JP2011024313A

JP2011024313A - 電動機制御装置

Info

Publication number: JP2011024313A
Application number: JP2009165862A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 一男佐藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】モータ全体の減磁でなく部分的に減磁した場合、トルクの一定周波数及び所定値以上の振幅を検出するトルク振幅に基づいて、部分的なトルクの異常を検出することができる制御装置と減磁異常検出方法を提供する。
【解決手段】トルク指令データをトレースし、そのデータを周波数解析し、ある特定の周波数のトルク振幅を抽出し、所定値以上で異常を検出する手段１５，１６，１７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機で機械等を駆動する電動機制御装置であって、電動機の減磁異常を検出する電動機制御装置に関する。

第１の従来技術は、永久磁石モータのｄ−ｑ軸変換を用いた制御におけるｑ軸の電圧操作量に基づいて、前記永久磁石モータの減磁量を推定する推定手段と、前記推定された減磁量が所定値よりも大きいとき、前記永久磁石モータの動作制限処理を行なう動作処理手段とを備えており、推定手段は、永久磁石モータのｄ−ｑ軸変換を用いた制御におけるｑ軸の電圧操作量に基づいて、永久磁石モータの減磁量を推定し、動作処理手段は、推定手段によって推定された減磁量が所定値よりも大きいとき、永久磁石モータの動作制限処理を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

第２の従来技術は、ブラシレスＤＣモータの少なくとも印加電圧、電流及び回転数（又はそれらに関連するパラメ−タ）とロ−タ位置検出異常及び／又は界磁力異常との関係（マップ又は式）をあらかじめ記憶しておき、検出した印加電圧、電流及び回転数をこの関係にあてはまるかどうかを判定し、あてはまる場合にモ−タはロ−タ位置検出及び／又は界磁力異常を生じていると判定している（例えば、特許文献２参照）。

第３の従来技術は、測定容易なパラメータを用いて磁石の温度と誘起電圧係数を推定して減磁を検出するものであって、回転速度および電流・電圧の測定値に基づいて巻線の温度を推定し、この巻線温度の推定値に基づいて巻線の抵抗および回転子磁石部の温度並びに誘起電圧の正常値を推定し、巻線抵抗の推定値に基づいて誘起電圧の実際の値を推定し、推定した誘起電圧係数の正常値と実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断している（例えば、特許文献３参照）。

特開２００５−０５１８９２号公報（第３−８頁、図１）特開２００１−００８４８８号公報（第４−５頁、図７）特開２００５−１９２３２５号公報（第３−４頁、図１）

第１の従来技術は、ある速度でのｑ軸の電圧操作量となっていて温度等でも磁石の磁力は変化するので温度等でも異常となり、またモータ全体の減磁は検出できるが、部分的な減磁を検出することができないという問題があった。一般に、温度が上がると磁石の磁力は全体的に低下することが知られており、温度でも全体的に減磁する。
第２の従来技術は、ある速度での印加電圧、電流より界磁力の異常を検出するので、温度等でも変化するので温度等でも異常となり、またモータ全体の減磁は検出できるが、部分的な減磁を検出することができないというような問題もあった。
第３の従来技術は、２つの異なる運転状態の速度、電流、電圧より誘起電圧係数の正常値と実際の値を検出し、その差が閾値以上で減磁を検出するので温度等でも変化するので温度等でも異常となり、またモータ全体の減磁は検出できるが、部分的な減磁を検出することができないというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、トルクの一定周波数及び所定値以上の振幅を検出するトルク振幅に基づいて、温度等でも変化することなく部分的なトルクの異常を、検出することができる制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、前記電動機の速度が一定速度を検出する一定速度検出手段と、トルク指令の一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出手段に基づいて、トルク振幅の異常を検出するとするものである。
また、請求項２に記載の発明は、位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、前記電動機の速度が一定速度を検出する一定速度検出手段と、機械組込み時からのトルク振幅を記憶する初期トルク周波数振幅記憶手段と、トルクの一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出手段に基づいて、初期トルク振幅に比較し異常な場合、トルク振幅の異常を検出するとするものである。

