电机驱动系统以及电机控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机驱动系统以及电机控制装置。
【背景技术】
[0002]以往，在具备电机的系统中，在进行电机的驱动控制的情况下，通常采用编码器等的位置传感器对电机的位置、速度(旋转角、旋转速度)进行检测(例如，参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2009-095154号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
[0007]但是，编码器等的位置传感器在振动、冲击这样的耐环境性能方面稍稍存在不足，且为高价格。另一方面，近年以来，已知根据电机的电压以及电流来求出电机的位置、速度的所谓采用了无编码器的电机的系统，但有可能无法充分地对转矩脉动进行补偿。
[0008]实施方式的一个方案就是鉴于上述的状况而作出的，其目的在于，提供耐环境性能良好且能够以低成本构筑的电机驱动系统以及电机控制装置。
[0009]用于解决课题的技术方案
[0010]实施方式的一个方案所涉及的电机驱动系统具备:电机；设置在该电机与负载之间的转矩传感器；以及控制所述电机的驱动的电机控制装置。所述电机控制装置具备根据所述转矩传感器的检测信号来推定所述电机的速度以及位置中的至少一方的推定部。
[0011]发明效果
[0012]根据实施方式的一个方案，能够以低成本实现耐环境性能良好并且能够提高动作性能的电机驱动系统以及电机控制装置。
【附图说明】
[0013]图1是表示适用了实施方式所涉及的电机驱动系统的机器人的一例的说明图。
[0014]图2A是表示上述电机驱动系统的一例的框图。
[0015]图2B是表示上述电机驱动系统的另一例的框图。
[0016]图3是表示实施方式所涉及的电机控制装置的说明图。
[0017]图4是表示电机控制装置的变形例的说明图。
[0018]图5是表示由上述电机控制装置所具有的推定部实现的推定功能的原理的说明图。
[0019]图6是表示由上述推定部实现的推定功能的原理的说明图。
[0020]图7是表示另一实施方式所涉及的电机驱动系统的说明图。
[0021]图8A是表示基于实施方式所涉及的转矩传感器的主视观察下的说明图。
[0022]图8B是图8A的1-1线的剖视图。
[0023]图9A是表示应变计的向上述转矩传感器的安装状态的一例的说明图。
[0024]图9B是表示由上述应变计组装而成的电桥电路的说明图。
[0025]图1OA是表示应变计的向上述转矩传感器的安装状态的另一例的说明图。
[0026]图1OB是表示由上述应变计组装而成的电桥电路的说明图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图对本申请所公开的电机驱动系统以及电机控制装置的实施方式进行详细的说明。另外，本发明并不限于以下所示的实施方式。
[0028]图1是表示适用了实施方式所涉及的电机驱动系统的机器人I的一例的说明图。另外，以下，存在将相对于设置有机器人I的设置面G大致垂直的方向表现为上下方向的情况。
[0029]如图所示，机器人I具备:相对于固定设置在设置面G上的基台10而安装成经由回转部20向水平方向回转自如的主体部11 ;与该主体部11连动连结的臂部12 ;以及设于该臂部12的前端的肘节部13。在该肘节部13的前端适当地连结有适应于各种用途的末端执行器(未图示)。
[0030]另外，臂部12以及肘节部13分别构成为经由第一?第四关节部21?24而绕轴转动自如。臂部12具备:相对于主体部11而连结成经由第一关节部21上下摇动自如的第一臂部12a ;以及经由第二关节部22而上下摇动自如地连结在该第一臂部12a的前端部的第二臂部12b。
[0031]肘节部13相对于第二臂部12b而连结成经由第三关节部23绕轴转动自如且经由第四关节部24而上下摇动自如。
[0032]以回转部20为首，第一?第四关节部21?24内置有对作为可动部件的主体部11、臂部12、肘节部13进行驱动的致动器。本实施方式所涉及的机器人I具备作为致动器的电机2以及转矩传感器3。并且，如图所示，所述电机2以及转矩传感器3与对该电机2的驱动进行控制的电机控制装置4电连接。
