JP2005218226A - Method and apparatus for controlling motor - Google Patents

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JP2005218226A JP2004022007A JP2004022007A JP2005218226A JP 2005218226 A JP2005218226 A JP 2005218226A JP 2004022007 A JP2004022007 A JP 2004022007A JP 2004022007 A JP2004022007 A JP 2004022007A JP 2005218226 A JP2005218226 A JP 2005218226A
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Tatsunobu Kobori
辰信 小堀
Shigeru Sakurai
繁 櫻井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor driving method wherein the performance of a motor can be taken out to its thermal performance limit and the life time of the motor can be prolonged. <P>SOLUTION: A motor controller comprises a control circuit and a power conversion circuit. A temperature detector for detecting the temperature of a fin on which the power conversion circuit is mounted, and a plurality of coolers are added to the motor controller. The value of the loss of the power conversion circuit is computed from the value of the loss of the control circuit and a torque command at each control sampling time. The value of the loss of the power conversion circuit is inputted to a thermal equivalent circuit and to estimate the value of an internal temperature rise in the power conversion circuit. The fin temperature and the value of temperature rise are added, to estimate the internal temperature of the power conversion circuit. A plurality of coolers are selected and operated according to the estimated internal temperature and a plurality of preset temperature specification ranges. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はオーバヒートからモータ制御装置を保護するモータ制御方法および装置に関する。   The present invention relates to a motor control method and apparatus for protecting a motor control device from overheating.

従来のモータ制御装置のオーバヒート保護方法には、例えば特許文献1に開示されたものがある。
特許文献1は放熱フィンに取り付けられたトランジスタおよびサーミスタからなる駆動装置をさらに小形化しようとしたもので、トランジスタとサーミスタをフィンの表裏の最も近い位置に取り付けてサーミスタがトランジスタの温度をタイムラグなく検知しようとしたものである。さらに、ファンは消費電力が大きく、できるだけ、駆動する時間を少なくするため、フィンの温度が規定値を超えたら動作させようとしている。図12において、102は放熱フィン、110はトランジスタ、109はサーミスタ、108は冷却ファンである。
特開2000−294706号公報
A conventional overheat protection method for a motor control device is disclosed in Patent Document 1, for example.
Patent Document 1 tries to further reduce the size of a driving device composed of a transistor and a thermistor attached to a radiating fin. The thermistor detects the temperature of the transistor without time lag by attaching the transistor and the thermistor to the closest positions on the front and back of the fin. It is what I tried. Furthermore, the fan consumes a large amount of power and tries to operate when the temperature of the fin exceeds a specified value in order to reduce the drive time as much as possible. In FIG. 12, reference numeral 102 denotes a radiation fin, 110 denotes a transistor, 109 denotes a thermistor, and 108 denotes a cooling fan.
JP 2000-294706 A

しかしながら、従来技術では、フィンの温度が規定値を超えた場合の動作が、ファンを駆動するか、回路の動作周波数を下げることしか記述されていない。ファンの起動・停止に関する規定はファンの寿命を伸ばす上で重要である。かりに、従来技術のように、ひとつの規格値だけでファンを起動、停止させると、起動停止の頻度が増えファンの寿命を著しく低下させるばかりか、ファンに供給される電力も増大することになる。
図13は一つの規格値だけでファンを起動停止した場合のタイムチャートを示したものであり、ファンの起動停止回数はかなり多くなる。なお、図13は図11の熱等価回路を使用してシミュレーションした結果であり、実測ではない。シミュレーションの条件は、ジャンクション−ダイ間熱抵抗を0.1℃/W、ダイ−ケース(フィン)間熱抵抗を0.2℃/W、フィン−周囲間熱抵抗をファンが非動作の時で3℃/W、ファンが動作している時で1℃/W、ダイの熱容量を1Joule/℃、フィンの熱容量を100000Joule/℃、温度検出からファン動作までの遅れ時間を0.5sec、制御回路の損失が20W、電力変換回路動作時の損失を40Wとしている。この例では1分間に7〜8回もファンが動作・非動作を繰り返しており、寿命上問題である。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、モータ駆動装置の性能を熱的性能限界まで引き出し、かつ、寿命の長いモータ制御方法および装置を提供する。
However, in the prior art, only the operation when the temperature of the fin exceeds a specified value drives the fan or lowers the operating frequency of the circuit is described. The rules for starting and stopping the fan are important for extending the life of the fan. However, if the fan is started and stopped with only one standard value as in the prior art, not only will the frequency of start and stop increase, the life of the fan will be significantly reduced, but the power supplied to the fan will also increase. .
FIG. 13 shows a time chart when the fan is started and stopped with only one standard value, and the number of times the fan is started and stopped is considerably increased. FIG. 13 shows the result of simulation using the thermal equivalent circuit of FIG. 11 and is not actually measured. The simulation conditions are as follows: junction-die thermal resistance is 0.1 ° C / W, die-case (fin) thermal resistance is 0.2 ° C / W, and fin-ambient thermal resistance is when the fan is not operating. 3 ° C / W, 1 ° C / W when the fan is operating, heat capacity of the die is 1 Joule / ° C, heat capacity of the fin is 100,000 Joule / ° C, delay time from temperature detection to fan operation is 0.5 sec, control circuit Loss is 20 W, and the loss during operation of the power conversion circuit is 40 W. In this example, the fan repeats operation / non-operation 7 to 8 times per minute, which is a problem in terms of life.
