(57)【要約】【課題】モータの過負荷を精度高く検出する。【解決手段】過負荷検出手段２３の積分器４３は、２乗電流ｉ1２をデューティーサイクル時間Ｔdutyで除算した結果を積分し、積分値を電流のＲＭＳの２乗値として求め、サイクル信号Cyc＠の入力タイミングにて積分値をリセットする。前回値保持器４４は、ＲＭＳの２乗の前回値を保持し、サイクル信号Cyc＠の入力タイミングにて更新する。比較器４６は、ＲＭＳの２乗値にＲＭＳの２乗の前回値が加算された加算結果と、予め設定された定数１．０とを比較し、加算結果が定数１．０を越えたときに、交流モータ３の過負荷を検出したと判定し、過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。これにより、比較器４６により出力される過負荷検出信号ＯＬ＠のタイミングは、予め設定された過負荷時間ＴOLに相当することとなる。【選択図】図２
2018026939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸電流指令とｄ軸電流フィードバックとの間の偏差が０になり、かつｑ軸電流指令とｑ軸電流フィードバックとの間の偏差が０になるように電圧指令を生成し、前記電圧指令に基づいて交流モータを制御すると共に、前記交流モータの過負荷を検出するモータ制御装置において、
前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令のそれぞれを２乗して加算し、２乗電流指令を求めると共に、前記ｄ軸電流フィードバック及び前記ｑ軸電流フィードバックのそれぞれを２乗して加算し、２乗電流フィードバックを求め、予め設定された切替信号に基づいて、前記２乗電流指令及び前記２乗電流フィードバックのいずれか一方に切り替え、２乗電流として出力する電流切替手段と、
予め設定された過負荷率及び過負荷時間に基づいてデューティーサイクル時間を演算するデューティーサイクル演算手段と、
前記電流切替手段により出力された前記２乗電流を、前記デューティーサイクル演算手段により演算された前記デューティーサイクル時間で除算し、除算結果を積分して電流のＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）の２乗値を求め、前記電流のＲＭＳの２乗値に基づいて、前記交流モータの過負荷を検出する過負荷検出手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
さらに、サイクル信号生成手段を備え、
前記デューティーサイクル演算手段は、
前記予め設定された過負荷率を２乗し、前記２乗した結果に前記予め設定された過負荷時間を乗算することで前記デューティーサイクル時間を求め、さらに、前記デューティーサイクル時間よりも短い時間を、サイクル時間として求め、
前記サイクル信号生成手段は、
前記デューティーサイクル演算手段により求められた前記サイクル時間を単位とするパルス信号を、サイクル信号として生成し、
前記過負荷検出手段は、
前記電流切替手段により出力された前記２乗電流を、前記デューティーサイクル演算手段により求められた前記デューティーサイクル時間で除算し、除算結果を求める演算器と、
前記演算器により求められた前記除算結果を積分して前記電流のＲＭＳの２乗値を求め、前記サイクル信号生成手段により生成された前記サイクル信号を入力し、当該サイクル信号のタイミングにて前記電流のＲＭＳの２乗値をリセットする積分器と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記過負荷検出手段は、
さらに、
前記サイクル信号生成手段により生成された前記サイクル信号を入力し、当該サイクル信号のタイミングにて、前記積分器により求められた前記電流のＲＭＳの２乗値を、前回値として保持する前回値保持器と、
前記積分器により求められた前記電流のＲＭＳの２乗値に、前記前回値保持器により保持された前記前回値を加算し、加算後のＲＭＳの２乗値を求める加算器と、
前記加算器により求められた前記加算後のＲＭＳの２乗値と、予め設定された定数とを比較し、前記加算後のＲＭＳの２乗値が前記予め設定された定数を超えたときに、前記交流モータの過負荷を検出する比較器と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、交流モータの過負荷を検出するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流モータをｄ軸及びｑ軸にてベクトル制御するモータ制御装置が知られている。このモータ制御装置は、電流指令をＰＩ制御器により電流制御して電圧指令を生成し、電圧指令を座標変換し、３相交流電圧指令を生成する。そして、モータ制御装置は、３相交流電圧指令をインバータへ出力することで、交流モータを制御する。
