电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置的制作方法

本发明涉及使用旋转编码器等转子位置检测器来获取电动机的转子位置/速度信息，控制电动机的电力变换装置中的转子位置检测器异常判定装置。

背景技术：

作为根据安装于电动机的转子位置检测器(位置/速度传感器)的检测信息控制电动机的装置，采用例如图4所示的带位置/速度传感器的矢量控制方式的电动机控制装置。

在图4中，1是三相的马达，对马达1安装有检测转子位置(旋转角度)的转子位置检测器2。3是根据转子位置检测器2的检测信号运算马达的旋转速度的速度运算部。4是以使由速度运算部3运算出的旋转速度成为速度指令部5的速度指令值的方式进行控制，并输出电流指令值的速度控制部。

6是以由转子位置检测器2得到的转子的位置信息、即相位信息为基准，对由变流器(电流传感器)7检测流过马达1的三相(u、v、w)电流而得到的三相检测电流进行三相－二相变换、旋转坐标变换的dq变换部。

8是以使由dq变换部6变换而得到的d-q轴电流成为从速度控制部4输出的电流指令值的方式进行控制，并输出d-q轴电压指令值的电流控制部。

9是以由转子位置检测器2得到的转子的位置信息、即相位信息为基准，对从电流控制部8输出的d-q轴电压指令值进行二相-三相变换，并输出三相各相的电压指令的三相变换部。

10是具有例如三相桥连接的半导体开关元件，根据三相变换部9的电压指令对马达1供给三相交流电力的电力变换器(逆变器)，被由图示省略的PWM调制部对所述三相变换部9的电压指令进行PWM调制而生成的控制信号(半导体开关元件的门控信号)控制。

如上所述，在进行带位置/速度传感器(转子位置检测器2)的矢量控制的情况下，使用传感器的位置/速度信息来进行速度控制以及电流控制。

如图5所示地定义进行三相－二相变换以及旋转坐标变换的矢量控制中的UVW三相坐标系、αβ固定坐标系、dq旋转坐标系。即，三相电流UVW的各轴通过三相－二相变换被变换到αβ轴，通过旋转坐标变换被变换到d-q轴。d-q轴分别为直流量。

在稳定速度下d-q轴分别为恒定值，在变更速度指令后，转移到该速度指令值下的d-q轴值那样的值。在该转移的期间，d-q轴值在瞬态下具有振动成分。

在dq变换部6中，在进行uvw→dq变换之后d-q坐标轴能够任意地定义，但一般而言，为了易于控制马达的转矩而控制为使d轴与马达的磁通一致。在用旋转坐标系定义用于控制的坐标时，以从例如旋转编码器(转子位置检测器2)得到的转子的位置信息、即相位信息为基准进行坐标变换。d-q轴在同步电动机的情况下与旋转频率同步地旋转，在感应电动机(IM)的情况下与初级线圈侧的频率同步地旋转。在d-q轴上进行坐标变换而得到的电流值为直流量。

作为所述转子位置检测器2使用例如图6所示的旋转编码器(绝对编码器)。在图6中，60是设置为通过旋转轴61自由旋转的旋转圆板，该旋转圆板60形成有多个轨道的盘轨道D₁～D_n(在图示中仅显示有两个轨道的量)。

在旋转圆板60的上方位置隔着透镜62设置有光源63，在下方位置隔着具有多个固定狭缝的固定狭缝板64配设有受光元件65。

经由透镜62、盘轨道D₁～D_n以及固定狭缝板64，在受光元件65接收光源63的光，根据各受光元件65的输出信号得到预定比特结构的绝对位置信号。

此外，关于与本发明关联的电机设备的异常以及劣化诊断装置，提出了例如专利文献1记载的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-156547号公报

技术实现要素：

如图4所示，在使用转子位置检测器2的检测信息(位置/速度信息)进行速度控制以及电流控制的装置中，在转子位置检测器2的检测信息错误的情况下，也无法适当地进行速度控制以及电流控制。因此，在发生急剧的速度变动或者负载变动的情况下，有可能产生过流故障或超速故障而装置被破坏。

进而，在转子位置检测器2的位置/速度信息振动的情况下，在输出电流中包含高次谐波成分而损失增加。在永磁同步电动机(PM马达)的情况下，存在增加的损失变为热而转子磁铁的温度上升而减磁的可能性。

例如，在作为转子位置检测器2采用图6的旋转编码器的图4的控制装置中，存在旋转编码器发生安装不良而马达1联结异常的情况、旋转编码器的输出信号振动的情况。

如图6所示，安装于旋转轴61的旋转圆板60是可动部，其它结构零件被固定，所以在旋转编码器自身受到机械性振动时，本来应固定的光源63、透镜62、固定狭缝板64、受光元件65的位置关系产生抖动，所以旋转编码器的输出产生相位的抖动。因此，输入到dq变换部6的相位信号也产生抖动。因此，由于坐标变换中使用的相位信息振动，所以d-q轴上的电流也振动。该振动成分成为高次谐波成分，马达的损失增加。

