CN110168923A - 交流电动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交流电动机的控制装置，其能够不依赖于交流电动机的工作状态地、无误动作地检测交流电动机的异常动作或者负载急剧变化等导致的异常动作。用逆变器驱动三相交流电动机时，在控制器内部使用电动机的电流、电压、转速的至少一者，计算电动机的常数，分析该常数值的变动，检测电动机的异常动作或者与电动机连接的负载装置的异常动作。在常数的分析中，预先设定应当判断为异常的变动量，或者通过与过去的常数变化的蓄积值的比较来计算出异常值。或者，仅提取控制器内计算出的常数的变动量进行异常检测。

Description

交流电动机的控制装置
技术领域
本发明涉及三相交流电动机的驱动装置，以及使用它的机床、泵、风扇、传送带、升降机、电动车辆等中适用的电动机驱动技术，特别涉及其异常动作的检测技术。
背景技术
交流电动机被用于家电、工业、机动车、铁道等各种领域。近年来，广泛采用了不直接用传感器检测电动机的转速、旋转位置角度而能够进行转速控制和转矩控制的无传感器控制。无传感器控制的普及能够避免传感器的故障风险，所以能够大幅提高可靠性。
但是，因为没有传感器，所以难以检测交流电动机的失步等异常动作、或过大负载导致的装置异常等。另外，要预先检测出这些异常的征兆、预防异常动作导致的损失这样的要求也在提高。
专利文献1中，提出了通过逆推电动机常数，来推定电动机的工作温度，进行温度异常检测的技术。
进而，关于作为电动机的异常状态的“失步现象”的检测方法，在专利文献2～5中已有提出。
专利文献2计算电动机中流过的电流的有效值以及功率因数，判别是否失步。利用在失步时电动机电流的有效值增加这一点以及功率因数降低这一点，对于电流有效值设置基准值，此时的功率因数在规定值以下的情况下判断为失步。
专利文献3检测电动机电流，将其坐标变换至旋转坐标轴，根据励磁成分电流的大小，判断是否失步。这利用了在失步时励磁电流成分增加的性质。
专利文献4中提出了利用无传感器控制时的轴误差计算值，或者利用无功功率和有功功率检测失步。前者利用了失步时轴偏差增大的现象，后者利用了失步时无功功率增加的现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-6613
专利文献2：日本特开平9-294390
专利文献3：日本特开2001-25282
专利文献4：日本特开2003-79200
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1中，虽然计算了电动机常数值，但不能检测失步等异常动作。另外，在负载变动等通常动作范围的过渡时，常数的计算值也会变动，温度推定值中可能产生误差。此外，在发生了部分退磁等的情况下是难以检测的。
专利文献2～4记载的失步检测，因为通过电流值和相位、功率因数、无功功率等检测失步，所以存在作为电动机的工作状态，在功率因数降低的条件下易于发生误检测的问题。特别是，在转子上安装了永磁体的永磁体电动机的“弱磁区间”中，无负载时的功率因数接近零，并且电流值也处于增大的倾向。在该状态下，例如电源电压降低的情况下，功率因数进一步降低，电流值也增大，所以被判断为“失步”的情况较多。
另外，在无传感器控制下的起动时，大多是故意流过无效电流，以开路驱动起动的情况，该情况下也难以检测失步。
进而，要使速度响应和转矩响应高响应化的情况下，结果过渡电流增加，取决于条件存在功率因数显著降低、或者发生轴偏差的情况。这样的动作在现有方式中也可能被误检测为“失步”而成为问题。
用于解决课题的手段
用逆变器驱动三相交流电动机时，在控制器内部使用电动机的电流、电压、转速的至少一者，计算电动机的常数，分析该常数值的变动，检测电动机的异常动作或者与电动机连接的负载装置的异常动作。常数的分析中，预先设定应当判断为异常的变动量或者通过与过去的常数变化的蓄积值的比较来计算出异常值。或者，仅提取控制器内计算出的常数的变动量来进行异常检测。
发明的效果
对于通过本申请中公开的发明中代表性的发明得到的效果简单进行说明，如下所述。
根据本发明，能够高精度地检测失步和退磁等异常动作、以及这些异常的征兆。特别是，功率因数低、电流值增加的弱磁区间，和起动时的开路驱动时的异常检测精度提高，电动机***的可靠性提高。另外，能够预防故障导致的装置破坏等损失。
