CN103081349A - 电动机控制装置及电动机控制装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对电动机或相当于电动机负载的机械检测异常，有效保护电动机或机械的电动机控制装置及其控制方法。将从运转中的电动机检测出的电动机速度及所述第二扭矩值，与根据所述第三扭矩值求出的扭矩容许值的上限值及下限值进行比较。其结果，在所述第三扭矩值超出所述扭矩容许值的上限值或下限值的情况下，与所述第三扭矩值和扭矩容许值之差对应而使电动机停止。由此，在包含低速区域在内的电动机的所有速度范围内，都可以迅速且准确地检测电动机的异常，并有效保护电动机或相当于电动机负载的机械。

Description

电动机控制装置及电动机控制装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种搭载有运转中的扭矩异常检测功能的电动机控制装置。

背景技术

当前公开有如下技术，即，在电动机控制装置中，以防止电动机故障为目的而对运转中的扭矩进行检测，在扭矩值异常的情况下，输出警告等。

例如在专利文献1中示出如下方法，即，对使电动机以一定的动作模型进行动作时的扭矩作为初始值进行获取，并保存在数据存储部中。并且，始终将实际动作中的扭矩和存储在数据存储部中的扭矩界限值进行比较而始终监视负载状态。其结果，在电动机扭矩值超过扭矩界限值的情况下，进行警告输出。

另外，在专利文献2中示出如下方式，即，事先根据与门开闭动作所对应的经过时间相对的电流指令，以及基于速度指令求出的扭矩指令模型，生成扭矩异常检测模型，在实际运转时扭矩指令的值超过扭矩异常检测模型时，检测出门异常。

专利文献1：日本特开2007－28865号公报（第4页、第5页、图3）

专利文献2：日本特开2005－212963号公报（第10页、第11页、图10）

发明内容

然而，在上述专利文献1的技术中，由于以动作模型中的最大扭矩为基准检测异常，因此，存在下述问题，即，在与扭矩界限值相比充分小的情况下，即使发生扭矩异常也不输出警告。其结果，有可能由于不会进行警告输出的程度的扭矩异常持续发生而导致机械损坏。例如，由于在降低扭矩负载中，负载扭矩与速度的平方相应地变化，因此，在低速区域中负载扭矩小。在上述低速区域中存在即使发生扭矩异常也不会输出警告的课题。

另外，在上述专利文献2的技术中存在如下问题，即，由于在扭矩指令值超过一定值的情况下检测出异常，因此，对于如原本应当向负载施加扭矩，但由于机械的物理损坏而没有充分施加扭矩的情况，或由于过负载的反作用而瞬间扭矩变小的情况这样，以比扭矩指令值小的形式出现的异常，不进行警告输出。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其提供一种能够有效保护电动机或机械的电动机控制装置及其控制方法，其在试运转步骤中，求出电动机控制装置的各速度下的扭矩值，生成电动机速度和扭矩值的表格。然后，在运转步骤、扭矩校正步骤及扭矩异常判定步骤中，通过将在所述试运转步骤中生成的表格和在所述运转步骤中检测出的扭矩值进行比较，对电动机或相当于电动机负载的机械的异常进行检测，并对电动机或机械进行保护。

本发明的特征在于，由下述部分构成：电流·速度检测部，其对流过电动机的电流值及电动机速度值进行检测；扭矩计算部，其使用所述检测出的电流值计算扭矩值；表格生成部，其基于从所述电流·速度检测部传输来的电动机速度值和从所述扭矩计算部输出的扭矩值，生成表格；扭矩校正部，其将由所述电流·速度检测部检测出的电动机速度值和该时刻的扭矩值，校正为所述表格中保存的电动机速度值中与所述检测出的电动机速度值近似的电动机速度值下的扭矩值；以及扭矩异常判定部，其将所述校正后的扭矩值和所述计算出的扭矩值进行比较，对所述计算出的扭矩值是否为异常值进行判定。

