CN112242808A - 马达选定装置以及马达选定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于选择适当的马达的马达选定装置以及马达选定方法。马达选定装置(10)具备：速度计算部(16)，其根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的速度波形来计算平均速度；电流计算部(18)，其根据在使驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的电流波形来计算均方根电流；存储部(22)，其存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性；以及判断部(24)，其使用与平均速度对应的马达特性、和均方根电流，判断对象马达能否进行规定的动作。

Description

马达选定装置以及马达选定方法

技术领域

本发明涉及用于选择适当的马达的马达选定装置以及马达选定方法。

背景技术

如日本特开2018-153045号公报所记载那样，在以往的马达选定装置中，关于能否进行马达选定，通过判定动作模式执行过程中的均方根转矩是否小于马达的额定转矩而进行。

发明内容

但是，在日本特开2018-153045号公报的技术中，为了求出均方根转矩而使用了速度波形，未考虑在马达中流过的电流中的无效电流分量。另一方面，额定转矩为实际地驱动马达并测定的转矩，包含无效电流分量的影响，在两者的比较中未适当地处置无效电流分量，判定精度不准确。

因而，本发明的目的在于提供马达选定装置以及马达选定方法，能够进行考虑了在马达中流过的无效电流分量的马达选定。

本发明的第1方案提供一种马达选定装置，具备：速度计算部，其根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时驱动所述驱动对象的马达的速度波形来计算平均速度；电流计算部，其根据在使所述驱动对象进行所述规定的动作时驱动所述驱动对象的所述马达的电流波形来计算均方根电流；存储部，其存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性；以及判断部，其使用与所述平均速度对应的所述马达特性、和所述均方根电流，判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

本发明的第2方案提供一种马达选定装置的马达选定方法，所述马达选定装置具有存储部，在该马达选定方法中，所述存储部存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性，所述马达选定方法包括：速度计算步骤，根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时驱动所述驱动对象的马达的速度波形来计算平均速度；电流计算步骤，根据在使所述驱动对象进行所述规定的动作时驱动所述驱动对象的所述马达的电流波形来计算均方根电流；以及判断步骤，使用与所述平均速度对应的所述马达特性、和所述均方根电流，判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

根据本发明，能够进行考虑了在马达中流过的无效电流分量的马达选定。

上述目的、特征以及优点将从参照添加的附图而说明的以下的实施方式的说明中容易地了解。

附图说明

图1为实施方式中的马达选定装置的概略结构图。

图2为表示根据动作条件决定的驱动对象的动作模式的图。

图3为表示通过仿真得到的驱动对象的速度波形的图。

图4为表示通过仿真得到的马达的转矩波形的图。

图5为表示通过仿真得到的马达的电流波形的图。

图6为表示与对象马达的速度对应的额定电流的图。

图7为说明实施方式中的马达选定方法的流程图。

图8为变形例1中的马达选定装置的概略结构图。

图9为表示与变形例1中的对象马达的速度对应的额定转矩的图。

图10为说明变形例1中的马达选定方法的流程图。

图11为变形例2中的马达选定装置的概略结构图。

具体实施方式

关于本发明的马达选定装置以及马达选定方法，举出优选的实施方式，以下，参照附图详细地进行说明。

[实施方式]

图1为实施方式中的马达选定装置10的概略结构图。马达选定装置10为用于将在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时，作为选定对象的马达是否满足驱动该驱动对象的马达所要求的性能展示给用户，进行马达选定的辅助的装置。

马达选定装置10具备条件获取部12、仿真部14、速度计算部16、电流计算部18、存储部22、判断部24以及输出部26。马达选定装置10具有CPU等处理器和存储器，执行存储于存储器的程序，从而作为本实施方式的马达选定装置10发挥功能。在马达选定装置10的外部设置有显示部28，显示部28显示来自仿真部14以及输出部26的输出结果。此外，显示部28也可以为马达选定装置10的一部分。