附图说明
图1是表示第一实施方式的交流电动机的控制装置的结构的图。
图2是表示第一实施方式的电动机常数计算器的结构的图。
图3是表示第一实施方式的分析器的结构的图。
图4是表示第一实施方式的异常检测器的结构的图。
图5是说明第一实施方式的各部的工作波形的波形图。
图6是表示第二实施方式的交流电动机的控制装置的结构的图。
图7是表示第二实施方式的电动机常数计算器的结构的图。
图8是表示第三实施方式的分析器的结构的图。
图9是表示第三实施方式的异常检测器的结构的图。
图10是说明第三实施方式的各部的工作波形的波形图。
图11是表示第四实施方式的分析器的结构的图。
图12是表示第四实施方式的异常检测器的结构的图。
图13是说明第四实施方式的各部的工作波形的波形图。
图14是表示第五实施方式的分析器的结构的图。
图15是表示第六实施方式的交流电动机的控制装置的结构的图。
图16是表示第六实施方式的电动机常数计算器的结构的图。
图17是表示第六实施方式的分析器的结构的图。
图18是表示第七实施方式的交流电动机的控制装置的结构的图。
图19是表示第七实施方式的分析器、异常检测器、数据服务器&分析器的结构的图。
图20是表示第八实施方式的对机床的应用例的结构图。
图21是表示第八实施方式的对液体泵***的应用例的结构图。
图22是表示第八实施方式的对铁道车辆的应用例的结构图。
符号说明
1……控制器，2……逆变器，21……直流电源，22……逆变器主电路，23……栅极驱动器，3……电流检测器，4……PM电动机，5……电动机常数计算器，6……分析器6，7……异常检测器，8……dq变换器，9……矢量控制部，10……速度/位置计算器，11……Id*发生器，12……q*发生器，13……dq逆变换器，14……脉冲宽度调制(PWM)器，15……栅极断路器
具体实施方式
以下用附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
用图1～5对于本发明的第一实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
该装置以三相的永磁体同步电动机4(以下简称PM电动机4)的驱动为目的，大致划分时，包括控制PM电动机4的控制器1、电源21、逆变器主电路22、驱动逆变器主电路的栅极驱动器23构成的逆变器2、检测PM电动机4的相电流的电流检测器3、作为驱动对象的PM电动机4而构成。
另外，作为驱动对象，在本实施方式中举出PM电动机为例，但也能够应用于其他种类的交流电动机。
控制器1是对PM电动机4进行矢量控制的控制器，包括作为本发明的特征部分的电动机常数计算器5、分析电动机常数的计算值的分析器6、基于分析结果判定装置的异常的异常检测器7。控制器1中的除此以外的部件构成一般的交流电动机驱动的矢量控制，包括：将交流电流Iu、Iw变换为PM电动机4的转子坐标轴即dq坐标轴的值Id、Iq的dq变换器8；控制励磁电流成分Id和转矩电流成分Iq的矢量控制器9；计算PM电动机4的转速/旋转位置角的速度/位置计算器10；对于Id、Iq给出指令值即Id*、Iq*的Id*发生器11以及Iq*发生器12；将来自矢量控制器9的输出即dq坐标上的电压指令Vd、Vq变换为三相交流电压指令Vu、Vv、Vw的dq逆变换器13；基于Vu、Vv、Vw生成驱动逆变器2的栅极脉冲信号的脉冲宽度调制(PWM)器14；在驱动PM电动机4中发生了异常时，将逆变器2的栅极脉冲信号切断来进行保护的栅极断路器15。
另外，Id*发生器11是生成PM电动机4的励磁电流指令的控制模块，与转矩和转速相应地改变指令值。Iq*发生器12是生成PM电动机4的转矩电流指令Iq*的控制模块，相当于矢量控制器9的上级的控制器。例如，是控制PM电动机4的转速的速度控制器，或者作为根据泵等负载装置的状态计算必要的转矩电流指令并提供给矢量控制器9的模块发挥功能。
控制器1中的部件编号8～14是实现PM电动机4的转矩和转速的控制的部分，构成矢量控制***。本实施方式中，构成不直接检测PM电动机4的转子位置和转速的无传感器矢量控制。代替传感器而由速度/相位计算器10进行PM电动机4的转子位置θd、和转速ωr的推定计算，输出推定结果即转子位置推定值θdc和转速推定值ωrc。关于速度/相位计算器10，提出了各种方法，所以此处省略说明。