发明的效果

如上所述，根据本发明所记载的功率转换装置，在包含低速区域在内的电动机的所有速度范围内，都可以迅速且准确地检测电动机的异常，有效地保护电动机或相当于电动机负载的机械。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构图。

图2是针对本发明的实施方式1中的电动机或相当于电动机负载的机械的异常进行检测的、电动机控制装置的一系列动作的流程图。

图3是表示本发明的实施方式1中的试运转步骤中的电动机控制装置的动作的流程图。

图4是表示本发明的实施方式1中的数据处理步骤中的电动机控制装置的动作的流程图。

图5是表示本发明的实施方式1中的数据处理步骤中的表格生成方法的图。

图6是表示本发明的实施方式1中的运转步骤中的电动机控制装置的动作的流程图。

图7是表示本发明的实施方式1中的扭矩校正步骤中的电动机控制装置的动作的流程图。

图8是表示本发明的实施方式1中的扭矩异常判定步骤中的电动机控制装置的动作的流程图。

图9是示出对本发明的实施方式1中的电动机控制装置检测出的扭矩·速度曲线、错误停止用扭矩容许范围的上限值及下限值、以及警告输出用扭矩容许范围的上限值及下限值的关系进行表示的曲线的一个例子的图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本实施方式1的电动机控制装置的结构图。此外，本发明并不限定于本实施方式1。在该图中，电动机控制装置1内的电流·速度检测部5在每个预先确定的采样周期中，对从电动机控制装置1向电动机15流动的电流及电动机15的速度进行检测。然后，扭矩计算部6在试运转步骤中，根据上述检测出的电流求出第一扭矩值，或者在运转步骤中，根据上述检测出的电流求出第二扭矩值。并且，扭矩计算部6向表格生成部7输出电动机15的速度及第一扭矩值。在此，试运转步骤是指利用电动机控制装置1对用于确定电动机15的扭矩容许范围的电动机速度及扭矩进行检测的步骤，运转步骤是指电动机控制装置1按照预先设定的参数使电动机15运转的步骤。

表格生成部7基于从所述扭矩计算部6输出的所述电动机15的速度及所述第一扭矩值，生成电动机15的速度和第一扭矩值的表格，并向内部存储器8内的表格存储部9输出。在此，内部存储器8由表格存储部9和参数存储部10构成，其中，表格存储部9对所述电动机15的速度和第一扭矩值的表格进行存储，参数存储部10对加速减速时间、电动机常数等电动机控制装置1驱动所需的参数及异常检测条件的参数进行存储。

作为扭矩校正部11，在扭矩校正步骤中，从所述表格存储部9的表格值中选择并从所述表格存储部9获取与在所述运转步骤中求出的电动机15的速度值最接近的速度值及第二接近的速度值下的第一扭矩值。并且，通过根据上述获取的2个第一扭矩值进行线性近似校正，求出第三扭矩值并向扭矩异常判定部4输出，其中，该第三扭矩值作为所述检测出的电动机15的速度值下的扭矩异常判定值的基准。扭矩异常判定部4求出该电动机速度下的扭矩容许值的上限值及下限值，在扭矩异常判定步骤中，基于存储在参数存储部10中的异常检测参数，将在电动机15运转中由电流·速度检测部5检测出的电动机速度及第二扭矩值，与所述扭矩容许值的上限值及下限值进行比较。其结果，在所述运转步骤中检测出的第二扭矩值为第二扭矩值超过所述容许值的上限值或小于下限值的情况下，扭矩异常判定部4与所述检测出的第二扭矩值超过所述扭矩容许值的程度对应地进行以下处理。即，在所述扭矩的上限值或下限值与所述检测出的第二扭矩值的差较小的情况下，将输出警告显示的指令向显示部11及端子12输出。并且，在所述扭矩的上限值或下限值与所述检测出的第二扭矩值的差较大而判断为电动机15或电动机控制装置1有可能发生故障的情况下，将使电动机15停止的指令向速度控制部2输出，并将输出错误显示的指令向显示部11及端子12输出。在此，所述异常检测参数例如是警告输出用上限值、警告输出用下限值、错误停止用上限值、错误停止用下限值等。