【０００３】
このようなモータ制御装置において、交流モータが過負荷状態となり、過電流が長時間に渡り流れると、交流モータが発熱し損傷してしまう可能性があり、また、インバータも損傷してしまう可能性がある。そこで、モータ制御装置は、交流モータに流れる電流を監視することで、交流モータが過負荷状態にあることを検出し、例えば交流モータの電源を遮断して交流モータを停止する。これにより、交流モータの過負荷を防止することができ、インバータの素子を保護することができる。これは、過電流による過熱から保護するという意味で、電子サーマルと呼ばれている。
【０００４】
電子サーマルの機能を備えたモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このモータ制御装置は、交流モータに流れる電流が所定値を超え、かつその時間が所定時間を超えたときに、過負荷の異常を検出し、交流モータの電源を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、電子サーマルの機能により交流モータ及びインバータを保護するために、過負荷率及び過負荷時間に基づいて、異常が検出される。過負荷率及び過負荷時間は、交流モータの種類、仕様、用途、当該交流モータに接続される負荷等に応じて予め設定される。
【０００７】
例えば、一般的な交流モータの場合、過負荷率及び過負荷時間として、それぞれ１５０％及び６０secが設定され、サーボモータの場合、２００％及び３secが設定される。予め設定された過負荷率で運転している状態が、予め設定された過負荷時間の間継続したときに、過負荷の異常が検出され、交流モータの電源が遮断されることで、交流モータ及びインバータが保護される。
【０００８】
前述の特許文献１に記載された電子サーマルの機能は、交流モータに流れる電流の値と所定値とを比較し、かつ電流の値が所定値を越えているときの時間と所定時間とを比較することで、過負荷を検出する。
【０００９】
しかしながら、この機能では比較処理を基本としているため、予め設定された過負荷率で運転している状態が、予め設定された過負荷時間の間継続したときに、必ずしも過負荷を検出できるとは限らない。このため、従来技術では、過負荷の検出精度が高くないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、交流モータの過負荷を精度高く検出可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１のモータ制御装置は、ｄ軸電流指令とｄ軸電流フィードバックとの間の偏差が０になり、かつｑ軸電流指令とｑ軸電流フィードバックとの間の偏差が０になるように電圧指令を生成し、前記電圧指令に基づいて交流モータを制御すると共に、前記交流モータの過負荷を検出するモータ制御装置において、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令のそれぞれを２乗して加算し、２乗電流指令を求めると共に、前記ｄ軸電流フィードバック及び前記ｑ軸電流フィードバックのそれぞれを２乗して加算し、２乗電流フィードバックを求め、予め設定された切替信号に基づいて、前記２乗電流指令及び前記２乗電流フィードバックのいずれか一方に切り替え、２乗電流として出力する電流切替手段と、予め設定された過負荷率及び過負荷時間に基づいてデューティーサイクル時間を演算するデューティーサイクル演算手段と、前記電流切替手段により出力された前記２乗電流を、前記デューティーサイクル演算手段により演算された前記デューティーサイクル時間で除算し、除算結果を積分して電流のＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）の２乗値を求め、前記電流のＲＭＳの２乗値に基づいて、前記交流モータの過負荷を検出する過負荷検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、さらに、サイクル信号生成手段を備え、前記デューティーサイクル演算手段が、前記予め設定された過負荷率を２乗し、前記２乗した結果に前記予め設定された過負荷時間を乗算することで前記デューティーサイクル時間を求め、さらに、前記デューティーサイクル時間よりも短い時間を、サイクル時間として求め、前記サイクル信号生成手段が、前記デューティーサイクル演算手段により求められた前記サイクル時間を単位とするパルス信号を、サイクル信号として生成し、前記過負荷検出手段が、前記電流切替手段により出力された前記２乗電流を、前記デューティーサイクル演算手段により求められた前記デューティーサイクル時間で除算し、除算結果を求める演算器と、前記演算器により求められた前記除算結果を