接着，对于作为本发明的特征部的电动机常数计算器5、分析器6、异常检测器7进行说明。
对PM电动机4进行矢量控制的情况下，如控制器1所示，一般在dq坐标轴上控制PM电动机4的电流。该情况下，dq坐标轴上的PM电动机4的电压方程式是式(1)、(2)。
[式1]
[式2]
上式中，R1、Ld、Lq、Ke是电动机常数，R1是绕组电阻值，Ke是发电常数，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感。另外，ω1是对PM电动机4施加的交流的一次角频率(电角频率)。
这些电动机常数中，在发生了电动机和负载装置的速度异常的情况下受到最大影响的是(式2)中的感应电压的项(即ω1·Ke)。一次角频率ω1相对于速度/位置计算器10中所推定的速度推定值ωrc，具有以下关系：
[式3]
所以在发生了速度变动的情况下，感应电压ω1·Ke最初受到影响。但是，无传感器控制的情况下，不能直接观测实际的转速ωr，所以取决于条件存在不能检测速度变化的情况。其原因是，虽然是由于无传感器控制的性能较差而发生的，但当前的无传感器技术中速度的推定响应时间是有限的，所以速度急剧变化等情况下，存在不能检测速度异常的情况。结果，即使PM电动机4失步而完全停止，也可能无法察觉而对电动机持续供给电力。电动机中流过过大电流，引起热导致的绝缘劣化和失步导致的机械振动而成为问题。
作为现有技术的“失步检测”已提出的方式，利用了在失步时(式2)的感应电压项(ω1·Ke)成为零。转速因失步而成为零，由此感应电压项成为零，结果仅对电动机的绕组施加交流电压。结果，流过大振幅且低功率因数的电流。利用该现象，观测电流的振幅值和功率因数角、或者励磁电流的大小、或者无功功率等，来检测失步，这是现有方式。
但是，这些方法中存在严重的问题。高速驱动PM电动机4的情况下，有时进行“弱磁”控制。“弱磁”是随着高速驱动发生的感应电压(ω1·Ke)超过逆变器的可输出的范围时，故意使励磁电流成为负地流过(将其称为弱磁电流)，抵消该感应电压的技术。弱磁电流是抵消PM电动机4的磁体磁通的方向的电流，所以不消耗能量，起到无效电流的作用。结果，功率因数降低。
另外，逆变器的直流电压因电源电压变动等而变化时，弱磁电流也需要随之改变，无效电流成分也同时变动。
现有方式中，进行这样的弱磁控制的情况下，可能被视为“失步”。另外，考虑弱磁电流，将失步检测水平设定为较高时，可能不能检测真正的失步，失步检测水平的调整变得困难。
另外，通常的无传感器控制中，起动时采用开路驱动的情况较多，该情况下需要大量地流过无效电流来使电动机稳定化。即使在该条件下，功率因数仍降低，失步检测水平的调整变得困难。
本发明中，为了解决这些问题，通过实时地计算电动机常数、监视其值来检测电动机和负载装置的异常。
从(式2)逆推发电常数Ke时，得到以下关系：
[式4]
其中，忽略了(式2)中的微分项。
(式4)右边的分母中的ω1是根据速度推定值ωrc而求得的，当产生了ωrc与实际的速度ωr的差异时，发电常数的计算值Kes被计算成较大地偏离本来的常数Ke。发电常数Ke是永磁体磁通本身，虽然根据温度会变动几％～几十％，但通常不可能有50％以上的变动。由此，如果观测Kes，就能够检测出转速发生了异常的情况。(式4)中，使用实际施加于PM电动机4的q轴电压Vq、检测电流Id、Iq和电动机常数Ld以及R1进行计算，但Ld和R1几乎不会大幅变动，所以实际速度与推定速度的偏差量根据(式4)能够作为Ke的变化来检测。
在图2中示出电动机常数计算器5的模块结构。电动机常数计算器5由绕组电阻R1设定器51、d轴电感Ld设定器52、电动机极对数设定器53、乘法器54、加法器55、除法器56构成。电动机常数计算器5中，基于q轴电压指令Vq、d轴电流检测器Id、q轴电流检测值Iq、速度推定值ωrc，使用(式3)以及(式4)，进行发电常数Kes的计算。
图3是将由电动机常数计算器5计算得到的Kes修正为能够进行异常判别的值的分析器6的模块结构图。分析器6由滤波器61、提供发电常数Ke的基准值Ke0的Ke0设定器62、加法器55、除法器56、增益63构成。对于由电动机常数计算器5得到的Kes，经由用于将噪声和过渡变动截止的滤波器61，除去多余成分，之后，按百分比求出相对于基准值即Ke0的变动量(式5)。
