DE102009049731A1

DE102009049731A1 - Motorantriebsgerät und Motorantriebsverfahren

Info

Publication number: DE102009049731A1
Application number: DE102009049731A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita; Tadashi Okita; Hiroyuki Kawamura; Akiyama Takahiro; Niwa Masakazu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP4551471B2; JP2010110172A; CN101729019A; DE102009049731B4

Abstract

Ein Motorantriebsgerät wandelt eine Eingangs-Wechselstrom-Leistung in eine Eingangs-Gleichstrom-Leistung durch einen Pulsweitenmodulation gesteuerten Wandler und treibt ferner einen Motor durch einen Wechselrichter an, um zusätzlich die Betriebseffizienz des Motors zu erhöhen. Eine Zustandsbeurteilungsvorrichtung (10) der Motorsteuereinheit (5) gibt einen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc an den Wandler (7) aus. Die Zustandsbeurteilungsvorrichtung (10) erzeugt einen variablen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc, der auf Grundlage der Motorgeschwindigkeit, Last und anderen Betriebszuständen für die Betriebseffizienz optimal geeignet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorantriebsgerät und insbesondere auf ein Motorantriebsgerät das einen Pulsweitenmodulation gesteuerten Wandler als Motorantriebseinheit umfasst, die mit einer Motorsteuereinheit verbunden ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Motorantriebsgeräte zum Ansteuern von Werkzeugmaschinen, Industriemaschinen, Robotern und dergleichen verwenden Wandler, um eine Eingangs-Wechselstrom-Leistung in eine Gleichstrom-Leistung umzuwandeln. In den vergangenen Jahren wurde das Verfahren zur Anwendung der Pulsweitenmodulierten-Steuerung durch Leistungsschaltelemente für den Wandlerbetrieb verbreitet eingeführt, um dadurch die Kurvenform des Eingangsstroms besser an eine Sinuskurve anzunähern (so genannter Pulsweitenmodulations-Wandler).
Ein derartiges Verfahren kann bewirken, dass die Kurvenform des Eingangsstroms besser mit einer Sinuskurve übereinstimmt, um dadurch die harmonischen Komponenten zu reduzieren. Ein derartiges Verfahren besitzt zusätzlich die Eigenschaft, dass die Ausgangsgleichspannung des Wandlers (Ausgangsgleichspannung) variabel ist, selbst wenn die Eingangswechselspannung des Wandlers konstant ist.
Es ist zu beachten, dass die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 7-245957 A und die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 9-271101 A in Bezug auf die vorliegende Erfindung als Stand der Technik bekannt sind und nachstehend genauer erläutert werden.
Die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 7-245957 A verwendet das oben beschriebene Verfahren, damit die Ausgangsgleichspannung des Wandlers variabel ist.
Allerdings ist die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 7-245957 A dadurch gekennzeichnet, dass ein Laststrom eines Motors verwendet wird, um die Ausgangsgleichspannung des Wandlers zu verändern, und um dadurch einen ungewöhnlichen Anstieg des Eingangsstroms durch eine Übersteuerung des Motors zu verhindern. Dementsprechend besteht ein grundlegender Unterschied zur nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung.
Ferner versucht auch die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 9-271101 A die Ausgangsgleichspannung des Wandlers entsprechend der Motorgeschwindigkeit zu verändern, ohne dass Merkmale vorgesehen sind, um die im Motor fließenden harmonischen Ströme abzuschwächen und das Drehgeräusch des Motors zu verringern. Dementsprechend besteht ein grundlegender Unterschied zur nachfolgend beschriebenen vorliegenden Erfindung.
Schließlich, während die oben beschriebenen Verfahren die Ausgangsgleichspannung des Wandlers ändern, berücksichtigen sie nicht die Effizienz des Motorbetriebs.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Motorantriebsgerät versehen mit einer Funktion (Vorrichtung) zum Ändern der Ausgangsgleichspannung des Wandlers bereit, um dadurch einen effizienten Motorbetrieb zu ermöglichen.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum effizienten Betrieb eines Motors bereit.
Das Motorantriebsgerät der vorliegenden Erfindung verwendet eine Zustandsbeurteilungsvorrichtung zum Beurteilen des Betriebszustands eines Motors. Diese Zustandsbeurteilungsvorrichtung gibt an einen Wandler einen ”Gleichspannungs-Steuerbefehl” aus, der auf dem Betriebszustand des Motors basiert und variabel ist, um dadurch die von dem Wandler an den Wechselrichter abgegebene Ausgangsgleichspannung variabel zu steuern.
Das heißt, das Motorantriebsgerät verfügt über eine Funktion (Vorrichtung), die eine Pulsweitenmodulations-Steuerung durch Leistungsschaltelemente für den Wandlerbetrieb verwendet, und um dadurch die Eingangs-Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umzuwandeln, um somit die umgewandelte Ausgangsgleichspannung dynamisch zu ändern.
