(57)【要約】【課題】モータの動作時にコイルの温度を正確に推定する。【解決手段】モータ２０に流れる電流の値を検出する検出手段（電流センサ２２）と、検出手段によって検出された電流値を、モータの回転速度に基づいて補正する補正手段（電流補正関数演算部３４）と、補正手段によって補正された電流値と、モータに印加される電圧を定める電圧指令値とに基づいて、逐次最小二乗法により、モータのコイルの抵抗値を求め、当該抵抗値からコイルの温度を推定する推定手段（逐次最小二乗法演算部３５）と、を有し、補正手段は、モータに流れる電流と回転速度を変数とする二変数多項式によって電流を補正するとともに、当該二変数多項式はモータの駆動系が有するデッドタイムに対応する定数項を含んでいることを特徴とする。【選択図】図１
2014011861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのコイルの温度を推定する温度推定装置において、
前記モータに流れる電流の値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電流値を、前記モータの回転速度に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された電流値と、前記モータに印加される電圧を定める電圧指令値とに基づいて、逐次最小二乗法により、前記モータのコイルの抵抗値を求め、当該抵抗値から前記コイルの温度を推定する推定手段と、を有し、
前記補正手段は、前記モータに流れる電流と回転速度を変数とする二変数多項式によって電流を補正するとともに、当該二変数多項式は前記モータの駆動系が有するデッドタイムに対応する定数項を含んでいる、
ことを特徴とする温度推定装置。
【請求項２】
前記補正手段は、複数の種類の二変数多項式を有しており、前記モータの電流方向または回転方向に応じて、これら複数の種類の二変数多項式から所定の二変数多項式を選択して補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の温度推定装置。
【請求項３】
前記補正手段は、４種類の二変数多項式を有しており、前記モータの電流方向および回転方向の組み合わせに応じて、これら４種類の二変数多項式から所定の二変数多項式を選択して補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の温度推定装置。
【請求項４】
前記補正手段によって補正された電流値と、前記電圧指令値に基づいて導出した電流値に基づいて、前記補正手段の二変数多項式が有する係数を最小二乗法により導出して予め記憶させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の温度推定装置。
【請求項５】
前記モータの回転速度または電流の一方を一定とし、他方を変化させ、前記補正手段の二変数多項式が有する係数を最小二乗法により導出して予め記憶させることを特徴とする請求項４に記載の温度推定装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれか1項に記載の温度推定装置を有し、当該温度推定装置によって推定された温度に基づいて、前記モータを制御する制御装置。
【請求項７】
モータのコイルの温度を推定する温度推定方法において、
前記モータに流れる電流の値を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された電流値を、前記モータの回転速度に基づいて補正する補正ステップと、
前記補正ステップにおいて補正された電流値と、前記モータに印加される電圧を定める電圧指令値とに基づいて、逐次最小二乗法により、前記モータのコイルの抵抗値を求めた、当該抵抗値から前記コイルの温度を推定する推定ステップと、を有し、
前記補正ステップは、前記モータに流れる電流と回転速度を変数とする二変数多項式によって電流を補正するとともに、当該二変数多項式は前記モータの駆動系が有するデッドタイムに対応する定数項を含んでいる、
ことを特徴とする温度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度推定装置、温度推定方法、および、制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータに負荷がかかった場合、コイルに流れる電流が増加することから、コイルの温度が上昇し、コイルが焼損する場合がある。そこで、そのような不具合を回避するために、例えば、特許文献１〜３に示すような技術が存在する。
【０００３】
特許文献１に開示された技術では、モータの温度モデルを事前に求めておき、流れた電流の加算によりある時点でのモータコイルの温度を推定する。
【０００４】
また、特許文献２に記載の技術では、測定している相の電流が０［Ａ］となるタイミングで抵抗推定用の電圧を印加し、そのときの電流を電流センサによって測定し、それらの値からコイルの抵抗値を推定する。そして、推定したコイルの抵抗値からコイルの温度を推定する。
