CN111443285B - 短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统 - Google Patents

短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统。短路检测装置(10)用于检测马达(3)中的层间短路，在马达(3)中，多组的多相绕组以各组独立的方式配置于定子，短路检测装置(10)具备：获取部(11)，其获取与各组的多相绕组中的各个相的绕组对应的电气信息；以及判定部(12)，其基于由获取部(11)针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的电气信息，来判定是否在相同的相的绕组中的某一绕组发生了层间短路。

Description

短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统
技术领域
本发明涉及一种检测马达内的绕组的层间短路的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统。
背景技术
以往，关于马达内的绕组中的层间短路(Layer Short)的检测，是基于作为检查对象的马达的电流波形与针对没有发生层间短路的正常的马达事先测定出的电流波形的比较结果来进行的。
例如日本特开昭60-109742号公报所记载的那样，已知如下一种电动机的诊断方法：检测3相电动机的旋转中的各相的电流波形，基于该检测结果来诊断有无电动机的层间短路或绕组的松弛，所述方法的特征在于，根据所述各相的检测电流波形来求出同各相间的相位差的最大值与最小值之差相关联的相位不平衡率，另外，求出同各相的电流波形的振幅的最大值与最小值之差相关联的振幅不平衡率，由此判别有无电动机的层间短路或绕组的松弛。
例如日本特开2012-220485号公报所记载的那样，已知如下一种电气设备的好坏诊断系统，其特征在于，具备：特征量检测单元，其根据在作为诊断对象的电气设备中流过的电流来检测特征量；运算存储单元，其导出并存储在所述电气设备为正常状态时由所述特征量检测单元得到的特征量的平均和标准偏差；以及概率计算单元，在进行所述电气设备的诊断时，该概率计算单元求出基于由所述特征量检测单元得到的特征量以及所述运算存储单元中存储的所述平均和标准偏差决定的存在于椭球体的内侧的概率值，并且所述电气设备的好坏诊断系统具备诊断单元，所述诊断单元对在所述电气设备的多个相中流过的电流进行同步测量，利用所述概率计算单元根据在各相中流过的电流来导出每个相的所述概率值，并且基于通过将针对各相得到的概率值相乘或相加所得到的概率值，来诊断所述电气设备是正常还是异常(例如参照专利文献2。)。
发明内容
在检测马达内的绕组中的层间短路时，需要事先测定出没有发生层间短路的正常的马达的电流波形。另外，必须使用专用装置(硬件)来测定用于检测层间短路的电流波形，花费功夫。另外，用于检测层间短路的电流波形必须是在马达以固定速度动作时测定出的电流波形，根据在马达的加减速时测定出的电流波形的话无法检测层间短路，因此能够检测层间短路的马达动作状态受到限制。因而，期望一种在任意的马达动作状态下不使用专用装置就能够检测马达内的绕组的层间短路的技术。
根据本公开的一个方式，是一种短路检测装置，用于检测马达中的层间短路，在该马达中，多组的多相绕组以各组独立的方式配置于定子，短路检测装置具备：获取部，其获取与各组的多相绕组中的各个相的绕组对应的电气信息；以及判定部，其基于由获取部针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的电气信息，来判定是否在相同的相的绕组的某一绕组中发生了层间短路。
另外，根据本公开的一个方式，马达控制装置具备用于控制马达的马达控制部以及上述短路检测装置。
另外，根据本公开的一个方式，机床的数值控制系统具备上述马达控制装置。
附图说明
通过参照下面的附图能够进一步明确地理解本发明。
图1是示出本公开的实施方式的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。
图2是例示具有4组独立的三相绕组的4绕组马达的概要图。
图3是说明绕组与定子内的槽的位置关系的分解立体图。
图4是例示4绕组马达的各三相绕组在定子中的配置例的截面图。
图5是说明在多绕组马达的绕组中发生的层间短路的图。
图6是说明由于在多绕组马达的绕组中发生的层间短路而流过的电流路径的图。
图7是说明由于层间短路产生的循环电流与磁通之间的关系的图。
图8是例示在第一方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。
图9是例示在第二方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。
图10是例示在第三方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。
