DE102016000657B4

DE102016000657B4 - Motorantriebsvorrichtung, ausgestattet mit einer Funktion zum Wechseln eines Stromerfassungsmodus

Info

Publication number: DE102016000657B4
Application number: DE102016000657.9A
Authority: DE
Inventors: Taku Sasaki; Ryouta YAMAGUCHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2036-01-23
Also published as: JP2016144226A; JP6050841B2; US20160226415A1; CN105846746B; DE102016000657A1; US9698717B2; CN105846746A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung (1), die eine Zugspindel oder Spindel einer Werkzeugmaschine oder einen Arm einer Industriemaschine oder eines Industrieroboters antreibt, miteinem Stromerfassungsteil (20), das einen Strom erfasst, der durch einen Motor (2) fließt,einem Stromregelungsteil (30), das einen Ausgang des Stromerfassungsteils (20) als Basis zum Ausgeben eines Befehls zum Leiten eines gewünschten Stroms zu dem Motor (2) verwendet, undeinem Stromumformteil (10), das einen Befehl des Stromregelungsteils (30) als Basis zum Versorgen des Motors (2) mit Strom verwendet,dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerfassungsteil (20) aufweist:ein Steigungsmaßerfassungsteil (25), das eine Steigung einer Zunahme oder Abnahme des Stroms zu einer bestimmten Zeit erfasst, undein Schaltteil (27), das eine Ausgabe des Steigungsmaßerfassungsteils (25) als Basis zum Wechseln eines Modus der Stromerfassung verwendet, wobei das Schaltteil (27) zwischen einer Vielzahl von zwei oder mehreren Filtern (21, 22, 43) mit unterschiedlichen Filtercharakteristiken umschaltet um dadurch den Modus der Stromerfassung zu wechseln, und wobei das Schaltteil (27) zu einem schmalen Bandpassfilter (22) umschaltet, wenn eine Steigung des Stroms klein ist, und zu einem weiten Bandpassfilter (21) umschaltet, wenn eine Steigung des Stroms groß ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Zugspindel oder Spindel einer Werkzeugmaschine oder eines Arms einer Industriemaschine oder eines Industrieroboters etc., wobei die Motorantriebsvorrichtung mit der Funktion zum Wechseln eines Modus der Stromerfassung eines Stroms, der durch den Motor fließt, ausgestattet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
In einer allgemeinen Motorantriebsvorrichtung eines Motors, der in einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine oder einem Industrieroboter verwendet wird, wird der Strom, der durch den Motor fließt, durch ein Stromerfassungsteil erfasst und Information über den Strom an ein Stromregelungsteil übermittelt, das den Strom regelt. Das Stromerfassungsteil einer Motorantriebsvorrichtung besteht aus einer Stromerfassungsvorrichtung auf einem Hauptkreis und einem A/D-Wandler, der ein, von der Stromerfassungsvorrichtung erfasstes, analoges Signal zu einem digitalen Signal wandelt. Das Stromregelungsteil wandelt die Information über den durch das Stromerfassungsteil erfassten Strom (analoges Signal) von einem analogen zu einem digitalen Format durch den A/D-Wandler und verwendet das gewandelte digitale Signal zum Regeln des Stroms, der durch den Motor fließt.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist es möglich, die Präzision der Erfassung des Stroms, der durch den Motor fließt, zu verbessern und den Fehler zwischen dem aktuellen Strom und dem erfassten Strom zu verringern um den Strom genauer zu regeln. Im Stromerfassungsteil, ebenso wie in einer allgemeinen elektrischen Schaltung, ist ein Filter vorgesehen mit dem Zweck, Rauschen auf einem Signalleiter zu verringern. Als solch ein Filter ist eine Motorsteuervorrichtung, die einen Dezimationsfilter verwendet, in der japanischen Patentveröffentlichung JP 2013 - 198 229 A offenbart.
Die DE 10 2013 006 197 A1 betrifft eine Motorsteuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Jedoch tritt, wenn ein Filter verwendet wird, der konzipiert ist um Rauschen auf einem Signalleiter in einem Stromerfassungsteil zu verringern, im Laufe des Wandelns eines Signals von einem analogen zu einem digitalen Format durch den Filter nach Erfassen des Stroms, der an der Stromerfassungsvorrichtung durch den Motor fließt, eine Zeitverzögerung zwischen der Strominformation vom Stromerfassungsteil bei Erreichen des Stromregelungsteils und dem aktuellen Strom auf.
Wenn ein Motor mit kleiner Induktanz mit der Motorantriebsvorrichtung verbunden ist, und die Steigung einer Zu- oder Abnahme des Stroms größer wird, verursacht die Verzögerung zudem eine Diskrepanz zwischen dem aktuellen Strom und erfassten Strom und die Präzision der Stromerfassung wird zuweilen gesenkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Motorantriebsvorrichtung, die den Filter, der zur Zeit der Stromerfassung verwendet wird, in Übereinstimmung mit dem Zustand des Stroms, der durch einen Motor fließt, passend wechselt um damit die Präzision der Stromerfassung zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebsvorrichtung vorgesehen, die eine Zugspindel oder Spindel einer Werkzeugmaschine oder Arms einer Industriemaschine oder Industrieroboters etc. antreibt, bestehend aus einem Stromerfassungsteil, das einen Strom erfasst, der durch einen Motor fließt, einem Stromregelungsteil, das einen Ausgang des Stromerfassungsteils als Basis verwendet um einen Befehl zum Leiten eines gewünschten Stroms zum Motor auszugeben, und ein Stromumformteil, das einen Befehl des Stromregelungsteils als Basis verwendet um den Motor mit Strom zu versorgen, das Stromerfassungsteil bestehend aus einem Steigungsmaßerfassungsteil, das eine Steigung einer Zu- oder Abnahme des Stroms zu einer bestimmten Zeit erfasst und einem Schaltteil, das einen Ausgang des Steigungsmaßerfassungsteils als Basis verwendet um einen Modus der Stromerfassung umzuschalten.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan, der eine Gesamtkonfiguration einer Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 ist ein Schaltplan, der eine Schaltkonfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Stromerfassungsteil der Motorantriebsvorrichtung, dargestellt in 1, veranschaulicht.