積分して前記電流のＲＭＳの２乗値を求め、前記サイクル信号生成手段により生成された前記サイクル信号を入力し、当該サイクル信号のタイミングにて前記電流のＲＭＳの２乗値をリセットする積分器と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３のモータ制御装置は、請求項２に記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段が、さらに、前記サイクル信号生成手段により生成された前記サイクル信号を入力し、当該サイクル信号のタイミングにて、前記積分器により求められた前記電流のＲＭＳの２乗値を、前回値として保持する前回値保持器と、前記積分器により求められた前記電流のＲＭＳの２乗値に、前記前回値保持器により保持された前記前回値を加算し、加算後のＲＭＳの２乗値を求める加算器と、前記加算器により求められた前記加算後のＲＭＳの２乗値と、予め設定された定数とを比較し、前記加算後のＲＭＳの２乗値が前記予め設定された定数を超えたときに、前記交流モータの過負荷を検出する比較器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、交流モータの過負荷を精度高く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。
【図２】過負荷検出部の構成例を示すブロック図である。
【図３】電流切替手段の構成例を示すブロック図である。
【図４】デューティーサイクル演算手段の構成例を示すブロック図である。
【図５】サイクル信号生成手段の構成例を示すブロック図である。
【図６】サイクル信号生成手段の他の構成例を示すブロック図である。
【図７】過負荷検出手段の構成例を示すブロック図である。
【図８】デューティーサイクル演算手段により算出されるデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycの例を示す図である。
【図９】前回値保持器及び比較器の処理例を説明する図である。
【図１０】過負荷率η＝１５０％及び過負荷時間ＴOL＝６０secの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】過負荷率η＝２００％及び過負荷時間ＴOL＝３secの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】過負荷率η＝３００％及び過負荷時間ＴOL＝１secの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔モータ制御システム〕
図１は、本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。このモータ制御システムは、モータ制御装置１、電力増幅器２及び交流モータ３を備えて構成される。
【００１７】
モータ制御装置１は、交流モータ３をｄ軸及びｑ軸にてベクトル制御する装置である。モータ制御装置１は、交流モータ３の回転速度を制御するｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成する。そして、モータ制御装置１は、電流指令を電圧指令に変換し、電圧指令を３相交流電圧指令であるＵ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊に変換する。モータ制御装置１は、Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊を電力増幅器２へ出力し、交流モータ３を制御する。
【００１８】
モータ制御装置１は、電力増幅器２と交流モータ３との間に設けられた電流検出器により検出された３相交流電流フィードバックであるＵ相交流電流ＦＢ（フィードバック）ｉｕ、Ｖ相交流電流ＦＢ（フィードバック）ｉｖ及びＷ相交流電流ＦＢ（フィードバック）ｉｗを入力する。そして、モータ制御装置１は、Ｕ相交流電流ＦＢｉｕ、Ｖ相交流電流ＦＢｉｖ及びＷ相交流電流ＦＢｉｗをｄ軸及びｑ軸の電流フィードバックに変換する。
【００１９】
モータ制御装置１は、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLの過負荷検出処理において、過負荷率η、過負荷時間ＴOL、及び、ｄ軸及びｑ軸の電流指令またはｄ軸及びｑ軸の電流フィードバックに基づいて、交流モータ３の過負荷を検出する。そして、モータ制御装置１は、過負荷を検出したタイミングにて過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。
【００２０】
