(57)【要約】【課題】従来のモータ過負荷検出装置は、全相のコイルの熱時定数を利用して電流値指令を積分して求めた積分値により過負荷を検出するので、ストール状態時に単相のコイルが焼損されてしまう可能性がある。【解決手段】本発明によるモータ過負荷検出装置は、全相のコイルの熱時定数である第１熱時定数τ１を利用して、モータ３０の全相のコイルが過熱されている状態を全相コイル過熱検出部１２が検出するとともに、単相のコイルの熱時定数である第２熱時定数τ２を利用して、モータ３０の単相のコイルが過熱されている状態を単相コイル過熱検出部１３が検出する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（３０）の全相のコイルの熱時定数である第１熱時定数を用いて前記モータ（３０）への電流値指令Ｉｃｍｄの積算値である全相コイル電流積算値Ｙ１を求め、前記全相コイル電流積算値Ｙ１がオーバロードレベルＯ．Ｌに達した場合に、前記モータ（３０）の全相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラーム（１２ａ）を出力する全相コイル過熱検出部（１２）と、
前記モータ（３０）のストール状態時の発熱を監視するために、前記モータ（３０）の単相のコイルの熱時定数である第２熱時定数τ２と前記モータ（３０）への回転数指令Ｒｃｍｄとを用いて前記電流値指令Ｉｃｍｄの積算値である単相コイル電流積算値Ｙ２を求め、前記単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達した場合に、前記モータ（３０）の単相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラーム（１３ａ）を出力する単相コイル過熱検出部（１３）と
を備えていることを特徴とするモータ過負荷検出装置。
【請求項２】
前記単相コイル過熱検出部（１３）は、
前記回転数指令Ｒｃｍｄが所定の閾値Ｔｈ以下である場合に積算用電流値Ｉを前記電流値指令Ｉｃｍｄとするとともに前記回転数指令Ｒｃｍｄが前記閾値Ｔｈよりも大きい場合に前記積算用電流値Ｉを０として、
Ｙ２＝｛１−ｅ（−ｔ／τ２）｝×｛Ｉ−Ｙ２（ｎ−１）｝＋Ｙ２（ｎ−１）
（但し、ｔは時間、τ２は前記第２熱時定数、Ｉは積算用電流値、Ｙ２（ｎ−１）は積算用電流値Ｉが変化する直前の単相コイル電流積算値）により、単相コイル電流積算値Ｙ２を求める
ことを特徴とする請求項１記載のモータ過負荷検出装置。
【請求項３】
前記単相コイル過熱検出部（１３）は、
前記全相コイル過熱検出部（１２）によって求められた前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さいか否かを判定し、前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さい場合に、求めた前記単相コイル電流積算値Ｙ２の値を維持するとともに、前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２以上である場合に、前記単相コイル電流積算値Ｙ２の値を前記全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換え、
値を維持した前記単相コイル電流積算値Ｙ２又は値を書き換えた前記単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ過負荷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの過負荷状態を検出するモータ過負荷検出装置に関し、特に、モータの全相のコイルが過熱されている状態とモータの単相のコイルが過熱されている状態とを並列に検出できるように構成することで、モータのパフォーマンスを維持しつつ、より確実にモータを過熱から保護できる新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種のモータ過負荷検出装置としては、以下の特許文献１等に記載された構成が例示される。図６は、従来のモータ過負荷検出装置を示すブロック図である。図において、モータドライバ１０は、駆動回路２０を介してモータ３０に接続されるとともに、アラーム報知器４０に接続されている。モータドライバ１０には、駆動制御部１１と全相コイル過熱検出部１２とが設けられており、駆動制御部１１は、駆動回路２０に対して電流値指令Ｉｃｍｄと回転数指令Ｒｃｍｄとを入力することで、モータ３０の駆動方向、駆動力、及び回転数を制御する。
【０００３】