条件获取部12获取用户输入的、由马达(未图示)驱动的驱动对象(未图示)的机械条件以及表示规定的动作模式的动作条件。驱动对象为由马达驱动的所有的驱动构件。在马达的前部设置有滚珠丝杠机构，通过马达的旋转运动使设置有螺母的工作台直线运动。因而，驱动构件包括滚珠丝杠、螺母、工作台、搭载于工作台的工件等。另外，在以下的说明中，有时将马达的转速简称为速度。

条件获取部12获取的机械条件为与驱动对象相关的物理量，包括滚珠丝杠的长度以及直径、工作台以及工件的质量、摩擦系数等参数。条件获取部12获取的动作条件包括工作台以及工件的移动距离、移动速度这样的对规定的动作模式进行规定的参数。根据条件获取部12获取到的机械条件以及动作条件，决定由预先决定的驱动对象进行的规定的动作，所以条件获取部12将获取到的机械条件以及动作条件输出至仿真部14。

仿真部14根据由条件获取部12输入的机械条件以及动作条件，通过仿真求出在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时、对驱动对象进行驱动的马达的速度波形、转矩波形以及电流波形。

图2为表示根据动作条件决定的驱动对象的动作模式的图。图2的横轴表示时间，纵轴表示工作台(或者工件)的位置。在图2中，表示在规定的时间的期间，工作台(或者工件)在规定方向上移动1m后停止的动作模式。

图3为表示通过仿真得到的驱动对象的速度波形的图。图3的横轴表示时间，纵轴表示工作台(或者工件)的速度。因而，在图3中，如果变更纵轴的单位，则成为马达的速度波形。图4为表示通过仿真得到的马达的转矩波形的图。图4的横轴表示时间，纵轴表示马达的转矩。图5为表示通过仿真得到的马达的电流波形的图。图5的横轴表示时间，纵轴表示马达的电流。仿真部14能够如图3、图4以及图5那样求出使驱动对象执行图2的动作的情况下的马达的旋转的速度波形、转矩波形以及电流波形，与图2一起显示于显示部28，展示给用户。

速度计算部16根据通过仿真部14的仿真得到的马达的速度波形来计算平均速度。速度计算部16既可以根据速度波形的选择出的多个时刻下的速度值通过算术平均运算来计算平均速度，也可以通过均方根运算来计算平均速度。平均速度为根据速度波形来执行某平均运算而求出的值即可。

电流计算部18根据通过仿真部14的仿真得到的电流波形来计算均方根电流，输出至判断部24。在此，计算的均方根电流为包含有效电流分量以及无效电流分量的值。

存储部22存储有与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性。在此，存储部22存储的马达特性为额定电流。因而，存储部22关于多个马达分别存储有与速度对应的额定电流的关系。存储于存储部22的额定电流包含有效电流分量以及无效电流分量。图6为表示与对象马达的速度对应的额定电流的图。图6的纵轴表示电流，横轴表示速度，额定电流用实线表示。对象马达能够在各速度下以额定电流以下的电流进行连续动作，所以将这样的电流的区域作为连续动作区域而表示。进而，表示在Nd以上的速度下产生无效电流分量Id(虚线)，由此额定电流之中的有效电流分量Iq(虚线)减少的情形。

判断部24使用与平均速度对应的马达特性、和均方根电流，判断对象马达能否进行驱动对象的规定的动作。具体而言，判断部24比较从电流计算部18得到的均方根电流、和访问存储部22而得到的与对象马达的平均速度对应的额定电流。然后，判断部24判断均方根电流是否为上述额定电流以下。如果均方根电流为额定电流以下，则判断为对象马达能够用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。如果均方根电流比额定电流大，则判断为对象马达无法用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。在此，作为比较对象的对象马达为作为从存储部22存储有与速度对应的额定电流的关系的多个马达之中选择出的选定对象的马达。

