DE102017103573A1

DE102017103573A1 - Motorsteuervorrichtung mit drehmomentbefehlbegrenzungseinheit

Info

Publication number: DE102017103573A1
Application number: DE102017103573.7A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ikai; Yuuki Kumamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: US9893674B2; CN107134950A; DE102017103573B4; US20170250644A1; JP2017158259A; CN107134950B; JP6356716B2

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung 1 umfasst: eine Stromausfall-Erkennungseinheit 11, die einen Stromausfall einer Energiequelle 2 erkennt; eine Spannungserkennungseinheit 12, die eine an einen Verstärker 5 zum Motorantrieb angelegte Gleichstromzwischenkreisspannung erkennt; eine Schalteinheit 13, die einen Motor 3 mit einem Verstärker 5 oder einem Widerstand 21 verbindet, eine Spannungsvergleichseinheit 14, die eine Gleichstromzwischenkreisspannung mit einem Schwellenwert vergleicht; eine Grenzwert-Einstellungseinheit 15, die einen Drehmomentgrenzwert gemäß einem Ergebnis eines Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit 14 einstellt; eine Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16, die einen Drehmomentbefehl auf den Drehmomentgrenzwert beschränkt, wenn ein Stromausfall erkannt wird; eine Vorhersagewert-Berechnungseinheit 18, die unter Verwendung einer durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit einen Drehmomentvorhersagewert des Motors 3 berechnet, wenn der Motor 3 mit dem Widerstand 21 verbunden ist; und eine Drehmoment-Vergleichseinheit 19, die den Drehmomentgrenzwert mit dem Drehmomentvorhersagewert vergleicht, wobei die Schalteinheit 13 den Motor 3 gemäß einem Ergebnis eines Vergleichs durch die Drehmoment-Vergleichseinheit 19 mit dem Verstärker 5 oder dem Widerstand 21 verbindet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung und insbesondere eine Motorsteuervorrichtung, die bei einem Motor zum Zeitpunkt eines Stromausfalls einer Energiequelle einen dringlichen Stopp ausführt.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bei einer Motorsteuervorrichtung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder eine industrielle Maschine steuert, wird Wechselstromenergie an der Seite einer Strom-Energiequelle in Gleichstromenergie umgewandelt, um die Gleichstromenergie an einen Gleichstromzwischenkreis auszugeben, und anschließend wird die Gleichstromenergie durch einen Verstärker weiter zu Wechselstromenergie umgewandelt, die als Antriebsenergie des Motors geliefert wird.
Wenn eine Energiequelle, die elektrische Energie zum Antreiben des Motors bereitstellt, gestoppt wurde, sollte der Motor, der eine Vorschubachse und dergleichen in einer Werkzeugmaschine antreibt, vorzugsweise schnellstmöglich gestoppt werden.
Beispielsweise gibt es bei einer Werkzeugmaschine, wie in der Japanischen Patentschrift Nr. 5612058 offenbart, die einen Vorschubachsenmotor, der eine Vorschubachse antreibt, und einen Hauptachsenmotor umfasst, der eine Hauptachse antreibt, ein bekanntes Verfahren zum Vermeiden eines Überspannungsalarms oder eines Niederspannungsalarms durch Verlangsamen des Vorschubachsenmotors und Beschleunigen oder Verlangsamen des Hauptachsenmotors gemäß einem Wert einer Gleichstrom-Zwischenkreisspannung, wenn ein Stromausfall an der Seite einer Wechselstrom-Energiequelle auftritt.
Ferner, gibt es, wie zum Beispiel in der Japanischen Patentschrift Nr. 5746276 offenbart, in einer Werkzeugmaschine, die einen Vorschubachsenmotor, der eine Vorschubachse antreibt, und einen Hauptachsenmotor, der eine Hauptachse antreibt, umfasst, ein bekanntes Verfahren, das dazu fähig ist, den Vorschubachsenmotor in einem frühen Stadium sicher zu stoppen, indem ein Befehl zur Ausgabe eines Erregerstroms ausgegeben wird, der größer als ein durch Hauptsteuermittel zu dem Hauptachsenmotor befohlener Erregerstrom ist, selbst dann, wenn ein Betrieb des Vorschubachsenmotors eine vorbestimmte Bestimmungsvoraussetzung erfüllt, selbst dann, wenn ein Stromausfall an einer Seite der Wechselstrom-Energiequelle auftritt, und die Wärmeerzeugung des Hauptachsenmotors während eines normalen Betriebs zu beschränken.
Überdies, wie beispielsweise in der nicht geprüften Japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2016-25828 offenbart, gibt es eine bekannte Motorsteuerungsvorrichtung, die einen Motor, der eine Vorschubachse antreibt, schnell stoppt und gleichzeitig einen Überspannungsalarm nach einem Stromausfall vermeidet.
Als Verfahren zum Verlangsamen des Motors gibt es ein Verfahren zum Erzeugen eines verlangsamenden Drehmoments in dem Motor (im Folgenden als „Verlangsamung durch Steuerung” bezeichnet) und ein Verfahren zum Einsetzen einer dynamischen Bremse durch Verbinden eines Widerstands mit dem Motor und Gestatten eines Stromflusses durch ihn hindurch, dass ein Strom dadurch fließt, wodurch Energie verbraucht werden kann (im Folgenden als „Verlangsamung durch Hardware” bezeichnet). Wenn ein Stromausfall auftritt, wird eine Energieversorgung von der Energiequelle zu dem Motor unterbrochen, und somit wird die „Verlangsamung durch Steuerung” unter Verwendung von in dem Gleichstromzwischenkreis akkumulierter elektrischer Energie durchgeführt. Da der Weg bis zum Stoppen des Motors (der sogenannte Bremsweg) bei der „Verlangsamung durch Steuerung” im Allgemeinen kürzer als der bei der „Verlangsamung durch Hardware” ist, ist für ein dringliches Stoppen des Motors aufgrund eines Stromausfalls die Gewährleistung eines langen Zeitraums für die „Verlangsamung durch Steuerung” bei begrenzter elektrischer Energie vorzuziehen.
Da es beim Verlangsamen eines Motors aufgrund eines regenerativen Betriebs normalerweise zu einer Abnahme von kinetischer Energie und einer Zunahme von elektrischer Leistung (elektrischer Energie) kommt, kann beim dringlichen Stoppen des Motors, wenn ein Stromausfall auftritt, eine lange Zeit der „Verlangsamung durch Steuerung” bei begrenzter elektrischer Energie gewährleistet werden.