在永磁同步电动机(PM马达)的情况下，在损失增加时，转子磁铁的温度有可能会上升而减磁。即使在感应电动机(IM)的情况下，也可能发生绝缘物的劣化所致的短路或某种物质的烧损。另外，由于控制性能也劣化，所以在发生急剧的速度变动或者负载变动的情况下，有可能产生过流故障、超速故障而装置被破坏。在目前的情况下，还没有为了防止这些问题、不论旋转编码器的种类如何而都利用编码器信息判定是否有故障等异常的功能。

本发明解决上述课题，其目的在于提供一种能够可靠地判定由于机械性振动、例如因对电动机的安装不良所产生的振动而转子位置检测器的信息为异常的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置。

用于解决上述课题的权利要求1记载的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置，该电动机控制装置根据安装于电动机的转子位置检测器的检测信息控制电动机，所述转子位置检测器异常判定装置具备：

振动成分提取部，从将电动机的三相检测电流变换到d-q轴而得到的d轴电流中提取d轴电流的振动成分；以及

转子位置检测器信息异常判定部，判定由所述振动成分提取部提取出的d轴电流的振动成分是否为由于机械性的主要原因引起的振动，在是由于机械性的主要原因引起的振动的情况下，在该振动成分持续了设定时间以上时，判定为转子位置检测器的检测信息异常。

根据上述结构，根据将电动机的检测电流变换到d-q轴而得到的d轴电流的振动成分进行异常判定，所以能够可靠地判定由于机械性振动、例如因对电动机的安装不良所产生的振动而转子位置检测器的信息为异常。

另外，权利要求2记载的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置在权利要求1中，所述转子位置检测器信息异常判定部具备：

实效值运算部，对所述d轴电流的振动成分的实效值进行运算；

第一比较部，对设定为与由于机械性的主要原因引起的振动以外的噪声相当的电流值的第一判定值和运算出的所述实效值进行比较；

计数器，对第一比较部的比较结果为实效值大于第一判定值时的实效值大于第一判定值的时间进行计数；以及

第二比较部，对被设定为产生交流成分的容许时间的第二判定值和所述计数器的计数时间进行比较，

在第二比较部的比较结果为计数器的计数时间大于第二判定值时，判定为转子位置检测器的检测信息异常。

根据上述结构，因为设置有第一比较部，所以能够防止由于由机械性的主要原因引起的振动以外的噪声而误判定。

另外，因为设置有第二比较部，所以能够防止由于在产生交流成分的容许时间内产生的交流成分、例如在电动机中产生瞬时性的速度变动时产生的高频电流成分而误判定。

另外，权利要求3记载的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置在权利要求1或者2中，所述电动机控制装置具备：

速度控制系统，根据转子位置检测器的检测信息控制速度；以及

电流控制系统，根据以转子位置检测器的检测信息为基准将电动机的三相检测电流变换到d-q轴的坐标变换部的输出控制电流。

根据上述结构，根据转子位置检测器输出的异常的检测信息来进行速度控制以及电流控制，能够防止发生超速故障和过流故障。

另外，权利要求4记载的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置在权利要求1至3中的任意一项中，所述振动成分提取部具备高通滤波器。

另外，权利要求5记载的电动机控制装置的转子位置检测器异常判定装置在权利要求1至3中的任意一项中，所述振动成分提取部具备仅使与机械性振动相当的频带通过的带通滤波器。

(1)根据权利要求1～5记载的发明，因为根据将电动机的检测电流变换到d-q轴而得到的d轴电流的振动成分来进行异常判定，所以能够可靠地判定由于机械性振动、例如因对电动机的安装不良所产生的振动而转子位置检测器的信息为异常。

(2)根据权利要求2记载的发明，能够防止由于机械性的主要原因引起的振动以外的噪声以及在产生交流成分的容许时间内产生的交流成分所致的误判定，提高判定精度。

(3)根据权利要求3记载的发明，根据转子位置检测器输出的异常的检测信息进行速度控制以及电流控制，能够防止发生超速故障和过流故障。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式例的结构的框图。

图2是示出本发明的实施例1的主要部分的详情的框图。

图3是示出本发明的实施例2的主要部分的详情的框图。

图4是示出应用本发明的电动机控制装置的一个例子的框图。

图5是示出矢量控制中的控制坐标轴的定义的说明图。

图6是应用本发明的绝对编码器的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，而本发明不限定于下述的实施方式例。图1示出本实施方式例的结构，与图4相同的部分用相同符号表示。

在图1中，与图4的不同点在于设置有：高次谐波检测部11(振动成分提取部)，从由dq变换部6变换而得到的d-q轴电流中的d轴电流提取d轴电流的振动成分(交流成分)即高次谐波；以及编码器信息异常判定部12(转子位置检测器信息异常判定部)，判定由所述高次谐波检测部11提取出的d轴电流的振动成分是否为由于机械性的主要原因而引起的振动，在是由于机械性的主要原因引起的振动的情况下，在该振动成分持续了设定时间以上时，判定为转子位置检测器2的检测信息为异常，其它部分构成为与图1相同。

此外，作为转子位置检测器2，使用例如图6所示的旋转编码器，在以下的说明中，有时也将转子位置检测器简称为编码器。

在用dq变换部6对利用变流器7(电流传感器)检测流过马达1的电流而得到的电流进行三相－二相变换、旋转坐标变换之后的电流信息中，有d轴电流检测值(Id)和q轴电流检测值这两个成分。本实施方式例中，如图1所示构成为根据d轴电流检测值的信息进行编码器信息的正误判定。

利用dq变换部6进行旋转坐标变换之后的d轴电流检测值(Id)为直流量，通常不会振动。因此，利用高次谐波检测部11提取d轴电流的振动成分(Id_h)，利用编码器信息异常判定部12判定该振动成分是否为由于机械性的主要原因引起的振动，从而进行编码器信息的正误判定，在为错误的情况下，判定为异常。

在以下的实施例1、实施例2中，详细说明上述高次谐波检测部11以及编码器信息异常判定部12。

(实施例1)

图2示出图1中的高次谐波检测部11以及编码器信息异常判定部12的详细结构。11a是具备对d轴电流检测值Id进行高带通处理来提取d轴电流的振动成分Id_h的高通滤波器(HPF)的高次谐波检测部。

高次谐波检测部11a的输出即d轴电流的振动成分Id_h为交流成分的波形，被输入到编码器信息异常判定部12的实效值运算(Root Mean Square：RMS，均方根)部21。实效值运算部21进行振动成分Id_h的实效值运算，取出实效值成分。

22是第一比较部，对从实效值运算部21输出的实效值成分和用于防止噪声所致的误判定的第一判定值(判定值1)进行比较，在实效值更大时输出“1”。此外，第一比较部22在第一判定值更大时输出“0”。

所述第一判定值设定为相对于额定电流值例如5％左右的振幅的值。也就是说，除了基于速度传感器(编码器：转子位置检测器2)和电流传感器(变流器7)的振动成分所产生的d轴电流的高次谐波成分以外，基本上不产生d轴电流的高次谐波成分。

因此，为了防止由于机械性的主要原因引起的振动成分以外的噪声所致的误检测、误判定，将第一判定值设定为额定电流值的5％左右即可。由此，判定精度提高。

第一比较部22的输出被输入到递增计数器23(计数器)，在递增计数器23中，在第一比较部22输出“1”(产生高次谐波)的情况下，对该状态持续的时间进行运算(计数)。

24是第二比较部，对从递增计数器23输出的计数时间和用于防止在容许时间内产生的交流成分所致的误判定的第二判定值(判定值2)进行比较，在计数时间更大(高次谐波产生持续时间超过容许时间)的情况下输出“1”，判定为编码器信息异常。此外，第二比较部24在第二判定值更大时输出“0”。

所述第二判定值设定为分钟单位的值。即，例如在马达1中发生瞬时性速度变动时产生高频电流成分，但马达的电气时间常数不会长到分钟单位。因此，通过将第二判定值设定为分钟单位，不会由于所述马达的瞬时性速度变动而发生误判定，能够判断是编码器(转子位置检测器2)的机械性的安装异常所致的振动。由此，判定精度提高。

在判定出所述编码器信息异常的情况下，能够进行例如使马达1停止等处置。

根据本实施例1，利用转子位置检测器2输出的异常的检测信息进行速度控制以及电流控制，能够防止发生超速故障和过流故障。

(实施例2)

高次谐波检测部11的输出即d轴电流的振动成分Id_h不是噪声那样的交流成分而是接近马达的输出频率成分的频带的频率。即，由于机械性的主要原因引起的振动不会成为噪声那样的高频成分。

因此，在本实施例2中，不采用实施例1(图2)的高次谐波检测部11a，而是如图3所示采用具备带通滤波器(BPF)的高次谐波检测部11b，该带通滤波器(BPF)具有对于低频区域取出d轴电流的振动成分、对于高频区域使噪声那样的频带截止的通频带。在图3中，编码器信息异常判定部12构成为与图2相同。

在图3的结构中，也与所述图2同样地工作，从将马达1的三相检测电流变换到d-q轴而得到的d轴电流(Id)中提取d轴电流的振动成分(Id_h)，判定所述振动成分是否为由于机械性的主要原因引起的振动，在是由于机械性的主要原因引起的振动时的振动成分持续时间超过容许时间的情况下，能够判定为编码器(转子位置检测器2)的检测信息异常。

如以上所述，根据本实施方式例，能够监视编码器安装异常，根据异常判定结果适当地进行马达控制。

另外，在产生编码器的安装异常时，马达的损失增加。在永磁同步电动机(PM)的情况下，在损失增加时，转子磁铁的温度有可能会上升而减磁，在感应电动机(IM)的情况下也可能会发生绝缘物的劣化所致的短路或某种物质的烧损，但根据本实施方式例，能够保护电动机免受这些影响。

此外，本发明不限于图1所示的电动机控制装置，而还能够应用于其它结构的电动机控制装置，在该情况下也起到与以上所述同样的作用、效果。