CN107134950B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

电动机控制装置具备：停电检测部，其检测电源的停电；电压检测部，其检测施加于电动机驱动用的放大器的DC环节电压；切换部，其将电动机与放大器或电阻连接；电压比较部，其将DC环节电压与阈值进行比较；限制值设定部，其根据电压比较部的比较结果来设定转矩限制值；转矩指令限制部，其在检测出停电时将转矩指令限制为转矩限制值；转矩预测值计算部，其使用由速度检测部检测出的角速度，来计算电动机与电阻连接的情况下的电动机的转矩预测值；以及转矩比较部，其将转矩限制值与转矩预测值进行比较，其中，切换部根据转矩比较部的比较结果来将电动机与放大器或电阻连接。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置，特别是涉及一种在电源停电时使电动机紧急停止的电动机控制装置。

背景技术

在对机床、产业机械内的电动机进行控制的电动机控制装置中，在将交流电源侧的交流电力变换为直流电力来向直流环节输出之后，通过放大器再将该直流电力变换为交流电力来将该交流电力作为电动机的驱动电力进行供给。

在供给用于对电动机进行驱动的电力的电源发生了停电的情况下，需要使对机床的进给轴等进行驱动的电动机紧急停止。

例如，如日本专利第5612058号公报所记载的那样，已知以下方法：在具有对进给轴进行驱动的进给轴电动机以及对主轴进行驱动的主轴电动机的机床中，在交流电源侧发生停电时，使进给轴电动机减速，使主轴电动机根据直流环节电压的值来加速或减速，由此避免过电压警报或低电压警报。

另外，例如，如日本专利第5746276号公报所记载的那样，已知以下方法：在具有对进给轴进行驱动的进给轴电动机以及对主轴进行驱动的主轴电动机的机床中，即使在交流电源侧发生停电，也在进给轴电动机的动作满足规定的判定条件时，进行指示使得向主轴电动机输出比上级控制单元原本指示的励磁电流大的励磁电流，由此能够可靠地使进给轴电动机尽早停止，并且在通常运转时抑制主轴电动机的发热。

另外，例如，如日本特开2016-25828号公报所记载的那样，已知一种避免停电后的过电压警报并迅速地使对进给轴进行驱动的电动机停止的电动机控制装置。

作为使电动机减速的方法，存在使电动机产生减速转矩的方法(以下称为“通过控制实现的减速”。)、以及通过将电阻与电动机连接并使电流流过该电阻来消耗能量来施加动力制动(DB)的方法(以下称为“通过硬件实现的减速”。)。当发生停电时从电源向电动机的电力供给被切断，因此利用直流环节中蓄积的电力来进行“通过控制实现的减速”。一般来说，与“通过硬件实现的减速”相比，在“通过控制实现的减速”下，到电动机停止为止的距离(所谓的制动距离)短，因此优选的是在有限的电力内确保长的“通过控制进行的减速”的时间，以使电动机因停电而紧急停止。

通常，在电动机减速时，因再生动作导致动能下降而电力(电能)增加，因此在发生停电时的电动机的紧急停止中，能够在有限的电力内确保长的“通过控制实现的减速”的时间。

然而，根据电动机的规格，出现以下状况：当在“通过控制实现的减速”中使减速转矩过大时，不进行再生而是成为消耗电力的动力运行，从而消耗有限的电力。图5是表示电动机的每相的等效电路的电路图。另外，图6是表示电动机的绕组电流与电力之间的关系的图。在将电动机的绕组电流设为i[A]、将电动机的端子电压设为V[V]、将电动机的角速度设为ω(t)[rad/sec]、将1相的电动机的绕组电阻设为R[Ω]、将每相的电感设为L[H]、将电动机的反电动势系数设为K_V[V×sec/rad]时，如式1那样表示电动机的电力P[W]。

在式1中，若设电流固定(di/dt＝0)来针对电动机的绕组电流i进行整理，则成为式2那样。

如式2所示，电动机的电力P是以电动机的绕组电流i的二次函数来表示的，若将其做成曲线图则如图6那样。在图6中，横轴表示电动机的绕组电流i，纵轴表示电动机的电力P。根据图6可知，在电动机的绕组电流i小于K_Vω/R时由于电动机的减速而进行电力的再生，但是在电动机的绕组电流i为K_Vω/R以上时由于电动机的减速而进行电力的消耗。电动机的转矩与电动机的绕组电流成比例，因此根据式2和图6可知，根据电动机的规格，当在“通过控制实现的减速”下使减速转矩过大时，不进行再生而是进行消耗电力的动力运行动作。

