JP2009296678A - Output estimating device, motor controller using the same, and motor control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正弦波駆動で駆動する三相同期モータのトルクまたは推力を簡易な方法で推定する出力推定装置に関する。 The present invention relates to an output estimation device that estimates the torque or thrust of a three-phase synchronous motor driven by sinusoidal driving by a simple method.
PWM(Pulse Width Modulation)制御によってモータを制御する方式では、マイクロプロセッサを用いたディジタル制御が広く行われている。モータを制御するためには、モータ電流やモータのロータ位置情報を検出する必要があり、ディジタル制御では、ある所定のサンプリング周期毎にこれらのモータ情報を検出している。 In a system in which a motor is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control, digital control using a microprocessor is widely performed. In order to control the motor, it is necessary to detect the motor current and the rotor position information of the motor. In the digital control, the motor information is detected at every predetermined sampling period.
FAサーボで使用される表面磁石構造の同期モータ(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)が出力するトルクは、モータ電流と比例関係にあるので、モータ電流の値をPWM制御で制御することで、モータが出力するトルクを制御することができる。 The torque output by the surface permanent magnet synchronous motor used in the FA servo is proportional to the motor current, so the motor output is controlled by controlling the motor current value with PWM control. The torque to be controlled can be controlled.
このようなモータを使用したシステム商品では、制御性や安全性を高める目的でモータが出力しているトルクを検出して、安全信号としてシステム保護をかける取り組みがなされている。 In a system product using such a motor, an effort is made to detect the torque output from the motor and to protect the system as a safety signal for the purpose of improving controllability and safety.
トルクの検出は、歪ゲージや渦電流検出方式のトルク検出器を用いれば精度良くトルクを検出することが可能であるが、モータのシャフトと負荷の間に取り付けるためシステムが大型になり、また取り付けによる性能悪化が問題となる。この問題を解決するために、図8に示すようにモータ電流とロータ位置情報からトルクを演算することによって求める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Torque can be detected with high accuracy by using a strain gauge or eddy current detection type torque detector, but the system becomes large because it is mounted between the motor shaft and the load. Performance degradation due to is a problem. In order to solve this problem, as shown in FIG. 8, a method has been proposed in which torque is calculated from motor current and rotor position information (see, for example, Patent Document 1).
また、誘導モータの例であるが、モータ電流と各相の線間電圧からトルクを演算することによって求める方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1の方法では、ロータの位置情報を検出する必要があるが、最近のモータ制御装置とロータ位置検出手段(例えば、ロータリーエンコーダ)とのI/Fは、省線化のためシリアル通信で行われているものがほとんどであり、外部から容易にロータの位置情報を得ることができない。また、モータにエンコーダを取り付けるとコストアップとなる。
However, in the method of
一方、特許文献2の方法では、各相の線間電圧を検出する必要があるが、PWM制御を行う場合には周期的に粗密となるパルス状の波形となり、この波形をローパスフィルタによって波形整形し電圧値を求めると振幅や位相の誤差が大きくなる。
On the other hand, in the method of
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、安価で安全性と信頼性の高いモータ制御システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inexpensive, safe and reliable motor control system.
上記課題を解決するために請求項1に記載の出力推定装置は、三相同期モータの少なく
とも二相分のモータ電流の電流値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出した二相分のモータ電流を用いて三相分のモータ電流を演算で求める電流演算器と、前記電流演算器で求めた三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する出力推定部を備え、前記出力推定部は、前記電流演算器で求めた三相分のモータ電流の2乗和から求められるモータ電流の波高値を用いて出力を推定する。
In order to solve the above-described problem, the output estimation device according to
また、請求項2に記載の出力推定装置は、前記モータ電流検出部は、三相分のモータ電流の電流値を検出し、二相分のモータ電流を加算して符号反転した値と残り一相の電流値を比較し、値が異なる場合に異常と判定する構成としてもよい。
Further, in the output estimation device according to
また、請求項3に記載の出力推定装置は、前記出力推定部で求めた推定値を入力して出力上限設定値と比較し、前記出力上限設定値を超えた場合に、前記三相同期モータを停止させる指令を生成する指令回路を設けた構成としてもよい。
The output estimation device according to
また、請求項4に記載の出力推定装置は、前記出力推定部で求めた推定値を入力して出力上限設定値と比較し、前記出力上限設定値を超えた場合に、モータ出力を低減させる指令を生成する指令回路を設けた構成としてもよい。 The output estimation device according to claim 4 inputs the estimated value obtained by the output estimation unit, compares it with the output upper limit set value, and reduces the motor output when the output upper limit set value is exceeded. It is good also as a structure which provided the command circuit which produces | generates a command.