[式5]
图4是异常检测器7的模块结构图。异常检测器7由比较2个输入的大小的比较器71、设定常数变动的异常值上限即KeH的异常判定上限设定器72、同样设定下限值的异常判定下限设定器73、计算输入信号的OR的OR电路74构成。异常检测器7对于用(式5)得到的异常信号D，设定上限值KeH和下限值KeL，用比较器71对各个值与异常信号D的值进行比较。比较器71中，输入的“+”的信号比对“-”输入的信号更大的情况下输出“1”，相反的情况下输出“0”。因为达到上限值、下限值中的某一者，而由OR电路74生成栅极OFF(截止)信号E，将对逆变器2的栅极脉冲截止，保护装置。
对于这些动作，用图5进行说明。
设想在PM电动机4以一定转速ωr旋转时，因为负载急剧变化等的异常动作，电动机的转速突然降低的情况。该情况下，速度推定值ωrc不能追随速度的急剧变化，虽然电动机实际上停止，但保持了停止前的转速即“ωrc”的值。
电动机电流如图5(b)所示那样上升，但速度变化急剧的情况下不会流过过大电流，不能检测出失步。根据本发明，在控制器1的内部，逆推发电常数，将其作为Kes输出(该图(c))。基于该Kes的值，用分析器6计算异常信号D，进而用异常检测器7检测异常，判定为失步状态，并输出使逆变器2停止的栅极OFF信号E(该图(e))。
如上所述，根据本发明，即使PM电动机4在弱磁等的低功率因数状态下，也能够根据电动机常数的异常可靠地检测电动机的失步状态、或者负载的急剧变化，使逆变器停止。
另外，在说明上，以PM电动机为例进行了解说，但也能够应用于感应电动机的情况。感应电动机的情况下，相当于发电常数Ke的是二次磁通Φ2d(＝M·d)，所以通过将该值除以Id，能够得到常数M。如果观测该M的值的变动，就能够进行与PM电动机同样的失步检测。
(第二实施方式)
接着，使用图6、7，对于本发明的第二实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
在图6中示出第二实施方式的模块结构图。图6是对于图1的第一实施方式的结构图，在逆变器2中新添加了电源电压检测器24，进而将用电源电压检测器24检测出的值读取至电动机常数计算器5B的结构。图6中的部件中，部件编号与图1相同的是与图1中相同的部件。第二实施方式中，仅电动机常数计算器5B的动作与第一实施方式不同，其他动作与实施方式1相同。
在图7中示出电动机常数计算器5B的模块结构。图7与图2的电动机常数计算器5是几乎相同的结构，但输入逆变器的电源电压检测值EDC、修正Vq的值这一点与图2不同。图7中，对于Vq，在经过直流电压设定值增益57之后，乘以直流电压值EDC，由此修正Vq的值。即，对于(式4)中使用的Kes的计算式中的Vq，进行以下校正：
[式6]
此处，EDC0是对于电源电压EDC的设定值(固定值)。
(式4)中的Kes计算中使用的Vq，需要是对PM电动机4实际施加的q轴电压。但是，逆变器2的电源电压EDC变动了的情况下，在控制器1内部生成的Vq不一定与实际对电动机施加的q轴电压一致，所以需要进行校正。
如果按照(式6)进行Vq的校正，则即使在电源电压变动的情况下，也能够进行精度良好的异常检测。
(第三实施方式)
接着，使用图8～10，对于本发明的第三实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
以上说明的第一、第二实施方式中，示出了通过计算电动机常数，能够正确地检测PM电动机4的转速异常。但是，使用PM电动机4的***中，在转速异常以外，也发生各种原因导致的异常。例如，电动机的周围温度上升，PM电动机的转子温度上升，发生不可逆退磁等情况下，发生旋转脉动和随之发生的噪音。
第一、第二实施方式中，能够检测失步导致的停止等明显的异常，但难以检测装置的振动和转子上安装的永磁体的不可逆退磁的征兆等。
在本发明的第三实施方式中，提供搭载有解决这些问题的异常检测的电动机驱动***。
图8、图9是本发明的第三实施方式的分析器6C以及异常检测器7C的模块结构图。通过使用该分析器6C以及异常检测器7C代替图1(或图6)中的分析器6、异常检测器7，能够构成第三实施方式。
分析器6C是提取用电动机常数计算器5计算得到的Kes的振动成分的模块。例如，电动机的负载中发生了振动等异常的情况，或者转子的永磁体的一部分中发生了退磁等情况下，Kes的计算结果中会包括该振动成分。本实施方式中，通过提取该振动成分来检测异常状态。