予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLは、交流モータ３の過負荷特性を反映した値であり、ユーザが所望する交流モータ３の過負荷運転の条件を示している。
【００２１】
電力増幅器２は、インバータを備えている。電力増幅器２は、モータ制御装置１からＵ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊を入力し、これらの３相交流電圧指令からＰＷＭ信号を生成する。そして、電力増幅器２は、ＰＷＭ信号によってインバータのスイッチング素子のゲートをオンオフし、インバータに入力される直流バス電圧をスイッチングして交流電圧に変換する。そして、電力増幅器２は、交流電圧を交流モータ３へ供給する。
【００２２】
〔モータ制御装置１〕
次に、図１に示したモータ制御装置１について詳細に説明する。図１に示すように、モータ制御装置１は、過負荷検出部１０、減算器１１，１２、電流制御部１３，１４及び座標変換部１５，１６を備えている。尚、図１に示すモータ制御装置１の構成例には、本発明と直接関連する構成部のみ示してあり、直接関連しない構成部は省略してある。
【００２３】
過負荷検出部１０は、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLを入力すると共に、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を入力し、さらに、座標変換部１６からｄ軸電流ＦＢ（フィードバック）ｉｄ及びｑ軸電流ＦＢ（フィードバック）ｉｑを入力する。そして、過負荷検出部１０は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊、またはｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑに基づいて電流値を算出し、電流のＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）の２乗値を算出する。また、過負荷検出部１０は、電流のＲＭＳの２乗値に基づいて、交流モータ３の過負荷を検出し、そのタイミングにて過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。過負荷検出部１０の詳細については後述する。
【００２４】
これにより、過負荷率ηで動作している状態が過負荷時間ＴOLの間継続したときに、そのタイミングで過負荷が検出され、過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される。
【００２５】
減算器１１は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を入力すると共に、座標変換部１６からｄ軸電流ＦＢｉｄを入力する。そして、減算器１１は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊からｄ軸電流ＦＢｉｄを減算し、減算結果をｄ軸電流偏差として電流制御部１３に出力する。
【００２６】
減算器１２は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を入力すると共に、座標変換部１６からｑ軸電流ＦＢｉｑを入力する。そして、減算器１２は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊からｑ軸電流ＦＢｉｑを減算し、減算結果をｑ軸電流偏差として電流制御部１４に出力する。
【００２７】
電流制御部１３は、減算器１１からｄ軸電流偏差を入力し、ｄ軸電流偏差が０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による電流制御を行い、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊を算出する。そして、電流制御部１３は、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊を座標変換部１５に出力する。
【００２８】
電流制御部１４は、減算器１２からｑ軸電流偏差を入力し、ｑ軸電流偏差が０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による電流制御を行い、ｑ軸電圧指令ｖｑ＊を算出する。そして、電流制御部１４は、ｑ軸電圧指令ｖｑ＊を座標変換部１５に出力する。
【００２９】