The present invention has been made in view of such problems, and provides a motor control method and apparatus that draws out the performance of a motor drive device to the thermal performance limit and has a long life.

請求項1記載の本発明は、制御回路と電力変換回路からなるモータ制御装置の制御方法において、電力変換回路が搭載されるフィン温度を検出する温度検出器と複数の冷却器を付加し、制御サンプリング時間ごとに制御回路損失値とトルク指令から電力変換回路の損失値を算定し、電力変換回路の損失値を熱等価回路に入力して電力変換回路の内部温度上昇値を推定し、フィン温度と前記温度上昇値を加算して前記電力変換回路の内部温度を推定し、推定内部温度に応じて、前記複数の冷却器を選択して動作させるようにした。
請求項2記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御方法において、冷却器はファンであり、第1ファンと第2ファンで構成され、あらかじめ、第1温度<第2温度<第3温度<第4温度なる温度を設定し、推定内部温度が第1温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオフにし、推定内部温度が第1温度よりも高く、第2温度よりも低い時は、第1ファンを前のサンプリング時間に決定された状態を維持し、第2ファンはオフとし、推定内部温度が第2温度よりも高く第3温度よりも低い時は、第1ファンはオンにし、第2ファンは前のサンプリング時間で決定された状態を維持し、推定内部温度が第3温度よりも高く、第4温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオンにし、推定内部温度が第4温度よりも高いときは、電力変換回路のスイッチング素子をすべてオフにしてシャットダウンし、外部にオーバヒートのアラーム信号を出力するようにした。
請求項3記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御方法において、冷却器はn個のファンであり、温度範囲を第1温度から第n+2温度に分類し請求項1または2と同様なファン設定を行うようにした。
請求項4記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御方法において、温度検出器はサーミスタであり、サーミスタの出力信号をADコンバータでディジタル量に変換してCPUに取り込むようにした。
請求項5記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御方法において、温度検出器を制御回路のプリント配線板に取り付け、モータ制御装置の内気温度を検出し、あらかじめ測定して求めた過渡熱等価回路を使用して、電力変換回路の内部の温度上昇値を推定し、内気温度に加算して内部温度を推定し、冷却器を駆動するようにした。
請求項6記載の本発明は、制御回路と電力変換回路からなるモータ制御装置において
電力変換回路が搭載されるフィン温度を検出する温度検出器と複数の冷却器を備え、制御サンプリング時間ごとに制御回路損失値とトルク指令から電力変換回路の損失値を算定する損失値算定手段と、電力変換回路の損失値を熱等価回路に入力して電力変換回路の内部温度上昇値を推定する内部温度上昇値推定手段と、フィン温度と前記温度上昇値を加算して電力変換回路の内部温度を推定し、推定内部温度があらかじめ設定した複数の温度規格範囲に応じて、複数の冷却器を選択し、動作させる手段とを備えるようにした。
請求項7記載の本発明は、請求項6記載のモータ制御装置において、冷却器をファンとして第1ファンと第2ファンを備え、あらかじめ、第1温度<第2温度<第3温度<第4温度なる温度を設定し、推定内部温度が第1温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオフにし、推定内部温度が第1温度よりも高く、第2温度よりも低い時は、第1ファンを前のサンプリング時間に決定された状態を維持し、第2ファンはオフとし、推定内部温度が第2温度よりも高く第3温度よりも低い時は、第1ファンはオンにし、第2ファンは前のサンプリング時間で決定された状態を維持し、推定内部温度が第3温度よりも高く、第4温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオンにし、推定内部温度が第4温度よりも高いときは、電力変換回路のスイッチング素子をすべてオフにしてシャットダウンし、外部にオーバヒートのアラーム信号を出力する手段からなるようにした。
請求項8記載の本発明は、請求項6または請求項7記載のモータ制御装置において、冷却器はn個のファンであり、温度範囲を第1温度から第n+2温度に分類し請求項7と同様なファン設定を行う手段からなるようにした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a control method for a motor control device including a control circuit and a power conversion circuit, wherein a temperature detector for detecting a fin temperature on which the power conversion circuit is mounted and a plurality of coolers are added and controlled. The power converter circuit loss value is calculated from the control circuit loss value and torque command at each sampling time, the power converter circuit loss value is input to the thermal equivalent circuit, the internal temperature rise value of the power converter circuit is estimated, and the fin temperature And the temperature rise value are added to estimate the internal temperature of the power conversion circuit, and the plurality of coolers are selected and operated according to the estimated internal temperature.
According to a second aspect of the present invention, in the motor control method according to the first aspect, the cooler is a fan and includes a first fan and a second fan, and first temperature <second temperature <third temperature. <4th temperature is set, and when the estimated internal temperature is lower than the first temperature, both the first fan and the second fan are turned off, and the estimated internal temperature is higher than the first temperature and higher than the second temperature. When the temperature is low, the first fan is kept in the state determined at the previous sampling time, the second fan is turned off, and when the estimated internal temperature is higher than the second temperature and lower than the third temperature, the first fan Is turned on and the second fan maintains the state determined at the previous sampling time. When the estimated internal temperature is higher than the third temperature and lower than the fourth temperature, both the first fan and the second fan are turned on. When the estimated internal temperature is higher than the fourth temperature It is to shut down all the switching elements of the power conversion circuit off, and to output an alarm signal overheating outside.
