JP5396754B2 - 出力推定装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。
特開２００１−２５５２２０号公報 特開平０６−２１７５８５号公報

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。

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。

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。

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、前記電流演算器で検出した三相分のモータ電流から二相のモータ電流の交点を検出して他相のモータ電流から波高値を求め、前記モータ電流の波高値を用いて出力を推定する。

そして、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から二相のモータ電流の交点を検出し、極性が正である交点間でモータ電流の波高値を求め、または極性が負である交点間でモータ電流の波高値を求め、前記モータ電流の波高値を用いて出力を推定する。

また、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。

また、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。

また、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。

また、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から二相のモータ電流の交点を検出して他相のモータ電流から波高値を求め、前記モータ電流の波高値を用いて出力を推定する構成としてもよい。

また、前記モータ制御装置は、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から二相のモータ電流の交点を検出し、極性が正である交点間でモータ電流の波高値を求め、または極性が負である交点間でモータ電流の波高値を求め、前記モータ電流の波高値を用いて出力を推定する構成としてもよい。

また、前記モータ制御装置は、上記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構成としてもよい。

また、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構成としてもよい。

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。

さらに、モータ電流を検出しながら決められた領域で最大値を検出することで二相のモータ電流の交点誤検出を防止することができるため、ノイズにつよい、安価なモータ制御システムを構築することができる。

なお、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。

また、請求項２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。

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。

また、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。

また、モータ電流検出部の構成を共用し、モータ電流を検出しながら決められた領域で最大値を検出することで二相のモータ電流の交点誤検出を防止することができるため、ノイズにつよい、出力推定のための構成を安価に提供できる。

また、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。

また、本発明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。

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、前記電流演算器で検出した三相分のモータ電流から二相のモータ電流の交点を検出して他相のモータ電流から波高値を求め、前記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、図２および図３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。

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。

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。

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。

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。

図３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（１０ａ，１０ｂ、１０ｃ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

出力推定部５は、交点検出器３０と、各相のピーク検出器（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と、出力演算器３２で構成されている。交点検出器３０は、電流演算器２５で求めた三相分のモータ電流を使用し、そのうち二相のモータ電流が等しくなる点を検出し、各相のピーク検出器（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）に交点検出信号（Ｃ１〜Ｃ６）を出力する。交点検出器３０は、電流演算器２５のモータ電流検出のサンプリング時間によって、二相のモータ電流が等しくなるタイミングを検出できないケースもある。このような場合は二相のモータ電流の大小を比較し、大小が反転した点によって交点を検出することができる。

Ｕ相ピーク検出器３１ａは、交点検出器３０で検出したＶ相のモータ電流１０ｂとＷ相のモータ電流１０ｃから生成される交点信号（Ｃ２、Ｃ５）が入力され、このときのＵ相モータ電流１０ａを保存することによってＵ相モータ電流１０ａの波高値Ａを検出することができる。Ｖ相モータ電流およびＷ相モータ電流も同じ構成によってそれぞれのモータ電流の波高値Ａを検出することができる。

出力演算器３２は、各相のピーク検出器（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）からの波高値を入力されるたびに波高値Ａを更新し、この波高値Ａから下記の式５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。

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。

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。

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）
本発明の実施の形態２について図４から図６を用いて説明する。実施の形態１と異なるのは、モータ電流の波高値を検出する構成であり、この点を中心に説明する。

図４は出力推定部５ａの構成を示したブロック図、図５と図６はモータの波高値を検出している波形を図示したものである。

出力推定部５ａは、交点検出器３０ａと、各相のピーク更新器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）と、出力演算器３２で構成されている。

交点検出器３０ａは、電流演算器２５で求めた三相分のモータ電流を使用し、そのうち二相のモータ電流が等しくなる点（Ｃ１〜Ｃ６）を検出する。実施の形態１と同様に、交点検出器３０ａは、電流演算器２５のモータ電流検出のサンプリング時間によって、二相のモータ電流が等しくなるタイミングを検出できないケースもある。このような場合は二相のモータ電流の大小を比較し、大小が反転した点によって交点を検出することができる。

交点検出器３０ａは、Ｕ相とＷ相の交点信号（Ｃ１、Ｃ４）、Ｕ相とＶ相の交点信号（Ｃ３、Ｃ６）をＵ相のピーク更新器３３ａに出力し、Ｖ相とＵ相の交点信号（Ｃ３、Ｃ６）、Ｖ相とＷ相の交点信号（Ｃ２、Ｃ５）をＶ相のピーク更新器３３ｂに出力し、Ｗ相とＵ相の交点信号（Ｃ１、Ｃ４）、Ｗ相とＶ相の交点信号（Ｃ２、Ｃ５）をＷ相のピーク更新器３３ｃに出力する。

次に、図５から図８を用いて各相のピーク更新器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）について説明する。

