CN109075736A - 电动机的控制系统 - Google Patents

Abstract

提供估计旋转变压器的温度而不使用检测温度的传感器的电动机的控制系统。电动机的控制系统具有：检测旋转变压器(2)的励磁绕组的阻抗变化的阻抗变化检测部(6)和检测旋转变压器(2)的输出电压的输出电压检测部(5)中的至少一方；以及旋转变压器温度估计部(7)，其根据由阻抗变化检测部(6)检测到的阻抗变化和由输出电压检测部(5)检测到的输出电压的变化中的至少一方，估计旋转变压器(2)的温度。

Description

电动机的控制系统

技术领域

本发明涉及电动机的控制系统。

背景技术

在电动机的控制中使用的旋转变压器一般具有角度误差，但是，公知作为针对温度变动顽强的位置传感器。并且，公知旋转变压器的角度误差具有温度依赖性。在下述专利文献1中记载有使用预先存储的校正数据来校正对旋转变压器信号进行旋转变压器-数字转换而得到的数字角度信号的技术。在该技术中，根据搭载有旋转变压器的设备的温度而使用不同的校正数据。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-76078号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1所述的技术无法应用于未设置检测温度的传感器的设备。

本发明正是为了解决上述课题而完成的。其目的在于，提供估计旋转变压器的温度而不使用检测温度的传感器的电动机的控制系统。

用于解决课题的手段

本发明的电动机的控制系统具有：检测旋转变压器的励磁绕组的阻抗变化的阻抗变化检测部和检测旋转变压器的输出电压的输出电压检测部中的至少一方；以及旋转变压器温度估计部，其根据由阻抗变化检测部检测到的阻抗变化和由输出电压检测部检测到的输出电压的变化中的至少一方，估计旋转变压器的温度。

发明效果

在本发明的电动机的控制系统中，旋转变压器温度估计部根据由阻抗变化检测部检测到的阻抗变化和由输出电压检测部检测到的输出电压的变化中的至少一方，估计旋转变压器的温度。因此，根据本发明，能够估计旋转变压器的温度而不使用检测温度的传感器。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的电动机的控制系统的一例的结构图。

图2是示出本发明的实施方式2中的电动机的控制系统的第1例的结构图。

图3是示出本发明的实施方式2中的电动机的控制系统的第2例的结构图。

图4是电动机的控制系统的硬件结构图。

具体实施方式

参照附图对本发明进行详细说明。在各图中，对相同或相当的部分标注相同标号。适当简化或省略重复的说明。

实施方式1

图1是示出实施方式1中的电动机的控制系统的一例的结构图。电动机的控制系统应用于电动机1。

如图1所示，电动机的控制系统具有旋转变压器2、励磁电压产生器3、旋转变压器-数字转换器4、输出电压检测部5、阻抗变化检测部6、旋转变压器温度估计部7、角度误差估计部8、角度误差校正部9、驱动指令生成部10和驱动控制部11。下面，将旋转变压器-数字转换器4称作“RD转换器4”。

励磁电压产生器3、RD转换器4、输出电压检测部5、阻抗变化检测部6、旋转变压器温度估计部7、角度误差估计部8、角度误差校正部9、驱动指令生成部10和驱动控制部11可以形成为一体的设备。励磁电压产生器3、RD转换器4、输出电压检测部5、阻抗变化检测部6、旋转变压器温度估计部7、角度误差估计部8、角度误差校正部9、驱动指令生成部10和驱动控制部11也可以形成为单独的设备。

旋转变压器2安装于电动机1。旋转变压器2具有未图示的转子、定子、至少一个励磁绕组和至少一个输出绕组。在励磁绕组中流过励磁电流时，根据转子的旋转位置，来自输出绕组的输出电压的振幅发生变动。即，输出电压的振幅根据转子的旋转角度而发生变动。在励磁绕组和输出绕组中的任意一方存在多个的情况下，该多个绕组的电压相位相互偏移。