下面，基于图2的流程图，说明本实施方式1中的电动机控制装置1的下述一系列动作，即，在试运转步骤中求出电动机控制装置的各速度下的扭矩，生成电动机速度和扭矩值的表格，然后，在运转步骤、扭矩校正步骤及扭矩异常判定步骤中，通过将在所述试运转步骤中生成的表格和在所述运转步骤中检测出的扭矩值进行比较，对电动机或相当于电动机负载的机械的异常进行检测。

首先，利用预先安装在电动机控制装置1中的控制程序，在图2的步骤2A中，对跳转至试运转步骤（2B）还是跳转至运转步骤（2D）进行自动切换。关于该处理，可以以用户通过参数利用软件功能切换的方式实现，或者，也可以在电动机控制装置1中设置切换开关而以硬件切换的方式实现。

将上述的跳转至试运转步骤（2B）的情况下的处理流程在图3中示出。首先，在步骤3A中，用户对该试运转步骤中的下述试运转条件进行设定。即，用户设定电动机的加速减速时间及运转频率等运转模型，然后对所述运转模型下的试验期间、以及检测扭矩及电动机速度的周期即采样周期进行设定。在此，用户能够对指定试运转次数还是指定试运转时间作为该试验期间进行切换。另外，所述试运转次数或试运转时间可以任意地设定为预先指定的可设定范围内的值。

在步骤3A的设定结束后，在步骤3B中，通过用户使启动信号接通等输入用于使试运转启动的信号，从而电动机控制装置1在步骤3A中所设定的指定期间内，按照同样在步骤3A中设定的电动机的试运转条件使电动机进行试运转。并且，在步骤3C中，按照预先确定的采样周期，由电流·速度检测部5检测流过电动机的电流值和电动机速度值。然后，在步骤3D中，根据所述检测出的流过电动机的电流值计算第一扭矩值。此外，在所述学习期间的中途，可以通过用户的操作使所述学习停止、暂时停止及重新开始（步骤3E、步骤3F），另外，即使用户使所述学习停止或暂时停止，此前所检测出的电动机速度值及第一扭矩值的数据也会被保存。另外，如果经过了在步骤3A中设定的试验期间，则结束试运转步骤（步骤3G）。

此外，可以将在该试运转步骤中检测出的电动机速度值和第一扭矩值的数据实时地从设置在电动机控制装置1中的端子13输出，可以通过存储记录仪（Memory HiCorder）等测量器对所述数据进行确认。

在图2中，如果试运转步骤（2B）结束，则接下来跳转至数据处理步骤（2C）。图4示出数据处理步骤的详细的处理流程图。首先，在步骤4A中，表格生成部7将电动机速度值及第一扭矩值分解成电动机15处于加速状态的数据、定速状态的数据、减速状态的数据。接下来，在步骤4B中，表格生成部7基于从电流·速度检测部5输出的电动机速度值及第一扭矩值，生成如图5（a）所示的加速状态、定速状态及减速状态各状态下的、各个时刻的电动机速度值和第一扭矩值的表格。接下来，在步骤4C中，表格生成部6从所述表格中删除时刻数据，形成如图5（b）所示的将所述检测出的电动机速度值和第一扭矩值作为一组的数据格式。然后，在步骤4D中，表格生成部6如图5（c）所示，将所述一组数据以电动机速度从小到大的顺序重新排列。并且，在步骤4E中，将所述重新排列后的电动机速度值和第一扭矩值的数据向表格存储部9输出。其结果，在表格存储部9中，所述重新排列后的数据分类在加速状态、定速状态及减速状态的各个表格中而保存。在所述处理结束后，数据处理步骤（2C）结束。并且，如果数据处理步骤（2C）结束，则返回图2中的步骤2A。