According to a third aspect of the present invention, in the motor control method according to the first or second aspect, the cooler is n fans, and the temperature range is classified from the first temperature to the (n + 2) th temperature. The same fan setting was made.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control method according to the first aspect, the temperature detector is a thermistor, and the output signal of the thermistor is converted into a digital quantity by an AD converter and taken into the CPU.
According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control method according to the first aspect, the temperature detector is attached to the printed circuit board of the control circuit, the inside air temperature of the motor control device is detected, and the transient heat obtained by measuring in advance is obtained. An equivalent circuit was used to estimate the temperature rise value inside the power conversion circuit, and the internal temperature was estimated by adding to the inside air temperature to drive the cooler.
According to a sixth aspect of the present invention, a motor control device including a control circuit and a power conversion circuit includes a temperature detector for detecting a fin temperature on which the power conversion circuit is mounted and a plurality of coolers, and controls each control sampling time. Loss value calculation means for calculating the loss value of the power conversion circuit from the circuit loss value and the torque command, and the internal temperature rise for estimating the internal temperature rise value of the power conversion circuit by inputting the loss value of the power conversion circuit to the thermal equivalent circuit The value estimation means, the fin temperature and the temperature rise value are added to estimate the internal temperature of the power conversion circuit, and the estimated internal temperature is selected according to a plurality of temperature standard ranges set in advance, and a plurality of coolers are selected, And means for operating.
According to a seventh aspect of the present invention, in the motor control device according to the sixth aspect, the first fan and the second fan are provided using the cooler as a fan, and first temperature <second temperature <third temperature <fourth. When the estimated internal temperature is lower than the first temperature, both the first fan and the second fan are turned off. When the estimated internal temperature is higher than the first temperature and lower than the second temperature, The first fan is kept in the state determined at the previous sampling time, the second fan is turned off, and when the estimated internal temperature is higher than the second temperature and lower than the third temperature, the first fan is turned on. The second fan maintains the state determined at the previous sampling time, and when the estimated internal temperature is higher than the third temperature and lower than the fourth temperature, both the first fan and the second fan are turned on and estimated. When the internal temperature is higher than the 4th temperature, And shuts down all the switching elements of the power conversion circuit off, and so that the means for outputting an alarm signal overheating outside.
The present invention according to claim 8 is the motor control device according to claim 6 or claim 7, wherein the cooler is n fans, and the temperature range is classified from the first temperature to the n + 2th temperature. It is made up of means for performing similar fan settings.

本発明のモータ制御方法および装置によれば、電力変換回路の内部温度を正確に推定でき、複数の冷却器を用いて冷却するので、モータ制御装置の性能を熱的限界まで引き出すことができ、かつ、寿命を長くすることができる。 According to the motor control method and apparatus of the present invention, the internal temperature of the power conversion circuit can be accurately estimated, and cooling is performed using a plurality of coolers, so that the performance of the motor control apparatus can be brought out to the thermal limit, In addition, the lifetime can be extended.

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施例を示すモータ制御方法を備えたモータ制御装置のブロック図である。
図1において、1は電力変換回路、2は制御回路、3はインバータ回路、4は整流器、5は温度検出器、6はADコンバータ、7はCPU、8はファン制御回路、9は第1ファン、10は第2ファン、11は制御電源である。外部の上位システムから速度指令や位置指令が与えられると、インタフェース回路IFは指令データをCPUが解読可能なデータ変換する。モータに結合された位置検出器は位置データを制御回路の位置検出器入力回路に出力し、位置検出入力回路はCPUが解読可能なデータを変換する。図に示してはいないが、CPUは制御サンプリング時間ごとに、位置指令データ、位置データを取り込み、位置制御演算、速度制御演算を行いトルク指令を生成し、d軸電流指令、q軸電流指令を生成し電流制御部に出力する。電流検出器はモータの3相電流を検出し、制御回路に渡す。制御回路の3相−dq変換部は3相電流をd軸電流、q軸電流に座標変換し、電流制御部に出力する。電流制御部はdq軸電流制御を行い、dq−3相の座標変換を行い3相電圧指令を生成、さらに、3相電圧指令から3相パルス幅変調信号を生成し、ゲートドライブ回路に出力する。ゲートドライブ回路はゲート信号を絶縁増幅してインバータ回路のIGBTのゲートを駆動する。インバータはモータにパルス幅変調された電圧を印加して、速度やモータ定数に合った電流が生成される。モータに電流が流れるとトルクを発生し、負荷や慣性モーメントに応じた速度で回転する。