分析器6C由时间常数Ta的一阶滞后滤波器61a、计算输入的绝对值的绝对值计算器64、时间常数Tb的一阶滞后滤波器61b、提供发电常数Ke的基准值Ke0的Ke0设定器62、加法器55、除法器56、增益63构成。
用电动机常数计算器5计算得到的Kes，因为负载的异常和部分退磁的影响而包括脉动成分。通过从Kes中减去用时间常数Ta的一阶滞后滤波器除去了该振动成分所得到的值(即相当于Kes的平均值的值)，由此得到脉动成分ΔKes0。在图10的波形(a)、(b)中示出该状况。之后，用绝对值计算器63进行ΔKes0的绝对值计算，结果得到ΔKes1(图10(c))。ΔKes1是如半波整流那样的波形，通过使其经过时间常数Tb的一阶滞后滤波器61b，而得到平滑的波形ΔKes2。ΔKes2是Kes中包括的变动成分的振幅越大则变得越大的值。之后，与第一实施方式同样地，通过除以Ke0，而将变动量以百分比作为异常信号D输出。
异常检测器7C中，对异常判定设定器75预先设定对于异常信号D的值的基准值ΔKeH，用比较器71对值进行比较，由此发生栅极OFF信号E。用栅极OFF(截止)信号将逆变器的栅极信号截止，能够保护装置。或者，在截止前，能够将存在异常的征兆作为警报向装置的使用者通知。
如上所述，根据本发明的第三实施方式，能够检测电动机驱动装置的异常振动或者转子中安装的永磁体的部分退磁，能够预防振动持续导致的较大损害或退磁导致的失步停止等。另外，本发明的第三实施方式与第一或第二实施方式能够一并使用，该情况下，包括负载急剧变化导致的失步在内能够进行更可靠的异常检测。
(第四实施方式)
接着，使用图11～13，对于本发明的第四实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
本发明的第一～三实施方式，总是计算Kes监视其值来检测异常。但是，对PM电动机4急剧地加减速驱动的情况下，需要使施加电压Vd、Vq大幅变化来使电流迅速地变化，所以Kes的值也存在同时大幅变动的可能性。为了防止该情况，例如需要使Kes中利用的滤波器(例如图3的滤波器61)的时间常数变长，使其不受到一定程度的变动的影响。但是，使滤波器时间常数变得过长时，异常检测需要时间，出现导致重大事故的可能性。
解决该问题的是本发明的第四实施方式。
本发明的第四实施方式中，通过使用图11所示的分析器6D以及图12所示的异常检测器7D代替以上第一、第二实施方式中的分析器6、异常检测器7能够实现。
图11中，部件编号55、56、62、63与以上实施方式中的相同。Kes中利用的滤波器61D能够设定为与图3的滤波器61的时间常数T相比大幅缩短的时间常数。进而，由用于生成时间数据的计时器68、和保存速度指令和电流指令等的指令数据发生器65、保存异常信号D、此时的来自计时器68的时间数据以及指令数据发生器65的指令信号的数据保存器66、根据数据保存器66中保存的数据产生异常信号的基准值D*的基准数据发生器67构成。
图12所示的异常检测器7D与图4中的异常检测器7是相同的结构，仅异常判定上限设定器72D以及异常判定下限设定器73D各自的设定值不同。
接着，使用图11～13，对于本发明的第四实施方式的动作进行说明。
使PM电动机4高响应地进行加减速动作时，因为施加电压和电动机电流大幅变动，所以用电动机常数计算器5计算的Kes的值也受其影响大幅变动。为了不将该情况视为“异常”，只要使图11中的滤波器61的时间常数变长即可，但这样存在异常检测延迟的问题。
于是，将电动机加减速时的Kes的计算结果，预先作为数据库保存在数据保存器66中。PM电动机4的指令模式一定程度上受到条件的限定，能够作为时序数据保存。此时的Kes的计算结果也同时保存，由此生成作为基准的信号D*。该D*与不是异常的状态下的D的值一致。
在图13中示出第四实施方式的工作波形的例子。对于PM电动机4，转速ωr以如图13(a)所示的图形给出。此时，因为起动时(图13的“A点”)和加速结束时的过渡现象(图13“B点”)，异常信号D是过渡性的，但达到了异常判定的上限值(KeH)和下限值(KeL)，存在误检测为“异常”的可能性。为了防止该情况，将正常状态下的异常信号D的变化预先保存在数据保存器中，作为基准值D*从基准数据发生器67发生。取得该基准值D*与异常信号D的差，作为新的异常信号D＇。结果，过渡性的D的变动被消除。实际发生了失步现象的情况下(图13中的“C点”)，异常信号D＇达到判定值，能够判定为“异常”。