Abhängig von Spezifikationen des Motors tritt jedoch eine Situation auf, bei der, wenn das verlangsamende Drehmoment bei der „Verlangsamung durch Steuerung” zu groß wird, anstelle einer Regeneration eine Energiezufuhr, die eine begrenzte elektrische Leistung verbraucht, stattfindet. 5 ist ein Schaltbild, das eine Ersatzschaltung des Motors pro Phase darstellt. Ferner ist 6 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wicklungsstrom des Motors und elektrischer Leistung darstellt. Angenommen, dass der Wicklungsstrom des Motors i [A] ist, eine Anschlussspannung des Motor V [V] ist, eine Winkelgeschwindigkeit des Motors ω(t) [rad/sec] ist, ein Wicklungswiderstand des Motors pro Phase R [Ω] ist, eine Induktivität pro Phase L [H] ist und ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors K_V [V × sec/rad] ist, ist die elektrische Leistung P [W] des Motors durch Ausdruck 1 gegeben.
Wenn man in Ausdruck 1 den Strom konstant setzt (di/dt = 0) und eine Umordnung bezüglich des Wicklungsstroms i Motors durchgeführt wird, erhält man druck 2.
Wie durch Ausdruck 2 dargestellt, wird die elektrische Leistung P des Motors durch eine quadratische Funktion des Wicklungsstroms i des Motors dargestellt, die durch einen Graphen wie in 6 dargestellt ist. In 6 steht die horizontale Achse für den Wicklungsstrom i des Motors und die vertikale Achse steht für die elektrische Leistung P des Motors. Wie aus 6 ersichtlich, findet, wenn der Wicklungsstrom i des Motors kleiner als K_Vω/R ist, aufgrund eines Verlangsamens des Motors eine Regeneration der elektrischen Leistung statt, wohingegen, wenn der Wicklungsstrom i des Motors nicht kleiner als K_Vω/R ist, aufgrund eines Verlangsamens des Motors ein Verbrauch von elektrischer Energie stattfindet. Da das Drehmoment des Motors proportional zu dem Wicklungsstrom des Motors ist, ist aus Ausdruck 2 und 6 ersichtlich, dass abhängig von Spezifikationen des Motors, wenn das verlangsamende Drehmoment bei der „Verlangsamung durch Steuerung” zu groß wird, anstatt einer Regeneration eine Energiezufuhr stattfindet, welche elektrische Leistung verbraucht.
Wenn beim dringlichen Stoppen des Motors, im Falle eines Stromausfalls, zugelassen wird, dass das verlangsamende Drehmoment bei der „Verlangsamung durch Steuerung” zu groß wird, sodass Verbrauch von elektrischer Energie stattfindet und elektrische Energie in dem Gleichstromzwischenkreis abnimmt, gelingt es einer Vorrichtung (gewöhnliche Energiequelle), die die Energiequelle versorgt, nicht länger, elektrische Energie zu liefern und in einem Verstärker (Wechselrichter) wird der Niederspannungsalarm erzeugt. Wenn der Niederspannungsalarm erzeugt wird, erfolgt eine Schaltung von der „Verlangsamung durch Steuerung” zu der „Verlangsamung durch Hardware”. Wenn eine solche Schaltung frühzeitig erfolgt, verlängert sich die Strecke, bis der Motor stoppt (Bremsweg).
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die einen Anhalteweg eines Motors verkürzen kann und eine Erzeugung eines Niederspannungsalarms nach einem Stromausfall einer Energiequelle gleichzeitig verhindert.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen, umfasst eine Motorsteuervorrichtung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder in einer Industriemaschine steuert, Folgendes: eine Stromausfall-Erkennungseinheit, die einen Stromausfall einer Energiequelle, die elektrische Energie zum Antreiben des Motors bereitstellt, erkennt; eine Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit, die einen Wert einer Gleichstromzwischenkreisspannung, die an einem Verstärker angelegt ist, der den Motor antreibt, erkennt; eine Schalteinheit, die ein Verbindungsziel des Motors auf den Verstärker oder einen dynamischen Bremswiderstand umschaltet; eine Spannungsvergleichseinheit, die den Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht; eine Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit, die einen Drehmomentgrenzwert zum Verlangsamen des Motors gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit einstellt; eine Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit, die einen Drehmomentbefehl zum Antreiben des Motors auf den Drehmomentgrenzwert begrenzt, wenn der Motor zum Zeitpunkt der Erkennung des Stromausfalls mit dem Verstärker verbunden ist; eine Geschwindigkeitserkennungseinheit, die eine Winkelgeschwindigkeit des Motors erkennt; eine Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit, die, unter Verwendung der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit erkannten Winkelgeschwindigkeit, ein verlangsamendes Drehmoment des Motors als einen Drehmomentvorhersagewert berechnet, von dem vorhergesagt wird, dass es erzeugt wird, wenn der Motor, der sich mit der Winkelgeschwindigkeit dreht, mit dem dynamischen Bremswiderstand verbunden ist, und eine Drehmomentvergleichseinheit, die den durch die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit eingestellten Drehmomentgrenzwert mit dem durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Drehmomentvorhersagewert vergleicht, wobei die Schalteinheit das Verbindungsziel des Motors gemäß einem Ergebnis eines Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit auf den Verstärker oder den dynamischen Bremswiderstand umschaltet, wenn der Stromausfall erkannt wird.
Sodann ist es auch möglich, dass, als Ergebnis des Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit, die Schalteinheit das Verbindungsziel des Motors auf den Verstärker umschaltet, wenn der Drehmomentgrenzwert größer als der Drehmomentvorhersagewert ist, und das Verbindungsziel des Motors auf den dynamischen Bremswiderstand umschaltet, wenn der Drehmomentgrenzwert kleiner als der Drehmomentvorhersagewert ist. Es wird angenommen, dass die durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit erkannte Winkelgeschwindigkeit ω ist, ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors K_V ist, eine Drehmomentkonstante K_T ist, eine Impedanz je Phase, wenn eine Y-Verbindung einer Wicklung in dem Motor zu einer Deltaverbindung transformiert wird, Z ist, ein Widerstandswert des dynamischen Bremswiderstands R_DB ist und der Drehmomentvorhersagewert T_DB ist.
Die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit kann den Drehmomentvorhersagewert T_DB basierend auf dem nachstehenden Ausdruck berechnen:
Re stellt hier den Realteil einer komplexen Zahl dar.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass, als Ergebnis des Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit, die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit, einen ersten Drehmomentgrenzwert einstellt, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, und einen zweiten Drehmomentgrenzwert, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert ist, einstellt, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Ferner ist es auch möglich, dass der vorstehend genannte vorbestimmte Schwellenwert ein fester Wert ist, der im Voraus eingestellt wird.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Motorsteuervorrichtung ferner eine Rückhalteeinheit umfasst, die einen durch die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit erkannten Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung für jede vorbestimmte Zykluszeit speichert, wobei der vorstehend genannte vorbestimmte Schwellenwert ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung sein kann, der zu einer Zykluszeit vor einer Zykluszeit erkannt wurde, zu der die für einen Vergleich durch die Spannungsvergleichseinheit verwendete Gleichstromzwischenkreisspannung erkannt wird, und durch die Rückhalteeinheit gespeichert wurde.