また、請求項5に記載のモータ制御装置は、三相同期モータを正弦波駆動で駆動するモータ制御装置において、前記三相同期モータのモータ電流の電流値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する出力推定部を備え、前記出力推定部は、前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流の2乗和から求められるモータ電流の波高値を用いて出力を推定する。
The motor control device according to
また、請求項6に記載のモータ制御システムは、請求項5に記載のモータ制御装置の外部に出力上限設定値を設けた指令回路を備え、前記モータ制御装置の出力推定部で求めた推定値を前記指令回路に入力して出力上限設定値と比較し、前記推定値が出力上限設定値を超えたとき、前記指令回路は、前記モータ制御装置に対して三相同期モータを停止させる指令を出力する。
In addition, the motor control system according to
さらに、請求項7に記載のモータ制御システムは、三相同期モータを正弦波駆動で駆動するモータ制御システムにおいて、三相同期モータと、前記三相同期モータのモータ電流の電流値を検出する第1モータ電流検出部が検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する第1出力推定部を有するモータ制御装置と、前記モータ制御装置の外に設けた第2モータ電流検出部が検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する第2出力推定部とから成る出力推定装置と、前記第1および第2出力推定部で求めた推定値を入力し、あらかじめ設定された設定値と比較する指令回路を備え、前記指令回路は、入力された2つの推定値の差が前記設定値を超えたとき、前記三相同期モータを停止させる指令をモータ制御装置に出力する。 The motor control system according to claim 7 is a motor control system for driving a three-phase synchronous motor by sinusoidal drive, and detects a current value of a three-phase synchronous motor and a motor current of the three-phase synchronous motor. A motor control device having a first output estimation unit for estimating torque or thrust output from the three-phase synchronous motor from three-phase motor currents detected by one motor current detection unit; and outside the motor control device An output estimation device including a second output estimation unit that estimates torque or thrust output from the three-phase synchronous motor from three-phase motor currents detected by the provided second motor current detection unit; And a command circuit that inputs the estimated value obtained by the second output estimating unit and compares the estimated value with a preset setting value, wherein the command circuit determines that the difference between the two estimated values input is the set value. When there was example, it outputs a command for stopping the three-phase synchronous motor to the motor controller.
請求項1に記載の出力推定装置によれば、ロータまたは可動子の位置情報を検出する必要がなく、二相のモータ電流を検出するだけで、簡単にモータ出力を推定することができる。このため、トルク検出器の設置が不要となり、カップリングの設置およびシャフト長を増加による制御性能の低下がなく、安価なモータ制御システムを構築することができる。 According to the output estimation device of the first aspect, it is not necessary to detect the position information of the rotor or the mover, and the motor output can be easily estimated only by detecting the two-phase motor current. For this reason, it is not necessary to install a torque detector, and there is no deterioration in control performance due to the installation of the coupling and the increase in the shaft length, and an inexpensive motor control system can be constructed.
請求項2に記載の出力推定装置によれば、三相分のモータ電流によって異常を逐次検出することができるため、推定した出力値の信頼性が高くなる。 According to the output estimation device of the second aspect, since the abnormality can be sequentially detected by the motor current for three phases, the reliability of the estimated output value is increased.
また、請求項3に記載の出力推定装置によれば、推定値が出力上限設定値を超えたときシステムを停止することができるので、安価で安全性の高いモータ制御システムを構築することができる。 Further, according to the output estimation device of the third aspect, since the system can be stopped when the estimated value exceeds the output upper limit set value, an inexpensive and highly safe motor control system can be constructed. .
また、請求項4に記載の出力推定装置によれば、推定値が出力上限設定値を超えたときモータ出力を低減させながら運転することができるので、運転の継続性を優先させた安価で、安全性の高いモータ制御システムを構築することができる。 Further, according to the output estimation device of the fourth aspect, since it is possible to operate while reducing the motor output when the estimated value exceeds the output upper limit setting value, it is inexpensive with priority given to continuity of operation, A highly safe motor control system can be constructed.