座標変換部１５は、電流制御部１３からｄ軸電圧指令ｖｄ＊を入力すると共に、電流制御部１４からｑ軸電圧指令ｖｑ＊を入力し、さらに、図示しない電気角を入力する。そして、座標変換部１５は、電気角に基づいて、回転座標系のｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊をＵ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊に座標変換する。座標変換部１５は、Ｕ相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相交流電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相交流電圧指令Ｖｗ＊を電力増幅器２へ出力する。
【００３０】
座標変換部１６は、電力増幅器２と交流モータ３との間に設けられた電流検出器により検出されたＵ相交流電流ＦＢｉｕ、Ｖ相交流電流ＦＢｉｖ及びＷ相交流電流ＦＢｉｗを入力すると共に、図示しない電気角を入力する。そして、座標変換部１６は、電気角に基づいて、Ｕ相交流電流ＦＢｉｕ、Ｖ相交流電流ＦＢｉｖ及びＷ相交流電流ＦＢｉｗを回転座標系のｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑに座標変換する。座標変換部１６は、ｄ軸電流ＦＢｉｄを過負荷検出部１０及び減算器１１に出力すると共に、ｑ軸電流ＦＢｉｑを過負荷検出部１０及び減算器１２に出力する。
【００３１】
〔過負荷検出部１０〕
次に、図１に示した過負荷検出部１０について詳細に説明する。図２は、過負荷検出部１０の構成例を示すブロック図である。この過負荷検出部１０は、電流切替手段２０、デューティーサイクル演算手段２１、サイクル信号生成手段２２及び過負荷検出手段２３を備えている。
【００３２】
（電流切替手段２０）
電流切替手段２０は、ｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑを入力すると共に、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を入力し、２乗演算により２乗値をそれぞれ求める。そして、ｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑから求めた２乗値、または、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊から求めた２乗値を選択して切り替え、これを２乗電流ｉ1２として過負荷検出手段２３に出力する。
【００３３】
図３は、電流切替手段２０の構成例を示すブロック図である。この電流切替手段２０は、乗算器３０，３１，３２，３３、加算器３４，３５及びスイッチ３６を備えている。
【００３４】
乗算器３０は、座標変換部１６からｄ軸電流ＦＢｉｄを入力し、ｄ軸電流ＦＢｉｄを２乗し、ｄ軸電流ＦＢｉｄの２乗値を加算器３４に出力する。乗算器３１は、座標変換部１６からｑ軸電流ＦＢｉｑを入力し、ｑ軸電流ＦＢｉｑを２乗し、ｑ軸電流ＦＢｉｑの２乗値を加算器３４に出力する。
【００３５】
乗算器３２は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を入力し、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を２乗し、ｄ軸電流指令ｉｄ＊の２乗値を加算器３５に出力する。乗算器３３は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を入力し、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を２乗し、ｑ軸電流指令ｉｑ＊の２乗値を加算器３５に出力する。
【００３６】
加算器３４は、乗算器３０からｄ軸電流ＦＢｉｄの２乗値を入力すると共に、乗算器３１からｑ軸電流ＦＢｉｑの２乗値を入力し、これらを加算して２乗電流ＦＢ（ｉｄ２＋ｉｑ２）を求める。そして、加算器３４は、２乗電流ＦＢ（ｉｄ２＋ｉｑ２）をスイッチ３６に出力する。
【００３７】
加算器３５は、乗算器３２からｄ軸電流指令ｉｄ＊の２乗値を入力すると共に、乗算器３３からｑ軸電流指令ｉｑ＊の２乗値を入力し、これらを加算して２乗電流指令（ｉｄ＊２＋ｉｑ＊２）を求める。そして、加算器３５は、２乗電流指令（ｉｄ＊２＋ｉｑ＊２）をスイッチ３６に出力する。
【００３８】
スイッチ３６は、加算器３４から２乗電流ＦＢ（ｉｄ２＋ｉｑ２）を入力すると共に、加算器３５から２乗電流指令（ｉｄ＊２＋ｉｑ＊２）を入力し、さらに、切替信号を入力する。切替信号はユーザにより予め設定され、過負荷検出処理を電流ＦＢに基づいて行うか、または電流指令に基づいて行うかを示す識別情報である。
【００３９】
スイッチ３６は、切替信号が電流ＦＢを示している場合、２乗電流ＦＢ（ｉｄ２＋ｉｑ２）を２乗電流ｉ1２として過負荷検出手段２３に出力する。一方、スイッチ３６は、切替信号が電流指令を示している場合、２乗電流指令（ｉｄ＊２＋ｉｑ＊２）を２乗電流ｉ1２として過負荷検出手段２３に出力する。
