JP5420831B2 - Motor control device - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、工作機械等の主軸駆動などに使用されるモータの制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device used for driving a spindle of a machine tool or the like.

工作機械の主軸や送り軸などで使用される誘導電動機やブラシレスＤＣモータなどの各種モータは、高出力が要求されるとともに、品質の維持が必要とされる。このため、従来より、モータの検査方法に関しては各種の試みがなされている。   Various motors such as induction motors and brushless DC motors used for machine tool spindles and feed axes are required to have high output and to maintain quality. For this reason, conventionally, various attempts have been made regarding a method for inspecting a motor.

従来のモータの検査方法の一例について図を用いて説明する。図３は、従来のモータの制御装置を示すブロック図である。   An example of a conventional motor inspection method will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing a conventional motor control apparatus.

検査対象となるモータ１４は、インバータ部１１に電気的に接続され、インバータ部１１で直流電源から三相交流電流に変換した電力より駆動されるモータである。モータ１４には、これに負荷を与える負荷モータ２２がトルク変換機２３を介して結合されている。トルク変換機２３は、モータ１４が出力した出力トルクを検出し、その検出値を上位制御装置１に出力する装置である。モータ１４には、これのロータの位置を検出する位置検出器１５が設けられている。また、モータ１４とインバータ部１１とを結ぶケーブルには、ｕ相電流Ｉｕを検出するｕ相電流検出器１２と、ｖ相電流Ｉｖを検出するｖ相電流検出器１３とが設けられている。上位制御装置１から出力される速度指令Ｖｃと、位置検出器１５が検出した位置検出値Ｐｄと、ｕ相電流検出器１２が検出したｕ相電流値Ｉｕｄと、ｖ相電流検出器１３が検出したｖ相電流値Ｉｖｄとに基づいてモータ１４が制御される。   The motor 14 to be inspected is a motor that is electrically connected to the inverter unit 11 and driven by electric power converted from a DC power source to a three-phase AC current by the inverter unit 11. A load motor 22 that applies a load to the motor 14 is coupled to the motor 14 via a torque converter 23. The torque converter 23 is a device that detects the output torque output by the motor 14 and outputs the detected value to the host controller 1. The motor 14 is provided with a position detector 15 that detects the position of the rotor. The cable connecting the motor 14 and the inverter unit 11 is provided with a u-phase current detector 12 that detects the u-phase current Iu and a v-phase current detector 13 that detects the v-phase current Iv. The speed command Vc output from the host controller 1, the position detection value Pd detected by the position detector 15, the u-phase current value Iud detected by the u-phase current detector 12, and the v-phase current detector 13 are detected. The motor 14 is controlled based on the v-phase current value Ivd.

ｕ相電流検出器１２とｖ相電流検出器１３と位置検出器１５は、電流検出値変換部１６に接続している。電流検出値変換部１６は、位置検出値Ｐｄに基づいてｕ相電流値Ｉｕｄとｖ相電流値Ｉｖｄを、二相電流検出値である励磁電流検出値Ｉｄｄとトルク電流検出値Ｉｑｄに変換し、それらの値を後述する減算器４，６に出力する。また、位置検出器１５は、微分器１７に接続している。微分器１７は、位置検出値Ｐｄを微分しモータ１４の速度検出値Ｖｄを算出し、その値を後述する減算器２および電圧フィードフォワード値算出部８に出力する。減算器２は、上位制御装置１と電流指令値算出部３にそれぞれ接続している。減算器２は、上位制御装置１が出力する速度指令Ｖｃと微分器１７が出力する速度検出値Ｖｄの偏差を算出し、その値を速度偏差Ｖｄｉｆとして電流指令値算出部３に出力する。電流指令値算出部３は、減算器４，６および電圧フィードフォワード値算出部８に接続している。電流指令値算出部３は、減算器２が出力した速度偏差Ｖｄｉｆに基づいて二相電流指令値である励磁電流指令値Ｉｄｃとトルク電流指令値Ｉｑｃを算出する。励磁電流指令値Ｉｄｃは、減算器４と電圧フィードフォワード値算出部８に出力され、トルク電流指令値Ｉｑｃは、減算器６と電圧フィードフォワード値算出部８に出力される。   The u-phase current detector 12, the v-phase current detector 13, and the position detector 15 are connected to the current detection value conversion unit 16. Based on the position detection value Pd, the current detection value conversion unit 16 converts the u-phase current value Iud and the v-phase current value Ivd into an excitation current detection value Idd and a torque current detection value Iqd, which are two-phase current detection values, These values are output to subtracters 4 and 6 which will be described later. The position detector 15 is connected to the differentiator 17. The differentiator 17 differentiates the position detection value Pd to calculate a speed detection value Vd of the motor 14, and outputs the value to a subtractor 2 and a voltage feedforward value calculation unit 8 described later. The subtracter 2 is connected to the host controller 1 and the current command value calculation unit 3 respectively. The subtractor 2 calculates a deviation between the speed command Vc output from the host controller 1 and the speed detection value Vd output from the differentiator 17 and outputs the difference to the current command value calculation unit 3 as a speed deviation Vdif. The current command value calculation unit 3 is connected to the subtracters 4 and 6 and the voltage feedforward value calculation unit 8. The current command value calculation unit 3 calculates an excitation current command value Idc and a torque current command value Iqc, which are two-phase current command values, based on the speed deviation Vdif output from the subtracter 2. The excitation current command value Idc is output to the subtractor 4 and the voltage feedforward value calculation unit 8, and the torque current command value Iqc is output to the subtractor 6 and the voltage feedforward value calculation unit 8.