在发生停电时的电动机的紧急停止中，当在“通过控制实现的减速”下使减速转矩过大而进行电力的消耗、从而直流环节中的电力下降时，提供电源的装置(共用电源)无法再供给电力，从而在放大器(逆变换器)中产生低电压警报。当产生低电压警报时，从“通过控制实现的减速”切换为“通过硬件实现的减速”。当该切换进行得早时，用于使电动机停止的距离(制动距离)会变长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在避免在电源停电后产生低电压警报的同时缩短电动机的停止距离的电动机控制装置。

为了实现上述目的，对机床或产业机械中的电动机进行控制的电动机控制装置具备：停电检测部，其检测电源的停电，该电源供给用于对电动机进行驱动的电力；直流环节电压检测部，其检测施加于放大器的直流环节电压的值，该放大器对电动机进行驱动；切换部，其将电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻；电压比较部，其将直流环节电压的值与规定的阈值进行比较；转矩限制值设定部，其根据电压比较部的比较结果，来设定用于使电动机减速的转矩限制值；转矩指令限制部，在检测出停电时电动机与放大器连接的情况下，该转矩指令限制部将用于对电动机进行驱动的转矩指令限制为转矩限制值；速度检测部，其检测电动机的角速度；转矩预测值计算部，其使用由速度检测部检测出的角速度，计算预测为在设为以该角速度旋转的电动机与动力制动用电阻连接的情况下会产生的电动机的减速转矩，来作为转矩预测值；以及转矩比较部，其将由转矩限制值设定部设定的转矩限制值与由转矩预测值计算部计算出的转矩预测值进行比较，其中，切换部根据转矩比较部的比较结果，来将检测出停电时的电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻。

在此，也可以是，在转矩比较部的比较结果为转矩限制值比转矩预测值大的情况下，切换部将电动机的连接目的地切换为放大器，在转矩限制值比转矩预测值小的情况下，切换部将电动机的连接目的地切换为动力制动用电阻。

另外，也可以是，在将由速度检测部检测出的角速度设为ω、将电动机的反电动势系数设为K_V、将转矩常数设为K_T、将电动机中的绕组的Y形接线变换为Δ形接线时的每相的阻抗设为Z、将动力制动用电阻的电阻值设为R_DB、将转矩预测值设为T_DB时，转矩预测值计算部基于

T_DB＝Re{K_VK_Tω(Z+R_DB)^-1}...(3)

来计算转矩预测值T_DB。在此，Re表示复数中的实部(real part)。

另外，也可以是，转矩限制值设定部在电压比较部的比较结果为直流环节电压的值小于规定的阈值的情况下，转矩限制值设定部设定第一转矩限制值，在直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下，转矩限制值设定部设定比第一转矩限制值大的第二转矩限制值。

另外，上述规定的阈值也可以是预先设定的固定值。

另外，也可以是，电动机控制装置还具备保持部，该保持部保持由直流环节电压检测部按规定的周期检测出的直流环节电压的值，上述规定的阈值是在检测出电压比较部的比较中使用的直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的、保持在保持部中的直流环节电压的值。

另外，也可以是，转矩限制值设定部将基于由速度检测部检测出的角速度而求出的能够抑制直流环节电压的减少的转矩限制值设定为在直流环节电压的值小于规定的阈值的情况下的第一转矩限制值。

另外，也可以是，在将由速度检测部检测出的角速度设为ω、将电动机的反电动势系数设为K_V、将转矩常数设为K_T、将绕组电阻设为R时，转矩限制值设定部将第一转矩限制值设定为基于

而计算出的值T_upper以下的值。

另外，也可以是，转矩限制值设定部将直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下的第二转矩限制值设定为电动机所容许的最大转矩以下的值。

