeichereinheit (13), die im Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt ist und Gleichstromenergie speichern kann, – einen Schalter (14), der in Antwort auf einen empfangenen Befehl eine Wechselstromversorgung (3) und den PWM-Umsetzer (11) miteinander verbindet oder voneinander trennt, und – eine Befehlseinheit (15), die fortgesetzt einen Verbindungsbefehl an den Schalter (14) ausgibt, während eine Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf eine vorgeschriebene Spannung erhöht wird, die aus der in der Energiespeichereinheit (13) gespeicherten Gleichstromenergie resultiert, wobei die Gleichstromenergie aus der durch den PWM-Umsetzer (11) umgesetzten Wechselstromenergie so erhalten wird, dass ein von der Wechselstromversorgung (3) zuzuführender Wechselstrom einen voreingestellten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt, und die die Ausgabe eines Trennungsbefehls an den Schalter (14) initiiert, nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis die vorgeschriebene Spannung erreicht hat und bevor der Inverter (12) den Antriebsbetrieb initiiert.
  2. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei, nach Initiierung der Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter (14), wenn die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis abnimmt und der Ausgang des Inverters von einem Spitzenwert abfällt, die Befehlseinheit (15) die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter (14) beendet, um die Ausgabe des Verbindungsbefehls an den Schalter (14) zu initiieren.
  3. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiespeichereinheit (13) ein Kondensator (13-1) ist.
  4. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiespeichereinheit (13) umfasst: – ein Schwungrad (51), das Rotationsenergie speichern kann, – einen Schwungradmotor (52) mit einer Drehwelle, mit der das Schwungrad (51) verbunden ist, – einen Schwungrad-Inverter (53), der zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie auf der Seite des Schwungradmotors (52) eine Energieumwandlung durchführt, und – eine Schwungrad-Steuereinheit (44), die den Energieumwandlungsbetrieb des Schwungrad-Inverters (53) steuert.
  5. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Schwungrad-Steuereinheit (44), – nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung erhöht worden ist, eine Steuerung so durchführt, dass der Schwungrad-Inverter (53) Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors (52) ausgibt, um das Schwungrad (51) mit einer vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen, und – nachdem die Befehlseinheit (15) die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter (14) initiiert hat, eine Steuerung des Energieumwandlungsbetriebs des Schwungrad-Inverters (53) durchführt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads (51) eliminiert ist, und zwar so, dass die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis gleich oder größer als eine Spannung, die zum Ermöglichen einer Energieumwandlung von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch den Inverter (12) erforderlich ist, aber nicht größer als die vorgeschriebene Spannung ist.
  6. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Schwungrad-Steuereinheit (44), – nachdem die Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis auf die vorgeschriebene Spannung erhöht worden ist, eine Steuerung so durchführt, dass der Schwungrad-Inverter (53) Wechselstromenergie zum Antreiben des Schwungradmotors (52) ausgibt, um das Schwungrad (51) mit der vorgeschriebenen Drehzahl zu drehen, und – nachdem die Befehlseinheit (15) die Ausgabe des Trennungsbefehls an den Schalter (14) initiiert hat, eine Steuerung so durchführt, dass der Schwungrad-Inverter (53) Wechselstromenergie, die der zum Antreiben des Motors (2) erforderlichen Wechselstromenergie entspricht, in Gleichstromenergie umsetzt, bis die Rotationsenergie des Schwungrads (51) eliminiert ist.
DE102016007785.9A 2015-07-03 2016-06-24 Motorantriebsvorrichtung mit PWM-Umsetzer Pending DE102016007785A1 (de)

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