請求項１に記載の発明によると、トルク指令の一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出に基づいて、トルク振幅の異常を検出するので、ある特定の部分への過電流や劣化等による減磁異常を検出することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、トルク指令の一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出に基づいて、初期トルク周波数振幅に比較し異常な場合、トルク振幅の異常を検出するので、ある特定の部分への過電流や劣化等による減磁異常や機械の異常を検出することができる。

本発明の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。本発明の減磁異常検出方法の処理手順を示すフローチャートである。モータの減磁とトルク振幅のタイミング図である。第２実施例を示す電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。

図１は、本発明の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、１は電動機制御装置、２は電動機（モータ）、３はエンコーダ等の位置検出器、１１は位置または速度制御部、１２は電流制御部、１３はパワー変換部、１４はエンコーダ信号入出力部、１５は周波数振幅検出部、１６はモータ減磁異常検出部、１７は一定速度検出部である。
なお、位置指令または速度指令を入力し、その指令とエンコーダ信号入出力部１４の出力である位置検出信号または速度検出信号に応じて電動機２を駆動する構成（電動機２、位置検出器３、位置または速度制御部１１、電流制御部１２、パワー変換部１３、エンコーダ信号入出力部１４）は、周知技術で得られる構成であるため詳細な説明は省略する。
周波数振幅検出部１５は、トルク指令データをトレースし、そのデータを周波数解析し、ある特定の周波数の振幅を抽出する。ある特定の周波数はモータの電気角の周波数の数倍の周波数で、速度に依存する。或いはある特定の周波数のみ通過する例えばバンドパスフィルタ等を設定して、トルク指令の振幅を検出しても良い。モータ減磁異常検出部１６は、ある特定の周波数のトルク振幅の異常を検出する。ある特定の周波数のトルク振幅が、異常レベル値以上で異常とする。異常レベル値は通常のトルクリップル等を考慮して大きめの値とする。一定速度検出部１７は、ある一定速度を検出する。

図２は、本発明のモータ減磁異常検出方法の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
モータ減磁異常検出処理はある一定の周期時間毎に行う。
まずステップ１では速度があるレベル以上の一定速度かどうか判断する。あるレベル以上の一定速度の場合は、ステップ２へ進む。速度がある速度以下又は一定速度でない場合は終了する。ここであるレベル以上の速度は、目的とする特定の周波数ができるだけ制御周波数とならないような周波数となる速度にする。
次にステップ２では周波数振幅検出部１５でトルク指令データを例えば電気角周期の１周期或いは２周期分トレースする。
ステップ３ではトレースしたトルク指令データを周波数解析し、ある特定の周波数振幅を検出する。
ステップ４ではある特定の周波数のトルク振幅が所定値以上かどうか判断する。ある特定の周波数のトルク振幅が所定値以上場合は、モータ減磁異常として検出する。ある特定の周波数のトルク振幅が所定値未満ならば、通常終了する。ここで所定値は例えばモータ正常時の通常値の２倍等にする。これはモータが正常でも着磁した磁石の多少の不均衡があると、多少のトルクリップルを持っているのでこれを考慮して大きめにするためである。

ここでモータの減磁とトルク振幅の関係について説明する。図３は、モータの減磁とトルク振幅の関係を説明するタイミング図である。
図３（i）は、モータが正常時、つまり減磁等がない時のある一定速度でのモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電流とトルクを示した図である。図中トルクは一定で、電流と同期するような周波数及び振幅は殆どないことが分かる。
図３（ii）は、モータ運転中に例えば過電流等を流してモータ磁石の一方の極を、一部減磁してしまった例である。図中トルクは、電流に同期して電流周期の１／３の周期で脈動していることが分かる。
モータに過電流等で大きな電流を流すと、その電流で発生する強い磁束でモータ磁石が減磁することがある。その場合磁束の発生の仕方で主としてモータ磁石の対極の両方或いは一方の一部を減磁することがある。例えば、対極の両方の一部を減磁すると、そこを錯交するときに影響を及ぼし、最終的にトルクが出ない状態とトルクが正常な状態とが存在し、トルクリップルとなる。対極の両方の一部を減磁したときに錯交するのは３相モータでは３つの相で、両方の極を１回通るので、電気角１周期で６周期のトルクリップルとなる。そして一方の一部を減磁したときに錯交するのは３相モータでは３つの相で、一方の極を１回通るので、電気角１周期で３周期のトルクリップルとなる。
図３（iii）は、モータ運転中に例えば過電流等を流してモータ磁石の両方の極を、一部減磁してしまった例である。図中トルクは、電流に同期して電流周期の１／６の周期で脈動していることが分かる。このように突発的な電流でモータが減磁し、ある特定の周波数で脈動することが分かる。もちろんモータの減磁の仕方は、このようなものだけではなく例えばモータの過熱による全体的な減磁もある。このような特定の周波数のトルク振幅を検出して異常とする。