3 ist ein Wellenformdiagramm vergrößernder Teil der Wellenform eines Stroms einer durch PWM-Regelung erzeugten Sinuswelle und stellt eine Welligkeitskomponente dar.
4A ist ein Wellenformdiagramm, das eine Diskrepanz zwischen einem aktuellen Strom und einem erfassten Strom aufgrund von Stromwelligkeit erläutert wenn eine Motorinduktanz groß ist.
4B ist ein Wellenformdiagramm, das eine Diskrepanz zwischen einem aktuellen Strom und einem erfassten Strom aufgrund von Stromwelligkeit erläutert wenn eine Motorinduktanz klein ist.
5A ist ein Wellenformdiagramm, das eine Diskrepanz zwischen einem aktuellen Strom und einem erfassten Strom aufgrund von Stromwelligkeit vor Umschalten der Filter erläutert.
5B ist ein Wellenformdiagramm, das veranschaulicht, wie das Umschalten der Filter, die Diskrepanz aufgrund von Stromwelligkeit verursachen, behoben werden kann.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Abtastperiode des Stroms veranschaulicht, die erforderlich ist zum Erfassen einer Steigung bei einer Zunahme und Abnahme von Strom.
7 ist ein Schaltplan, der eine Schaltkonfiguration einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Stromerfassungsteil der Motorantriebsvorrichtung, dargestellt in 1, veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Die beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend verwendet um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf spezifischen Ausführungsformen, im Detail zu erläutern.
1 veranschaulicht die Gesamtkonfiguration einer Motorantriebsvorrichtung 1, die in der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Motorantriebsvorrichtung 1 zum Antreiben eines Motors 2, der an einer nicht veranschaulichten Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, eines Roboter etc. vorgesehen ist. Die Motorantriebsvorrichtung 1 weist ein Stromumformteil 10, Stromerfassungsteil 20, und Stromregelungsteil 30 auf. Die Motorantriebsvorrichtung 1 wandelt den Gleichstrom des Stromumformteils 10 von einem nicht dargestellten Gleichstromnetzteil, oder einem Gleichstromnetzteil, das einen Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom wandelt, in Dreiphasenwechselstrom durch das Stromumformteil 10 um und führt den Dreiphasenwechselstrom dem Motor 2 zu um den Motor 2 anzutreiben.
Das Stromumformteil 10 weist sechs Schaltvorrichtungen 11a bis 11f und sechs Dioden 12a bis 12f und einen Gleichstromkondensator 13 auf. Die Schaltvorrichtungen 11a bis 11f sind IGBT (Bipolar-Transistor mit isoliertem Gate) oder MOSFET (Metalloxid Halbleiter Feldeffekt Transistor) oder andere Schaltvorrichtungen, die durch Schaltsignale ein- oder ausgeschaltet werden. An dem Stromumformungsteil 10 befinden sich drei parallel geschaltete Brückenschaltungen B1, B2 und B3, jede bestehend aus zwei Schaltvorrichtungen, die in Reihe geschaltet sind zwischen einer positiven Spannungsleitung 14 und einer negativen Spannungsleitung 15. Zu diesen Schaltvorrichtungen 11a bis 11f sind jeweils Schutzdioden 12a bis 12f parallel geschaltet.
Die Anschlussstellen C1, C2 und C3 der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f in den drei Brückenschaltungen B1, B2 und B3 sind zudem jeweils an eine U-Phase, V-Phase und W-Phase des Dreiphasenwechselstrommotors 2 angeschlossen. Der Gleichstromkondensator 13 speichert zudem eine Gleichstromladung.
An zwei der Schaltkreise von drei Schaltkreisen, die den Motor 2 mit Wechselstrom aus dem Stromumformteil 10 versorgen sind Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 vorgesehen. Diese erfassen den U-Phasenstrom, V-Phasenstrom, und W-Phasenstrom zu dem Motor 2. Bei einem Dreiphasenwechselstrom, wenn die Ströme zweier Phasen unter dem U-Phasenstrom, V-Phasenstrom und W-Phasenstrom bekannt sind, ist der Strom der verbleibenden Phase bekannt, so ist unter den drei Schaltkreisen der Schaltkreis durch den der U-Phasenstrom fließt und der Schaltkreis durch den der V-Phasenstrom fließt mit den Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 versehen. Die durch die Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 (analoge Signale) erfassten Ströme der verschiedenen Phasen werden in das Stromerfassungsteil 20 eingegeben, wo sie zu einem digitalen Signal gewandelt werden. Das Stromerfassungsteil 20 führt das durch die Wandlungsoperation erhaltene digitale Signal zu dem Stromregelungsteil 30 zurück.