また、請求項5に記載のモータ制御装置によれば、モータ電流検出部の構成を共用できるので、出力推定のための構成を安価に提供できる。 Further, according to the motor control device of the fifth aspect, since the configuration of the motor current detection unit can be shared, the configuration for output estimation can be provided at low cost.
また、請求項6に記載のモータ制御システムによれば、モータ制御装置で推定した出力値で三相同期モータを停止することができるので、より安価で安全性の高いモータ制御システムを提供できる。 According to the motor control system of the sixth aspect, the three-phase synchronous motor can be stopped at the output value estimated by the motor control device, so that a cheaper and safer motor control system can be provided.
また、請求項7に記載のモータ制御システムによれば、モータ制御装置の内外に設けた2つの出力推定部で求めた推定値を比較して異常状態の確認を行うため、より安全性の高いモータ制御システムを提供できる。 Further, according to the motor control system of the seventh aspect, the estimated value obtained by the two output estimating units provided inside and outside the motor control device is compared to check the abnormal state, so that the safety is higher. A motor control system can be provided.
三相同期モータを正弦波駆動で駆動するモータ制御装置において、前記三相同期モータのモータ電流の電流値を検出するモータ電流検出部と、前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する出力推定部を備え、前記出力推定部は、前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流の2乗和から求められるモータ電流の波高値を用いて出力を推定する。以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について、図1と図2を用いて説明する。図1は、モータ制御装置の外部に出力推定装置(トルク推定装置)を装備したモータ制御システムのブロック図を示している。各ブロックの役割を以下に説明する。
In a motor control device that drives a three-phase synchronous motor by sinusoidal drive, a motor current detector that detects a current value of a motor current of the three-phase synchronous motor, and a motor current for three phases detected by the motor current detector The output estimation unit for estimating the torque or thrust output from the three-phase synchronous motor is obtained from the sum of squares of the motor currents for the three phases detected by the motor current detection unit. The output is estimated using the peak value of the motor current. Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
図1において、1はモータに電圧を印加して駆動させるモータ制御装置、2は三相同期モータ、3は位置センサを示している。
In FIG. 1,
三相同期モータ2には、ロータの表面にマグネットを配置してマグネットトルクを発生させるものや、ロータにスリットを設けてリラクタンストルクのみを発生させるもの、マグネットをロータの内部に配置してマグネットトルクとリラクタンストルクの両方を発生させるものがあり、モータの特性である効率やトルク性能、そしてコストを考慮してそれぞれ適した分野へ導入されている。
In the three-phase
位置センサ3には、ロータの磁極位置(コミュテーション)のみを検出するCSセンサや、FA分野や自動車分野では高精度の位置決め制御や、高い応答性や頑強性が必要なことから、1回転で17bit以上の分解能を有するロータリーエンコーダや、1回転10bit以上の分解能を有するレゾルバ等の検出器が用いられている。また、位置センサ3とモータ制御装置1とのI/Fは省線化の目的でシリアル通信によるものが多い。
The
モータ制御装置1は、位置センサ3からのロータ位置情報に基づき、モータに電圧を印
加するタイミングを制御することによってモータを駆動しており、電流制御を備えているものが多く、内部にCTやシャント抵抗器を配置して、モータ電流を電圧に変換し、変換された電圧値をA/Dコンバータによってディジタルデータに変換している。
The
図2は、三相のモータ電流波形図を示しており、2/3πラジアンの位相差をもった正弦波であり、U相、V相、W相のモータ電流をIu、Iv、Iw、θreを電気角、Aを正弦波の波高値とすると、モータ電流は二相の電流を検出し、残り一相は、下記の式1から演算により求めることができるので、コストダウンの目的でこのような構成とするケースが多い。
FIG. 2 shows a three-phase motor current waveform diagram, which is a sine wave having a phase difference of 2 / 3π radians, and U-phase, V-phase, and W-phase motor currents are represented by Iu, Iv, Iw, θre. Is the electrical angle, and A is the peak value of the sine wave, the motor current detects a two-phase current, and the remaining one phase can be obtained by calculation from
モータ電流は、位置センサ3からのロータ位置情報と合わせて、下記の式2から3相/2相変換してq軸電流Iqとd軸電流Idに変換し、q軸とd軸電流を指令値と一致させるように電流を制御することでモータトルクを制御している。
The motor current is converted into q-axis current Iq and d-axis current Id by the three-phase / two-phase conversion from the following
以上のような構成でモータが出力するトルクを求めるには、下記の式3あるいは式4を演算することによって求めることができる。
In order to obtain the torque output by the motor with the above configuration, it can be obtained by calculating the following
ここで、Pnはモータの極対数、Φfaは一相分の巻線に鎖交する電機子巻線鎖交磁束数の最大値、ΦfadはΦfaを3相/2相変換してえられ、Φfad=sqrt(3/2)・Φfaで表される。 Here, Pn is the number of pole pairs of the motor, Φfa is the maximum value of the number of armature winding interlinkage magnetic fluxes linked to the winding for one phase, Φfa is obtained by converting Φfa to 3 phase / 2 phase, Φfad = Sqrt (3/2) · Φfa.
