[发明专利]用于电机的齿槽转矩测量装置

说明书

优先权信息

本申请要求于2014年12月9日提交的申请号为2014-249309的日本专利申请的优先权，其公开的全部内容通过参考引入此处。

技术领域

本发明涉及用于测量电机的齿槽转矩的装置。

背景技术

循环转矩脉冲是在电机未通电的情况下转子转动时，由铁芯和永磁体之间的相互作用产生，称为齿槽转矩。当使用具有高齿槽转矩的电机驱动机器工具的进给轴时，将产生如创建摩尔（moiré）的缺点。为此，需要一种较低齿槽转矩的电机。

但是，齿槽转矩的振幅通常具有非常小的值，例如，仅为机器工具内的电机的连续额定转矩的1%或更少，使齿槽转矩的测量很困难。以往已经提出很多关于测量电机的齿槽转矩的方法的建议。

例如，JP2006-220497A公开了通过转矩计测量齿槽转矩的方法。参考附图5，具体描述了该齿槽转矩测量方法。图5展示了齿槽转矩测量装置的示意结构。齿槽转矩测量装置41包括驱动电机50，其作为用于转动待测量的电机42的驱动装置；转矩计51，其作为转矩测量装置；以及编码器52，其作为转动角测量装置。待测量的电机42的输出轴42a通过第一连接件43以整体转动的方式连接至转矩计51的转动轴51a，转矩计51的转动轴51a进一步通过第二连接件44以整体转动的方式连接至驱动电机50的输出轴50a。驱动电机50根据来自控制器54的命令启动，从而通过第二连接件44转动转矩计51，并通过第一连接件43转动处于非通电状态下的待测量的电机42。

然后，转矩计51检测在待测量的电机42内产生的转矩，并输出与该测量的转矩对应的转矩测量信号。安装至驱动电机50上的编码器52测量驱动电机50的未示出的驱动轴的转动角，以检测待测量的电机42的转动角，并将与检测的角度对应的角度检测信号输出至控制器54。控制器54根据从转矩计51通过滤波器53输入的转矩检测信号以及从编码器52输入的角度检测信号，确定待测量的电机42的齿槽转矩。

同时，JP2010-158123A公开了一种用于测量齿槽转矩的方法，其中电机转动时转子的转动角的二级微分乘以转子的转动惯量获得一个值。参考附图6，详细地描述了用于测量齿槽转矩的方法。图6为齿槽转矩检测装置的方框图。该齿槽转矩检测装置61包括逆变器71、待测量的电机72、作为转动角检测单元的编码器73和作为电机72的控制装置的专用控制器64。在该方法中，在角加速度计算单元81对转动角进行二阶微分，以得到转动角加速度，并且在倍频器93中，用待测量的电机72的转子的转动惯量92乘以转动角加速度，从而计算齿槽转矩，其中当通过逆变器71在恒转矩下驱动电机72时，由编码器73检测转动角。

在JP2006-220497中（其中驱动电机50通过转矩计51连接至待测量的电机42）所示的前述测量方法中，为了准确地测量齿槽转矩，要求驱动电机50的转动惯量远高于待测量的电机42的转动惯量。下面利用数学表达式来描述这样做的原因。用于由待测量的电机42的齿槽转矩产生的速度的改变的加速度记做α，驱动电机50的转动轴的转动惯量记做Jd，和驱动电机50的输出转矩记做Td。由如下等式（1）（在如下等式中，未考虑转动轴的摩擦转矩和转矩计的转动惯量）表达从转矩计51输出的转矩检测信号St，其表示通过转矩计51从待测量的电机42传输至驱动电机50的齿槽转矩和驱动电机50的输出转矩Td的和。

考虑加速度α，其通过α=（施加在转动轴上的转矩）/（转动轴的转动惯量）而获得，按照如下等式（2）获得加速度α：

α=(Tcog-Td)/(Jm+Jd)???(2)

其中，Jm表示待测量的电机42的转动惯量，Tcog表示待测量的电机42的齿槽转矩。

在此，假设条件Td=Tcog，那么等式（2）中的加速度α为零。替代等式（1）中的α的值，得到St=Td=Tcog。在这种情况下，可通过测量从转矩计51中输出的转矩检测信号准确地测量齿槽转矩。但是，条件Td=Tcog为通过控制驱动电机50的速度而完全抵消由待测量的电机42的齿槽转矩产生的速度变化的一种条件。实际上，几乎不可能准确地建立这种条件，且建立这种条件的失败不可避免地导致测量的错误。下面描述了使转矩检测信号St尽可能接近齿槽转矩Tcog的方法。将等式（2）代入等式（1）得到以下等式（3）。