附图说明

通过参照以下的附图，会更明确地理解本发明。

图1是基于实施方式的电动机控制装置的框图。

图2是基于其它实施方式的电动机控制装置的框图。

图3A是说明转矩预测值的计算方法的电路图，表示与动力制动用电阻连接时的电动机的Y形接线。

图3B是说明转矩预测值的计算方法的电路图，表示将图3A所示的Y形接线变换为Δ形接线时的布线。

图3C是说明转矩预测值的计算方法的电路图，表示图3B所示的Δ形接线中的1个相的布线。

图4是表示基于实施方式的电动机控制装置的动作流程的流程图。

图5是表示电动机的每相的等效电路的电路图。

图6是表示电动机的绕组电流与电力之间的关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明具有转矩指令限制部的电动机控制装置。然而，希望理解的是，本发明并不限定于附图或以下所说明的实施方式。

图1是基于实施方式的电动机控制装置的框图。以后，在不同的附图中标注了相同的参照标记的要素意味着是具有相同功能的结构要素。此外，在图1和后述的图2中，为了简化附图，仿照惯例，以1条布线“-”与3条斜线“///”的组合来表记三相交流的电动机3所涉及的布线。

基于实施方式的电动机控制装置1将从交流电源(下面有时仅称为电源)2供给的交流电力变换为适于驱动电动机3的电力来向电动机3供给。电动机3只要是三相交流电动机即可，可以是感应电动机、同步电动机中的任一种。电动机3例如被用作机床的进给轴、主轴或者产业机械、产业用机器人的臂等的驱动源。此外，在图示的例子中，将交流电源2的相数设为三相，但是交流电源2的电源的相数在本发明中没有特别的限定，除了三相以外，例如也可以是单相、其它多相的交流电源。若列举交流电源2的一例，则存在三相交流400V电源、三相交流200V电源、三相交流600V电源、单相交流100V电源等。

在电动机控制装置1中，从交流电源2侧输入的交流电力通过整流器4被变换为直流电力而向直流环节输出。在直流环节中，设置有直流环节电容器6，以达到抑制整流器4的直流输出的脉动成分以及蓄积直流电力的目的。直流环节中的电压(以下称为“直流环节电压”)被施加于对电动机3进行驱动的放大器5。放大器5由逆变换器(三相逆变器)构成，该逆变换器包括半导体开关元件的全桥电路，放大器5的开关元件根据基于转矩指令生成的开关指令而被进行导通截止驱动，由此将直流环节电压变换为交流电压，来向电动机3供给驱动电力。另外，放大器5能够如后述那样将在电动机3中再生出的交流电力变换为直流电力而向直流环节输出。此外，整流器4和放大器5的种类、结构在本发明中没有特别限定。

基于本实施方式的电动机控制装置1具备停电检测部11、直流环节电压检测部12、切换部13、电压比较部14、转矩限制值设定部15、转矩指令限制部16、速度检测部17、转矩预测值计算部18、转矩比较部19、转矩指令生成部20以及动力制动用电阻7。

停电检测部11检测交流电源2的停电，该交流电源2供给用于对电动机3进行驱动的电力。停电检测的方法本身在本发明中没有特别限定，但是例如存在以下方法等：对整流器4的交流电源2侧的三相交流输入电压进行坐标变换而变换为与其等效的二相坐标上的电压矢量，计算该矢量的振幅，由此计算电源电压的振幅值，基于该振幅值低于规定的基准电压值的状态持续规定的基准时间的情况来检测停电。停电检测部11当检测出交流电源2的停电时，向转矩指令限制部16发送表示检测出停电的停电检测信号。

直流环节电压检测部12检测施加于放大器5的直流环节电压的值，该放大器5对电动机3进行驱动。直流环节电压检测部12所检测出的直流环节电压的值被发送到电压比较部14。

动力制动用电阻7经由后述的切换部13而设置于电动机3的输入端子间(换言之，电动机绕组的相间)。当通过切换部13而将电动机3的连接目的地从放大器5切换为动力制动用电阻7时，电动机3的输入端子间(电动机绕组的相间)短路，但是由于在此期间也在电动机3中存在磁场磁通，因此由于惯性而旋转的电动机3作为发电机工作，由此而产生的电流经由切换器13流入到动力制动用电阻7并作为焦耳热被消耗，从而在电动机3中产生减速转矩。此外，在图1和图2中，以1条布线“-”与3条斜线“///”的组合来表记三相交流的电动机3所涉及的布线，因此将动力制动用电阻7和切换器13表记为1个。