【００４０】
これにより、切替信号が電流ＦＢを示している場合、電流ＦＢに基づいた過負荷検出処理が行われ、切替信号が電流指令を示している場合、電流指令に基づいた過負荷検出処理が行われる。
【００４１】
（デューティーサイクル演算手段２１）
図２に戻って、デューティーサイクル演算手段２１は、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLを入力し、過負荷率η及び過負荷時間ＴOLに基づいて、デューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycを算出する。そして、デューティーサイクル演算手段２１は、デューティーサイクル時間Ｔdutyを過負荷検出手段２３に出力し、サイクル時間Ｔcycをサイクル信号生成手段２２及び過負荷検出手段２３に出力する。
【００４２】
図４は、デューティーサイクル演算手段２１の構成例を示すブロック図である。このデューティーサイクル演算手段２１は、乗算器３７，３８を備えている。
【００４３】
乗算器３７は、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLを入力し、過負荷率ηを２乗し、過負荷率ηの２乗値に過負荷時間ＴOLを乗算し、デューティーサイクル時間Ｔdutyを求める。そして、乗算器３７は、デューティーサイクル時間Ｔdutyを乗算器３８に出力すると共に、過負荷検出手段２３に出力する。
【００４４】
デューティーサイクル時間Ｔdutyは、以下の式にて算出される。
〔数１〕
Ｔduty＝η２×ＴOL      ・・・（１）
【００４５】
乗算器３８は、デューティーサイクル時間Ｔdutyを入力し、デューティーサイクル時間Ｔdutyに１／２を乗算し、サイクル時間Ｔcycを求める。そして、乗算器３８は、サイクル時間Ｔcycをサイクル信号生成手段２２及び過負荷検出手段２３に出力する。
【００４６】
サイクル時間Ｔcycは、以下の式にて算出される。
〔数２〕
Ｔcyc＝Ｔduty／２      ・・・（２）
【００４７】
図８は、デューティーサイクル演算手段２１により算出されるデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycの例を示す図である。前述のとおり、過負荷率η及び過負荷時間ＴOLは、交流モータ３の過負荷特性を反映した値であり、ユーザが所望する交流モータ３の過負荷運転の条件を示している。図８に示すように、予め設定された過負荷率η＝１５０％及び過負荷時間ＴOL＝６０secの場合、デューティーサイクル演算手段２１により、デューティーサイクル時間Ｔduty＝１３５sec及びサイクル時間Ｔcyc＝６７．５secが算出される。
【００４８】
同様に、予め設定された過負荷率η＝２００％及び過負荷時間ＴOL＝３secの場合、デューティーサイクル時間Ｔduty＝１２sec及びサイクル時間Ｔcyc＝６secが算出される。また、予め設定された過負荷率η＝３００％及び過負荷時間ＴOL＝１secの場合、デューティーサイクル時間Ｔduty＝９sec及びサイクル時間Ｔcyc＝４．５secが算出される。
【００４９】
このように、デューティーサイクル演算手段２１により、過負荷率ηが低く、かつ過負荷時間ＴOLが長いほど、長時間のデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycが算出される。これに対し、過負荷率ηが高く、かつ過負荷時間ＴOLが短いほど、短時間のデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycが算出される。いずれの場合も、過負荷時間ＴOLよりも長いサイクル時間Ｔcycが算出される。
【００５０】
（サイクル信号生成手段２２）
図２に戻って、サイクル信号生成手段２２は、デューティーサイクル演算手段２１からサイクル時間Ｔcycを入力し、サイクル時間Ｔcycを単位とするパルス信号をサイクル信号Cyc＠として生成する。そして、サイクル信号生成手段２２は、サイクル信号Cyc＠を過負荷検出手段２３に出力する。
【００５１】
図５は、サイクル信号生成手段２２の構成例を示すブロック図である。このサイクル信号生成手段２２は、積分器３９及び比較器４０を備えている。
【００５２】
積分器３９は、所定のサンプリング信号を入力すると共に、後段の比較器４０からサイクル信号Cyc＠をリセット信号として入力する。所定のサンプリング信号は、当該モータ制御装置１による処理をソフトウェアにより実行する場合に、そのプログラムのサンプリング信号である。
【００５３】
