CN105680765B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机控制装置，能够抑制使电力用半导体元件的动力循环寿命和热循环寿命变短，并且能够增大电机控制装置的最大电流并加大电机的最大转矩。所述电机控制装置包括电机和控制电机的控制部，控制部在瞬时驱动电机的情况下，当电机的速度的绝对值小于规定值时，随着所述速度的绝对值的增大，加大电机的转矩的绝对值的最大值。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及电机控制装置。

背景技术

近年，对于具备电机的机械装置，为了减小使用了所述机械装置的制造的成本，要求缩短循环时间(サイクルタイム)。为了缩短所述循环时间，例如可以提高驱动机械装置的电机的最高速度。可是，电机的最高速度受到动力传递机构的制约。因此，提高电机的最高速度受到限制。

另一方面，为了缩短循环时间，也可以考虑缩短电机的加速和减速的时间。这可以通过例如加大电机的最大转矩来实现。为了加大电机的最大转矩，例如增大电机控制装置的最大输出电流。可是，用于电机控制装置的逆变器部的电力用半导体元件，存在对最大输出电流的限制。因此，难以简单地增大电机控制装置的输出电流。

因此，可以考虑例如在电机控制装置上设置电力用半导体元件的保护功能。保护功能例如将流过电力用半导体元件的电流值限制在一定值以内。由此，能够抑制电力用半导体元件中流过最大输出电流以上的电流。

特别是，在驱动同步电机的电机控制装置中，在想要从停止状态(未转动状态)的电机取得转矩的情况下，使电流集中流过特定的相(一个相)。在该情况下，存在所述特定的相的电力用半导体元件中流过最大输出电流以上的电流的可能性。即使在想要从停止状态的电机得到转矩的情况下，保护功能也抑制电力用半导体元件中流过所述元件容许的值以上的电流。

此外，如果流过超过额定的电流的时间成为规定时间以上，则过载保护功能判断为是过载状态，并保护电力用半导体元件。例如根据电机电流的、相对于连续运转额定值(連続定格)的比例，决定规定时间。由此，抑制了因连续运转额定值以上的电流使电力用半导体元件的负载成为过大的情况。即，所述过载保护功能抑制了电力用半导体元件中流过按照所述负载率所容许的电流以上的电流。

与增大电机控制装置的最大输出电流值的技术相关联，日本专利公开公报特开平9-93953号中公开了逆变器的过载积分跳开电路。所述过载积分跳开电路具备积分器和比较器。积分器对逆变器的负载量与规定量的差进行积分。比较器在积分器的输出超过了规定值时，输出逆变器的跳开信号。

所述过载积分跳开电路具有过载积分时间特性。即，在所述过载积分跳开电路中，在比规定的频率低的频域中，增加积分器的积分量。

按照该技术，在电流集中到特定的相的电力用半导体元件的情况下，能运转的时间变短。由此，能够抑制过载，并且能够增大电机控制装置的最大输出电流并加大转矩。

可是，在用于推压等的电机控制装置中，停止状态的电机在一定的时间内输出转矩。因此，难以应用日本专利公开公报特开平9-93953号的技术。特别是按照日本专利公开公报特开平9-93953号的技术，低速区域中的过载检测时间短。因此，由于保护功能在中途工作，所以存在电机的转矩输出停止的可能性。

另一方面，电力用半导体元件存在动力循环寿命或者热循环寿命。在推压等用途中，在增大了电机控制装置的最大输出电流的情况下，由于特定的相的温度变化剧烈，因此存在它们的寿命变短的可能性。

在进行急剧加减速的用途中，在使电机从停止状态快速加速的情况下，特定的相中也流过最大电流。在以快速减速的方式使电机停止的情况下，特定的相也流过最大电流。在反复进行从相同位置的加速或者向相同位置的停止的情况下，存在特定的相的寿命变短的可能性。

作为改善了在日本专利公开公报特开平9-93953号的技术中在低速时保护动作工作的例子，公开有日本专利公开公报特开2002-218779号的技术。

日本专利公开公报特开2002-218779号公开了通过具有保护功能的AC伺服驱动器来控制AC伺服电机的技术。更具体而言，日本专利公开公报特开2002-218779号所记载的AC伺服电机的过载保护装置，通过AC伺服电机控制机械装置。

