DE112012006170T5

DE112012006170T5 - Motorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012006170T5
Application number: DE112012006170.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporat Nagata Yuichi; c/o Mitsubishi Electric Corporati Sano Shuya; c/o Mitsubishi Electric Corpora Sugie Hiroshi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2015-01-15
Also published as: TWI465029B; TW201340581A; KR101664643B1; JPWO2013145267A1; CN104221257A; US9310798B2; CN104221257B; US20150048772A1; JP5174997B1; WO2013145267A1; KR20140146618A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung (1) in Ausführungsformen enthält: eine Motorantriebseinheit, die einen Strom zum Antreiben eines Motors auf einer Grundlage eines Positionsbefehls und eines Positionserfassungswertes des Motors erzeugt; eine Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit (7), die einen Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert berechnet mittels Korrigieren eines Ausgabewertes eines Temperatursensors, der in einem Randabschnitt einer Motorspule des Motors bereitgestellt ist, durch Verwenden eines Filters mit sowohl einer Phasenvoreilungscharakteristik als auch einer Tiefpasscharakteristik; eine Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit (6), die einen Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert auf einer Grundlage des Stroms berechnet; und eine Motorspule-Schutzeinheit (9), die den Strom auf einer Grundlage des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes und des Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwertes begrenzt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung eines Mehrphasenmotors, der eine Spule enthält, und betrifft im Besonderen eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Funktion zum Schätzen einer Motorspulentemperatur.
Hintergrund
In einem Motor und einer Motorantriebsvorrichtung wird ein Antriebsdrehmoment erzeugt, indem ein Strom zum Fließen durch eine Motorspule gebracht wird. Wenn ein großer Strom kontinuierlich durch die Motorspule fließt, erzeugt die Motorspule Wärme, welche eine hohe Temperatur erreichen kann, so wie gleich oder höher als 180°C, und eine Störung verursachen kann, so wie ein Bruch der Motorspule oder eine Entmagnetisierung eines Motormagneten. Deshalb muss die Motorspule geschützt werden, indem beispielsweise ihre Temperatur gemessen wird, um den durch die Motorspule fließenden Strom zu begrenzen. Weil es jedoch physikalisch schwierig ist, einen Temperatursensor direkt auf der Motorspule bereitzustellen, ist es erforderlich, die Temperatur der Motorspule durch andere mögliche Verfahren zu schätzen.
In einem konventionellen Motorspulentemperatur-Schätzverfahren für eine Motorantriebsvorrichtung, wie beispielsweise in Patentliteratur 1 beschrieben, werden die Temperatur, die durch einen Temperatursensor erfasst worden ist, der in der Peripherie eines Motors bereitgestellt ist, und ein tiefpassgefilterter Wert eines Integrals eines Wertes, der erhalten worden ist mittels Multiplizieren eines Quadratwertes eines Motorstroms mit einem Verstärkungsfaktor, zusammenaddiert, um die Temperatur der Motorspule zu schätzen.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-204358

Zusammenfassung
Technisches Problem
In dem oben erwähnten konventionellen Motorspulentemperatur-Schätzverfahren wird jedoch eine Wärmeübertragungsverzögerung von der Motorspule an den in der Peripherie des Motors bereitgestellten Temperatursensor nicht berücksichtigt. Deshalb gibt es ein Problem darin, dass während einer Periode, unmittelbar nachdem der Motor aktiviert wird, bis die Temperatur in einem Motorrandabschnitt, wo der Temperatursensor bereitgestellt ist, zunimmt und einen stetigen Zustand erreicht, ein Temperaturschätzfehler, der die Differenz zwischen einem Motorspulentemperatur-Schätzwert und einem tatsächlichen Wert ist, groß wird, und demgemäß kann die Motorspule nicht ausreichend geschützt werden.
Ferner wird in dem oben erwähnten Motorspulentemperatur-Schätzverfahren ein fester Wert als der Verstärkungsfaktor verwendet, mit dem der Quadratwert des Motorstroms multipliziert wird. Jedoch variiert die Wärmebeständigkeit des Motors in Abhängigkeit von der Struktur einer Vorrichtung, so wie ein Flansch, an der/dem der Motor angebracht ist. Deshalb gibt es ein Problem darin, dass der Motorspulentemperatur-Schätzfehler in Abhängigkeit von der Vorrichtung groß werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist erzielt worden, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Motorantriebsvorrichtung bereitzustellen, die ein Motorspulentemperatur-Schätzverfahren verwendet mit einem kleinen Fehler zum Ermöglichen eines wirksamen Motorspulenschutzes selbst in einem Zustand, wo die Temperatur eines Motorrandabschnitts, wo ein Temperatursensor bereitgestellt ist, niedrig ist, unmittelbar nachdem der Motor aktiviert wird.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorantriebsvorrichtung bereitzustellen, die ein Motorspulentemperatur-Schätzverfahren verwendet mit einem kleinen Fehler zum Ermöglichen eines wirksamen Motorspulenschutzes durch einfaches Identifizieren einer Konstante, die verwendet werden soll zum Schätzen der Motorspulentemperatur, selbst wenn eine Vorrichtung, an der der Motor angebracht ist, sich verändert.