图11是示出执行第四方式的短路检测处理的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。
图12是示出针对根据针对各组的指令独立地受到控制使得在多相绕组内的各绕组中流过的电流相同的多绕组马达执行第一～第三方式的短路检测处理的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明检测马达内的绕组的层间短路的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统。在各附图中，对相同的构件标注相同的附图标记。另外，为了易于理解，适当地变更了这些附图的比例尺。另外，附图所示的方式是用于实施的一例，并不限定于图示的方式。
本公开的实施方式的短路检测装置用于检测多组的多相绕组以各组独立的方式配置于定子的马达中的层间短路。多组的多相绕组以各组独立的方式配置于定子的马达例如有时被称作“多绕组马达”。下面，在本说明书中，根据多相绕组的组数而称作“〇绕组马达”(在〇处记入多相绕组的组数)。例如，将设置于定子的多相绕组的组数为4组的马达称作“4绕组马达”。在此，作为一例，对检测4组的三相绕组以各组独立的方式配置于定子的4绕组马达的层间短路的实施方式进行说明，但本实施方式还能够应用于三相绕组以外的多相绕组以多组独立的方式设置于定子的多绕组马达。
图1是示出本公开的实施方式的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。此外，在图1以及后述的图11和图12中，为了使附图简明，依照惯例，用一根布线“―”与三根斜线“///”的组合来表示与三相交流的马达3有关的布线。
本公开的实施方式的短路检测装置10具备：获取部11，其获取与马达3的各组的多相绕组中的各个相的绕组对应的电气信息；以及判定部12，其基于由获取部11针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的电气信息，来判定是否在相同的相的绕组中的某一绕组中发生了层间短路。在由获取部11获取的电气信息中，例如包括在多相绕组的各个相的绕组中流过的电流的波形、在多相绕组的各个相的绕组中产生的电压的波形、或者用于进行控制使得在多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流相同的针对各组的指令的振幅。
另外，马达控制装置1具备马达控制部20和短路检测装置10。马达控制装置1例如设置于机床的数值控制系统100。
在图1所示的例子中，马达3为具有4组(即30-1、30-2、30-3、30-4)独立的三相绕组的4绕组马达。
在此，对4绕组马达的一例进行说明。图2是例示具有4组独立的三相绕组的4绕组马达的概要图。另外，图3是说明绕组与定子内的槽的位置关系的分解立体图。另外，图4是例示4绕组马达的各三相绕组在定子中的配置例的截面图。如图2所示，例如在4绕组马达3的转子31的周围，4组(即30-1、30-2、30-3、30-4)独立的三相绕组配置于定子。将组30-1的三相绕组中的U相绕组设为U1，将V相绕组设为V1，将W相绕组设为W1。另外，将组30-2的三相绕组中的U相绕组设为U2，将V相绕组设为V2，将W相绕组设为W2。另外，将组30-3的三相绕组中的U相绕组设为U3，将V相绕组设为V3，将W相绕组设为W3。另外，将组30-4的三相绕组中的U相绕组设为U4，将V相绕组设为V4，将W相绕组设为W4。因而，在4绕组马达中，U相绕组为U1、U2、U3以及U4，V相绕组为V1、V2、V3以及V4，W相绕组为W1、W2、W3以及W4。如图3所示那样，例如三相绕组中的组30-1的W相绕组W1配置于定子43内的槽42中。另外，如图4所示那样，4组(即30-1、30-2、30-3、30-4)独立的三相绕组的各绕组配置于定子43内的槽42中。
如图1所示，为了驱动多绕组马达，针对三相绕组的各组(即30-1、30-2、30-3、30-4)设置用于向各绕组供给驱动电力的放大器。即，针对三相绕组的组30-1连接第一放大器4-1，针对三相绕组的组30-2连接第二放大器4-2。另外，针对三相绕组的组30-3连接第三放大器4-3，针对三相绕组的组30-4连接第四放大器4-4。
第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3以及第四放大器4-4将从电源部2供给来的直流电力转换为具有期望的电压和期望的频率的交流电力后供给到马达3内的三相绕组的各组(即30-1、30-2、30-3、30-4)，以驱动马达3。因此，第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3以及第四放大器4-4例如具有逆变器。在第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3以及第四放大器4-4内的逆变器中，各开关元件基于从马达控制装置1内的马达控制部20接收到的驱动指令而被进行通断控制，由此将从电源部2供给来的直流电力转换为用于驱动马达3的交流电力后输出。由此，马达3例如基于电压可变和频率可变的交流电力进行动作。逆变器例如由开关元件及与该开关元件逆并联地连接的二极管的桥电路构成，所述逆变器的各开关元件例如基于三角波比较方式的PWM开关控制而被进行通断控制。作为开关元件的例子，具有FET等单极型晶体管、双极型晶体管、IGBT、晶闸管、GTO等，但开关元件的种类本身不对本实施方式进行限定，也可以为其它开关元件。