【０００５】
さらに、特許文献３に記載の技術では、モータの直流電流、電圧を測定することで、コイルの抵抗値を求め、求めたコイルの抵抗値からコイルの温度を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８７８５６号公報
【特許文献２】特開平１０−６２２６６号公報
【特許文献３】特公昭５８−１６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、モータが停止しているタイミングだけしか測定することができないため、モータの動作中におけるコイルの温度を推定することができないという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献３に記載の技術では、モータの動作中の温度を測定することができる反面、モータのコイルの抵抗を測定するための電圧計等のセンサが新たに必要になるという問題点がある。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載の技術では、電圧計等のセンサが不要で、モータの動作中の温度を推定できる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、モータの放熱モデルを事前に求め、モータの電流総量によりコイルの温度を推定することから、時間の経過とともに誤差が累積されてしまうという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、モータの動作時にコイルの温度を正確に推定することができる温度推定装置、温度推定方法、および、制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、モータのコイルの温度を推定する温度推定装置において、前記モータに流れる電流の値を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電流値を、前記モータの回転速度に基づいて補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された電流値と、前記モータに印加される電圧を定める電圧指令値とに基づいて、逐次最小二乗法により、前記モータのコイルの抵抗値を求め、当該抵抗値から前記コイルの温度を推定する推定手段と、を有し、前記補正手段は、前記モータに流れる電流と回転速度を変数とする二変数多項式によって電流を補正するとともに、当該二変数多項式は前記モータの駆動系が有するデッドタイムに対応する定数項を含んでいることを特徴とする。
このような構成によれば、モータの動作時にコイルの温度を正確に推定することができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記補正手段は、複数の種類の二変数多項式を有しており、前記モータの電流方向または回転方向に応じて、これら複数の種類の二変数多項式から所定の二変数多項式を選択して補正を行うことを特徴とする。
このような構成によれば、電流方向または回転方向に応じた最適な補正を行うことが可能になる。
【００１３】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記補正手段は、４種類の二変数多項式を有しており、前記モータの電流方向および回転方向の組み合わせに応じて、これら４種類の二変数多項式から所定の二変数多項式を選択して補正を行うことを特徴とする。
このような構成によれば、モータの状態に応じて４種類の二変数多項式から最適な式を選択することで、最適な補正を行うことができる。
【００１４】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記補正手段によって補正された電流値と、前記電圧指令値に基づいて導出した電流値に基づいて、前記補正手段の二変数多項式が有する係数を最小二乗法により導出して予め記憶させることを特徴とする。
このような構成によれば、予め記憶されている二変数多項式を用いることで、補正を簡易に行うことができるとともに、同種のモータの場合には同じ多項式を用いることで、製造コストを低減することができる。
【００１５】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記モータの回転速度または電流の一方を一定とし、他方を変化させ、前記補正手段の二変数多項式が有する係数を最小二乗法により導出して予め記憶させることを特徴とする。
このような構成によれば、二変数多項式が有する係数を少ない測定数で簡単に求めることが可能になる。
【００１６】
また、本発明の制御装置は、前述した温度推定装置を有し、当該温度推定装置によって推定された温度に基づいて、前記モータを制御する。
