JP2006223037A

JP2006223037A - モータ制御装置とその制御方法

Info

Publication number: JP2006223037A
Application number: JP2005033032A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakajima; 健一中嶋
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】永久磁石の減磁発生を防止できるモータ制御装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】電流指令とモータ電流から電圧指令を生成する電流制御器２１と、電圧指令からＰＷＭされたゲート信号を生成するＰＷＭ制御器２２と、モータ電流をベクトル変換するベクトル変換器２３とからなる電流制御部２０と、ゲート信号を電力増幅する電力変換部１０と、モータ電流が所定値を超えた場合にはゲート信号を遮断する保護回路部３０と、で構成されるモータ制御装置において、保護回路部３０は、モータのロータの永久磁石の温度に基づいて許容減磁電流を演算する許容減磁電流演算回路３３と、モータ電流が前記許容減磁電流値を越えた場合、前記ゲート信号を遮断する過電流検出回路３２と、永久磁石の温度が許容温度を超えた場合、ゲート信号を遮断する磁石温度異常上昇検出回路３４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石をロータにもつモータの制御で、特に永久磁石の減磁を保護するモータ制御装置とその制御方法に関する。

従来の制御装置では、永久磁石モータの固定子巻線の温度のみを監視し、固定子巻線の温度が所定の値を越えた場合、制御装置の出力電流値を抑制して、回転子の永久磁石の不可逆減磁を回避しようとしている。（例えば、特許文献１参照）。また、永久磁石モータの回転子の永久磁石の温度のみを推定演算し、その推定した永久磁石の温度が許容値を越えた場合、制御装置の出力電流値を抑制して、永久磁石の不可逆減磁を回避しようとしているものもある。（例えば、特許文献２参照）。

図２は、従来の制御ブロック図である。図２は、負荷１に接続された永久磁石モータ２と、永久磁石モータ２の駆動を制御する駆動制御装置８とから構成されている。駆動制御装置８内には永久磁石モータ２の電機子に流れる電流を制御する電流制御部２０と、電流制御部２０から出力される制御信号を永久磁石モータ２を駆動するための電力に変換する電力変換部１０と、永久磁石モータ２を不測の事態から守る保護回路部３０が設けられている。電力変換部１０から出力された電力が永久磁石モータ２に供給され、供給された電力が永久磁石モータ２において回転子のトルクに変換されて、その回転トルクによって負荷１が駆動される。

電流制御器２１にて永久磁石モータ２の電機子に流れる電流を制御するための電圧指令値を演算し、その演算結果をＰＷＭ制御器２２に出力する。ＰＷＭ制御器２２では、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの３相の電圧を電力変換部１０より出力するためのスイッチング信号を電力変換器１１に出力する。電力変換器１１では、ＰＷＭ制御器２２より出力されたスイッチング信号に従って、永久磁石モータ２の駆動に必要となる周波数で電圧が制御され、永久磁石モータ２の各相にＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流が流れる。

過電流検出回路３２は、電流検出器１２で検出された永久磁石モータ２のｕ相、ｖ相、ｗ相に流れる電流Ｉｕ、Ｉv、Ｉｗを入力し、Ｉｕ、Ｉv、Ｉｗの各電流のうちいずれかがある許容値以上になった場合、過電流故障と判断し故障表示を行うとともにＰＷＭ制御器２２へゲート信号を即時に遮断するための信号を出力する。

コイル温度抑制回路３１は、温度検出器（固定子巻線用）５で検出した永久磁石モータ２の固定子の巻線３ｂの温度を入力し、その温度が所定の値を越えた場合、電流制御器２１へ出力電流値を抑制するように制御信号を出力する。なお、温度検出器（巻線用）５で検出する温度は永久磁石モータ２の固定子の巻線３ａあるいは巻線３ｃの温度でも良い。
このように、従来のモータ制御装置は、永久磁石モータの固定子の巻線温度が所定の値を越えないように、制御装置の出力電流値を抑制して、回転子の永久磁石の不可逆減磁を回避しようとするのである。
特開平１１−３４１８８４号公報特開２００３−２３５２８６号公報