例如，在图6中，当电流计算部18计算出的均方根电流的值为A0时，在速度计算部16求出的平均速度下均方根电流的值成为A0的点A包含于连续动作区域。在该情况下，均方根电流A0为与速度计算部16求出的平均速度对应的额定电流的值即B0以下，所以判断部24判断为对象马达能够使驱动对象进行规定的动作。相反，如果均方根电流A0比与平均速度对应的额定电流的值B0大，则判断部24判断为对象马达无法使驱动对象进行规定的动作。判断部24将上述判断结果输出至输出部26。

输出部26输出报告来自判断部24的判断结果的报告信号。显示部28显示输出部26输出的报告信号的内容，从而将是否能够使用对象马达通知给用户。

图7是说明实施方式中的马达选定方法的流程图。在开始图7的流程图之前，条件获取部12将获取到的机械条件以及动作条件输出至仿真部14。

首先，仿真部14基于由条件获取部12输入的机械条件以及动作条件，对在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的旋转的速度波形、转矩波形以及电流波形进行仿真(步骤S1)。

接下来，速度计算部16根据在步骤S1中得到的速度波形来计算平均速度，输出至判断部24(步骤S2)。

电流计算部18根据在步骤S1中得到的电流波形来计算均方根电流，输出至判断部24(步骤S3)。

判断部24比较电流计算部18计算出的均方根电流、和与速度计算部16求出的平均速度对应的对象马达的额定电流，判断均方根电流是否为额定电流以下(步骤S4)。判断部24将基于步骤S4的判断的关于对象马达能否进行驱动对象的规定的动作的判断结果输出至输出部26。

输出部26输出报告判断部24的判断结果的报告信号(步骤S5)，使报告信号的内容显示于显示部28。

如以上说明，本实施方式的马达选定装置10比较均方根电流、和作为与平均速度对应的选定对象的马达的额定电流。然后，判断均方根电流是否为额定电流以下，从而判断对象马达能否进行驱动对象的规定的动作。由此，比较包含有效电流分量以及无效电流分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而选定马达。其结果，能够进行比以往适当的马达的选定。

[变形例]

上述实施方式也可以以如下方式变形。

(变形例1)

图8为变形例1中的马达选定装置10的概略结构图。在图8的马达选定装置10中，对图1的马达选定装置10追加有连续转矩计算部30。在上述实施方式中，马达选定装置10通过包含有效电流分量以及无效电流分量的均方根电流与包含有效电流分量以及无效电流分量的额定电流的比较，判断对象马达能否进行规定的动作。由此，能够考虑无效电流分量而选定马达。在变形例1中，马达选定装置10将包含无效电流分量的均方根电流换算为连续转矩，与额定转矩进行比较，从而判断对象马达能否进行规定的动作。

连续转矩计算部30根据从电流计算部18输入的均方根电流来计算考虑了无效电流分量的连续转矩，将计算出的连续转矩输出至判断部24。进而，在变形例1中，存储部22作为马达特性而存储有额定转矩。图9为表示与变形例1中的对象马达的速度对应的额定转矩的图。图9的纵轴表示连续转矩，横轴表示速度，额定转矩用实线表示。对象马达能够在各速度下以额定转矩以下的连续转矩进行连续动作，所以将这样的连续转矩的区域作为连续动作区域而表示。进而，表示在Nd以上的速度下流过无效电流分量，在Nd以上的速度下由于无效电流分量(虚线)而额定转矩进一步降低的情形。

以下说明连续转矩计算部30考虑无效电流分量而根据均方根电流来计算连续转矩的具体的次序。均方根电流I_rms通过以下的式(1)来定义。在此，I_a为将表示通过仿真部14的仿真得到的电流波形的时间作为变量的函数。

在此，根据均方根电流I_rms而计算出的连续转矩T_rms能够通过以下的式(2)来计算。在此，K_t为转矩常数。

T_rms＝K_t·I_rms…(2)