Das Stromregelungsteil 30 verwendet das vom Stromerfassungsteil 20 zurückgeführte digitale Signal als Basis zum Regeln der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f des Stromumformteils 10 und Regeln des Stroms, der durch den Motor 2 fließt. Das heißt, an dem Stromumformteil 10 werden Schaltsignale von dem Stromregelungsteil 30 verwendet um Gleichstrom in Wechselstrom der gewünschten Frequenz durch die Dreiphasenbrückenschaltungen B1, B2 und B3 (Inverter-Schaltungen), bestehend aus den sechs Schaltvorrichtungen 11a bis 11f und Dioden 12a bis 12f, zu wandeln um damit den Motor 2 anzutreiben. Zum jetzigen Zeitpunkt verwendet das Stromregelungsteil 30 PWM-Regelung (Pulsweitenmodulation-Ansteuerung) zum Regeln der Dreiphasenbrückenschaltungen B1, B2 und B3. Die Konfiguration und Betrieb solch einer Motorantriebsvorrichtung 1 sind bekannt, daher wird weitere Erläuterung unterlassen.
2 veranschaulicht die Schaltungskonfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an dem Stromerfassungsteil 20 der Motorantriebsvorrichtung 1, dargestellt in 1. Das Stromerfassungsteil 20 umfasst einen ersten Filter 21, zweiten Filter 22, A/D-Wandler 23, 24, Steigungsmaßerfassungsteil 25, Steigungsmaßspeicherteil 26, Schaltteil 27, und Wechselschalter 28. Der erste Filter 21 und der zweite Filter 22 sind Rauschentfernungsfilter für Strom, der durch die Schaltung fließt. Verglichen mit dem zweiten Filter 22 ist der erste Filter 21 ein Filter mit einer besseren Sensitivität (kleinere Zeitkonstante und weitere Bandbreite). Der zweite Filter ist ein Filter mit einer großen Zeitkonstante und schmalen Bandbreite. Wenn zum Beispiel die Zeitkonstante des zweiten Filters 22 3 µsec ist, wird für den ersten Filter 21 ein Filter mit einer Zeitkonstante von 1µsec verwendet. In der ersten Ausführungsform wird die Ausgabe der Stromerfassungsvorrichtung 3 durch den A/D-Wandler 23 von einem analogen zu digitalen Format gewandelt und wird in den ersten Filter 21 und zweiten Filter 22 eingegeben, während parallel die Ausgabe der Stromerfassungsvorrichtung 4 durch den AD-Wandler 24 von einem analogen zu digitalen Format gewandelt wird und in den ersten Filter 21 und zweiten Filter 22 eingegeben wird. Dementsprechend sind die ersten und zweiten Filter 21, 22 digitale Filter. Andererseits, sind keine A/D-Wandler 23, 24 zwischen den Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 und den ersten und zweiten Filtern 21, 22, sind die ersten und zweiten Filter analoge Filter.
Die A/D-Wandler 23, 24 wandeln die durch die Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 erfassten analogen Signale zu digitalen Signalen. Die digitalen Signale, die die an den A/D-Wandlern 23, 24 gewandelten Stromwerte darstellen, werden jeweils in den ersten Filter 21 und den zweiten Filter 22 eingegeben. Der Ausgangsanschluss des ersten Filters 21 ist mit einem Kontakt „a“ des Wechselschalters 28 verbunden. Der Ausgangsanschluss des zweiten Filters 22 ist mit einem Kontakt „b“ des Wechselschalters 28 verbunden und ist ebenfalls mit dem Steigungsmaßerfassungsteil 25 verbunden. Aus diesem Grund wird das Signal, dessen Rauschen durch den zweiten Filter 22 verringert wurde, in das Steigungsmaßerfassungsteil 25 eingegeben. Ein Kontakt „c“ des Wechselschalters 28 ist verbunden mit dem Stromregelungsteil 30.
Das Steigungsmaßerfassungsteil 25 erfasst die Steigung des Stroms von dem digitalen Signal, das den Eingangsstromwert darstellt und speichert den erfassten Wert im Steigungsmaßspeicherteil 26 und gibt diesen dem Schaltteil 27 ein. Die Steigung des Stroms wird später erläutert. Das Schaltteil 27 empfängt als Eingabe das Signal von dem Steigungsmaßerfassungsteil 25 und das Signal von dem Steigungsmaßspeicherteil 26. Das Schaltteil 27 verbindet den Wechselschalter 28 mit entweder dem ersten Filter 21 oder dem zweiten Filter 22, abhängig von der Steigung des Stroms von dem Steigungsmaßerfassungsteil 25 oder der Steigung des Stroms von dem Steigungsmaßspeicherteil 26.
Die Steigung eines gegenwärtigen Stroms kann durch das Steigungsmaßerfassungsteil 25 gemessen werden. Wenn sich die Isolierung eines Kabels verschlechtert hat, wenn sich Fremdstoffe ablagert haben oder wenn sich anderweitig eine Abweichung an dem sich auf die Steigung des Stroms beziehenden Teil befindet, und die Steigung des gegenwärtigen Stroms nicht richtig erfasst werden kann, kann die Steigung, die zur Zeit des Normalzustands in dem Steigungsmaßspeicherteil 26 gespeichert wurde, verwendet werden. Aufgrund dessen kann, selbst in einer Situation, in der Messung des gegenwärtigen Stroms schwierig ist, die Steigung, die an dem Steigungsmaßspeicherteil 26 gespeichert wurde, verwendet werden um den optimalen Filter auszuwählen. Als Ergebnis empfängt das Stromregelungsteil 30 als Eingabe das normale Signal von wahlweise einem Signal, das den ersten Filter 21 durchläuft und einem Signal, das den zweiten Filter 22 durchläuft.