切换部13将电动机3的电连接目的地切换为放大器5或动力制动用电阻7。在电动机控制装置1对电动机3的驱动进行控制的正常状态下，切换部13将电动机3与放大器5电连接，由此，放大器5将直流环节中的直流电力变换为交流电力来向电动机3供给，或者将从电动机3再生出的交流电力变换为直流电力来向直流环节输出。当停电检测部11检测出交流电源2的停电时，根据后述的转矩比较部19的比较结果，将电动机3的连接目的地切换为放大器5或动力制动用电阻7。后述关于切换部13的详细内容。此外，切换部13的种类、结构在本发明中没有特别限定。

电压比较部14将直流环节电压检测部12检测出的直流环节电压的值与规定的阈值进行比较。后述关于阈值的详细内容。

转矩指令生成部20生成用于对电动机3进行驱动的转矩指令。放大器(逆变换器)5对电动机3输出交流电力(电力供给动作)或者从电动机3被输入交流电力(电力再生动作)，使得电动机3能够以与转矩指令相应的转矩进行旋转动作。例如在放大器5为PWM控制方式的逆变器的情况下，由转矩指令生成部20生成的转矩指令被变换为用于对放大器(逆变换器)5内的各半导体开关元件的开关动作进行PWM控制的PWM控制信号来发送到放大器5内的各半导体开关元件。

转矩限制值设定部15根据电压比较部14的比较结果来设定转矩限制值。由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值被发送到转矩指令限制部16。

在此，更详细地说明转矩限制值和阈值。

如参照图5和图6而说明的那样，在使电动机3产生减速转矩来减速时(“通过控制实现的减速”)，根据减速转矩的大小，电动机3在进行电力的再生或进行电力的消耗之间切换。根据图6可知，当在电动机3的绕组电流i小于K_Vω/R时使电动机3产生减速转矩时，进行电力的再生，当在电动机3的绕组电流i为K_Vω/R以上时使电动机3产生减速转矩时，进行电力的消耗。若换成转矩T来说明此情况，则在将转矩常数设为K_T[N/Arms]时，转矩T以“K_Ti”表示，因此成为“当在电动机3的转矩T小于K_VK_Tω/R时使电动机3产生减速转矩时，进行电力的再生，当在电动机3的转矩T为K_VK_Tω/R以上时使电动机3产生减速转矩时，进行电力的消耗”。当整流器4的交流电源2侧发生停电时，不再从整流器4输出直流电力，因此在此期间需要使用直流环节中蓄积的电力来进行使电动机3产生减速转矩来减速的“通过控制实现的减速”。存在减速转矩越大则电动机3的停止距离(制动距离)越短的优点，但是当转矩T为K_VK_Tω/R时，尽管电动机3进行减速，在电动机3中也消耗电力，因此存在直流环节电压下降而在放大器5中产生低电压警报的担忧。另一方面，存在减速转矩越小则电动机3的停止距离(制动距离)越长的缺点，但是如果转矩T小于K_VK_Tω/R，则由于电动机3的减速而从电动机3再生电力，因此直流环节电压不会下降，不产生低电压警报。因此，在转矩限制值设定部15中，在交流电源2停电时，为了避免产生低电压警报并以尽可能短的时间使电动机3停止，在直流环节电压的值小于规定的阈值的情况下设定第一转矩限制值T_lim1，在直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下设定比第一转矩限制值T_lim1大的第二转矩限制值T_lim2。即，“第一转矩限制值T_lim1<第二转矩限制值T_lim2”的关系成立。这样，在转矩限制值设定部15中，根据直流环节电压的值来设定第一转矩限制值T_lim1和第二转矩限制值T_lim2中的某一个转矩限制值。

作为直流环节电压的值小于规定的阈值的情况下的第一转矩限制值T_lim1，设定基于由速度检测部17检测出的角速度而求出的能够抑制直流环节电压的减少的转矩限制值。如上所述，如果转矩T小于K_VK_Tω/R则由于电动机3的减速而从电动机3再生电力，因此若将第一转矩限制值T_lim1设定为K_VK_Tω/R(＝T_upper)以下的值，则即使将转矩指令限制为第一转矩限制值T_lim1，直流环节电压也不会减少。换言之，第一转矩限制值T_lim1的上限值T_upper为KVK_Tω/R。

另一方面，直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下的第二转矩限制值T_lim2只要设定为比上述的第一转矩限制值T_lim1大的值即可，其上限值为电动机3所容许的最大转矩。在直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下，可以说直流环节中蓄积的电力处于比较充裕的状态，因此只要在不超出电动机3所容许的最大转矩的范围内执行使电动机3产生减速转矩来减速的“通过控制实现的减速”即可。