在此，连续转矩计算部30能够根据从通过仿真得到的速度波形得到的转速、和连续转矩T_rms，求出速度计算部16求出的平均速度下的无效电流分量I_datNmean。然后，连续转矩计算部30从均方根电流I_rms除掉平均速度下的无效电流分量I_datNmean，如以下的式(3)那样计算连续转矩T_rms’。

在图9中，点C为在平均速度下连续转矩的值成为T_rms的点，点D为在平均速度下连续转矩的值成为T_rms’的点。

然后，判断部24比较从连续转矩计算部30得到的连续转矩T_rms’、和访问存储部22而得到的与对象马达的平均速度对应的额定转矩。然后，判断部24判断连续转矩T_rms’是否为上述额定转矩以下。如果连续转矩T_rms’为额定转矩以下，则判断为对象马达能够用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。如果连续转矩T_rms’比额定转矩大，则判断为对象马达无法用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。在图9中，由于额定转矩已下降了平均速度下的无效电流分量I_datNmean的量，所以将连续转矩T_rms(点C)与额定转矩进行比较本身就不适当。但是，在变形例1中，进行将I_datNmean从均方根电流I_rms除掉的换算，计算连续转矩T_rms’(点D)，与额定转矩进行比较，所以能够进行准确的评价，能够得到能够选定该对象马达这样的结果。

图10为说明变形例1中的马达选定方法的流程图。在开始图10的流程图之前，条件获取部12将获取到的机械条件以及动作条件输出至仿真部14。步骤S11、S12、S13以及S16与图7的步骤S1、S2、S3以及S5相同，所以省略说明。以下，对与图7不同的步骤进行说明。

在步骤S14中，连续转矩计算部30从自电流计算部18输入的均方根电流I_rms除掉如上所述求出的无效电流分量I_datNmean，计算连续转矩T_rms’，将计算出的连续转矩T_rms’输出至判断部24。

在步骤S15中，判断部24比较连续转矩计算部30计算出的连续转矩T_rms’、和与速度计算部16求出的平均速度对应的对象马达的额定转矩，判断连续转矩T_rms’是否为额定转矩以下。判断部24将基于步骤S15的判断的关于对象马达能否进行驱动对象的规定的动作的判断结果输出至输出部26。

这样，在变形例1中，马达选定装置10比较从均方根电流I_rms除掉无效电流分量I_datNmean而求出的连续转矩T_rms’、和不包含基于无效电流分量的转矩分量的额定转矩。由此，比较不包含基于无效电流分量的转矩分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而进行马达选定。其结果，能够进行比以往适当的马达的选定。

(变形例2)

在上述实施方式中，马达设为是旋转的马达，但在变形例2中，马达设为是不进行旋转运动的线性马达。图11为变形例2中的马达选定装置10的概略结构图。在图11的马达选定装置10中，图8的连续转矩计算部30被置换为连续推力计算部40。在变形例2中，马达选定装置10将包含无效电流分量的均方根电流换算为连续推力，与额定推力进行比较，从而判断对象马达能否进行规定的动作。

连续推力计算部40根据从电流计算部18输入的均方根电流来计算考虑了无效电流分量的连续推力，将计算出的连续推力输出至判断部24。进而，在变形例2中，存储部22作为马达特性而存储有额定推力。

以下说明连续推力计算部40考虑无效电流分量而根据均方根电流来计算连续推力的具体的次序。

首先，根据电流计算部18输出的式(1)的均方根电流I_rms而计算出的连续推力F_rms能够通过以下的式(4)来计算。在此，K_f为推力常数。

F_rms＝K_f·I_rms…(4)

在此，连续推力计算部40能够根据从通过仿真得到的速度波形得到的马达的速度、和连续推力F_rms，求出速度计算部16求出的平均速度下的无效电流分量I_datNmean。然后，连续推力计算部40从均方根电流I_rms除掉平均速度下的无效电流分量I_datNmean，如以下的式(5)那样计算连续推力F_rms’。