在数据保存器66中，预先学***均值比较简单，但也能够采用机器学习，生成基准值D*。
如上所述，根据本发明的第四实施方式，即使在高响应驱动电动机驱动装置的情况下，也能够更正确地、没有误动作地实现异常检测。
(第五实施方式)
接着，使用图14，对于本发明的第五实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
第四实施方式中，使用指令数据和时序数据的保存值，可靠地进行异常检测，但需要庞大的数据，对于在廉价的电动机驱动***中使用时，存在装置的大型化成为问题的可能性。
本发明的第五实施方式中，通过将与指令数据和时间数据不同的“有效/无功功率”作为数据使用，来减少保存的数据量。
通过使用图14所示的分析器6E代替第四实施方式中的分析器6D，能够实现第五实施方式。图14中，部件编号55、56、61D、62、63与以上实施方式中的相同编号的部件是相同的。除此以外，新包括了有效/无功功率计算器69、数据保存器66E、基准值发生器67E。
如过去提出的失步检测方法中所记载，已知在失步时无效电流成分增加，失步的异常与功率变动存在强的相关关系。于是，通过瞬时计算有功功率和无功功率，将其与电动机常数的计算值Kes同时作为数据保存，由此将正常时的Kes的值的范围在数据保存器66E中数据库化。
有功功率P、无功功率Q的计算能够通过(式7)、(式8)计算。
[式7]
P＝IdVd+IqVq (式7)
[式8]
Q＝-IdVq+IqVd (式8)
在有效/无功功率计算器69中，进行(式7)、(式8)的计算，将其与异常信号D作为数据保存在数据保存器66E中。该情况下，因为不需要如第四实施方式那样的指令模式和时间数据，所以能够大幅削减数据数量。
在基准值发生器67E中，根据有功功率P、无功功率Q的值决定作为基准的异常信号D*，用其与异常信号D的差，生成新的异常信号D＇。之后，通过适当地设定异常判定水平，能够进行异常检测。
另外，示出了将有功功率和无功功率两者作为数据保存的例子，但是取决于条件仅使用有功功率或者无功功率的某一者也能够进行异常检测。
如上所述，根据本发明的第五实施方式，即使在高响应驱动电动机驱动装置的情况下，也能够使用较少的数据数量，实现没有误动作的异常检测。
(第六实施方式)
接着，使用图15～17，对于本发明的第六实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。
以上实施方式中，叙述了通过逆推发电常数Ke作为电动机常数来检测异常的方法，但是存在电动机的发电常数本身变动的可能性。最担心的是，周围温度变化的情况下，发电常数也依赖于温度而变化，所以难以区分是装置的异常还是温度引起的变动这一点。
为了实现该异常的种类的区分，在本发明的第六实施方式中，作为电动机常数也同时实施绕组电阻值R1的逆推。绕组电阻R1也是因周围温度而变动的值，所以R1的值与Ke的值具有相关。由此，通过对两者同时分析、数据化，能够区分是装置的异常还是温度变动引起的异常。
图15是本发明的第六实施方式的模块结构图。与图1或图6中的结构大致相同，但已说明的电动机常数计算器、分析器被置换为电动机常数计算器5F、分析器6F这一点不同。
在图6中示出电动机常数计算器5F的模块结构图。与图2的结构相比，新追加了计算绕组电阻R1的部分。绕组电阻R1能够通过将(式1)变形，按照(式9)来求出。
[式9]
但是，省略了(式1)中的微分项。图16的下方的部分，是实现(式9)的模块，追加了q轴电感Lq设定器58等。
在图17中示出分析器6F的结构图。图17中，以在图11的分析器6D中附加的形式，将根据R1s所计算的异常信号作为新信号添加。图17中，滤波器601是对绕组电阻的计算值R1s的滤波元件，并且新添加了提供绕组电阻R1的基准值R10的R10设定器602。此处，与发电常数的变动值同样地，按百分比计算出绕组电阻值R1s的变动量。
进而，在数据保存器66F中，与根据发电常数的计算值得到的异常信号D同时地也保存根据绕组电阻的计算值得到的异常信号D_R1s。由此，能够将绕组电阻的变动与发电常数的变动实现关联。