[0033]在此，对所述电机控制装置4进行说明，并且对具备该电机控制装置4的电机驱动系统进行具体的说明。
[0034]图2A是表示电机驱动系统的一例的框图。例如，当将电机驱动系统适用于第一关节部21时，如图所示，在第一关节部21设有作为对第一臂部12a进行驱动的驱动源的电机2和电机2驱动时对转矩进行检测的转矩传感器3。
[0035]转矩传感器3设置在电机2和作为可动部件的一例且成为电机2的负载的第一臂部12a之间。在此，不出了电机2和转矩传感器3 —体构成的例子，来作为在电机2中一体装入转矩传感器3而成的传感器一体型电机2a。
[0036]图2B是表不电机驱动系统的另一例的框图，如图所不，在第一关节部21设有电机2以及、与该电机2连动连结的减速器5和转矩传感器3 —体构成的传感器一体型减速器
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[0037]S卩，在图1所示的机器人I的第一关节部21配设有传感器一体型电机2a、或者电机2和传感器一体型减速器5a，从而使第一臂部12a进行摇动。另外，虽然省略了图示，但也可以代替不具备减速器5的传感器一体型电机2a、与电机2分体的传感器一体型减速器5a，而采用电机2、减速器5以及转矩传感器3 —体构成的传感器一体型致动器。
[0038]如图2A以及图2B所示，控制电机2的驱动的电机控制装置4具备:电流控制部41 ;位置/速度控制部42 ;推定部43。
[0039]详细情况在后叙述，推定部43根据从转矩传感器3反馈的转矩检测信号Tfb，推定电机2的速度或者位置中的任一方，并将作为推定结果的机械角速度向位置/速度控制部42输出，并将推定电角度向电流控制部41输出。另外，位置/速度控制部42根据来自推定部43的机械角速度和速度指令，将电流指令向电流控制部41输出。这样，电流控制部41根据作为由电流检测器检测到向电机2供给的输出电流的信号的反馈电流Ifb、来自推定部43的电机2的推定电角度、以及来自位置/速度控制部42的电流指令来对电机2进行控制。
[0040]如此，本实施方式中的电机控制装置4无需采用如编码器等那样高价且在振动、冲击这样的耐环境性能存在不足的位置检测器，而采用耐环境性能良好的转矩传感器3来进行电机2的控制。因而，可以实现虽然为低成本但能够提高动作性能的电机驱动系统以及电机控制装置4。
[0041]在此，对电机控制装置4进行更加具体的说明。图3是更加具体表示电机控制装置4的说明图。
[0042]如图所示，电机控制装置4具备高频电流指令器45，该高频电流指令器45产生叠加于向电机2的输出电流的高频电流指令Idhfi。S卩，电机控制装置4的推定部43根据高频电流指令Idhfi以及转矩检测信号Tfb，对电机2的速度以及位置中的至少一方进行推定。另夕卜，高频电流指令器45未必非要电机控制装置4所具备，也可以设为与电机控制装置4不同的外部装置。
[0043]电流控制部41具备:ACRd (d轴电流控制器)51 ;ACRq (q轴电流控制器)52 ;三相/dq坐标转换器55 ；d轴电流运算器65 ;加法器66、67 ；dq/三相坐标转换器44。三相/dq坐标转换器55为电机控制装置4所具备的坐标转换部，对与电机2同步的d-q轴旋转坐标系的d轴成分以及q轴成分进行运算，从而针对来自电机2的三相的电流Iuvw而分别导出d轴电流以及q轴电流。dq/三相坐标转换器44具备dq坐标转换部53，根据d轴电压指令Vd以及q轴电压指令V,而导出三相电压指令V _。
[0044]另外，电流控制部41具备:未图不的PWM控制器；开关兀件(功率兀件)；电流检测器。PWM控制器进行所谓的载波比较运算、空间矢量运算，将三相电压指令转换为PWM控制信号，并向开关元件(功率元件)输出。开关元件(功率元件)例如为IPM(IntelligentPower Module:智能功率模块)，将与来自PWM控制器的PWM控制信号相应的电流向电机供给。电流检测器配置在向电机的电流供给线上，输出检测电流信号1_。
[0045]ACRd51根据来自高频电流指令器45的检波用的高频电流指令IdhfjP d轴电流指令rd由d轴电流运算器65合成出的指令、以及从三相/dq坐标转换器55输出的d轴电流值Id，对d轴电压指令进行调整并输出。另外，ACRd 51