Lösung des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen und um die Aufgabe zu erreichen, betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorantriebsvorrichtung mit: einer Motorantriebseinheit, die einen Strom zum Antreiben eines Motors auf einer Grundlage eines Positionsbefehls und eines Positionserfassungswertes des Motors erzeugt; einer Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit,. die einen Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert berechnet mittels Korrigieren eines Ausgabewertes eines Temperatursensors, der in einem Randabschnitt einer Motorspule des Motors bereitgestellt ist, durch Verwenden eines Filters mit sowohl einer Phasenvoreilungscharakteristik als auch einer Tiefpasscharakteristik; einer Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit, die einen Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert auf einer Grundlage des Stroms berechnet; und einer Motorspule-Schutzeinheit, die den Strom auf einer Grundlage des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes und des Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwertes begrenzt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Wirkung, wo eine Motorumgebungstemperatur präziser geschätzt werden kann mittels Korrigieren einer Wärmeübertragungsverzögerung selbst in einem Zustand, wo es eine große Differenz zwischen einer tatsächlichen Temperatur einer Motorspule und einer Temperatur eines Motorrandabschnitts gibt, wo ein Temperatursensor bereitgestellt ist, beispielsweise zu der Zeit des Aktivierens des Motors. Ferner hat die Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wirkung, wo eine Motorspulentemperatur präziser geschätzt werden kann mittels Addieren eines aus einem Motorstrom geschätzten Motorspule-Temperaturzunahme-Schätzwertes.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung eines Motors und einer Motorantriebsvorrichtung veranschaulicht, die ein Motorspulentemperatur-Schätzverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform einsetzt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Motorspule und eines Temperatursensors innerhalb des Motors gemäß der ersten Ausführungsform erläutert.
3-1 ist ein Graph, in dem ein Strom in einer Motorspulentemperatur-Schätzeinheit gemäß der ersten Ausführungsform in einer Zeitreihe aufgetragen ist.
3-2 ist ein Graph, in dem ein geschätztes Ausmaß einer Wärmeerzeugung in der Motorspule in der Motorspulentemperatur-Schätzeinheit gemäß der ersten Ausführungsform in einer Zeitreihe aufgetragen ist.
3-3 ist ein Graph, in dem ein Temperatursensor-Erfassungswert in der Motorspulentemperatur-Schätzeinheit gemäß der ersten Ausführungsform in einer Zeitreihe aufgetragen ist.
3-4 ist ein Graph, in dem ein Motorspulentemperatur-Schätzwert in der Motorspulentemperatur-Schätzeinheit gemäß der ersten Ausführungsform in einer Zeitreihe aufgetragen ist.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Motorspulentemperatur-Schätzeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein schematischer Graph zum Erläutern eines Identifizierungsverfahrens einer Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstanten T₂, die für eine Motorspulentemperaturschätzung gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet werden soll.
6 ist ein Flussdiagramm des Identifizierungsverfahrens der Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstanten T₂, die für eine Motorspulentemperaturschätzung gemäß der dritten Ausführungsform verwendet werden soll.
7 ist ein Flussdiagramm eines Identifizierungsverfahrens eines Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzungskoeffizienten R (Verstärkungsfaktor) und einer Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstanten T₂, die für eine Motorspulentemperaturschätzung gemäß einer vierten Ausführungsform verwendet werden sollen.
8 ist ein schematischer Graph zum Erläutern eines Identifizierungsverfahrens eines Koeffizienten, der für eine Motorspulentemperaturschätzung gemäß der vierten Ausführungsform verwendet werden soll.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail mit Verweis auf die Zeichnungen erläutert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
Ein Motorspulentemperatur-Schätzverfahren für eine Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung eines Motors 101 und der Motorantriebsvorrichtung 1 veranschaulicht, die das Motorspulentemperatur-Schätzverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt. Die Motorantriebsvorrichtung 1 enthält eine Positionssteuereinheit 2, eine Geschwindigkeitssteuereinheit 3, eine Stromsteuereinheit 4, eine Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 5 und eine Motorspule-Schutzeinheit 9. Der Motor 101, der durch die Motorantriebsvorrichtung 1 angetrieben wird, enthält eine Motorspule 102, einen Positionssensor 103 und einen Temperatursensor 104. Die Motorantriebsvorrichtung 1 treibt den Motor 101 mittels Steuern des Stroms auf der Grundlage eines Positionsbefehls an.