在此，也可以将上述规定的阈值作为预先设定的固定值来设定。

或者，也可以将上述规定的阈值设定为在检测出电压比较部14的比较中使用的直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的直流环节电压的值。图2是基于其它实施方式的电动机控制装置的框图。直流环节电压检测部12以规定的周期检测直流环节电压的值，通过设置暂时保持由直流环节电压检测部12检测出的直流环节电压的值的保持部21，能够在电压比较部14中将直流环节电压检测部12所检测出的直流环节电压的值与在检测出该直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的直流环节电压的值(即阈值)进行比较。通过设置保持部21，能够在电压比较部14中判定直流环节电压呈上升趋势还是下降趋势，因此能够更可靠地在避免产生低电压警报的同时以尽可能短的时间使电动机3停止。例如，在直流环节电压的值小于在检测出该直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的直流环节电压的值(即在保持部21中作为阈值而保持着的值)的情况下，直流环节电压呈下降趋势，因此设定第一转矩限制值T_lim1，在直流环节电压的值为在检测出该直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的直流环节电压的值(即在保持部21中作为阈值而保持着的值)以上的情况下，直流环节电压呈上升趋势，因此设定比第一转矩限制值T_lim1大的第二转矩限制值T_lim2。

如以上那样，转矩限制值设定部15基于由电压比较部14使用阈值进行比较处理的结果，设定第一转矩限制值T_lim1和第二转矩限制值T_lim2中的某一个。

返回到图1，在由停电检测部11检测出停电时，转矩指令限制部16将由转矩指令生成部20生成的转矩指令限制为由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值。即，在检测出停电时，从转矩指令生成部20输出作为转矩指令的转矩限制值，该转矩限制值被变换为用于对放大器(逆变换器)5内的各半导体开关元件的开关动作进行控制的开关指令，来发送到放大器5内的各半导体开关元件，放大器5基于该开关指令来进行电力变换动作。其中，在电动机3与放大器5电连接时，在检测出停电时由转矩指令限制部16对转矩指令进行限制的效果为有效。

速度检测部17检测被驱动的电动机3的角速度。由速度检测部17检测出的角速度被发送到转矩限制值设定部15。

转矩预测值计算部18利用由速度检测部17检测出的角速度，来计算预测为在假定为以该角速度旋转的电动机3通过切换部13而与动力制动用电阻7电连接的情况下会产生的电动机3的减速转矩来作为转矩预测值。由转矩预测值计算部18进行的转矩预测值的计算处理是与经由切换部13的电动机2的电连接目的地是放大器5还是动力制动用电阻7无关地周期性地执行的，在假定为“电动机3以由速度检测部17检测出的角速度旋转、且电动机3与动力制动用电阻7电连接来对电动机3施加动力制动”的情况下，对应该会在电动机3中产生的减速转矩进行预测计算。按规定的周期(例如1毫秒)来计算转矩预测值。

在此，参照图3A～图3C来说明转矩预测值的计算。图3A～图3C是说明转矩预测值的计算方法的电路图，图3A表示与动力制动用电阻连接时的电动机的Y形接线，图3B表示将图3A所示的Y形接线变换为Δ形接线时的布线，图3C表示图3B所示的Δ形接线中的1个相的布线。三相的电动机3中的三相绕组是以如图3A所示那样的Y形接线(也称为星形接线。)来布线的。Z_a、Z_b、Z_c表示abc各相的阻抗，R_DB表示经由切换部13而与abc各相的绕组电连接的动力制动用电阻7的电阻值。当对图3A所示的Y形接线进行Y-Δ(delta)变换时，成为如图3B所示那样的Δ形接线。在此，若将“Z_a+R_DB”置换为Z_a’、将“Z_b+R_DB”置换为Z_b’、将“Z_c+R_DB”置换为Z_c’，则式5成立。

当在式5中进行如式6所示那样的置换时，得到如图3B所示那样的Δ形接线。

当取出图3B所示的Δ形接线的1个相(ab相)的布线时，成为如图3C所示那样。

当将电动机3的绕组电流(ab相)设为i、将由速度检测部17检测出的角速度设为ω、将电动机3的反电动势系数设为K_V时，式7成立。

K_Vω＝Re{(Z_ab+R_DB)i}…(7)

