(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１３４２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】従来のモータの制御装置を示すブロック図である。
【図４】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】従来の過電流検出器を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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