Ferner ist es auch möglich, dass, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, eine Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit als den ersten Drehmomentgrenzwert einen Drehmomentgrenzwert einstellt, der basierend auf der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit erkannten Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird und ermöglicht, dass eine Abnahme der Gleichstromzwischenkreisspannung beschränkt werden kann. Darüber hinaus wird angenommen, dass die durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit erkannte Winkelgeschwindigkeit ω ist, ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors K_V ist, eine Drehmomentkonstante K_T ist, ein Wicklungswiderstand R ist und die Winkelgeschwindigkeit ω ist.
Die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit kann den ersten Drehmomentgrenzwert in einer solchen Weise einstellen, dass er ein Wert nicht größer als T_upper ist, der basierend auf dem nachstehenden Ausdruck berechnet wird.
Ferner ist es auch möglich, dass die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit den zweiten Drehmomentgrenzwert, wenn der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, in einer solchen Weise einstellt, dass er ein Wert nicht größer als ein für den Motor maximal zulässiges Drehmoment ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden:
1 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 ist ein Blockdiagramm der Motorsteuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3A ist ein Schaltbild, das ein Berechnungsverfahren eines Drehmomentvorhersagewertes darstellt, das eine Y-Verbindung eines Motors darstellt, wenn ein dynamischer Bremswiderstand verbunden ist;
3B ist ein Schaltbild, das ein Berechnungsverfahren eines Drehmomentvorhersagewertes darstellt, das die Verdrahtung darstellt, wenn die in 3A dargestellte Y-Verbindung zu einer Deltaverbindung transformiert wird;
3C ist ein Schaltbild, dass ein Berechnungsverfahren eines Drehmomentvorhersagewertes darstellt, das die Schaltung pro Phase in der in 3B dargestellten Deltaverbindung darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Schaltbild, das eine Ersatzschaltung des Motors pro Phase darstellt; und
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wicklungsstrom des Motors und elektrischer Leistung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird eine Motorsteuervorrichtung mit einer Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Zeichnungen oder die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Im Folgenden wird angenommen, dass durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnete Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen bedeuten, dass die Elemente dieselben Funktionen aufweisen. Es ist zu beachten, dass in 1 und 2, welche später beschrieben werden, um die Zeichnungen zu vereinfachen, die Verdrahtung, die einen dreiphasigen Wechselstrommotor 3 betrifft, gemäß der üblichen Praxis, durch eine Kombination aus einer Verdrahtung „–” und drei schrägen Linien „///” dargestellt ist.
Eine Motorsteuervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform wandelt Wechselstromenergie, die von einer Wechselstrom-Energiequelle 2 (im Folgenden gelegentlich einfach als Energiequelle bezeichnet) bereitgestellt wird, in elektrische Energie um, die zum Antreiben des Motors 3 geeignet ist, und liefert die elektrische Energie zu dem Motor 3. Der Motor 3 kann ein beliebiger dreiphasiger Wechselstrommotor sein und kann ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein. Der Motor 3 wird zum Beispiel als eine Antriebsquelle für eine Vorschubachse und eine Hauptachse einer Werkzeugmaschine oder einen Arm und dergleichen einer Industriemaschine und eines Industrieroboters verwendet. Es ist zu beachten, dass die Phasenanzahl der Wechselstrom-Energiequelle 2 in dem dargestellten Beispiel drei ist, wobei die Phasenanzahl der Energiequelle der Wechselstrom-Energiequelle 2 die vorliegende Erfindung jedoch nicht speziell einschränken soll, und dass neben der dreiphasigen zum Beispiel eine einphasige oder eine andere vielphasige Wechselstromquelle konfiguriert sein kann. Zu Beispielen für die Wechselstrom-Energiequelle 2 gehören eine dreiphasige 400 V-Wechselstrom-Energiequelle, eine dreiphasige 200 V-Wechselstrom-Energiequelle, eine dreiphasige 600 V-Wechselstrom-Energiequelle, eine einphasige 100 V-Wechselstrom-Energiequelle und dergleichen.
Bei der Motorsteuervorrichtung 1 wird die Wechselstromenergie, die von einer Seite der Wechselstrom-Energiequelle 2 zugeführt wird, durch einen Gleichrichter 4 in Gleichstromenergie umgewandelt und die Gleichstromenergie wird an einen Gleichstromzwischenkreis ausgegeben. Bei dem Gleichstromzwischenkreis ist, zum Zweck des Beschränkens einer pulsierenden Komponente eines Ausgangsgleichstroms des Gleichrichters 4 und Akkumulierens von Gleichstromenergie, ein Gleichstromzwischenkreis-Kondensator 6 vorgesehen. Eine Spannung des Gleichstromzwischenkreises (im Folgenden „Gleichstromzwischenkreisspannung”) wird an einem Verstärker 5 angelegt, der den Motor 3 antreibt. Der Verstärker 5 ist mit einem Wechselrichter (dreiphasiger Wechselrichter), der aus einer Vollbrückenschaltung aus Halbleiterschaltelementen besteht, konfiguriert, wandelt die Gleichstromzwischenkreisspannung zu einer Wechselstromenergie durch das Schaltelement um, das entsprechend einem Schaltbefehl, der basierend auf einem Drehmomentbefehl erzeugt wird, getrieben und ein- oder ausgeschaltet wird, und liefert dem Motor 3 Antriebsenergie. Ferner kann der Verstärker 5, wie nachstehend beschrieben, Wechselstromenergie, die in dem Motor 3 erzeugt wird, in Gleichstromenergie umwandeln und die Gleichstromenergie an den Gleichstromzwischenkreis ausgeben. Es ist zu beachten, dass die Art und Konfiguration des Gleichrichters 4 und des Verstärkers 5 die vorliegende Erfindung nicht speziell einschränken sollen.
Die Motorsteuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Stromausfall-Erkennungseinheit 11, eine Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12, eine Schalteinheit 13, eine Spannungsvergleichseinheit 14, eine Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15, eine Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16, eine Geschwindigkeitserkennungseinheit 17, eine Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18, eine Drehmomentvergleichseinheit 19, eine Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 und einen dynamischen Bremswiderstand 7.