温度検出器は電力変換回路を冷却するフィンに取り付けられており、フィンの温度を検出する。検出された温度信号はAD変換器でCPUが読める形に変換される。CPUはフィン温度を読み込み、トルク指令から、テーブルを参照して電力変換回路の損失を生成する。電力変換回路の損失はトルク指令に関係した値であるので、事前に実験などでトルク指令と損失の関係(図2)を取得し、CPUのメモリテーブルに記憶しておく(図6)。CPUは電力変換回路の損失がわかると、事前に取得しておいた図3の熱等価回路を参照して電力変換回路内部のIGBTのジャンクション温度上昇値を推定する。このジャンクション温度があらかじめ、設定した温度範囲のどこに入るかにより、冷却器を選択し、動作させる。
図3はモータ制御装置の熱等価回路を示したもので、30はトータル損失値、31はジャンクション、32はダイ、33はケースまたはフィンの温度を示す部分である。また34はジャンクション−ダイ間の熱抵抗R1(℃/W)、35はダイ−ケース(フィン)間の熱抵抗R2(℃/W)、36はフィン−周囲間熱抵抗R3(℃/W)である。冷却器はR3を小さくする効果がある。
FIG. 1 is a block diagram of a motor control apparatus provided with a motor control method according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a power conversion circuit, 2 is a control circuit, 3 is an inverter circuit, 4 is a rectifier, 5 is a temperature detector, 6 is an AD converter, 7 is a CPU, 8 is a fan control circuit, and 9 is a first fan. Reference numeral 10 denotes a second fan, and 11 denotes a control power source. When a speed command or a position command is given from an external host system, the interface circuit IF converts the command data into data that can be decoded by the CPU. A position detector coupled to the motor outputs position data to a position detector input circuit of the control circuit, which converts the data readable by the CPU. Although not shown in the figure, the CPU fetches position command data and position data at each control sampling time, generates a torque command by performing a position control calculation and a speed control calculation, and outputs a d-axis current command and a q-axis current command. Generate and output to the current controller. The current detector detects the three-phase current of the motor and passes it to the control circuit. The three-phase-dq converter of the control circuit performs coordinate conversion of the three-phase current into a d-axis current and a q-axis current, and outputs them to the current controller. The current control unit performs dq-axis current control, performs dq-3 phase coordinate conversion to generate a three-phase voltage command, generates a three-phase pulse width modulation signal from the three-phase voltage command, and outputs it to the gate drive circuit . The gate drive circuit insulates and amplifies the gate signal and drives the gate of the IGBT of the inverter circuit. The inverter applies a pulse-width modulated voltage to the motor, and generates a current that matches the speed and motor constant. When current flows through the motor, torque is generated and the motor rotates at a speed corresponding to the load and moment of inertia.
The temperature detector is attached to the fin that cools the power conversion circuit, and detects the temperature of the fin. The detected temperature signal is converted into a form readable by the CPU by an AD converter. The CPU reads the fin temperature and generates a loss of the power conversion circuit by referring to the table from the torque command. Since the loss of the power conversion circuit is a value related to the torque command, the relationship between the torque command and the loss (FIG. 2) is acquired in advance through experiments or the like and stored in the memory table of the CPU (FIG. 6). When the CPU knows the loss of the power conversion circuit, the CPU estimates the junction temperature rise value of the IGBT in the power conversion circuit with reference to the heat equivalent circuit of FIG. 3 acquired in advance. The cooler is selected and operated depending on where the junction temperature falls in the preset temperature range.
FIG. 3 shows a heat equivalent circuit of the motor control device, where 30 is a total loss value, 31 is a junction, 32 is a die, and 33 is a portion indicating the temperature of the case or fin. 34 is a junction-die thermal resistance R1 (° C / W), 35 is a die-case (fin) thermal resistance R2 (° C / W), and 36 is a fin-ambient thermal resistance R3 (° C / W). It is. The cooler has the effect of reducing R3.

図4は、本発明の題2実施例を示す構成図であり、複数の冷却器を第1ファンと第2ファンで構成、温度検出器をサーミスタで構成している。図5はオーバヒート保護のフローチャートである。
図4において、1は電力変換回路、2は制御回路が搭載されたプリント配線板、5はフィンに取り付けられた温度検出器、7はプリント配線板に搭載されたCPU,9は冷却器である第1ファン、10は冷却器である第2ファン、22は制御回路部の発熱部である。
ステップST1は制御サンプリングによる定時割込みである。
ステップST2でADコンバータからサーミスタが検出した温度信号を読込む。