接下来，针对在图2的步骤2A中跳转至运转步骤（2D）的情况下的处理进行说明。如果跳转至运转步骤，则电动机控制装置1基于预先设定的、存储在参数存储部10中的电动机控制装置1驱动电动机15所需的参数，驱动电动机15。

在此，使用图6对运转步骤（2D）中的电动机控制装置1的处理进行说明。首先，在步骤6A中，按照预先确定的采样周期，由电流·速度检测部5对流过电动机的电流值和电动机速度值进行检测。接下来，在步骤6B中，根据所述检测出的流过电动机的电流值，由扭矩计算部6计算第二扭矩值，在步骤6C中，将所述第二扭矩值向扭矩异常判定部4输出，并结束运转步骤（2D）。

此外，可以将在该运转步骤中检测出的电动机速度值和第二扭矩值的数据实时地从设置在电动机控制装置1中的端子13输出，可以通过存储记录仪等测量器对所述数据进行确认。

在图2中，如果运转步骤（2D）结束，则跳转至扭矩校正步骤（2E）。在此，使用图7对扭矩校正步骤（2E）中的电动机控制装置1的处理进行说明。首先，在步骤7A中，对电动机15处于加速状态、定速状态还是减速状态的哪一种状态进行识别。

接下来，在步骤7B中，从在所述数据处理步骤（2C）中保存在表格存储部9中的表格中，提取与所述运转步骤（2D）中检测出的电动机速度值最接近的速度值及该速度值下的第一扭矩值。另外，在步骤7C中，从在所述数据处理步骤（2C）中保存在表格存储部9中的表格中，提取与所述运转步骤（2D）中检测出的电动机速度值第二接近的速度值及该速度值下的第一扭矩值。

接下来，在步骤7D中，通过对所述提取出的各个第一扭矩值进行线性近似，从而计算在所述运转步骤中检测出的电动机速度值下的第三扭矩值。并且，在步骤7E中，将所述第三扭矩值向扭矩异常判定部4输出，并且结束扭矩校正步骤（2E）。

在图2中，如果扭矩校正步骤（2E）结束，则跳转至扭矩异常判定步骤（2F）。在此，使用图8对扭矩异常判定步骤（2F）中的电动机控制装置1的处理进行说明。

用户预先设定以所述第三扭矩值为基准的扭矩容许值，将其作为所述异常检测参数。作为该扭矩容许值，设置错误停止用扭矩容许值和警告输出用扭矩容许值，其中，该错误停止用扭矩容许值用于为了防止电动机15发生故障而使电动机15停止，该警告输出用扭矩容许值在产生无需使电动机15停止这一程度的轻微扭矩异常时向用户输出警告。另外，警告输出用扭矩容许值设定为，与错误停止用扭矩容许值相比，更接近在所述扭矩校正步骤（2E）中计算出的第三扭矩值。

作为所述扭矩容许值，用户可以选择使用将所述第三扭矩值乘以一定倍数而求出的值，或使用将所述第三扭矩值与一定值加减而求出的值。另外，作为所述扭矩容许值，通过针对所述第三扭矩值设定上限值和下限值，从而可以针对电动机控制装置1向电动机15输出的扭矩指令值，对实际的扭矩大于容许值的异常、及实际的扭矩值小于容许值的异常这两者进行检测。此外，作为所述扭矩变小这一异常的要因，推测为如下情况等，即，本来应该在电动机15上施加扭矩，但由于机械的物理损坏而无法充分地施加扭矩的情况，或者由于过负载的反作用而瞬间扭矩变小的情况。

并且，对于与所述第三扭矩值相乘的倍数或与第三扭矩值加减的一定值，用户可以基于电动机15的扭矩容许值的绝对最大额定值等，在预先确定的范围内将任意值设定作为所述异常检测参数。

并且，用户可以分别与电动机15的加速时、定速时或减速时相对应地，设定独立的扭矩容许值。即，例如在电动机15加速时和减速时，作为扭矩容许值，使用将所述第三扭矩值乘以一定倍数而求出的值，在电动机15定速时，作为扭矩容许值，使用将所述第三扭矩值与一定值加减而求出的值，通过以这种方式与电动机15的运转状态对应而改变扭矩容许值的确定方法，从而可以设定与运转条件对应的适当的扭矩容许值。

接下来，在步骤8A中，通过按照预先确定的采样周期，将在所述运转步骤（2D）中计算出的第二扭矩值，与以在所述扭矩校正步骤（2E）中计算出的第三扭矩值为基准求出的扭矩容许值的上限值及下限值进行比较，从而在步骤8B中，对运转中的电动机15的扭矩是否落在所述设定好的扭矩容许值范围内进行判定。

接下来，在步骤8C中，电动机控制装置1执行使电动机15进行错误停止、或向电动机控制装置1的外部进行警告输出的处理。具体来说，在运转中的电动机15的第二扭矩值落在所述错误停止用扭矩容许值的范围外的情况下，电动机控制装置1立即进行控制以使电动机15进行滑行（free run）停止或减速停止。此外，用户可以预先通过所述异常检测参数来设定此时是使电动机15滑行停止还是减速停止。此时，在进行所述控制的同时，在显示部12中显示电动机15进行了错误停止这一内容，并且显示电动机15进行了错误停止时的频率及扭矩值。在此情况下，通过使得只要不重置电动机控制装置1，电动机15就无法再次运转，可以构成具有失效保护能力的电动机控制装置。

另一方面，在运转中的电动机15的所述第二扭矩值超过所述警告输出用扭矩容许值的范围、但落在所述错误停止用扭矩容许值的范围内的情况下，电动机控制装置1在显示部12中显示电动机15的扭矩超过警告输出用扭矩容许值的范围这一内容的警告、并且显示此时的电动机15的频率及扭矩值。

此外，电动机控制装置1在电动机15的所述第二扭矩值超过所述警告输出用扭矩容许值的范围的情况、或者超过所述错误停止用扭矩容许值的范围的情况下，通过使端子13的输出信号电平变化，从而使用户可以使用存储记录仪等测量器对所述电动机15的状态进行确认。如果上述处理结束，则扭矩异常判定步骤结束。

在此，图9示出对电动机控制装置1检测出的扭矩·速度曲线、错误停止用扭矩容许范围的上限值及下限值、以及警告输出用扭矩容许范围的上限值及下限值的关系进行表示的曲线的一个例子。如图9所示，在本实施方式1中，由于在所述试运转步骤（2B）及数据处理步骤（2C）中针对各速度检测并设定错误停止用扭矩容许范围的上限值及下限值、以及警告输出用扭矩容许范围的上限值及下限值，因此，可以迅速且准确地检测电动机的异常，可以有效地保护机械。

如上所述，根据本实施方式1所述的功率转换装置，在所述扭矩异常判定步骤中，将按照预先确定的采样周期而针对运转中的电动机检测出的电动机速度值及扭矩值，与在所述试运转步骤及数据处理步骤中检测并设定的、错误停止用扭矩容许范围的上限值及下限值以及警告输出用扭矩容许范围的上限值及下限值进行比较。其结果，在所述检测出的扭矩值超过错误停止用扭矩容许范围的上限值或小于下限值的情况下，使电动机停止，因此，在包含低速区域在内的所有速度范围内，都可以迅速且准确地检测电动机的扭矩异常，可以有效地保护机械。

标号的说明

1   电动机控制装置

2   速度控制部

4   扭矩异常判定部

5   电流·速度检测部

7   表格生成部

9   表格存储部

11  扭矩校正部

Claims (7)

1.一种电动机控制装置，其由下述部分构成：

电流·速度检测部，其对流过电动机的电流值及电动机速度值进行检测；

扭矩计算部，其使用所述检测出的电流值计算扭矩值；

表格生成部，其基于从所述电流·速度检测部传输来的电动机速度值和从所述扭矩计算部输出的扭矩值，生成表格；

扭矩校正部，其将由所述电流·速度检测部检测出的电动机速度值和该时刻的扭矩值，校正为所述表格中保存的电动机速度值中与所述检测出的电动机速度值近似的电动机速度值下的扭矩值；以及

扭矩异常判定部，其将所述校正后的扭矩值和所述计算出的扭矩值进行比较，对所述计算出的扭矩值是否为异常值进行判定。

2.一种电动机控制装置，其由下述部分构成：

电流·速度检测部，其对流过电动机的电流值及电动机速度值进行检测；

扭矩计算部，其用于在用来求出电动机的扭矩容许值即第三扭矩值的试运转中，使用检测出的电流值计算第一扭矩值，并且，该扭矩计算部用于使用在电动机运转中检测出的电流值计算第二扭矩值；

表格生成部，其在所述试运转中，基于从所述电流·速度检测部传输来的电动机速度值和从所述扭矩计算部输出的第一扭矩值，生成表格；

扭矩校正部，其根据在所述电动机运转中由所述电流·速度检测部检测出的电动机速度值和此时的第二扭矩值，基于所述表格中的速度值和第一扭矩值之间的对应关系，计算出在所述运转中检测出的速度值下的扭矩容许值；以及

扭矩异常判定部，其比较所述扭矩容许值和第二扭矩值，对第二扭矩值是否为异常值进行判定。

3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述扭矩容许值是根据所述表格内的与在所述运转中检测出的速度值接近的多个电动机速度值、以及与它们对应的第一扭矩值，通过近似而计算出的。

4.一种电动机控制装置的控制方法，其由下述步骤构成：

试运转步骤，在该步骤中，使电动机试运转，对流过所述电动机的电流值及电动机速度值进行检测，使用所述电流值计算第一扭矩值；

数据处理步骤，在该步骤中，对在所述试运转步骤中检测出的电动机速度值及计算出的第一扭矩值进行数据处理；

运转步骤，在该步骤中，使电动机运转，对流过所述电动机的电流值及电动机速度值进行检测，使用所述电流值计算第二扭矩值；

扭矩校正步骤，在该步骤中，基于在所述试运转步骤中检测出的电动机速度值及所述第一扭矩值，校正为在所述运转步骤中检测出的电动机速度值下的第三扭矩值；以及

扭矩异常判定步骤，在该步骤中，将电动机运转中检测出的电动机速度值、及由扭矩计算部计算出的第二扭矩值，与基于所述第三扭矩值计算出的扭矩容许值进行比较，对所述第二扭矩值是否超出所述扭矩容许值的上限值或下限值进行判定。

5.根据权利要求4所述的电动机控制装置的控制方法，其特征在于，

所述试运转步骤由下述步骤构成：

按照预先确定的采样周期，由电流·速度检测部对流过电动机的电流值和电动机速度值进行检测的步骤；以及

根据流过所述电动机的电流值计算第一扭矩值的步骤。

6.根据权利要求4所述的电动机控制装置的控制方法，其特征在于，

所述数据处理步骤由下述步骤构成：

将所述电动机速度值及第一扭矩值分解成加速状态的数据、定速状态的数据、减速状态的数据的步骤；

以所述电动机速度值从小到大的顺序对电动机速度值和第一扭矩值重新排序的步骤；

基于所述各数据生成表格的步骤；以及

基于存储在所述表格中的第一扭矩值，计算扭矩容许值的步骤。

7.根据权利要求4所述的电动机控制装置的控制方法，其特征在于，

所述扭矩校正步骤由下述步骤构成：

从表格获取与所述检测出的电动机速度值最接近的速度值和此时的扭矩值、以及第二接近的速度值和此时的扭矩值的步骤；以及

基于所述2个扭矩值，通过近似求出所述检测出的电动机速度下的第三扭矩值的步骤。

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