因此，当将转矩常数设为K_T时，如式8那样表示转矩预测值T_DB。在式8中，Re表示复数中的实部(real part)。

如以上那样来计算转矩预测值T_DB。

返回到图1，转矩比较部19将由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值与由转矩预测值计算部18计算出的转矩预测值T_DB进行比较。如上所述，转矩预测值T_DB是由转矩预测值计算部18按规定的周期计算出的，与此相对应地，转矩比较部19按该规定的周期来将转矩限制值与转矩预测值T_DB进行比较。

在转矩比较部19的比较结果是判定为由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值(第一转矩限制值T_lim1或第二转矩限制值T_lim2)比由转矩预测值计算部18计算出的转矩预测值T_DB大的情况下，意味着并非动力制动(通过硬件实现的减速)而是“通过控制实现的减速”下的电动机3中产生的减速转矩大，因此切换部13将电动机3的电连接目的地切换为放大器5。由此，转矩指令限制部16将转矩指令限制为由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值，放大器5以基于该转矩限制值创建的开关指令来控制放大器5内的各半导体开关元件的开关动作，来进行在电动机3中产生减速转矩那样的电力变换动作，由此在电动机3中产生减速转矩，电动机3减速。

另外，在转矩比较部19的比较结果是判定为由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值比由转矩预测值计算部18计算出的转矩预测值T_DB小的情况下，意味着并非“通过控制实现的减速”而是动力制动(通过硬件实现的减速)下的电动机3中产生的减速转矩大，因此切换部13将电动机3的电连接目的地切换为动力制动用电阻7。由此，电动机3的输入端子间(电动机绕组的相间)通过动力制动用电阻7而被短路，由于惯性而旋转的电动机3作为发电机工作，由此而产生的电流流入到动力制动用电阻7并作为焦耳热被消耗，由此在电动机3中产生减速转矩，电动机3减速。

这样，在交流电源2停电时，为了在避免产生低电压警报的同时以尽可能短的时间使电动机3停止，判定根据直流环节电压的值设定的转矩限制值与转矩预测值T_DB的大小关系，来选择“通过控制实现的减速”和动力制动(通过硬件实现的减速)中的、产生更大的减速转矩的减速方法。

图4是表示基于实施方式的电动机控制装置的动作流程的流程图。

在由电动机控制装置1对电动机3进行控制的情况下，首先在步骤S101中，停电检测部11检测交流电源2是否发生停电。当停电检测部11检测出交流电源2的停电时，向转矩限制值设定部15发送表示检测出停电的停电检测信号，并进入步骤S102。

在步骤S102中，电压比较部14判定直流环节电压检测部12所检测出的直流环节电压的值是否为规定的阈值以上。在直流环节电压的值为规定的阈值以上的情况下进入步骤S103，在直流环节电压的值小于规定的阈值的情况下进入步骤S104。

在步骤S103中，转矩限制值设定部15设定第二转矩限制值T_lim2。

在步骤S104中，转矩限制值设定部15设定第一转矩限制值T_lim1。

在步骤S105中，与电动机2的经由切换部13的电连接目的地是放大器5还是动力制动用电阻7无关地，转矩预测值计算部18计算在假定为“电动机3以由速度检测部17检测出的角速度旋转、且电动机3与动力制动用电阻7电连接来对电动机3施加动力制动”的情况下应该会在电动机3中产生的减速转矩来作为转矩预测值T_DB。

在步骤S106中，转矩比较部19将由转矩限制值设定部15设定的转矩限制值与由转矩预测值计算部18计算出的转矩预测值T_DB进行比较。在由转矩比较部19进行的比较的结果为转矩限制值比转矩预测值T_DB大的情况下进入步骤S107，在转矩限制值比转矩预测值T_DB小的情况下进入步骤S109。

在步骤S107中，切换部13将电动机3的电连接目的地切换为放大器5。

在继步骤S107之后的步骤S108中，转矩指令限制部16将转矩指令生成部20所生成的转矩指令限制为在步骤S103中设定的第二转矩限制值T_lim2或在步骤S104中设定的第一转矩限制值T_lim1。由此，放大器(逆变换器)5以基于所设定的转矩限制值创建的开关指令，来控制放大器5内的各半导体开关元件的开关动作，来进行在电动机3中产生减速转矩那样的电力变换动作。由此，在电动机3中产生减速转矩，电动机3减速(步骤S111)。