次にステップST3でモータ制御演算に使用したトルク指令を読込む。
ステップST4でトルク指令から図6のテーブルを参照して電力変換回路の損失値を生成する。
ステップST5で電力変換回路の損失を熱等価回路に入力して電力変換回路のIGBTのジャンクション温度の情承知を推定し、フィンの温度に加算してジャンクション温度を推定する。
また、あらかじめ、第1温度、第2温度、第3温度、第4温度の4レベルの規定温度を準備しておき、電力変換回路のジャンクション温度推定値と比較する。
ステップST6で、推定温度が第1温度よりも低い場合は第1ファン、第2ファンともにオフして終了する。
ステップST7では推定温度が第1温度よりも高く第2温度よりも低い場合を判別し、第1ファンは、前のサンプリング時間で決定した値を維持し、第2ファンは、オフする。
ステップST8では、推定温度が第2温度よりも高く第3温度よりも低い場合を判別し、第1ファンをオン、第2ファンを前のサンプリング時間で決定した状態を維持する。
ステップST10では、推定温度が第3温度よりも高く、第4温度よりも低い場合を判別し、第1ファン、第2ファンともにオンする。
ステップST12では推定温度が第4温度よりも高い場合を判別し、第1ファン、第2ファンをオンするとともにオーバヒート信号を生成して外部にアラーム信号を出力する。
図7はこれら判定に使用した条件を表にまとめたものである。
図8は制御回路損失20Wで電力変換回路損失を100Wを加えたときのタイムチャートである。条件は第1温度を90℃、第2温度を100℃、第3温度を110℃、第4温度を120℃に選定し、過渡熱等価回路の条件は従来例のシミュレーションと同じ条件である。つまり、ジャンクション−ダイ間熱抵抗を0.1℃/W、ダイ−ケース(フィン)間熱抵抗を0.2℃/W、フィン−周囲間熱抵抗をファンが非動作の時で3℃/W、ファンが動作している時で1℃/W、ダイの熱容量を1Joule/℃、フィンの熱容量を100000Joule/℃、温度検出からファン動作までの遅れ時間を0.5sec、制御回路の損失が20Wとしている。異なるのは電力変換回路動作時の損失を40Wから100Wにアップしていることである。第1ファンは動作したまま、第2ファンがオン・オフを繰り返している。オン・オフの繰り返し頻度は2分に1回程度であり、従来例に比較して1/20に低下している。また、ファンを駆動することによるジャンクション温度のΔTjも10℃以下であり、パワーサイクルに関する寿命にはほとんど影響しないレベルである。
図9は本発明の第3の実施例を示したものであり、ファンの数がn個に増加させ、温度範囲もn+2に増加させている。基本的には第2実施例と同じである。
図10は本発明の第4の実施例を示したものであり、温度検出器を制御回路のプリント配線板に取り付け、モータ制御装置の内気温度を検出し、あらかじめ測定して求めた図11の過渡熱等価回路を使用して、電力変換回路の内部の温度上昇値を推定し、内気温度に加算して内部温度を推定し、冷却器を制御している。
図11の過渡熱等価回路は図3の熱等価回路に熱容量を追加したものであり、37はダイの熱容量、38はフィンの熱容量である。
サンプリング時間中の電力変換回路のジャンクション温度上昇は、ジャンクション−ダイ間熱抵抗をR1、ダイ−ケース(フィン)間熱抵抗をR2、ケース−周囲間熱抵抗をR3、ダイ熱容量をC1、フィン熱容量をC2、発生するロスP(W)とすれば、近似的に(1)式で表すことができ、等価回路を用いなくとも計算式に代入するだけでもとめることができる。
θ=PR1+θ1+θ2 (1)
ここでθは温度上昇値である。t1、t2、θ1、θ2は次式で表すことができる。
1=2C1223
/(C1(R2+R3)+C22+√(C1 2(R2+R32)ー4C1223
(2)
2=2C1223
/(C1(R2+R3)+C22−√(C1 2(R2+R32)ー4C1223
(3)
θ1=θ10*exp(−ts/t1)+
P(1−exp(−ts/t1))(C223−(R2+R3)t1)/(t2−t1
(4)
θ2=θ20exp(−ts/t2)+
P(1−exp(−ts/t2))(C223−(R2+R3)t2)/(t1−t2
(5)
ここで、さらにθ10、θ20は1サンプリング前の温度上昇値である。
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, in which a plurality of coolers are constituted by a first fan and a second fan, and a temperature detector is constituted by a thermistor. FIG. 5 is a flowchart of overheat protection.
In FIG. 4, 1 is a power conversion circuit, 2 is a printed wiring board on which a control circuit is mounted, 5 is a temperature detector attached to the fin, 7 is a CPU mounted on the printed wiring board, and 9 is a cooler. The first fan, 10 is a second fan which is a cooler, and 22 is a heat generating part of the control circuit unit.
Step ST1 is a scheduled interruption by control sampling.
In step ST2, the temperature signal detected by the thermistor is read from the AD converter.
Next, in step ST3, the torque command used for the motor control calculation is read.
In step ST4, the loss value of the power conversion circuit is generated from the torque command with reference to the table of FIG.
In step ST5, the loss of the power conversion circuit is input to the thermal equivalent circuit to estimate the knowledge of the junction temperature of the IGBT of the power conversion circuit, and is added to the temperature of the fin to estimate the junction temperature.
Also, four levels of specified temperatures of the first temperature, the second temperature, the third temperature, and the fourth temperature are prepared in advance and compared with the estimated junction temperature value of the power conversion circuit.
If the estimated temperature is lower than the first temperature in step ST6, both the first fan and the second fan are turned off and the process ends.
In step ST7, it is determined whether the estimated temperature is higher than the first temperature and lower than the second temperature, the first fan maintains the value determined in the previous sampling time, and the second fan is turned off.
In step ST8, it is determined whether the estimated temperature is higher than the second temperature and lower than the third temperature, and the state in which the first fan is turned on and the second fan is determined at the previous sampling time is maintained.
In step ST10, it is determined whether the estimated temperature is higher than the third temperature and lower than the fourth temperature, and both the first fan and the second fan are turned on.
In step ST12, it is determined whether the estimated temperature is higher than the fourth temperature, the first fan and the second fan are turned on, an overheat signal is generated, and an alarm signal is output to the outside.
FIG. 7 summarizes the conditions used for these determinations in a table.
