專利名稱：浪涌電壓抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及控制由逆變器PWM控制電動(dòng)機(jī)時(shí)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓的浪涌電壓抑制裝置。
背景技術(shù)：
在由逆變器PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的場合，是由PWM控制的功率晶體管等開關(guān)元件的開關(guān)，從直流電壓產(chǎn)生交流電壓，并將該交流電壓加到電動(dòng)機(jī)的各相線圈上，來驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的。
在PWM控制這樣的電動(dòng)機(jī)的場合，由于是用開關(guān)元件ON/OFF控制直流電壓，所以，在連接電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線長的情況下，該動(dòng)力線所擁有電感變大，而在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的3相線圈間和3相線圈與地之間產(chǎn)生浪涌電壓。存在有由于浪涌電壓、而造成在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的3相線圈間和3相線圈與地之間的絕緣劣化的問題。
作為防止由該浪涌電壓引起的絕緣劣化的方法，傳統(tǒng)上，是采用這樣的方法在逆變器和電動(dòng)機(jī)之間設(shè)置用電抗器和電容器構(gòu)成的濾波器，來消除該浪涌電壓。
另外，在特開平8-23682號(hào)公報(bào)中所公布的浪涌電壓抑制裝置中，在接往電動(dòng)機(jī)3相線圈的動(dòng)力線上連接3相二極管橋，將電容和電阻并聯(lián)到3相二極管橋的輸出，使該電容器成為被充電到逆變器輸出電壓的最大值的狀態(tài)。而后，一發(fā)生浪涌電壓，就通過3相二極管橋由電容器吸收該浪涌的能量，另外，這個(gè)被吸收能量，由與電容并聯(lián)的電阻、或在逆變器正負(fù)直流母線端子上所連接的電抗器等消耗掉。
然而，在由使用電抗器和電容器構(gòu)成的濾波器來抑制浪涌電壓的方法中，存在這樣的問題需要擴(kuò)大設(shè)置濾波器裝置所需要的場地，故此，成本高。
另外，在通過3相二極管橋?qū)⒗擞侩妷何盏诫娙萜髦械脑谏鲜鎏亻_平8-23682號(hào)公報(bào)中所公布的方法中，存在這樣的問題在電阻中總流有電流、白白地消耗能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，是抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓的浪涌電壓抑制裝置；是做成通過將具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件、連接到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線，來抑制在電動(dòng)機(jī)的相間和相與地之間發(fā)生的浪涌電壓。
更具體地說，是將上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件，連接到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的相間和各相與地之間，來構(gòu)成浪涌電壓抑制裝置。或者，是將上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件，連接到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的相間或各相與地之間，來構(gòu)成浪涌電壓抑制裝置。更進(jìn)一步，是將上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件一邊的端子分別連接到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線上，將另一邊的端子，連接到一邊的端子被連接到了地的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的另一邊的端子來構(gòu)成浪涌電壓抑制裝置。
另外，將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的各相連接到3相全波整流電路，將上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件連接到該全波整流電路的正端子和負(fù)端子之間、正端子和地之間以及負(fù)端子和地之間、來構(gòu)成浪涌電壓抑制裝置?；蛘撸瑢㈦妱?dòng)機(jī)的動(dòng)力線的各相連接到3相全波整流電路，在該全波整流電路的正端子和負(fù)端子之間，連接上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件，或者在正端子和地之間以及負(fù)端子和地之間連接上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件、來構(gòu)成浪涌電壓抑制裝置。
將這個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件安裝在印刷電路基板上，構(gòu)成為使其將該印刷電路基板收納入密閉結(jié)構(gòu)的框體內(nèi)，以防止在半導(dǎo)體浪涌吸收元件和印刷電路基板上粘附切削粉和切削油。再者，還做成使其與附屬于電動(dòng)機(jī)的端子箱公用這個(gè)筐體。
若依據(jù)本發(fā)明，可以提供杜絕無謂的能量消耗、小型且只吸收浪涌能量的浪涌電壓抑制裝置。若依據(jù)本發(fā)明，由于結(jié)構(gòu)簡單設(shè)置場地也小，能確實(shí)地吸收浪涌能量，可以防止電動(dòng)機(jī)各相間以及各相與地之間的絕緣劣化。


本發(fā)明的上述的以及其他的目的和特征，從參照附圖的以下實(shí)施例子的說明中會(huì)更加清楚。這些圖中圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖2是本發(fā)明第2實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖3是本發(fā)明第3實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖4是本發(fā)明第4實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖5是本發(fā)明第5實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖6是本發(fā)明第6實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖7是本發(fā)明第7實(shí)施方式的主要部分框圖。