然后，判断部24比较从连续推力计算部40得到的连续推力F_rms’、和访问存储部22而得到的与对象马达的平均速度对应的额定推力。然后，判断部24判断连续推力F_rms’是否为上述额定推力以下。如果连续推力F_rms’为额定推力以下，则判断为对象马达能够用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。如果连续推力F_rms’比额定推力大，则判断为对象马达无法用于使预先决定的驱动对象进行规定的动作。在变形例2中进行将I_datNmean从均方根电流I_rms除掉的换算，计算连续推力F_rms’，与额定推力进行比较，所以能够进行准确的评价，能够得到能够选定该对象马达这样的结果。

变形例2的马达选定方法能够通过将图10的流程图的步骤S14置换为连续推力计算部40计算连续推力F_rms’的步骤，将步骤S15置换为判断部24判断连续推力F_rms’是否为与平均速度对应的对象马达的额定推力以下的步骤而进行说明。

这样，在变形例2中，马达选定装置10比较从均方根电流I_rms除掉无效电流分量I_datNmean而求出的连续推力F_rms’、和不包含基于无效电流分量的推力分量的额定推力。由此，比较不包含基于无效电流分量的推力分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而进行马达选定。其结果，能够进行比以往适当的马达的选定。

(变形例3)

在上述实施方式以及变形例1中，马达的速度波形、转矩波形以及电流波形设为能够通过仿真部14执行的仿真得到，但也可以为预先获取到的实测值。也可以是速度计算部16、电流计算部18以及连续转矩计算部30基于这些实测值来计算平均速度、均方根电流或者连续转矩。由此，能够省去仿真。

(变形例4)

上述实施方式、以及变形例也可以在不产生矛盾的范围内适当地组合。

[从实施方式得到的发明]

以下对能够从上述实施方式掌握的发明进行记载。

(第1发明)

马达选定装置(10)具备：速度计算部(16)，其根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的速度波形来计算平均速度；电流计算部(18)，其根据在使驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的电流波形来计算均方根电流；存储部(22)，其存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性；以及判断部(24)，其使用与平均速度对应的马达特性、和均方根电流，判断对象马达能否进行规定的动作。

由此，能够考虑在马达中流过的无效电流分量而选定马达。其结果，能够进行比以往适当的马达的选定。

马达特性也可以为额定电流。判断部(24)也可以通过判断均方根电流是否为与平均速度对应的对象马达的额定电流以下，判断对象马达能否进行规定的动作。由此，比较包含有效电流分量以及无效电流分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而选定马达。

马达特性也可以为额定转矩或者额定推力。马达选定装置(10)还具备连续转矩计算部(30)或者连续推力计算部(40)，其考虑无效电流分量而根据均方根电流来计算连续转矩或者连续推力，判断部(24)也可以通过判断连续转矩或者连续推力是否为与平均速度对应的对象马达的额定转矩或者额定推力以下，从而判断对象马达能否进行规定的动作。由此，比较不包含基于无效电流分量的转矩分量或者推力分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而进行马达选定。

马达选定装置(10)也可以还具备输出部(26)，其输出报告判断部(24)的判断结果的报告信号。由此，能够将是否能够使用对象马达通知给用户。

(第2发明)

一种马达选定装置(10)的马达选定方法，所述马达选定装置(10)具有存储部(22)，在该马达选定方法中，存储部(22)存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性，所述马达选定方法包括：速度计算步骤，根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的速度波形来计算平均速度；电流计算步骤，根据在使驱动对象进行规定的动作时对驱动对象进行驱动的马达的电流波形来计算均方根电流；以及判断步骤，使用与平均速度对应的马达特性、和均方根电流，判断对象马达能否进行规定的动作。

