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JP2010004696A - Device for estimating output, motor controller using it and motor control system - Google Patents

Device for estimating output, motor controller using it and motor control system Download PDF

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JP2010004696A JP2008162913A JP2008162913A JP2010004696A JP 2010004696 A JP2010004696 A JP 2010004696A JP 2008162913 A JP2008162913 A JP 2008162913A JP 2008162913 A JP2008162913 A JP 2008162913A JP 2010004696 A JP2010004696 A JP 2010004696A
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伸一 吉村
Hiroshi Ozaki
博司 尾崎
Masaru Nishizono
勝 西園
Satoru Doi
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Abstract

【課題】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。
【解決手段】三相同期モータ2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24と、モータ電流検出部24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25と、電流演算器25で求めた三相分のモータ電流10a−10cから三相同期モータ2が出力しているトルクを推定する出力推定部5を備え、出力推定部は、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、求めた波高値を用いて三相同期モータ2の出力を推定する。
【選択図】図1
An inexpensive, safe and reliable motor control system is provided.
A motor current detecting unit for detecting a current value of a motor current for at least two phases of a three-phase synchronous motor, and a three-phase component using a motor current for two phases detected by the motor current detecting unit. A current calculator 25 for calculating the motor current of the motor, and an output estimation unit 5 for estimating the torque output from the three-phase synchronous motor 2 from the three-phase motor currents 10a-10c determined by the current calculator 25. The output estimator detects the intersection of the two-phase motor current from the three-phase motor current detected by the current calculator, calculates the peak value from the motor current of the other phase, and uses the calculated peak value The output of the motor 2 is estimated.
[Selection] Figure 1

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。   The present invention relates to an output estimation device that estimates the torque or thrust of a three-phase synchronous motor driven by sinusoidal driving by a simple method.

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。   In a system in which a motor is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control, digital control using a microprocessor is widely performed. In order to control the motor, it is necessary to detect the motor current and the rotor position information of the motor. In the digital control, the motor information is detected at every predetermined sampling period.

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。   The torque output by the surface permanent magnet synchronous motor used in the FA servo is proportional to the motor current, so the motor output is controlled by controlling the motor current value with PWM control. The torque to be controlled can be controlled.

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。   In a system product using such a motor, an effort is made to detect the torque output from the motor and to protect the system as a safety signal for the purpose of improving controllability and safety.

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)。   Torque can be detected with high accuracy by using a strain gauge or eddy current detection type torque detector, but the system becomes large because it is mounted between the motor shaft and the load. Performance degradation due to is a problem. In order to solve this problem, as shown in FIG. 8, a method has been proposed in which torque is calculated from motor current and rotor position information (see, for example, Patent Document 1).

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
Moreover, although it is an example of an induction motor, the method of calculating | requiring by calculating a torque from the motor current and the line voltage of each phase is proposed (for example, refer patent document 2).
JP 2001-255220 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-217585

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。   However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to detect the position information of the rotor. However, the recent I / F between the motor control device and the rotor position detecting means (for example, a rotary encoder) is serial for line saving. In most cases, communication is performed, and rotor position information cannot be easily obtained from the outside. Moreover, attaching an encoder to the motor increases the cost.

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。   On the other hand, in the method of Patent Document 2, it is necessary to detect the line voltage of each phase. However, when PWM control is performed, a pulse-like waveform that is periodically coarse and dense is formed, and this waveform is shaped by a low-pass filter. However, when the voltage value is obtained, an error in amplitude or phase becomes large.

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。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inexpensive, safe and reliable motor control system.

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。
In order to solve the above-described problem, the output estimation device according to claim 1 is detected by a motor current detection unit that detects a current value of a motor current for at least two phases of a three-phase synchronous motor and the motor current detection unit. A current calculator for calculating a motor current for three phases using a motor current for two phases, and a torque output by the three-phase synchronous motor from a motor current for three phases determined by the current calculator, or An output estimator for estimating thrust, wherein the output estimator detects an intersection of two-phase motor currents from the three-phase motor currents detected by the current calculator, and calculates a peak value from the motor currents of other phases. The output is estimated using the peak value of the motor current.

また、請求項2に記載の出力推定装置は、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。   The output estimation device according to claim 2, wherein the output estimation unit detects an intersection of two-phase motor currents from three-phase motor currents obtained by the current calculator, and an intersection having a positive polarity. The crest value of the motor current is obtained between them, or the crest value of the motor current is obtained between the intersections having a negative polarity, and the output is estimated using the crest value of the motor current.