圖8A和圖8B是各實(shí)施方式中的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的實(shí)際安裝方式的例子說明圖，圖8A是取掉了筐體頂蓋時(shí)的平面圖，圖8B是取掉了筐體側(cè)板時(shí)的側(cè)面圖。
圖9是各實(shí)施方式中的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的另外的例子說明圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式的主要部分框圖。
符號(hào)1是由PWM控制將直流電壓變換為交流電壓的逆變器，這是歷來眾所周知的裝置。將功率晶體管等開關(guān)元件Q和二極管D并聯(lián)連接的組對，在U、V、W各相中被串聯(lián)連接到直流電源的正、負(fù)端子之間。來自該逆變器1的各相的輸出，由將功率晶體管等開關(guān)元件Q和二極管D并聯(lián)連接的組對的串接點(diǎn)取出，經(jīng)由各動(dòng)力線4u、4v、4w，分別被連接到電動(dòng)機(jī)2的U、V、W相的各線圈。再者，逆變器1內(nèi)的符號(hào)C，是直流電源的電容。
而后，具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3(3a～3f)被連接到各相間和各相與地之間。亦即，在U相的動(dòng)力線4u和V相的動(dòng)力線4v間連接有半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a，在V相的動(dòng)力線4v和W相的動(dòng)力線4w間連接有半導(dǎo)體浪涌吸收元件3b，在U相的動(dòng)力線4u和W相的動(dòng)力線4w間連接有半導(dǎo)體浪涌吸收元件3c。在U相、V相、W相的各動(dòng)力線4u、4v、4w和地之間分別連接有半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f。
這個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件3，串接多個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件，做成使其可獲得所希望的箝位電壓，例如電動(dòng)機(jī)的耐壓電壓為1000V的場合，可以串接多個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件來調(diào)整為使其將箝位電壓做成為不滿1000V的、如700V。
根據(jù)PWM信號(hào)開關(guān)元件Q進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2，由于由這個(gè)開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的浪涌電壓，當(dāng)半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的兩端間的電壓達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的箝位電壓以上時(shí)，該半導(dǎo)體浪涌吸收元件3導(dǎo)通流過電流、將動(dòng)力線4的電壓箝位到所設(shè)定的希望電壓，來吸收浪涌電壓。
例如，U相和V相的動(dòng)力線4u、4v間的電壓，由于浪涌電壓，一旦達(dá)到在半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a中所設(shè)定的箝位電壓(例如700V)以上，由于該半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a導(dǎo)通流過電流，所以，動(dòng)力線4u、4v間的電壓，不超過箝位電壓，可以防止U相和V相的線圈間的絕緣劣化。
同樣，V相和W相間、U相和W相間的電壓，由于浪涌電壓，一旦超過半導(dǎo)體浪涌吸收元件3b、3c的箝位電壓，各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3b、3c導(dǎo)通、流過電流吸收浪涌電壓。另外，各相與地之間的電壓，一旦超過半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f中所設(shè)定的箝位電壓，通過各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f導(dǎo)通而流過電流，來吸收浪涌電壓，所以，可以防止由浪涌電壓所造成的各相間的絕緣劣化、各相與地之間的絕緣劣化。
而且，各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3(3a～3f)，由于其兩端子間的電壓只消耗由開關(guān)元件Q的開關(guān)動(dòng)作等產(chǎn)生的浪涌能量，所以，沒有無謂白白地消耗，效率高。
圖2是本發(fā)明第2實(shí)施方式的主要部分框圖。
該第2實(shí)施方式，取消了圖1所示的第1實(shí)施方式中的在各相動(dòng)力線4u、4v、4w間設(shè)置的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a、3b、3c，只在各相的動(dòng)力線4u、4v、4w與地之間設(shè)置半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f。當(dāng)各相的動(dòng)力線4u、4v、4w與地之間的電壓達(dá)到半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f的箝位電壓以上時(shí)，各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f導(dǎo)通吸收浪涌電壓。
圖3是本發(fā)明第3實(shí)施方式的主要部分框圖。
該第3實(shí)施方式，取消了圖1所示的第1實(shí)施方式中的在各相動(dòng)力線4u、4v、4w與地之間設(shè)置的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f，只在各相的動(dòng)力線4u、4v、4w之間設(shè)置半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a、3b、3c。當(dāng)在各相間由于浪涌電壓使電壓達(dá)到箝位電壓以上時(shí)，半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a、3b、3c導(dǎo)通，吸收浪涌電壓。