このような構成によれば、モータの温度を正確に推定して制御を行うことができることから、負荷によるモータの焼損を回避することができる。
【００１７】
また、本発明は、モータのコイルの温度を推定する温度推定方法において、前記モータに流れる電流の値を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された電流値を、前記モータの回転速度に基づいて補正する補正ステップと、前記補正ステップにおいて補正された電流値と、前記モータに印加される電圧を定める電圧指令値とに基づいて、逐次最小二乗法により、前記モータのコイルの抵抗値を求めた、当該抵抗値から前記コイルの温度を推定する推定ステップと、を有し、前記補正ステップは、前記モータに流れる電流と回転速度を変数とする二変数多項式によって電流を補正するとともに、当該二変数多項式は前記モータの駆動系が有するデッドタイムに対応する定数項を含んでいる、ことを特徴とする。
このような方法によれば、モータの動作時にコイルの温度を正確に推定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、モータの動作時にコイルの温度を正確に推定することができる温度推定装置、温度推定方法、および、制御装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るサーボモータの構成例を示す図である。
【図２】図１に示すコイル温度推定部の構成例を示す図である。
【図３】図１に示すモータの等価回路を示す図である。
【図４】デッドタイムを説明するための図である。
【図５】デッドタイムの影響を説明するための図である。
【図６】モータの回転方向と電流の流れる方向の組み合わせを示す図である。
【図７】電流補正関数の係数を求めるための図である。
【図８】実験用の機器の構成例を示す図である。
【図９】図８における各部の信号の時間的変化を示す図である。
【図１０】従来型補正関数による補正電流とリファレンス電流の関係を示す図である。
【図１１】新型補正関数による補正電流とリファレンス電流の関係を示す図である。
【図１２】従来型温度推定装置による温度推定の例を示す図である。
【図１３】新型温度推定装置による温度推定の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るサーボモータの構成例を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係るサーボモータ１は、減算器１１，１３、速度制御部１２、電流制御部１４、モータ２０、および、コイル温度推定部３０を有している。
【００２２】
ここで、減算器１１は、上位の装置（例えば、図示しない中央制御装置）から供給される速度指令信号から、モータ２０の速度センサ２１から供給されるフィードバック信号としての速度モニタ信号を減算し、得られた差分信号を速度制御部１２に供給する。
【００２３】
速度制御部１２は、減算器１１から供給される差分信号に基づいて電流指令信号を生成し、減算器１３に供給する。減算器１３は、速度制御部１２から出力される電流指令信号から、モータ２０の電流センサ２２から出力されるフィードバック信号としての電流モニタ信号を減算し、得られた差分信号を電流制御部１４に供給する。
【００２４】
電流制御部１４は、減算器１３から供給される差分信号に基づいて、電圧指令信号を生成し、モータ２０に供給する。なお、減算器１１，１３、速度制御部１２、電流制御部１４、および、コイル温度推定部３０によって制御装置１０が構成される。
【００２５】
コイル温度推定部３０は、電流制御部１４から出力される電圧指令信号と、モータ２０の速度センサ２１から出力される速度モニタ信号と、モータ２０の電流センサ２２から出力される電流モニタ信号に基づいて、モータ２０のコイルの抵抗値を算出し、検出された抵抗値に基づいて、コイルの温度を推定し、コイル温度推定値として出力する。
【００２６】
図２は、図１に示すコイル温度推定部３０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、コイル温度推定部３０は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）３１〜３３、電流補正関数演算部３４、および、逐次最小二乗法演算部３５を有している。
【００２７】
ここで、ＬＰＦ３１は、電流制御部１４から供給される電圧指令信号を入力し、所定のカットオフ周波数（例えば、５０Ｈｚ）により高周波信号を減衰させて出力する。ＬＰＦ３２は、電流センサ２２から出力される電流モニタ信号を入力し、所定のカットオフ周波数（例えば、５０Ｈｚ）により高周波信号を減衰させて出力する。ＬＰＦ３３は、速度センサ２１から出力される速度モニタ信号を入力し、所定のカットオフ周波数（例えば、５０Ｈｚ）により高周波信号を減衰させて出力する。
【００２８】