Die Stromausfall-Erkennungseinheit 11 erkennt einen Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2, die elektrische Energie zum Antreiben des Motors 3 liefert. Ein Stromausfall-Erkennungsverfahren selbst soll die vorliegende Erfindung nicht speziell einschränken. Es gibt jedoch beispielsweise ein Verfahren der Koordinatentransformation einer dreiphasigen Wechselstrom-Eingangsspannung auf der Seite der Wechselstromenergiequelle 2 des Gleichrichters 4 zu einem Spannungsvektor in zweiphasigen Koordinaten, der äquivalent hierzu ist, Berechnen einer Amplitude des Vektors, wodurch ein Amplitudenwert einer Energiequellenspannung berechnet wird, und Erkennen eines Stromausfalls, wenn ein Zustand, in dem der Amplitudenwert unter einen vorbestimmten Referenzspannungswert fällt, über einen vorbestimmten Referenzzeitraum anhält. Wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit 11 einen Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2 erkennt, wird das Stromausfall-Erkennungssignal, das ein Erkennen eines Stromausfalls anzeigt, zu der Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 übertragen.
Die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkennt einen Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung, die an dem Verstärker 5 angelegt ist, der den Motor 3 antreibt. Der von der Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkannte Wert der Zwischenkreisspannung wird zu der Spannungsvergleichseinheit 14 übertragen.
Der dynamische Bremswiderstand 7 wird über die Schalteinheit 13, die später beschrieben wird, zwischen Eingangsanschlüssen des Motors 3 vorgesehen (mit anderen Worten zwischen Phasen einer Motorwicklung). Wenn ein Verbindungsziel des Motors 3 durch die Schalteinheit 13 von dem Verstärker 5 auf den dynamischen Bremswiderstand 7 umgeschaltet wird, kommt es zu einem Kurzschluss zwischen den Eingangsanschlüssen des Motors 3 (zwischen den Phasen der Motorwicklungen), wobei jedoch zwischenzeitlich ein magnetischer Feldfluss in dem Motor 3 vorliegt und sich der Motor 3 somit unter Einfluss seiner eigenen Trägheitsfunktionen als ein elektrischer Generator dreht, ein dadurch erzeugter Strom über die Schalteinheit 13 in den dynamischen Bremswiderstand 7 fließt und als Joulesche Wärme verbraucht wird und ein verlangsamendes Drehmoment 3 in dem Motor 3 erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass, da die Verdrahtung, die den dreiphasigen Wechselstrommotor 3 betrifft, in 1 und 2 durch eine Kombination aus einer Verdrahtung „–” und drei schrägen Linien „///” dargestellt ist, der dynamische Bremswiderstand 7 und die Schalteinheit 13 in einstückiger Weise dargestellt sind.
Die Schalteinheit 13 schaltet das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 auf den Verstärker 5 oder den dynamischen Bremswiderstand 7 um. In einem normalen Zustand, in dem die Motorsteuervorrichtung 1 den Antrieb des Motors 3 steuert, verbindet die Schalteinheit 13 den Motor 3 elektrisch mit dem Verstärker 5, wodurch der Verstärker 5 Gleichstromenergie in dem Gleichstromzwischenkreis zu Wechselstromenergie umwandelt und die Wechselstromenergie dem Motor 3 liefert oder Wechselstromenergie, die von dem Motor 3 erzeugt wird, in Gleichstromenergie umwandelt und die Gleichstromenergie an den Gleichstromzwischenkreis abgibt. Wenn die Stromausfallerkennungseinheit 11 einen Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2 erkennt, wird das Verbindungsziel des Motors 3, gemäß einem Ergebnis eines Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit 19, welche später beschrieben wird, auf den Verstärker 5 oder den dynamischen Bremswiderstand 7 umgeschaltet. Die Schalteinheit 13 wird später detailliert beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Art und Konfiguration der Schalteinheit 13 die vorliegende Erfindung nicht speziell einschränken sollen.
Die Spannungsvergleichseinheit 14 vergleicht den Wert der von der Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkannten Gleichstromzwischenkreisspannung mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Der Schwellenwert wird später detailliert beschrieben.
Die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt einen Drehmomentbefehl zum Antreiben des Motors 3. Der Verstärker (Wechselrichter) 5 gibt Wechselstromenergie an den Motor 3 aus (Vorgang zur Lieferung elektrischer Energie) oder bewirkt die von dem Motor 3 eingegebene Wechselstromenergie (Vorgang zur Regeneration von elektrischer Energie) derart, dass der Motor 3 unter Verwendung eines Drehmoments gemäß dem Drehmomentbefehl einen Drehvorgang ausführen kann. Wenn der Verstärker 5 beispielsweise ein Wechselrichter vom PWM-Steuertyp ist, wird der Drehmomentbefehl, der durch die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt wird, zu einem PWM-Steuersignal für die PMW-Steuerung eines Schaltvorgangs von jedem Halbleiterschaltelement in dem Verstärker (Wechselrichter) 5 transformiert und das PWM-Steuersignal wird zu der Halbleiterschaltelement in dem Verstärker 5 übertragen.
Die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 stellt einen Drehmomentgrenzwert gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit 14 ein. Der von der durch die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellte Drehmomentgrenzwert wird zu der Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 übertragen.
Der Drehmomentgrenzwert und der Schwellenwert werden anschließend detaillierter beschrieben.
Wie unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben, wird bei der Verlangsamung durch Erzeugen eines verlangsamenden Drehmoments in dem Motor 3 („Verlangsamung durch Steuerung) gemäß der Größe des verlangsamenden Drehmoments geschaltet, ob der Motor 3 die elektrische Energie regeneriert, und ob der Motor 3 die elektrische Energie verbraucht. Wie aus 6 ersichtlich, findet, wenn ein Wicklungsstrom i des Motors 3 kleiner als K_Vω/R ist, eine Regeneration von elektrischer Energie statt, wenn ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird, und, wenn der Wicklungsstrom i des Motors 3 nicht kleiner als K_Vω/R ist, findet ein Verbrauch von elektrischer Energie statt, wenn ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird. Drückt man dies durch das Drehmoment T mit einer Drehmomentkonstante K_T [N/Arms] aus, wird das Drehmoment T dann durch „K_Ti” dargestellt und somit findet, „wenn das Drehmoment T des Motors 3 kleiner als K_vK_tω/R ist, eine Regeneration von elektrischer Energie statt, wenn dem Motor 3 ermöglicht wird, ein verlangsamendes Drehmoment zu erzeugen, und, wenn das Drehmoment T des Motors 3 nicht kleiner als K_VK_tω/R ist, findet ein Verbrauch von elektrischer Energie statt, wenn ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird”. Da, wenn ein Stromausfall auf der Seite der Wechselstrom-Energiequelle 2 des Gleichrichters 4 auftritt, Gleichstromenergie nicht länger von dem Gleichrichter 4 ausgegeben wird, wird vorzugsweise die „Verlangsamung durch Steuerung” durchgeführt, welche eine Verlangsamung durch Erzeugen eines verlangsamenden Drehmoments in dem Motor 3 in der Zwischenzeit ist, wobei in dem Gleichstromzwischenkreis akkumulierte elektrische Energie verwendet wird. Ein Vorteil liegt darin, dass, je größer das verlangsamende Drehmoment ist, der Anhalteweg (Bremsweg) des Motors 3 umso kürzer wird, wobei jedoch, wenn das verlangsamende Drehmoment T nicht kleiner als K_VK_tω/R ist, elektrische Energie unabhängig von einem Verlangsamen des Motors 3 durch den Motor 3 verbraucht wird, sodass es möglich ist, dass sich die Gleichstromzwischenkreisspannung verringert und ein Niederspannungsalarm in dem Verstärker 5 erzeugt wird. Ein Nachteil liegt andererseits darin, dass der Anhalteweg (Bremsweg) des Motors 3 umso länger wird, je kleiner das verlangsamende Drehmoment ist, wobei jedoch, wenn das Drehmoment T nicht kleiner als K_VK_tω/R ist, elektrische Energie von dem Motor 3 aufgrund des Verlangsamens des Motors 3 erzeugt wird, sodass sich die Gleichstromzwischenkreisspannung nicht verringert und der Niederspannungsalarm nicht erzeugt wird. Sodann wird in der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15, zum Stoppen des Motors 3 in einer möglichst kurzen Zeit und zum gleichzeitigen Vermeiden einer Erzeugung des Niederspannungsalarms, wenn ein Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2 auftritt, ein erster Drehmomentgrenzwert T_lim1 eingestellt, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, und ein zweiter Drehmomentgrenzwert T_lim2, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 ist, wird eingestellt, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Mit anderen Worten gilt eine Beziehung von „erster Drehmomentgrenzwert T_lim1 < zweiter Drehmomentgrenzwert T_lim2 Somit wird in der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 als Drehmomentgrenzwert der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder des zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 gemäß dem Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung eingestellt.
