檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置的製作方法

2023-12-10 02:16:51 2

專利名稱：檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及為保護電動機的轉子不使其過熱而檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置。
背景技術：
以往，在用於保護具有定子以及轉子的電動機不使其過熱的溫度檢測裝置中，通過在定子線圈附近安裝的熱敏電阻或者恆溫器那樣的溫度檢測元件檢測線圈的溫度，在檢測出的溫度超過了預定值的情況下生成警報信號。另外，例如在日本特開2009 - 261078號公報(JP2009 — 261078A)中提出了在為保護電動機不使其過熱而檢測線圈的溫度時，除了通過溫度檢測器檢出的溫度之外 還考慮電動機損耗的溫度檢測裝置。但是，現有的溫度檢測裝置是用於對線圈進行過熱保護的裝置，不對轉子進行過熱保護。例如，在同步電動機的轉子(rotor)高速旋轉時，轉子的發熱量增大，因為對於定子進行強制冷卻，所以有時轉子的溫度變得顯著高於定子的溫度。這樣通過轉子的溫度變得顯著高於定子的溫度，有對於在電動機上安裝的工件或者刀具那樣的被驅動體傳導熱量這樣的不適合的情況，或者在轉子具有永磁鐵的情況下發生永磁鐵的去磁或者消磁這樣的不適合的情況。為避免這些不適合的情況，不僅線圈而且轉子也需要過熱保護。但是，因為熱敏電阻或者恆溫器那樣的溫度檢測器進行有線通信，所以難以為檢測轉子的溫度而把溫度檢測器裝入轉子。

發明內容
作為本發明的一種方式，提供一種為對電動機的轉子進行過熱保護而能夠檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置。根據本發明的一種方式，溫度檢測裝置是檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置，具有電流檢測部，用於檢測在電動機的定子和轉子中的任何一方上設置的線圈的電流值；鐵損推定部，用於使用電流值推定轉子的鐵損；和轉子溫度推定部，用於使用鐵損推定轉子的溫度。優選還具有用於推定線圈的溫度的線圈溫度推定部，轉子溫度推定部使用鐵損以及線圈的溫度推定轉子的溫度。優選在定子上設置線圈，線圈溫度推定部是在線圈的周圍配置的溫度檢測元件。優選線圈溫度推定部根據電流值推定線圈的銅損，根據銅損推定線圈溫度的上升量。優選在上述定子上設置分別被供給三相交流電流中的U相、V相以及W相的交流電流的三個線圈，上述鐵損推定部根據下式來推定上述轉子的鐵損。P = {a I IqI α +b I c+Id α} ω2+{θ | Iq| e+f c+Id| 0 } ω
其中，P:轉子的鐵損，ω :流過線圈的交流電流的頻率，Id :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的D相交流電流值，Iq :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的Q相交流電流值，a、b、c、e、f :常數，α、β :指數。優選在定子上設置分別被供給三相交流電流中的U相、V相以及W相的交流電流的三個線圈，鐵損推定部根據下式來推定上述轉子的鐵損，
P= {a I Iq I α +b I c+Id α} ω 2+{e | Iq | 0+f c+Id | 0} ω其中，P:轉子的鐵損，ω :流過線圈的交流電流的頻率，Id :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的D相交流電流值，Iq :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的Q相交流電流值，a、b、c、e、f :常數，α、β :指數，轉子溫度推定部使用鐵損、線圈的溫度以及轉子的溫度推定轉子的溫度的上升量。優選還具有在通過轉子溫度推定部推定出的溫度超過預定溫度的情況下生成警報的警報生成部。優選電動機是同步電動機。根據本發明的一種方式，通過檢測線圈的電流值，使用電流值推定轉子的鐵損，使用鐵損推定轉子的溫度，能夠為對電動機的轉子進行過熱保護而檢測電動機的轉子的溫度。