In der Motorantriebsvorrichtung 1 berechnet die Positionsbefehleinheit 2 einen Geschwindigkeitsbefehl auf der Grundlage eines eingegebenen Positionsbefehls und eines Positionserfassungswertes von dem in dem Motor 101 bereitgestellten Positionssensor 103. Die Geschwindigkeitssteuereinheit 3 berechnet dann einen Strombefehl auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls und eines Geschwindigkeitserfassungswertes, der auf der Grundlage des Positionserfassungswertes berechnet worden ist. Als Nächstes steuert die Stromsteuereinheit 4 den Strom auf der Grundlage des Strombefehls und eines durch einen Stromsensor (nicht gezeigt) erfassten Stromerfassungswertes und treibt den Motor 101 mittels Verwendung dieses Stroms an.
In dem Motor 101 fließt der durch die Motorantriebsvorrichtung 1 gesteuerte Strom durch die Motorspule 102, um eine Schubwirkung (Motordrehmoment) zu erzeugen, wodurch eine Vorrichtung mit dem darin aufgenommenen Motor 101 angetrieben wird. Der Drehwinkel des Motors 101 wird durch den Positionssensor 103 als ein Positionserfassungswert erfasst, eine Motorspulentemperatur wird durch den Temperatursensor 104 als ein Motorumgebungstemperatur-Erfassungswert erfasst, und diese Werte werden an die Motorantriebsvorrichtung 1 ausgegeben. Der Positionserfassungswert und der Motorumgebungstemperatur-Erfassungswert werden an die Motorantriebsvorrichtung 1 bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgegeben. Der Positionserfassungswert und der Motorumgebungstemperatur-Erfassungswert werden beide nicht notwendigerweise zu demselben Zeitintervall ausgegeben oder werden beide nicht notwendigerweise zu derselben Zeit ausgegeben. Die Zeitintervalle sind nicht notwendigerweise gleiche Intervalle.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung der Motorspule 102 und des Temperatursensors 104 in dem Motor 101 erläutert. Die zu erfassende Temperatur ist die Temperatur der Motorspule 102. Weil es jedoch aus strukturellen Gründen schwierig ist, den Temperatursensor 104 nah zu der Motorspule 102 bereitzustellen, wird typischerweise der Temperatursensor 104 häufig auf einem Motorrandabschnitt bereitgestellt, so wie der Positionssensor (eine Codiereinrichtung) 103. Obwohl die Motorspule 102 Wärme aufgrund des durch die Motorantriebsvorrichtung 1 gesteuerten Stroms erzeugt, gibt es eine Wärmeübertragungsverzögerung, bis die Temperatur der Motorspule 102 an den Temperatursensor 104 übertragen wird.
Eine Erläuterung einer Motorspulentemperaturschätzung wird gegeben werden, die durch die in der Motorantriebsvorrichtung 1 enthaltene Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 5 durchgeführt wird, und in der die Wärmeübertragungsverzögerung berücksichtigt wird.
Eine erhöhte Temperatur ΔT der Motorspule 102 ist ein Wert, der erhalten worden ist mittels Dividieren des Integrals der Differenz zwischen einem Ausmaß einer Wärmeerzeugung h pro Zeiteinheit und einem Ausmaß einer Wärmeabfuhr c pro Zeiteinheit durch eine Wärmekapazität C, wie durch die folgende Gleichung (1) gezeigt.
In dem Fall des Motors 101 ist das Ausmaß der Wärmeerzeugung h pro Zeiteinheit proportional zu dem Quadrat des Stroms, und das Ausmaß der Wärmeabfuhr c pro Zeiteinheit ist proportional zu der Differenz zwischen der Temperatur nah zu der Motorspule 102 und der Umgebungstemperatur (Außenlufttemperatur). Ferner enthält die Wärmekapazität C nicht nur die Wärmekapazität des Motors selbst, sondern auch eine Wärmekapazität eines vorrichtungsseitigen strukturellen Bauteils, so wie ein Flansch, an dem der Motor 101 angebracht ist. Deshalb variiert der Wert der Wärmekapazität C gemäß der Vorrichtung. Somit ist es sehr schwierig, die Parameter für das Temperaturzunahmemodell der Motorspule 102, gezeigt durch die obige Gleichung (1), präzise zu identifizieren, und ein signifikantes Berechnungsausmaß ist zum Erhalten der Temperaturzunahme erforderlich. Folglich wird eine Motorspule-Temperaturzunahme ΔT durch eine Verzögerung erster Ordnung approximiert, die durch die folgende Gleichung (2) gezeigt ist.