Dies beruht auf der Erkenntnis, dass die Zeit die zum Ändern der Ausgangsgleichspannung des Wandlers benötigt wird wesentlich kürzer ist, als die Zeit die allgemein benötigt wird, um die Rotationsgeschwindigkeit, Last, Vorschubbetriebsart und andere Betriebszustände zu ändern. Daher ist es möglich, die Ausgangsgleichspannung des Wandlers zu steuern, um dadurch die Spannung optimal an den Betriebszustand anzupassen.
Zum Beispiel, wenn ein Servosteuergerät eine Werkzeugmaschine oder ein Drehspindelsteuergerät antreibt und die Ausgangsgleichspannung (Gleichstromverbindungs-Spannung) klein ist, besteht der Vorteil, dass die ”tatsächliche Auflösung des Spannungssteuerbefehls steigt, so dass eine exaktere Steuerung möglich ist”. Ferner besteht der Vorteil, dass ”in den Leistungsschaltelementen die Schaltverluste reduziert werden, so dass Energie gespart werden kann”.
Andererseits, wenn der Motor mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert, wird die an den Motor abgegebene Spannung erhöht, so dass, wenn die Ausgangsgleichspannung (Gleichstromverbindungs-Spannung) hoch ist, der Vorteil besteht, dass ”das maximale Drehmoment und die maximale Ausgangsleistung des Motors erhöht werden kann”. Ferner besteht der Vorteil, dass ”der Feldschwächungs-(FW)Strom zum Verringern der Motoranschlussspannung reduziert werden kann, um dadurch Energie zu sparen”.
Daher verwendet die vorliegende Erfindung eine Funktion (Vorrichtung), die die Ausgangsgleichspannung des Wandlers in Übereinstimmung mit der hohen/niedrigen Geschwindigkeit des Motors, dem Lastgrad, dem Bearbeitungsvorschub, dem Eilgangvorschub und anderen Betriebszuständen ändert und dabei eine Ausgangsgleichspannung erzeugt die eine an jeden Betriebszustand optimal angepasste Betriebseffizienz bewirkt.
Die Entscheidung zum Erhöhen oder Reduzieren der Ausgangsgleichspannung wird aus den Kenndaten ermittelt, die gemäß den Betriebszuständen vorgegeben sind. Daher wird die Entscheidung anhand von einen oder einer Kombination einer Vielzahl von Betriebszuständen getroffen, um die Ausgangsgleichspannung in geeigneter Weise zu ändern.
Wenn die Ausgangsgleichspannung des Wandlers konstant ist, können weder die Vorteile, die sich aus einer hohen Ausgangsgleichspannung ergeben, noch die Vorteile, die sich aus einer niedrigen Ausgangsgleichspannung ergeben, erzielt werden. Daher wird die Ausgangsgleichspannung aktiv geändert, um die Eigenschaften eines einen Motor und ein Motorantriebsgerät umfassenden Servosystems zu verbessern. Wenn die Ausgangsgleichspannung variabel ist, können die Vorteile, die sich aus einer hohen Ausgangsgleichspannung ergeben, und die Vorteile, die sich aus einer niedrigen Ausgangsgleichspannung ergeben, erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden durch eine detaillierte Beschreibung einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen, deutlicher in denen
1 ein Bild der Systemkonfiguration eines Motorantriebsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Bild eines Beispiels der Konfiguration einer Motorantriebseinheit 6 der 1 ist;
3 ein Bild einer grundlegenden erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
4 ein Bild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
5 ein Bild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
6 ein Bild einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
7 ein Bild einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
8 ein Bild einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
9 ein Bild einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist; und
10 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Antrieb des Motors ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Bild einer grundlegenden Konfiguration eines erfindungsgemäßen Motorantriebssystems. In der Zeichnung besteht das Motorantriebssystem 1 im Wesentlichen aus einem Numerischen Steuergerät 2 und einem Motorantriebsgerät 3. Ferner umfasst das Motorantriebsgerät 3 eine Motorsteuereinheit 5, die Steuerbefehle von einer Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 empfängt, und eine Motorantriebseinheit 6, die im Antriebsbetrieb durch die Motorsteuereinheit 5 gesteuert wird.
Die oben beschriebene Motorantriebseinheit 6 umfasst einen pulsweitenmodulierten Wandler 7 und einen Wechselrichter 8. Letztendlich steuert die Einheit 6 den Motor 9 über den pulsweitenmodulierten Wandler 7, der Leistung von einer Leistungsquelle S empfängt, und den Wechselrichter 8, der mit dem Wandler 7 über eine Gleichstromverbindung verbunden ist.