Die Welligkeitskomponente, die in dem Motorantriebsstrom enthalten ist wird, wenn das Stromregelungsteil 30 der in 1 dargestellten Motorantriebsvorrichtung 1 PWM-Regelung durchführt, hier unter Verwendung von 3 erläutert. Wenn das Stromregelungsteil 30 das Stromumformteil 10 durch PWM-Regelung steuert, ist der durch PWM-Regelung erzeugte Motorantriebsstrom eine Sinuswelle, wie in 3 dargestellt, aber vergrößerter Teil davon, wenn der Strom ansteigt und abfällt mit einer Welligkeitskomponente, die dem Intervall der PWM-Regelung entspricht. Das Ansteigen und Abfallen des Stroms mit einer Welligkeitskomponente scheint bei Wiederholung, bei Betrachtung über eine lange Zeitspanne, eine Sinuswelle zu zeichnen. Die „Steigung des Stroms“ ist die Steigung dieser Welligkeitskomponente und die Steigung bei der Zunahme oder Abnahme des Stroms zu einer bestimmten Zeit. Nachfolgend wird dies einfach als die „Steigung des Stroms“ bezeichnet.
Die, aufgrund Umschaltens durch PWM-Regelung erzeugte, Welligkeitskomponente des Stroms wird durch die Induktanz des Hauptkreises einschließlich des Motors in Steigung bestimmt. Insbesondere, wenn ein Motor mit geringer Induktanz angetrieben wird, wird die Steigung der Welligkeitskomponente des Stroms größer verglichen mit der Zeit des Antreibens eines Motors mit hoher Induktanz. In einer allgemeinen Motorantriebsvorrichtung wird der Strom, um die Rauscheffekte aufgrund des Umschaltens zu vermeiden, oftmals zwischen einer Umschaltoperation und einer anderen Umschaltoperation abgetastet, das heißt, an der Zwischenzeit in einem Bereich während der der Strom nach rechts abfällt (oder nach rechts ansteigt).
Andererseits wird der Strom, den das Stromerfassungsteil 20 in der Motorantriebsvorrichtung 1, dargestellt in 1, erfasst, immer von dem aktuellen Strom aufgrund des Durchlaufens des Rauschentfernungsfilters an dem Stromerfassungsteil 20 verzögert. Als ein Beispiel wird der Fall des Abtastens in dem Bereich, in dem der Strom nach rechts abfällt, erläutert. 4A und 4B sind Wellenformdiagramme, die die Diskrepanz zwischen dem aktuellen Strom und dem erfassten Strom aufgrund von Stromwelligkeit erläutern. Wie durch das Wellenformdiagramm von 4A dargestellt, wenn ein Motor mit hoher Induktanz angetrieben wird, fällt der aktuelle Strom, dargestellt durch die gezogene Linie, ab. Währenddessen zeichnet der erfasste Strom, der von dem Stromerfassungsteil 20 erfasst und durch die unterbrochene Linie dargestellt wird die gleiche Stromwellenform, jedoch verzögert von dem aktuellen Strom. Aus diesem Grund, wenn durch das gleiche Intervall in dem Bereich, in dem der Strom nach rechts abfällt abgetastet wird, erhält der erfasste Strom einen höheren Stromwert als der aktuelle Strom an der gleichen Zeit.
Wie durch das Wellenformdiagramm von 4B veranschaulicht, wenn ein Motor mit geringer Induktanz angetrieben wird, wird die Steigung der Welligkeitskomponente des Stroms größer verglichen mit dem Antreiben eines Motors mit höherer Induktanz. Dadurch wird der Fehler des erfassten Stroms, der von dem Stromerfassungsteil 20 erfasst und durch die unterbrochene Linie dargestellt wird, von dem aktuellen Strom, das heißt, die Steigung der Welligkeitskomponente des Stroms, dargestellt im Wellenformdiagramm von 4A, größer verglichen mit dem Antreiben eines Motors mit höherer Induktanz. Auf diese Weise korrespondieren die Größe der Steigung der Welligkeitskomponente des Stroms und der Fehler des erfassten Stroms von dem aktuellen Strom. Wenn das gleiche Intervall zum Abtasten verwendet wird, umso größer die Steigung der Welligkeitskomponente des Stroms, umso größer der Fehler des erfassten Stroms von dem aktuellen Strom.
Es wird angemerkt, dass hier als ein Beispiel der Fall des Abtastens in dem nach rechts abfallenden Bereich erläutert wurde, jedoch im Falle eines Systems, das ein Abtasten im gleichen Intervall in dem nach rechts ansteigenden Bereich durchführt, wie aus 4A und 4B deutlich hervorgeht, die Verzögerung des erfassten Stroms, dargestellt durch eine unterbrochene Linie, von dem aktuellen Strom, dargestellt durch eine gezogene Linie, verursacht, dass der erfasste Strom niedriger als der aktuelle Strom erfasst wird.