上述的第1～第3實(shí)施方式，是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)規(guī)格和性質(zhì)來使用，根據(jù)需要可以使用其中某一種方式。
圖4是本發(fā)明第4實(shí)施方式的主要部分框圖。
該第4實(shí)施方式，是做成減少半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的數(shù)目，且能達(dá)到與圖1所示的第1實(shí)施方式同樣的功能。在這個(gè)第4實(shí)施方式中，在連接逆變器1的各相輸出和電動(dòng)機(jī)的各相線圈的各相動(dòng)力線4u、4v、4w上連接著半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f的一邊的端子。另一方面，這些元件3d、3e、3f另一邊的端子與半導(dǎo)體浪涌吸收元件3g的一邊的端子相連接。而后，這個(gè)元件3g的另一邊的端子被連接到地。
結(jié)果，U相的動(dòng)力線4u，經(jīng)由兩個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d和3g的串聯(lián)回路被連接到地。同樣，V相的動(dòng)力線4v，經(jīng)由兩個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件3e和3g的串聯(lián)回路被連接到地、W相的動(dòng)力線4w，經(jīng)由兩個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件3f和3g的串聯(lián)回路被連接到地。
另外，U相和V相的動(dòng)力線4u、4v間經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d和3e連接、V相和W相的動(dòng)力線4v、4w間經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3e和3f連接、U相和W相的動(dòng)力線4u、4w間經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d和3f連接。
例如，假定各相間的箝位電壓和各相與地之間的箝位電壓為700V，圖1所示的各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3a～3f，為使總箝位電壓為700V必須連接多個(gè)半導(dǎo)體浪涌吸收元件。
另一方面，為了用圖4所示的第4實(shí)施方式達(dá)到與上述的第1實(shí)施方式的例子同樣的功能，各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d～3g的箝位電壓是350V即可。即，U-V相間由于是經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d和3e連接的，所以，箝位電壓為700V，同樣，V-W相間、U-W相間也是經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3e和3f、半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d和3f連接的，所以這些各相間的電壓被箝位到700V。
另外，各相動(dòng)力線4u、4v、4w，由于是經(jīng)由各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d、3e、3f和半導(dǎo)體浪涌吸收元件3g被連接到地，所以，各相對于地也被箝位到700V，通過這些半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d～3g吸收浪涌電壓。
比較該圖4所示的第4實(shí)施方式和圖1所示的第1實(shí)施方式，顯而易見，半導(dǎo)體浪涌吸收元件3數(shù)目，第4實(shí)施方式這方從6個(gè)減少到了4個(gè)。再者，第4實(shí)施方式的各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3d～3g，各自的箝位電壓，與圖1所示的第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3相比，為其1/2即可，所以，可以減少構(gòu)成半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的數(shù)目，就整體而言，由于減少了半導(dǎo)體浪涌吸收元件的數(shù)目，故此，可以廉價(jià)地構(gòu)成。
圖5是本發(fā)明第5實(shí)施方式的主要部分框圖。
這個(gè)第5實(shí)施方式，是做成通過3相全波整流電路5檢測電壓來吸收浪涌電壓。
3相全波整流電路5的輸入端子，被分別連接到U、V、W各相的動(dòng)力線，輸出端子之間，由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h連接，與此同時(shí)，該3相全波整流電路5的正側(cè)輸出端子經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3j被連接到地。另外，3相全波整流電路5的負(fù)端子經(jīng)由半導(dǎo)體浪涌吸收元件3i被連接到地。再者，3相全波整流電路5中的符號(hào)D，是構(gòu)成該3相全波整流電路5的二極管。
在不發(fā)生浪涌電壓、通常的場合，由3相全波整流電路5所整流出的直流電壓不超過各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h、3j、3i的箝位電壓，半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h、3j、3i不導(dǎo)通。
另一方面，由于浪涌電壓，當(dāng)相間電壓超過半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h的箝位電壓時(shí)，半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h導(dǎo)通吸收浪涌電壓。另外，當(dāng)對于地發(fā)生正的浪涌電壓而超過半導(dǎo)體浪涌吸收元件3j的箝位電壓時(shí)，該半導(dǎo)體浪涌吸收元件3j導(dǎo)通吸收該浪涌電壓。同樣，當(dāng)對于地發(fā)生負(fù)的浪涌電壓而超過半導(dǎo)體浪涌吸收元件3i的箝位電壓時(shí)，該半導(dǎo)體浪涌吸收元件3i導(dǎo)通吸收該浪涌電壓。