Als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 wird, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, der Drehmomentgrenzwert eingestellt, der basierend auf der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird und ermöglicht, dass eine Abnahme der Gleichstromzwischenkreisspannung beschränkt wird. Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn das Drehmoment T kleiner als K_VK_tω/R ist, elektrische Energie von dem Motor 3 aufgrund einer Verlangsamung des Motors 3 erzeugt, wobei es, wenn der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 in einer solchen Weise eingestellt wird, dass er ein Wert nicht größer als K_VK_tω/R (= T_upper) ist, der Gleichstromzwischenkreisspannung selbst dann nicht abnimmt, wenn der Drehmomentbefehl auf den ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 beschränkt ist. Mit anderen Worten ist der obere Grenzwert T_upper des ersten Drehmomentgrenzwertes T_lim1 K_VK_tω/R.
Andererseits kann der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, so eingestellt werden, dass er ein Wert größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1, wie oben beschrieben, ist, aber ein oberer Grenzwert davon ist ein für den Motor 3 zulässiges maximales Drehmoment. Wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann in dem Gleichstromzwischenkreis akkumulierte elektrische Energie als in einem vergleichsweise günstigen Zustand befindlich angesehen werden und somit kann die „Verlangsamung durch Steuerung”, welche eine Verlangsamung durch Erzeugen eines verlangsamenden Drehmoments in dem Motor 3 ist, innerhalb eines Bereichs durchgeführt werden, der das für den Motor 3 zulässige maximale Drehmoment nicht übersteigt.
Anschließend kann der vorbestimmte Schwellenwert als ein im Voraus festgelegter fester Wert eingestellt werden.
Alternativ kann als der vorstehend genannte vorbestimmte Schwellenwert ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung eingestellt werden, der zu einer Zykluszeit vor der Zykluszeit erkannt wurde, zu der die für einen Vergleich durch die Spannungsvergleichseinheit 14 verwendete Gleichstromzwischenkreisspannung erkannt wird. 2 ist ein Blockdiagramm der Motorsteuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkennt einen Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung über eine vorbestimmte Zykluszeit, wobei, durch Bereitstellen einer Rückhalteeinheit 21, die den Wert der durch die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkannten Gleichstromzwischenkreisspannung einmal speichert, die Spannungsvergleichseinheit 14 jedoch den Wert der durch die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkannten Gleichstromzwischenkreisspannung mit einem Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung vergleichen kann, der zu einer der Zykluszeit, zu der die Gleichstromzwischenkreisspannung (mit anderen Worten, der Schwellenwert) erkannt wird, vorangegangenen Zykluszeit erkannt wurde. Bereitstellen der Rückhalteeinheit 21 ermöglicht es, in der Spannungsvergleichseinheit 14 zu bestimmen, ob die Gleichstromzwischenkreisspannung eine Zunahme- oder Abnahmetendenz aufweist. Dementsprechend kann der Motor 3 in einer möglichst kurzen Zeit gestoppt werden und eine Erzeugung des Niederspannungsalarms gleichzeitig in einer zuverlässigeren Weise vermieden werden. Wenn ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung zum Beispiel kleiner als ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung ist, der zu einer der Zykluszeit, zu der die Gleichstromzwischenkreisspannung erkannt wird, vorangegangenen Zykluszeit erkannt wurde (d. h. der Wert, der durch die Rückhalteeinheit 21 als der Schwellenwert gespeichert wurde), weist die Gleichstromzwischenkreisspannung eine Abnahmetendenz auf und es wird somit der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 eingestellt, und wenn ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung ist, der zu einer der Zykluszeit, zu der die Gleichstromzwischenkreisspannung erkannt wird, vorangegangenen Zykluszeit erkannt wurde (d. h. der Wert, der durch die Rückhalteeinheit 21 als der Schwellenwert gespeichert wurde), weist die Gleichstromzwischenkreisspannung eine Zunahmetendenz auf und es wird somit der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 ist, eingestellt.
Dementsprechend stellt die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 den ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder den zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 basierend auf einem Ergebnis eine Vergleichsvorgangs durch die Spannungsvergleichseinheit 14 unter Verwendung des Schwellenwertes ein.
Zurückkehrend zu 1 beschränkt die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 den durch die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugten Drehmomentgrenzwert auf den durch die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellten Grenzwert, wenn ein Stromausfall durch die Stromausfall-Erkennungseinheit 11 erkannt wird. Mit anderen Worten wird, wenn ein Stromausfall erkannt wird, der Drehmomentgrenzwert von der Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 als der Drehmomentbefehl ausgegeben, der Drehmomentgrenzwert wird zu dem Schaltbefehl zum Steuern des Schaltvorgangs von jedem Halbleiterschaltelement in dem Verstärker (Wechselrichter) 5 transformiert und zu jedem Halbleiterschaltelement in dem Verstärker 5 übertragen, worauf basierend der Verstärker 5 einen Umwandlungsvorgang elektrischer Energie durchführt. Es ist zu beachten, dass Effekte einer Begrenzung des Drehmomentbefehls durch die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16, wenn ein Stromausfall erkannt wird, vorhanden sind, wenn der Motor 3 und der Verstärker 5 elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkennt eine Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors 3. Die Winkelgeschwindigkeit, die von der Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannt wird, wird zu der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 übertragen.