永久磁石は、磁石温度と反磁界を発生させる減磁電流との組み合わせの状態が、ある領域の範囲に入った場合に不可逆減磁が発生するという特性をもっている。しかしながら、従来の技術では、永久磁石モータの固定子の巻線の温度のみの監視であり、減磁電流に関係する制御装置の出力電流は制御装置の保護用に設けている過電流検出回路で監視されているのみで、永久磁石の不可逆減磁が発生するメカニズムにマッチした保護方法になっていないという問題があった。また、永久磁石モータの回転子の永久磁石の温度を推定監視している場合も、減磁電流に関係する制御装置の出力電流は制御装置の保護用に設けている過電流検出回路で監視されているのみで、永久磁石の不可逆減磁が発生するメカニズムにマッチした保護方法になっていないという問題があった。
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、永久磁石の不可逆減磁の発生を防止できるモータ制御装置とその制御方法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、電流指令とモータ電流から電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令からＰＷＭされたゲート信号を生成するＰＷＭ制御器と、前記モータ電流をベクトル変換するベクトル変換器とからなる電流制御部と、前記ゲート信号を電力増幅する電力変換部と、前記モータ電流が所定値を超えた場合には前記ゲート信号を遮断する保護回路部と、で構成されるモータ制御装置において、前記保護回路部は、前記モータのロータの永久磁石温度と許容減磁電流の関係式と、許容温度を設定する定数設定器と、前記関係式に基づいて許容減磁電流を演算する許容減磁電流演算回路と、前記モータ電流が前記許容減磁電流を越えた場合、前記ゲート信号を遮断する過電流検出回路と、前記永久磁石の温度が前記許容温度を超えた場合、前記ゲート信号を遮断する磁石温度異常上昇検出回路と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置にいて、前記関係式は、あらかじめ磁石温度と減磁電流との関係を記憶しておき、制御周期ごとに前記磁石温度から遮断する減磁電流を読込み、モータ電流と比較することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記関係式は、1次式の形で記憶され、制御周期ごとに磁石温度から減磁電流を算出し、モータ電流と比較することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、電流指令とモータ電流から電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令からＰＷＭされたゲート信号を生成するＰＷＭ制御器と、前記モータ電流をベクトル変換するベクトル変換器とからなる電流制御部と、前記ゲート信号を電力増幅する電力変換部と、前記モータ電流が所定値を超えた場合には前記ゲート信号を遮断する保護回路部と、で構成されるモータ制御方法において、永久磁石温度と許容減磁電流の関係式と永久磁石許容温度を設定するステップと、永久磁石モータの永久磁石に取り付けた温度センサから永久磁石温度を読込むステップと、前記関係式を用いて、前記永久磁石温度から許容減磁電流を読み出すステップと、モータ電流と許容減磁電流を比較するステップと、モータ電流が許容減磁電流よりも大きい場合はゲート信号を遮断するステップと、前記永久磁石温度が前記許容温度を比較するステップと、前記永久磁石温度が前記許容温度を超えた場合はゲート信号を遮断するステップと、を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータ制御方法において、前記関係式は、あらかじめ永久磁石温度と許容減磁電流との関係を記憶しておくことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のモータ制御方法において、前記関係式は、永久磁石温度と許容減磁電流の関係を、１次式で記憶しておくことを特徴とするものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によると、永久磁石の不可逆減磁の発生を防止できるモータ制御装置を提供することができる。
請求項４乃至請求項６に記載の発明によると、永久磁石の不可逆減磁の発生を未然に防止するモータ制御方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の制御ブロック図である。図１において１は負荷、２は永久磁石モータ、３ａ〜３ｃはモータのステータ巻線、４ａ〜４ｄはモータのロータに配置された永久磁石、５はステータ巻線の温度検出器、６はロータの永久磁石の温度検出器、７はスリップリング、８はモータ制御装置である。また、モータ制御装置８の中の１０は電力変換部、２０は電流制御部、３０は保護回路部である。さらに、電力変換部１０の中の１１は電力変換器、１２は電流検出器であり、電流制御部２０の中の２１は電流制御器、２２はＰＷＭ制御器であり、保護回路部３０の中の３２は過電流検出回路、３３は許容減磁電流演算器、３４は磁石温度異常上昇検出回路、３５は定数設定器である。