Ｕ相ピーク更新器３３ａは、交点検出器３０ａから入力された交点信号Ｃ１でピーク更新を開始するためにＵ相のモータ電流１０ａを記憶する。モータの進行方向が「＋」の場合、図５に示すように波形となる。Ｕ相のモータ電流はサンプリング毎に検出するので、今回検出したＵ相のモータ電流１０ａと記憶したＵ相のモータ電流１０ａを比較し、今回検出したＵ相のモータ電流１０ａが大きい場合記憶した値を更新し、小さい場合は前回記憶した値を保持する。この動作を、モータ電流を検出する毎に繰り返し、交点信号Ｃ３が検出された時点で記憶した値をＵ相のモータ電流１０ａの最大値をする。

次に交点信号Ｃ３の検出でピーク更新を開始するためにＶ相のモータ電流１０ｂを記憶する。Ｕ相のピーク更新器３３ａの動作と同様、Ｖ相のピーク更新器３３ｂは、Ｖ相のモータ電流１０ｂをサンプリング毎に検出するので、今回検出したＶ相のモータ電流１０ｂと記憶したＶ相のモータ電流１０ｂを比較し、今回検出したＶ相のモータ電流１０ｂが大きい場合、記憶した値を更新し、小さい場合は前回記憶した値を保持する。この動作を、Ｖ相のモータ電流１０ｂを検出する毎に繰り返し、交点信号Ｃ３が検出された時点で記憶した値をＵ相のモータ電流１０ｂの最大値をする。

また、Ｗ相のモータ電流１０ｃの最大値検出も同様の方法で検出できる。

また、交点信号Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６を使用し、各交点で記憶したモータ電流とサンプリング毎に検出したモータ電流を比較し、今回検出したモータ電流が小さい場合記憶した値を更新し、大きい場合は前回記憶した値を保持することで、モータ電流の最小値を検出することができる。

また、進行方向が「−」の場合のモータ電流波形は図６のようになり、上記と同じ方法でモータ電流の最大値／最小値を検出することができる。

交点信号が図５や図６のような順序で発生しない場合は、例えば交点信号Ｃ１を検出し、交点信号Ｃ３やＣ５を検出せず、再び交点信号Ｃ１を検出した場合は、進行方向に変化が生じており、最大値を検出できないため図７の状態遷移図に示すように記憶した値をクリアし、再び交点信号Ｃ１を記憶し直して最大値の検出を開始する。

図８は図７の状態遷移図を表に表したものであり、交点信号Ｃ１の検出では、Ｕ相のモータ電流の最大値、もしくはＷ相のモータ電流の最大値の検出を開始、あるいは検出を完了する。

以上が各相のピーク更新器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）による各相のモータ電流の最大値／最小値の検出方法であり、この方法によってモータ電流の波高値を随時検出することができる。

実施の形態２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。また、モータ電流波形が歪んでいる場合にも、モータ電流の波高値を検出することができる。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３）
実施の形態１および２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３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および２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。

図９は、実施の形態３における出力推定装置のブロック図である。図９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。

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。

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。

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。

実施の形態３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から３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。

図１０は、実施の形態４におけるモータ制御システムのブロック図である。図１０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。

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。

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。

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５）
本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態１から３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。

図１１は、実施の形態５におけるモータ制御装置のブロック図である。図１１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。

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。

その演算結果が検出誤差範囲内であれば、実施の形態１および２と同様に式５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。

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および２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。

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６）
本発明の実施の形態６について説明する。実施の形態５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。

図１２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１２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。

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。

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７）
本発明の実施の形態７について説明する。実施の形態１−６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。

図１３は、実施の形態７におけるモータ制御システムのブロック図である。図１３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。

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。

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。

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。

なお、上述した実施の形態１−７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。

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６で表される。

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。

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。

実施の形態１における出力推定装置のブロック図 実施の形態１における出力推定部のブロック図 実施の形態１のモータ電流波形の説明図 実施の形態２における出力推定部のブロック図 実施の形態２のモータ電流波形の説明図（１） 実施の形態２のモータ電流波形の説明図（２） 実施の形態２のモータ電流の波高値推定方法の状態遷移図 実施の形態２のモータ電流の波高値推定方法の状態遷移チャート 実施の形態３における出力推定装置のブロック図 実施の形態４におけるモータ制御システムのブロック図 実施の形態５におけるモータ制御装置のブロック図 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 実施の形態７におけるモータ制御システムのブロック図 従来例におけるトルク推定装置の要部ブロック図

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
３０、３０ａ 交点検出器
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 各相のピーク検出器
３２ 出力演算器
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 各相のピーク更新器

Claims (3)

1. 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モータ電流のピーク更新器を含み、
   また、前記出力推定部は、前記電流演算器で検出した三相分のモータ電流から二相のモータ電流の交点を検出し、極性が正である交点間で前記ピーク更新器により他相のモータ電流の波高値を求め、または極性が負である交点間で前記ピーク更新器により他相のモータ電流の波高値を求め、前記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。
2. 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請求項１に記載の出力推定装置。
3. 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請求項１または請求項２に記載の出力推定装置。
   

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