在基准值发生器67F中，基于这些保存数据，计算出作为基准值的D*并输出。
如果是随着温度上升发生的发电常数的变动，则绕组电阻值的异常信号D_R1s也应该同时变化，两者能够关联。
另外，如果仅监视温度异常，则通过使用绕组电阻的计算值R1s时序数据化，也能够进行判定。
另外，如本发明的第三实施方式所示，与提取Kes的变动量同样地，提取R1s的变动量，也能够检测电动机驱动装置的异常。特别是，在极低速区间中，电动机的感应电压(ω1·e)减小的条件下，观测R1s的变化，异常检测的灵敏度更高更有效。
如上所述，根据本发明的第六实施方式，能够区分温度引起的常数变动和异常时的常数变动，能够实现误检测少的异常检测。
(第七实施方式)
接着，使用图18、19，对于本发明的第七实施方式的交流电动机的控制装置进行说明。图18中，部件编号2～5以及8～15与以上实施方式的相同编号的部件是相同的。与以上实施方式的不同在于，新附加了分析器6G以及异常检测器7G、通信功能16、数据服务器&分析器17这一点。
以上说明的第四～六的实施方式中，将保存通常动作时的数据的数据保存器、和基准数据发生器设置在控制器内部。但是，电动机驱动装置的工作范围宽，随着驱动条件增加，要保存的数据变得庞大，并且其分析也逐渐变得困难。
本发明的第七实施方式中，特征在于利用通信功能16，在外部进行数据的保存及其分析。
在图19中示出图18中记载的分析器6G、异常检测器7G、通信功能16、数据服务器&分析器17的详细图。图中，部件编号55、56、61D、62、63、65、68、71、74与以上说明的编号的部件是相同的。分析器6G的动作与本发明第四实施方式大致相同，但所得到的数据经由通信功能16被保管在外部的数据服务器&分析器17的数据保存器66G中。
数据服务器&分析器17中的数据保存量，能够保存远多于第四～六中的数据数量的数据。另外，关于数据的分析，也在数据服务器&分析器17中的数据分析器170中，使用高速、高精度的分析算法执行大量的数据的处理。将该分析结果反映至分析器6G的基准值生成器67G。
在基准值生成器67G中，由以计时器68和指令数据65的值为输入的映射或函数生成作为异常信号的基准的基准值D*。这些映射或函数的修正，根据由数据服务器&分析器17中的数据分析器170所分析的结果，借助通信功能16能够实施。
另外，在异常检测器7G中，进行异常信号D＇、与异常判定的上限值KeHG、以及下限值KeLG的比较。此时，使用数据服务器&分析器17中的分析结果，也能够修正该异常判定的上下限值的值。即，通过利用外部设置的数据服务器&分析器17，能够实现更高水平且高精度的异常检测。
另外，数据服务器&分析器的应用，例如在本发明的第五、第六实施方式中也能够应用。另外，作为通信功能，能够使用有线或无线网络或串行通信功能实现。
如上所述，根据本发明的第七实施方式，能够高水平地、无误检测地实现电动机驱动装置的异常判定。对基于外部进行的分析，例如通过使用机器学习功能，能够应用更大量的数据，实现各种异常的检测。
(第八实施方式)
在图20～22中示出应用了本发明的交流电动机的驱动装置的实施方式。
图20是将本发明的交流电动机的驱动装置(将图中的控制器1、逆变器2、电流检测器3收纳在一体的壳体中)，应用于机床18的例子。图20中，作为机床的例子，示出了材料的切削加工机。用PM电动机4进行切削加工时，例如在钻的齿陷入材料而停止了的情况下，需要认为检测出异常而迅速使电动机停止。能够用本发明的交流电动机驱动装置提供这样的异常检测功能。
另外，图21是在液体泵***中应用了本发明的交流电动机的驱动装置的例子。图21是通过将阀83开放，而使用由PM电动机4驱动的泵4汲取液体容器82中贮存的液体的***。泵中混入某些异物、发生了电动机停止等异常的情况下，通过使用本发明的交流电动机的驱动装置，而能够顺利地进行异常的检测。
另外，例如使用油作为液体的液压***中的泵的情况下，油的粘性因温度而变化，所以取决于条件而存在对电动机施加过大负载导致失步的情况。在这样的情况下，也能够迅速地实现失步检测。
图22是将本发明的交流电动机的驱动装置应用于铁道车辆84的例子。铁道车辆中，需要驱动多台电动机，难以对其安装独立的传感器实施异常检测。根据本发明，因为能够在控制器内部内置异常检测功能，所以易于监视电动机的工作状态。另外，作为车辆机器的维护，也能够实现基于电动机常数的监视的应用。
