專利名稱：控制永磁鐵同步電動機的d軸電流的電動機控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機控制裝置，其為了迅速并且穩定地生成永磁鐵同步電動機 的轉矩，而進行獨立地控制永磁鐵同步電動機的q軸電流和d軸電流的向量控制，其中該永 磁鐵同步電動機具有設置有繞組和永磁鐵中的一方的定子和設置有另一方的可動元件。
背景技術：
進行向量控制的電動機控制裝置例如對通過變換器、濾波電容器和逆變器而被施 加了來自電源(例如三相交流電源)的交流電壓的電動機進行控制。在該情況下，電動機控 制裝置根據流過電動機的電流(例如U相電流、V相電流和W相電流)和電動機的可動元件 (例如轉子)的位置(例如旋轉角度)，檢測永磁鐵同步電動機的q軸電流和d軸電流，并且根 據來自上位控制電路(例如CNC (數值控制裝置))等的各種指令等，生成q軸電流指令值和 d軸電流指令值。另外，電動機控制裝置根據檢測出的q軸電流和q軸電流指令值之間的 差、檢測出的d軸電流和d軸電流指令值之間的差，生成PWM信號，為了驅動電動機而將PWM 信號輸出到逆變器。
以前，在進行向量控制的電動機控制裝置中，為了能夠在鐵損耗變大的高速時也 能夠高效地驅動電動機，例如如日本特開2008-236948號公報(JP2008-236948A)所記載的 那樣，提出了一種電動機控制裝置，其生成電動機的鐵損耗和銅損耗的合計為最小的d軸 電流指令值。
在通過電動機控制裝置控制在定子(例如stator)和可動元件(例如轉子)的任意 一方上設置有永磁鐵的永磁鐵同步電動機的情況下，會因過熱而造成永磁鐵的熱減磁，永 磁鐵同步電動機有時無法迅速并且穩定地生成轉矩。因此，為了避免因過熱造成的永磁鐵 的熱減磁的情況，必須盡量地減小永磁鐵同步電動機的穩定時的永磁鐵的溫度上升量。
但是，在生成鐵損耗和銅損耗的合計為最小的d軸電流指令值的現有的電動機控 制裝置中，在設置有永磁鐵的定子或可動元件中集中產生損耗的情況下，永磁鐵成為過熱 狀態，有時產生永磁鐵的熱減磁。發明內容
作為一個形式，本發明提供一種電動機控制裝置，其能夠避免因過熱而造成永磁 鐵同步電動機的永磁鐵的熱減磁的情況。
根據本發明的一個形式，電動機控制裝置具備q軸電流和d軸電流檢測部，其根 據流過永磁鐵同步電動機的第一相的電流、第二相的電流和第三相的電流中的至少二個以 及可動元件的位置，檢測永磁鐵同步電動機的q軸電流和d軸電流，其中，該永磁鐵同步電 動機具有設置有繞組和永磁鐵中的一方的定子和設置有另一方的可動元件；q軸電流指令 值生成部，其根據與可動元件對應的速度指令值，生成q軸電流指令值；(1軸電流指令值生 成部，其根據可動元件的速度，生成永磁鐵同步電動機的穩定時的永磁鐵的溫度上升量為 最小的d軸電流指令值；驅動部,其根據q軸電流、d軸電流、q軸電流指令值和d軸電流指令值，驅動永磁鐵同步電動機。
優選根據與d軸電流的值對應地變化的永磁鐵的溫度上升量的函數，設定永磁鐵 的溫度上升量為最小的d軸電流指令值，對可動元件的每個速度設定與d軸電流的值對應 地變化的永磁鐵的溫度上升量的函數。
優選根據與可動元件的速度對應地變化的d軸電流的值的函數，設定永磁鐵的溫 度上升量為最小的d軸電流指令值。
優選根據永磁鐵同步電動機的渦流損耗和銅損耗，設定與可動元件的速度對應地 變化的d軸電流的值的函數。
優選根據對可動元件的每個速度測定的永磁鐵的溫度，設定與可動元件的速度對 應地變化的d軸電流的值的函數。
優選通過至少一條直線來近似與可動元件的速度對應地變化的d軸電流的值的 函數。
根據本發明的一個形式，根據可動元件的速度生成永磁鐵同步電動機的穩定時的 永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流指令值，因此能夠使永磁鐵同步電動機的穩定時的 永磁鐵的溫度上升量成為最小。因此，由于損耗不集中在設置有永磁鐵的定子或可動元件 上而永磁鐵不會成為過熱狀態，能夠避免因過熱造成永磁鐵的熱減磁的情況。
通過與附圖相關聯的以下的實施方式的說明，來進一步明了本發明的目的、特征 和優點。在附圖中，
圖1是具有本發明的實施方式的電動機控制裝置的系統的框圖。
圖2是表示轉速和永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流的查找表的一個例子的 圖。
圖3是表示與d軸電流的值對應地變化的永磁鐵的溫度上升量的函數的圖表。