次に動作について説明する。電流制御器２１は電流指令Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆとモータ電流Ｉｄｆｂ、Ｉｑｆｂから電圧指令を生成し、不図示のベクトル変換器を介して３相電圧指令Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆを生成する。ＰＷＭ変換器２２は電圧指令Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆから３相のＰＷＭされたゲート信号を生成する。電力変換器１１はゲート信号を電力増幅し、永久磁石モータに電流を供給して駆動する。電流検出器１２は、３相のモータ電流を検出してＩｕｆｂ、Ｉｖｆｂ、Ｉｗｆｂを生成する。ベクトル変換器２３は３相電流検出値Ｉｕｆｂ、Ｉｖｆｂ、Ｉｗｆｂからモータ電気角によりベクトル変換し、Ｉｄｆｂ、Ｉｑｆｂを生成する。温度検出器６は永久磁石モータ２のロータの永久磁石４ｃの温度を検出する。永久磁石温度はスリップリング７を介して、許容減磁電流演算回路３３及び磁石温度異常上昇検出回路３４へ伝送される。なお、温度検出器６で検出する温度は永久磁石４ａ、永久磁石４ｂあるいは永久磁石４ｄの温度でも良い。また、定数設定器３５は、許容減磁電流演算回路３３で必要なパラメータである磁石温度Ｔ₁、磁石温度Ｔ_２、減磁電流Ｉ_１、減磁電流Ｉ_２を設定するとともに、磁石温度異常上昇検出回路３４で必要なパラメータである磁石温度許容上限値Ｔmaxを設定する。定数設定器３５で設定されるパラメータの値は、永久磁石モータ２のロータに使用される永久磁石４ａ〜４ｄの磁石温度−減磁電流特性にあわせたものである。許容減磁電流演算回路３３は、温度検出器６より入力された磁石温度値に対する許容減磁電流値を定数設定器３５で設定された磁石温度−減磁電流特性に従って関係式を定め、関係式から自動的に演算して、過電流検出回路３２へ出力する。なお、許容減磁電流演算回路３３の磁石温度−減磁電流特性において、右上側の斜線部が不可逆減磁領域となり、永久磁石温度と許容減磁電流の関係式を不可逆減磁領域に入りこまないように定める。関係式は１次式でもいいし、図４に示すように非線形な曲線をメモリに記憶したテーブルを参照して、1次近似で許容減磁電流を求めてもよい。例えば、図４で、テーブルにｎ個の値（Ｔ_１、Ｉ_１）〜（Ｔ_ｎ、Ｉ_ｎ）が記憶されているとき、永久磁石の温度がＴ_ｋ−１＜Ｔ＜＝Ｔ_ｋのときは、Ｉ＝Ｉ_ｋ−１−（Ｔ−Ｔ_ｋ−１）（Ｉ_ｋ−Ｉ_ｋ−１）／（Ｔ_ｋ−Ｔ_ｋ−１）として算出できる。過電流検出回路３２は電流検出器１２で検出された電流Ｉｕｆｂ、Ｉvｆｂ、Ｉｗｆｂを入力し、Ｉｕｆｂ、Ｉvｆｂ、Ｉｗｆｂの各電流のうちいずれかが、許容減磁電流演算回路３２から入力された許容減磁電流値以上になった場合、過電流故障と判断し故障表示を行うとともにＰＷＭ制御器２２へのゲート信号を即時に遮断する。磁石温度異常上昇検出回路３４は温度検出器６より入力された磁石温度値が定数設定器３３で設定された磁石温度許容上限値Ｔmaxを越えた場合、磁石温度異常上昇と判断し故障表示を行うとともにＰＷＭ制御器２２へのゲート信号を即時に遮断する。