In der vorliegenden Erfindung wird in dem Stromerfassungsteil 20, dargestellt in 2, die Steigung des erfassten Stroms daher durch das Steigungsmaßerfassungsteil 25 von dem Signal, das den zweiten Filter 22 durchläuft, erfasst. Die Steigung des Stroms, erfasst durch das Steigungsmaßerfassungsteil 25, wird im Schaltteil 27 eingegeben und im Steigungsmaßspeicherteil 26 gespeichert. Das Schaltteil 27 empfängt zudem die Steigung des gegenwärtigen Stroms von dem Steigungsmaßerfassungsteil 25 und Informationen zur Steigung des vorherigen Stroms (Normalzustand) von dem Steigungsmaßspeicherteil 26 und beurteilt, ob der zweite Filter geeignet ist. Wenn das Schaltteil 27 beurteilt, dass der vorhandene zweite Filter 22 nicht geeignet ist, wird der Modus der Stromerfassung (Filter) umgeschaltet durch Auswählen des Filters mit einer besseren Sensitivität (kleinere Zeitkonstante) (in der vorliegenden Erfindung der erste Filter 21) aus der Vielzahl von Filtern (in der vorliegenden Ausführungsform der erste Filter 21 und der zweite Filter 22) und der Kontakt „c“ des Wechselschalters 28 wird umgeschaltet von Kontakt „b“, der mit dem zweiten Filter 22 verbunden ist, zu Kontakt „a“, der mit dem ersten Filter 21 verbunden ist.
Die Wellenform, dargestellt in 5A, ist die Wellenform der Welligkeitskomponente des Stroms wenn der Kontakt „c“ des Wechselschalters 28 verbunden ist mit dem Kontakt „b“, der mit dem zweiten Filter 22 verbunden ist. Die gezogene Linie stellt die aktuelle Stromwellenform dar, wohingegen die unterbrochene Linie den erfassten Strom darstellt. Die Wellenform, dargestellt in 5B, ist zudem die Wellenform der Welligkeitskomponente des Stroms wenn die Verbindung des Kontakts „c“ des Wechselschalters 28 umgeschaltet wird zum Kontakt „a“, der mit dem ersten Filter 21 verbunden ist. Die gezogene Linie stellt die aktuelle Stromwellenform dar, wohingegen die unterbrochene Linie den erfassten Strom darstellt.
Durch Verwenden des Schaltteils 27 zum Umschalten des Modus der Stromerfassung vom zweiten Filter 22 zum ersten Filter 21 mit besserer Sensitivität wird die Diskrepanz aufgrund Stromwelligkeit eliminiert, wie veranschaulicht in der Wellenform, dargestellt in 5B.
Hier wird die Erfassung der Steigung des Stroms durch das Steigungsmaßerfassungsteil 25 erläutert durch Verwenden von 6. Im Allgemeinen, in einer Motorantriebsvorrichtung beträgt die Abtastperiode beim Erfassen der Größe des Stroms, der zur Stromregelung verwendet wird, wie in 6 veranschaulicht, zum Beispiel 10 µsec. Andererseits, um die Steigung des Stroms zu erfassen ist in der vorliegenden Erfindung, aufgrund der hohen Frequenz der Stromwelligkeit, eine Abtastperiode von 10 µsec ungenügend.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung, wie in 6 dargestellt, zum Beispiel die Stromwelligkeit durch eine Hochgeschwindigkeitsperiode mit einer Periode von 1 µsec abgetastet. Das heißt, wenn mindestens zweimal inmitten des Abfallens nach rechts der Stromwelligkeit (abfallende Steigung), dargestellt in 6, abgetastet wird, ist es möglich, die Steigung des Stroms zu finden, so wird die Stromwelligkeit mit einer hohen Geschwindigkeit, angepasst an die Frequenz der Stromwelligkeit, zum Beispiel eine 1 µsec Periode, abgetastet.
Solch Hochgeschwindigkeitsabtasten kann genau im Augenblick des Erfassens der Steigung des Stroms durchgeführt werden oder kann zu jeder Zeit durchgeführt werden. Im Allgemeinen ist das Verkürzen der Abtastperiode der A/D Wandlung jedoch begleitet von einem Anstieg des Stromverbrauchs, so dass außer im Augenblick des Erfassens der Steigung des Stroms das Abtasten vorzugsweise durch die normale Periode zur Stromregelung (zum Beispiel 10 µsec) durchgeführt wird. Wenn jedoch keine Bedenken hinsichtlich eines Anstiegs des Stromverbrauchs bestehen, ist es möglich, das Hochgeschwindigkeitsabtasten zu jeder Zeit durchzuführen um die Stromwerte zu erfassen, die unnötigen Stromwerte aus der großen Zahl von erfassten Stromwerten zu entfernen, und lediglich die benötigten Stromwerte zu Stromwerten für die Stromregelungsverwendung zu machen.
Das Umschalten zwischen dem ersten Filter 21 und dem zweiten Filter 22 in dem Schaltteil 27, das die Stromerfassungsmodi wechselt, kann, zum Beispiel, folgendermaßen durchgeführt werden.
Schaltbeispiel 1
Zuerst (zur Zeit des Einschaltens oder zur Zeit der Initialisierung) wird zum Beispiel der zweite Filter 22 der Zeitkonstante 3 µsec ausgewählt. In diesem Fall können die meisten Fälle, bis auf einige Motoren mit kleiner Induktanz, abgedeckt werden. Wenn die Ausgabe des Steigungsmaßerfassungsteils 25 zudem die Beurteilung ermöglicht, dass der zweite Filter 22 ausreicht, wird der zweite Filter 22 nicht umgeschaltet. Andererseits, wenn die Ausgabe des Steigungsmaßerfassungsteils 25 die Beurteilung ermöglicht, dass mit dem zweiten Filter 22 die Zeitkonstante zu groß ist, wird der Filter, der mit dem Stromregelungsteil 30 verbunden ist, umgeschaltet zum ersten Filter 21 mit der Zeitkonstante 1 µsec. Im Fall eines solchen Verfahrens gibt es, bis auf manche Fälle, in der Mehrheit der Fälle den Vorzug, dass keine Handlungen zum Umschalten des zweiten Filters 22 zum ersten Filter 21 notwendig sind.
Nachfolgend wird der Fall erläutert, bei dem das Schaltteil 27, das den Stromerfassungsmodus umschaltet, unter drei Filtern umschalten kann. In diesem Fall wird für das Stromerfassungsteil 20 der Motorantriebsvorrichtung 1, veranschaulicht in 1, die Schaltung der zweiten Ausführungsform, dargestellt in 1, verwendet. Die Strukturen des ersten Filters 21, zweiten Filters 22, A/D-Wandler 23, 24, Steigungsmaßerfassungsteils 25, Steigungsmaßspeicherteils 26, und Schaltteils 27 des Stromerfassungsteils 20 der zweiten Ausführungsform sind die gleichen als in der ersten Ausführungsform. Daher beträgt die Zeitkonstante des ersten Filters 21 1 psec, während die Zeitkonstante des zweiten Filters 22 3 µsec beträgt.
Der dritte Filter 43 ist als ein Filter mit einer Zwischenzeitkonstante zwischen der Zeitkonstante des ersten Filters 21 und der Zeitkonstante des zweiten Filters 22 konzipiert. Es wird zum Beispiel ein Filter konzipiert, der eine 2 µsec Zeitkonstante hat. Der Wechselschalter 29 weist zudem drei Kontakte an der Eingangsseite auf, nämlich Kontakt „a“, Kontakt „b“ und Kontakt „d“. Jeder dieser Kontakte ist mit dem Kontakt „c“ der Ausgangsseite verbunden. Der Ausgangsanschluss des ersten Filters 21 ist verbunden mit dem Kontakt „a“, wohingegen der Ausgangsanschluss des zweiten Filters 22 mit dem Kontakt „b“ auf dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform verbunden ist. Das Eingabesignal zu dem dritten Filter 43 ist das gleiche als des ersten Filters 21 und des zweiten Filters 22. Der Ausgangsanschluss des dritten Filters 43 ist verbunden mit dem Kontakt „d“ des Wechselschalters 29. In dem Stromerfassungsteil 20 der zweiten Ausführungsform können der erste Filter 21, zweite Filter 22 und dritte Filter 43 an dem Schaltteil 27, das den Stromerfassungsmodus umschaltet, zum Beispiel wie folgt umgeschaltet werden.
Schaltbeispiel 2
Zuerst, zum Beispiel zur Zeit des Einschaltens oder zur Zeit der Initialisierung, wird unter den Optionen der erste Filter 21 mit der kleinsten Zeitkonstante (Zeitkonstante von 1 µsec) ausgewählt. Der Grund dafür ist, dass, um die Steigung des Stroms genau zu erfassen, ein kleinerer Zeitkonstanten-Filter vorteilhaft ist. Aufgrund der Ausgabe von dem Steigungsmaßerfassungsteil 25, wenn die Steigung des Stroms klein ist, wählt das Schaltteil 27 den zweiten Filter 22 mit der größten Zeitkonstante aus. Wenn die Steigung des Stroms etwas größer wird, wird der dritte Filter 43 mit der zweitgrößten Zeitkonstante ausgewählt, wohingegen, wenn die Steigung des Stroms noch größer wird, der erste Filter 21 mit der kleinsten Zeitkonstante ausgewählt wird. Im Fall dieses Verfahrens gibt es den Vorzug, dass die Steigung des Stroms genauer gefunden werden kann.
Es wird angemerkt, dass es im Testzustand etc. möglich ist, eine bestimmte Phase zum Erfassen und Speichern des Zustands des Stroms zu schalten und die Verwendung des zur Zeit des Tests festgelegten Zustands ebenfalls zur Zeit des Antriebs zu ermöglichen. Die Zahl der Filter, die an dem Stromerfassungsteil 20 vorgesehen ist, ist zudem nicht auf zwei oder drei begrenzt. Die Auswirkung der Verzögerung eines Signals, das den Filter durchläuft wenn die Steigung des Stroms groß ist, auf die Genauigkeit der Erfassung des Stroms ist oftmals größer als die Auswirkung des prognostizierten Anstiegs des Rauschens wenn die Zeitkonstante des Filters verkleinert wird. Aus diesem Grund führt der Wechsel der Zeitkonstante des Filters entsprechend der Steigung des Stroms, wie in der vorliegenden Erfindung, zur Verbesserung der Genauigkeit der Erfassung des Stroms.
Das heißt, Setzen des optimalen Filters zum Verkleinern der Verzögerung des Stroms und dadurch Unterdrücken der Verzögerung der Erfassung ist gemäß der vorliegenden Erfindung effektiver zum Verbessern der Genauigkeit der Stromerfassung als Verbesserung des Signal-/Rauschabstands durch die Fähigkeit zum Reduzieren von Rauschen wenn ein Filter mit einer großen Zeitkonstante verwendet wird.
Als das System für A/D-Wandlung der Stromerfassung hat sich in den letzten Jahren zudem ΔΣ-modulationsartige A/D-Wandlung etabliert, wenn jedoch ΔΣmodulationsartige A/D-Wandlung eingesetzt wird, kann das „Umschalten des Filters“ durch das Schaltteil 27 ebenfalls durch das digitale Filterteil einer ΔΣ-modulationsartigen A/D -Wandlung durchgeführt werden. Durch Wechseln des Befehls oder Dezimation des digitalen Filterteils in Übereinstimmung mit der Steigung des Stroms ist es möglich, die Verzögerung des Filters zu wechseln. In dem Fall dieses Verfahrens können ein LSI oder andere logische Schaltungen in einem IC verwendet werden, was zum Beispiel den Vorzug hat, dass Schalter und andere Teile zum Umschalten der Filterschaltung unnötig werden.
Andererseits, in den Konfigurierungen von 2 und 7 können, wenn sich keine A/D-Wandler 23, 24 an den Ausgangsschaltungen der Stromerfassungsvorrichtungen 3, 4 befinden, die ersten und zweiten Filter 21, 22 oder der dritte Filter 43 analoge Filter sein. In diesem Fall kann, zum Beispiel nach den ersten und zweiten Filtern 21, 22, das Steigungsmaßerfassungsteil 25 mit einem A/D-Wandler versehen sein.
In der zuvor erläuterten Ausführungsform wird die Steigung des Stroms zu einem Motor 2 an einem bestimmten Moment erfasst in dem Zustand, in dem der Motor 2, dargestellt in 1, betrieben wird, das heißt, in dem Zustand, in dem die Schaltvorrichtungen 11a bis 11f in verschiedenen Kombinationen ein-/ausgeschaltet werden. Zu welchem Zeitpunkt des Ein-/Ausschaltens der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f der Strom abgetastet werden sollte um die genaue Steigung des zu erfassenden Stroms zu ermöglichen ist schwer zu beurteilen.
Daher ist es möglich, ein spezielles Betriebsmuster der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f anzubieten, das dem einfach abzutastenden Strom zum Erfassen der Steigung des Stroms das Fließen zu dem Stromumformteil 10 ermöglicht, getrennt von dem normalen Betrieb des Motorantriebs.
Durch (i) Verwenden dieses speziellen Betriebsmusters zum Antreiben der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f und (ii) Strom durch das Stromumformteil 10 fließen lassen werden die Intervalle des Abtastens des Stroms beim Ein-/Ausschalten der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f deutlich; damit kann die genaue Steigung des Stroms erfasst werden. Die Steigung des Stroms, erfasst durch Verwenden des speziellen Betriebsmusters zum Antreiben der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f, um Strom durch das Stromumformteil 10 fließen zu lassen, wird im Steigungsmaßspeicherteil 26 gespeichert.
Die Schaltvorrichtungen 11a bis 11f werden durch das spezielle Betriebsmuster nicht während einem normalen Betriebs des Motorantriebs betrieben, aber zum Beispiel zur Zeit des Anlaufens oder zur Zeit eines Tests etc. Daher kann in diesem Fall, unabhängig vom Ein-/Aus-Zustand des Motors 2, die Steigung des Stroms, der durch den Motor 2 fließt, erfasst werden in dem Zustand, in dem die Schaltvorrichtungen 11a bis 11f mit dem speziellen Betriebsmuster betrieben werden und der einfach abzutastende Strom zum Bestimmen der Stromsteigung getrennt von dem normalen Betrieb des Motorantriebs durch den Motor 2 fließt.
Die Steigung des Stroms wird ferner durch die Induktanz der Schaltung, durch die der Strom fließt, bestimmt, so dass es keine Veränderung in der Steigung des Stroms während des normalen Betriebs der Schaltvorrichtungen 11a bis 11f und während des Betriebs durch das spezielle Betriebsmuster gibt. Das spezielle Betriebsmuster kann, zum Beispiel, im Voraus in dem Stromregelungsteil 30 gespeichert werden.
Ein Beispiel des Verfahrens zum Erfassen der Steigung des Stroms, der durch den Motor 2 fließt, in dem Zustand, in dem kein Strom zum Motor 2 fließt, wird erläutert unter Verwendung von 1 und 2. Mit diesem Verfahren werden zunächst alle Schaltvorrichtungen 11a bis 11f, dargestellt in 1, in Aus-Zustand versetzt (Zustand in dem kein Strom zum Motor 2 fließt). Ausgehend von diesem Zustand, wenn zum Beispiel nur die Schaltvorrichtungen 11a und 11e für eine bestimmte Zeit (als ein Beispiel, 10 µsec) eingeschaltet werden, fließt ein Strom entlang einer Richtung, die die Stromerfassungsvorrichtungen 3 und 4 durchläuft, durch eine Steigung entsprechend der Induktanz des Motors 2. Wenn die Steigung des Stroms zu dieser Zeit vom Steigungsmaßerfassungsteil 25, dargestellt in 2, erfasst wird, wird der Zeitpunkt der Erfassung der Steigung des Stroms deutlich und die Steigung des Stroms kann genauer erfasst werden.
Es wird angemerkt, dass in dem obigen Verfahren ein Muster zum Einschalten der Schaltvorrichtungen 11a und 11e erläutert wurde, jedoch kann das Muster des Einschaltens der Schaltvorrichtungen ebenfalls aus anderen Mustern bestehen. Es ist zudem ebenfalls möglich, die Steigung des Stroms umfassend anhand der Ergebnisse des Betriebs durch eine Vielzahl von Mustern zu beurteilen.
Wie vorangehend erläutert, ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, wenn die Steigung des Stroms an der Motorantriebsvorrichtung größer ist, einen Filter mit einer kleinen Zeitkonstante zu verwenden, um Strom durch einen geeigneten Modus, entsprechend dem Zustand des Stroms, der durch den Motor fließt, zu erfassen. Als Ergebnis dessen wird es möglich, die Genauigkeit der Stromerfassung zu verbessern und den Fehler in der Stromerfassung zu verringern und dadurch den Strom genauer zu regeln.
Es wird angemerkt, wenn die Zeitkonstante des Filters verkleinert wird, die Fähigkeit zum Verringern des Rauschens geringer wird verglichen mit dem Fall des Verwendens eines Filters mit einer großen Zeitkonstante. Wenn die Steigung des Stroms groß ist, ist jedoch die Auswirkung aufgrund der Diskrepanz zwischen dem abgetasteten Strom und aktuellen Strom, die aufgrund der Verzögerung aufgrund der Verwendung eines Filters mit einer großen Zeitkonstante geschieht, weit größer, so dass die Genauigkeit der Stromerfassung als ein Ergebnis verbessert wird. In den zuvor erläuterten Ausführungsformen wurde das Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Teil der Motorantriebsvorrichtung, die einen Inverter verwendet, erläutert, die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenfalls auf einen Wandler in der Motorantriebsvorrichtung angewandt werden.
In der vorbeschriebenen Weise ist es gemäß der Motorantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, den Filter zur Zeit der Stromerfassung zu einem geeigneteren Filter zu wechseln, entsprechend dem Zustand des Stroms, der durch den Motor fließt, so dass sich der Effekt ergibt, dass es möglich ist, die Genauigkeit der Stromerfassung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde zuvor mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen erläutert, ein Fachmann wäre jedoch in der Lage zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können ohne vom Umfang der Offenlegung der nachfolgend erläuterten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Eine Motorantriebsvorrichtung (1), die eine Zugspindel oder Spindel einer Werkzeugmaschine oder einen Arm einer Industriemaschine oder eines Industrieroboters antreibt, mit einem Stromerfassungsteil (20), das einen Strom erfasst, der durch einen Motor (2) fließt, einem Stromregelungsteil (30), das einen Ausgang des Stromerfassungsteils (20) als Basis zum Ausgeben eines Befehls zum Leiten eines gewünschten Stroms zu dem Motor (2) verwendet, und einem Stromumformteil (10), das einen Befehl des Stromregelungsteils (30) als Basis zum Versorgen des Motors (2) mit Strom verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerfassungsteil (20) aufweist: ein Steigungsmaßerfassungsteil (25), das eine Steigung einer Zunahme oder Abnahme des Stroms zu einer bestimmten Zeit erfasst, und ein Schaltteil (27), das eine Ausgabe des Steigungsmaßerfassungsteils (25) als Basis zum Wechseln eines Modus der Stromerfassung verwendet, wobei das Schaltteil (27) zwischen einer Vielzahl von zwei oder mehreren Filtern (21, 22, 43) mit unterschiedlichen Filtercharakteristiken umschaltet um dadurch den Modus der Stromerfassung zu wechseln, und wobei das Schaltteil (27) zu einem schmalen Bandpassfilter (22) umschaltet, wenn eine Steigung des Stroms klein ist, und zu einem weiten Bandpassfilter (21) umschaltet, wenn eine Steigung des Stroms groß ist.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Eingang zum Steigungsmaßerfassungsteil (25) der Ausgang des schmalen Bandpassfilters (22) ist.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Eingang der Vielzahl von Filtern (21, 22, 43), abhängig von den Positionen von A/D-Wandlern (23, 24) und welcher Teil in der Stromerfassungsschaltung gefiltert wird, wechselt, und ist ein digitaler Wert, wenn ein rückwärtiger Teil der A/D-Wandler (23, 24) gefiltert wird, und ist ein analoger Wert, wenn ein vorderer Teil der A/D-Wandler (23, 24) gefiltert wird.
Die Motorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steigungsmaßerfassungsteil (25) den Stromwert mit einer hohen Geschwindigkeit abtastet und die Ergebnisse als Basis verwendet um die Steigung des Stroms zu beurteilen.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein System der A/D-Wandlung der A/D-Wandler (23, 24) eine ΔΣ modulationsartige AD-Wandlung ist, die Filter (21, 22, 43) digitale Filter sind, die eine ΔΣ modulationsartige AD-Wandlung bilden.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Stromregelungsteil (30) einen einfach abzutastenden Strom zu dem Stromumformteil (10) leitet zum Erfassen einer Steigung des Stroms auf Basis eines speziellen Betriebsschemas, zeitlich getrennt von der normalen Motorantriebszeit, das Steigungsmaßerfassungsteil (25) die durch Abtasten erfasste Steigung des Stroms in dem Steigungsmaßspeicherteil (26) speichert, und das Schaltteil (27) einen Modus der Stromerfassung auf Basis der im Steigungsmaßspeicherteil (26) gespeicherten Steigung des Stroms zum Zeitpunkt der normalen Motorantriebszeit umschaltet.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Stromerfassungsteil (20) ferner ein Steigungsmaßspeicherteil (26) hat, das die Steigung des Stroms, der durch das Steigungsmaßerfassungsteil (25) erfasst wurde, speichert, und das Schaltteil (27) ebenfalls den Modus der Stromerfassung durch die vom Steigungsmaßspeicherteil (26) gelesene Steigung des Stroms umschaltet.
Die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Schaltteil (27) den Modus der Stromerfassung durch die vom Steigungsmaßspeicherteil (26) ausgelesene Steigung des Stroms umschaltet, wenn es eine Abweichung an einem sich auf die Steigung des Stroms beziehenden Ort gibt, und wenn das Steigungsmaßerfassungsteil (25) die Steigung des vorhandenen Stroms nicht einwandfrei erfassen kann.