所述AC伺服电机的过载保护装置具有过载限制部。所述过载限制部通过设于AC伺服驱动器的速度监视部，导入由设于AC伺服电机的速度检测器检测到的速度信号。所述过载限制部具有以下所述的限制器特性。即，所述过载限制部在导入的速度信号为±N1之间时，把向AC伺服电机输出的输出信号设定在最低转矩限制值(AC伺服电机的额定转矩的100％)。另一方面，所述过载限制部在速度信号超过±N1成为±N2时，把向AC伺服电机输出的输出信号设定为最大转矩限制值(AC伺服电机的额定转矩的300％)。

按照所述的日本专利公开公报特开2002-218779号的技术，当速度信号为±N1之间时，向AC伺服电机输出的输出信号设定在最低转矩限制值(AC伺服电机的额定转矩的100％)。由此，利用过载的异常监视功能，抑制了AC伺服电机和系统整体停止的情况。

可是，如上所述地，按照日本专利公开公报特开平9-93953号的技术，低速区域中的过载检测时间短。因此，由于保护功能在中途工作，所以存在电机的转矩输出停止的可能性。

此外，按照日本专利公开公报特开2002-218779号的方法，在速度信号为±N1之间时转矩变小。因此，在使通常的电机加减速的情况下，存在加减速的时间变长的问题。因此，难以缩短循环时间。

发明内容

本发明是用于解决所述的问题而做出的发明，本发明的一个目的是提供下述的电机控制装置。所述电机控制装置能够抑制使电力用半导体元件的动力循环寿命和热循环寿命变短，并且能够增大电机控制装置的最大电流并加大电机的最大转矩。

本发明的一个实施方式的电机控制装置，其包括：电机；以及控制部，具有半导体，所述半导体根据向所述电机供给的电力来控制所述电机，所述控制部在瞬时驱动所述电机的情况下，当所述电机的速度的绝对值小于规定的转动速度值时，随着所述速度的绝对值的增大，加大所述电机的转矩的绝对值的最大值，所述规定的转动速度值被设定为能抑制因电流向特定的相集中导致的结温上升、以及动力循环寿命和热循环寿命的降低的转动速度值，当所述电机的速度的绝对值成为所述规定的转动速度值以上时，将最大输出电流值设定为如下的电流值：所述半导体的结温为规定值以下、且使所述动力循环寿命和所述热循环寿命成为与所述电机的转动速度为零且电流集中在所述电机的一相的情况同等程度的电流值。

优选的是，所述控制部具有半导体，所述半导体控制向所述电机供给的电力，根据所述半导体的结温、动力循环寿命和热循环寿命中的至少一个以上，决定T1，所述T1是所述电机的速度的绝对值为零时的所述电机的转矩的绝对值的最大值。

优选的是，所述T1和T3，满足T3＞T1的关系，所述T3是所述电机的速度的绝对值为所述规定的转动速度值以上时的所述电机的转矩的绝对值的最大值。

优选的是，所述规定的转动速度值被设定为避免所述半导体的热破坏的速度。

按照所述的电机控制装置，能够抑制使电力用半导体元件的动力循环寿命和热循环寿命变短，并且能够增大电机控制装置的最大电流并加大电机的最大转矩。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电机控制装置的说明图。

图2是本发明的实施方式的电机控制装置的转矩限制值的特性图。

图3是以往的电机控制装置的转矩-转动速度的特性图。

图4是本发明的实施方式的电机控制装置的转矩-转动速度的特性图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。

以下，说明本发明的实施方式。

图1是本发明的实施方式的电机控制装置的说明图。

电机控制装置1具有控制部100、电机20和编码器21。控制部100具有速度检测部10、绝对值化部11、转矩限制器部12和转矩控制器13。电机控制装置1从外部的电源接受电力供给。

控制部100驱动电机20。电机20的转动(转动速度)由编码器21检测。检测到的电机的转动速度(速度)输入电机控制装置1。

以下说明进行电机20的控制的部分。

电机20的位置由编码器21转换为电信号(以下称为“电机转动信号”)后向控制部100的速度检测部10输出。

速度检测部10对电机转动信号(电机位置信号)进行微分并计算速度(转动速度)。速度检测部10把计算出的值(以下称为“速度值”)向绝对值化部11输出。

绝对值化部11将速度值绝对值化。绝对值化部11把绝对值化后的速度值作为转动速度值向转矩限制器部12输出。

转矩限制器部12中输入来自绝对值化部11的电机20的转动速度值(绝对值)和转矩指令值。转矩限制器部12按照后述的图2所表示的转矩限制值的特性图，控制向例如转矩控制器13输出的值。

更具体而言，转矩限制器部12在转矩指令值的绝对值小于按照每个转动速度值设定的转矩的绝对值的最大值的情况下，将转矩指令值直接向转矩控制器13输出。

另一方面，转矩限制器部12在转矩指令值的绝对值为按照每个转动速度值设定的转矩的绝对值的最大值以上的情况下，与转矩指令值的数值无关地输出以下的(1)和(2)所示的转矩限制值。