FIG. 8 is a time chart when the control circuit loss is 20 W and the power conversion circuit loss is 100 W. The first temperature is set to 90 ° C., the second temperature is set to 100 ° C., the third temperature is set to 110 ° C., and the fourth temperature is set to 120 ° C. The conditions of the transient heat equivalent circuit are the same as those in the simulation of the conventional example. That is, the junction-die thermal resistance is 0.1 ° C./W, the die-case (fin) thermal resistance is 0.2 ° C./W, and the fin-ambient thermal resistance is 3 ° C./when the fan is not operating. W, when the fan is operating, 1 ° C / W, die heat capacity is 1 Joule / ° C, fin heat capacity is 100,000 Joule / ° C, delay time from temperature detection to fan operation is 0.5sec, control circuit loss is 20W. The difference is that the loss during operation of the power conversion circuit is increased from 40 W to 100 W. While the first fan is operating, the second fan is repeatedly turned on and off. The repetition frequency of on / off is about once every two minutes, which is reduced to 1/20 compared to the conventional example. Further, the junction temperature ΔTj by driving the fan is 10 ° C. or less, which is a level that hardly affects the life of the power cycle.
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention, in which the number of fans is increased to n and the temperature range is also increased to n + 2. Basically, it is the same as the second embodiment.
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention. A temperature detector is attached to the printed circuit board of the control circuit, the inside air temperature of the motor control device is detected, and measured in advance. A transient heat equivalent circuit is used to estimate the temperature rise value inside the power conversion circuit, and the internal temperature is estimated by adding to the inside air temperature to control the cooler.
The transient heat equivalent circuit of FIG. 11 is obtained by adding a heat capacity to the heat equivalent circuit of FIG. 3, wherein 37 is the heat capacity of the die and 38 is the heat capacity of the fin.
The junction temperature rise of the power conversion circuit during the sampling time is as follows: junction-die thermal resistance is R1, die-case (fin) thermal resistance is R2, case-ambient thermal resistance is R3, die thermal capacity is C1, fin thermal capacity If C2 is the loss P (W) to be generated, it can be approximately expressed by the equation (1), and can be stopped by simply substituting it into the calculation formula without using an equivalent circuit.
θ = PR 1 + θ 1 + θ 2 (1)
Here, θ is a temperature rise value. t1, t2, θ1, and θ2 can be expressed by the following equations.
t 1 = 2C 1 C 2 R 2 R 3
/ (C 1 (R 2 + R 3 ) + C 2 R 2 + √ (C 1 2 (R 2 + R 3 ) 2 ) -4C 1 C 2 R 2 R 3 )
(2)
t 2 = 2C 1 C 2 R 2 R 3
/ (C 1 (R 2 + R 3 ) + C 2 R 2 −√ (C 1 2 (R 2 + R 3 ) 2 ) −4C 1 C 2 R 2 R 3 )
(3)
θ 1 = θ 10 * exp (−t s / t 1 ) +
P (1-exp (-t s / t 1)) (C 2 R 2 R 3 - (R 2 + R 3) t 1) / (t 2 -t 1)
(4)
θ 2 = θ 20 exp (−t s / t 2 ) +
P (1-exp (-t s / t 2)) (C 2 R 2 R 3 - (R 2 + R 3) t 2) / (t 1 -t 2)
(5)
Here, θ 10 and θ 20 are temperature rise values before one sampling.

温度過熱による破壊、もしくは装置の停止を防ぐことにより、安全かつ連続使用することができるので、ロボット、工作機械、産業機械などのモータ制御の用途にも適用できる。   Since it can be used safely and continuously by preventing destruction due to temperature overheating or stopping of the apparatus, it can also be applied to motor control applications such as robots, machine tools, and industrial machines.

本発明の第1実施例を示すブロック図The block diagram which shows 1st Example of this invention 本発明の実施例での温度タイムチャートTemperature time chart in an embodiment of the present invention 熱等価回路Thermal equivalent circuit 本発明の第2実施例を示す構成図The block diagram which shows 2nd Example of this invention 本発明の第2実施例のオーバヒートを防ぐフローチャートFlowchart for preventing overheating according to the second embodiment of the present invention. トルク指令から電力変換回路の損失を引くメモリテーブルMemory table that subtracts power conversion circuit loss from torque command 冷却器の状態を制御する表Table to control the cooler state 第2実施例のタイムチャートTime chart of the second embodiment 第3実施例の構成図Configuration diagram of the third embodiment 第4実施例の構成図Configuration diagram of the fourth embodiment 過渡熱等価回路Transient thermal equivalent circuit 従来例の構成図Configuration diagram of conventional example 従来例のタイムチャートConventional time chart

符号の説明Explanation of symbols

1 電力変換回路
2 制御回路
3 インバータ回路
4 整流回路
5 温度検出器
6 AD変換器
7 CPU
8 ファン制御回路
9 第1ファン
10 第2ファン
11 制御電源
21 フィン
30 熱源
31 ジャンクション温度
32 ダイ温度
33 フィン温度
34 ジャンクション−ダイ間熱抵抗
35 ダイ−ケース(フィン)間熱抵抗
36 ケース(フィン)−周囲間熱抵抗
37 ダイ熱容量
38 フィン熱容量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power conversion circuit 2 Control circuit 3 Inverter circuit 4 Rectifier circuit 5 Temperature detector 6 AD converter 7 CPU
8 Fan Control Circuit 9 First Fan 10 Second Fan 11 Control Power Supply 21 Fin 30 Heat Source 31 Junction Temperature 32 Die Temperature 33 Fin Temperature 34 Junction-Die Thermal Resistance 35 Die-Case (Fin) Thermal Resistance 36 Case (Fin) -Ambient thermal resistance 37 Die heat capacity 38 Fin heat capacity

Claims (8)

制御回路と電力変換回路からなるモータ制御装置の制御方法において、
前記電力変換回路が搭載されるフィン温度を検出する温度検出器と複数の冷却器を付加し、
制御サンプリング時間ごとに制御回路損失値とトルク指令から電力変換回路の損失値を算定し、
前記電力変換回路の損失値を熱等価回路に入力して電力変換回路の内部温度上昇値を推定し、
前記フィン温度と前記温度上昇値を加算して前記電力変換回路の内部温度を推定し、
前記推定内部温度があらかじめ設定した複数の温度規格範囲に応じて、前記複数の冷却器を選択し、動作させることを特徴とするモータ制御方法。
In a control method of a motor control device including a control circuit and a power conversion circuit,
Adding a temperature detector and a plurality of coolers for detecting the fin temperature on which the power conversion circuit is mounted;
Calculate the loss value of the power conversion circuit from the control circuit loss value and torque command at each control sampling time,
The loss value of the power conversion circuit is input to a heat equivalent circuit to estimate the internal temperature rise value of the power conversion circuit,
Estimating the internal temperature of the power conversion circuit by adding the fin temperature and the temperature rise value,
A motor control method comprising: selecting and operating the plurality of coolers according to a plurality of temperature standard ranges in which the estimated internal temperature is set in advance.