由此，能够考虑在马达中流过的无效电流分量而选定马达。其结果，能够进行比以往适当的马达的选定。

马达特性也可以为额定电流。在判断步骤中，也可以通过判断均方根电流是否为与平均速度对应的对象马达的额定电流以下，从而判断对象马达能否进行规定的动作。由此，比较包含有效电流分量以及无效电流分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而选定马达。

马达特性也可以为额定转矩或者额定推力。也可以是马达选定方法还包括连续转矩计算步骤或者连续推力计算步骤，考虑无效电流分量而根据均方根电流来计算连续转矩或者连续推力，在判断步骤中，通过判断连续转矩或者连续推力是否为与平均速度对应的对象马达的额定转矩或者额定推力以下，从而判断对象马达能否进行规定的动作。由此，比较不包含基于无效电流分量的转矩分量或者推力分量的值彼此，所以能够考虑在马达中流过的无效电流分量而进行马达选定。

马达选定方法也可以还包括输出步骤，输出报告判断步骤的判断结果的报告信号。由此，能够将是否能够使用对象马达通知给用户。

Claims (8)

1.一种马达选定装置，该马达选定装置的特征在于，具备：

速度计算部，其根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时驱动所述驱动对象的马达的速度波形来计算平均速度；

电流计算部，其根据在使所述驱动对象进行所述规定的动作时驱动所述驱动对象的所述马达的电流波形来计算均方根电流；

存储部，其存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性；以及

判断部，其使用与所述平均速度对应的所述马达特性、和所述均方根电流，判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

2.根据权利要求1所述的马达选定装置，其特征在于，

所述马达特性为额定电流，

所述判断部通过判断所述均方根电流是否为与所述平均速度对应的所述对象马达的额定电流以下，从而判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

3.根据权利要求1所述的马达选定装置，其特征在于，

所述马达特性为额定转矩或者额定推力，

所述马达选定装置还具备连续转矩计算部或者连续推力计算部，所述连续转矩计算部或者连续所述推力计算部考虑无效电流分量而根据所述均方根电流来计算连续转矩或者连续推力，

所述判断部通过判断所述连续转矩或者所述连续推力是否为与所述平均速度对应的所述对象马达的额定转矩或者额定推力以下，从而判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的马达选定装置，其特征在于，

所述马达选定装置还具备输出部，其输出报告所述判断部的判断结果的报告信号。

5.一种马达选定装置的马达选定方法，所述马达选定装置具有存储部，该马达选定方法的特征在于，

所述存储部存储与作为选定对象的对象马达的速度对应的马达特性，

所述马达选定方法包括：

速度计算步骤，根据在使预先决定的驱动对象进行规定的动作时驱动所述驱动对象的马达的速度波形来计算平均速度；

电流计算步骤，根据在使所述驱动对象进行所述规定的动作时驱动所述驱动对象的所述马达的电流波形来计算均方根电流；以及

判断步骤，使用与所述平均速度对应的所述马达特性、和所述均方根电流，判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

6.根据权利要求5所述的马达选定方法，其特征在于，

所述马达特性为额定电流，

在所述判断步骤中，通过判断所述均方根电流是否为与所述平均速度对应的所述对象马达的额定电流以下，从而判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

7.根据权利要求5所述的马达选定方法，其特征在于，

所述马达特性为额定转矩或者额定推力，

所述马达选定方法还包括连续转矩计算步骤或者连续推力计算步骤，在连续转矩计算步骤或者连续推力计算步骤中，考虑无效电流分量而根据所述均方根电流来计算连续转矩或者连续推力，

在所述判断步骤中，通过判断所述连续转矩或者所述连续推力是否为与所述平均速度对应的所述对象马达的额定转矩或者额定推力以下，从而判断所述对象马达能否进行所述规定的动作。

8.根据权利要求5～7中的任意一项所述的马达选定方法，其特征在于，

所述马达选定方法还包括输出步骤，输出报告所述判断步骤的判断结果的报告信号。

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