(1)当转矩指令值为正时，输出转矩的绝对值的最大值。(2)当转矩指令值为负时，输出将－1乘以转矩的绝对值的最大值得到的值。

图2是转矩限制值的特性图。在后面对图2进行更详细的叙述。

转矩控制器13根据输入的转矩指令值或转矩限制值，驱动电机20。由此，电机20例如被控制为输出规定的转矩。

通过以上的工序控制电机20。接着，说明本发明的实施方式的电机控制装置1的转矩限制值的特性。如上所述，图2是本发明的实施方式的电机控制装置1的转矩限制值的特性图。

横轴是电机20的转动速度的绝对值，即，是从绝对值化部11输出的转动速度值。纵轴是从转矩限制器部12输出的转矩限制值。即，纵轴是与按照每个转动速度的绝对值设定的转矩的最大值(能容许的转矩的最大值)对应的值。即，当电机20的转动速度值处于规定的范围时，电机20被容许在成为图2所示的线的内侧的范围内输出转矩。

在此，如图2所示，由于不论是对于正方向还是对于反方向都显示相同特性，所以电机控制装置1的转矩限制值相对于横轴(转矩横轴)对称。

另外，图2所示的电机控制装置的转矩限制值的特性图，表示瞬时转矩输出时的能容许的转矩的最大值。

在图2的电机控制装置的转矩限制值的特性图中，转动速度值为零时，转矩限制值成为±T1。

当转动速度的绝对值(转动速度值)从零增大到作为规定值的N1时，转矩限制值的绝对值(转矩的绝对值的最大值)增大。转动速度值成为N1时，转矩限制值成为±T3。

在此，T3＞T1的关系成立。同样地－T3＜－T1的关系也成立。

所述转矩限制值T1被设定为即使电机处于停止状态时电力用半导体元件也能够保持其耐久性的值。在此，例如，T1是与以往技术中的规定的电机的转动速度的绝对值为零时所容许的转矩值相同的值(也参照图3)。即，T1例如成为电流完全集中到特定的相时所容许的最大的转矩值。

当转动速度值成为规定的转动速度值N1以上时，转矩限制器部12将转矩限制值设定为比转动速度值为零时的转矩限制值T1高的、一定的转矩限制值T3。

在此，根据电机20的特性，所述规定的转动速度值N1被设定为能抑制因电流向特定的相集中导致的结温上升、以及动力循环寿命和热循环寿命的降低的转动速度值。

当转动速度值成为转动速度值N1以上时，难以发生电流向特定的相的集中。因此，与以往相比，可以将电机控制装置1的最大输出电流设定为高的值。

作为电机控制装置1的最大输出电流值，例如可以设定为如下的电流值：能够使当电机电流流过电机控制装置1的转矩控制器13的电力用半导体元件时电力用半导体元件的结温不超过规定的温度，并且能够使动力循环寿命和热循环寿命成为与速度为零且电流集中到1相的情况同等的程度。即，例如转动速度值N1被设定为能避免或者抑制电力用半导体元件(半导体)的热破坏这样的转动速度值。

以往，转矩的最大值(转矩限制值)限于T1。与此相对，在本实施方式中，能够抑制使电力用半导体元件的寿命变短，并且能够增大电机控制装置1的最大电流并加大电机20的最大转矩。

接着，说明以往的电机控制装置的转矩-转动速度的特性、以及本发明的实施方式的电机控制装置的转矩-转动速度的特性。

图3是以往的电机控制装置的转矩-转动速度的特性图。图4是本发明的实施方式的电机控制装置的转矩-转动速度的特性图。

另外，图2表示了瞬时容许的转矩的最大值(转矩限制值)。实际的电机20不仅具有瞬时容许的转矩的最大值，还具有连续输出转矩时容许的转矩的最大值。图3和图4表示了所述的双方。

将表示连续地驱动电机20情况下的转动速度值(转动速度的绝对值)与转矩的绝对值的最大值的关系的区域设为连续区域。将表示瞬时驱动电机20情况下的转动速度值与转矩最大值(转矩的绝对值的最大值)的关系的区域设为瞬时区域。将瞬时区域中的转动速度值为零的状态下的转矩最大值设为T1(T1值)。将连续区域中的转动速度值为零的状态下的转矩最大值设为T2(T2值)。在此，T1＞T2。其理由是：只要是瞬时的，则电机20和向电机20供给电力的半导体电路等都能承受高负载。

如图3所示，在以往的电机控制装置的转矩-转动速度(转动速度值)的特性中，瞬时区域中的转动速度值为零的状态下的转矩最大值为T1。转动速度值从小的值到成为大的值，转矩最大值都是一定的T1。因此，由于当转动速度值大时转矩小，所以电机没有被有效地驱动。

接着，说明图4所示的本发明的实施方式的电机控制装置1的转矩-转动速度(转动速度值)的特性。如图4所示，在瞬时区域中，随着电机20的转动速度值从零增大，转矩最大值增大。如上所述，T1是瞬时区域中的转动速度值为零的状态下的转矩最大值(转矩的绝对值的最大值)。T2是连续区域中的转动速度值为零的状态下的转矩最大值。在T1和T2之间，T1＞T2的关系成立。

另外，由半导体(电力用半导体元件)控制向电机供给的电力。根据半导体的结温、动力循环寿命和热循环寿命中的至少一个以上决定T1。由此，可以提高半导体的耐久性。

在本发明的实施方式的电机控制装置1的转矩-转动速度的特性中，在瞬时区域中随着转动速度值从零增大，转矩最大值(转矩限制值的绝对值)从T1增大。当转动速度的绝对值成为规定值的N1以上时，转矩最大值成为T3。即，在瞬时区域中，当转动速度值小于规定值N1时，控制部100随着转动速度值的增大，加大转矩最大值。因此，当电机20的转动速度值小时，随着转动速度值的增大，改变转矩限制值。由此，可以有效地得到最大限的转矩。

此外，本发明不限于所述的实施方式。本发明的技术包括各种变形了的结构、构成和控制。

例如，也可以通过程序控制电机控制装置1。在所述的实施方式中，通过转矩限制器部12限制转矩指令值，来限制从电机控制装置1输出的电流。代替与此，转矩控制器13的电流指令限制器也可以限制从电机控制装置1输出的电流。

另外，可以通过控制部100设定所述转矩最大值T1、T2和T3中的至少一个。

图2的纵轴也可以说是表示了每个转动速度的绝对值所能容许的转矩的最大值。在规定的转速的绝对值中，也可以仅在图2所示的线的内侧部分的范围内容许电机20输出转矩。

本发明的实施方式可以是以下的第一电机控制装置～第四电机控制装置。

第一电机控制装置，其包括电机以及控制所述电机的控制部，所述控制部当瞬时驱动所述电机时，在速度的绝对值小于规定值的区域中，随着速度的绝对值的增大，加大转矩的绝对值的最大值。

第二电机控制装置，其是在第一电机控制装置的基础上，所述控制部具有控制向所述电机供给的电力的半导体，根据所述半导体的结温、动力循环寿命和热循环寿命中的至少一个以上，决定作为速度的绝对值为零的状态下的转矩的绝对值的最大值的T1，。

第三电机控制装置，其是在第二电机控制装置的基础上，在所述控制部中，作为速度的绝对值为规定值时的转矩的绝对值的最大值T3，具有T3＞T1的关系。

第四电机控制装置，其是在第一电机控制装置～第三电机控制装置中的任意一个电机控制装置基础上，在所述控制部中，所述规定值被设定为不使所述半导体的热破坏发生的速度。

出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (3)

1.一种电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置包括：

电机；以及

控制部，具有半导体，所述半导体根据向所述电机供给的电力来控制所述电机，

所述控制部在瞬时驱动所述电机的情况下，当所述电机的速度的绝对值小于规定的转动速度值时，随着所述速度的绝对值的增大，加大所述电机的转矩的绝对值的最大值，

所述规定的转动速度值被设定为能抑制因电流向特定的相集中导致的结温上升、以及动力循环寿命和热循环寿命的降低的转动速度值，

当所述电机的速度的绝对值成为所述规定的转动速度值以上时，将最大输出电流值设定为如下的电流值：所述半导体的结温为规定值以下、且使所述动力循环寿命和所述热循环寿命成为与所述电机的转动速度为零且电流集中在所述电机的一相的情况同等程度的电流值。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述控制部根据所述半导体的结温、动力循环寿命和热循环寿命中的至少一个以上决定T1，所述T1是所述电机的速度的绝对值为零时的所述电机的转矩的绝对值的最大值，

所述T1和T3，满足T3＞T1的关系，所述T3是所述电机的速度的绝对值为所述规定的转动速度值以上时的所述电机的转矩的绝对值的最大值。

3.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，所述规定的转动速度值被设定为避免所述半导体的热破坏的速度。

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