前記冷却器はファンであり、第1ファンと第2ファンで構成され、
あらかじめ、第1温度<第2温度<第3温度<第4温度なる温度を設定し、
前記推定内部温度が第1温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオフにし、
前記推定内部温度が第1温度よりも高く、第2温度よりも低い時は、前記第1ファンを前のサンプリング時間に決定された状態を維持し、第2ファンはオフとし、
前記推定内部温度が第2温度よりも高く第3温度よりも低い時は、第1ファンはオンにし、第2ファンは前のサンプリング時間で決定された状態を維持し、
前記推定内部温度が第3温度よりも高く、第4温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオンにし、
前記推定内部温度が第4温度よりも高いときは、電力変換回路のスイッチング素子をすべてオフにしてシャットダウンし、外部にオーバヒートのアラーム信号を出力することを特徴とする請求項1記載のモータ制御方法。
The cooler is a fan, and includes a first fan and a second fan,
First, set the temperature of 1st temperature <2nd temperature <3rd temperature <4th temperature,
When the estimated internal temperature is lower than the first temperature, both the first fan and the second fan are turned off,
When the estimated internal temperature is higher than the first temperature and lower than the second temperature, the first fan is maintained at the state determined at the previous sampling time, the second fan is turned off,
When the estimated internal temperature is higher than the second temperature and lower than the third temperature, the first fan is turned on and the second fan remains in the state determined in the previous sampling time;
When the estimated internal temperature is higher than the third temperature and lower than the fourth temperature, both the first fan and the second fan are turned on,
2. The motor control method according to claim 1, wherein when the estimated internal temperature is higher than the fourth temperature, all the switching elements of the power conversion circuit are turned off to shut down, and an overheat alarm signal is output to the outside. .
前記冷却器はn個のファンであり、温度範囲を第1温度から第n+2温度に分類し請求項2と同様なファン設定を行うことを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御方法。   3. The motor control method according to claim 1, wherein the cooler includes n fans, and the temperature range is classified from the first temperature to the n + 2th temperature, and the fan setting similar to that of claim 2 is performed. 前記温度検出器はサーミスタであり、サーミスタの出力信号をADコンバータでディジタル量に変換してCPUに取り込むことを特徴とする請求項1記載のモータ制御方法。   2. The motor control method according to claim 1, wherein the temperature detector is a thermistor, and an output signal of the thermistor is converted into a digital quantity by an AD converter and is taken into a CPU. 前記温度検出器を制御回路のプリント配線板に取り付け、モータ制御装置の内気温度を検出し、あらかじめ測定して求めた過渡熱等価回路を使用した計算式を用いて、電力変換回路の内部の温度上昇値を推定し、前記内気温度に加算して内部温度を推定し、前記冷却器を駆動することを特徴とする請求項1記載のモータ制御方法。   The temperature detector is attached to the printed circuit board of the control circuit, the internal temperature of the motor control device is detected, and the temperature inside the power conversion circuit is calculated using a formula using a transient heat equivalent circuit obtained by measurement in advance. The motor control method according to claim 1, wherein an increase value is estimated, added to the inside air temperature to estimate an internal temperature, and the cooler is driven. 制御回路と電力変換回路からなるモータ制御装置において、
前記電力変換回路が搭載されるフィン温度を検出する温度検出器と複数の冷却器を備え、
制御サンプリング時間ごとに制御回路損失値とトルク指令から電力変換回路の損失値を算定する損失値算定手段と、
前記電力変換回路の損失値を熱等価回路に入力して電力変換回路の内部温度上昇値を推定する内部温度上昇値推定手段と、
前記フィン温度と前記温度上昇値を加算して前記電力変換回路の内部温度を推定し、前記推定内部温度があらかじめ設定した複数の温度規格範囲に応じて、前記複数の冷却器を選択し、動作させる手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device composed of a control circuit and a power conversion circuit,
A temperature detector for detecting a fin temperature on which the power conversion circuit is mounted and a plurality of coolers;
A loss value calculating means for calculating the loss value of the power conversion circuit from the control circuit loss value and the torque command at each control sampling time;
An internal temperature rise value estimating means for inputting a loss value of the power conversion circuit to a heat equivalent circuit and estimating an internal temperature rise value of the power conversion circuit;
The internal temperature of the power conversion circuit is estimated by adding the fin temperature and the temperature increase value, and the plurality of coolers are selected according to a plurality of temperature standard ranges in which the estimated internal temperature is set in advance. And a motor control device.