下面，作为一例，设旋转变压器2为一相励磁二相输出的旋转变压器进行说明。另外，电动机的控制系统也能够应用于二相励磁一相输出的旋转变压器。

励磁电压产生器3是励磁电压的供给源。励磁电压产生器3对用于驱动旋转变压器2的励磁绕组的两端施加励磁电压。优选励磁电压产生器3为交流电压源或交流电流源，但是，只要对励磁绕组施加励磁电压即可，也可以是固定电压的电压源。励磁电压产生器3只要对励磁绕组施加励磁电压即可，也可以是固定电流的电流源。励磁电压产生器3只要对励磁绕组施加励磁电压即可，也可以是其他电源。

电动机的控制系统也可以具有电流传感器等作为检测励磁电流的单元。电动机的控制系统也可以具有电压传感器等作为检测励磁电压的单元。

RD转换器4作为检测旋转变压器2的转子的旋转角度的单元发挥作用。RD转换器4根据旋转变压器2的输出电压，输出表示转子的旋转角度的数字信号。该数字信号所示的旋转角度由与RD转换器4的输出分辨率对应的值表示。RD转换器4在电动机1旋转的期间内，以与轴倍角N相同的数量反复输出数字信号。为了进行信号处理，有时将励磁电压也输入到RD转换器4。

在图1中，RD转换器4与励磁电压产生器3分开记载，但是，RD转换器4也可以具有产生励磁电压的功能。即，RD转换器4也可以具有励磁电压产生器3的功能。该情况下，也可以不是由励磁电压产生器3而是由RD转换器4输出励磁电压。

由RD转换器4检测到的旋转角度可能包含角度误差。下面，将该角度误差称作“旋转变压器角度误差”。旋转变压器角度误差包含由于旋转变压器2的温度变动而引起的角度误差。

在旋转变压器2的温度发生变动的情况下，作为电气影响，励磁绕组的阻抗发生变动。当旋转变压器2的温度上升时，特别地，励磁绕组的阻抗中的电阻成分增加。由于励磁绕组的温度上升，励磁电流的振幅减小。由于励磁绕组的温度上升，与温度上升前相比，励磁电流相对于励磁电压的相位偏移相对减小。由于温度上升引起的励磁电流的变化，输出电压的振幅也减小。由于温度上升引起的励磁电流的变化，输出电压相对于励磁电压的相位偏移也发生变动。

在旋转变压器2的温度上升的情况下，作为机械影响，由于热膨胀而使转子与定子之间的空隙缩小。当转子-定子之间的空隙的宽度变化时，转子-定子之间的磁导变化。当转子-定子之间的磁导变化时，输出电压变化。因此，在旋转变压器2的温度上升的情况下，当由于组装时的应力影响等而使空隙的宽度不均匀地缩小时，输出电压伴随磁导的变动而变动。另外，空隙的宽度与磁导之间的关系由下述(1)式表示。

【数学式1】

(1)式中的P是磁导。μ是大气中的透磁率。S是磁路截面面积。Δ是空隙的宽度，相当于磁路长度。根据(1)式，当空隙的宽度缩小时，磁导增加。在旋转变压器2的转子与定子之间产生温度差时，即使定子的温度仍然相同，磁导也变化。

这样，由于旋转变压器2的温度变动，输出电压发生变动。当利用RD转换器4对变动的输出电压进行处理时，检测到包含角度误差的旋转角度。

输出电压检测部5检测旋转变压器2的输出电压。输出电压检测部5例如可以是设置在RD转换器4的输入部的未图示的AD转换器。AD转换器是“模拟-数字转换器”的简称。

阻抗变化检测部6检测旋转变压器2的励磁绕组的阻抗变化。阻抗变化检测部6例如可以根据由电流传感器检测到的励磁电流和由电压传感器检测到的励磁电压计算励磁绕组的阻抗。阻抗变化检测部6例如可以根据由电压传感器检测到的励磁电压与由输出电压检测部5检测到的输出电压的相位偏移量的变化，计算励磁绕组的阻抗变化。阻抗变化检测部6也可以利用其他方法计算励磁绕组的阻抗变化。

旋转变压器温度估计部7估计旋转变压器2的温度。由旋转变压器温度估计部7估计出的温度也是电动机1中的旋转变压器安装部位的温度。下面，对基于旋转变压器温度估计部7的温度估计方法的例子进行说明。