減算器４は、ｄ軸電圧誤差算出部５を介して加算器９に接続している。一方、減算器６は、ｑ軸電圧誤差算出部７を介して加算器１０に接続している。加算器９，１０は、二相電圧指令を三相電圧指令に変換するインバータ部１１に接続されている。減算器４は、励磁電流指令値Ｉｄｃと励電流検出値Ｉｄｄの偏差を算出し、その値を励磁電流偏差としてｄ軸電圧誤差算出部５に出力する。ｄ軸電圧誤差算出部５は、励磁電流偏差と比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉに基づいて励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃを算出し、その値を加算器９に出力する。一方、減算器６は、トルク電流指令値Ｉｑｃと前記トルク電流検出値Ｉｑｄの偏差を算出し、その値をトルク電流偏差としてｑ軸電圧誤差算出部７に出力する。ｑ軸電圧誤差算出部７は、トルク電流偏差と比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉに基づいてトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃを算出し、その値を加算器１０に出力する。   The subtractor 4 is connected to the adder 9 via the d-axis voltage error calculation unit 5. On the other hand, the subtractor 6 is connected to the adder 10 via the q-axis voltage error calculator 7. The adders 9 and 10 are connected to an inverter unit 11 that converts a two-phase voltage command into a three-phase voltage command. The subtractor 4 calculates the deviation between the excitation current command value Idc and the excitation current detection value Idd, and outputs the value to the d-axis voltage error calculation unit 5 as the excitation current deviation. The d-axis voltage error calculation unit 5 calculates the excitation current common-mode voltage error ΔVdc based on the excitation current deviation, the proportional gain Kp, and the integral gain Ki, and outputs the value to the adder 9. On the other hand, the subtractor 6 calculates a deviation between the torque current command value Iqc and the detected torque current value Iqd, and outputs the calculated value to the q-axis voltage error calculator 7 as a torque current deviation. The q-axis voltage error calculation unit 7 calculates the torque current common-mode voltage error ΔVqc based on the torque current deviation, the proportional gain Kp, and the integral gain Ki, and outputs the calculated value to the adder 10.

電圧フィードフォワード値算出部８は、上述した加算器９，１０に接続している。電圧フィードフォワード値算出部８は、微分器１７が出力する速度検出値Ｖｄと、電流指令算出部３が出力する励電流指令値Ｉｄｃ、トルク電流指令値Ｉｑｃとに基づいて二相の電流同相電圧理論値である励磁電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｄｆｆ及びトルク電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｑｆｆを算出する。励磁電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｄｆｆは、加算器９に出力され、トルク電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｑｆｆは、加算器１０に出力される。   The voltage feedforward value calculation unit 8 is connected to the adders 9 and 10 described above. The voltage feedforward value calculation unit 8 is a two-phase current common-mode voltage based on the speed detection value Vd output from the differentiator 17 and the excitation current command value Idc and torque current command value Iqc output from the current command calculation unit 3. The excitation current common-mode voltage feedforward value Vdff and the torque current common-mode voltage feedforward value Vqff, which are theoretical values, are calculated. The excitation current common-mode voltage feedforward value Vdff is output to the adder 9, and the torque current common-mode voltage feedforward value Vqff is output to the adder 10.

加算器９は、電圧フィードフォワード値算出部８が出力する励磁電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｄｆｆと、ｄ軸電圧誤差算出部５が出力する励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃとに基づいて励磁電流同相電圧指令Ｖｄｃを算出し、その値をインバータ部１１に出力する。一方、加算器１０は、電圧フィードフォワード値算出部８が出力するトルク電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｑｆｆと、ｑ軸電圧誤差算出部７が出力するトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃとに基づいてトルク電流同相電圧指令Ｖｑｃを算出し、その値をインバータ部１１に出力する。インバータ部１１は、加算器９が出力する励磁電流同相電圧指令Ｖｄｃと、加算器１０が出力するトルク電流同相電圧指令Ｖｑｃと、位置検出器１５が出力する位置検出値Ｐｄとに基づいて３相のｕ，ｖ，ｗ相電流を出力する。   The adder 9 generates an excitation current common-mode voltage command based on the excitation current common-mode voltage feedforward value Vdff output from the voltage feedforward value calculation unit 8 and the excitation current common-mode voltage error ΔVdc output from the d-axis voltage error calculation unit 5. Vdc is calculated and the value is output to the inverter unit 11. On the other hand, the adder 10 is based on the torque current common-mode voltage feedforward value Vqff output from the voltage feedforward value calculation unit 8 and the torque current common-mode voltage error ΔVqc output from the q-axis voltage error calculation unit 7. Voltage command Vqc is calculated and the value is output to inverter unit 11. The inverter unit 11 has three phases based on the excitation current common-mode voltage command Vdc output from the adder 9, the torque current common-mode voltage command Vqc output from the adder 10, and the position detection value Pd output from the position detector 15. The u, v, and w phase currents are output.