通過與附圖關聯的以下的實施方式的說明能夠更加明了本發明的目的、特徵以及優點。附圖中圖I是具有本發明的第一實施方式的溫度檢測裝置的系統的框圖；圖2是本發明的第一實施方式的溫度檢測裝置的動作的流程圖；圖3是具有本發明的第二實施方式的溫度檢測裝置的系統的框圖；圖4是本發明的第二實施方式的溫度檢測裝置的動作的流程圖；圖5是具有本發明的第三實施方式的溫度檢測裝置的系統的框圖；圖6是具有本發明的第四實施方式的溫度檢測裝置的系統的框圖；圖7是本發明的第四實施方式的溫度檢測裝置的動作的流程圖。
具體實施例方式參照

本發明的溫度檢測裝置的實施方式。此外，在附圖中，給同一結構要素附以同一符號。參照附圖，圖I是具有本發明的第一實施方式的溫度檢測裝置的系統的框圖。圖I表示的系統具有三相交流電源I、變換器2、濾波電容器3、逆變器4，永磁同步電動機5、被驅動體6、編碼器7、溫度檢測裝置10、和顯示器21。變換器2例如由多個(在三相交流的情況下是6個)整流二極體以及分別在這些整流二極體上反並聯連接的電晶體構成，把從三相交流電源I供給的交流電力變換為直流電力。濾波電容器3為對通過變換器2的整流二極體整流的電壓進行濾波而與變換器2並聯連接。逆變器4與濾波電容器3並聯連接，例如由多個(在三相交流的情況下是6個)整流二極體以及分別在這些整流二極體上反並聯連接的電晶體構成，把通過變換器2變換的直流電力變換為交流電力。永磁同步電動機5連接工作檯、臂和在這些上裝卸的工件等被驅動體6，例如可以用於改變在工具機中保持工件的工作檯的位置或者姿勢，也可以使機器人的臂旋轉等。在本實施方式中，假定永磁同步電動機5是具有轉子52和定子53的旋轉型伺服電動機，轉子52具有安裝有編碼器7的旋轉軸51，定子53作為固定元件以包圍轉子52的方式配置。轉子52具有四個以90 °的間隔配置的永磁鐵54a、54b、54c、54d。永磁鐵54a、54b、 54c、54d被配置成定子53側的端部面對轉子52的旋轉方向彼此以90°離開，並且永磁鐵54a、54b、54c、54d的外側的端部交互成為N極、S極、N極以及S極那樣配置。定子53具有以120°的間隔配置、分別被供給U相、V相以及W相交流電流的3個線圈55u、55v、55w。因此，永磁同步電動機5作為三相同步電動機作用。溫度檢測裝置10，如要在後面詳細說明的那樣，檢測轉子52的溫度I；。因此，溫度檢測裝置10具有電流檢測部11、鐵損推定部12、和轉子溫度推定部13。電流檢測部11檢測流過線圈55u的U相交流電流值Iu、流過線圈55v的V相交流電流值Iv以及流過線圈55w的W相交流電流值Iw。另外，電流檢測部11根據檢測出的U相交流電流值Iu、V相交流電流值Iv以及W相交流電流值Iw，求出U相交流電流、V相交流電流以及W相交流電流的頻率ω、D相交流電流的振幅值(D相直流電流值)I Id I以及Q相交流電流的振幅值(Q相直流電流值)I Ij,向鐵損推定部12供給頻率ω、振幅值I Id|以及振幅值I Iq I。因此，電流檢測部11例如通過分別把U相交流電流值Iu、V相交流電流值Iv以及W相交流電流值Iw變換為U相直流電流值I Iu I、v相直流電流值I Iv I以及w相直流電流值IiwI的α/d變換器、從通過編碼器7檢測出的轉子52的位置的相位取得勵磁相位的勵磁相位取得部、和使用三相兩相變換行列式把U相直流電流值I IuI、v相直流電流值IivI以及w相直流電流值IiwI變換為d相直流電流值|id|以及Q相直流電流值I IqI的三相兩相變換器等構成。鐵損推定部12根據下式推定轉子52的鐵損P,向轉子溫度推定部13供給鐵損p,P= {a| Ij °+b I c+Id| α} ω2+{θ | Iq| e+f | C+Id| e} ω (I)其中，p :鐵損，ω :流過線圈的交流電流的頻率，Id :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的D相交流電流值，Iq :把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的Q相交流電流值，a、b、c、e、f :常數，α、β :指數。在式(I)中，第一項相當於渦流損耗，第二項與磁滯損耗對應。在決定常數a、b、C、e、f、α、β時，在鐵損P的測量或者仿真(例如磁解析)中，改變D相交流電流值Id以及Q相交流電流值I,並求出鐵損P，選擇求出的鐵損P和式(I)的殘差成為最小那樣的常數a、b、c、e、f、α、β。此外,在因為不決定指數α以及β計算常數a、b、C、e、f困難的情況下，也可以預先選擇已知的指數α以及β的值(例如α=2、β =1.6)，僅計算常數a、b、C、e、fο此外，與Id=Itl=O時的鐵損P相當的bca ω2 + fc0 ω是通過轉子52的移動產生的磁通變動引起的鐵損。另外，在磁滯損耗非常小的情況下，也可以忽略第二項。轉子溫度推定部13根據下式推定轉子52的溫度 ；，向顯示器21輸出關於溫度I；的視頻信號St，