電流補正関数演算部３４は、ＬＰＦ３３から出力される速度モニタ信号に基づいて、ＬＰＦ３２から出力される電流モニタ信号を補正し、補正電流信号として逐次最小二乗法演算部３５に出力する。
【００２９】
逐次最小二乗法演算部３５は、ＬＰＦ３１から出力される電圧指令信号と、電流補正関数演算部３４から出力される補正電流信号に基づいて、モータ２０のコイルの抵抗値を求め、この抵抗値に基づいてコイルの温度を推定し、コイル温度推定値として、上位の装置（例えば、図示しない中央制御装置）に出力する。
【００３０】
つぎに、実施形態の動作について説明する。図３は、モータ２０の電気的な等価回路である。図３に示すように、モータ２０は、相数、ブラシの有無等に関係無く、インダクタンスＬ、コイルの抵抗Ｒ、誘起電圧Ｅを直列接続した等価回路として表すことができる。なお、図３では、このような等価回路に印加電圧ｖが印加され、電流ｉが流れている。図３に示す等価回路に印加される電圧と電流の関係を電圧方程式で表すと、以下の式（１）が得られる。
【００３１】
【数１】
2014011861.tif 000003
・・・（１）
但し、
ｖ：印加電圧［Ｖ］            Ｅ：誘起電圧［Ｖ］
ｉ：モータ電流［Ａ］          Ｋｅ：誘起電圧定数［Ｖ／ｒｐｍ］
Ｌ：インダクタンス［Ｈ］      ω：回転速度［ｒｐｍ］
Ｒ：コイル抵抗［Ω］
【００３２】
図２に示すように、制御装置１０は、モータ２０の回転速度、電流を測定するセンサは有しているが、電圧を測定するセンサを有していないため、電圧については電圧指令値しか知ることができない。そこで、式（１）の印加電圧ｖを電圧指令値ｖｃｏｍに置換して式（１）を式（２）のように変形する。
【００３３】
【数２】
2014011861.tif 000004
・・・（２）
【００３４】
式（２）を変形すると、以下の式（３）を得る。
【００３５】
【数３】
2014011861.tif 000005
・・・（３）
【００３６】
式（３）の右辺の括弧内に注目すると、第１項はモータ電流であり、第２項は誘起電圧となっている。そこで、括弧内をモータ電流ｉと回転数ωの関数ｆ（ｉ，ω）と置くと、式（４）を得る。なお、関数ｆ（ｉ，ω）は、例えば、式（５）に示す二変数多項式よって表すことができる。
【００３７】
【数４】
2014011861.tif 000006
・・・（４）
【００３８】
【数５】
2014011861.tif 000007
・・・（５）
【００３９】
本発明者が先におこなった特許出願（特願２０１０−２７９６２８号）では、式（２）に基づいてモータ２０のコイルの温度を推定した。しかし、印加電圧ｖと電圧指令ｖｃｏｍの間には、デッドタイムによる不感帯分の電圧が存在することから、温度の推定値の精度が低くなる場合があった。このため、本実施形態では、このデッドタイムを考慮して補正を行う。この点について、以下に詳述する。
【００４０】
まず、不感帯について説明する。図４はモータ２０のコイルのうち、Ｕ相のコイルに電流を流すための駆動回路（電流制御部１４が有する回路）の構成例を示す図である。この図４（Ａ）はＵ相コイルに電流を流している状態を示している。この図４（Ａ）の例では、ＦＥＴ  Ｕ＿ｈｉｇｈとＦＥＴ  Ｘ＿ｌｏｗがオンの状態とされその他がオフの状態とされ、これにより電源ＶｃｃからＵ相コイルに矢印で示す方向の電流が通じる。一方、図４には示していないが、ＦＥＴ  Ｘ＿ｈｉｇｈとＦＥＴ  Ｕ＿ｌｏｗがオンの状態とされ、その他がオフの状態とされることで、図４（Ａ）とは逆向きのＵ相電流を通じることができる。このように、コイルの各相に流れる電流の方向と大きさを変化させることで、モータ２０を駆動することができる。
【００４１】
ところで、図４（Ｂ）に示すように、直列接続されたＦＥＴ  Ｕ＿ｈｉｇｈとＦＥＴ  Ｕ＿ｌｏｗを同時にオンの状態にした場合、電源から過大な電流がこれらのＦＥＴに流れることから、ＦＥＴが破損してしまう場合がある。そこで、そのような事態を防ぐために、ＦＥＴのスイッチングにタイムラグ（デッドタイム）を与え、短絡電流が流れることを防止している。このため、デッドタイムに該当する領域では、電圧指令を与えても電流が流れないので、このような領域を不感帯という。このような不感帯が存在する場合、モータ２０への電流を徐々に増加した場合、ある時点までは不感帯の存在によって電流が流れず、ある時点を超えると急に電流が流れ始める不連続動作が生じる。
【００４２】
特願２０１０−２７９６２８号では、電流モニタ信号を式（５）に示す電流補正関数に適用することで得られた補正電流と、電圧指令信号とに基づいて、逐次最小二乗法により抵抗値を算出し、得られた抵抗値に基づいてコイルの温度を推定する。ところで、モータ２０に供給されるｑ軸電流は不感帯の影響によって波形のゼロクロス点付近において、前述のように波形の不連続が発生する。一方、特願２０１０−２７９６２８号の電流補正関数では、このような不連続動作については考慮していない。このため、電流指令に応じてコイルに流れる計算上の電流であるリファレンス電流（不連続部分を有する電流）と、電流補正関数によって得られた補正電流との間で波形の不一致が生じることから、温度を正確に推定できない場合が生じる。
【００４３】
より詳細に説明する。図５（Ａ）はコイルに流れる電流のモニタ値である電流モニタ信号の時間的な変化を示している。この図５（Ａ）は、モータ２０のｄ−ｑ軸において、ｑ軸の電流が正弦波状に変化するように負荷を設定している。図５（Ｂ）に破線で示すリファレンス電流は、電圧指令に応じてコイルに流れる計算上の電流を示し、ゼロクロス点付近（図中楕円で囲んだ部分）において不連続部分を有するとともに、波形が正弦波から乖離している。一方、図５（Ｂ）に実線で示す補正電流（特願２０１０−２７９６２８号の補正関数で求めた補正電流）は、正弦波状となっている。このため、リファレンス電流と補正電流とが一致しないことから、温度の推定精度が低下していた。
【００４４】
そこで、本実施形態では、デッドタイムに対応する項を式（５）に追加するとともに、電流の方向および回転方向に応じて補正式を選択することで、このような不一致を解消する。
【００４５】
詳細に説明する。本実施形態では、デッドタイムによる不感帯の電圧をＶｄｅａｄとしたとき、式（３）を以下の式（６）のように書き換える。
【００４６】
【数６】
2014011861.tif 000008
・・・（６）
【００４７】
以上の式（６）を変形すると、以下の式（７）を得る。
【００４８】
【数７】
2014011861.tif 000009
・・・（７）
【００４９】
式（７）の右辺の括弧内の第１項はモータ電流であり、第２項は誘起電圧を抵抗Ｒで割ったものであり、第３項はデッドタイムの不感帯分の電圧を抵抗Ｒで割ったものである。ここで、抵抗Ｒが判定したい温度における抵抗値で、既知の定数であると考えると、この部分をモータ電流ｉと回転数ωによる関数ｆ（ｉ，ω）（電流補正関数）と置くことができ、式（８）を得る。
【００５０】
【数８】
2014011861.tif 000010
・・・（８）
【００５１】
また、電流補正関数ｆ（ｉ，ω）は、例えば、式（９）〜（１２）のように定義することができる。ここで、Ｖｄｅａｄはデッドタイムに起因する電圧であるので、式（９），（１０）でオフセット項としてＣ００となっており、モータ電流の正負で符号が反転する。また、回転方向の違いによって電流補正関数の係数Ｄを適用した。以上より、電流補正関数を以下の式（９）〜（１２）で表す。
【００５２】
条件：ｉ＞０かつω≧０
【数９】
2014011861.tif 000011
・・・（９）
【００５３】
条件：ｉ＜０かつω＜０
【数１０】
2014011861.tif 000012
・・・（１０）
【００５４】
条件：ｉ＜０かつω≧０
【数１１】
2014011861.tif 000013
・・・（１１）
【００５５】
条件：ｉ＞０かつω＜０
【数１２】
2014011861.tif 000014
・・・（１２）
【００５６】
図６は、以上の式（９）〜（１２）に対応するモータの状態を示す図である。この図において横軸は回転方向を示し、縦軸は電流の方向を示している。この図６において領域（１）（第１象限）は、電流と回転の双方がプラス方向の領域であり、この領域では前述した式（９）が選択される。領域（２）（第４象限）は、電流がマイナス方向で、回転がプラス方向の領域であり、この領域では前述した式（１１）が選択される。領域（３）（第２象限）は、電流がプラス方向で、回転がマイナス方向の領域であり、この領域では前述した式（１２）が選択される。領域（４）（第３象限）は、電流と回転の双方向がマイナス方向の領域であり、この領域では前述した式（１０）が選択される。
【００５７】
図７は、以上の式（９）〜（１２）の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）を求めるための構成を示している。なお、この図７に示す構成は、図２に示す構成を一部変更することで得られる。係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求める場合には、判定温度（例えば、１２０℃）におけるコイルのインダクタンスＬと、抵抗Ｒを実測により求める。そして、求めたインダクタンスＬと抵抗Ｒの値を用いて微分方程式を数値計算することで、電圧指令信号からリファレンス電流を算出する。そして、電流モニタ信号と速度モニタ信号を電流補正関数に適用し、得られた補正電流とリファレンス電流とに基づいて最小二乗法により、係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求めることができる。より詳細には、モータ２０の状態が図６に示す領域（１），（４）に該当する場合には係数Ｃｉｊを求める処理を実行し、領域（２），（３）に該当する場合には係数Ｄｉｊを求める処理を実行することで、これらの係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求めることができる。なお、このようにして求めた係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊは、電流補正関数演算部３４の図示しないメモリ等に記憶される。
【００５８】
つぎに、前述した式（８）の電流補正関数ｆ（ｉ，ω）を電流と仮定して電圧方程式を求めると以下の式（１３）を得る。
【００５９】
【数１３】
2014011861.tif 000015
・・・（１３）
【００６０】
式（１３）に逐次最小二乗法を適用すると、以下の式（１４），（１５），（１６）が導出され、これらの式より抵抗Ｒの推定値が得られる。但し、抵抗Ｒの推定値はコイル温度が高くなるにつれて抵抗Ｒと同じように大きくなるが、式（８）における抵抗Ｒは判定しようとする温度（以下、「判定温度」と称する）における抵抗値（既知の定数）としたので、式（９）〜（１２）の係数Ｃ，Ｄはコイル温度に依存した関数となり、推定値が抵抗Ｒと等しくなるのは判定温度の近傍に限られる。つまり、抵抗Ｒを閾値とするコイル温度の判定を行うことができる。また、実際のサーボモータの制御はｄｑ座標系を考えて行うことがあるが、前述したコイル温度推定方法はそのまま適用が可能である。
【００６１】
【数１４】
2014011861.tif 000016
・・・（１４）
【００６２】
【数１５】
2014011861.tif 000017
・・・（１５）
【００６３】
【数１６】
2014011861.tif 000018
・・・（１６）
【００６４】
なお、変数ｋは第ｋ番目のサンプリングで得られた値であることを示し、ｖｋは第ｋ番目のサンプリングで得られた電圧を示し、Ｉｋは第ｋ番目のサンプリングで得られた電流を示し、ωｋは第ｋ番目のサンプリングで得られた回転速度を示す。Ｐ（ｋ）およびαｋ，βｋの初期値としては適当な初期値Ｐ（０）およびα０，β０を与える。
【００６５】
つぎに、以上の実施形態をサーボモータに適用した場合の実験結果を示す。図８は実験に用いた機器の構成例を示す図である。この図において、推定対象モータ２０は、温度推定の対象となるモータである。負荷用モータ５１は連結器５２によって推定対象モータ２０と連結され、評価用ドライバ６０からの電流指令に基づいて動作し、推定対象モータ２０に負荷を印加する。評価用ドライバ６０は、中央制御装置、半導体記憶装置、および、インタフェース等によって構成され、推定対象モータ２０に速度指令を供給してこれを制御するとともに、負荷用モータ５１に電流指令を供給して推定対象モータ２０の負荷を調整する。また、評価用ドライバ６０は、推定対象モータ２０から電流モニタ信号および速度モニタ信号を取得し、抵抗Ｒの値を求めて温度を推定する。また、評価用ドライバ６０は、推定した温度をデータレコーダ７０に供給して記憶させるとともに、電圧指令、電流モニタ、速度モニタ、および、補正電流をパーソナルコンピュータ８０に供給する。データレコーダ７０は、推定対象モータ２０のコイルに取り付けられた図示しない熱電対によって検出された温度と、評価用ドライバ６０によって推定された温度とを記録し、必要に応じてパーソナルコンピュータ８０に供給する。パーソナルコンピュータ８０は、評価用ドライバ６０およびデータレコーダ７０から供給されるデータに基づいて作図等のデータ処理を実行する。
【００６６】
つぎに、実験の条件について説明する。推定対象モータ２０に供給する速度指令としては、図９（Ａ）に示すように時間の経過とともに正弦波状に変化する速度となるよう速度指令を供給する。これにより、図９（Ｂ）に示すように、同じく正弦波状に変化する電流モニタが得られる。なお、速度指令としては、図９（Ａ）に示す最大で５００ｒｐｍの場合の他に、例えば、１００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍの４種類とする。また、負荷用モータ５１に供給する電流としては、図９（Ｃ）に示すように時間の経過とともに正弦波状に変化する電流を供給する。なお、このときの電流値としては、例えば、７Ａとする。また、コイルの抵抗Ｒは、温度が２０℃のときに１．５９Ωとし、判定温度である１２０℃のときに２．２７Ωとする。もちろん、以上に列挙した実験条件は一例であって、これ以外の値に設定してもよいことはいうまでもない。
【００６７】
つぎに、実験の方法について説明する。実験の方法としては、特願２０１０−２７９６２８号に記載の温度推定装置（以下、「従来型温度推定装置」と称する）と、本実施形態の温度推定装置（以下、「新型温度推定装置」と称する）を比較し、本実施形態による改善効果について検証する。
【００６８】
まず、従来型温度推定装置では、電流補正関数演算部３４には式（５）に示す関数が設定される。なお、この関数の係数Ｃｉｊは、図７と同様の設定において最小二乗法によって算出され、電流補正関数演算部３４に予め記憶される。そして、推定対象モータ２０に図９（Ａ）に示すような速度となる速度指令信号が供給されるとともに、負荷用モータ５１に図９（Ｃ）に示す電流指令信号が供給される。その結果、図２に示すＬＰＦ３１には電圧指令信号が供給され、高周波成分が減衰されて逐次最小二乗法演算部３５に供給される。また、ＬＰＦ３２，３３には電流モニタ信号と速度モニタ信号が供給され、高周波成分が除去された後、電流補正関数演算部３４に供給される。電流補正関数演算部３４では、前述した式（５）に基づいて、補正電流が演算され、逐次最小二乗法演算部３５に供給される。逐次最小二乗法演算部３５は、式（１４）〜（１６）に基づいて抵抗Ｒの値を逐次演算し、得られた結果と、判定温度における抵抗値２．２７Ωを比較し、比較結果を出力する。
【００６９】
一方、新型温度推定装置では、電流補正関数演算部３４には式（９）〜（１２）に示す関数が設定される。なお、この関数の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊは、図７の設定において最小二乗法によって算出される。より詳細には、推定対象モータ２０に対して、以下の表１に示す組み合わせの速度指令および電流指令を供給し、条件を変化させて様々な速度と電流の組み合わせにおけるデータを収集する。そして、このようにして集めたデータに基づいて、関数の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求める。ここで、速度と負荷は、推定対象モータ２０の特性に応じて最適な値を決定することができる。このように、回転速度を一定とし、電流を正弦波状に変化させることにより、少ない測定数で関数の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを簡単に求めることができる。このようにして求めた係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊは、電流補正関数演算部３４に予め格納される。
【００７０】
【表１】
2014011861.tif 000019
【００７１】
そして、速度指令を１００，５００，１０００，２０００ｒｐｍにそれぞれ設定するとともに、負荷用モータ５１に回転を押しとどめる方向の電流指令を供給して温度を推定する。このとき、正方向の速度モニタ（図９（Ａ）の正の領域（０〜０．５ｓｅｃの領域））については、電流補正関数演算部３４は式（９）を選択して補正電流を求め、負方向の速度モニタ（図９（Ａ）の負の領域（０．５〜１ｓｅｃの領域））については、電流補正関数演算部３４は式（１０）を選択して補正電流を求める。
【００７２】
一方、負荷用モータ５１に回転を促す方向の電流指令を供給する場合には、正方向の速度モニタ（図９（Ａ）の正の領域（０〜０．５ｓｅｃの領域））については、電流補正関数演算部３４は式（１１）を選択して補正電流を求め、負方向の速度モニタ（図９（Ａ）の負の領域（０．５〜１ｓｅｃの領域））については、電流補正関数演算部３４は式（１２）を選択して補正電流を求める。
【００７３】
逐次最小二乗法演算部３５は、以上のようにして求めた補正電流と、ＬＰＦ３１から供給される電圧指令信号を、式（１４）〜（１６）に適用して抵抗Ｒの値を逐次演算し、得られた結果と、判定温度における抵抗値２．２７Ωを比較し、比較結果を出力する。
【００７４】
つぎに、実験結果について説明する。図１０は２０００ｒｐｍの速度指令における従来型温度推定装置の補正電流を示し、図１１は同じく２０００ｒｐｍの速度指令における新型温度推定装置の補正電流を示している。これらの図において実線はリファレンス電流を示し、間隔が短い破線は補正電流を示し、間隔が長い破線は電流モニタ（補正前の電流）を示す。これらの図において、補正電流がリファレンス電流と一致しているほど補正が正確であるといえる。図１０に示す従来型温度推定装置の補正電流では、楕円で囲んだ領域Ａ１，Ａ２においてリファレンス電流と補正電流が一致していない。領域Ａ２はデッドタイムの影響で電圧指令に対して電圧が印加されない不感帯があるため、オフセット項を持たない従来型の電流補正関数では正確に補正ができない。領域Ａ１は領域Ａ２におけるリファレンス電流と補正電流の不一致を補正しようとして、逆方向に電流を補正してしまっているためリファレンス電流との不一致が生じている。これに対して、新型電流補正関数はリファレンス電流とほぼ一致しており、電流補正が正確になされていることが分かる。
【００７５】
図１２，１３は、従来型温度推定装置および新型温度推定装置における推定結果をそれぞれ示すグラフである。図１２，１３の縦軸は推定値を示し、横軸はコイル温度の実測値を示し、推定値が２．２７Ωになったときのコイル温度が１２０℃であれば推定が正しいと判断できる。図１２に示す  従来型温度推定装置の推定結果は、回転数の違いにより推定結果にバラつきがあり、特に、２０００ｒｐｍの速度指令における推定値はコイル温度が９５℃のときに２．２７Ωに達している。これは、コイル温度１２０℃と比較すると誤差２０．８％になる。これに対して、新型温度推定装置の推定結果は、回転数の違いによる推定結果のバラつきは小さく、最も判定値に早く達する５００ｒｐｍにおける推定値は１０５℃と、コイル温度１２０℃と比較した誤差が１２．５％と小さくなっている。
【００７６】
以上に説明したように、本実施形態では、逐次最小二乗法に基づいてコイル温度を推定するようにしたので、モータ２０の動作中にコイルの温度を、誤差の蓄積なく正確に求めることができる。また、本実施形態では、モータ２０の電流の方向と回転の方向に基づいて電流補正関数である式（９）〜（１２）を選択して補正電流を求めるとともに、補正電流に基づいて逐次最小二乗法に基づいてコイル温度を推定するようにしたので、デッドタイムによる推定誤差を僅少にすることが可能になることから、回転数に拘わらず、正確にコイルの温度を推定することができる。
【００７７】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、回転方向と、電流の方向に基づいて式（９）〜（１２）から対応する補正式を選択するようにしたが、例えば、モータ２０の回転を押しとどめる方向の負荷のみが印加される場合には、式（９），（１０）のみを用いるようにすることができ、また、モータ２０の回転を促す方向の負荷のみが印加される場合には、式（１１），（１２）のみを用いるようにすることができる。また、回転方向が一方向だけである場合には、式（９），（１０）のいずれか一方、または、式（１１），（１２）のいずれか一方のみを使用することができる。このため、例えば、モータ２０の回転を押しとどめる方向の負荷のみが印加される場合であって、回転方向が一方向だけの場合には、式（９）または式（１０）のいずれか一方を使用することができる。なお、回転を促す方向の場合も同様である。
【００７８】
また、以上の実施形態では、モータ２０としてサーボモータを例に挙げて説明したが、これ以外のモータに本実施形態を適用することが可能である。なお、サーボモータ以外に適用する場合には、前述したように、想定される回転方向と電流の方向に基づいて、補正関数を準備するようにすればよい。
【００７９】
また、以上の実施形態では、式（９）〜（１２）として、次数が３次の関数を用いるようにしたが、これ以外の次数（１〜２次および４次以上）の関数を用いることも可能である。
【００８０】
また、以上の実施形態では、補正関数は奇関数であることから、補正関数のωとｉの次数の和が奇数になる項（具体的には、ｉ，ω，ｉ３，ｉ２ω，ｉω２，ω３）のみを用いることで計算を簡略化できるが、もちろん、和が偶数になる項を含むようにしてもよい。
【００８１】
また、以上の実施形態では、判定温度として１２０℃を例に挙げて説明し、また、コイルの抵抗として２．２７Ωを例に挙げて説明したが、これらは、一例であって、このような場合のみに本発明が限定されるものではないことはいうまでもない。
【００８２】
また、以上の実施形態では、関数の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求める際に、回転速度を一定とし、電流を正弦波状に変化させるようにしたが、本発明は正弦波に限定されるものではなく、時間的に電流値が変化する波形（例えば、三角波、台形波、のこぎり波）であればよい。また、電流値を一定として、回転速度を変化させるようにしてもよい。すなわち、電流と回転速度のいずれか一方を一定とし、他方を変化させることにより、関数の係数Ｃｉｊ，Ｄｉｊを求めることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  サーボモータ
１０  制御装置
１１，１３  減算器
１２  速度制御部
１４  電流制御部
２０  モータ
２１  回転センサ
２２  電流センサ
３０  コイル温度推定部
３１〜３３  ＬＰＦ
３４  電流補正関数演算部
３５  逐次最小二乗法演算部
５１  負荷用モータ
５２  連結器
６０  評価用ドライバ
７０  データレコーダ
８０  パーソナルコンピュータ
【図１】
2014011861.tif 000020
【図２】
2014011861.tif 000021
【図３】
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【図４】
2014011861.tif 000023
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014011861.tif 000026
【図８】
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【図９】
2014011861.tif 000028
【図１０】
2014011861.tif 000029
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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