Die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 berechnet, unter Verwendung der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit, ein verlangsamendes Drehmoment des Motors 3 als einen Drehmomentvorhersagewert, von dem vorhergesagt wird, dass er erzeugt wird, wenn angenommen wird, dass der Motor 3, der sich mit der Winkelgeschwindigkeit dreht, durch die Schalteinheit 13 mit dem dynamischen Bremswiderstand 7 verbunden ist. Ein Vorgang der Berechnung des Drehmomentvorhersagewertes durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 ist zyklisch auszuführen, unabhängig davon, ob das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 mittels der Schalteinheit 13 der Verstärker 5 oder der dynamische Bremswiderstand 7 ist, und soll die Vorhersage eines verlangsamenden Drehmoments berechnen, das in dem Motor 3 wahrscheinlich erzeugt wird, wenn angenommen wird, dass sich „der Motor 3 mit der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit dreht, während der Motor 3 und der dynamische Bremswiderstand 7 elektrisch miteinander verbunden sind, sodass eine dynamische Bremse auf den Motor 3 wirkt”. Der Drehmomentvorhersagewert wird für jede vorbestimmte Zykluszeit (zum Beispiel 1 ms) berechnet.
Die Berechnung des Drehmomentvorhersagewertes wird sodann unter Bezugnahme auf 3A bis 3C beschrieben. 3A bis 3C sind Schaltbilder, die ein Berechnungsverfahren des Drehmomentvorhersagewertes darstellen. 3A stellt eine Y-Verbindung des Motors dar, wenn der dynamische Bremswiderstand verbunden ist, 3B stellt die Verdrahtung dar, wenn die in 3A dargestellte Y-Verbindung in eine Deltaschaltung transformiert wird, und 3C stellt die Verdrahtung pro Phase in der in 3B dargestellten Deltaschaltung dar. Dreiphasige Verdrahtung in dem Dreiphasenmotor 3 ist unter Verwendung der Y-Verbindung (auch als Sternschaltung bezeichnet), wie in 3A dargestellt, verdrahtet. Z_a, Z_b und Z_c bezeichnen Impedanzen von jeder der Phasen und R_DB bezeichnet einen Widerstandswert des dynamischen Bremswiderstands 7, der über die Schalteinheit 13 elektrisch verbunden ist, in Bezug auf eine Wicklung von jeder der Phasen a, b und c. Die in 3A dargestellte Y-Verbindung wird einer Y-Delta(Δ)-Transformation zu der in 3B dargestellten Deltaverbindung unterzogen. Sodass gilt, wenn „Z_a + Z_DB” durch Z_a' substituiert wird, „Z_b + Z_DB” durch Z_b' substituiert wird und „Z_c + Z_DB” durch Z_c' substituiert wird, der Ausdruck 5.
In Ausdruck 5 wird die in Ausdruck 6 angegebene Substitution vorgenommen, sodass die in 3B dargestellte Deltaschaltung erhalten wird.
3C stellt einen Zustand dar, in dem die Verdrahtung pro Phase (Phase ab) der in 3B dargestellten Deltaschaltung herausgenommen ist.
Unter der Annahme, dass der Wicklungsstrom (Phase ab) des Motors 3 i ist, die durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannte Winkelgeschwindigkeit ω ist und ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors 3 K_V ist, gilt Ausdruck 7.
Somit ist, unter der Annahme, dass die Drehmomentkonstante K_T ist, ein Drehmomentvorhersagewert T_DB durch Ausdruck 8 dargestellt. In Ausdruck 8 stellt Re einen Realteil einer komplexen Zahl dar.
Demgemäß wird der Drehmomentvorhersagewert T_DB berechnet.
Zurückkehrend zu 1 vergleicht die Drehmomentvergleichseinheit 19 den von der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellten Drehmomentgrenzwert mit dem durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 berechneten Drehmomentvorhersagewert T_DB. Wie vorstehend beschrieben, wird der Drehmomentvorhersagewert T_DB durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 für jede vorbestimmte Zykluszeit berechnet, woraufhin die Drehmomentvergleichseinheit 19 den Drehmomentgrenzwert mit dem Drehmomentvorhersagewert T_DB für jede vorbestimmte Zykluszeit vergleicht.
Wenn als Ergebnis des Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit 19 festgestellt wird, dass der von der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellte Drehmomentgrenzwert (der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2) größer als der durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 berechnete Drehmomentvorhersagewert ist, bedeutet dies, dass ein verlangsamendes Drehmoment, das in dem Motor 3 erzeugt wird, nicht aufgrund der dynamische Bremse (Verlangsamung durch Hardware), sondern aufgrund einer „Verlangsamung durch Steuerung”, größer ist, sodass die Schalteinheit 13 das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 auf den Verstärker 5 umschaltet. Dadurch begrenzt die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 den Drehmomentbefehl auf den durch die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellten Drehmomentgrenzwert und der Verstärker 5 steuert einen Schaltvorgang jedes Halbleiterschaltelements in dem Verstärker 5 gemäß einem basierend auf dem Drehmomentgrenzwert erzeugten Schaltbefehl und führt eine Umwandlung elektrischer Energie derart aus, dass ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird, wobei folglich ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird und der Motor 3 verlangsamt wird.
Ferner, wenn als Ergebnis eines Vergleichs durch die Drehmoment-Vergleichseinheit 19 bestimmt wird, dass der durch die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellte Drehmomentgrenzwert kleiner als der durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 berechnete Drehmomentvorhersagewert T_DB ist, bedeutet dies, dass ein in Motor 3 erzeugtes verlangsamendes Drehmoment nicht aufgrund der „Verlangsamung durch Steuerung”, sondern aufgrund der dynamischen Bremse (Verlangsamung durch Hardware) größer ist, sodass die Schalteinheit 13 das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 auf den dynamischen Bremswiderstand 7 umschaltet. Dadurch kommt es, durch den dynamischen Bremswiderstand 7 zu einem Kurzschluss zwischen den Eingangsanschlüssen des Motors 3 (zwischen den Phasen der Motorwicklungen), wobei der Motor 3, der sich unter Einfluss seiner eigenen Trägheit dreht, als ein elektrischer Generator fungiert, ein dadurch erzeugter Strom in den dynamischen Bremswiderstand 7 fließt und als Joulesche Wärme verbraucht wird und ein verlangsamendes Drehmoment dementsprechend in dem Motor 3 erzeugt wird und der Motor 3 sich verlangsamt.