全相コイル過熱検出部１２は、駆動制御部１１から出力される電流値指令Ｉｃｍｄを検出するとともに、モータ３０に含まれる全相のコイルの熱時定数（モータ全体としての熱時定数）を利用して電流値指令Ｉｃｍｄを積分し、この積分値が所定のオーバロードレベルに達した際に、モータ３０の全相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラーム１２ａを発する。アラーム報知器４０は、全相コイル過熱検出部１２からの過負荷アラーム１２ａを検出した際に過負荷状態を報知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４８５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータ３０の駆動状態には、モータ３０の駆動軸を回転させるために全相のコイルに満遍なく順に電流を流す回転状態と、モータ３０の駆動軸を停止保持するために１相のコイルに集中して電流（ストール電流）を流し続けるストール状態とが含まれる。ストール状態では、全相のコイルが熱せられるのではなく、特定の単相のコイルのみが熱せられる。ストール電流による単相コイルの温度上昇は、全相のコイルが熱せられる場合よりも急となる。
上記のような従来のモータ過負荷検出装置では、全相のコイルの熱時定数を利用して
全相コイルの過熱状態を検出するので、ストール状態時に単相のコイルが過熱状態となることを検出できず、この単相のコイルが焼損されてしまう可能性がある。単相のコイルが焼損する問題は、放熱効率が低い小径モータにおいて特に顕著となる。
また、ストール状態を考慮して、全相のコイルの熱時定数の代わりに、単相のコイルの熱時定数を利用することも考えられるが、全相のコイルとしては過熱状態になっていないにも拘わらず、積分値がオーバロードレベルに達してしまい、モータ３０の動作領域（ワット数）を有効に利用できなくなる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータのパフォーマンスを維持しつつ、より確実にモータを過熱から保護できるモータ過負荷検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るモータ過負荷検出装置は、モータの全相のコイルの熱時定数である第１熱時定数を用いて前記モータへの電流値指令Ｉｃｍｄの積算値である全相コイル電流積算値Ｙ１を求め、前記全相コイル電流積算値Ｙ１がオーバロードレベルＯ．Ｌに達した場合に、前記モータの全相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラームを出力する全相コイル過熱検出部と、前記モータのストール状態時の発熱を監視するために、前記モータの単相のコイルの熱時定数である第２熱時定数τ２を用いて前記電流値指令Ｉｃｍｄの積算値である単相コイル電流積算値Ｙ２を求め、前記単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達した場合に、前記モータの単相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラームを出力する単相コイル過熱検出部とを備える。
また、前記単相コイル過熱検出部は、前記モータへの回転数指令Ｒｃｍｄを検出し、前記回転数指令Ｒｃｍｄが所定の閾値Ｔｈ以下である場合に積算用電流値Ｉを前記電流値指令Ｉｃｍｄとするとともに前記回転数指令Ｒｃｍｄが前記閾値Ｔｈよりも大きい場合に前記積算用電流値Ｉを０として、Ｙ２＝｛１−ｅ（−ｔ／τ２）｝×｛Ｉ−Ｙ２（ｎ−１）｝＋Ｙ２（ｎ−１）（但し、ｔは時間、τ２は前記第２熱時定数、Ｉは積算用電流値、Ｙ２（ｎ−１）は積算用電流値Ｉが変化する直前の単相コイル電流積算値）により、単相コイル電流積算値Ｙ２を求める。
また、前記単相コイル過熱検出部は、前記全相コイル過熱検出部によって求められた前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さいか否かを判定し、前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さい場合に、求めた前記単相コイル電流積算値Ｙ２の値を維持するとともに、前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２以上である場合に、前記単相コイル電流積算値Ｙ２の値を前記全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換え、値を維持した前記単相コイル電流積算値Ｙ２又は値を書き換えた前記単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かを判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のモータ過負荷検出装置によれば、全相のコイルの熱時定数である第１熱時定数τ１を利用して、モータの全相のコイルが過熱されている状態を全相コイル過熱検出部が検出するとともに、単相のコイルの熱時定数である第２熱時定数τ２と前記モータへの回転数指令Ｒｃｍｄとを利用して、モータの単相のコイルが過熱されている状態を単相コイル過熱検出部が検出するので、第１及び第２熱時定数のいずれか一方のみを使用する場合に比べて、モータのパフォーマンスを維持しつつ、より確実にモータを過熱から保護できる。放熱効率が低い小径モータでは単相のコイルが焼損する可能性が高いので、本願発明は、そのような小径モータに特に有用である。
また、単相コイル過熱検出部は、前記回転数指令Ｒｃｍｄが所定の閾値Ｔｈ以下である場合に積算用電流値Ｉを前記電流値指令Ｉｃｍｄとするとともに前記回転数指令Ｒｃｍｄが前記閾値Ｔｈよりも大きい場合に前記積算用電流値Ｉを０として、Ｙ２＝｛１−ｅ（−ｔ／τ２）｝×｛Ｉ−Ｙ２（ｎ−１）｝＋Ｙ２（ｎ−１）により、単相コイル電流積算値Ｙ２を求めるので、より確実にモータのストール状態時の発熱を監視するための指標を得ることができ、単相コイルの過熱検出の信頼性を向上できる。
また、単相コイル過熱検出部は、前記全相コイル電流積算値Ｙ１が前記単相コイル電流積算値Ｙ２以上である場合に、前記単相コイル電流積算値Ｙ２の値を前記全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換えるので、単相のコイルの熱変動をより確実に連続的に監視でき、単相コイルの過熱検出の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるモータ過負荷検出装置を示すブロック図である。
【図２】図１の全相コイル過熱検出部及び単相コイル過熱検出部によって求められる全相コイル電流積算値Ｙ１及び単相コイル電流積算値Ｙ２の変動を示すグラフである。
【図３】図２のように単相コイル電流積算値Ｙ２が変動した際の単相コイル電流積算値Ｙ２の値の書き換えを示す説明図である。
【図４】図１の全相コイル過熱検出部が行う全相コイル過熱検出動作を示すフローチャートである。
【図５】図２の単相コイル過熱検出部が行う単相コイル過熱検出動作を示すフローチャートである。
【図６】従来のモータ過負荷検出装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ過負荷検出装置を示すブロック図である。図において、モータ過負荷検出装置としてのモータドライバ１０は、駆動回路２０を介してモータ３０に接続されるとともに、アラーム報知器４０に接続されている。モータドライバ１０には、駆動制御部１１と、全相コイル過熱検出部１２と、単相コイル過熱検出部１３とが設けられており、駆動制御部１１は、駆動回路２０に対して電流値指令Ｉｃｍｄと回転数指令Ｒｃｍｄとを入力することで、モータ３０の駆動方向、駆動力、及び回転数を制御する。
【００１１】
全相コイル過熱検出部１２は、駆動制御部１１から出力される電流値指令Ｉｃｍｄを検出するとともに、モータ３０に含まれる全相のコイルの熱時定数である第１熱時定数τ１を利用して電流値指令Ｉｃｍｄを積分し全相コイル電流積算値Ｙ１を求める。
【００１２】
具体的には、全相コイル過熱検出部１２は、
Ｙ１＝｛１−ｅ（−ｔ／τ１）｝×｛Ｉｃｍｄ−Ｙ１（ｎ−１）｝＋Ｙ１（ｎ−１）・・・式（１）
により、全相コイル電流積算値Ｙ１を求める。但し、ｔは時間、τ１は第１熱時定数、Ｉｃｍｄは電流値指令、Ｙ１（ｎ−１）は電流値指令Ｉｃｍｄが変化する直前の全相コイル電流積算値である。
【００１３】
また、全相コイル過熱検出部１２は、全相コイル電流積算値Ｙ１が所定のオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かを判定し、前記オーバロードレベルＯ．Ｌに達したと判定した場合に、モータ３０の全相のコイルが過熱されている状態を検出して、過負荷アラーム１２ａを発する。アラーム報知器４０は、全相コイル過熱検出部１２からの過負荷アラーム１２ａを検出した際に、過負荷状態を報知する。
【００１４】
単相コイル過熱検出部１３は、駆動制御部１１から出力される電流値指令Ｉｃｍｄと回転数指令Ｒｃｍｄを検出するとともに、モータ３０のストール状態時の発熱を監視するために、モータ３０に含まれる単相のコイルの熱時定数である第２熱時定数τ２と回転数指令Ｒｃｍｄとを利用して、電流値指令Ｉｃｍｄを積分し単相コイル電流積算値Ｙ２を求める。なお、ストール状態とは、モータ３０の駆動軸を停止保持するために１相のコイルに集中してストール電流を流し続ける状態である。
【００１５】
具体的には、単相コイル過熱検出部１３は、回転数指令Ｒｃｍｄが例えば１０ｒｐｍ等の所定の閾値以下である場合に積算用電流値Ｉを電流値指令Ｉｃｍｄとするとともに、回転数指令Ｒｃｍｄが閾値よりも大きい場合に積算用電流値Ｉを０として、
Ｙ２＝｛１−ｅ（−ｔ／τ２）｝×｛Ｉ−Ｙ２（ｎ−１）｝＋Ｙ２（ｎ−１）・・・式（２）
により、単相コイル電流積算値Ｙ２を求める。但し、ｔは時間、τ２は第２熱時定数、Ｉは積算用電流値、Ｙ２（ｎ−１）は積算用電流値Ｉが変化する直前の単相コイル電流積算値である。なお、積分値Ｙ１，Ｙ２の変動については、後に図を用いて説明する。
【００１６】
ここで、単相コイル電流積算値Ｙ２は、ストール電流による単相のコイルの温度変動を示す指標である。回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈ以下であるときに積算用電流値Ｉを電流値指令Ｉｃｍｄとしているのは、回転数指令Ｒｃｍｄが極めて低い時に、特定の単相のコイルにストール電流が集中して流れ、電流値指令Ｉｃｍｄと第２熱時定数τ２とに従って単相のコイルが熱せられるからである。一方、回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈよりも大きい場合に積算用電流値Ｉを０としているのは、特定の単相のコイルにストール電流が集中して流れてなく、第２熱時定数τ２に従って単相のコイルが放熱されるからである。
【００１７】
また、単相コイル過熱検出部１３は、全相コイル電流積算値Ｙ１と単相コイル電流積算値Ｙ２との大きさの比較結果により、単相コイル電流積算値Ｙ２の値を全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換える。
【００１８】
具体的には、単相コイル過熱検出部１３は、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さい場合に、求めた単相コイル電流積算値Ｙ２を維持し、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２以上の場合に、単相コイル電流積算値Ｙ２の値を全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換える。
これは、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２以上である場合には、第２熱時定数τ２に従って単相のコイルが放熱されるよりも、電流値指令Ｉｃｍｄと第１熱時定数τ１とに従って該コイルが熱せられるほうが支配的になっているからである。また、単相コイル電流積算値Ｙ２の値を書き換えるように構成することで、より確実にコイルの熱の変動を連続的に監視できるようにしている。
【００１９】
さらに、単相コイル過熱検出部１３は、維持された単相コイル電流積算値Ｙ２、又は全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換えた単相コイル電流積算値Ｙ２を使用して、単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かを判定する。単相コイル過熱検出部１３は、単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したと判定した場合に、モータ３０の単相のコイルが過熱されている状態を検出して過負荷アラーム１３ａを発する。アラーム報知器４０は、単相コイル過熱検出部１３からの過負荷アラーム１３ａを検出した際にも、過負荷状態を報知する。
【００２０】
次に、図２は、図１の全相コイル過熱検出部１２及び単相コイル過熱検出部１３によって求められる全相コイル電流積算値Ｙ１及び単相コイル電流積算値Ｙ２の変動を示すグラフである。
図２において、第２熱時定数τ２が第１熱時定数τ１よりも小さいので、単相コイル電流積算値Ｙ２は、全相コイル電流積算値Ｙ１よりも急に立ち上がる。ここで、タイミングＴ１の時点で、電流値指令Ｉｃｍｄが０にステップ状に切換えられたとすると、その時点から各積算値Ｙ１，Ｙ２は指数関数的に減少される。やはり、第２熱時定数τ２が第１熱時定数τ１よりも小さいので、単相コイル電流積算値Ｙ２は、全相コイル電流積算値Ｙ１よりも急に減少される。
【００２１】
図３は、図２のように単相コイル電流積算値Ｙ２が変動した際の単相コイル電流積算値Ｙ２の値の書き換えを示す説明図である。
この図３では、タイミングＴ２までは回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈ以下とされ、タイミングＴ２からは回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈよりも大きいとされている。図３において、タイミングＴ２までは回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈ以下であるので、上記式（２）においてＩ＝Ｉｃｍｄとされて、単相コイル電流積算値Ｙ２が増大される。次に、タイミングＴ２からは回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈよりも大きいので、式（２）においてＩ＝０とされて、単相コイル電流積算値Ｙ２が減少される。ここで、全相コイル電流積算値Ｙ１は、回転数指令Ｒｃｍｄに拘わらず第１熱時定数τ１に従って増大されるので、タイミングＴ３において、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２よりも大きくなっている。従って、このタイミングＴ３から、単相コイル電流積算値Ｙ２の値は、全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換える。
【００２２】
次に、各過熱検出部１２，１３の動作について説明する。
図４は、図１の全相コイル過熱検出部１２が行う全相コイル過熱検出動作を示すフローチャートである。図において、モータドライバ１０の電源が投入されると、駆動制御部１１から出力される電流値指令Ｉｃｍｄが検出されるとともに（ステップＳ１０）、上記式（１）により、電流値指令Ｉｃｍｄが積算されて全相コイル電流積算値Ｙ１が求められる（ステップＳ１１）。その次に、全相コイル電流積算値Ｙ１がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かが判定されて（ステップＳ１２）、オーバロードレベルＯ．Ｌに達していないと判定された場合には、全相コイル電流積算値Ｙ１の算出動作（ステップＳ１０，Ｓ１１）が繰り返し行われる。
【００２３】
これに対して、全相コイル電流積算値Ｙ１がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したと判定された場合には、モータ３０の全相のコイルが過熱されている状態が検出されて過負荷アラームが出力され（ステップＳ１３）、この全相コイル過熱検出動作が終了される。なお、全相コイル過熱検出動作は、例えば、外部からモータドライバ１０に対して復帰信号が入力された場合等に改めて開始される。
【００２４】
次に、図５は、図２の単相コイル過熱検出部１３が行う単相コイル過熱検出動作を示すフローチャートである。
図において、モータドライバ１０の電源が投入されると、駆動制御部１１から出力される回転数指令Ｒｃｍｄが検出されるとともに（ステップＳ２０）、回転数指令Ｒｃｍｄが例えば１０ｒｐｍ等の閾値Ｔｈ以下であるか否かが判定される（ステップＳ２１）。このとき、回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈ以下であると判定されると、駆動制御部１１からの電流値指令Ｉｃｍｄが検出されるとともに、積算用電流値Ｉが電流値指令Ｉｃｍｄとされて（ステップＳ２２）、上記式（２）により単相コイル電流積算値Ｙ２が求められる（ステップＳ２３）。一方、回転数指令Ｒｃｍｄが閾値Ｔｈよりも大きいと判定されると、積算用電流値Ｉが０とされて（ステップＳ２４）、上記式（２）により単相コイル電流積算値Ｙ２が求められる（ステップＳ２３）。
【００２５】
単相コイル電流積算値Ｙ２が求められると、全相コイル過熱検出部１２によって求められた全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ２５）。このとき、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２よりも小さいと判定されると、現在の単相コイル電流積算値Ｙ２の値が維持される（ステップＳ２６）。一方、全相コイル電流積算値Ｙ１が単相コイル電流積算値Ｙ２以上であると判定されると、単相コイル電流積算値Ｙ２の値が全相コイル電流積算値Ｙ１の値に書き換えられる（ステップＳ２７）。
【００２６】
その次に、値を維持した単相コイル電流積算値Ｙ２又は値を書き換えた単相コイル電流積算値Ｙ２がオーバロードレベルＯ．Ｌに達したか否かが判定されて（ステップＳ２８）、オーバロードレベルＯ．Ｌに達していないと判定された場合には、単相コイル電流積算値Ｙ２の算出動作（ステップＳ２０〜Ｓ２７）が繰り返し行われる。これに対して、オーバロードレベルＯ．Ｌに達したと判定された場合には、モータ３０の単相のコイルが過熱されている状態が検出されて過負荷アラーム１３ａが出力されて（ステップＳ２９）、この単相コイル過熱検出動作が終了される。なお、単相コイル過熱検出動作は、例えば、外部からモータドライバ１０に対して復帰信号が入力される等したときに改めて開始される。
【００２７】
なお、この実施の形態１では、各過熱検出部１２，１３は、駆動制御部１１から出力される電流値指令Ｉｃｍｄ及び回転数指令Ｒｃｍｄを直接的に検出するように説明したが、各過熱検出部は、モータに取付けられた電流検出器及び回転検出器を介して、電流値指令Ｉｃｍｄ及び回転数指令Ｒｃｍｄを間接的に検出してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１１  駆動制御部
１２  全相コイル過熱検出部
１２ａ  過負荷アラーム
１３  単相コイル過熱検出部
１３ａ  過負荷アラーム
Ｉｃｍｄ  電流値指令
Ｒｃｍｄ  回転数指令
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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