Besonders wichtig ist dabei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10, die in der Motorsteuereinheit 5 dargestellt ist. Die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 gibt einen ”Gleichspannungs-Steuerbefehl” Cdc an den pulsweitenmodulierten Wandler 7 aus. Es ist zu beachten, dass dem Wechselrichter 8 ein gewöhnlicher ”Motorantriebs-Steuerbefehl” Cmd vorgegeben wird. Es ist auch zu beachten, dass die Anordnung der Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 nicht auf die dargestellte Position begrenzt ist.
Im engeren Sinne umfasst das Motorantriebssystem 1: ein Numerisches Steuergerät 2, das die Bearbeitungssteuerbefehle für das Werkstück berechnet; den pulsweitenmodulierten Wandler 7, der gemäß dem Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc der Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umwandelt; und den Wechselrichter 8, der gemäß dem Motorantriebsspannungssteuerbefehl der Motorsteuereinheit 5 die Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom-Leistung umwandelt und den Motor 9 antreibt.
Es ist zu beachten, dass die Motorantriebseinheit 6, die aus dem pulsweitenmodulierten Wandler 7 und dem Wechselrichter 8 besteht, an sich eine bekannte Konfiguration aufweist, die in 2 dargestellt ist. 2 ist ein Bild, das ein Beispiel der Konfiguration der Motorantriebseinheit 6 der 1 darstellt.
In 2 empfängt der pulsweitenmodulierte Wandler 7 von der Leistungsquelle S über eine Dreiphasenspule R Dreiphasen-Wechselstrom-Leistung an einen Satz von IGBTs oder anderen Leistungsschaltern TR und Gleichrichterdioden D, wandelt diese in die Ausgangsgleichspannung V um, und glättet diese zusätzlich durch einen Glättungskondensator C. Es ist zu beachten, dass sechs der oben beschriebenen Sätze (TR, D) vorhanden sind, um eine Dreiphasen-Brückenschaltung zu bilden.
Um die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung zusammenzufassen, das erfindungsgemäße Motorantriebsgert 3 ist vor allem ein Motorantriebsgerät, mit

(i) der Motorantriebseinheit 6, die den Wandler 7, der die Eingangswechselspannung umwandelt und als Gleichspannung ausgibt, und den Wechselrichter 8, der die ausgegebene Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und sie an einen als Last wirkenden Motor (M) 9 abgibt, aufweist, und
(ii) der Motorsteuereinheit 5, die einen Steuerbefehl von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 empfängt, einen vorgegebenen Betrieb für den Motor vorgibt, einen vorgegebenen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc an den Wandler 7 ausgibt, und andererseits einen Motorantriebssteuerbefehl Cmd an den Wechselrichter 8 ausgibt.

Dabei ist eine Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 zum sukzessiven Beurteilen des Betriebszustands des Motors 9 vorgesehen. Die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 bestimmt in geeigneter Weise den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc gemäß dem oben beurteilten Betriebszustand. Ferner ist die Erfindung so gestaltet, dass die Gleichspannung V des Wandlers 7 gemäß dem Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc geändert werden kann.
Im Besonderen beurteilt die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 zumindest einen der Betriebszustände des zu beurteilenden Motors, wobei die Betriebszustände Motorbetrieb, Motorrotationsgeschwindigkeit, Motorbeschleunigung, Motorantriebsspannung und Motordrehmoment umfassen.
Dementsprechend beurteilt die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 den Betriebszustand des Motors 9 entweder basierend auf einem Steuerbefehl der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4, einer Steuerungszustandsinformation in der Motorsteuereinheit 5 oder einem in den Wechselrichter 8 eingegebenen Motorantriebssteuerbefehl. Dies wird im nachsehenden detailliert erklärt.
3 ist ein Bild, das eine grundlegende erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. Es ist zu beachten, dass in allen Zeichnungen ähnliche Komponenten mit demselben Bezugszeichen bezeichnet werden. In dieser Zeichnung wird insbesondere das Innere der Motorsteuereinheit 5 dargestellt. Ferner wird ebenfalls ein einen Drehwinkel des Motors 9 anzeigender Geber 15 dargestellt. In der Motorsteuereinheit 5 der Zeichnung ist die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 der 1 als eine Spannungssteuerbefehl-Ausgabeeinheit 11 dargestellt.
Ein Motordrehbewegungs-”Positions-Steuerbefehl” der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 der 1 wird zusammen mit einem ”Positionsrückführungs”-Signal des Gebers 15 in eine Positionssteuereinheit 12 eingegeben, die die Drehposition des Motors 9 steuert. Ein ”Geschwindigkeits-Steuerbefehl” für den Motor 9 wird zusammen mit einem ”Geschwindigkeitsrückführungs”-Signal des Gebers 15 in eine Geschwindigkeitssteuereinheit 13 eingegeben, die die Geschwindigkeit des Motors 9 steuert. Ferner wird ein ”Drehmoment-Steuerbefehl” für den Motor 9 und ein ”Stromrückführungs”-Signal von dem Wechselrichter 8 zusammen in eine Stromsteuereinheit 14 eingegeben, die das Drehmoment des Motors 9 steuert. Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Funktionseinheiten 11 (10), 12, 13 und 14 als Hardware oder als Software ausgeführt sein können (dasselbe gilt für das nachstehende). Nachstehend wird dies genauer erläutert.