电源部2例如包括将从交流电源(未图示)供给来的交流电力转换为直流电力后输出的整流器。另外，例如电源部2可以为电池。
短路检测装置10和马达控制部20例如可以以软件程序形式构建，或者也可以通过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这些短路检测装置10和马达控制部20的情况下，通过使处于马达控制装置1内的例如DSP、FPGA等运算处理装置按照该软件程序进行动作，能够实现短路检测装置10和马达控制部20的各功能。另外，具有短路检测装置10和马达控制部20的马达控制装置1例如可以设置于机床的数值控制系统100内。另外，以软件程序形式构建的短路检测装置10也可以设置于马达控制装置1的外部且数值控制系统100的内部，在该情况下，通过使处于数值控制系统100内的例如DSP、FPGA等运算处理装置按照该软件程序进行动作，能够实现短路检测装置10的功能。另外，用于实现短路检测装置10的功能的软件程序可以记录于记录介质中。
像这样，以软件程序形式构建的短路检测装置10是通过由处于马达控制装置1内的例如DSP、FPGA等运算处理装置、处于数值控制系统100内的例如DSP、FPGA等运算处理装置按照该软件程序进行动作来实现的，因此不需要如以往的那样使用用于检测层间短路的专用装置。
接着，参照图5～图7来说明本公开的实施方式的短路检测装置10的动作原理。
图5是说明在多绕组马达的绕组中发生的层间短路的图。另外，图6是说明由于在多绕组马达的绕组中发生的层间短路而流过的电流路径的图。另外，图7是说明由于层间短路产生的循环电流与磁通之间的关系的图。在多绕组马达中，绕组(线圈)以重叠地卷绕多次的方式配置于定子。绕组的层(Layer)成为重叠的状态，绕组的层间是绝缘的。例如，当由于伴随马达的旋转产生的振动导致层间的绝缘被破坏时，绕组的层间发生短路。例如图5所示，在一组(30-1)的三相绕组中，当在U相的绕组U1中的位置S1发生层间短路时，如图6的箭头所示，在绕组U1上形成包括位置S1的环状的电流路径。如图7所示，在马达3旋转时，穿过包括位置S1的环状的电流路径的磁通Φ时时刻刻发生变化，产生如式1表示的那样的电动势e。
由于在绕组U1上发生层间短路，绕组U1的电阻分量和电感分量发生变化。在将形成于绕组U1上的环状的电流路径的阻抗设为Z时，在该电流路径中流过如式2表示的那样的循环电流i。
像这样，由于在包括发生了层间短路的位置S1的环状的电流路径中流过的循环电流i，当将在多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组中流过的电流的波形在组彼此之间相互进行比较时，在发生了层间短路的组的绕组中流过的电流的波形不同于在没有发生层间短路的正常的组的绕组中流过的电流的波形。另外，关于流过绕组的电流的波形，由于与在绕组中产生的电压的波形对应，因此当将在多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组中产生的电压的波形在组彼此之间相互进行比较时，在发生了层间短路的组的绕组中产生的电压的波形也不同于在没有发生层间短路的正常的组的绕组中产生的电压的波形。在通过基于同一指令的控制来对多组的各组的多相绕组施加同一电压的多绕组马达中，在任何组的多相绕组的绕组中均没有发生层间短路的情况下，在各组中，相同的相的绕组的电流及电压的波形大致相同。但是，当在某一组的多相绕组的1相中发生了层间短路时，该组中的发生了层间短路的相的绕组的电流及电压的波形不同于其它组中的与该相同相的绕组的电流及电压的波形。因此，在本公开的实施方式中，由获取部11获取与各组的多相绕组中的各个相的绕组对应的电气信息，判定部12基于由获取部11针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的电气信息，来判定是否在该相同的相的绕组的某一绕组中发生了层间短路。由获取部11获取的电气信息中例如包括在多相绕组的各个相的绕组中流过的电流的波形、在多相绕组的各个相的绕组中产生的电压的波形、或者用于进行控制使得在多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流相同的针对各组的指令的振幅。在电气信息为电流的波形的情况下，获取部11获取由电流检测部(未图示)检测到的电流的波形。在电气信息为电压的波形的情况下，获取部11获取由电压检测部(未图示)检测到的电压的波形。在电气信息为指令的情况下，获取部11从马达控制部20获取指令。