トルク変換器２３は、トルク検出器２４を介して上位制御装置１に接続している。トルク検出器２４は、トルク変換器２３が検出するモータ１４の出力トルクが規定された範囲内でない場合に、その状態Ｗ２を上位制御装置１に出力する。状態Ｗ２より上位制御装置１がモータ１４の状態が異常であることを検出し、その状態Ｗ２を表示する。モータ１４の製造不良等でモータ出力が規定の範囲内でない場合には、モータ１４の状態が異常であることを検出でき、モータ１４を検査することができる。   The torque converter 23 is connected to the host controller 1 via the torque detector 24. The torque detector 24 outputs the state W2 to the host controller 1 when the output torque of the motor 14 detected by the torque converter 23 is not within the specified range. The host controller 1 detects that the state of the motor 14 is abnormal from the state W2, and displays the state W2. When the motor output is not within the specified range due to a manufacturing defect of the motor 14 or the like, it can be detected that the state of the motor 14 is abnormal, and the motor 14 can be inspected.

図３のモータの制御装置においては、モータ１４を検査するためにはトルクメータであるトルク変換器２３が必要になる。また、この制御装置においては、経年変化を原因とする絶縁劣化等に対しては、モータ１４の異常を検出することができないという課題がある。この課題を解決するために、次に説明するような従来技術がある。   In the motor control device of FIG. 3, in order to inspect the motor 14, a torque converter 23 which is a torque meter is required. Further, in this control device, there is a problem that an abnormality of the motor 14 cannot be detected with respect to insulation deterioration caused by aging. In order to solve this problem, there are conventional techniques as described below.

図４は、従来の別のモータの制御装置を示すブロック図である。図５は、従来の過電流検出器を示すブロック図である。なお、図３と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。   FIG. 4 is a block diagram showing another conventional motor control apparatus. FIG. 5 is a block diagram showing a conventional overcurrent detector. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as FIG.

図４に示される過電流検出器２１は、ｕ相電流検出器１２とｖ相電流検出器１３とに接続し、また、上位制御装置１に接続している。過電流検出器２１は、ｕ相電流値Ｉｕｄと、ｖ相電流値Ｉｖｄとにより、その状態Ｗ３を上位制御装置１に出力する。状態Ｗ３より上位制御装置１がモータ１４の状態が異常であることを検出し、その状態Ｗ３を表示する。過電流検出器２１の具体的な実施例について図５を用いて説明する。過電流検出器２１は、比較器２１２，２１４と、ＯＲ回路２１５と、状態表示器２１６とを有する。比較器２１２は、ｕ相電流検出器１２から入力されるｕ相電流値Ｉｕｄと、予め設定された閾値Ｒｅｆ５とを比較する。そして、ｕ相電流値Ｉｕｄが閾値Ｒｅｆ５を超えた場合、信号をＯＲ回路２１５に出力する。一方、比較器２１４は、ｖ相電流検出器１３から入力されるｖ相電流値Ｉｖｄと、予め設定された閾値Ｒｅｆ６とを比較する。そして、ｖ相電流値Ｉｖｄが閾値Ｒｅｆ６を超えた場合、信号をＯＲ回路２１５に出力する。ＯＲ回路２１５は、比較器２１２，２１４のいずれかの信号が入力された場合に、それを状態表示器２１６に出力する。状態表示器２１６は、入力された信号によりモータ１４の状態が異常であることを検出し、その状態Ｗ３を表示し上位制御装置１に出力する。絶縁劣化等を原因とする地絡が発生した場合には、モータ１４に過電流が流れ、モータ１４の状態が異常であることを過電流検出器２１が検出することができる。このようにして、経年変化を原因とする絶縁劣化等に対し、モータ１４の異常を検出することができないという課題を解決している。   The overcurrent detector 21 shown in FIG. 4 is connected to the u-phase current detector 12 and the v-phase current detector 13, and is also connected to the host controller 1. The overcurrent detector 21 outputs the state W3 to the host controller 1 based on the u-phase current value Iud and the v-phase current value Ivd. The host controller 1 detects that the state of the motor 14 is abnormal from the state W3, and displays the state W3. A specific embodiment of the overcurrent detector 21 will be described with reference to FIG. The overcurrent detector 21 includes comparators 212 and 214, an OR circuit 215, and a status indicator 216. The comparator 212 compares the u-phase current value Iud input from the u-phase current detector 12 with a preset threshold value Ref5. When the u-phase current value Iud exceeds the threshold value Ref5, a signal is output to the OR circuit 215. On the other hand, the comparator 214 compares the v-phase current value Ivd input from the v-phase current detector 13 with a preset threshold value Ref6. When the v-phase current value Ivd exceeds the threshold value Ref6, a signal is output to the OR circuit 215. When one of the signals from the comparators 212 and 214 is input, the OR circuit 215 outputs it to the status display 216. The state indicator 216 detects that the state of the motor 14 is abnormal based on the input signal, displays the state W3, and outputs the state W3 to the host controller 1. When a ground fault due to insulation deterioration or the like occurs, an overcurrent flows through the motor 14, and the overcurrent detector 21 can detect that the state of the motor 14 is abnormal. In this way, the problem that the abnormality of the motor 14 cannot be detected with respect to insulation deterioration caused by secular change is solved.

特開２００５−１３４２２５号公報JP 2005-134225 A

図３に示しめされるようなモータ検査を実施するための従来のモータの制御装置においては、負荷モータ２２、トルク変換器２３およびトルク検出器２４のような特殊な治具等が必要である。このような特殊な治具は、工作機械のビルトイン主軸のように、機械にそのままモータが組み込まれている場合、その工作機械上で組み上げなければならない。そのため、治具の費用が高額となり、セッティングに時間がかかってしまうという問題があった。一方、図４，５に示される制御装置においては、モータ１４の出力を検出する手段がないので、モータ検査を実施するためには、やはり図３に示される負荷モータ２２、トルク変換器２３およびトルク検出器２４のような特殊な治具等が必要となる。また、図４，５に示される制御装置においては、経年変化を原因とする絶縁劣化等のモータ異常を検出することができるが、モータが完全に故障する前、すなわち故障初期段階でのモータの異常を検出できないという問題があった。   In the conventional motor control apparatus for performing the motor inspection as shown in FIG. 3, special jigs such as the load motor 22, the torque converter 23 and the torque detector 24 are required. . Such a special jig has to be assembled on a machine tool when the motor is incorporated in the machine as it is like a built-in spindle of a machine tool. For this reason, there is a problem that the cost of the jig becomes high and setting takes time. On the other hand, in the control device shown in FIGS. 4 and 5, since there is no means for detecting the output of the motor 14, in order to carry out the motor inspection, the load motor 22, torque converter 23 and A special jig or the like such as the torque detector 24 is required. 4 and 5 can detect motor abnormality such as insulation deterioration caused by secular change, but before the motor completely fails, that is, at the initial stage of failure, There was a problem that abnormalities could not be detected.

本発明の目的は、特殊な治具等を必要とせず、簡易な構成によりモータの検査を実施することができ、故障初期段階でのモータの異常を検出することができるモータの制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a motor control device that can inspect a motor with a simple configuration without requiring a special jig or the like and can detect a motor abnormality at an initial stage of failure. There is to do.

本発明は、直流電源から変換された三相交流電流により駆動されるモータの制御装置であって、モータに設けられ、ロータの位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器の位置検出値と速度指令とにより算出される速度偏差に基づいて、トルク電流指令値と励磁電流指令値とからなる二相の指令値を算出する二相指令値算出手段と、前記モータの三相の電流を検出し、その検出値を、トルク電流検出値と励磁電流検出値とからなる二相の検出値に変換する二相検出値変換手段と、トルク電流同相電圧指令と励磁電流同相電圧指令とからなる二相指令を、前記モータの電流を制御するための三相電圧指令に変換する三相電圧指令変換手段と、を備えたモータの制御装置において、前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とに基づいて励磁電流と同相である励磁電流同相電圧誤差を算出するｄ軸電圧誤差算出手段と、前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とに基づいてトルク電流と同相であるトルク電流同相電圧誤差を算出するｑ軸電圧誤差算出手段と、励磁電流同相電圧理論値とトルク電流同相電圧理論値を算出する理論値算出手段と、前記ｄ軸電圧誤差算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧誤差と、前記理論値算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧理論値とに基づいて励磁電流と同相である前記励磁電流同相電圧指令を算出するｄ軸電圧指令算出手段と、前記ｑ軸電圧誤差算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧誤差と、前記理論値算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧理論値とに基づいてトルク電流と同相である前記トルク電流同相電圧指令を算出するｑ軸電圧指令算出手段と、を備え、さらに、前記ｄ軸電圧誤差算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧誤差が予め設定された閾値を超えた場合と、前記ｑ軸電圧誤差算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧誤差が予め設定された閾値を超えた場合と、当該励磁電流同相電圧誤差を入力とする平均化回路の出力が予め設定された閾値を超えた場合と、当該トルク電流同相電圧誤差を入力とする平均化回路の出力が予め設定された閾値を超えた場合との４つの条件のうち少なくとも１つを満たすことにより、その状態を表示する電圧誤差検出器を備えたことを特徴とする。   The present invention relates to a motor control device driven by a three-phase alternating current converted from a direct current power supply, the position detector provided in the motor for detecting the position of the rotor, and the position detection value of the position detector And a two-phase command value calculation means for calculating a two-phase command value comprising a torque current command value and an excitation current command value based on a speed deviation calculated by the speed command and a three-phase current of the motor. A two-phase detection value conversion means for detecting and converting the detected value into a two-phase detection value comprising a torque current detection value and an excitation current detection value, and a torque current common-mode voltage command and an excitation current common-mode voltage command. A three-phase voltage command conversion means for converting a two-phase command into a three-phase voltage command for controlling the current of the motor, wherein the excitation current command value, the excitation current detection value, Based on excitation A d-axis voltage error calculating means for calculating an excitation current common-mode voltage error that is in phase with the torque current and a torque current common-mode voltage error that is in phase with the torque current based on the torque current command value and the torque current detection value q Axis voltage error calculation means, a theoretical value calculation means for calculating the excitation current common-mode voltage theoretical value and the torque current common-mode voltage theoretical value, the excitation current common-mode voltage error calculated by the d-axis voltage error calculation means, and the theoretical value D-axis voltage command calculation means for calculating the excitation current common-mode voltage command that is in phase with the excitation current based on the excitation current common-mode voltage theoretical value calculated by the calculation means; and the q-axis voltage error calculation means calculated by the q-axis voltage error calculation means The torque current common mode voltage command that is in phase with the torque current is calculated based on the torque current common mode voltage error and the torque current common mode voltage theoretical value calculated by the theoretical value calculation means. Q-axis voltage command calculation means, and when the excitation current common-mode voltage error calculated by the d-axis voltage error calculation means exceeds a preset threshold, and the q-axis voltage error calculation means When the calculated torque current common-mode voltage error exceeds a preset threshold, when the output of the averaging circuit that receives the excitation current common-mode voltage error exceeds a preset threshold, and the torque current A voltage error detector is provided that displays at least one of the four conditions when the output of the averaging circuit that receives the common-mode voltage error as an input exceeds a preset threshold. It is characterized by.

本発明のモータの制御装置によれば、特殊な治具等を必要とせず、簡易な構成によりモータの検査を実施することができ、故障初期段階でのモータの異常を検出することができる。   According to the motor control apparatus of the present invention, a special jig or the like is not required, the motor can be inspected with a simple configuration, and the abnormality of the motor at the initial stage of failure can be detected.

本発明に係るモータの制御装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本発明によるモータの制御装置の一実施形態を示すブロック図であり、図２は、本発明による電圧誤差検出器の一実施形態を示すブロック図である。なお、図３に示す従来のモータの制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略する。   An embodiment of a motor control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a motor control apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a voltage error detector according to the present invention. The same components as those of the conventional motor control device shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is redundant.

ｄ軸電圧誤差算出部５とｑ軸電圧誤差算出部７は、それぞれ電圧誤差検出器１８に接続している。ｄ軸電圧誤差算出部５は、励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃを電圧誤差検出器１８に出力し、ｑ軸電圧誤差算出部は、トルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃを電圧誤差検出器１８に出力する。電圧誤差検出器１８は、それら入力される値に基づいてモータ１４の状態が異常であるかを検出し、異常である場合、その状態を上位制御装置１に出力する。以下、電圧誤差検出器１８の具体的な実施形態について図２を用いて説明する。   The d-axis voltage error calculation unit 5 and the q-axis voltage error calculation unit 7 are each connected to a voltage error detector 18. The d-axis voltage error calculation unit 5 outputs the excitation current common-mode voltage error ΔVdc to the voltage error detector 18, and the q-axis voltage error calculation unit outputs the torque current common-mode voltage error ΔVqc to the voltage error detector 18. The voltage error detector 18 detects whether or not the state of the motor 14 is abnormal based on these input values, and outputs the state to the host controller 1 if it is abnormal. Hereinafter, a specific embodiment of the voltage error detector 18 will be described with reference to FIG.

電圧誤差検出器１８は、比較器１８２，１８５，１８７，１８９と、ＯＲ回路１９１と、状態表示器１９２とを有する。比較器１８２は、ｄ軸電圧誤差算出部５から入力される励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃと、予め設定された閾値Ｒｅｆ１とを比較する。そして、励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃの大きさが閾値Ｒｅｆ１を超えた場合、比較器１８２は信号をＯＲ回路１９１に出力する。また、比較器１８５は、ｄ軸電圧誤差算出部５から入力される励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃを入力とする一次遅れ回路１８３の出力と、予め設定された閾値Ｒｅｆ２とを比較する。そして、一次遅れ回路１８３の出力の大きさが閾値Ｒｅｆ２を超えた場合、比較器１８５は、信号をＯＲ回路１９１に出力する。また、比較器１８７は、ｑ軸電圧誤差算出部７から入力されるトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃと、予め設定された閾値Ｒｅｆ３とを比較する。そして、トルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃの大きさが閾値Ｒｅｆ３を超えた場合、比較器１８７は、信号をＯＲ回路１９１に出力する。さらに、比較器１８９は、ｑ軸電圧誤差算出部７から入力されるトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃを入力とする一次遅れ回路１８８の出力と、予め設定された閾値Ｒｅｆ４とを比較する。そして、一次遅れ回路１８８の出力の大きさが閾値Ｒｅｆ４を超えた場合、比較器１８９は、信号をＯＲ回路１９１に出力する。ＯＲ回路１９１は、比較器１８２，１８５，１８７，１８９の少なくとも１つの信号が入力された場合に、それを状態表示器１９２に出力する。状態表示器１９２は、入力された信号によりモータ１４の状態が異常であることを検出し、その状態Ｗ１を表示し上位制御装置１に出力する。これにより、モータ１４を検査することができる。   The voltage error detector 18 includes comparators 182, 185, 187 and 189, an OR circuit 191 and a status indicator 192. The comparator 182 compares the excitation current common-mode voltage error ΔVdc input from the d-axis voltage error calculation unit 5 with a preset threshold value Ref1. When the magnitude of the excitation current common-mode voltage error ΔVdc exceeds the threshold value Ref1, the comparator 182 outputs a signal to the OR circuit 191. The comparator 185 also compares the output of the primary delay circuit 183 that receives the excitation current common-mode voltage error ΔVdc input from the d-axis voltage error calculation unit 5 with a preset threshold value Ref2. When the magnitude of the output of the first-order lag circuit 183 exceeds the threshold value Ref2, the comparator 185 outputs a signal to the OR circuit 191. The comparator 187 compares the torque current common-mode voltage error ΔVqc input from the q-axis voltage error calculation unit 7 with a preset threshold value Ref3. When the magnitude of the torque current common-mode voltage error ΔVqc exceeds the threshold value Ref3, the comparator 187 outputs a signal to the OR circuit 191. Further, the comparator 189 compares the output of the primary delay circuit 188 that receives the torque current common-mode voltage error ΔVqc input from the q-axis voltage error calculation unit 7 with a preset threshold value Ref4. When the magnitude of the output of the first-order lag circuit 188 exceeds the threshold value Ref4, the comparator 189 outputs a signal to the OR circuit 191. When the OR circuit 191 receives at least one signal from the comparators 182, 185, 187, and 189, the OR circuit 191 outputs the signal to the status display 192. The state indicator 192 detects that the state of the motor 14 is abnormal based on the input signal, displays the state W1 and outputs the state W1. Thereby, the motor 14 can be inspected.

モータ１４がブラシレスＤＣモータの場合におけるモータの制御装置の具体的な実施形態について説明する。巻線抵抗をＲ、インダクタンス値をＬ、電気角周波数をωｅ、モータ速度をω、誘起電圧定数をＫｅとした場合、励磁電流同相電圧理論値Ｖｄ及びトルク電流同相理論値Ｖｑの電圧方程式は、一般的に（１）式および（２）式で表される。
Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ＋ωｅ・Ｌ・Ｉｑ ・・・（１）
Ｖｑ＝Ｒ・Ｉｑ−ωｅ・Ｌ・Ｉｄ＋ω・Ｋｅ ・・・（２） A specific embodiment of the motor control device when the motor 14 is a brushless DC motor will be described. When the winding resistance is R, the inductance value is L, the electrical angular frequency is ωe, the motor speed is ω, and the induced voltage constant is Ke, the voltage equation of the excitation current common mode voltage theoretical value Vd and the torque current common mode theoretical value Vq is Generally, it is represented by the formulas (1) and (2).
Vd = R · Id + ωe · L · Iq (1)
Vq = R · Iq−ωe · L · Id + ω · Ke (2)

図１に示されるモータの制御装置の場合、モータの定数がほぼ理論通りに製造されており、励磁電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｄｆｆに（１）式で算出されるＶｄを出力し、トルク電流同相電圧フィードフォワード値Ｖｑｆｆに（２）式で算出されるＶｑを出力した場合、インバータ部１１が理論値通りの３相のｕ，ｖ，ｗ相電流を出力する。その結果、励磁電流指令値Ｉｄｃと励磁電流検出値Ｉｄｄは同値となるため、ｄ軸電圧誤差算出部５の出力値である励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃは０となる。一方、トルク電流指令値Ｉｑｃとトルク電流検出値Ｉｑｄは同値となるため、ｑ軸電誤差算出部７の出力値であるトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃは０となる。しかし、製造不良等により巻線抵抗Ｒ、インダクタンス値Ｌ、および誘起電圧定数Ｋｅの少なくとも１つが理論値よりずれていた場合、励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃおよびトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃが発生する。この場合、電圧誤差検出器１８によりモータ１４の状態が異常であることが検出できる。   In the case of the motor control device shown in FIG. 1, the motor constants are manufactured almost theoretically, and the excitation current common-mode voltage feedforward value Vdff is output as Vd calculated by the equation (1), and the torque current common-mode is output. When Vq calculated by the equation (2) is output as the voltage feedforward value Vqff, the inverter unit 11 outputs three-phase u, v, and w phase currents as theoretical values. As a result, the excitation current command value Idc and the excitation current detection value Idd have the same value, so the excitation current common-mode voltage error ΔVdc, which is the output value of the d-axis voltage error calculation unit 5, becomes zero. On the other hand, since the torque current command value Iqc and the detected torque current value Iqd have the same value, the torque current common-mode voltage error ΔVqc, which is the output value of the q-axis electric error calculation unit 7, becomes zero. However, when at least one of the winding resistance R, the inductance value L, and the induced voltage constant Ke deviates from the theoretical value due to a manufacturing defect or the like, an excitation current common mode voltage error ΔVdc and a torque current common mode voltage error ΔVqc are generated. In this case, the voltage error detector 18 can detect that the state of the motor 14 is abnormal.

また、急に電流指令が変化した場合は、モータの定数によっては制御遅れ等により、励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃ、トルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃが一瞬大きく発生し、モータ１４の状態が異常であると誤検出する場合がある。この場合は、電圧誤差検出器１８内における、励磁電流同相電圧誤差ΔＶｄｃの一次遅れ回路１８３の出力およびトルク電流同相電圧誤差ΔＶｑｃの一次遅れ回路１８８の出力からモータ１４の状態が異常であることを検出する。   Also, if the current command suddenly changes, depending on the motor constant, the excitation current common-mode voltage error ΔVdc and the torque current common-mode voltage error ΔVqc occur momentarily due to a control delay or the like, and the state of the motor 14 is abnormal. There is a case of false detection. In this case, the state of the motor 14 is abnormal from the output of the primary delay circuit 183 of the excitation current common-mode voltage error ΔVdc and the output of the primary delay circuit 188 of the torque current common-mode voltage error ΔVqc in the voltage error detector 18. To detect.

以上に説明したように、本発明によるモータの制御装置によれば、モータ１４の検査をするために、特殊な治具等を必要とせず、モータ１４を検査することができる。これにより、製造費をコストアップさせなくてもモータ１４を検査することができる。また、経年変化を原因とする絶縁劣化等に対し、モータ１４が完全に故障する前、すなわち故障初期段階でのモータ１４の異常を検出できるようになるため、故障予防保全が可能となる。   As described above, according to the motor control device of the present invention, in order to inspect the motor 14, the motor 14 can be inspected without requiring a special jig or the like. Thereby, the motor 14 can be inspected without increasing the manufacturing cost. Further, since it is possible to detect an abnormality of the motor 14 before the motor 14 completely fails, that is, at the initial stage of the failure, with respect to insulation deterioration caused by secular change, failure preventive maintenance is possible.

本発明によるモータの制御装置の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the control apparatus of the motor by this invention. 本発明による電圧誤差検出器の一実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an embodiment of a voltage error detector according to the present invention. FIG. 従来のモータの制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of the conventional motor. 従来の別のモータの制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of another conventional motor. 従来の過電流検出器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional overcurrent detector.

符号の説明Explanation of symbols

１ 上位制御装置、２，４，６ 減算器、３ 電流指令値算出部、５ ｄ軸電圧誤差算出部、７ ｑ軸電圧誤差算出部、８ 電圧フィードフォワード値算出部、９，１０ 加算器、１１ インバータ部、１２ ｕ相電流検出器、１３ ｖ相電流検出器、１４ モータ、１５ 位置検出器、１６ 電流検出値変換部、１７ 微分器、１８ 電圧誤差検出器、２１ 過電流検出器、２２ 負荷モータ、２３ トルク変換器、２４ トルク検出器、１８２，１８５，１８７，１８９ 比較器、１８３，１８８ 一次遅れ回路、１９１，２１５ ＯＲ回路、１９２，２１６ 状態表示器、２１２，２１４ 比較器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-order control apparatus, 2, 4, 6 subtractor, 3 Current command value calculation part, 5 d-axis voltage error calculation part, 7 q-axis voltage error calculation part, 8 Voltage feedforward value calculation part, 9, 10 Adder, 11 Inverter unit, 12 u-phase current detector, 13 v-phase current detector, 14 motor, 15 position detector, 16 current detection value conversion unit, 17 differentiator, 18 voltage error detector, 21 overcurrent detector, 22 Load motor, 23 torque converter, 24 torque detector, 182, 185, 187, 189 comparator, 183, 188 primary delay circuit, 191, 215 OR circuit, 192, 216 status indicator, 212, 214 comparator.

Claims (1)

直流電源から変換された三相交流電流により駆動される工作機械用のモータの制御装置であって、
モータに設けられ、ロータの位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器の位置検出値から速度検出値を算出する速度検出値算出手段と、
前記速度検出値と速度指令とにより算出される速度偏差に基づいて、トルク電流指令値と励磁電流指令値とからなる二相の指令値を算出する二相指令値算出手段と、
前記モータの三相の電流を検出し、その検出値を、トルク電流検出値と励磁電流検出値とからなる二相の検出値に変換する二相検出値変換手段と、
トルク電流同相電圧指令と励磁電流同相電圧指令とからなる二相指令を、前記モータの電流を制御するための三相電圧指令に変換する三相電圧指令変換手段と、
を備えたモータの制御装置において、
前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とに基づいて励磁電流と同相である励磁電流同相電圧誤差を算出するｄ軸電圧誤差算出手段と、
前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とに基づいてトルク電流と同相であるトルク電流同相電圧誤差を算出するｑ軸電圧誤差算出手段と、
前記速度検出値と前記励磁電流指令値と前記トルク電流指令値とに基づき二相の電流同相電圧理論値である励磁電流同相電圧フィードフォワード値とトルク電流同相電圧フィードフォワード値を算出するフィードフォワード値算出手段と、
前記ｄ軸電圧誤差算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧誤差と、前記フィードフォワード値算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧フィードフォワード値とに基づいて励磁電流と同相である前記励磁電流同相電圧指令を算出するｄ軸電圧指令算出手段と、
前記ｑ軸電圧誤差算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧誤差と、前記フィードフォワード値算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧フィードフォワード値とに基づいてトルク電流と同相である前記トルク電流同相電圧指令を算出するｑ軸電圧指令算出手段と、
を備え、
さらに、前記ｄ軸電圧誤差算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧誤差と、前記ｑ軸電圧誤差算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧誤差とに基づいてモータ異常を検出する電圧誤差検出器とを備え、
前記電圧誤差検出器が、前記ｄ軸電圧誤差算出手段が算出した前記励磁電流同相電圧誤差が予め設定された閾値を超えた場合と、前記ｑ軸電圧誤差算出手段が算出した前記トルク電流同相電圧誤差が予め設定された閾値を超えた場合と、当該励磁電流同相電圧誤差を入力とする平均化回路の出力が予め設定された閾値を超えた場合と、当該トルク電流同相電圧誤差を入力とする平均化回路の出力が予め設定された閾値を超えた場合との４つの条件のうち少なくとも１つを満たした場合、絶縁劣化または製造不良によるモータ異常であると検出することを特徴とするモータの制御装置。 A control device for a motor for a machine tool driven by a three-phase alternating current converted from a direct current power source,
A position detector provided in the motor for detecting the position of the rotor;
Speed detection value calculation means for calculating a speed detection value from the position detection value of the position detector ;
Two-phase command value calculating means for calculating a two-phase command value comprising a torque current command value and an excitation current command value based on a speed deviation calculated from the speed detection value and the speed command;
Two-phase detection value conversion means for detecting a three-phase current of the motor and converting the detection value into a two-phase detection value composed of a torque current detection value and an excitation current detection value;
A three-phase voltage command conversion means for converting a two-phase command comprising a torque current common-mode voltage command and an excitation current common-mode voltage command into a three-phase voltage command for controlling the motor current;
In a motor control device comprising:
D-axis voltage error calculation means for calculating an excitation current common-mode voltage error that is in phase with the excitation current based on the excitation current command value and the excitation current detection value;
Q-axis voltage error calculation means for calculating a torque current common-mode voltage error that is in phase with the torque current based on the torque current command value and the torque current detection value;
Feedforward value to calculate the speed detection value and the exciting current command value and the torque current command value excitation current common-mode voltage feed-forward value is a current phase voltage theoretical value of the two-phase based on the torque current common-mode voltage feed-forward value A calculation means;
Said excitation current common mode voltage errors the d-axis voltage error calculation means has calculated, the feedforward value calculating means is excitation current in phase based on said excitation current common-mode voltage feed-forward value calculated is the exciting current phase voltage D-axis voltage command calculation means for calculating a command;
And the torque current common mode voltage errors the q-axis voltage error calculation means has calculated, the feedforward value calculating means is a torque current in phase on the basis of said torque current common-mode voltage feed-forward value calculated is the torque current phase voltage Q-axis voltage command calculation means for calculating a command;
With
A voltage error detector for detecting a motor abnormality based on the excitation current common-mode voltage error calculated by the d-axis voltage error calculation unit and the torque current common-mode voltage error calculated by the q-axis voltage error calculation unit; With
When the excitation error common-mode voltage error calculated by the d-axis voltage error calculation means exceeds a preset threshold, the voltage error detector calculates the torque current common-mode voltage calculated by the q-axis voltage error calculation means. When the error exceeds a preset threshold, when the output of the averaging circuit that inputs the excitation current common-mode voltage error exceeds the preset threshold, and the torque current common-mode voltage error A motor characterized in that when at least one of four conditions of the output of the averaging circuit exceeds a preset threshold is satisfied, it is detected that the motor is abnormal due to insulation deterioration or manufacturing failure. Control device.
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