このように、速度があるレベル以上の一定速度を検出し、トルク指令の特定の周波数及び振幅を検出して、特定の周波数のトルク振幅の異常を検出することができる。

図４は、第２実施例の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、１は電動機制御装置、２は電動機（モータ）、３はエンコーダ等の位置検出器、１１は位置または速度制御部、１２はｄｑ軸電流制御部、１３はパワー変換部、１４はエンコーダ信号入出力部、１５は周波数振幅検出部、１６はモータ減磁異常検出部、１７は一定速度検出部、１８は初期周波数振幅記憶部である。
なお、位置指令または速度指令を入力し、その指令とエンコーダ信号入出力部１４の出力である位置検出信号または速度検出信号に応じて電動機２を駆動する構成（電動機２、位置検出器３、位置または速度制御部１１、電流制御部１２、パワー変換部１３、エンコーダ信号入出力部１４）は、周知技術で得られる構成であるため詳細な説明は省略する。
実施例１との異なる部分は、モータ減磁異常検出部のトルク振幅異常レベルを初期周波数振幅記憶部の数値を基準した値とした部分である。
周波数振幅検出部１５は、トルク指令データをトレースし、そのデータを周波数解析し、ある特定の周波数の振幅を抽出する。モータ減磁異常検出部１６は、ある特定の周波数のトルク振幅の異常を検出する。一定速度検出部１７は、ある一定速度を検出する。初期周波数振幅記憶部１８は、機械組込み時の特定周波数の初期トルク振幅を記憶する。

第２実施例では、第１の実施例におけるモータ減磁異常検出方法の処理手順（図３）におけるステップ４が次の処理に代わるものである。ある特定の周波数のトルク振幅が、初期周波数振幅記憶部１８の初期トルク振幅の例えばマージン等を考慮して数倍以上かどうか判断する。ある特定の周波数のトルク振幅が初期トルク振幅を基準にした一定値以上場合は、モータ減磁異常として検出する。ある特定の周波数のトルク振幅が一定値未満ならば、通常終了する。
なお、モータの減磁とトルク振幅の関係については実施例１と同様である。

トルク指令の一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出に基づいて、初期トルク周波数振幅に比較し異常な場合機械の異常も検出することができるので、機械の劣化等の検出といった用途にも適用できる。

１電動機制御装置
２電動機（モータ）
３位置検出器
１１位置または速度制御部
１２ｄｑ軸電流制御部
１３パワー変換部
１４エンコーダ信号入出力部
１５周波数振幅検出部
１６モータ減磁異常検出部
１７一定速度検出部
１８初期周波数振幅記憶部

Claims

位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、
前記電動機の速度が一定速度を検出する一定速度検出手段と、トルク指令の一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出手段に基づいて、トルク振幅の異常を検出するモータ減磁異常検出手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、
前記電動機の速度が一定速度を検出する一定速度検出手段と、機械組込み時からのトルク振幅を記憶する初期トルク周波数振幅記憶手段と、トルクの一定周波数及び振幅を検出する周波数振幅検出手段に基づいて、初期トルク振幅に比較し異常な場合、トルク振幅の異常を検出するモータ減磁異常検出手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。