Somit wird während eines Stromausfalls der Wechselstrom-Energiequelle 2, um den Motor 3 in einer möglichst kurzen Zeit zu stoppen und eine Erzeugung des Niederspannungsalarms gleichzeitig zu verhindern, eine Größenbeziehung zwischen dem gemäß einem Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung eingestellten Drehmomentgrenzwert und dem Drehmomentvorhersagewert T_DB bestimmt und es wird aus der „Verlangsamung durch Steuerung” und der dynamischen Bremse (Verlangsamung durch Hardware) ein Verlangsamungsverfahren ausgewählt, welches eine Erzeugung eines größeren verlangsamenden Drehmoments ermöglicht.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.
Wenn der Motor 3 durch die Motorsteuervorrichtung 1 gesteuert wird, erkennt die Stromausfall-Erkennungseinheit 11 in Schritt S101 zunächst das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Auftretens eines Stromausfalls der Wechselstrom-Energiequelle 2. Wenn die Stromausfall-Erkennungseinheit 11 einen Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2 erkennt, wird das Stromausfall-Erkennungssignal, das die Erkennung des Stromausfalls anzeigt, an die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 übertragen, und anschließend fährt ein Prozess mit Schritt S102 fort.
In Schritt S102 bestimmt die Spannungsvergleichseinheit 14, ob ein Wert der von der Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit 12 erkannten Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, fährt der Prozess mit Schritt S103 fort, und wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, fährt der Prozess mit Schritt S104 fort.
In Schritt S103 stellt die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 den zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 ein.
In Schritt S104 stellt die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 den ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 ein.
In Schritt S105 berechnet die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 ein verlangsamendes Drehmoment, das in dem Motor 3 erzeugt werden soll, wenn angenommen wird, dass sich „der Motor 3 mit der von der Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit dreht, während der Motor 3 und der dynamische Bremswiderstand 7 elektrisch miteinander verbunden sind, sodass eine dynamische Bremse auf den Motor 3 wirkt”, als den Drehmomentvorhersagewert T_DB unabhängig davon, ob das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 über die Schalteinheit 13 der Verstärker 5 oder der dynamische Bremswiderstand 7 ist.
In Schritt S106 vergleicht die Drehmomentvergleichseinheit 19 den von der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15 eingestellten Drehmomentgrenzwert mit dem durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18 berechneten Drehmomentvorhersagewert T_DB. Als Ergebnis des Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit 19 wird, wenn der Drehmomentgrenzwert größer als der Drehmomentvorhersagewert T_DB ist, mit Schritt S107 fortgefahren, und wenn der Drehmomentgrenzwert kleiner als der Drehmomentvorhersagewert T_DB ist, wird mit Schritt S109 fortgefahren.
In Schritt S107 schaltet die Schalteinheit 13 das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 auf den Verstärker 5 um.
In Schritt S108, im Anschluss an Schritt S107, begrenzt die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16 einen durch die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugten Drehmomentbefehl auf den in Schritt S103 eingestellten zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 oder den in Schritt S104 eingestellten ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1. Somit steuert der Verstärker (Wechselrichter) 5 einen Schaltvorgang jedes Halbleiterschaltelements in dem Verstärker 5 gemäß einem basierend auf dem eingestellten Drehmomentgrenzwert erzeugten Schaltbefehl und führt eine Umwandlung elektrischer Energie so aus, dass ein verlangsamendes Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt wird. Dementsprechend wird das verlangsamende Drehmoment in dem Motor 3 erzeugt und der Motor 3 wird verlangsamt (Schritt S111).
In Schritt S109 schaltet die Schalteinheit 13 das Ziel der elektrischen Verbindung des Motors 3 auf den dynamischen Bremswiderstand 7 um.
In Schritt S110 kommt es, im Anschluss an Schritt S109, durch den dynamischen Bremswiderstand 7 zu einem Kurzschluss zwischen den Eingangsanschlüssen des Motors 3 (zwischen den Phasen der Motorwicklungen), wobei sich der Motor 3, der sich unter Einfluss seiner eigenen Trägheit dreht, als ein elektrischer Generator fungiert, ein dadurch erzeugter Strom in den dynamischen Bremswiderstand 7 fließt und als Joulesche Wärme verbraucht wird und ein verlangsamendes Drehmoment dementsprechend in dem Motor 3 erzeugt wird und der Motor 3 sich verlangsamt (Schritt S111).
In Schritt S112 wird bestimmt, ob der Motor 3 zu einem völligen Stillstand gekommen ist. Eine solche Bestimmung kann zum Beispiel durch Hauptsteuermittel (nicht dargestellt) basierend auf einer durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit 17 erkannten Winkelgeschwindigkeit durchgeführt werden. Wenn der Motor 3 nicht zu einem vollständigen Stillstand gekommen ist, kehrt der Prozess zu Schritt S102 zurück.
Nachdem ein Stromausfall der Wechselstrom-Energiequelle 2 in Schritt S101 erkannt wird, werden die Prozesse aus Schritt S102 und S112 wiederholt ausgeführt, bis in Schritt S112 bestimmt wird, dass der Motor 3 zu einem vollständigen Stillstand gekommen ist. Eine solche Wiederholungszykluszeit ist identisch mit einer Zykluszeit der Drehmomentvorhersageberechnung durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18. In der Zwischenzeit wird, gemäß einem Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung, der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2 eingestellt, und, gemäß einer Größenbeziehung zwischen dem Drehmomentgrenzwert und dem Drehmomentvorhersagewert T_DB, wie eingestellt, die „Verlangsamung durch Steuerung” unter Verwendung des Drehmomentbefehls an den Verstärker (Wechselrichter) 5 aus Schritt S107 und S108 oder die „Verlangsamung durch Hardware” unter Verwendung des dynamischen Bremswiderstands 7 aus Schritt S109 und S110 ausgewählt. Aus der „Verlangsamung durch Steuerung” unter Verwendung des Drehmomentbefehls an den Verstärker (Wechselrichter) 5 und der „Verlangsamung durch Hardware” unter Verwendung des dynamischen Bremswiderstands 7, wird ein Verlangsamungsverfahren ausgewählt, das die Erzeugung eines größeren verlangsamenden Drehmoments in dem Motor 3 ermöglicht, sodass der Anhalteweg (Bremsweg) des Motors 3 verkürzt und die Erzeugung des Niederspannungsalarms gleichzeitig vermieden werden kann.