また、請求項3に記載の出力推定装置は、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。   Further, in the output estimation device according to claim 3, the motor current detection unit detects a current value of the motor current for three phases, adds the motor current for two phases, and reverses the sign and the remaining one. It is good also as a structure which compares with the electric current value of a phase, and determines with it being abnormal when a value differs.

また、請求項4に記載の出力推定装置は、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。   Further, the output estimation device according to claim 4 inputs the estimated value obtained by the output estimating unit, compares it with an output upper limit set value, and when the output upper limit set value is exceeded, the three-phase synchronous motor A command circuit that generates a command to stop the operation may be provided.

また、請求項5に記載の出力推定装置は、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。   Further, the output estimation device according to claim 5 inputs the estimated value obtained by the output estimating unit, compares it with the output upper limit set value, and reduces the motor output when the output upper limit set value is exceeded. It is good also as a structure which provided the command circuit which produces | generates a command.

また、請求項6に記載の出力推定装置は、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。   The output estimation device according to claim 6 is a motor control device that drives a three-phase synchronous motor by sinusoidal drive, and a motor current detection unit that detects a current value of a motor current of the three-phase synchronous motor; An output estimation unit for estimating the torque or thrust output from the three-phase synchronous motor from the three-phase motor current detected by the motor current detection unit, the output estimation unit detected by the motor current detection unit An intersection of two-phase motor currents is detected from three-phase motor currents, a peak value is obtained from the motor currents of other phases, and an output is estimated using the peak value of the motor current.

また、請求項7に記載の出力推定装置は、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。   The output estimation device according to claim 7, wherein the output estimation unit detects an intersection of two-phase motor currents from three-phase motor currents obtained by the current calculator, and an intersection having a positive polarity. The crest value of the motor current is obtained between them, or the crest value of the motor current is obtained between the intersections having a negative polarity, and the output is estimated using the crest value of the motor current.

また、請求項8に記載の出力推定装置は、請求項6または請求項7に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。   An output estimation device according to an eighth aspect includes a command circuit provided with an output upper limit setting value outside the motor control device according to the sixth or seventh aspect, and an output estimation unit of the motor control device. The obtained estimated value is input to the command circuit and compared with the output upper limit set value. When the estimated value exceeds the output upper limit set value, the command circuit sends a three-phase synchronous motor to the motor control device. Outputs a command to stop.

また、請求項9に記載の出力推定装置は、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。
An output estimation apparatus according to claim 9 is a motor control system for driving a three-phase synchronous motor by sinusoidal drive, and detects a current value of a three-phase synchronous motor and a motor current of the three-phase synchronous motor. A motor control device having a first output estimation unit that estimates torque or thrust output from the three-phase synchronous motor from three-phase motor currents detected by one motor current detection unit;
An output comprising a second output estimating unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for three phases detected by the second motor current detecting unit provided outside the motor control device. An estimation device and a command circuit for inputting estimated values obtained by the first and second output estimating units and comparing the estimated values with a preset set value, wherein the command circuit is a difference between two input estimated values. When the value exceeds the set value, a command to stop the three-phase synchronous motor is output to the motor control device.

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。   According to the output estimation device of the first aspect, it is not necessary to detect the position information of the rotor or the mover, and the motor output can be easily estimated only by detecting the two-phase motor current. For this reason, it is not necessary to install a torque detector, and there is no deterioration in control performance due to the installation of the coupling and the increase in the shaft length, and an inexpensive motor control system can be constructed.

また、請求項2に記載の出力推定装置によれば、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。   Further, according to the output estimation device according to claim 2, since the maximum value is detected in the area determined while detecting the motor current, it is possible to prevent the erroneous detection of the intersection of the two-phase motor current. An inexpensive motor control system that is resistant to noise can be constructed.

また、請求項3に記載の出力推定装置によれば、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。   In addition, according to the output estimation device of the third aspect, since the abnormality can be sequentially detected by the motor current for three phases, the reliability of the estimated output value is increased.

また、請求項4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。   Further, according to the output estimation device of the fourth aspect, since the system can be stopped when the estimated value exceeds the output upper limit set value, an inexpensive and highly safe motor control system can be constructed. .

また、請求項5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。   Further, according to the output estimation device of claim 5, since it is possible to operate while reducing the motor output when the estimated value exceeds the output upper limit set value, it is inexpensive with priority given to continuity of operation, A highly safe motor control system can be constructed.

また、請求項6に記載のモータ制御装置によれば、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。   Further, according to the motor control device of the sixth aspect, since the configuration of the motor current detection unit can be shared, the configuration for output estimation can be provided at low cost.

また、請求項7に記載のモータ制御装置によれば、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。   According to the motor control device of the seventh aspect, the configuration of the motor current detection unit is shared, and the intersection of the two-phase motor currents is detected by detecting the maximum value in a predetermined region while detecting the motor current. Since erroneous detection can be prevented, a configuration for output estimation that is noise-resistant can be provided at low cost.

また、請求項8に記載のモータ制御システムによれば、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。   Further, according to the motor control system of the eighth aspect, the three-phase synchronous motor can be stopped at the output value estimated by the motor control device, so that a cheaper and safer motor control system can be provided.

また、請求項9に記載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。   Further, according to the motor control system of the ninth aspect, the estimated value obtained by the two output estimating units provided inside and outside the motor control device is compared to check the abnormal state, so that the safety is higher. A motor control system can be provided.

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。
In a motor control device that drives a three-phase synchronous motor by sinusoidal drive, a motor current detector that detects a current value of a motor current of the three-phase synchronous motor, and a motor current for three phases detected by the motor current detector The output estimation unit estimates the torque or thrust output from the three-phase synchronous motor from the three-phase motor current detected by the current calculator and the intersection of the two-phase motor current Is detected, the peak value is obtained from the motor current of the other phase, and the output is estimated using the peak value of the motor current. Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. FIG. 1 shows a block diagram of a motor control system equipped with an output estimation device (torque estimation device) outside the motor control device. The role of each block will be described below.

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。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a motor control device that drives a motor by applying a voltage, 2 denotes a three-phase synchronous motor, and 3 denotes a position sensor.

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。   In the three-phase synchronous motor 2, a magnet is arranged on the rotor surface to generate magnet torque, a rotor is provided with a slit to generate only reluctance torque, or a magnet is arranged inside the rotor to generate magnet torque. That generate both torque and reluctance torque, and have been introduced into appropriate fields in consideration of efficiency, torque performance, and cost, which are characteristics of the motor.

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。   The position sensor 3 requires a CS sensor that detects only the magnetic pole position (commutation) of the rotor, high-accuracy positioning control, and high responsiveness and robustness in the FA and automobile fields. Detectors such as a rotary encoder having a resolution of 17 bits or more and a resolver having a resolution of 10 bits or more per rotation are used. Further, the I / F between the position sensor 3 and the motor control device 1 is often based on serial communication for the purpose of wire saving.

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。   The motor control device 1 drives the motor by controlling the timing of applying a voltage to the motor based on the rotor position information from the position sensor 3, and is often equipped with current control. A shunt resistor is arranged to convert the motor current into a voltage, and the converted voltage value is converted into digital data by an A / D converter.

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。   FIG. 3 shows a three-phase motor current waveform diagram, which is a sine wave having a phase difference of 2 / 3π radians, and represents U-phase, V-phase, and W-phase motor currents (10a, 10b, 10c). If Iu, Iv, Iw, and θre are electrical angles, and A is a peak value of a sine wave, the motor current detects a two-phase current, and the remaining one phase can be obtained by calculation from Equation 1 below. Such a configuration is often used for the purpose of cost reduction.

Figure 2010004696
Figure 2010004696

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。   The motor current is converted into q-axis current Iq and d-axis current Id by three-phase / two-phase conversion from the following equation 2 together with the rotor position information from position sensor 3, and q-axis and d-axis current are commanded. The motor torque is controlled by controlling the current so as to match the value.

Figure 2010004696
Figure 2010004696

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。   In order to obtain the torque output by the motor with the above configuration, it can be obtained by calculating the following Equation 3 or Equation 4.

Figure 2010004696
Figure 2010004696

Figure 2010004696
Figure 2010004696

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。   Here, Pn is the number of pole pairs of the motor, Φfa is the maximum value of the number of armature winding interlinkage magnetic fluxes linked to the winding for one phase, Φfa is obtained by converting Φfa to 3 phase / 2 phase, Φfad = Sqrt (3/2) · Φfa.

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。   In this case, the electrical angle θre of the rotor is necessary. However, since the information of the position sensor 3 is connected to the motor control device 1 by serial communication, it is difficult to detect the information of the position sensor 3 by an external system. is there.

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。   In order to solve this problem, a motor current detector 24 (configured by a current detector 4a, a current detector 4c, and an AD converter 6), a current calculator 25, and an output estimator 5 are provided outside the motor control device 1. An output estimation device is provided.

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。   The current detector 4a and the current detector 4c detect a current flowing through the motor winding and convert it into a voltage, and a CT (Current Transfer) or a resistor is used. The motor current converted into a voltage value by the current detector 4a and the current detector 4c is converted into a digital signal by the AD converter 6.

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。   The current calculator 25 adds the two-phase motor currents detected as digital signals by the AD converter 6 and obtains the remaining one-phase current by a method of sign inversion (see Equation 1).

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。   The output estimation unit 5 includes an intersection detector 30, peak detectors (31 a, 31 b, 31 c) for each phase, and an output calculator 32. The intersection detector 30 uses the three-phase motor current obtained by the current calculator 25, detects a point where the two-phase motor currents are equal, and detects the peak detectors (31a, 31b, 31c) for each phase. Output the intersection detection signals (C1 to C6). The intersection detector 30 may not be able to detect the timing at which the two-phase motor currents are equal, depending on the motor current detection sampling time of the current calculator 25. In such a case, the magnitudes of the two-phase motor currents are compared, and the intersection can be detected by the point where the magnitudes are inverted.

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。   The U-phase peak detector 31a receives the intersection signal (C2, C5) generated from the V-phase motor current 10b and the W-phase motor current 10c detected by the intersection detector 30, and the U-phase motor current at this time is input. The peak value A of the U-phase motor current 10a can be detected by storing 10a. The peak value A of each motor current can be detected by the same configuration for the V-phase motor current and the W-phase motor current.

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。   The output computing unit 32 updates the peak value A every time the peak value from each phase peak detector (31a, 31b, 31c) is input, and calculates the following formula 5 from the peak value A. The torque of the motor can be easily obtained.

Figure 2010004696
Figure 2010004696

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。
Here, Pn is the number of pole pairs of the motor, and Φfa is the maximum value of the number of armature winding linkage magnetic fluxes linked to the windings for one phase, which is a known number determined by the drive motor.

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。   The motor current detection unit 24 is configured to detect a motor for two phases, but may detect a motor current for three phases. In this case, the calculation of the current calculator 25 is not necessary.

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。
According to the output estimation apparatus of the first embodiment, the torque output from the three-phase synchronous motor can be estimated by detecting the two-phase motor current and performing simple arithmetic processing without requiring the rotor position information. As described above, since the output abnormality can be detected without using the torque detector, the safety of the system can be ensured.
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The difference from the first embodiment is the configuration for detecting the peak value of the motor current, which will be described mainly.

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。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the output estimation unit 5a, and FIGS. 5 and 6 show waveforms for detecting the peak value of the motor.

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。   The output estimation unit 5a includes an intersection detector 30a, peak updaters (33a, 33b, 33c) for each phase, and an output calculator 32.

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。   The intersection detector 30a uses the three-phase motor current obtained by the current calculator 25, and detects the points (C1 to C6) where the two-phase motor currents are equal. As in the first embodiment, the intersection detector 30a may not be able to detect the timing at which the two-phase motor currents are equal, depending on the sampling time for motor current detection of the current calculator 25. In such a case, the magnitudes of the two-phase motor currents are compared, and the intersection can be detected by the point where the magnitudes are inverted.

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。   The intersection detector 30a outputs U-phase and W-phase intersection signals (C1, C4), U-phase and V-phase intersection signals (C3, C6) to the U-phase peak updater 33a, and outputs the V-phase and U-phase signals. Are output to the peak updater 33b of the V phase and the intersection signal (C1, C4) of the W phase and the U phase (C4), the W phase. And the V-phase intersection signal (C2, C5) are output to the W-phase peak updater 33c.

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。   Next, the peak updater (33a, 33b, 33c) of each phase will be described with reference to FIGS.

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。   The U-phase peak updater 33a stores the U-phase motor current 10a in order to start peak update using the intersection signal C1 input from the intersection detector 30a. When the traveling direction of the motor is “+”, the waveform is as shown in FIG. Since the U-phase motor current is detected every sampling, the U-phase motor current 10a detected this time is compared with the stored U-phase motor current 10a, and the stored value when the detected U-phase motor current 10a is large. Is updated, and if it is smaller, the previously stored value is retained. This operation is repeated every time the motor current is detected, and the value stored when the intersection signal C3 is detected is used as the maximum value of the U-phase motor current 10a.

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。   Next, the V-phase motor current 10b is stored in order to start the peak update upon detection of the intersection signal C3. Similar to the operation of the U-phase peak updater 33a, the V-phase peak updater 33b detects the V-phase motor current 10b for each sampling, so that the detected V-phase motor current 10b and the stored V-phase motor current 10b are detected. The motor current 10b is compared, and if the V-phase motor current 10b detected this time is large, the stored value is updated, and if it is small, the previously stored value is held. This operation is repeated every time the V-phase motor current 10b is detected, and the value stored when the intersection signal C3 is detected is used as the maximum value of the U-phase motor current 10b.

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。   Further, the maximum value of the W-phase motor current 10c can be detected by the same method.

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。   Also, using the intersection signals C2, C4 and C6, the motor current stored at each intersection is compared with the motor current detected at each sampling, and the stored value is updated when the detected motor current is small. By holding the previously stored value, the minimum value of the motor current can be detected.

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。   The motor current waveform when the traveling direction is “−” is as shown in FIG. 6, and the maximum value / minimum value of the motor current can be detected by the same method as described above.

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。   If the intersection signals do not occur in the order shown in FIGS. 5 and 6, for example, the intersection signal C1 is detected, the intersection signals C3 and C5 are not detected, and the intersection signal C1 is detected again. Since the maximum value cannot be detected, the stored value is cleared as shown in the state transition diagram of FIG. 7, the intersection signal C1 is stored again, and the maximum value detection is started.

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。   FIG. 8 is a table showing the state transition diagram of FIG. 7. When detecting the intersection signal C1, detection of the maximum value of the U-phase motor current or the maximum value of the W-phase motor current is started or detected. To complete.

以上が各相のピーク検出器(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。   The above is the method of detecting the maximum / minimum value of the motor current of each phase by the peak detectors (33a, 33b, 33c) of each phase, and the peak value of the motor current can be detected at any time by this method.

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。
According to the output estimation device of the second embodiment, it is possible to estimate the torque output from the three-phase synchronous motor by detecting the two-phase motor current and performing simple arithmetic processing without requiring the rotor position information. Even when the motor current waveform is distorted, the peak value of the motor current can be detected. As described above, since the output abnormality can be detected without using the torque detector, the safety of the system can be ensured.
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the motor current detector detects the motor current for two phases, but the third embodiment detects the motor current for three phases. For this reason, the calculation of the current calculator in the first and second embodiments is not necessary. Hereinafter, the difference will be mainly described.

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。   FIG. 9 is a block diagram of an output estimation apparatus according to the third embodiment. In FIG. 9, the output estimation device installed outside the motor control device 1 includes a motor current detection unit 24a (consisting of three current detectors 4a-4c and an AD converter 6a) and an output estimation unit 5a. The motor currents for the three phases detected by the current detectors 4a-4c are input to the AD converter 6a and converted into digital signals, respectively.

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。   The three-phase motor current converted into the digital signal is input to the output estimation unit 5a, and the detected three-phase is detected using the property that the sum of the three-phase sine wave signals having a phase difference of 2 / 3π radians becomes zero. Add all the motor currents in minutes.

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。   If the calculation result is within the detection error range, the output estimation unit 5a obtains an estimated value of the output torque as in the first embodiment. On the other hand, if the calculation result is outside the detection error range, a motor abnormality or a CT, resistor, or AD converter abnormality is assumed. In this case, it is determined that the system is abnormal.

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。
The detection error can be obtained from the accuracy of CT, resistor, AD converter, and variation in the number of armature winding linkage magnetic fluxes linked to the motor windings. Since it is about 5 to 10%, the detection error range may be set to 10 to 15%. This variation range is within a few percent of accuracy when measuring devices are connected to the outside such as torque detectors, but the same variation is obtained with methods that calculate from current and voltage, or methods that use current and rotor position information. Since this is a factor, the output estimation accuracy of this method is at a level that can be used sufficiently.

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。
According to the output estimation apparatus of the third embodiment, it is possible to easily detect CT output abnormality, resistor short circuit / resistance change abnormality, and current detection abnormality caused by AD converter failure.
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described. The difference from the first to third embodiments is that a new command circuit is provided, and this point will be mainly described.

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。   FIG. 10 is a block diagram of a motor control system according to the fourth embodiment. In FIG. 10, the command circuit 22 receives the estimated torque output by the output estimation unit 5c, and outputs a command to the motor control device 1 to drive or stop the motor. In order to determine whether to drive / stop, the command circuit 22 is set with a maximum allowable torque in advance.

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。   The command circuit 22 compares the maximum allowable torque and the estimated torque value of the output estimating unit 5c, and issues a command to stop the three-phase synchronous motor when the relationship | torque estimated value |> | maximum allowable torque | Output.

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。   Further, the command circuit 22 compares the maximum allowable torque with the estimated torque value of the output estimating unit 5c, and when the relationship of | torque estimated value |> | maximum allowable torque | A command for reducing the limit value may be output to the motor control device 1.

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。
According to the present embodiment, the output torque of the three-phase synchronous motor is limited to the maximum allowable torque with a simple configuration, and the system can be stopped when an abnormality that exceeds the maximum allowable torque occurs. Further, by giving a command for further reducing the output torque of the three-phase synchronous motor, an inexpensive and highly safe system can be constructed.
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present invention will be described. The difference from the first to third embodiments is that the motor current detection unit and the output estimation unit are provided not in the motor control device 1 but in the motor control device 1.

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。   FIG. 11 is a block diagram of a motor control device according to the fifth embodiment. In FIG. 11, a motor current detection unit 24b installed in the motor control device 1 is composed of three current detectors 12a-12c and an AD converter 14, and each role is the same as in the first and second embodiments. Therefore, explanation is omitted.

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。   The three-phase motor current detected by the motor current detection unit 24b is added to the detected three-phase motor current using the property that the sum of the three-phase sine wave signals is zero by the output estimation unit 21. To do.

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。   If the calculation result is within the detection error range, the torque estimation is calculated using Equation 5 in the same manner as in the first and second embodiments, and the output torque is estimated. If the calculation result is outside the detection error range, it is assumed that the motor is abnormal, or that the CT, resistor, or AD converter is abnormal. In this case, it is determined that the system is abnormal. Since the detection error range is about ± 5 to 10% as described above, the detection error range may be set to 10 to 15%.

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。
In the present embodiment, the three-phase motor current is detected by the motor current detection unit. However, the first and second embodiments are used by utilizing at least two current detectors provided in a general motor control device. Similarly, only the motor current for two phases may be detected.

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。
According to the present embodiment, it is possible to estimate the torque output from the three-phase synchronous motor with an inexpensive configuration including only the motor control device.
(Embodiment 6)
Embodiment 6 of the present invention will be described. The difference from the fifth embodiment is that a command circuit is provided outside the motor control device to monitor the output abnormality of the three-phase synchronous motor, and this point will be mainly described.

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。   FIG. 12 is a block diagram of a motor control system according to the sixth embodiment. In FIG. 12, the command circuit 22 outputs to the motor control device 1 a command to drive or stop the three-phase synchronous motor 2. For the determination of driving / stopping, the maximum allowable torque is set in the command circuit 22 in advance, and the relationship of | torque estimated value |> | maximum allowable torque | When established, the three-phase synchronous motor is stopped.

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。   Alternatively, when the relationship of | torque estimated value |> | maximum allowable torque | is established by comparing the maximum allowable torque with the estimated torque value estimated by the output estimating unit 5c, the command circuit 22 determines the three-phase synchronous motor. A command to lower the torque limit value to the motor control device 1 may be output. Further, the command circuit 22 may be provided inside the motor control device 1.

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。
According to the present embodiment, since the motor control device estimates the output torque, it is possible to limit the output of the three-phase synchronous motor with a simpler configuration, and when an abnormality that exceeds the maximum allowable torque occurs, the system Can be stopped. Alternatively, it is possible to provide an inexpensive and highly safe motor control system by giving a command to reduce the output of the three-phase synchronous motor.
(Embodiment 7)
Embodiment 7 of the present invention will be described. The difference from Embodiments 1 to 6 is that the output estimation unit and the motor current detection unit are provided both inside and outside the motor control device, and this point will be mainly described.

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。   FIG. 13 is a block diagram of a motor control system according to the seventh embodiment. In FIG. 13, both the estimated torque value 23 obtained by the torque estimating unit 21 inside the motor control device 1 and the estimated torque value 11 obtained by the torque estimating unit 5 a installed outside the motor control device 1 are commanded together. Input to the circuit 22a.

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。   The command circuit 22a first compares the input torque estimate value 11 with the torque estimate value 23. If the difference is outside the detection error range, the command circuit 22a determines that there is an abnormality and stops the system. To the unit 16. If the difference is within the detection error range, the maximum allowable torque set in advance in the command circuit 22a is compared with the estimated torque values estimated by the torque estimating unit 5a and the torque estimating unit 21, and the | torque estimated value | If the relationship> | maximum allowable torque | is satisfied, the motor is stopped. Since the detection error range is about ± 5 to 10% as described above, the detection error range may be set to 10 to 15%.

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。   Similarly, the maximum allowable torque set in advance in the command circuit 22a is compared with the estimated torque values estimated by the torque estimating unit 5a and the torque estimating unit 21, and the relationship of | torque estimated value |> | maximum allowable torque | When the above is established, a command to reduce the torque limit value to the motor may be output to the motor control device 1.

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。
According to the present embodiment, the results of the motor current detector and the torque estimator installed inside and outside the motor control device 1 are compared by the command circuit to check the abnormal state. Can be configured.

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。   The above-described first to seventh embodiments are configured to estimate the torque (rotational system) output from the three-phase synchronous motor. However, the thrust (direct current) output from the three-phase synchronous linear motor can be estimated by the same method. Dynamic system) can be estimated.

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。   In addition, the torque equation of a synchronous motor including an IPM motor (Internal Magnet Synchronous Motor) in which a magnet is arranged inside the rotor and a synchronous reluctance motor (Synchronous Reluctance Motor) having no magnet in the rotor and having a slit is as follows. This is expressed by Equation 6.

Figure 2010004696
Figure 2010004696

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。   Here, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, and β is a phase angle when the q-axis phase is 0 radians. In the case of a synchronous motor with a surface magnet structure, the maximum torque is obtained when the phase angle β is 0 radians. In the case of a synchronous reluctance motor, the phase angle β is π / 4 radians, and in the case of an IPM motor, the values of Ld and Lq. The phase angle for generating the maximum torque differs depending on Since Ld and Lq are known numbers, and the phase angle β at which the maximum torque is output can be calculated from these known numbers, the output can be estimated in the same manner for IPM motors and synchronous reluctance motors.

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。   The output estimation device and motor control device of the present invention can estimate the output of a three-phase synchronous motor without the position information of the rotor or mover, and are useful for ensuring safety in a rotary and linear motion motor control system. It is.

実施の形態1における出力推定装置のブロック図Block diagram of output estimation apparatus according to Embodiment 1 実施の形態1における出力推定部のブロック図Block diagram of output estimation unit in embodiment 1 実施の形態1のモータ電流波形の説明図Explanatory drawing of the motor current waveform of the first embodiment 実施の形態2における出力推定部のブロック図Block diagram of output estimation unit in embodiment 2 実施の形態2のモータ電流波形の説明図(1)Explanatory drawing (1) of the motor current waveform of Embodiment 2. 実施の形態2のモータ電流波形の説明図(2)Explanatory drawing (2) of the motor current waveform of Embodiment 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State transition diagram of motor current peak value estimation method of embodiment 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チャートState transition chart of motor current peak value estimation method of embodiment 2 実施の形態3における出力推定装置のブロック図Block diagram of output estimation apparatus according to Embodiment 3 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Block diagram of motor control system in Embodiment 4 実施の形態5におけるモータ制御装置のブロック図Block diagram of motor control apparatus in embodiment 5 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Block diagram of motor control system in Embodiment 6 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Block diagram of motor control system in Embodiment 7 従来例におけるトルク推定装置の要部ブロック図Main part block diagram of torque estimation device in conventional example

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor controller 2 Three-phase synchronous motor 3 Position sensor 4a, 4b, 4c Current detector 5, 5a, 5c Output estimation part 6, 6a AD converter 7a, 7b, 7c Motor detection current (analog value) of each phase
8a, 8b, 8c Motor current of each phase 9 Position information serial communication data 10a, 10b, 10c Motor detection current of each phase (digital value)
12a, 12b, 12c Current detector (in the motor controller)
14 AD converter (in the motor controller)
15 Position detection circuit (in the motor controller)
16 Motor control unit 17 Motor drive circuit 18 PWM signal for each phase 20 Position information 21 Output estimation unit (in motor control device)
22, 22a Command circuit 23 Estimated torque value 24, 24a, 24b Motor current detector 25 Current calculator 26a, 26b I / F data 30, 30a Intersection detector 31a, 31b, 31c Peak detector for each phase 32 Output calculator 33a, 33b, 33c Peak updater for each phase

Claims (9)

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ことを特徴とする出力推定装置。
A motor current detector for detecting a current value of a motor current for at least two phases of the three-phase synchronous motor;
A current calculator for calculating a motor current for three phases using a motor current for two phases detected by the motor current detector;
An output estimation unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for three phases obtained by the current calculator;
The output estimator detects an intersection of two-phase motor currents from the three-phase motor current detected by the current calculator, obtains a peak value from the motor current of the other phase, and uses the peak value of the motor current. An output estimation device characterized by estimating output.
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ことを特徴とする出力推定装置。   The output estimation unit detects an intersection of two-phase motor currents from the three-phase motor current obtained by the current calculator, obtains a peak value of the motor current between the intersections having a positive polarity, or the polarity is An output estimation apparatus characterized by obtaining a peak value of a motor current between negative intersections and estimating an output using the peak value of the motor current. 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請求項1または請求項2に記載の出力推定装置。   The motor current detection unit detects the current value of the motor current for three phases, adds the motor current for two phases, compares the value obtained by inverting the sign, and the current value of the remaining one phase. The output estimation apparatus according to claim 1, wherein the output is determined to be abnormal. 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から請求項3のいずれか1項に記載の出力推定装置。   An estimated value obtained by the output estimating unit is input and compared with an output upper limit set value, and when the output upper limit set value is exceeded, a command circuit is provided that generates a command to stop the three-phase synchronous motor. The output estimation apparatus according to any one of claims 1 to 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から請求項3のいずれか1項に記載の出力推定装置。   A command circuit is provided that inputs an estimated value obtained by the output estimator and compares the estimated value with an output upper limit set value, and generates a command to reduce the motor output when the output upper limit set value is exceeded. The output estimation apparatus according to claim 3. 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ことを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device that drives a three-phase synchronous motor with sinusoidal drive,
A motor current detector for detecting a current value of the motor current of the three-phase synchronous motor;
An output estimation unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for the three phases detected by the motor current detection unit;
The output estimating unit detects an intersection of two-phase motor currents from three-phase motor currents detected by the motor current detecting unit, obtains a peak value from the motor currents of other phases, and calculates a peak value of the motor currents. A motor control device characterized by using an output to estimate.
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ことを特徴とするモータ制御装置。   The output estimation unit detects an intersection of two-phase motor currents from the three-phase motor current obtained by the current calculator, obtains a peak value of the motor current between the intersections having a positive polarity, or the polarity is A motor control apparatus characterized by obtaining a peak value of a motor current between negative intersections and estimating an output using the peak value of the motor current. 請求項6または請求項7に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モータ制御システム。
A command circuit provided with an output upper limit setting value outside the motor control device according to claim 6 or 7,
When the estimated value obtained by the output estimating unit of the motor control device is input to the command circuit and compared with the output upper limit set value, and when the estimated value exceeds the output upper limit set value,
The command circuit is a motor control system that outputs a command to stop the three-phase synchronous motor to the motor control device.
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ことを特徴とするモータ制御システム。
In a motor control system that drives a three-phase synchronous motor with sinusoidal drive,
A three-phase synchronous motor,
First output estimation for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the three-phase motor current detected by the first motor current detector that detects the current value of the motor current of the three-phase synchronous motor. A motor control device having a section;
An output comprising a second output estimating unit for estimating the torque or thrust output by the three-phase synchronous motor from the motor current for three phases detected by the second motor current detecting unit provided outside the motor control device. An estimation device;
A command circuit for inputting estimated values obtained by the first and second output estimating units and comparing the estimated values with a preset set value;
The command circuit outputs a command to stop the three-phase synchronous motor to a motor control device when a difference between two input estimated values exceeds the set value.
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