In der Gleichung stellt R einen Verstärkungsfaktor dar, der erhalten worden ist mittels Approximieren der Konstanten, die in der Wärmekapazität C und dem Ausmaß der Wärmeerzeugung h enthalten sind, als einen einzelnen Wert, T₁ stellt eine Zeitkonstante eines Verzögerungsfilters erster Ordnung dar, s stellt einen Laplace-Operator dar, und i stellt einen Strom dar, der durch die Motorspule 102 fließt. Mit dieser Gleichung wird eine Zunahme in der Motorspulentemperatur mittels Vorwärtskopplung geschätzt, und die Motorspulentemperatur kann mit einer kleineren Reaktionsverzögerung geschätzt werden. In der obigen Gleichung (2) wird die Summe der Quadrate des Stroms durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung approximiert. Als ein anderes Berechnungsverfahren können jedoch durch Verarbeiten der Quadratwerte des Stroms durch Verwenden eines gleitenden Mittelwertfilters dieselben Wirkungen erhalten werden.
Als Nächstes wird eine Schätzung der Motorspule-Umgebungstemperatur erläutert. Wie in 2 gezeigt, gibt es eine Wärmebeständigkeit bzw. einen Wärmewiderstand zwischen der Motorspule 102 und dem Temperatursensor 104, und deshalb gibt es eine Wärmeübertragungsverzögerung. Besonders zu der Zeit eines Aktivierens des Motors wird demgemäß die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur der Motorspule 102 und der durch den Temperatursensor 104 erfassten Temperatur groß. Wie durch die folgende Gleichung (3) gezeigt, wird daher eine Wärmeübertragungsverzögerung durch eine Voreilungskompensation erster Ordnung korrigiert.
In der Gleichung stellt T_Eav einen Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert dar, T₂ stellt eine Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante dar, T₃ stellt eine Zweite-Ordnung-Tiefpassfilter-Zeitkonstante dar, s stellt einen Laplace-Operator dar, und T_E stellt einen Temperatursensor-Erfassungswert dar. In der obigen Gleichung (3) wird ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung verwendet, um einen Glättungsprozess zum Entfernen des Einflusses eines Störsignals und dergleichen durchzuführen. Durch Verwendung anderer Tiefpassfilter, so wie ein gleitender Mittelwertfilter, können jedoch dieselben Wirkungen erhalten werden. Durch Verwendung eines Filters zweiter oder höherer Ordnung zur Phasenvoreilungskompensation in dem Zähler können ferner dieselben Wirkungen auch erhalten werden.
In der Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 5, die in der Motorantriebsvorrichtung 1 enthalten ist, werden ein Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert ΔT, der berechnet worden ist durch Verwenden der obigen Gleichung (2) durch eine Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 6, und ein Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert T_Eav, der durch Verwendung der obigen Gleichung (3) durch eine Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 7 berechnet worden ist, durch einen Addierer 8 zusammenaddiert, wie durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt, um einen Motorspulentemperatur-Schätzwert T_M zu berechnen und auszugeben. Der berechnete Motorspulentemperatur-Schätzwert T_M wird an die Motorspule-Schutzeinheit 9 übertragen. Auf Grundlage des Motorspulentemperatur-Schätzwertes T_M steuert die Motorspule-Schutzeinheit 9 einen Strom, der durch die Motorspule 102 fließt, beispielsweise durch Begrenzen eines Stroms, der von der Stromsteuereinheit 4 fließt.