この場合、ロータの電気角θreが必要であるが、位置センサ3の情報はシリアル通信によってモータ制御装置1と接続されているため、外部のシステムで位置センサ3の情報を検出するのは困難である。
In this case, the electrical angle θre of the rotor is necessary. However, since the information of the
この課題を解決するため、モータ制御装置1の外部にモータ電流検出部24(電流検出器4aと電流検出器4cおよびAD変換器6で構成)、電流演算器25および出力推定器5で構成した出力推定装置を設けている。
In order to solve this problem, a motor current detector 24 (configured by a
電流検出器4aと電流検出器4cは、モータ巻線に流れた電流を検出し、電圧に変換するものであり、CT(Current Transfer)や抵抗器が用いられる。電流
検出器4aと電流検出器4cによって電圧値に変換されたモータ電流は、AD変換器6によってディジタル信号に変換される。
The
電流演算器25は、AD変換器6によってディジタル信号として検出した二相分のモータ電流を加算し、符号反転する方式によって(式1参照)、残り一相分の電流を求める。
The
出力推定部5は、電流演算器25で求めた三相分のモータ電流を使用し、以下のように出力トルクの推定値を求める。波高値が1である位相差が2/3πラジアンの三相の正弦波信号は、下記の式5に示す特徴を有する。
The
三相のモータ電流の波高値がAであり、上述の式1のように表される場合、式5の特性を利用すると、式1は下記の式6のように変換することができる。
When the peak value of the three-phase motor current is A and is expressed as the above-described
このように、電気角θreを用いることなく、検出したモータ電流の瞬時値でモータ電流の波高値を求めることができる。この波高値から下記の式7を計算することによって、モータのトルクを容易に求めることができる。 Thus, the peak value of the motor current can be obtained from the detected instantaneous value of the motor current without using the electrical angle θre. The torque of the motor can be easily obtained by calculating the following Expression 7 from this peak value.
ここで、Pnはモータの極対数、Φfaは一相分の巻線に鎖交する電機子巻線鎖交磁束数の最大値であり、駆動モータによって定まる既知数である。 Here, Pn is the number of pole pairs of the motor, and Φfa is the maximum value of the number of armature winding linkage magnetic fluxes linked to the windings for one phase, which is a known number determined by the drive motor.
モータ電流検出部24は、二相分のモータを検出した構成としているが、三相分のモータ電流を検出してもよい。この場合、電流演算器25の演算は不要となる。
The motor
実施の形態1の出力推定装置によれば、ロータの位置情報を必要とせず、二相のモータ電流検出と簡単な演算処理によって、三相同期モータが出力しているトルクを推定できる。このように、トルク検出器を用いることなく出力異常を検出できるので、システムの安全性を確保することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、モータ電流検出部において二相分のモータ電流を検出したが、実施の形態2は、三相分のモータ電流を検出する。このため、実施の形態1における電流演算器の演算が不要となる。以下、相違点を中心に説明する。
According to the output estimation apparatus of the first embodiment, the torque output from the three-phase synchronous motor can be estimated by detecting the two-phase motor current and performing simple arithmetic processing without requiring the rotor position information. As described above, since the output abnormality can be detected without using the torque detector, the safety of the system can be ensured.
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the motor current detector detects the motor current for two phases, but in the second embodiment, the motor current for three phases is detected. For this reason, the calculation of the current calculator in the first embodiment becomes unnecessary. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図3は、実施の形態2における出力推定装置のブロック図である。図3において、モータ制御装置1の外部に設置した出力推定装置は、モータ電流検出部24a(3つの電流検出器4a−4cとAD変換器6aで構成)と、出力推定部5aで構成され、電流検出器4a−4cで検出した三相分のモータ電流をAD変換器6aに入力し、それぞれディジタル信号に変換する。
FIG. 3 is a block diagram of the output estimation apparatus according to the second embodiment. In FIG. 3, the output estimation device installed outside the
ディジタル信号に変換した三相分のモータ電流は、出力推定部5aに入力され、位相差が2/3πラジアンの三相正弦波信号の総和がゼロになる性質を利用して、検出した三相分のモータ電流を全て加算する。
The three-phase motor current converted into the digital signal is input to the
その演算結果が検出誤差範囲内であれば、出力推定部5aは実施の形態1と同様に出力トルクの推定値を求める。一方、演算結果が検出誤差範囲外であれば、モータの異常、あるいはCTや抵抗器、AD変換器の異常が想定されるため、この場合はシステムの異常と判定する。
If the calculation result is within the detection error range, the
検出誤差は、CTや抵抗器、AD変換器の精度、モータの巻線に鎖交する電機子巻線鎖交磁束数のばらつきによって求めることができ、一般的な用途でトータルの検出誤差として±5〜10%程度であるので、検出誤差範囲として10〜15%に設定すればよい。このばらつき範囲は、トルク検出器等の外部に測定器を接続する方式では精度は数%内であるが、電流と電圧から演算する方法や、電流とロータの位置情報から求める方法では、同じばらつき要因となるので、本方式の出力推定精度は十分に使用できるレベルである。 The detection error can be obtained from the accuracy of CT, resistor, AD converter, and variation in the number of armature winding linkage magnetic fluxes linked to the motor windings. Since it is about 5 to 10%, the detection error range may be set to 10 to 15%. This variation range is accurate to within a few percent with a method in which a measuring instrument is connected to the outside such as a torque detector, but is the same variation with methods that calculate from current and voltage, or methods that use current and rotor position information. Since this is a factor, the output estimation accuracy of this method is at a level that can be used sufficiently.
実施の形態2の出力推定装置によれば、CTの出力異常や、抵抗器の短絡/抵抗値変化異常、AD変換器の故障で生じる電流検出の異常を容易に検出することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態1、2と異なるのは、新たに指令回路を設けた点であり、この点を中心に説明する。
According to the output estimation apparatus of the second embodiment, it is possible to easily detect CT output abnormality, resistor short circuit / resistance change abnormality, and current detection abnormality caused by AD converter failure.
(Embodiment 3)
図4は、実施の形態3におけるモータ制御システムのブロック図である。図4において、指令回路22には、出力推定部5cが出力する推定トルクが入力され、モータ制御装置1へモータを駆動させるか、停止させるかの指令を出力する。駆動/停止の判断をするため指令回路22には、あらかじめ最大許容トルクを設定しておく。
FIG. 4 is a block diagram of the motor control system in the third embodiment. In FIG. 4, the
指令回路22は、最大許容トルクと出力推定部5cのトルク推定値とを比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合に三相同期モータを停止させる指令を出力する。
The
また、指令回路22は、最大許容トルクと出力推定部5cのトルク推定値とを比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合に三相同期モータへのトルク制限値を低下させる指令をモータ制御装置1に出力するようにしてもよい。
Further, the
本実施の形態によれば、簡易な構成で三相同期モータの出力トルクを最大許容トルクに制限し、最大許容トルクを超えるような異常が発生した場合にシステムを停止することができる。また、三相同期モータの出力トルクを更に低減させるような指令を与えることで、安価で安全性の高いシステムを構築することができる。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態1、2と異なるのはモータ電流検出部や出力推定部をモータ制御装置1の外側ではなく、モータ制御装置1内に設けた点である。
According to the present embodiment, the output torque of the three-phase synchronous motor is limited to the maximum allowable torque with a simple configuration, and the system can be stopped when an abnormality that exceeds the maximum allowable torque occurs. Further, by giving a command for further reducing the output torque of the three-phase synchronous motor, an inexpensive and highly safe system can be constructed.