圖4是表示與轉速對應地變化的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流的值的函 數的圖表。
圖5是表示用三條直線對與轉速對應地變化的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸 電流的值的函數進行近似所得的函數的圖表。
圖6是表示與轉速對應地變化的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流的值的函 數的圖表。
圖7是表示用三條直線對與轉速對應地變化的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸 電流的值的函數進行近似所得的函數的圖表。
具體實施方式
參照附圖，說明本發明的電動機控制裝置的實施方式。
如果參照附圖，則圖1是具有本發明的實施方式的電動機控制裝置的系統的框 圖。圖1所示的系統具備三相交流電源1、變換器2、濾波用電容器3、逆變器4、永磁鐵同步 電動機5、被驅動體6、旋轉角度檢測部7、轉速運算部8、存儲器9、電動機控制裝置10以及 上位控制裝置21。
變換器2例如由多個(三相交流的情況下為6個)整流二極管以及分別與這些整流二極管逆并聯的晶體管構成，將從三相交流電源I供給的交流電變換為直流電。濾波用電容器3為了對由變換器2的直流二極管整流了的電壓進行平滑化而與變換器2并聯連接。逆變器4與濾波用電容器3并聯連接，例如由多個(三相交流的情況下為6個)整流二極管以及分別與這些整流二極管逆并聯的晶體管構成，通過根據后面說明的PWM信號Vpwm進行晶體管的導通截止動作，而將由變換器2變換后的直流電變換為交流電。永磁鐵同步電動機5連接有工作臺、臂、可與工作臺和臂裝卸的工件等被驅動體6，例如用于改變在機床中保持工件的工作臺的位置、姿勢，但也可以用于使機器人的臂進行旋轉操作等。在本實施方式中，將永磁鐵同步電動機5設為旋轉型伺服電動機,該旋轉型伺服電動機具有安裝有旋轉角度檢測部7的具有旋轉軸51的作為可動元件的轉子52 ;配置為圍住轉子52的作為定子的定子53。轉子52具有間隔90 °配置的4個永磁鐵54a、54b、54c、54d。永磁鐵54a、54b、54c、54d被配置成定子53側的端部相對于轉子52的旋轉方向相互離開90度，并且永磁鐵54a、54b、54c、54d的外側的端部交替地成為N極、S極、N極和S極。定子53具有間隔120°配置的3個繞組55u、55v、55w，它們分別被供給作為第一相的電流、第二相的電流、第三相的電流的U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw。因此，永磁鐵同步電動機5作為三相同步電動機而發揮作用。在本實施方式中，定子53具有線圈(繞組55u、55v、55w)，成為接受電力的一次側，轉子52具有磁鐵(永磁鐵54a、54b、54c、54d)，成為從一次側接受力的二次側。旋轉角度檢測部7由檢測轉子52的旋轉角度Θ作為可動元件的位置的旋轉編碼器構成。轉速運算部8被輸入旋轉角度Θ，通過按照時間對旋轉角度Θ進行微分，運算出相當于U相電流IU、V相電流Iv和W相電流Iw的頻率的轉子52的轉速ω作為可動元件的速度，并將轉速ω輸出到電動機控制裝置10。存儲器9，如圖2所示那樣，存儲轉速ω, (k=l，2……η)和永磁鐵同步電動機5的穩定時的永磁鐵54a、54b、54c、54d的溫度上升量△ T為最小的d軸電流值IdkCk=I, 2,……η)的查找表。對于各個轉速(k=l, 2......η),使用有限要素法(Finite Element Method)分
析計算出與d軸電流Id的值對應地變化的溫度上升量AT的函數，可以通過圖3所示那樣的圖表來表示。因此，可以使用圖3所示那樣的圖表，對于各個轉速ω, (k=l，，2……η)預先求出d軸電流值Idk (k=l，2，……η)的值，使用求出的d軸電流值Idk (k=l，2，……η)構成圖2所示的查找表。另外，在圖3所示的圖表中，在永磁鐵同步電動機5的q軸電流Iq的值是恒定(例如O)的條件下，設定了與永磁鐵同步電動機5的d軸電流Id的值對應地變化的溫度上升量AT的函數，但由于溫度上升量AT也相對于q軸電流I,的值的變化而變化，所以在求出d軸電流值Idk (k=l，2，……η)的值時也可以考慮q軸電流Iq的值。因此，根據與d軸電流Id的值對應地變化的溫度上升量Λ T的函數，來設定d軸