接着，列举几个由短路检测装置10进行的层间短路检测处理的方式例。
在第一方式中，在通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的多绕组马达中，获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形，来作为与多相绕组内的各绕组对应的电气信息，并且基于针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的波形的振幅，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。图8是例示在第一方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。作为通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的马达3的与三相绕组内的各绕组对应的电气信息，获取部11获取在各组的三相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的三相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形。在图8所示的例子中，获取了在三相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形。判定部12将由获取部11针对彼此相同的相的绕组获取到的波形在组彼此之间相互进行比较，在多组中的某一组的三相绕组中的波形的振幅与上述多组中的其它组的三相绕组中的波形的振幅之差大于预先规定的振幅阈值的情况下，判定为在该一组的三相绕组的相同的相中发生了层间短路。在图8所示的例子中，在各组的三相绕组中的组30-4中的U相绕组U4中发生了层间短路，因此组30-4中的U相绕组U4的电流的波形的振幅不同于组30-1中的U相绕组U1、组30-2中的U相绕组U2以及组30-3中的U相绕组U3的各电流的波形的振幅。例如，在组30-4中的U相绕组U4的电流的波形的振幅与组30-1中的U相绕组U1、组30-2中的U相绕组U2及组30-3中的U相绕组U3的各电流的波形的振幅之差大于预先规定的振幅阈值的情况下，判定部12判定为在组30-4中的U相绕组U4中发生了层间短路。此外，将在由判定部12判定有无层间短路的发生时使用的振幅阈值设定为相比于噪声水平而言足够大的值即可，以防止由于在波形中出现的噪声引起的误检测。
在第二方式中，在通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的多绕组马达中，获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形，来作为与多相绕组内的各绕组对应的电气信息，并且基于针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的波形的相位，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。图9是例示在第二方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。作为通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的马达3的与三相绕组内的各绕组对应的电气信息，获取部11获取在各组的三相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的三相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形。在图9所示的例子中，获取了在三相绕组内的各绕组中流过的电流的波形。判定部12将由获取部11针对彼此相同的相的绕组获取到的波形在各组彼此之间相互进行比较，在多组中的某一组的三相绕组中的波形的相位与上述多组中的其它组的三相绕组中的波形的相位之差大于预先规定的相位阈值的情况下，判定为在该一组的三相绕组的相同的相中发生了层间短路。在图9所示的例子中，设为在各组的三相绕组中的组30-2中的U相绕组U2中发生了层间短路。在该情况下，在组30-2中的U相绕组U2中，电感下降，因此U相绕组U2的电流的波形的相位相比于组30-1中的U相绕组U1、组30-3中的U相绕组U3以及组30-4中的U相绕组U4的各电流的波形的相位而言超前。例如，在组30-2中的U相绕组U2的电流的波形的相位与组30-1中的U相绕组U1、组30-3中的U相绕组U3及组30-4中的U相绕组U4的各电流的波形的相位之差(在图中用a表示)大于预先规定的相位阈值的情况下，判定部12判定为在组30-2中的U相绕组U2中发生了层间短路。此外，将在由判定部12判定有无层间短路的发生时使用的相位阈值设定为相比于噪声水平而言足够大的值即可，以防止由于在波形中出现的噪声引起的误检测。