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described. The difference from the first and second embodiments is that the motor current detection unit and the output estimation unit are provided not in the
図5は、実施の形態4におけるモータ制御装置のブロック図である。図5において、モータ制御装置1の内部に設置したモータ電流検出部24bは、3つの電流検出器12a−12cとAD変換器14で構成され、それぞれの役割は、実施の形態1、2と同様であり説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram of a motor control device according to the fourth embodiment. In FIG. 5, the motor
モータ電流検出部24bで検出した三相分のモータ電流は、出力推定部21で三相の正弦波信号の総和はゼロになる性質を利用して、検出した三相分のモータ電流を全て加算する。
The three-phase motor current detected by the motor
その演算結果が検出誤差範囲内であるであれば、実施の形態1と同様に式6、式7を用いてトルク推定の演算を行い、出力トルクを推定する。演算結果が検出誤差範囲外であれば、モータの異常、あるいはCTや抵抗器、AD変換器の異常が想定され、この場合はシステムの異常と判定する。検出誤差範囲は前述したように±5〜10%程度であるので、検出誤差範囲として10〜15%に設定すればよい。
If the calculation result is within the detection error range, the torque estimation is calculated using
なお、本実施の形態では、モータ電流検出部で三相のモータ電流を検出したが、一般的なモータ制御装置が備えている少なくとも2つの電流検出器を利用して実施の形態1と同様に二相分のモータ電流のみを検出する構成としてもよい。 In the present embodiment, the three-phase motor current is detected by the motor current detection unit. However, as in the first embodiment, at least two current detectors provided in a general motor control device are used. It is good also as a structure which detects only the motor current for two phases.
本実施の形態によれば、モータ制御装置のみの安価な構成で、三相同期モータが出力しているトルクを推定することができる。
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態4と異なるのは指令回路をモータ制御装置の外側に設けて三相同期モータの出力異常を監視する点であり、この点を中心に説明する。
According to the present embodiment, it is possible to estimate the torque output from the three-phase synchronous motor with an inexpensive configuration including only the motor control device.
(Embodiment 5)
図6は、実施の形態5におけるモータ制御システムのブロック図である。図6において、指令回路22は、三相同期モータ2を駆動させるか、停止させるかの指令をモータ制御装置1へ出力する。駆動/停止の判断は、あらかじめ最大許容トルクを指令回路22に設定しておき、出力推定部5cが推定したトルク推定値と比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合に三相同期モータを停止させる。
FIG. 6 is a block diagram of a motor control system according to the fifth embodiment. In FIG. 6, the
あるいは、最大許容トルクと出力推定部5cが推定したトルク推定値とを比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合に、指令回路22は、三相同期モータへのトルク制限値を低下させる指令をモータ制御装置1に出力するようにしてもよい。さらに、指令回路22は、モータ制御装置1の内部に設けてもよい。
Alternatively, when the relationship of | torque estimated value |> | maximum allowable torque | is established by comparing the maximum allowable torque with the estimated torque value estimated by the
本実施の形態によれば、モータ制御装置が出力トルクの推定を行うため、より簡易な構成で三相同期モータの出力制限が可能となり、最大許容トルクを超えるような異常が発生した場合にシステムを停止することができる。あるいは、三相同期モータの出力を低減させるような指令を与えることで、安価で安全性の高いモータ制御システムを提供することができる。
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6について説明する。実施の形態1−5までと異なるのは出力推定部とモータ電流検出部をモータ制御装置の内部と外部の両方に設けた点であり、この点を中心に説明する。
According to the present embodiment, since the motor control device estimates the output torque, it is possible to limit the output of the three-phase synchronous motor with a simpler configuration, and when an abnormality that exceeds the maximum allowable torque occurs, the system Can be stopped. Alternatively, it is possible to provide an inexpensive and highly safe motor control system by giving a command to reduce the output of the three-phase synchronous motor.
(Embodiment 6)
図7は、実施の形態6におけるモータ制御システムのブロック図である。図7において、モータ制御装置1の内部にあるトルク推定部21によって求められたトルク推定値23と、モータ制御装置1の外部に設置したトルク推定部5aによって求められたトルク推定値11を共に指令回路22aに入力する。
FIG. 7 is a block diagram of a motor control system according to the sixth embodiment. In FIG. 7, both the estimated
指令回路22aでは、先ず入力されたトルク推定値11とトルク推定値23を比較し、その差が検出誤差範囲外であれば異常と判断してシステムを停止させる指令をモータ制御装置1のモータ制御部16に出力する。その差が検出誤差範囲内であれば、あらかじめ指
令回路22aに設定してある最大許容トルクと、トルク推定部5a、トルク推定部21が推定したトルク推定値を比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合にモータを停止させる。検出誤差範囲は前述したように±5〜10%程度であるので、検出誤差範囲として10〜15%に設定すればよい。
The
同様に、あらかじめ指令回路22aに設定してある最大許容トルクと、トルク推定部5a、トルク推定部21が推定したトルク推定値を比較して、|トルク推定値|>|最大許容トルク|の関係が成立した場合にモータへのトルク制限値を低下させる指令をモータ制御装置1に出力するようにしてもよい。
Similarly, the maximum allowable torque set in advance in the
本実施の形態によれば、モータ制御装置1の内部および外部に設置したモータ電流検出部とトルク推定部の結果を指令回路で比較して異常状態の確認を行うため、より安全性の高いシステムを構成することができる。
According to the present embodiment, the results of the motor current detector and the torque estimator installed inside and outside the
なお、上述した実施の形態1−6は、三相同期モータが出力するトルク(回転系)を推定する構成であるが、同様の方法によって、三相同期型のリニアモータが出力する推力(直動系)を推定することができる。 The above-described first to sixth embodiments are configured to estimate the torque (rotation system) output by the three-phase synchronous motor. However, the thrust (direct current) output by the three-phase synchronous linear motor is obtained in the same manner. Dynamic system) can be estimated.
また、マグネットをロータ内部に配置したIPMモータ(Interior Magnet Synchronaous Motor)や、ロータにはマグネットがなく、スリットを設けてた同期リラクタンスモータ(Synchronous Reluctance Motor)等を含めた同期モータのトルク式は下記の式8で表される。 In addition, the torque equation of a synchronous motor including an IPM motor (Internal Magnet Synchronous Motor) in which a magnet is arranged inside the rotor and a synchronous reluctance motor (Synchronous Reluctance Motor) having no magnet in the rotor and having a slit is as follows. It is represented by the following formula 8.
ここで、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、βはq軸の位相を0ラジアンとした場合の位相角である。表面磁石構造の同期モータの場合は、位相角βが0ラジアンの場合に最大トルクとなり、同期リラクタンスモータの場合は、位相角βがπ/4ラジアン、IPMモータの場合は、LdとLqの値によって最大トルクを発生する位相角が異なる。Ld、Lqは既知数、最大トルクを出力する位相角βはこれらの既知数から計算によって求めることができるので、IPMモータや同期リラクタンスモータの場合も同様にして出力を推定することができる。 Here, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, and β is a phase angle when the q-axis phase is 0 radians. In the case of a synchronous motor with a surface magnet structure, the maximum torque is obtained when the phase angle β is 0 radians. In the case of a synchronous reluctance motor, the phase angle β is π / 4 radians, and in the case of an IPM motor, the values of Ld and Lq. The phase angle for generating the maximum torque differs depending on Since Ld and Lq are known numbers, and the phase angle β at which the maximum torque is output can be calculated from these known numbers, the output can be estimated in the same manner for IPM motors and synchronous reluctance motors.
本発明の出力推定装置およびモータ制御装置は、ロータまたは可動子の位置情報がなくても三相同期モータの出力推定ができ、回転系および直動系のモータ制御システムにおける安全性確保などに有用である。 The output estimation device and motor control device of the present invention can estimate the output of a three-phase synchronous motor without the position information of the rotor or mover, and are useful for ensuring safety in a rotary and linear motion motor control system. It is.