Ein Strom i, ein geschätztes Ausmaß einer Wärmeerzeugung in der Motorspule ΔT, der Temperatursensor-Erfassungswert T_E und der Motorspulentemperatur-Schätzwert T_M, die in der obigen Gleichung (4) dargestellt sind, werden unten jeweils mit Verweis auf 3-1 bis 3-4 erläutert, die schematische Graphen sind, in denen diese Werte in Zeitreihen aufgetragen sind. 3-1 ist ein Zeitreihengraph des Stroms i, der durch die Motorspule 102 fließt. 3-2 ist ein Zeitreihengraph des Produktes (R·P = R·i²), das erhalten worden ist durch Multiplizieren des Quadrates des Stroms i mit dem Verstärkungsfaktor. Das Produkt, das durch das Tiefpassfilter geglättet worden ist, stellt das geschätzte Ausmaß der Wärmeerzeugung in der Motorspule ΔT = R·P_av in 3-4 dar. 3-3 ist ein Zeitreihengraph des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E. Den Temperatursensor-Erfassungswert T_E, der geglättet worden ist, stellt T_eav in 3-4 dar. Das Erste-Ordnung-Voreilungskompensationsausmaß stellt T_of in 3-4 dar. Der Wert von T_eav, der nur geglättet worden ist, ist niedrig zu der Zeit eines Aktivierens des Motors. Durch Addieren des Erste-Ordnung-Voreilungskompensationsausmaßes T_of zu dem Wert von T_eav kann jedoch die Wärmeübertragungsverzögerung korrigiert werden. Durch Addieren des geschätzten Ausmaßes der Wärmeerzeugung in der Motorspule ΔT und des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes T_Eav einschließlich der Erste-Ordnung-Voreilungskompensation ist es möglich, die Motorspulentemperatur mit hoher Genauigkeit zu allen Zeiten zu schätzen, einschließlich dann, wenn der Motor aktiviert wird.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Ausgabewert des in dem Motorrandabschnitt bereitgestellten Temperatursensors korrigiert durch Verwenden eines Filters mit sowohl Voreilungseigenschaften erster Ordnung als auch Tiefpasseigenschaften, und wird als ein Motorumgebungstemperatur-Schätzwert ausgegeben. Selbst in einem Zustand, wo es eine große Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur der Motorspule 102 und der Temperatur des Motorrandabschnitts gibt, wo der Temperatursensor 104 bereitgestellt ist, beispielsweise zu der Zeit eines Aktivierens des Motors, wird deshalb die Wärmeübertragungsverzögerung korrigiert, und die Motorumgebungstemperatur kann präziser geschätzt werden. Durch Addieren des aus dem Motorstrom geschätzten Motorspule-Temperaturzunahme-Schätzwertes kann ferner die Motorspulentemperatur präziser geschätzt werden. In einem Fall, wo ein Filter zweiter Ordnung, das ausgestaltet ist mittels Kombinieren des Voreilungsfilters erster Ordnung und des Tiefpassfilters zweiter Ordnung, verwendet wird als ein durch die Motorumgebungstemperatur-Schätzeinheit 7 zu verwendendes Filter kann darüber hinaus die Motorspulentemperatur mit hoher Genauigkeit mit einem reduzierten Störsignaleinfluss geschätzt werden, während die Wärmeübertragungsverzögerung von der Motorspule 102 an den Motorrandabschnitt durch ein kleines Berechnungsausmaß korrigiert wird.
Selbst zu der Zeit eines Aktivierens des Motors ist es deshalb noch möglich, einen Motorspulentemperatur-Schätzfehler zu unterdrücken, und die Funktion zum Schützen der Motorspule vor einem Überhitzen in einem wirksamen Zustand zu behalten. Selbst wenn die Vorrichtung, in der der Motor aufgenommen ist, sich ändert, wird außerdem der Motorspulentemperatur-Schätzfehler nicht groß, und es ist möglich, immer die Motorspule vor einem Überhitzen wirksam zu schützen.
Zweite Ausführungsform.
4 ist ein Blockdiagramm einer Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 15 einer Motorantriebsvorrichtung, die ein Motorspulentemperatur-Schätzverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 5 in 1 durch die Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 15 in 4 ersetzt. Andere Teile sind jedoch dieselben wie diese in der ersten Ausführungsform, und deshalb werden deren Erläuterungen weggelassen werden.
Die Motorspulentemperatur-Schätzeinheit 15 enthält eine Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 16, eine Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 17 und einen Addierer 18. Die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 16 ist dieselbe wie die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 6 in der ersten Ausführungsform. Die Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 17 enthält eine Temperaturvergleichseinheit 19, die den gegenwärtigen Wert (der jüngste Wert) und den vorherigen Wert (ein Wert unmittelbar vor dem jüngsten Wert) eines Temperatursensor-Erfassungswertes vergleicht, eine Vorherige-Temperatur-Speichereinheit 20, eine Erste-Ordnung-Voreilungskompensationseinheit 21 und eine Glättungsverarbeitungseinheit 22.
In der Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 17 gemäß der zweiten Ausführungsform wird der vorherige Wert des Temperatursensor-Erfassungswertes in der Vorherige-Temperatur-Speichereinheit 20 gespeichert, und der vorherige Wert und der gegenwärtige Wert des Temperatursensor-Erfassungswertes werden durch die Temperaturvergleichseinheit 19 verglichen. Wenn die Differenz zwischen dem vorherigen Wert und dem gegenwärtigen Wert des Temperatursensor-Erfassungswertes gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird eine Zeitkonstante T₂ in der Erste-Ordnung-Voreilungskompensationseinheit 21 validiert bzw. gültig gemacht. Wenn die Differenz zwischen dem vorherigen Wert und dem gegenwärtigen Wert des Temperatursensor-Erfassungswertes kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird die Zeitkonstante T₂ in der Erste-Ordnung-Voreilungskompensationseinheit 21 null gemacht. Der Temperatursensor-Erfassungswert, der durch die Erste-Ordnung-Voreilungskompensationseinheit 21 verarbeitet worden ist, einschließlich der Zeit, wenn die Zeitkonstante T₂ ungültig ist, wird als der Motorspule-Umgebungsschätzwert T_Eav durch die Glättungsverarbeitungseinheit 22 geglättet. Danach werden der Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert T_Eav und der durch die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 16 geschätzte Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert ΔT durch den Addierer 18 zusammenaddiert, um als die Motorspule-Schätzungstemperatur T_M ausgegeben zu werden.