在步骤S109中，切换部13将电动机3的电连接目的地切换为动力制动用电阻7。

在继步骤S109之后的步骤S110中，电动机3的输入端子间(电动机绕组的相间)通过动力制动用电阻7而被短路，由于惯性而旋转的电动机3作为发电机工作，由此而产生的电流流入到动力制动用电阻7并作为焦耳热被消耗，从而在电动机3中产生减速转矩，电动机3减速(步骤S111)。

在步骤S112中，判定电动机3是否已完全停止。该判定例如只要由上级控制装置(未图示)基于由速度检测部17检测出的角速度来进行即可。在电动机3尚未完全停止的情况下返回到步骤S102。

在步骤S101中检测出交流电源2的停电之后，重复执行步骤S102～S112的处理，直到在步骤S112中判定为电动机3已完全停止为止。该重复周期与由转矩预测值计算部18进行的转矩预测计算的周期相同。在该期间，根据直流环节电压的值，设定第一转矩限制值T_lim1或第二转矩限制值T_lim2，根据所设定的转矩限制值与转矩预测值T_DB的大小关系，来选择包括步骤S107和S108的利用针对放大器(逆变换器)5的转矩指令的“通过控制实现的减速”、或者包括步骤S109和S110的利用动力制动用电阻7的“通过硬件实现的减速”。由于选择利用针对放大器(逆变换器)5的转矩指令的“通过控制实现的减速”以及利用动力制动用电阻7的“通过硬件实现的减速”中的、在电动机3中产生更大的减速转矩的减速方法，因此能够在避免产生低电压警报的同时缩短电动机3的停止距离(制动距离)。

此外，上述的电压比较部14、转矩限制值设定部15、转矩指令限制部16、转矩指令预测计算部18、转矩比较部19以及转矩指令生成部20例如既可以以软件程序形式来构建、或者也可以以各种电子电路与软件程序的组合来构建。例如在以软件程序形式构建上述各部的情况下，能够通过使存在于电动机控制装置1内的运算处理装置按照该软件程序进行动作来实现上述的各部的功能。或者，也可以将电压比较部14、转矩限制值设定部15、转矩指令限制部16、转矩指令预测计算部18、转矩比较部19以及转矩指令生成部20作为写入有实现各部的功能的软件程序的半导体集成电路来实现。

根据本发明，在对机床或产业机械中的电动机进行控制的电动机控制装置中，能够在避免电源停电后产生低电压警报的产生的同时缩短电动机的停止距离。根据本发明，选择利用针对放大器(逆变换器)的转矩指令的“通过控制实现的减速”以及利用动力制动用电阻的“通过硬件实现的减速”中的、在电动机中产生更大的减速转矩的减速方法，因此能够在避免产生低电压警报的同时缩短电动机的停止距离(在短时间内使电动机停止)。

Claims (11)

1.一种电动机控制装置，对产业机械中的电动机进行控制，该电动机控制装置的特征在于，具备：

停电检测部，其检测电源的停电，该电源供给用于对电动机进行驱动的电力；

直流环节电压检测部，其检测施加于放大器的直流环节电压的值，该放大器对电动机进行驱动；

切换部，其将电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻；

电压比较部，其将所述直流环节电压的值与规定的阈值进行比较；

转矩限制值设定部，其根据所述电压比较部的比较结果，来设定用于使电动机减速的转矩限制值；

转矩指令限制部，在检测出停电时电动机与放大器连接的情况下，该转矩指令限制部将用于对电动机进行驱动的转矩指令限制为所述转矩限制值；

速度检测部，其检测电动机的角速度；

转矩预测值计算部，其使用由所述速度检测部检测出的角速度，计算预测为在设为以该角速度旋转的电动机与动力制动用电阻连接的情况下会产生的电动机的减速转矩，来作为转矩预测值；以及

转矩比较部，其将由所述转矩限制值设定部设定的所述转矩限制值与由所述转矩预测值计算部计算出的所述转矩预测值进行比较，

其中，所述切换部根据所述转矩比较部的比较结果，来将检测出停电时的电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻，

在将由所述速度检测部检测出的角速度设为ω、将电动机的反电动势系数设为K_V、将转矩常数设为K_T、将电动机中的绕组的Y形接线变换为Δ形接线时的每相的阻抗设为Z、将动力制动用电阻的电阻值设为R_DB、将所述转矩预测值设为T_DB时，所述转矩预测值计算部基于

【数式1】

T_DB＝Re{K_VK_Tω(Z+R_DB)^-1}

来计算所述转矩预测值T_DB。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述产业机械是机床。

3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述转矩比较部的比较结果为所述转矩限制值比所述转矩预测值大的情况下，所述切换部将电动机的连接目的地切换为放大器，在所述转矩限制值比所述转矩预测值小的情况下，所述切换部将电动机的连接目的地切换为动力制动用电阻。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述电压比较部的比较结果为所述直流环节电压的值小于所述规定的阈值的情况下，所述转矩限制值设定部设定第一转矩限制值，在所述直流环节电压的值为所述规定的阈值以上的情况下，所述转矩限制值设定部设定比所述第一转矩限制值大的第二转矩限制值。

5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备保持部，该保持部保持由所述直流环节电压检测部按规定的周期检测出的直流环节电压的值，

所述规定的阈值是在检测出所述电压比较部的比较中使用的直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的、保持在所述保持部中的直流环节电压的值。

6.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述转矩限制值设定部将基于由所述速度检测部检测出的角速度而求出的能够抑制直流环节电压的减少的转矩限制值设定为在所述直流环节电压的值小于所述规定的阈值的情况下的所述第一转矩限制值。

7.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

在将由所述速度检测部检测出的角速度设为ω、将电动机的反电动势系数设为K_V、将转矩常数设为K_T、将绕组电阻设为R、将角速度设为ω时，所述转矩限制值设定部将所述第一转矩限制值设定为基于

【数式2】

而计算出的值T_upper以下的值。

8.一种电动机控制装置，对产业机械中的电动机进行控制，该电动机控制装置的特征在于，具备：

停电检测部，其检测电源的停电，该电源供给用于对电动机进行驱动的电力；

直流环节电压检测部，其检测施加于放大器的直流环节电压的值，该放大器对电动机进行驱动；

切换部，其将电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻；

电压比较部，其将所述直流环节电压的值与规定的阈值进行比较；

转矩限制值设定部，其根据所述电压比较部的比较结果，来设定用于使电动机减速的转矩限制值；

转矩指令限制部，在检测出停电时电动机与放大器连接的情况下，该转矩指令限制部将用于对电动机进行驱动的转矩指令限制为所述转矩限制值；

速度检测部，其检测电动机的角速度；

转矩预测值计算部，其使用由所述速度检测部检测出的角速度，计算预测为在设为以该角速度旋转的电动机与动力制动用电阻连接的情况下会产生的电动机的减速转矩，来作为转矩预测值；以及

转矩比较部，其将由所述转矩限制值设定部设定的所述转矩限制值与由所述转矩预测值计算部计算出的所述转矩预测值进行比较，

其中，所述切换部根据所述转矩比较部的比较结果，来将检测出停电时的电动机的连接目的地切换为放大器或动力制动用电阻，

在所述电压比较部的比较结果为所述直流环节电压的值小于所述规定的阈值的情况下，所述转矩限制值设定部设定能够抑制直流环节电压的减少的第一转矩限制值，在所述直流环节电压的值为所述规定的阈值以上的情况下，所述转矩限制值设定部设定比所述第一转矩限制值大的第二转矩限制值，

在将由所述速度检测部检测出的角速度设为ω、将电动机的反电动势系数设为K_V、将转矩常数设为K_T、将绕组电阻设为R、将角速度设为ω时，所述转矩限制值设定部将所述第一转矩限制值设定为基于

【数式3】

而计算出的值T_upper以下的值。

9.根据权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述产业机械是机床。

10.根据权利要求8或9所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述转矩比较部的比较结果为所述转矩限制值比所述转矩预测值大的情况下，所述切换部将电动机的连接目的地切换为放大器，在所述转矩限制值比所述转矩预测值小的情况下，所述切换部将电动机的连接目的地切换为动力制动用电阻。

11.根据权利要求8或9所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备保持部，该保持部保持由所述直流环节电压检测部按规定的周期检测出的直流环节电压的值，

所述规定的阈值是在检测出所述电压比较部的比较中使用的直流环节电压时的周期之前的周期中检测出的、保持在所述保持部中的直流环节电压的值。