1 モータ制御装置
2 三相同期モータ
3 位置センサ
4a、4b、4c 電流検出器
5、5a、5c 出力推定部
6、6a AD変換器
7a、7b、7c 各相のモータ検出電流(アナログ値)
8a、8b、8c 各相のモータ電流
9 位置情報シリアル通信データ
10a、10b、10c 各相のモータ検出電流(ディジタル値)
12a、12b、12c 電流検出器(モータ制御装置内)
14 AD変換器(モータ制御装置内)
15 位置検出回路(モータ制御装置内)
16 モータ制御部
17 モータ駆動回路
18 各相PWM信号
20 位置情報
21 出力推定部(モータ制御装置内)
22、22a 指令回路
23 トルク推定値
24、24a、24b モータ電流検出部
25 電流演算器
26a、26b I/Fデータ
DESCRIPTION OF
8a, 8b, 8c Motor current of each
12a, 12b, 12c Current detector (in the motor controller)
14 AD converter (in the motor controller)
15 Position detection circuit (in the motor controller)
16
22,
Claims (7)
前記モータ電流検出部で検出した二相分のモータ電流を用いて三相分のモータ電流を演算で求める電流演算器と、
前記電流演算器で求めた三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する出力推定部を備え、
前記出力推定部は、前記電流演算器で求めた三相分のモータ電流の2乗和から求められるモータ電流の波高値を用いて出力を推定することを特徴とする出力推定装置。 A motor current detector for detecting a current value of a motor current for at least two phases of the three-phase synchronous motor;
A current calculator for calculating a motor current for three phases using a motor current for two phases detected by the motor current detector;
An output estimation unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for three phases obtained by the current calculator;
The output estimation unit estimates an output using a peak value of a motor current obtained from a square sum of motor currents for three phases obtained by the current calculator.
前記三相同期モータのモータ電流の電流値を検出するモータ電流検出部と、
前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する出力推定部を備え、
前記出力推定部は、前記モータ電流検出部で検出した三相分のモータ電流の2乗和から求められるモータ電流の波高値を用いて出力を推定することを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that drives a three-phase synchronous motor with sinusoidal drive,
A motor current detector for detecting a current value of the motor current of the three-phase synchronous motor;
An output estimation unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for the three phases detected by the motor current detection unit;
The output estimation unit estimates the output using a peak value of a motor current obtained from a square sum of motor currents for three phases detected by the motor current detection unit.
前記モータ制御装置の出力推定部で求めた推定値を前記指令回路に入力して出力上限設定値と比較し、前記推定値が出力上限設定値を超えたとき、
前記指令回路は、前記モータ制御装置に対して三相同期モータを停止させる指令を出力するモータ制御システム。 A command circuit provided with an output upper limit set value outside the motor control device according to claim 5,
When the estimated value obtained by the output estimating unit of the motor control device is input to the command circuit and compared with the output upper limit set value, and when the estimated value exceeds the output upper limit set value,
The command circuit is a motor control system that outputs a command to stop the three-phase synchronous motor to the motor control device.
三相同期モータと、
前記三相同期モータのモータ電流の電流値を検出する第1モータ電流検出部が検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する第1出力推定部を有するモータ制御装置と、
前記モータ制御装置の外に設けた第2モータ電流検出部が検出した三相分のモータ電流から前記三相同期モータが出力しているトルクまたは推力を推定する第2出力推定部とから成る出力推定装置と、
前記第1および第2出力推定部で求めた推定値を入力し、あらかじめ設定された設定値と比較する指令回路を備え、
前記指令回路は、入力された2つの推定値の差が前記設定値を超えたとき、前記三相同期モータを停止させる指令をモータ制御装置に出力することを特徴とするモータ制御システム。 In a motor control system that drives a three-phase synchronous motor with sinusoidal drive,
A three-phase synchronous motor,
First output estimation for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the three-phase motor current detected by the first motor current detector that detects the current value of the motor current of the three-phase synchronous motor. A motor control device having a section;
An output comprising a second output estimating unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for three phases detected by the second motor current detecting unit provided outside the motor control device. An estimation device;
A command circuit for inputting estimated values obtained by the first and second output estimating units and comparing the estimated values with a preset set value;
The command circuit outputs a command to stop the three-phase synchronous motor to a motor control device when a difference between two input estimated values exceeds the set value.
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