在第三方式中，在使通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的多绕组马达从停止状态起完成加速时，短路检测装置10执行层间短路检测处理。在第三方式中，在通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的多绕组马达中，在使多绕组马达从停止状态起完成加速时获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形，来作为与多相绕组内的各绕组对应的电气信息，并且基于针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的波形的上升时间，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。图10是例示在第三方式中在多组的三相绕组中的一组的U相绕组中发生了层间短路的情况下的电流的波形的图。在图10中，纵轴表示以马达3完成加速后以固定速度旋转时的电流的振幅被进行了归一化的电流值。即，将马达3的加速完成后以固定速度旋转时的电流值设为1.0(即100％)。将电流的波形的“上升时间”规定为被归一化的电流值从0.1(即10％)达到0.9(即90％)所需要的时间。作为通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的马达3的与三相绕组内的各绕组对应的电气信息，获取部11在使多绕组马达从停止状态起完成加速时获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形。在图10所示的例子中，获取了在三相绕组内的各绕组中流过的电流的波形。例如，判定部12将在使马达3从停止状态起完成加速时由获取部11针对彼此相同的相的绕组获取到的波形的上升时间在组彼此之间相互进行比较，在多组中的某一组的波形的上升时间与上述多组中的其它组的波形的上升时间之差大于预先规定的上升时间阈值的情况下，判定部12判定为在该一组的三相绕组的相同的相中发生了层间短路。在图10所示的例子中，设为在各组的三相绕组中的组30-2中的U相绕组U2中发生了层间短路。在该情况下，在组30-2中的U相绕组U2中，电感下降，因此U相绕组U2的电流的波形的上升时间短于组30-1中的U相绕组U1、组30-3中的U相绕组U3以及组30-4中的U相绕组U4的各电流的波形的上升时间。例如，在组30-2中的U相绕组U2的电流的波形的上升时间与组30-1中的U相绕组U1、组30-3中的U相绕组U3及组30-4中的U相绕组U4的各电流的波形的上升时间之差大于预先规定的上升时间阈值的情况下，判定部12判定为在组30-2中的U相绕组U2中发生了层间短路。此外，将在由判定部12判定有无层间短路的发生时使用的上升时间阈值设定为相比于噪声水平而言足够大的值即可，以防止由于在波形中出现的噪声引起的误检测。此外，在第三方式中，基于电流的波形的上升时间来判定有无层间短路的发生，但作为其变形例，也可以基于电流的波形的延迟时间来判定有无层间短路的发生。将电流的波形的“延迟时间”规定为从马达3开始加速起直到被归一化的电流值达到0.5(即50％)为止所需要的时间。根据本变形例，判定部12将在使马达3从停止状态起完成加速时由获取部11针对彼此相同的相的绕组获取到的波形的延迟时间在组彼此之间相互进行比较，在多组中的某一组的波形的延迟时间与上述多组中的其它组的波形的延迟时间之差大于预先规定的延迟时间阈值的情况下，判定部12判定为在该一组的三相绕组的相同的相中发生了层间短路。此外，将在由判定部12判定有无层间短路的发生时使用的延迟时间阈值设定为相比于噪声水平而言足够大的值即可，以防止由于在波形中出现的噪声引起的误检测。
由上述的第一～第三方式的短路检测装置10进行的层间短路检测处理既可以单独地执行，也可以将多个进行组合来执行。例如，如果将第一～第三方式中的两个或三个进行组合来执行，则相比于单独地执行第一～第三方式的各个方式的情况而言，层间短路检测精度更高。
在第四方式中，在根据针对各组的指令单独地受到控制使得在多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流相同的多绕组马达中，从马达控制部20获取与多相绕组内的各绕组对应的指令的振幅，来作为与多相绕组内的各绕组对应的电气信息，基于针对各组获取到的与相同的相的绕组对应的指令的振幅，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。用于进行层间短路判定的指令可以为电流指令、转矩指令以及速度指令中的任一指令。图11是示出执行第四方式的短路检测处理的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。马达控制部20根据针对各组的指令单独地进行控制，使得在马达3的三相绕组内的各绕组中流过的电流相同。