電機驅(qū)動系統(tǒng)以及電機控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 所公開的實施方式設(shè)及電機驅(qū)動系統(tǒng)W及電機控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] W往，在具有電機的系統(tǒng)中，進行電機的驅(qū)動控制的情況下，一般是使用編碼器等 位置傳感器來檢測電機的位置和速度（旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度）（例如，參照專利文獻1)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004] 專利文獻 陽0化]專利文獻1 :日本特開2009 - 095154號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的問題
[0007] 不過，編碼器等位置傳感器在耐振動和耐沖擊運樣的環(huán)境耐受性方面存在一定難 度并且價格高昂。另一方面，近年，公知有一種使用所謂的無編碼器電機的系統(tǒng)，該系統(tǒng)利 用電機的電壓W及電流求出電機的位置和速度，但是其存在不能充分補償轉(zhuǎn)矩脈動的顧 慮。
[0008] 實施方式中的一個方式是考慮到上述問題而創(chuàng)造出來的，其目的在于提供環(huán)境耐 受性優(yōu)異、并且能夠低成本地建構(gòu)的電機驅(qū)動系統(tǒng)W及電機控制裝置。
[0009] 用于解決問題的手段
[0010] 實施方式中的一個方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)具有：電機、控制所述電機的電機控制裝 置、W及檢測所述電機的轉(zhuǎn)矩或者加速度的傳感器。電機控制裝置具有：估計所述電機的速 度和位置中的至少一方的估計部、W及根據(jù)該估計部的估計結(jié)果來控制提供給所述電機的 電流的電流控制部。所述估計部具有第1估計部和第2估計部。第1估計部根據(jù)由所述傳 感器檢測到的檢測信號W及在輸出給所述電機的電流中疊加的高頻電流成分來估計所述 電機的速度和位置中的至少一方。第2估計部估計所述電機的感應(yīng)電壓，根據(jù)所述感應(yīng)電 壓的估計結(jié)果來估計所述電機的速度和位置中的至少一方。而且，所述估計部根據(jù)所述第 1估計部的估計結(jié)果和所述第2估計部的估計結(jié)果來導(dǎo)出所述電機的速度和位置中的至少 一方的估計值。
[0011] 發(fā)明效果
[0012] 根據(jù)實施方式中的一個方式，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境耐受性優(yōu)異并且能夠?qū)崿F(xiàn)動作性能的 提高的可靠性高的電機驅(qū)動系統(tǒng)W及電機控制裝置。
【附圖說明】
[0013] 圖1是示出應(yīng)用了實施方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)的機器人的一個例子的說明圖。
[0014] 圖2是示出實施方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0015] 圖3是示出轉(zhuǎn)矩傳感器的其他配置的圖。
[0016] 圖4是示出將圖2所示的軸間型的轉(zhuǎn)矩傳感器近似為扭黃時的傳感器模型的圖。
[0017] 圖5A是示出上述電機驅(qū)動系統(tǒng)的一個例子的框圖。
[0018] 圖5B是示出上述電機驅(qū)動系統(tǒng)的其他例子的框圖。
[0019] 圖6A是示出實施方式的電機控制裝置所具有的控制部的一個例子的說明圖。
[0020] 圖6B是示出上述控制部的估計部的說明圖。
[0021] 圖7A是示出電機控制裝置所具有的控制部的其他結(jié)構(gòu)例的說明圖。
[0022] 圖7B是示出其他結(jié)構(gòu)例的控制部的估計部的說明圖。
[0023] 圖8是示出高頻電流指令、轉(zhuǎn)矩的高頻成分W及相位誤差的關(guān)系的圖（其1)。