圖6是本發(fā)明的第6實(shí)施方式，這個(gè)第6實(shí)施方式，是不設(shè)置在圖5所示的第5實(shí)施方式中、被連接到3相全波整流電路5的輸出端子間、箝位相間電壓的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h，其他與圖5的第5實(shí)施方式是同樣的，作用也只是沒有3相全波整流電路5的輸出端子間的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h的作用，其他與第5實(shí)施方式是同樣的。
圖7是本發(fā)明的第7實(shí)施方式，這個(gè)第7實(shí)施方式，是取除了在圖5所示的第5實(shí)施方式中、3相全波整流電路5的輸出端子和地間的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3i、3j。作用和在第5實(shí)施方式說明過的3相全波整流電路5的輸出端子間的半導(dǎo)體浪涌吸收元件3h的作用是同樣的。
該第5～第7中所示的實(shí)施方式，也是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)規(guī)格選擇性地適用。
圖8A和圖8B，是在上述的各實(shí)施方式中、半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的實(shí)際安裝方式的例子說明圖。圖8A是取掉筐體13的頂蓋時(shí)的平面圖，圖8B是取掉筐體13的側(cè)板時(shí)的側(cè)面圖。
半導(dǎo)體浪涌吸收元件3，被安裝在印刷電路基板10上，該印刷電路基板10被收納在密閉結(jié)構(gòu)的筐體13中。動(dòng)力線電纜11通過導(dǎo)線連接器14被安裝到該筐體13，由導(dǎo)線連接器14的部分取出U、V、W相的動(dòng)力線4u、4v、4w和地線4g，由印刷電路基板10所設(shè)的螺絲12將其擰到印刷電路基板10上，來與各半導(dǎo)體浪涌吸收元件3進(jìn)行電氣連接。
筐體13，在這個(gè)實(shí)施方式中是做成密閉結(jié)構(gòu)。由于該逆變器和電動(dòng)機(jī)是作為機(jī)床等的驅(qū)動(dòng)來使用、被配置在周圍環(huán)境差的場所，做成密閉結(jié)構(gòu)，為的是由機(jī)床加工所產(chǎn)生的切削粉和切削油等，不粘附在印刷電路基板10和半導(dǎo)體浪涌吸收元件等上。如果是使用環(huán)境良好的場所，也未必要用密閉結(jié)構(gòu)來構(gòu)成筐體。
圖9是與附屬于電動(dòng)機(jī)2的端子箱公用收容實(shí)際安裝半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的印刷電路基板10的筐體13。在電動(dòng)機(jī)2中，設(shè)有收容連接該電動(dòng)機(jī)的線圈和動(dòng)力線4u、4v、4w的端子的端子箱，將這個(gè)端子箱作為收納安裝了半導(dǎo)體浪涌吸收元件3的印刷電路基板10的筐體13來公用。
權(quán)利要求
1.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為通過將具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件，連接到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線，來抑制在電動(dòng)機(jī)的相間或相與地之間發(fā)生的浪涌電壓。
2.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為將具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件，連接到了電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的相間和各相與地之間。
3.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為將具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件，連接到了電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的相間或各相與地之間。
4.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為將具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的一邊的端子，分別連接到電動(dòng)機(jī)的各相的動(dòng)力線上，將另一邊的端子，連接到將一邊端子連接到了地之間的半導(dǎo)體浪涌吸收元件的另一邊的端子。
5.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的各相連接到3相全波整流電路，在上述全波整流電路的正端子和負(fù)端子之間、正端子與地之間以及負(fù)端子與地之間，連接具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件。
6.一種浪涌電壓抑制裝置，抑制在由PWM控制的逆變器所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的浪涌電壓，其特征為將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線的各相連接到3相全波整流電路，在上述全波整流電路的正端子和負(fù)端子之間，連接具有一旦達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特征的半導(dǎo)體浪涌吸收元件，或者，在正端子和地之間以及負(fù)端子和地之間連接上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件。
7.權(quán)利要求項(xiàng)1至6中任一項(xiàng)記載的浪涌電壓抑制裝置，其特征為上述半導(dǎo)體浪涌吸收元件安裝在印刷電路基板上，該印刷電路基板收納入密閉結(jié)構(gòu)的框體。
8.權(quán)利要求項(xiàng)7記載的浪涌電壓抑制裝置，其特征為將上述密閉結(jié)構(gòu)的框體與附屬于電動(dòng)機(jī)的端子箱公用。
全文摘要
在連接逆變器和電動(dòng)機(jī)的U、V、W相的各動(dòng)力線間、以及這些動(dòng)力線和地之間，分別連接半導(dǎo)體浪涌吸收元件。這些半導(dǎo)體浪涌吸收元件，具有其兩端子間一達(dá)到規(guī)定的電壓以上就流過電流并箝位電壓的特性。
文檔編號(hào)H02H9/04GK1592068SQ20041005821
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者松原俊介, 君島正巳, 山田裕一 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社