以上具体说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明是用于构建交流电动机的控制装置和使用它的驱动***的技术。该电动机的适用范围，能够主要用于机床、主轴电动机、风扇、泵(液压泵、水泵)、压缩机、制冷制暖机器等的转速控制、以及传送带、升降机、挤出机、电动车、铁道车辆用电动机。

Claims (12)

1.一种交流电动机的控制装置，其包括三相交流电动机、驱动所述电动机的逆变器和对所述逆变器施加脉冲信号的、控制所述电动机的控制器，所述交流电动机的控制装置的特征在于：
包括：使用在所述控制器内部计算得到的所述电动机的电流、电压、转速的至少一者，来计算所述电动机的常数的单元；和分析所述常数，并检测所述电动机的异常动作或者与所述电动机连接的负载装置的异常动作的检测单元。
2.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括计算所述交流电动机的感应电压常数作为所述电动机的常数的单元，并且包括检测所述电动机的异常动作或者与所述电动机连接的负载装置的异常动作的所述检测单元。
3.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括检测所述逆变器的电源电压的单元，对所述逆变器的电源电压值的变动量进行校正。
4.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括计算所述交流电动机的感应电压常数作为所述电动机的常数的单元，并且包括基于所述感应电压常数的脉动成分，来检测所述电动机的异常动作或者与所述电动机连接的负载装置的异常动作的所述检测单元。
5.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括计算所述交流电动机的感应电压常数作为所述电动机的常数的单元，并且包括所述检测单元，其将所述感应电压常数本身或者所述感应电压常数的变动成分的至少一者作为时序数据保存，并分析该保存的数据，由此检测所述电动机的异常动作或者所述负载装置的异常动作。
6.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括在所述控制器内部计算有功功率或无功功率的至少一者的单元，并且包括所述检测单元，其基于计算出的所述电动机常数和所述有功功率或无功功率的至少一者，检测所述电动机的异常动作或者负载装置的异常动作。
7.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括计算所述交流电动机的电阻值作为所述电动机的常数的单元，并且包括所述检测单元，其将所述电阻值本身或者所述电阻值的变动成分的至少一者作为时序数据保存，并分析该保存的数据，由此检测所述电动机的异常动作或者所述负载装置的异常动作。
8.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括计算所述交流电动机的电阻值和发电常数值作为所述电动机的常数的单元，并且包括所述检测单元，其将所述电阻值、以及发电常数值本身或者其变动成分的至少一者作为时序数据保存，并分析该保存的数据，由此检测所述电动机的异常动作或者所述负载装置的异常动作。
9.如权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于：
包括所述检测单元，其将所计算的所述电动机常数或者电动机常数的变动量的至少一者作为时序数据保存在通过通信单元与所述控制连接的数据蓄积装置中，并分析该保存数据来检测所述电动机的异常动作或者所述负载装置的异常动作。
10.一种机床***，其特征在于，包括：
如权利要求1～9中任一项所述的交流电动机的控制装置；和
能够由所述交流电动机驱动的机床。
11.一种泵***，其特征在于，包括：
如权利要求1～9中任一项所述的交流电动机的控制装置；和
能够由所述交流电动机驱动的液体用泵。
12.一种移动体***，其特征在于：
其能够由如权利要求1～9中任一项所述的交流电动机的控制装置和所述交流电动机驱动。
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