Wie oben beschrieben, verwendet gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Motorumgebungstemperatur-Schätzeinheit 17 ein Filter, das die Phasenvoreilungseigenschaften hat, wenn der Temperaturzunahmewert, der auf der Grundlage des vorherigen Wertes und des gegenwärtigen Wertes des Temperatursensors 104 berechnet worden ist, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und das nicht die Phasenvoreilungseigenschaften hat, wenn der Temperaturzunahmewert kleiner als der vorbestimmte Wert ist. In einem Zustand, wo es eine große Temperaturdifferenz zwischen der Motorspule 102 und dem Motorrandabschnitt, wo der Temperatursensor 104 bereitgestellt ist, gibt, beispielsweise zu der Zeit eines Aktivierens des Motors, wird deshalb die Wärmeübertragungsverzögerung von der Motorspule 102 an den Motorrandabschnitt korrigiert. In einem stetigen Zustand, wo es eine kleine Temperaturdifferenz zwischen der Motorspule 102 und dem Motorrandabschnitt gibt, wird solch eine Korrektur nicht durchgeführt, und der Einfluss eines Störsignals und dergleichen wird eliminiert. Dies macht es möglich, die Motorspulentemperatur präziser zu schätzen.
Dritte Ausführungsform.
5 ist ein schematischer Graph zum Erläutern eines Parameteridentifizierungsverfahrens, das zum Schätzen einer Motorspulentemperatur verwendet werden soll, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Temperatursensor-Erfassungswert T_E hat eine Reaktionsverzögerung und enthält ein Störsignal. Der geglättete Temperatursensor-Erfassungswert T_eav, erhalten mittels Glätten des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E, hat eine größere Reaktionsverzögerung. Deshalb wird die Reaktionsverzögerung durch die Voreilungskompensation erster Ordnung in der Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 7 gemäß der ersten Ausführungsform verbessert. Wenn die Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante T₂ nicht zweckgemäß gesetzt ist, führt dies jedoch zu einer unzureichenden Kompensation oder einer übermäßigen Kompensation, wodurch ein größerer Schätzfehler der Motorspule-Umgebungstemperatur verursacht wird.
6 ist ein Flussdiagramm eines Identifizierungsverfahrens der Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante T₂. Das Identifizierungsverfahren der Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante T₂ wird unten gemäß diesem Flussdiagramm erläutert. Zuerst wird eine wiederholte Beschleunigungs-/Verlangsamungsoperation mit einer vorbestimmten Beschleunigungsrate kontinuierlich für eine gewisse Zeitperiode durchgeführt (Schritt S1). Ein Zeitreihenmuster des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E während der Operation wird aufgezeichnet (Schritt S2). Als Nächstes wird das aufgezeichnete Zeitreihenmuster des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E geglättet (mit Tiefpasseigenschaften multipliziert) (Schritt S3). Zuletzt wird durch Verwendung eines Verfahrens kleinster Quadrate die Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante T₂ identifiziert, mit der die Summe der Quadrate der Differenz zwischen dem Zeitreihenmuster des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E und dem Zeitreihenmuster des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes T_Eav, erhalten durch Aufnehmen der Voreilungskompensation erster Ordnung in den geglätteten Daten, oben beschrieben, miniermit wird (Schritt S4). Weil das Motorspulentemperatur-Schätzverfahren dasselbe wie das in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ist, werden dessen Erläuterungen weggelassen werden.
Wie oben beschrieben, hat gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Motorantriebsvorrichtung 1 eine Funktion zum Identifizieren eines Koeffizienten, der für die Voreilungskompensation erster Ordnung durch die Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit 7 verwendet werden soll, auf der Grundlage des Temperatursensor-Erfassungswertes des Temperatursensors 104, der in dem Motorrandabschnitt bereitgestellt ist, wenn der Motor 101 mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsmuster angetrieben wird. Selbst wenn der Motor 101 auf vielfältigen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften montiert ist, ist es deshalb noch möglich, die Motorspulentemperatur mit hoher Genauigkeit durch Verwendung des Koeffizienten zu schätzen, der gemäß den Eigenschaften identifiziert wird.