旋转变压器温度估计部7例如根据由阻抗变化检测部6检测到的阻抗变化，估计旋转变压器2的温度。该情况下，旋转变压器温度估计部7或未图示的存储部等预先存储有基准温度下的励磁绕组的电阻值和阻抗。基准温度例如是20℃。如果仅由于伴随温度变化的电阻值变化而产生励磁绕组的阻抗变化，则能够根据温度上升时的励磁电流值大概计算温度上升时的阻抗的电阻成分。将大概计算出的温度上升时的电阻成分与基准温度下的励磁绕组的电阻值进行比较，由此，能够估计温度上升时的励磁绕组的温度。

或者，旋转变压器温度估计部7例如根据由输出电压检测部5检测到的输出电压，估计旋转变压器2的温度。该情况下，旋转变压器温度估计部7或未图示的存储部等预先存储有基准温度下的旋转变压器2的输出电压的振幅值。基准温度例如是20℃。将温度上升时的输出电压的振幅值与基准温度下的输出电压的振幅值进行比较，由此，能够计算转子-定子之间的磁导变化。根据(1)式所示的关系，能够根据磁导变化来计算转子-定子之间的空隙宽度变化。空隙宽度变化相当于旋转变压器2的转子铁芯和定子铁芯由于热膨胀而伸长的量。因此，能够根据空隙宽度变化、转子铁芯的线膨胀系数和定子铁芯的线膨胀系数，估计温度上升时的励磁绕组的温度。转子铁芯和定子铁芯的线膨胀系数例如预先存储在旋转变压器温度估计部7或未图示的存储部等中即可。另外，例如，可以使用输出电压检测部5通过峰值保持来计算输出电压的振幅值，也可以通过频率分析来计算输出电压的振幅值。

这样，旋转变压器温度估计部7能够根据励磁绕组的阻抗变化和旋转变压器2的输出电压振幅的变化中的至少一方，估计旋转变压器2的温度。在使用阻抗变化和输出电压振幅的变化双方的情况下，旋转变压器温度估计部7以更高的精度估计旋转变压器2的温度。下面，将由旋转变压器温度估计部7估计出的温度称作旋转变压器2的“估计温度”。

角度误差估计部8估计旋转变压器角度误差。角度误差估计部8估计某个温度下的旋转变压器角度误差，在旋转变压器2的温度发生变动的情况下，也输出温度变动前的角度误差估计值。下面，将由角度误差估计部8估计出的旋转变压器角度误差称作“角度误差估计值”。

角度误差校正部9根据旋转变压器2的估计温度对角度误差估计值进行校正。角度误差校正部9根据表示温度与角度误差校正值之间的关系的信息，使用与估计温度对应的角度误差校正值对角度误差估计值进行校正。角度误差校正部9根据校正后的角度误差估计值和由RD转换器4检测到的旋转角度，输出校正后的旋转角度信息。

表示温度与角度误差校正值之间的关系的信息例如是对该关系进行表化或数式化而得到的。表示温度与角度误差校正值之间的关系的信息例如预先存储在角度误差校正部9或未图示的存储部等中即可。

驱动指令生成部10生成并输出电动机1的驱动指令。电动机1的驱动指令包含转矩指令和速度指令。转矩指令也称作电流指令。速度指令也称作电压指令。

驱动控制部11对电动机1的动作进行控制。驱动控制部11也可以包含电动机1的电流传感器、速度控制器和电流控制器等。驱动控制部11使用校正后的旋转角度信息驱动电动机1，以使其追随于驱动指令生成部10输出的驱动指令。

在实施方式1中，旋转变压器温度估计部7根据由阻抗变化检测部6检测到的阻抗变化和由输出电压检测部5检测到的输出电压振幅的变化中的至少一方，估计旋转变压器2的温度。因此，根据实施方式1，能够估计旋转变压器的温度而不使用检测温度的传感器。其结果是，例如，能够以更加简单的结构高精度地控制电动机。

在实施方式1中，角度误差估计部8根据旋转变压器2的输出电压，估计从RD转换器4输出的数字信号所示的旋转角度的角度误差。角度误差校正部9根据由旋转变压器温度估计部7估计出的温度，校正由角度误差估计部8估计出的角度误差。驱动控制部11根据表示由角度误差校正部9校正后的角度误差的信息，对电动机1的动作进行控制。因此，根据实施方式1，能够校正根据旋转变压器的温度而变动的检测角度的误差而不使用检测温度的传感器。其结果是，在旋转变压器的检测角度的误差由于温度而变动的情况下，能够使用高精度地校正角度误差后的角度信息对电动机进行控制。并且，在使用阻抗变化和输出电压振幅的变化双方的情况下，能够以更高的精度校正旋转变压器角度误差。

实施方式2

下面，以与实施方式1的不同之处为中心说明电动机的控制系统的结构。对与实施方式1相同或相当的部分标注相同标号并省略一部分说明。

图2是示出实施方式2中的电动机的控制系统的第1例的结构图。

图2所示的电动机的控制系统具有估计温度判定部12和指令值限制器13。在图2所示的电动机的控制系统中，用于估计旋转变压器2的温度的结构与实施方式1相同。图2所示的电动机的控制系统也可以具有与实施方式1相同的励磁电压产生器3、RD转换器4、角度误差估计部8和角度误差校正部9。

估计温度判定部12判定旋转变压器2的估计温度是否超过预先设定的阈值即“设定温度”。设定温度例如被设定成电动机1的部件、电动机1具有的永久磁铁或旋转变压器2等的标准温度以下。设定温度例如预先存储在估计温度判定部12或未图示的存储部等中即可。估计温度判定部12在估计温度超过设定温度的情况下，输出温度判定触发。

指令值限制器13在被从估计温度判定部12输出了温度判定触发的情况下，对电动机1的驱动指令进行限制。被指令值限制器13限制的驱动指令可以是转矩指令，也可以是速度指令。即，指令值限制器13在由估计温度判定部12判定为估计温度超过设定温度的情况下，对电动机1的速度或转矩进行限制。被限制的速度或转矩的上限值例如预先存储在指令值限制器13或未图示的存储部等中即可。

图3是示出实施方式2中的电动机的控制系统的第2例的结构图。

图3所示的电动机的控制系统具有估计温度判定部12。在图3所示的电动机的控制系统中，用于估计旋转变压器2的温度的结构与实施方式1相同。图3所示的电动机的控制系统可以具有与实施方式1相同的励磁电压产生器3、RD转换器4、角度误差估计部8和角度误差校正部9。图3所示的电动机的控制系统也可以具有指令值限制器13。

图3所示的估计温度判定部12与电动机冷却装置14电连接。电动机冷却装置14例如是电动机1的冷却用风扇等。估计温度判定部12可以使用温度判定触发而使电动机冷却装置14进行动作。即，估计温度判定部12可以在估计温度超过设定温度的情况下开始进行电动机冷却装置14的动作。

在实施方式2中，电动机的控制系统例如具有估计温度判定部12和指令值限制器13。估计温度判定部12判定由旋转变压器温度估计部7估计出的温度是否超过预先设定的阈值。指令值限制器13在由估计温度判定部12判定为温度超过阈值的情况下，对电动机1的速度或转矩进行限制。因此，根据实施方式2，能够将作为热源的电动机切换成不容易发热的运转模式而不使用检测温度的传感器。其结果是，能够减少电动机的发热量，延长电动机的轴承和磁铁等的寿命。

在实施方式2中，电动机的控制系统例如具有估计温度判定部12。估计温度判定部12判定由旋转变压器温度估计部7估计出的温度是否超过预先设定的阈值，在该温度超过阈值的情况下开始进行电动机1的冷却装置的动作。因此，根据实施方式2，能够仅在温度上升时使电动机的冷却装置进行动作而不使用检测温度的传感器。其结果是，不会产生追加热电偶或双金属片等传感器的成本，能够抑制电动机冷却装置的运转成本。