[0024] 圖9是示出高頻電流指令、轉(zhuǎn)矩的高頻成分W及相位誤差的關(guān)系的圖（其2)。
[0025] 圖10是示出其他實施方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)的說明圖。
[00%] 圖IlA是示出其他實施方式的控制部的估計部的說明圖。
[0027] 圖IlB是示出其他實施方式的控制部的估計部的說明圖。
[0028] 圖IlC是示出其他實施方式的控制部的估計部的說明圖。
[0029] 圖12A是示出根據(jù)高頻轉(zhuǎn)矩估計出的速度和根據(jù)感應(yīng)電壓估計出的速度之間的 關(guān)系的圖。
[0030] 圖12B是示出補償后的估計速度和根據(jù)高頻轉(zhuǎn)矩估計出的速度之間的關(guān)系的圖。
[0031] 圖13是示出使用了直線電機的電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0032] 圖14是示出圖13所示的直線電機的控制部的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0033] 圖15A是示出使用了直線電機的其他電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0034] 圖15B是示出使用了直線電機的其他電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0035] 圖15C是示出使用了直線電機的其他電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0036] W下，參照附圖來詳細(xì)說明本申請公開的電機驅(qū)動系統(tǒng)W及電機控制裝置的實施 方式。此外，該發(fā)明并不限定于W下所示的實施方式。
[0037] 圖1是示出應(yīng)用了實施方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)的機器人1的一個例子的說明圖。此 夕F，W下有時將與設(shè)置有機器人1的設(shè)置面G大致垂直的方向表述為上下方向。
[0038] 如圖所示，機器人1具有主體部11，該主體部11被安裝在固定設(shè)置于設(shè)置面G的 基臺10上，并且該主體部11借助旋轉(zhuǎn)部20相對于所述基臺10在水平方向上旋轉(zhuǎn)自如。 此外，機器人1具有與所述主體部11聯(lián)動地連結(jié)的臂部12和設(shè)在該臂部12的末端的腕部 13。在該腕部13的末端適當(dāng)連結(jié)有與用途相應(yīng)的末端執(zhí)行器（未圖示）。
[0039] 臂部12W及腕部13構(gòu)成為分別經(jīng)由第1~第4關(guān)節(jié)部21~24繞軸轉(zhuǎn)動自如。 臂部12具有第1臂部12a和第2臂部12b，所述第1臂部12a經(jīng)由第1關(guān)節(jié)部21W上下擺 動自如的方式與主體部11連結(jié)，所述第2臂部1化經(jīng)由第2關(guān)節(jié)部22W上下擺動自如的 方式與該第1臂部12a的末端部連結(jié)。
[0040] 腕部13經(jīng)由第3關(guān)節(jié)部23W繞軸轉(zhuǎn)動自如的方式與第2臂部1化連結(jié)，并且經(jīng) 由第4關(guān)節(jié)部24W上下擺動自如的方式連結(jié)。 陽OWW旋轉(zhuǎn)部20為首，第1~第4關(guān)節(jié)部21~24內(nèi)置有致動器，所述致動器對作為 動子的主體部11、臂部12和腕部13進行驅(qū)動。本實施方式的機器人1的致動器是包含3 相交流電機2(W下、稱為"電機2")W及轉(zhuǎn)矩傳感器3的結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述電機2W及轉(zhuǎn)矩傳感器3與控制電機2的驅(qū)動的電機控制裝置4電連接。
[0042] 此處，對電機控制裝置4和具有該電機控制裝置4的電機驅(qū)動系統(tǒng)進行說明。