Vierte Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm eines Identifizierungsverfahrens einer Konstanten, das/die durch eine Motorspulentemperatur-Schätzeinheit verwendet werden soll. Das Konstanten-Identifizierungsverfahren wird unten gemäß diesem Flussdiagramm erläutert. Zuerst wird eine wiederholte Beschleunigungs-/Verlangsamungsoperation mit einer Beschleunigungsrate, derart bestimmt, dass ein Durchschnittsstromwert ein vorbestimmter Wert wird, kontinuierlich für eine gewisse Zeitperiode durchgeführt (Schritt S11). Ein Zeitreihenmuster von jedem von dem Strom i und dem Temperatursensor-Erfassungswert T_E während der Operation wird aufgezeichnet (Schritt S12). Als Nächstes wird das aufgezeichnete Zeitreihenmuster des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E geglättet (multipliziert mit den Tiefpasseigenschaften) (Schritt S13). Durch Verwendung eines Verfahrens kleinster Quadrate wird die Erste-Ordnung-Voreilungskompensations-Zeitkonstante T₂ identifiziert, mit der die Summe der Quadrate der Differenz zwischen dem Zeitreihenmuster des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E und dem Zeitreihenmuster des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes T_Eav, erhalten mittels Aufnehmen der Voreilungskompensation erster Ordnung in den geglätteten Daten, oben beschrieben, minimiert wird (Schritt S14). Als Nächstes wird der Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert, der die Voreilungskompensation erster Ordnung durchlaufen hat mittels Verwendung der identifizierten Zeitkonstante T₂, mit einer Vielzahl von Motorspule-Umgebungstemperaturmodellen verglichen, die im Voraus mit unterschiedlichen Flanschen gemessen worden sind, an denen der Motor angebracht ist. Ein Koeffizient R (Verstärkungsfaktor) der obigen Gleichung (2), im Voraus identifiziert, um zum Schätzen der Motorspule-erhöhte-Temperatur in dem nächsten Modell zu verwenden, wird eingesetzt (Schritt S15). Weil das Motorspulen-Temperatur-Schätzverfahren dasselbe wie das in der ersten oder der zweiten Ausführungsform ist, werden dessen Erläuterungen weggelassen werden.
8 ist ein Graph des Temperatursensor-Erfassungswertes T_E und einer Vielzahl von Modellwerten des Temperatur-Erfassungswertes, die im Voraus mit unterschiedlichen Flanschen gemessen worden sind, an denen der Motor angebracht worden ist, wenn der Motor kontinuierlich angetrieben wird durch im Wesentlichen denselben Durchschnittsstrom. Selbst mit demselben Strom gibt es unterschiedliche Temperaturzunahmekurven, weil die die Flanschwärmekapazitäten enthaltenden Wärmekapazitäten voneinander unterschiedlich sind. Deshalb wird ein Modell, das nah zu einem Temperatursensor-Erfassungswert in der tatsächlichen Vorrichtung ist, berücksichtigt, eine Wärmekapazität nah zu dieser der tatsächlichen Vorrichtung zu haben. Zu derselben Zeit wie einem Messen von Modellkurven im Voraus wird eine tatsächliche Motorspulentemperatur gemessen durch Verwenden eines Thermoelementes oder dergleichen, und der durch die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 6 zu verwendende Koeffizient R wird identifiziert. Durch Einsetzen des Koeffizienten R eines Modells, das eine Wärmekapazität nah zu der der tatsächlichen Vorrichtung hat, ist es möglich, eine Motorspule-erhöhte-Temperatur in der tatsächlichen Vorrichtung mit höherer Genauigkeit zu schätzen.
Wie oben beschrieben, hat gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Motorantriebsvorrichtung 1 eine Funktion zum Identifizieren eines Koeffizienten, mit dem der Quadratwert des Motorstroms multipliziert wird in der Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit 6 auf der Grundlage des Motorstroms und des Erfassungswertes eines in dem Motorrandabschnitt bereitgestellten Temperatursensors, wenn der Motor 101 mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsmuster angetrieben wird. Selbst wenn der Motor auf vielfältigen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Wärmebeständigkeiten montiert ist, kann deshalb die Motorspulentemperatur immer noch mit hoher Genauigkeit mit Verwendung des Koeffizienten geschätzt werden, der gemäß der Wärmebeständigkeit identifiziert wird.
Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann vielfältig zu der Ausführungszeit modifiziert werden, ohne von deren Schutzbereich abzuweichen. Darüber hinaus enthalten die oben beschriebenen Ausführungsformen Erfindungen in vielfältigen Stufen, und vielfältige Erfindungen können durch zweckgemäßes Kombinieren einer Vielzahl offenbarter Komponenten extrahiert werden. Selbst falls einige Komponenten von all den in den Ausführungsformen veranschaulichten Komponenten weggelassen werden, kann beispielsweise eine Ausgestaltung, in der die einigen Komponenten weggelassen sind, als eine Erfindung extrahiert werden, solange wie das in dem Abschnitt des technischen Problems beschriebene Problem gelöst werden kann, und die in dem Abschnitt der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung beschriebenen Wirkungen erhalten werden können. Darüber hinaus können die Komponenten in den unterschiedlichen Ausführungsformen zweckgemäß kombiniert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich für eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Funktion zum Schätzen einer Motorspulentemperatur und ist besonders geeignet für eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Funktion zum Schützen einer Motorspule vor einem Überhitzen auf der Grundlage eines Motorspulentemperatur-Schätzwertes.
Bezugszeichenliste

1: Motorantriebsvorrichtung
2: Positionssteuereinheit
3: Geschwindigkeitssteuereinheit
4: Stromsteuereinheit
5, 15: Motorspulentemperatur-Schätzeinheit
6, 16: Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit
7, 17: Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit
8, 18: Addierer
9: Motorspule-Schutzeinheit
19: Temperaturvergleichseinheit
20: Vorherige-Temperatur-Speichereinheit
21: Erste-Ordnung-Voreilungskompensationseinheit
22: Glättungsverarbeitungseinheit
101: Motor
102: Motorspule
103: Positionssensor
104: Temperatursensor
S1 bis S4, S11 bis S15: Schritt

Claims

Motorantriebsvorrichtung mit: einer Motorantriebseinheit, die einen Strom zum Antreiben eines Motors auf einer Grundlage eines Positionsbefehls und eines Positionserfassungswertes des Motors erzeugt; einer Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit, die einen Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwert berechnet mittels Korrigieren eines Ausgabewertes eines Temperatursensors, der in einem Randabschnitt einer Motorspule des Motors bereitgestellt ist, durch Verwenden eines Filters mit sowohl einer Phasenvoreilungscharakteristik als auch einer Tiefpasscharakteristik; einer Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit, die einen Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert auf einer Grundlage des Stroms berechnet; und einer Motorspule-Schutzeinheit, die den Strom auf einer Grundlage des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes und des Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwertes begrenzt.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filter ein Voreilungsfilter erster Ordnung als die Phasenvoreilungscharakteristik verwendet und ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung als die Tiefpasscharakteristik verwendet.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit veranlasst, dass das Filter die Phasenvoreilungscharakteristik hat, wenn ein Temperaturzunahmewert, der auf einer Grundlage eines Ausgabewertes des Temperatursensors und seines unmittelbar vorherigen Ausgabewertes berechnet worden ist, größer als ein vorbestimmter Wert ist, und veranlasst, dass das Filter nicht die Phasenvoreilungscharakteristik hat, wenn der Temperaturzunahmewert kleiner als der vorbestimmt Wert ist.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzeinheit einen für die Phasenvoreilungscharakteristik zu verwendenden Koeffizienten bestimmt auf einer Grundlage eines Zeitreihenmusters eines Ausgabewertes des Temperatursensors und eines Zeitreihenmusters, das erhalten wird mittels Multiplizieren des Zeitreihenmusters des Ausgabewertes mit der Tiefpasscharakteristik, beim Antreiben des Motors mit einem vorbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsmuster.
Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Motorspule-erhöhe-Temperatur-Schätzeinheit den Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert berechnet mittels Korrigieren eines Wertes, der erhalten wird durch Multiplizieren eines Quadratwertes des Stroms mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor durch Verwenden eines Tiefpassfilters.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit den Verstärkungsfaktor bestimmt auf einer Grundlage von Zeitreihenmustern des Ausgabewertes des Temperatursensors und des Stroms, beim Antreiben des Motors mit einem vorbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsmuster.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzeinheit den Motorspule-erhöhte-Temperatur-Schätzwert berechnet mittels Korrigieren eines Wertes, der erhalten wird durch Multiplizieren eines Quadratwertes des Stroms mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor durch Verwenden eines Tiefpassfilters, und den Verstärkungsfaktor bestimmt auf einer Grundlage des Motorspule-Umgebungstemperatur-Schätzwertes, der erhalten worden ist durch Verwenden des vorbestimmten Koeffizienten, und auf einer Grundlage von Zeitreihenmustern des Ausgabewertes des Temperatursensors und des Stroms, beim Antreiben des Motors mit dem vorbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsmuster.