TWI691159B - 馬達控制裝置 - Google Patents

Abstract

所被提供之馬達控制裝置係可一邊抑制縮短電力用半導體元件的功率循環壽命及熱循環壽命，一邊增加馬達控制裝置的最大電流，且加大馬達的最大轉矩。馬達控制裝置係具有：馬達；及控制馬達的控制部，控制部係若瞬間驅動馬達，當馬達的速度的絕對值為未達預定值之時，隨著前述速度的絕對值的增加，增加馬達的轉矩的絕對值的最大值。

Description

馬達控制裝置

本發明之一實施形態係關於馬達控制裝置。

近年來，在具備馬達的機械裝置中，為了減小使用該機械裝置的製造成本，圖求縮短循環時間。為縮短該循環時間，例如驅動機械裝置的馬達的最高速度被提高。但是，馬達的最高速度係受到動力傳達機構限制。因此，在提高馬達的最高速度時會有限制。

另一方面，為縮短循環時間，亦考慮縮短馬達的加速及減速的時間。此係藉由例如加大馬達的最大轉矩來實現。為加大馬達的最大轉矩，例如增加馬達控制裝置的最大輸出電流。但是，在馬達控制裝置的反流器部所使用的電力用半導體元件，係有對最大輸出電流的限制。因此，難以單純地增加馬達控制裝置的輸出電流。

因此，考慮例如在馬達控制裝置設置電力用半導體元件的保護功能。保護功能係將例如流至電力用半導體元件的電流值限制為在一定值以內。藉此，抑制在電 力用半導體元件流通最大輸出電流以上的電流。

尤其，在驅動同步電動機的馬達控制裝置中，若欲由呈停止狀態(未旋轉的狀態)的馬達取得轉矩，電流集中流至特定的相(1個相)。此時，有在該特定的相的電力用半導體元件流通最大輸出電流以上的電流的可能性。保護功能係即使在欲由呈停止狀態的馬達取得轉矩的情形下，亦抑制該元件所容許的值以上的電流流至電力用半導體元件。

此外，過負荷保護功能係若超出額定的電流正在流通的時間為預定時間以上時，即判斷為過負荷狀態，來保護電力用半導體元件。預定時間係依例如馬達電流對連續額定的比例而定。藉此，藉由連續額定以上的電流，抑制電力用半導體元件的負荷過大。亦即，該過負荷保護功能係抑制依該負荷率所被容許的電流以上的電流流至電力用半導體元件。

與增加馬達控制裝置的最大輸出電流值的技術相關，在日本特開平9-93953號公報中記載一種反流器的過負荷積分跳脫電路。該過負荷積分跳脫電路係具備有：積分器、及比較器。積分器係將反流器的負荷量與預定量的差進行積分。比較器係當積分器的輸出為超出預定值時，輸出反流器的跳脫訊號。

該過負荷積分跳脫電路係具有過負荷積分時間特性。亦即，在該過負荷積分跳脫電路，在比預定的頻率為更低的頻率範圍，係增加藉由積分器所得之積分量。

在該技術中，若電流集中在特定的相的電力用半導體元件，可運轉的時間即被縮短。藉此，可一邊抑制過負荷，一邊增加馬達控制裝置的最大輸出電流，且加大轉矩。

但是，在被使用在推碰等的馬達控制裝置中，呈停止狀態的馬達以一定時間輸出轉矩。因此，難以應用日本特開平9-93953號公報的技術。尤其，在日本特開平9-93953號公報的技術中，在低速域的過負荷檢測時間短。因此，藉由在中途作用保護功能，有馬達的轉矩輸出停止的可能性。

另一方面，在電力用半導體元件係有功率循環壽命或熱循環壽命。在推碰等用途中，若增加馬達控制裝置的最大輸出電流，由於特定的相的溫度變化激烈，會有該等的壽命縮短的可能性。

在急遽進行加減速的用途中，亦若將馬達由停止狀態急加速時，最大電流會流至特定的相。即使在以急減速使馬達停止的情形下，亦為最大電流會流至特定的相。若反覆來自相同位置的加速、或停止在相同位置，有特定的相的壽命縮短的可能性。

在日本特開平9-93953號公報的技術中，以改善在低速時作用保護動作之例而言，有日本特開2002-218779號公報的技術。

在日本特開2002-218779號公報，係揭示藉由具有保護功能的AC伺服驅動器，來控制AC伺服馬達的技術。 更具體而言，日本特開2002-218779號公報所記載之AC伺服馬達的過負荷保護裝置係藉由AC伺服馬達來控制機械裝置。

該AC伺服馬達的過負荷保護裝置係具有過負荷限制部。該過負荷限制部係透過被設在AC伺服驅動器的速度監控部，導入藉由被設在AC伺服馬達的速度檢測器所被檢測到的速度訊號。該過負荷限制部係具有如以下所示之限制器特性。亦即，該過負荷限制部係所被導入的速度訊號，在至±N1的期間，係將對AC伺服馬達的輸出訊號設定為最低轉矩限制器值(AC伺服馬達的額定轉矩的100%)。另一方面，該過負荷限制部係當速度訊號超越±N1而成為±N2時，係將對AC伺服馬達的輸出訊號設定為最大轉矩限制器值(AC伺服馬達的額定轉矩的300%)。

如上所示在日本特開2002-218779號公報的技術中，在速度訊號至±N1的期間，對AC伺服馬達的輸出訊號被設定為最低轉矩限制器值(AC伺服馬達的額定轉矩的100%)。藉此，藉由過負荷的異常監視功能，抑制AC伺服馬達及系統全體停止的情形。

但是，如上所述，在日本特開平9-93953號公報的技術中，在低速域的過負荷檢測時間短。因此，藉由在中途作用保護功能，有馬達的轉矩輸出停止的可能性。

此外，在日本特開2002-218779號公報的手法中，在速度訊號至±N1的期間，轉矩會變小。因此，若將平常的 馬達進行加減速，會有加減速的時間變長的問題。因此，難以縮短循環時間。

本發明係為解決上述課題而完成。本發明中的1個目的在提供如以下所示之馬達控制裝置。該馬達控制裝置係可一邊抑制縮短電力用半導體元件的功率循環壽命及熱循環壽命，一邊增加馬達控制裝置的最大電流，且加大馬達的最大轉矩。

本發明之一實施形態之馬達控制裝置係具有：馬達；及控制前述馬達的控制部，前述控制部係若瞬間驅動前述馬達，當前述馬達的速度的絕對值為未達預定值之時，隨著前述速度的絕對值的增加，增加前述馬達的轉矩的絕對值的最大值。

較適為前述控制部係具有控制被供給至前述馬達的電力的半導體，當前述馬達的速度的絕對值為零之時的前述馬達的轉矩的絕對值的最大值亦即T1，係依前述半導體的接面溫度、功率循環壽命、及熱循環壽命的至少1個以上予以決定。

較適為前述馬達的速度的絕對值為前述預定值以上之時的前述馬達的轉矩的絕對值的最大值亦即T3，係滿足T3>T1的關係。

較適為前述預定值係被設定為回避前述半導體的熱破壞的速度。

藉由上述馬達控制裝置，可一邊抑制縮短電力用半導體元件的功率循環壽命及熱循環壽命，一邊增加馬達控制裝置的最大電流，且加大馬達的最大轉矩。

1‧‧‧馬達控制裝置

10‧‧‧速度檢測部

11‧‧‧絕對值化部

12‧‧‧轉矩限制器部

13‧‧‧轉矩控制器

20‧‧‧馬達

21‧‧‧編碼器

100‧‧‧控制部

圖1係本發明之實施形態之馬達控制裝置的說明圖。

圖2係本發明之實施形態之馬達控制裝置的轉矩限制值的特性圖。

圖3係習知之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性圖。

圖4係本發明之實施形態之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性圖。

為了解釋，在以下詳細說明中，提出各種特定內容供徹底瞭解所揭示之實施例。不過，顯然沒有該等特定內容仍可實施一個以上之實施例。在其他情況下，以示意圖圖示周知之結構及裝置，以簡化圖示。

以下說明本發明之實施形態。

圖1係本發明之實施形態之馬達控制裝置的說明圖。

馬達控制裝置1係具有：控制部100、馬達20、及編碼器21。控制部100係具有：速度檢測部10、絕對值化部11、轉矩限制器部12、及轉矩控制器13。馬 達控制裝置1係由外部電源接受電力供給。

控制部100係驅動馬達20。馬達20的旋轉(旋轉速度)係藉由編碼器21予以檢測。被檢測到的馬達的旋轉速度(速度)係被輸入至馬達控制裝置1。

針對進行馬達20的控制的部分，進行說明。

馬達20的位置係藉由編碼器21被轉換成電訊號(以下稱為“馬達旋轉訊號”)，且被輸出至控制部100的速度檢測部10。

速度檢測部10係將馬達旋轉訊號(馬達位置訊號)進行微分而算出速度(旋轉速度)。速度檢測部10係將所算出的值(以下稱為“速度值”)輸出至絕對值化部11。

絕對值化部11係將速度值進行絕對值化。絕對值化部11係將經絕對值化的速度值作為旋轉速度值而輸出至轉矩限制器部12。

轉矩限制器部12係輸入來自絕對值化部11的馬達20的旋轉速度值(絕對值)及轉矩指令值。轉矩限制器部12係按照後述之圖2所表示的轉矩限制值的特性圖，控制被輸出至例如轉矩控制器13的值。

更具體而言，轉矩限制器部12係若轉矩指令值的絕對值為未達按每個旋轉速度值所設定的轉矩的絕對值的最大值時，將轉矩指令值照原樣直接輸出至轉矩控制器13。

另一方面，轉矩限制器部12係若轉矩指令值的絕對 值為按每個旋轉速度值所設定的轉矩的絕對值的最大值以上時，無關於轉矩指令值的值，輸出以下(1)及(2)所示之轉矩限制值。

(1)若轉矩指令值為正，為轉矩的絕對值的最大值。

(2)若轉矩指令值為負，為對轉矩的絕對值的最大值乘以-1的值。

圖2係轉矩限制值的特性圖。關於圖2，容後詳述。

轉矩控制器13係按照所被輸入的轉矩指令值或轉矩限制值來驅動馬達20。藉此，馬達20係以例如輸出預定的轉矩的方式予以控制。

藉由以上工程，控制馬達20。接著，說明本發明之實施形態中之馬達控制裝置1的轉矩限制值的特性。如前所述，圖2係本發明之實施形態中之馬達控制裝置1的轉矩限制值的特性圖。

橫軸係馬達20的旋轉速度的絕對值，亦即由絕對值化部11被輸出的旋轉速度值。縱軸係由轉矩限制器部12被輸出之轉矩限制值。亦即，縱軸係對應按每個旋轉速度的絕對值所被設定之轉矩的最大值(可容許的轉矩的最大值)的值。亦即，若馬達20的旋轉速度值在預定範圍時，馬達20係被容許在成為圖2中所示之線的內側的範圍內輸出轉矩。

在此，馬達控制裝置1的轉矩限制值係如圖2所示，對正方向或對反方向，均顯示相同特性，因此相對橫軸 (轉矩橫軸)呈對稱。

其中，圖2所示之馬達控制裝置的轉矩限制值的特性圖係表示瞬間轉矩輸出時之可容許的轉矩的最大值。

在圖2之馬達控制裝置的轉矩限制值的特性圖中，當旋轉速度值為零時，轉矩限制值成為±T1。

若旋轉速度的絕對值(旋轉速度值)由零增加至預定值的N1時，轉矩限制值的絕對值(轉矩的絕對值的最大值)即會增加。若旋轉速度值成為N1時，轉矩限制值即成為±T3。

在此，成立T3>T1的關係。同樣地，亦成立-T3<-T1的關係。

該轉矩限制值T1係當處於馬達正在停止的狀態時，亦為被設定為電力用半導體元件可保持其耐久性的值。在此，例如T1係與習知技術中之預定的馬達的旋轉速度的絕對值為零時被容許的轉矩值為同值(亦參照圖3)。亦即，T1係成為例如電流完全集中在特定的相時被容許的最大的轉矩值。

若旋轉速度值成為規定的旋轉速度值N1以上，轉矩限制器部12係將轉矩限制值設定為比旋轉速度值為零時的轉矩限制值T1為更高的一定的轉矩限制值T3。

在此，該規定的旋轉速度值N1係按照馬達20的特性，被設定為抑制因電流集中至特定的相所致之接面溫度上升、及功率循環壽命及熱循環壽命的降低的旋轉速度值。

若旋轉速度值成為旋轉速度值N1以上，不易發生電流集中至特定的相。因此，將馬達控制裝置1的最大輸出電流與以往相比較，可設定為較高的值。

以馬達控制裝置1的最大輸出電流值而言，若例如馬達電流流至馬達控制裝置1的轉矩控制器13的電力用半導體元件，可設定電力用半導體元件的接面溫度不會超過規定溫度的電流值，而且與功率循環壽命及熱循環壽命為速度零且電流集中為1相時為同等程度的電流值。亦即，例如旋轉速度值N1係被設定為回避或抑制電力用半導體元件(半導體)的熱破壞的旋轉速度值。

在以往，轉矩的最大值(轉矩限制值)止於T1。相對於此，在本實施形態中，係可一邊抑制縮短電力用半導體元件的壽命，一邊增加馬達控制裝置1的最大電流，且加大馬達20的最大轉矩。

接著，說明習知之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性、及本發明之實施形態中之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性。

圖3係習知之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性圖。圖4係本發明之實施形態中之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度的特性圖。

其中，圖2係顯示被瞬間容許的轉矩的最大值(轉矩限制值)。實際的馬達20係不僅被瞬間容許之轉矩的最大值，具有若連續出現轉矩時被容許的轉矩的最大值。圖3及圖4係顯示該等之雙方。

將表示連續驅動馬達20時之旋轉速度值(旋轉速度的絕對值)與轉矩的絕對值的最大值的關係的區域設為連續區域。將表示瞬間驅動馬達20時之旋轉速度值與轉矩最大值(轉矩的絕對值的最大值)的關係的區域設為瞬間區域。將在瞬間區域中的旋轉速度值為零的狀態下的轉矩最大值設為T1(T1值)。將在連續區域中的旋轉速度值為零的狀態下的轉矩最大值設為T2(T2值)。在此，成為T1>T2。其理由係基於若為瞬間，馬達20、及對馬達20供給電力的半導體電路等可承受高負荷之故。

如圖3所示，在習知之馬達控制裝置的轉矩-旋轉速度(旋轉速度值)的特性中，在瞬間區域中的旋轉速度值為零的狀態下的轉矩最大值為T1。至旋轉速度值由小的值成為大的值為止，轉矩最大值為一定的T1。因此，當旋轉速度值較大時，由於轉矩小，因此馬達不具效率性地驅動。

接著，說明圖4所示之本發明之實施形態中的馬達控制裝置1的轉矩-旋轉速度(旋轉速度值)的特性。如圖4所示，在瞬間區域，馬達20的旋轉速度值隨著由零增加，轉矩最大值會增加。如上所述，T1係在瞬間區域中的旋轉速度值為零的狀態下的轉矩最大值(轉矩的絕對值的最大值)。T2係在連續區域中的旋轉速度值為零的狀態下的轉矩最大值。在T1與T2之間，係成立T1>T2的關係。

其中，被供給至馬達的電力係藉由半導體(電力用半 導體元件)予以控制。T1係依半導體的接面溫度、功率循環壽命、及熱循環壽命的至少1個以上予以決定。藉此，可提高半導體的耐久性。

在本發明之實施形態中之馬達控制裝置1的轉矩-旋轉速度的特性中，在瞬間區域，係隨著旋轉速度值由零增加，轉矩最大值(轉矩限制值的絕對值)由T1增加。旋轉速度的絕對值成為預定值亦即N1以上時，轉矩最大值成為T3。亦即，控制部100係在瞬間區域，若旋轉速度值為未達預定值N1，隨著旋轉速度值的增加，使轉矩最大值增加。因此，若馬達20的旋轉速度值小，隨著旋轉速度值的增加，轉矩限制值被變更。藉此，可有效率地獲得最大限的轉矩。

此外，本發明並非限定於上述實施形態。本發明之技術係包含各種變化的構造、構成及控制。

例如，馬達控制裝置1亦可藉由程式予以控制。在上述實施形態中，轉矩限制器部12藉由限制轉矩指令值，限制由馬達控制裝置1被輸出的電流。取而代之，亦可由轉矩控制器13的電流指令限制器限制由馬達控制裝置1被輸出的電流。

其中，上述轉矩最大值T1、T2及T3的至少1個亦可藉由控制部100予以設定。

圖2的縱軸亦可謂為表示按每個旋轉速度的絕對值所可容許的轉矩的最大值。在預定的旋轉數的絕對值中，亦可被容許馬達20僅在圖2中所表示的線的內側部分的範 圍輸出轉矩。

本發明之實施形態亦可為以下之第1~第4馬達控制裝置。

第1馬達控制裝置之特徵為：具有：馬達；及控制前述馬達的控制部，前述控制部係若瞬間驅動前述馬達，在速度的絕對值為未達預定值的區域，隨著速度的絕對值的增加，使轉矩的絕對值的最大值增加。

第2馬達控制裝置係在第1馬達控制裝置中，前述控制部係具有控制供給至前述馬達的電力的半導體，當速度的絕對值為零的狀態下的轉矩的絕對值的最大值亦即T1，係依前述半導體的接面溫度、功率循環壽命、及熱循環壽命的至少1個以上予以決定。

第3馬達控制裝置係在第2馬達控制裝置中，在前述控制部，速度的絕對值為預定值的轉矩的絕對值的最大值亦即T3值係具有T3>T1的關係。

第4馬達控制裝置係在第1~第3之任何馬達控制裝置中，在前述控制部中，前述預定值係被設定為不會使前述半導體的熱破壞發生的速度。

如上所述之詳細說明之目的在舉例及描述。藉由以上教示，可進行各種修改及變更。其並非意圖詳盡或將本發明限定在此所揭示之精確形式。雖然本發明使用結構特徵及/或方法動作的特定語言來描述，但可理解申請專利範圍所界定之本發明並非侷限於上述特定特徵或動作。相反地，上述所揭示之特定特徵或動作僅為實施申請專利範圍 之示例性形式。

1‧‧‧馬達控制裝置

10‧‧‧速度檢測部

11‧‧‧絕對值化部

12‧‧‧轉矩限制器部

13‧‧‧轉矩控制器

20‧‧‧馬達

21‧‧‧編碼器

100‧‧‧控制部

Claims (4)

1. 一種馬達控制裝置，其係具有：馬達；及控制前述馬達的控制部，前述控制部係若瞬間驅動前述馬達，當前述馬達的速度的絕對值為0以上、未達預定值之時，隨著前述速度的絕對值的增加，增加前述馬達的轉矩的絕對值的最大值，前述控制部係以瞬間驅動前述馬達時的前述馬達的速度為0之時的轉矩的絕對值的最大值，大於連續驅動前述馬達時的前述馬達的速度為0之時的轉矩的絕對值的最大值的方式，驅動前述馬達。
2. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述控制部係具有控制被供給至前述馬達的電力的半導體，當前述馬達的速度的絕對值為零之時的前述馬達的轉矩的絕對值的最大值亦即T1，係依前述半導體的接面溫度、功率循環壽命、及熱循環壽命的至少1個以上予以決定。
3. 如申請專利範圍第2項之馬達控制裝置，其中，前述T1、與當前述馬達的速度的絕對值為前述預定值以上之時的前述馬達的轉矩的絕對值的最大值亦即T3，係滿足T3>T1的關係。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項之馬達控制裝置，其中，前述預定值係被設定為回避前述半導體的熱破 壞的速度。

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