[0043] 圖2是示出實施方式的電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖所示，電機驅(qū)動系統(tǒng) 100具有：上述電機2、轉(zhuǎn)矩傳感器3W及電機控制裝置4。電機2例如是IPMQnterior 化rmanentMa即et:內(nèi)置式永久磁鐵）電機或SPM(Surface化rmanentMa即et:表面式永 久磁鐵）電機等永久磁鐵同步電動機。機械負(fù)載9經(jīng)由轉(zhuǎn)矩傳感器3與所述電機2的輸出 軸25連結(jié)。 W44] 此外，電機2不但可W是具有驅(qū)動功能的電機，還可W是具有發(fā)電性能的電動發(fā) 電機（motorgenerator)或者發(fā)電機。例如，電機2可W是與風(fēng)車的轉(zhuǎn)子等連接的發(fā)電機。
[0045] 轉(zhuǎn)矩傳感器3設(shè)在電機2的輸出軸25和機械負(fù)載9之間，檢測施加到電機2的輸 出軸25的轉(zhuǎn)矩，輸出與檢測結(jié)果對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩檢測信號Tfb。
[0046] 轉(zhuǎn)矩傳感器3只要能檢測電機2的轉(zhuǎn)矩即可，也可W將電機2的輸出軸25W外的 部位作為測量部位。如圖3所示，例如，轉(zhuǎn)矩傳感器3也可W是測量傳遞到與電機2的轉(zhuǎn)子 220對置的電機2的定子210的反向轉(zhuǎn)矩等的部件。圖3是示出轉(zhuǎn)矩傳感器3的其他配置 的圖，轉(zhuǎn)矩傳感器3連接在固定有機械負(fù)載9的部件30與電機2的殼體230之間。傳遞到 定子210的反向轉(zhuǎn)矩經(jīng)由固定有定子210的殼體230傳遞到轉(zhuǎn)矩傳感器3,利用轉(zhuǎn)矩傳感器 3檢測傳遞到定子210的反向轉(zhuǎn)矩。
[0047] 此外，轉(zhuǎn)矩傳感器3的檢測信號Tfb也可W利用考慮了轉(zhuǎn)矩傳感器3的機械特性的 補償值。例如，可W將轉(zhuǎn)矩傳感器3近似為扭黃進行補償，由此，能夠提高轉(zhuǎn)矩的檢測精度。W48] 圖4是示出將圖2所示的軸間型的轉(zhuǎn)矩傳感器3近似為扭黃時的傳感器模型的 圖，可W表示成如下的式（1)。此外，在圖4W及式（1)中，Tm是電機2的轉(zhuǎn)矩、T^t是機械 負(fù)載9的轉(zhuǎn)矩、《^是機械負(fù)載9的機械角速度、CO。是電機2的機械角速度、T^。5。^是轉(zhuǎn)矩 傳感器3的檢測轉(zhuǎn)矩。此外，是機械負(fù)載9的慣性、Jm是電機2的慣性、Kf是轉(zhuǎn)矩傳感器 3的扭轉(zhuǎn)剛性。 W例【式1】
[0051] 因此，如下式（2)所示，通過計算轉(zhuǎn)矩傳感器3的傳遞函數(shù)的逆模型，求出補償后 的檢測轉(zhuǎn)矩Twm。/，能夠提高轉(zhuǎn)矩的檢測精度。例如，轉(zhuǎn)矩傳感器3可W具有補償部，該補 償部根據(jù)檢測轉(zhuǎn)矩Twmm進行式（2)的運算而輸出補償后的檢測轉(zhuǎn)矩TWM。/，轉(zhuǎn)矩傳感器3 利用所述補償部進行上述補償并計算補償后的檢測轉(zhuǎn)矩Twm。/作為轉(zhuǎn)矩檢測信號Tfb。此 夕F，補償部也可W與輸出檢測轉(zhuǎn)矩的部位分體構(gòu)成。 陽05引【式2】
[0054] 電機控制裝置4具有：電力轉(zhuǎn)換部46、電流檢測部47、W及控制部40。所述電機 控制裝置4利用公知的PWM(PulseWi化hMo化Iation:脈寬調(diào)制）控制將從直流電源8提 供的直流電力轉(zhuǎn)換成期望的頻率及電壓的3相交流電力，并輸出至電機2。此外，電機控制 裝置4也可W具有直流電源8。 陽化5] 電力轉(zhuǎn)換部46連接在直流電源8與電機2之間，向電機2提供與從控制部40提 供的PWM信號對應(yīng)的電壓W及電流。所述電力轉(zhuǎn)換部46例如是6個開關(guān)元件W3相電橋 方式連接而構(gòu)成的3相逆變器電路。
[0056] 此外，直流電源8是將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力并輸出的結(jié)構(gòu)，例如，可W是組合 了基于二極管的整流電路W及平滑用電容器的結(jié)構(gòu)。在該情況下，交流電源連接到整流電 路的輸