図３は、本発明の制御方法を示すフローチャートである。図３において、まずステップＳＴ１で永久磁石温度と許容減磁電流の関係式と、永久磁石の許容温度を設定する。次にステップＳＴ２で永久磁石温度をモータロータの永久磁石に取り付けられた温度検出器から読みこむ。次にステップＳＴ３で３永久磁石温度から関係式を参照して許容減磁電流を読み出す。次にステップＳＴ４でモータ電流と許容減磁電流を比較する。モータ電流が許容電流以下であればステップＳＴ５に移行し、許容値以上であればステップＳＴ６でゲート信号を遮断する。次にステップＳＴ５で永久磁石の温度が許容温度が比較される。永久磁石が許容温度以下であれば終了し、次の制御周期まで待機する。許容温度以上であればゲート信号を遮断する。

以上述べたように、本発明によれば、あらゆる操業運転状態において、永久磁石の温度上昇の変化及び、駆動制御装置の出力電流の変化に対して、自動的に永久磁石モータの永久磁石の不可逆減磁の発生を回避することができるの一般産業機械をはじめロボットや工作機械などの用途へも適用が期待できる。

本発明のＩＰＭモータの制御装置の実施例の構成を示す制御ブロック図従来のＩＰＭモータの制御装置の構成を示す制御ブロック図本発明の方法を示すフローチャート本発明の許容減磁電流を算出するための参考図

符号の説明

１負荷
２永久磁石モータ
３ａ、３ｂ、３ｃステータ巻線
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ永久磁石
５ステータ巻線の温度検出器
６ロータ永久磁石の温度検出器
７スリップリング
８モータ制御装置
１０電力変換部
１１電力変換器
１２電流検出器
２０電流制御部
２１電流制御器
２２ＰＷＭ制御器
２３ベクトル変換器
３０保護回路部
３１コイル温度抑制回路
３２過電流検出回路
３３許容減磁電流演算回路
３４磁石温度異常上昇検出回路
３５定数設定器

Claims

電流指令とモータ電流から電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令からＰＷＭされたゲート信号を生成するＰＷＭ制御器とからなる電流制御部と、前記ゲート信号を電力増幅する電力変換部と、前記モータ電流が所定値を超えた場合には前記ゲート信号を遮断する保護回路部と、で構成されるモータ制御装置において、
前記保護回路部は、
前記モータのロータの永久磁石温度と許容減磁電流の関係式と、許容温度を設定する定数設定器と、
前記関係式に基づいて許容減磁電流を演算する許容減磁電流演算回路と、
前記モータ電流が前記許容減磁電流を越えた場合、前記ゲート信号を遮断する過電流検出回路と、
前記永久磁石の温度が前記許容温度を超えた場合、前記ゲート信号を遮断する磁石温度異常上昇検出回路と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
前記関係式は、あらかじめ磁石温度と減磁電流との関係を記憶しておき、制御周期ごとに前記磁石温度から遮断する減磁電流を読込み、モータ電流と比較することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
前記関係式は、1次式の形で記憶され、制御周期ごとに磁石温度から減磁電流を算出し、モータ電流と比較することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
電流指令とモータ電流から電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令からＰＷＭされたゲート信号を生成するＰＷＭ制御器とからなる電流制御部と、前記ゲート信号を電力増幅する電力変換部と、前記モータ電流が所定値を超えた場合には前記ゲート信号を遮断する保護回路部と、で構成されるモータ制御方法において、
永久磁石温度と許容減磁電流の関係式と永久磁石許容温度を設定するステップと、
永久磁石に取り付けた温度センサから永久磁石温度を読込むステップと、
前記関係式を用いて、前記永久磁石温度から許容減磁電流を読み出すステップと、
モータ電流と許容減磁電流を比較するステップと、
モータ電流が許容減磁電流よりも大きい場合はゲート信号を遮断するステップと、
前記永久磁石温度と前記許容温度を比較するステップと、
前記永久磁石温度が前記許容温度を超えた場合はゲート信号を遮断するステップと、
を備えたことを特徴とするモータ制御方法。
前記関係式は、あらかじめ永久磁石温度と許容減磁電流との関係を記憶しておくことを特徴とする請求項４記載のモータ制御方法。
前記関係式は、永久磁石温度と許容減磁電流の関係を、１次式で記憶しておくことを特徴とする請求項４記載のモータ制御方法。