權利要求
1.一種溫度檢測裝置(10、10』、10」、100)，用於檢測電動機(5)的轉子(52)的溫度，該溫度檢測裝置的特徵在於， 具有 電流檢測部(11)，用於檢測在上述電動機的定子(53)和轉子中的任何一方上設置的線圈(55u、55v、55w)的電流值(Iu、Iv、Iw)； 鐵損推定部(12)，用於使用上述電流值推定上述轉子的鐵損(p);和 轉子溫度推定部(13、13』、13」)，用於使用上述鐵損推定上述轉子的溫度(I；)。
2.根據權利要求I所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 還具有推定上述線圈的溫度的線圈溫度推定部(14、14』)， 上述轉子溫度推定部使用上述鐵損以及上述線圈的溫度推定上述轉子的溫度。
3.根據權利要求2所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 上述線圈被設置在上述定子上，上述線圈溫度推定部是在上述線圈的周圍配置的溫度檢測元件。
4.根據權利要求2所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 上述線圈溫度推定部根據上述電流值推定上述線圈的銅損，根據上述銅損推定上述線圈的溫度的上升量。
5.根據權利要求I所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 分別被供給三相交流電流中的U相、V相以及W相的交流電流的三個線圈被設置在上述定子上，上述鐵損推定部根據下式來推定上述轉子的鐵損， P = {a I Iq I α+bIc+IdΓ} ω2+{e|Iq | 0+f|c+Id | 0} ω 其中， P為轉子的鐵損， ω為流過線圈的交流電流的頻率， Id為把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的D相交流電流值， Iq為把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的Q相交流電流值， a、b、C、e、f 為常數， α、β為指數。
6.根據權利要求2 4中任一項所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 分別被供給三相交流電流中的U相、V相以及W相的交流電流的三個線圈被設置在上述定子上，上述鐵損推定部根據下式來推定上述轉子的鐵損， P = {a I Iq I α+bIc+IdΓ} ω2+{e|Iq | 0+f|c+Id | 0} ω 其中， P為轉子的鐵損， ω為流過線圈的交流電流的頻率， Id為把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的D相交流電流值， Iq為把三相交流電流值dq變換為兩相交流電流值時的Q相交流電流值， a、b、C、e、f 為常數， α、β為指數， 上述轉子溫度推定部使用上述鐵損、上述線圈的溫度以及上述轉子的溫度來推定上述轉子的溫度的上升量。
7.根據權利要求1飛中任一項所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 還具有在通過上述轉子溫度推定部推定出的溫度超過了預定溫度的情況下生成警報(Sa)的警報生成部(15)。
8.根據權利要求廣7中任一項所述的溫度檢測裝置，其特徵在於， 上述電動機是同步電動機。
全文摘要
本發明提供一種檢測電動機的轉子的溫度的溫度檢測裝置。該溫度檢測裝置具有檢測在電動機的定子和轉子中的任何一方上設置的線圈的電流值的電流檢測部；使用電流值推定轉子的鐵損的鐵損推定部；和使用鐵損推定轉子的溫度的轉子溫度推定部。
文檔編號G01K13/00GK102901584SQ20121026269
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月26日 優先權日2011年7月29日
發明者妹尾達也 申請人:發那科株式會社