前記冷却器をファンとして第1ファンと第2ファンを備え、
あらかじめ、第1温度<第2温度<第3温度<第4温度なる温度を設定し、前記推定内部温度が第1温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオフにし、前記推定内部温度が第1温度よりも高く、第2温度よりも低い時は、前記第1ファンを前のサンプリング時間に決定された状態を維持し、第2ファンはオフとし、前記推定内部温度が第2温度よりも高く第3温度よりも低い時は、第1ファンはオンにし、第2ファンは前のサンプリング時間で決定された状態を維持し、前記推定内部温度が第3温度よりも高く、第4温度よりも低い時は、第1ファン、第2ファンともにオンにし、前記推定内部温度が第4温度よりも高いときは、電力変換回路のスイッチング素子をすべてオフにしてシャットダウンし、外部にオーバヒートのアラーム信号を出力する手段からなることを特徴とする請求項6記載のモータ制御装置。
A first fan and a second fan with the cooler as a fan;
First, a temperature of first temperature <second temperature <third temperature <fourth temperature is set, and when the estimated internal temperature is lower than the first temperature, both the first fan and the second fan are turned off, and the estimated When the internal temperature is higher than the first temperature and lower than the second temperature, the first fan is maintained at the state determined at the previous sampling time, the second fan is turned off, and the estimated internal temperature is When the temperature is higher than 2 temperature and lower than the third temperature, the first fan is turned on, the second fan maintains the state determined in the previous sampling time, and the estimated internal temperature is higher than the third temperature, When the temperature is lower than the fourth temperature, both the first fan and the second fan are turned on. When the estimated internal temperature is higher than the fourth temperature, all the switching elements of the power conversion circuit are turned off and shut down. Overheating The motor control apparatus according to claim 6, characterized in that it consists of means for outputting over beam signal.
前記冷却器はn個のファンであり、温度範囲を第1温度から第n+2温度に分類し請求項7と同様なファン設定を行う手段からなることを特徴とする請求項6または7記載のモータ制御装置。   8. The motor according to claim 6, wherein the cooler includes n fans, and the temperature range is classified from the first temperature to the n + 2th temperature and the fan setting similar to that of the seventh aspect is performed. Control device.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007181312A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Power converter and its control method
JP2009044871A (en) * 2007-08-09 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd Control apparatus of electric motor in electric vehicle
WO2010029780A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-18 株式会社安川電機 Inverter device, inverter control system, motor control system and inverter device control method
JP2011083135A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Cooling system for power converter
JP2012014649A (en) * 2010-07-05 2012-01-19 Mitsubishi Electric Corp Numerical control device
JP2015119599A (en) * 2013-12-19 2015-06-25 高周波熱錬株式会社 Power conversion device and method
CN109738779A (en) * 2019-01-30 2019-05-10 上海联影医疗科技有限公司 Semiconductor junction temperature calculation method, device, computer equipment and storage medium
WO2023181399A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 ファナック株式会社 Numerical control device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007181312A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Power converter and its control method
US8022650B2 (en) 2007-08-09 2011-09-20 Nissan Motor Co., Ltd. Control apparatus of electric motor
JP2009044871A (en) * 2007-08-09 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd Control apparatus of electric motor in electric vehicle
JP4577336B2 (en) * 2007-08-09 2010-11-10 日産自動車株式会社 Control device for electric motor in electric vehicle
JP5408136B2 (en) * 2008-09-11 2014-02-05 株式会社安川電機 Inverter device, inverter control system, motor control system, and control method for inverter device
JPWO2010029780A1 (en) * 2008-09-11 2012-02-02 株式会社安川電機 Inverter device, inverter control system, motor control system, and control method for inverter device
US8319463B2 (en) 2008-09-11 2012-11-27 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter apparatus, inverter control system, motor control system, and method of controlling inverter apparatus
WO2010029780A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-18 株式会社安川電機 Inverter device, inverter control system, motor control system and inverter device control method
JP2011083135A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Cooling system for power converter
JP2012014649A (en) * 2010-07-05 2012-01-19 Mitsubishi Electric Corp Numerical control device
JP2015119599A (en) * 2013-12-19 2015-06-25 高周波熱錬株式会社 Power conversion device and method
CN109738779A (en) * 2019-01-30 2019-05-10 上海联影医疗科技有限公司 Semiconductor junction temperature calculation method, device, computer equipment and storage medium
CN109738779B (en) * 2019-01-30 2021-05-18 上海联影医疗科技股份有限公司 Semiconductor junction temperature calculation method and device, computer equipment and storage medium
WO2023181399A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 ファナック株式会社 Numerical control device

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