即，马达控制部20针对用于向马达3的各组的三相绕组供给驱动电力的第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3以及第四放大器4-4分别单独地生成并输出指令，使得在马达3的三相绕组内的各绕组中流过的电流在同相之间相同。在马达控制部20生成指令时，在各组的三相绕组的各绕组中流过的电流被反馈给马达控制部20。如上述的那样，在某个组的三相绕组中的发生了层间短路的相的绕组中流过的电流的波形不同于在其它组中的与该相同相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流的波形。当在任何组的多相绕组的绕组中均没有发生层间短路的情况下，在各组间，针对相同的相的绕组的指令的振幅大致相同。但是，当在某一组的多相绕组的1相中发生了层间短路时，该组中的发生了层间短路的相的绕组的电流的波形不同于其它组中的与该相同相的绕组的电流的波形。此时，马达控制部20生成与发生了层间短路的相的绕组对应的指令，使得在发生了层间短路的组的该相的绕组中流过的电流同在其它组中的与该相同相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流相同，因此与发生了层间短路的相的绕组对应的指令不同于与其它组中的同该相同相的绕组对应的指令。因此，在第四方式中，基于针对各组获取到的与相同的相的绕组对应的指令的振幅，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。更具体地说，作为根据针对各组的指令单独地受到控制使得在多相绕组内的各绕组中流过的电流相同的马达3的与三相绕组内的各绕组对应的电气信息，获取部11从马达控制部20获取用于进行控制使得在多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流相同的针对各组的指令的振幅。判定部12将由获取部11针对彼此相同的相的绕组获取到的指令的振幅在组彼此之间相互进行比较，在多组中的某一组的指令的振幅与上述多组中的其它组的指令的振幅之差大于预先规定的指令阈值的情况下，判定部12判定为在该一组的多相绕组的相同的相中发生了层间短路。此外，将在由判定部12判定有无层间短路的发生时使用的指令阈值设定为相比于噪声水平而言足够大的值即可，以防止由于从各绕组反馈来的电流中包含的噪声引起的误检测。
此外，在根据针对各组的指令单独地受到控制使得在多相绕组内的各绕组中流过的电流相同的多绕组马达中，也如第一～第三方式那样，可以获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形，来作为与多相绕组内的各绕组对应的电气信息，基于针对多组的多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的波形的振幅、相位或上升时间(延迟时间)，来判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。图12是示出针对根据针对各组的指令单独地受到控制使得在多相绕组内的各绕组中流过的电流相同的多绕组马达执行第一～第三方式的短路检测处理的短路检测装置、马达控制装置以及数值控制系统的图。马达控制部20针对用于向马达3的各组的三相绕组供给驱动电力的第一放大器4-1、第二放大器4-2、第三放大器4-3以及第四放大器4-4分别独立地生成并输出指令，使得在马达3的三相绕组内的各绕组中流过的电流在同相之间相同。在马达控制部20生成指令时，在各组的三相绕组的各绕组中流过的电流被反馈给马达控制部20。作为通过基于同一指令的控制对多组的各组的多相绕组施加同一电压的马达3的与三相绕组内的各绕组对应的电气信息，获取部11获取在各组的多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流的波形或者在各组的多相绕组中的各个相的绕组中产生的电压的波形。马达控制部20生成与发生了层间短路的相的绕组对应的指令，使得在发生了层间短路的相的绕组中流过的电流与在其它组中的与该相同相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流相同，因此与发生了层间短路的相的绕组对应的指令不同于与其它组中的与该相同相的绕组对应的指令。如果能够由马达控制部20进行控制使得在发生了层间短路的组的相的绕组中流过的电流与在其它组中的与该相同相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流相同，则如参照图11所说明的那样，在第四方式中能够基于指令的振幅来检测层间短路。然而，在无法由马达控制部20进行控制使得在发生了层间短路的组的相的绕组中流过的电流与在其它组中的与该相同相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流相同的情况下，可以基于由获取部11获取到的在各组的三相绕组内的各绕组中流过的电流或者在三相绕组内的各绕组中产生的电压的波形，通过第一～第三方式中的任一方式，判定是否在该相的绕组中发生了层间短路。
上述的短路检测装置10能够检测如图5的S1所示的多绕组马达的多相绕组的同相中的绕组的层间短路，但还能够检测如图5的S2所示的多绕组马达的三相绕组中的异相间的短路。在通过基于同一指令的控制对多组的各组的三相绕组施加同一电压的马达3的一组(例如30-1)的三相绕组中，当例如图5所示在位置S2发生了U相的绕组U1与W相的绕组W1之间的短路时，在组30-1的三相绕组中的发生了层间短路的U相的绕组U1中流过的电流及在W相的绕组W1中流过的电流的波形不同于在其它组中的这些U相和W相的没有发生层间短路的正常的绕组中流过的电流的波形。因而，能够通过上述的第一～第三方式的层间短路检测处理来检测短路。另外，在根据针对各组的指令单独地受到控制使得在三相绕组内的各绕组中流过的电流相同的马达3中也是，与发生了短路的U相的绕组U1及W相的绕组W1对应的指令与同其它组中的这些U相和W相的绕组对应的指令大不相同。因而，还能够通过第四方式的层间短路检测处理来检测短路。
上述的短路检测装置10能够以软件程序形式构建，例如通过使处于马达控制装置1内的例如DSP、FPGA等运算处理装置、处于数值控制系统100内的例如DSP、FPGA等运算处理装置按照该软件程序进行动作，能够实现短路检测装置10的功能。例如，在马达控制装置1、数值控制系统100中，检测流过各绕组的电流、在各绕组中产生的电压，并且将这些电流、电压用于对马达3的控制，但短路检测装置10将用于对马达3的控制的各绕组的电流或电压的波形、或者用于控制马达3的指令还利用于层间短路判定处理，因此不需要如以往那样利用专用装置(硬件)进行测定，另外，还能够不依赖于马达3的动作状态地执行层间短路判定处理。另外，短路检测装置10基于在马达控制装置1、数值控制系统100对马达3的控制中得到的各绕组的电流或电压的波形或者用于控制马达3的指令来进行层间短路判定处理，因此能够省去如以往那样的事先测定没有发生层间短路的正常的马达的电流波形的功夫。
根据本公开的一个方式，在任意的马达动作状态下不使用专用装置就能够检测马达内的绕组的层间短路。

Claims (10)

1.一种短路检测装置，用于检测马达中的层间短路，在所述马达中，多组的多相绕组以各组独立的方式配置于定子，所述短路检测装置具备：
获取部，其获取与各组的所述多相绕组中的各个相的绕组对应的电气信息；以及
判定部，其基于由所述获取部针对多组的所述多相绕组中的彼此相同的相的绕组获取到的所述电气信息，来判定是否在所述相同的相的绕组中的某一绕组发生了层间短路。
2.根据权利要求1所述的短路检测装置，其中，
所述电气信息为在所述各个相的绕组中流过的电流的波形或在所述各个相的绕组中产生的电压的波形。
3.根据权利要求2所述的短路检测装置，其中，
所述判定部将由所述获取部针对所述彼此相同的相的绕组获取到的所述波形在所述组彼此之间相互进行比较，在某一组的所述多相绕组中的所述波形的振幅与其它组的所述多相绕组中的所述波形的振幅之差大于预先规定的振幅阈值的情况下，所述判定部判定为在所述一组的所述多相绕组的所述相同的相中发生了所述层间短路。
4.根据权利要求2所述的短路检测装置，其中，
所述判定部将由所述获取部针对所述彼此相同的相的绕组获取到的所述波形在所述组彼此之间相互进行比较，在某一组的所述多相绕组中的所述波形的相位与其它组的所述多相绕组中的所述波形的相位之差大于预先规定的相位阈值的情况下，所述判定部判定为在所述一组的所述多相绕组的所述相同的相中发生了所述层间短路。
5.根据权利要求2所述的短路检测装置，其中，
所述判定部将在使所述马达从停止状态起完成加速时由所述获取部针对所述彼此相同的相的绕组获取到的所述波形的上升时间在所述组彼此之间相互进行比较，在某一组的所述波形的上升时间与其它组的所述波形的上升时间之差大于预先规定的上升时间阈值的情况下，所述判定部判定为在所述一组的所述多相绕组的所述相同的相中发生了所述层间短路。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的短路检测装置，其中，
所述马达通过基于同一指令的控制来对所述多组中的各组的所述多相绕组施加同一电压。
7.根据权利要求1所述的短路检测装置，其中，
所述电气信息为根据针对各所述组的指令独立地受到控制使得在所述多相绕组中的各个相的绕组中流过的电流相同的所述马达中的与所述多相绕组内的各绕组对应的所述指令的振幅。
8.根据权利要求7所述的短路检测装置，其中，
所述判定部将由所述获取部针对所述彼此相同的相的绕组获取到的所述指令的振幅在所述组彼此之间相互进行比较，在某一组的所述指令的振幅与其它组的所述指令的振幅之差大于预先规定的指令阈值的情况下，所述判定部判定为在所述一组的所述多相绕组的所述相同的相中发生了所述层间短路。
9.一种马达控制装置，具备：
马达控制部，其控制所述马达；以及
根据权利要求1至8中的任一项所述的短路检测装置。
10.一种机床的数值控制系统，具备根据权利要求9所述的马达控制装置。
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