在实施方式1、2中，角度误差估计部8能够估计旋转变压器角度误差即可。但是，使用旋转变压器2的估计温度校正旋转变压器角度误差的控制系统与事前进行角度误差学习的方法之间的亲和性特别高。作为该方法，例如优选如下方法：将进行学习运转时的旋转变压器速度脉动或电动机的电流脉动的频率分析而得到的特定成分振幅作为评价函数，校正旋转变压器角度误差以使该评价函数为零。并且，在由估计温度判定部12判定为由旋转变压器温度估计部7估计出的温度超过预先设定的阈值的情况下，也可以再次实施角度误差学习。另外，实施方式1、2中的角度误差估计部8也可以利用其他方法估计旋转变压器角度误差。

图4是电动机的控制系统的硬件结构图。

励磁电压产生器3、RD转换器4、输出电压检测部5、阻抗变化检测部6、旋转变压器温度估计部7、角度误差估计部8、角度误差校正部9、驱动指令生成部10和驱动控制部11的各功能通过处理电路实现。处理电路可以是专用硬件50。处理电路可以具有处理器51和存储器52。处理电路可以将一部分形成为专用硬件50，进而具有处理器51和存储器52。图4示出处理电路将其一部分形成为专用硬件50且具有处理器51和存储器52的情况的例子。

在处理电路的至少一部分是至少一个专用硬件50的情况下，处理电路例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并列程序化的处理器、ASIC、FPGA或它们的组合。

在处理电路具有至少一个处理器51和至少一个存储器52的情况下，励磁电压产生器3、RD转换器4、输出电压检测部5、阻抗变化检测部6、旋转变压器温度估计部7、角度误差估计部8、角度误差校正部9、驱动指令生成部10和驱动控制部11的各功能通过软件、固件或软件与固件的组合实现。软件和固件记作程序，存储在存储器52中。处理器51读出并执行存储器52中存储的程序，由此实现各部的功能。处理器51也称作CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、DSP。存储器52例如是RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM等非易失性或易失性半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘、DVD等。

这样，处理电路能够通过硬件、软件、固件或它们的组合，实现电动机的控制系统的各功能。

产业上的可利用性

如上所述，本发明能够应用于安装有旋转变压器的电动机。

标号说明

1：电动机；2：旋转变压器；3：励磁电压产生器；4：RD转换器；5：输出电压检测部；6：阻抗变化检测部；7：旋转变压器温度估计部；8：角度误差估计部；9：角度误差校正部；10：驱动指令生成部；11：驱动控制部；12：估计温度判定部；13：指令值限制器；14：电动机冷却装置；50：专用硬件；51：处理器；52：存储器。

Claims (5)

1.一种电动机的控制系统，其中，所述电动机的控制系统具有：

检测旋转变压器的励磁绕组的阻抗变化的阻抗变化检测部和检测所述旋转变压器的输出电压的输出电压检测部中的至少一方；以及

旋转变压器温度估计部，其根据由所述阻抗变化检测部检测到的阻抗变化和由所述输出电压检测部检测到的输出电压的变化中的至少一方，估计所述旋转变压器的温度。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制系统，其中，

所述电动机的控制系统具有：

角度误差估计部，其根据所述旋转变压器的输出电压，估计从旋转变压器-数字转换器输出的数字信号所示的旋转角度的角度误差；以及

角度误差校正部，其根据由所述旋转变压器温度估计部估计出的温度，校正由所述角度误差估计部估计出的角度误差。

3.根据权利要求2所述的电动机的控制系统，其中，

所述角度误差估计部对电动机的电流脉动进行频率分析，由此估计角度误差。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电动机的控制系统，其中，

所述电动机的控制系统具有：

估计温度判定部，其判定由所述旋转变压器温度估计部估计出的温度是否超过预先设定的阈值；以及

指令值限制器，其在由所述估计温度判定部判定为温度超过所述阈值的情况下，限制电动机的速度或转矩。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电动机的控制系统，其中，

所述电动机的控制系统具有估计温度判定部，该估计温度判定部判定由所述旋转变压器温度估计部估计出的温度是否超过预先设定的阈值，在该温度超过所述阈值的情况下，开始进行电动机的冷却装置的动作。