電流值Idk (k=l,2, ......η)的值,對每個轉速cok (k=l,2......η)設定與d軸電流Id的值
對應地變化的溫度上升量AT的函數。
另一方面，在轉子52的磁損耗中，渦流損耗是支配性的、在轉子53中銅損耗是支配性的情況下，通過以下的公式來表示溫度上升量ΛΤ，
AT={aIq2+b (c+Id)2}o2+d (Iq2+Id2)(I)其中，a、b、C、d是根據永磁鐵同步電動機的形狀、材質和冷卻條件決定的常數。在決定常數a、b、c、d時，在溫度上升量Λ T的測量、仿真(例如磁性分析)中，改變d軸電流Id的值和q軸電流I,的值的同時求出溫度上升量AT，通過使用最小二乘法等的近似，來選擇溫度上升量Λ T與公式(I)的殘差為最小的常數a、b、C、d。用d軸電流Id對公式(I)進行偏微分，將左邊設為0，由此能夠通過下式表示永磁鐵同步電動機5的穩定時的永磁鐵54a、54b、54c、54d的溫度上升量AT為最小的d軸電流
權利要求
1.一種電動機控制裝置(10)，其進行獨立地控制永磁鐵同步電動機(5)的q軸電流和d軸電流的向量控制，該電動機控制裝置的特征在于，包括 q軸電流和d軸電流檢測部(11 )，其根據流過永磁鐵同步電動機的第一相的電流、第二相的電流和第三相的電流(I!、Iv、Iw)中的至少二個以及可動元件的位置(Θ )，檢測永磁鐵同步電動機的q軸電流(Iq)和d軸電流(Id)，其中，該永磁鐵同步電動機具有設置有繞組(55u、55v、55w)和永磁鐵(54a、54b、54c、54d)中的一方的定子(53)和設置有另一方的可動元件(52)； q軸電流指令值生成部(12)，其根據與可動元件對應的速度指令值(ω ■)，生成q軸電流指令值(I_m); d軸電流指令值生成部(13)，其根據可動元件的速度(ω)，生成永磁鐵同步電動機的穩定時的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流指令值(Idram)； 驅動部(14)，其根據上述q軸電流、上述d軸電流、上述q軸電流指令值和上述d軸電流指令值，驅動上述永磁鐵同步電動機。
2.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于 根據與上述d軸電流的值對應地變化的永磁鐵的溫度上升量的函數，設定永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流指令值，對可動元件的每個速度設定與上述d軸電流的值對應地變化的永磁鐵的溫度上升量的函數。
3.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于 根據與可動元件的速度對應地變化的上述d軸電流的值的函數，設定永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流指令值。
4.根據權利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于 根據永磁鐵同步電動機的渦流損耗和銅損耗，設定與可動元件的速度對應地變化的上述d軸電流的值的函數。
5.根據權利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于 根據對可動元件的每個速度測定的永磁鐵的溫度，設定與可動元件的速度對應地變化的上述d軸電流的值的函數。
6.根據權利要求3 5的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在于 通過至少一條直線來近似與可動元件的速度對應地變化的上述d軸電流的值的函數。
全文摘要
本發明提供的電動機控制裝置進行獨立地控制永磁鐵同步電動機的q軸電流和d軸電流的向量控制。該電動機控制裝置具備檢測永磁鐵同步電動機的q軸電流和d軸電流的q軸電流和d軸電流檢測部；生成q軸電流指令值的q軸電流指令值生成部；生成永磁鐵同步電動機的穩定時的永磁鐵的溫度上升量為最小的d軸電流指令值的d軸電流指令值生成部；以及驅動永磁鐵同步電動機的驅動部。
文檔編號H02P21/00GK103051270SQ20121038445
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月11日 優先權日2011年10月12日
發明者赤迫陽一 申請人:發那科株式會社