Die Motorsteuereinheit 5, aufgebaut wie oben dargestellt, führt einen Teil oder alle Teile der Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und Stromsteuerung aus. Zum Beispiel führt es eine Geschwindigkeitssteuerung und Stromsteuerung aus, wenn es einen Geschwindigkeits-Steuerbefehl von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 empfängt und es führt eine Stromsteuerung aus, wenn es einen Drehmoment-Steuerbefehl empfängt.
Ferner gibt die Motorsteuereinheit 5 unter Berücksichtigung von zumindest einen der Betriebszustände des Motors einen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc an den pulsweitenmodulierten Wandler 7 aus, wobei die Betriebszustände Motorbetrieb, Motorgeschwindigkeit, Motorbeschleunigung, Motorantriebsspannung und Motordrehmoment umfassen.
Beispiele für Beurteilungsverfahren des Betriebszustands sind: das Verfahren in dem nur beurteilt wird, ob der Motor im Eilvorschub oder im Bearbeitungsvorschub betrieben wird, das Verfahren in dem der Motorbetrieb und die Motorantriebsspannung kombiniert werden und dann beurteilt wird, ob der Motor im Eilvorschub betrieben wird und der Bearbeitungsvorschub mit einer hohen Spannung gemäß dem Motorantriebsspannungs-Steuerbefehl Cmd ausgeführt wird, oder der Bearbeitungsvorschub mit einer niedrigen Spannung gemäß dem Motorantriebsspannungs-Steuerbefehl Cmd ausgeführt wird, usw.
Wenn der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc entsprechend dem Motorbetriebszustand variabel ist, können nachstehende Vorteile erzielt werden.
Wenn die vom pulsweitenmodulierten Wandler 7 an den Wechselrichter 8 abgegebene Gleichspannung V niedrig ist, wird die tatsächliche Auflösung des Motorantriebs-(Motorantriebsspannungs-)Steuerbefehls Cmd groß, wodurch eine exaktere Motorsteuerung ermöglicht wird.
Ferner werden die Schaltverluste der Leistungsschaltelemente TR reduziert, so dass auch ein energiesparender Effekt vorliegt.
Wenn andererseits eine hohe Gleichspannung V an den Wechselrichter 8 abgegeben wird, hat dies den Effekt, dass das maximale Drehmoment und die maximale Ausgangsleistung des Motors 9 in den Bereichen mit hoher Geschwindigkeit, in denen die Motorspannung groß ist, erhöht wird. Ferner kann der Feldschwächungs-(FW)Strom zum Verringern der Motoranschlussleistung reduziert werden, so dass ein energiesparender Effekt erzielt wird.
Nun werden die auf der grundlegenden Ausführungsform der 3 basierenden erste bis sechste Ausführungsform erklärt. 4 ist ein Bild, das eine erste Ausführungsform darstellt. In dieser ersten Ausführungsform wird als Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 eine hohe/niedrige Genauigkeit-Spannungsschalteinheit 21 verwendet. Ein „Gleichspannungs-Steuerbefehl 1”, vorgesehen für eine grobe Steuerung des Motors entlang des Bearbeitungswegs, falls keine Genauigkeit notwendig ist, und ein „Gleichspannungs-Steuerbefehl 2”, vorgesehen für eine exakte Steuerung, falls Genauigkeit notwendig ist, werden im Vorfeld eingestellt. Der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc wird durch ein Schaltsignal Csw von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4, abhängig davon ob der Bearbeitungsvorgang Genauigkeit erfordert, auf ein hohes Spannungsniveau oder ein niedriges Spannungsniveau geschaltet und an einen pulsweitenmodulierten Wandler 7 ausgegeben.
Zusammenfassend stellt die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (21) in der ersten Ausführungsform den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc durch das Stellen des Schalters SW auf das höhere Niveau, um dadurch die Gleichspannung V zu erhöhen, wenn der Steuerbefehl Csw der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 ein Steuerbefehl ist, bei dem für eine grobe Steuerung entlang des Bearbeitungswegs keine Genauigkeit erforderlich ist, während der Schalter SW auf das niedrigere Ni veau gestellt wird, um dadurch die Gleichspannung V zu reduzieren, wenn der Steuerbefehl eine exakte Steuerung entlang des Bearbeitungswegs erfordert.
5 ist ein Bild, das eine zweite Ausführungsform darstellt. In dieser zweiten Ausführungsform wird eine Bearbeitung-/Eilvorschub-Spannungsschalteinheit 31 (10) als Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 verwendet. Die Beurteilungsvorrichtung 10 stellt im Vorfeld einerseits einen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc (eine höhere Spannung als bei der Bearbeitung) für einen Eilvorschubbetrieb bereit, bei dem entlang des Bearbeitungswegs der Vorschubachse des Motors keine Genauigkeit notwendig ist, und stellt andererseits einen Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc bereit (eine niedrigere Spannung als beim Eilvorschub), wenn für einen Bearbeitungsvorgang eine höhere Genauigkeit notwendig ist. Es beurteilt, ob der Steuerbefehl Cm von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 ein Eilvorschub- oder ein Bearbeitungs-Steuerbefehl ist und schaltet mit dem Schalter SW den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc entsprechend dem Steuerbefehl und gibt den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc an den pulsweitenmodulierten Wandler 7 aus.
Zusammenfassend erzeugt die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (31) in der zweiten Ausführungsform den oben beschriebenen Steuerbefehl, falls entlang des Bearbeitungswegs keine Genauigkeit erforderlich ist, weil die vom Motor 9 angetriebene Vorschubachse mit einem Eilvorschub-Steuerbefehl angesteuert wird, und erzeugt den oben beschriebenen Steuerbefehl, falls entlang des Bearbeitungswegs Genauigkeit erforderlich ist, weil der Motor mit einem Steuerbefehl zum Bearbeiten des Werkstücks entlang der Vorschubachse angesteuert wird.
6 ist ein Bild, das eine dritte Ausführungsform darstellt. In der dritten Ausführungsform wird ein hohe/niedrige Geschwindigkeit-Spannungsschalteinheit 41 (10) als Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 verwendet. Diese beurteilt den Geschwindigkeits-Steuerbefehl oder die zurückgeführte Geschwindigkeit und stellt die Spannung des Gleichspannungs-Steuerbefehls Cdc auf einen hohen Wert, wenn der Motor 9 mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert, um dadurch das maximale Drehmoment und die maximale Ausgangsleistung des Motors zu erhöhen, während es die Spannung des Gleichspannungs-Steuerbefehls Cdc auf einen niedrigen Wert stellt, wenn der Motor mit einer niedrigen Geschwindigkeit rotiert. Es ist zu beachten, dass wenn der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc geschaltet wird vorzugsweise ein Hysterese-Verhalten verwendet wird, oder dass die Geschwindigkeit langsam zum hohen oder niedrigen Niveau der Geschwindigkeit geändert wird, um Flattern zu vermeiden.
Zusammenfassend überwacht die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (41) in der dritten Ausführungsform die Steuerungszustandsinformationen in der Motorsteuereinheit 5 anhand der Motorgeschwindigkeit und setzt einerseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das hohe Spannungsniveau, wenn es entscheidet, dass die dem Steuerbefehl der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 entsprechende Motorgeschwindigkeit oder die zurückgeführte Geschwindigkeit, erfasst an der Abtriebsseite des Motors, größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeitsreferenzwert Sref, und setzt andererseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das niedrige Spannungsniveau, wenn der Wert als kleiner als der vorgegebene Geschwindigkeitsreferenzwert Sref beurteilt wird.
7 ist ein Bild, das eine vierte Ausführungsform darstellt. In dieser Ausführungsform wird eine hohe/niedrige Beschleunigung-Spannungsschalteinheit 51 (10) als Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 verwendet. Diese Beurteilungsvorrichtung 10 beurteilt den Beschleunigungssteuerbefehl oder die zurückgeführte Beschleunigung und erzeugt eine hohe Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc, um dadurch das maximale Drehmoment des Motors 9 zu erhöhen, falls der Motor mit einer hohen Beschleunigung betrieben wird, während die Beurteilungsvorrichtung 10 eine niedrige Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc erzeugt, falls der Motor mit einer niedrigen Beschleunigung betrieben wird. Der Beschleunigungs-Steuerbefehl kann durch die Differenz zwischen den Geschwindigkeits-Steuerbefehlen in der Beschleunigungs-Berechnungseinheit 52 berechnet werden. Die zurückgeführte Beschleunigung kann durch die Differenz zwischen den zurückgeführten Geschwindigkeiten berechnet werden. Es ist zu beachten, dass wenn der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc geschaltet wird vorzugsweise ein Hysterese-Verhalten verwendet wird, oder dass die Beschleunigung langsam zum hohen oder niedrigen Niveau der Beschleunigung geändert wird, um Flattern zu vermeiden.
Zusammenfassend überwacht die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (51) die Motorbeschleunigung über die Steuerungszustandsinformation in der Motorsteuereinheit 5 und stellt einerseits den Spannungs-Steuerbefehl Cdc auf das hohe Spannungsniveau, wenn es entscheidet, dass die Motorbeschleunigung gemäß des Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 oder der zurückgeführten Beschleunigung, erfasst an der Abtriebsseite des Motors 9, größer ist als ein vorgegebener Beschleunigungsreferenzwert Aref, und setzt andererseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das niedrige Spannungsniveau, wenn der Wert als kleiner als ein vorgegebener Beschleunigungsreferenzwert Aref beurteilt wird.
8 ist ein Bild, das eine fünfte Ausführungsform darstellt. In dieser Ausführungsform wird eine hohe/niedrige Motorspannung-Spannungsschalteinheit 61 (10) als oben beschriebene Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 verwendet. Diese Beurteilungsvorrichtung 10 beurteilt den Motorantriebs-(Motorantriebsspannungs-)Steuerbefehl Cmd, erzeugt eine hohe Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc und gibt die Motorspannung wie vorgegeben aus, wenn eine hohe Spannung an den Motor 9 abgegeben wird, und erzeugt eine niedrige Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc, wenn eine niedrige Spannung abgegeben wird. Es ist zu beachten, dass wenn der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc geschaltet wird vorzugsweise ein Hysterese-Verhalten verwendet wird, oder dass die Antriebsspannung langsam zum hohen oder niedrigen Niveau der dem Motor bereitgestellten Spannungen geändert wird, um Flattern zu vermeiden.
Zusammenfassend überwacht die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (61) die Motorantriebsspannung über die Steuerungszustandsinformation in der Motorsteuereinheit 5 und setzt einerseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das hohe Spannungsniveau, wenn es entscheidet, dass die Motorantriebsspannung gemäß des Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 größer ist als ein vorgegebener Antriebsspannungsreferenzwert Vref, und stellt andererseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das niedrige Spannungsniveau, wenn es entscheidet, dass die Motorantriebsspannung kleiner ist als der vorgegebene Antriebsspannungsreferenzwert Vref.
9 ist ein Bild, das eine sechste Ausführungsform darstellt. In dieser sechsten Ausführungsform wird eine hohes/niedriges Drehmoment-Spannungsschalteinheit 71 (10) als oben beschriebene Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 verwendet. Diese Beurteilungsvorrichtung 10 beurteilt den Drehmomentsteuerbefehl oder den Drehmoment-Erzeugenden-Komponentenstrom des an die Strombeurteilungseinheit 72 zurückgeführten Stroms und erzeugt einerseits eine hohe Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc, wenn das Drehmoment des Motors 9 groß ist, und erzeugt andererseits eine niedrige Spannung für den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc, wenn das Drehmoment gering ist. Es ist zu beachten, dass wenn der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc geschaltet wird vorzugsweise ein Hysterese-Verhalten verwendet wird, oder dass das Drehmoment langsam zum hohen oder niedrigen Niveau des Motordrehmoments geändert wird, um Flattern zu vermeiden.
Zusammenfassend überwacht die Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (71, 72) das Motordrehmoment über die Steuerungszustandsinformation in der Motorsteuereinheit 5 und setzt einerseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das hohe Spannungsniveau, wenn es entscheidet, dass das Motordrehmoment gemäß des Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 oder des vom Wechselrichter 8 zurückgeführten Stroms der Drehmoment-Erzeugungs-Komponente größer ist als ein vorgegebener Drehmoment-Referenzwert Tref oder ein entsprechender Drehmoment-Komponentenstrom-Referenzwert Iref, und stellt andererseits den Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das niedrige Spannungsniveau, wenn der Wert als kleiner beurteilt wird.
In diesem Fall ist der oben beschriebene Drehmoment-Erzeugungs-Komponentenstrom des zurückgeführten Stroms die aktive Stromkomponente des zurückgeführten Stroms.
Abschließend wird das erfindungsgemäße Motorantriebsverfahren beschrieben. Dieses Verfahren ist ein Motorantriebsverfahren in einem Motorantriebsgerät, mit
einer Motorantriebseinheit 6, mit
einen Wandler 7, der Eingangswechselspannung umwandelt und als Gleichspannung V ausgibt, und
einen Wechselrichter 8, der die ausgegebene Gleichspannung V umwandelt und als Wechselspannung an die Last, den Motor 9, ausgibt, und
einer Motorsteuereinheit 5,
die einen Steuerbefehl von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4 empfängt,
einen vorgegebenen Betrieb für den Motor vorgibt,
einen vorgegebenen Gleichspannungs-Steuerbefehl an den Wandler ausgibt,
und
einen vorgegebenen Motorantriebs-Steuerbefehl an den Wechselrichter 8 ausgibt.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte dieses Motorantriebsverfahrens zeigt.
In dieser Darstellung ist Schritt S11 ein Schritt, in dem der Betriebszustand des Motors 9 sukzessive abgerufen wird; Schritt S12 ist ein Schritt, in dem ein Attribut der sukzessive abgerufenen Betriebszustände des Motors 9 beurteilt wird; die Schritte S13/S14 sind Schritte, in denen der Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc auf das hohe Spannungsniveau (S13) oder auf das niedrige Spannungsniveau (S14) anhand des Attributs des beurteilten Betriebszustands eingestellt wird; und Schritt S15 ist ein Schritt, in dem der entweder hoch oder niedrig eingestellte Gleichspannungs-Steuerbefehl Cdc an den Wandler 7 weitergegeben wird.
Es ist zu berücksichtigen, dass die Attribute des zu beurteilenden Betriebszustands in dem oben beschriebenen Attribut-Beurteilungsschritt S12 zumindest eines der folgenden Attribute umfassen: Motorbetrieb, Motorgeschwindigkeit, Motorbeschleunigung, Motorantriebsspannung und Motordrehmoment.
Ferner wird in den oben beschriebenen Motorbetriebszustand-Abrufen-Schritt S11 der Steuerbefehl Cm der Steuerbefehl-Berechnungseinheit 4, die Steuerungszustandsinformationen in der Motorsteuereinheit 5, oder der an den Wechselrichter ausgegebenen Motorantriebs-Steuerbefehl Cmd abgerufen.
Es ist zu beachten, dass jeder Arbeitsschritt der Positionssteuereinheit 12, Geschwindigkeitssteuereinheit 13, Stromsteuereinheit 14, Zustandsbeurteilungsvorrichtung 10 (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71/72) in dem die oben beschriebenen Schritte durchgeführt werden, als individuelle Unterbrechungsroutinen ausgeführt ist und immer dann ausgeführt wird, wenn eine entsprechende Unterbrechungsanforderung erzeugt wird.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann, entsprechend der Geschwindigkeit des Motors 9, der Last, dem Motorbetrieb (Eilvorschub/Bearbeitungsvorschub) und anderen Betriebszuständen, immer die Leistung dem Motor bereitgestellt werden, die optimal für die Betriebseffizienz geeignet ist.

3: Motorantriebsgerät
4: Steuerbefehl-Berechnungseinheit
5: Motorsteuereinheit
6: Motorantriebseinheit
7: pulsweitenmodulierter Wandler
8: Wechselrichter
9: Motor
10: Zustandsbeurteilungsvorrichtung
11: Spannungssteuerbefehl-Ausgabeeinheit
12: Positionssteuereinheit
13: Geschwindigkeitssteuereinheit
14: Stromsteuereinheit
21: hohe/niedrige Genauigkeit-Spannungsschalteinheit
31: Bearbeitung-/Eilvorschub-Spannungsschalteinheit
41: hohe Geschwindigkeit-/niedrige Geschwindigkeit-Spannungsschalteinheit
51: hohe Beschleunigung-/niedrige Beschleunigung-Spannungsschalteinheit
52: Beschleunigungs-Berechnungseinheit
61: hohe Motorspannung-/niedrige Motorspannung-Spannungsschalteinheit
71: hohes/niedriges Drehmoment-Spannungsschalteinheit
72: Strombeurteilungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 7-245957 A [0004, 0005, 0006]
- JP 9-271101 A [0004, 0007]

Claims

Motorantriebsgerät mit: einer Motorantriebseinheit, die einen Wandler, der eine Eingangswechselspannung umwandelt und eine Gleichspannung ausgibt, und einen Wechselrichter, der die ausgegebene Gleichspannung umwandelt und als Wechselspannung an einen als Last wirkenden Motor ausgibt, aufweist, einer Motorsteuereinheit, die von einer Steuerbefehl-Berechnungseinheit einen Steuerbefehl empfängt, der einen vorgegebenen Betrieb für den Motor vorgibt, einen vorgegebenen Gleichspannungs-Steuerbefehl an den Wandler ausgibt, und einen vorgegebenen Motorantriebs-Steuerbefehl an den Wechselrichter ausgibt, wobei die Motorantriebseinheit eine Zustandsbeurteilungsvorrichtung aufweist, die sukzessive einen Betriebszustand des Motors beurteilt und die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl gemäß dem beurteilten Betriebszustand adaptiv einstellt und die Gleichspannung des Wandlers gemäß dem Gleichspannungs-Steuerbefehl ändert.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung zumindest einen der Betriebszustände des zu beurteilenden Motors beurteilt, wobei die Betriebszustände Motorbetrieb, Motorgeschwindigkeit, Motorbeschleunigung, Motorantriebsspannung und Motordrehmoment umfassen.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 2, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Betriebszustand des Motors basierend auf einem der Folgenden beurteilt: (i) einen Steuerbefehl der Steuerbefehl-Berechnungseinheit, (ii) Steuerungszustands information in der Motorsteuereinheit, und (iii) einen an den Wechselrichter ausgegebenen Motorantriebs-Steuerbefehl.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl so einstellt, dass die Gleichspannung auf einen hohen Wert eingestellt wird, wenn ein Steuerbefehl der Steuerbefehl-Berechnungseinheit ein Steuerbefehl für einen groben Motorbetrieb entlang eines Bearbeitungswegs ist, während die Gleichspannung auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, wenn der Steuerbefehl ein Steuerbefehl für einen exakten Motorbetrieb entlang des Bearbeitungswegs ist.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 4, wobei der Steuerbefehl für einen groben Motorbetrieb entlang des Bearbeitungswegs ein Eilvorschub-Steuerbefehl für eine vom Motor angetriebene Vorschubachse ist, und der Steuerbefehl für den exakten Motorbetrieb entlang des Bearbeitungswegs ein Bearbeitungs-Steuerbefehl zum Bearbeiten eines Werkstücks entlang der Vorschubachse ist.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung die Motorgeschwindigkeit über die Steuerungszustandsinformationen in der Motorsteuereinheit überwacht und den Spannungs-Steuerbefehl auf ein hohes Spannungsniveau einstellt, wenn es beurteilt, dass die Motorgeschwindigkeit gemäß eines Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit oder einer zurückgeführten Geschwindigkeit, erfasst an der Abtriebsseite des Motors, größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Referenzwert, wohingegen die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein niedriges Spannungsniveau einstellt, wenn er als kleiner als der vorgegebene Geschwindigkeits-Referenzwert beurteilt wird.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung die Motorbeschleunigung über die Steuerungszustandsinformationen in der Motorsteuereinheit überwacht und den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein hohes Spannungsniveau einstellt, wenn es beurteilt, dass eine Motorbeschleunigung gemäß eines Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit oder einer zurückgeführten Beschleunigung, erfasst an der Abtriebsseite des Motors, größer ist als ein vorgegebener Beschleunigungs-Referenzwert, wohingegen die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein niedriges Spannungsniveau einstellt, wenn er als kleiner als der vorgegebene Beschleunigungs-Referenzwert beurteilt wird.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung die Motorantriebsspannung über die Steuerungsstatusinformationen in der Motorsteuereinheit überwacht und den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein hohes Spannungsniveau einstellt, wenn es beurteilt, dass die Motorantriebsspannung gemäß eines Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit größer ist als ein vorgegebener Antriebsspannungs-Referenzwert, wohingegen die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein niedriges Spannungsniveau einstellt, wenn er als kleiner als der vorgegebene Antriebsspannungs-Referenzwert beurteilt wird.
Motorantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei die Zustandsbeurteilungsvorrichtung das Motordrehmoment über die Steuerungszustandsinformationen in der Motorsteuereinheit überwacht und den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein hohes Spannungsniveau einstellt, wenn ein Motordrehmoment gemäß eines Steuerbefehls der Steuerbefehl-Berechnungseinheit oder ein Drehmoment-Erzeugender-Komponentenstrom eines vom Wechselrichter zurückgeführten Stroms größer ist als ein vorgegebener Drehmoment-Referenzwert oder ein entsprechender Drehmoment-Komponentenstrom-Referenzwert, während die Zustandsbeurteilungsvorrichtung den Gleichspannungs-Steuerbefehl auf ein niedriges Spannungsniveau einstellt, wenn er als kleiner beurteilt wird.
Motorantriebsverfahren für ein Motorantriebsgerät, mit: einer Motorantriebseinheit, die einen Wandler, der eine Eingangswechselspannung umwandelt und als Gleichspannung ausgibt, und einen Wechselrichter, der die ausgegebene Gleichspannung umwandelt und als Wechselspannung an einen als Last wirkenden Motor ausgibt, aufweist, und eine Motorsteuereinheit, die von einer Steuerbefehl-Berechnungseinheit einen Steuerbefehl empfängt, der einen vorgegebenen Betrieb für den Motor vorgibt, einen vorgegebenen Gleichspannungs-Steuerbefehl an den Wandler ausgibt, und einen vorgegebenen Motorantriebs-Steuerbefehl an den Wechselrichter ausgibt, wobei das Motorantriebsverfahren die Schritte umfasst: sukzessives Abrufen eines Betriebszustands des Motors, beurteilen eines Attributs der sukzessive abgerufenen Betriebszustände des Motors, einstellen des Gleichspannungs-Steuerbefehls auf ein hohes Spannungsniveau oder ein niedriges Spannungsniveau entsprechend dem Attribut des beurteilten Betriebszustands, und ausgeben des eingestellten Gleichspannungs-Steuerbefehls an den Wandler.
Motorantriebsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Attribut des zu beurteilenden Betriebszustands zumindest eines der folgenden Attribute umfasst: Motorbetrieb, Motorgeschwindigkeit, Motorbeschleunigung, Motorantriebsspannung und Motordrehmoment.
Motorantriebsverfahren nach Anspruch 10, wobei für den Motorbetriebszustand ein Steuerbefehl von der Steuerbefehl-Berechnungseinheit, eine Steuerungsstatusinformation in der Motorsteuereinheit, oder ein am Wechselrichter anliegender Motorantriebs-Steuerbefehl abgerufen werden.