Es ist zu beachten, dass die Spannungsvergleichseinheit 14, die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15, die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16, die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18, die Drehmomentvergleichseinheit 19 und die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20, wie vorstehend beschrieben, zum Beispiel in einem Software-Programmformat ausgeführt sein können oder durch eine Kombination aus verschiedenen Arten elektronischer Schaltungen und einem Software-Programm ausgeführt sein können. Wenn diese Einheiten zum Beispiel in einem Software-Programmformat ausgeführt sind, wird eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung in der Motorsteuervorrichtung 1 gemäß einem solchen Software-Programm betrieben, wobei eine Funktion von jeder Einheit wie vorstehend beschrieben umgesetzt werden kann. Alternativ können die Spannungsvergleichseinheit 14, die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit 15, die Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit 16, die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit 18, die Drehmomentvergleichseinheit 19 und die Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit 20 als eine integrierte Halbleiterschaltung umgesetzt sein, für welche ein Software-Programm geschrieben ist, das eine Funktion von jeder Einheit umsetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, bei der Motorsteuervorrichtung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine steuert, der Anhalteweg des Motors verkürzt werden und ein Niederspannungsalarm nach einem Stromausfall einer Energiequelle gleichzeitig vermieden werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, aus der „Verlangsamung durch Steuerung” unter Verwendung des Drehmomentbefehls an den Verstärker (Wechselrichter) und der „Verlangsamung durch Hardware” unter Verwendung des dynamischen Bremswiderstands, ein Abbremsverfahren ausgewählt, das die Erzeugung eines größeren verlangsamenden Drehmoments in dem Motor ermöglicht, sodass der Anhalteweg des Motors verkürzt werden kann (der Motor wird in einer kurzen Zeit gestoppt) und gleichzeitig die Erzeugung des Niederspannungsalarms vermieden werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5612058 [0004]
JP 5746276 [0005]
JP 2016-25828 [0006]

Claims

Motorsteuervorrichtung (1), die einen Motor (3) in einer Werkzeugmaschine oder einer industriellen Maschine steuert, wobei die Motorsteuervorrichtung (1) Folgendes umfasst: eine Stromausfall-Erkennungseinheit (11), die einen Stromausfall einer Energiequelle (2), die elektrische Energie zum Antreiben des Motors (3) bereitstellt, erkennt; eine Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit (12), die einen Wert einer Gleichstromzwischenkreisspannung erkennt, die an einem Verstärker (5), der den Motor (3) antreibt, erkennt; eine Schalteinheit (13), die ein Ziel der Verbindung des Motors (3) auf den Verstärker (5) oder einen dynamischen Bremswiderstand (7) umschaltet; eine Spannungsvergleichseinheit (14), die den Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht; eine Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15), die einen Drehmomentgrenzwert zum Verlangsamen des Motors (3) gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit (14) einstellt; eine Drehmomentbefehl-Begrenzungseinheit (16), die einen Drehmomentbefehl zum Antreiben des Motors (3) auf den Drehmomentgrenzwert begrenzt, wenn der Motor (3) mit dem Verstärker (5) verbunden ist, wenn der Stromausfall erkannt wird; eine Geschwindigkeitserkennungseinheit (17), die eine Winkelgeschwindigkeit des Motors erkennt (3); eine Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit (18), die unter Verwendung der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit (17) erkannten Winkelgeschwindigkeit ein verlangsamendes Drehmoment des Motors (3) als einen Drehmomentvorhersagewert berechnet, von dem vorhergesagt wird, dass er erzeugt wird, wenn der Motor (3), der sich mit der Winkelgeschwindigkeit dreht, mit dem dynamischen Bremswiderstand (7) verbunden wird und eine Drehmomentvergleichseinheit (19), die den von der Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15) eingestellten Drehmomentgrenzwert mit dem durch die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit (18) berechneten Drehmomentvorhersagewert vergleicht, wobei gemäß einem Ergebnis des Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit (19) die Schalteinheit (13) das Verbindungsziel des Motors (3), wenn der Stromausfall erkannt wird, auf den Verstärker (5) oder den dynamischen Bremswiderstand (7) umschaltet.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Schalteinheit (13), als Ergebnis des Vergleichs durch die Drehmomentvergleichseinheit (19), das Verbindungsziel des Motors (3) auf den Verstärker (5) umschaltet, wenn der Drehmomentgrenzwert größer als der Drehmomentvorhersagewert ist, und das Verbindungsziel des Motors (3) auf den dynamischen Bremswiderstand (7) umschaltet, wenn der Drehmomentgrenzwert kleiner als der Drehmomentvorhersagewert ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn angenommen wird, dass die durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit (17) erkannte Winkelgeschwindigkeit ω ist, ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors (3) K_V ist, eine Drehmomentkonstante K_T ist, eine Impedanz je Phase, wenn eine Y-Verbindung einer Wicklung in dem Motor (3) zu einer Deltaverbindung transformiert wird, Z ist, ein Widerstandswert des dynamischen Bremswiderstands (7) R_DB ist und der Drehmomentvorhersagewert T_DB ist, die Drehmomentvorhersagewert-Berechnungseinheit (18) den Drehmomentvorhersagewert T_DB basierend auf dem nachstehenden Ausdruck berechnet.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, als Ergebnis des Vergleichs durch die Spannungsvergleichseinheit (14), die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15), einen ersten Drehmomentgrenzwert einstellt, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, und einen zweiten Drehmomentgrenzwert einstellt, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert ist, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Schwellenwert ein fester Wert ist, der im Voraus eingestellt wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Rückhalteeinheit (21), die einen durch die Gleichstromzwischenkreisspannung-Erkennungseinheit (12) erkannten Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung für jede vorbestimmte Zykluszeit speichert, wobei der vorbestimmte Schwellenwert ein Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung ist, die zu einer der Zykluszeit vor einer Zykluszeit erkannt wurde, zu der die für einen Vergleich durch die Spannungsvergleichseinheit (14) verwendete Gleichstromzwischenkreisspannung erkannt wird und durch die Rückhalteeinheit (21) gespeichert wurde.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, eine Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15) als den ersten Drehmomentgrenzwert einen Drehmomentgrenzwert einstellt, der basierend auf der durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit (17) erkannten Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird und er ermöglicht, dass eine Abnahme der Gleichstromzwischenkreisspannung beschränkt wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei, angenommen, dass die durch die Geschwindigkeitserkennungseinheit (17) erkannte Winkelgeschwindigkeit ω ist, ein Koeffizient der gegenelektromotorischen Kraft des Motors (3) K_V ist, eine Drehmomentkonstante K_T ist, ein Wicklungswiderstand R ist und die Winkelgeschwindigkeit ω ist, die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15) den ersten Drehmomentgrenzwert in einer solchen Weise einstellt, dass er ein Wert nicht größer als T_upper ist, der basierend auf dem nachstehenden Ausdruck berechnet wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Drehmomentgrenzwert-Einstellungseinheit (15), den zweiten Drehmomentgrenzwert, wenn der Wert der Gleichstromzwischenkreisspannung nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, in einer solchen Weise einstellt, dass er ein Wert nicht größer als ein für den Motor (3) zulässiges maximales Drehmoment ist.