積分器３９は、サンプリング信号を積分し、積分値を経過時間として比較器４０に出力し、サイクル信号Cyc＠を入力したタイミングにて、積分値をリセットする。つまり、積分器３９は、サイクル信号Cyc＠を入力してからの経過時間（サイクル信号Cyc＠がオンになったときからの経過時間）を出力する。
【００５４】
比較器４０は、積分器３９からサイクル信号Cyc＠がオンしてからの経過時間を入力すると共に、デューティーサイクル演算手段２１からサイクル時間Ｔcycを入力する。そして、比較器４０は、経過時間がサイクル時間Ｔcycを越えたときに、パルス状のサイクル信号Cyc＠を積分器３９及び過負荷検出手段２３に出力する。一方、比較器４０は、経過時間がサイクル時間Ｔcyc以下のとき、サイクル信号Cyc＠を出力しない。
【００５５】
これにより、積分器３９がサイクル信号Cyc＠を入力すると、経過時間がリセットされるから、比較器４０により出力されるサイクル信号Cyc＠は、サイクル時間Ｔcyc毎のパルス信号となる。
【００５６】
前述のとおり、図５に示したサイクル信号生成手段２２において、積分器３９は、サイクル信号Cyc＠を入力したときに、経過時間をリセットする。しかし、積分器３９は、経過時間をリセットするスキャンの際に、入力したサンプリング信号を積分することができず、１スキャン分のサンプリング信号の入力を経過時間に反映することができない。このため、経過時間は誤差を含むこととなり、結果として、比較器４０は、サイクル時間Ｔcyc毎の精度の高いサイクル信号Cyc＠を出力することができない。そこで、サイクル信号生成手段２２の他の構成例により、この問題を解決する。
【００５７】
図６は、サイクル信号生成手段２２の他の構成例を示すブロック図である。このサイクル信号生成手段２２’は、積分器３９’、比較器４０及びクリア器４１を備えている。
【００５８】
積分器３９’は、所定のサンプリング信号を入力すると共に、後段のクリア器４１から経過時間の前回値をクリア信号として入力する。所定のサンプリング信号は、図５にて説明したとおり、プログラムのサンプリング信号である。
【００５９】
積分器３９’は、サンプリング信号を積分し、積分値を求める。そして、積分器３９’は、経過時間の前回値をクリア信号として入力すると、積分値から経過時間の前回値を減算し、減算結果を経過時間として比較器４０及びクリア器４１に出力する。つまり、経過時間は、後述する比較器４０により出力されるサイクル信号Cyc＠のタイミングにてクリアされ、サイクル信号Cyc＠がオンになったときからの時間として出力される。
【００６０】
比較器４０は、図５と同様であるから、ここでは説明を省略する。比較器４０は、経過時間がサイクル時間Ｔcycを越えたときに、サイクル信号Cyc＠をクリア器４１及び過負荷検出手段２３に出力する。
【００６１】
クリア器４１は、積分器３９’から経過時間（サイクル信号Cyc＠がオンになったときからの時間）を入力すると共に、予め設定された０の値を入力し、さらに、比較器４０からサイクル信号Cyc＠をリセット信号として入力する。クリア器４１は、サイクル信号Cyc＠を入力していないときに、入力した０の値を経過時間の前回値として積分器３９’に出力する。そして、クリア器４１は、サイクル信号Cyc＠を入力したときに、そのときの積分器３９’から入力した経過時間を、経過時間の前回値として積分器３９’に出力する。
【００６２】
これにより、クリア器４１から、サイクル信号Cyc＠のタイミング毎に更新される経過時間の前回値が出力される。
【００６３】
また、比較器４０により出力されるサイクル信号Cyc＠は、サイクル時間Ｔcyc毎のパルス信号となる。積分器３９’は、サンプリング信号にて積分した経過時間を、経過時間の前回値を用いてクリアする。このため、積分器３９’により出力される経過時間には誤差が含まれておらず、結果として、比較器４０は、サイクル時間Ｔcyc毎の精度の高いサイクル信号を出力することができる。
【００６４】
（過負荷検出手段２３）
図２に戻って、過負荷検出手段２３は、電流切替手段２０から２乗電流ｉ1２を入力すると共に、デューティーサイクル演算手段２１からデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycを入力する。また、過負荷検出手段２３は、サイクル信号生成手段２２からサイクル信号Cyc＠を入力する。
【００６５】
過負荷検出手段２３は、２乗電流ｉ1２を積分することで電流のＲＭＳの２乗値を求め、電流のＲＭＳの２乗値に基づいて、交流モータ３の過負荷を検出し、そのタイミングにて過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。
【００６６】
図７は、過負荷検出手段２３の構成例を示すブロック図である。この過負荷検出手段２３は、演算器４２、積分器４３、前回値保持器４４、加算器４５、比較器４６、演算器４７，４８及び保持器４９を備えている。
【００６７】
演算器４２は、電流切替手段２０から２乗電流ｉ1２を入力すると共に、デューティーサイクル演算手段２１からデューティーサイクル時間Ｔdutyを入力する。そして、演算器４２は、２乗電流ｉ1２をデューティーサイクル時間Ｔdutyで除算し、除算結果（ｉ1２／Ｔduty）を積分器４３に出力する。
【００６８】
積分器４３は、演算器４２から除算結果（ｉ1２／Ｔduty）を入力すると共に、サイクル信号生成手段２２からサイクル信号Cyc＠を入力する。積分器４３は、除算結果（ｉ1２／Ｔduty）を積分し、積分値を電流のＲＭＳの２乗値（以下、ＲＭＳの２乗値という。）として、前回値保持器４４、加算器４５及び演算器４７に出力する。
【００６９】
また、積分器４３は、サイクル信号Cyc＠を入力したタイミングにて、積分値をリセットする。つまり、積分器４３は、サイクル信号Cyc＠を入力したタイミング以降の除算結果（ｉ1２／Ｔduty）の積分値（サイクル信号Cyc＠がオンになったときからの積分値）を、ＲＭＳの２乗値として出力する。
【００７０】
ＲＭＳの２乗値は、以下の式にて算出される。
〔数３〕
2018026939.tif 000003
ｔは、サイクル信号Cyc＠を入力したタイミング以降の経過時間を示す。
【００７１】
これにより、積分器４３から、サイクル信号Cyc＠のタイミング毎にリセットされるＲＭＳの２乗値が出力される。
【００７２】
前回値保持器４４は、積分器４３からＲＭＳの２乗値を入力する共に、サイクル信号生成手段２２からサイクル信号Cyc＠をリセット信号として入力する。前回値保持器４４は、サイクル信号Cyc＠を入力したときの積分器４３から入力したＲＭＳの２乗値を保持し、これをＲＭＳの２乗の前回値として加算器４５に出力する。
【００７３】
これにより、前回値保持器４４から、サイクル信号Cyc＠のタイミング毎に、ＲＭＳの２乗の前回値が更新され出力される。
【００７４】
加算器４５は、積分器４３からＲＭＳの２乗値を入力する共に、前回値保持器４４からＲＭＳの２乗の前回値を入力し、ＲＭＳの２乗値にＲＭＳの２乗の前回値を加算し、加算結果を加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２として比較器４６に出力する。
【００７５】
比較器４６は、加算器４５から加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２を入力すると共に、予め設定された定数１．０を入力し、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２と、予め設定された定数１．０とを比較する。そして、比較器４６は、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２が定数１．０を越えたときに、交流モータ３は過負荷状態にあると判断する。比較器４６は、このときに、交流モータ３の過負荷を検出したと判定して過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。一方、比較器４６は、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２が定数１．０以下のとき、交流モータ３は過負荷状態にないと判断し、過負荷検出信号ＯＬ＠を出力しない。
【００７６】
図９は、前回値保持器４４及び比較器４６の処理例を説明する図である。図９（１）はサイクル信号Cyc＠、図９（２）は、積分器４３により出力される電流のＲＭＳの２乗値をそれぞれ示す。図９（３）は、加算器４５により出力される加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２、図９（４）は過負荷検出信号ＯＬ＠をそれぞれ示す。図９（２）（３）の四角は、過負荷を検出するために、積分器４３にて積分処理が行われている時間帯を示す。
【００７７】
図９（２）を参照して、積分器４３において、ＲＭＳの２乗値が増加しているときに、図９（１）に示すサイクル信号Cyc＠が入力されると、ＲＭＳの２乗値がリセットされる。
【００７８】
ここで、サイクル信号Cyc＠のタイミングの前後に渡って、過負荷を検出するための積分処理が行われている時間帯が継続しているから、比較器４６では、リセットされないＲＭＳの２乗値により過負荷の判定が行われるべきである。
【００７９】
前回値保持器４４が存在しない場合、比較器４６は、サイクル信号Cyc＠のタイミングの後に、リセットされたＲＭＳの２乗値を用いて過負荷の判定を行うことになるから、過負荷を正しく判定することができない。
【００８０】
そこで、図９（３）を参照して、前回値保持器４４が、サイクル信号Cyc＠によるリセットのタイミングにおけるＲＭＳの２乗値を、ＲＭＳの２乗の前回値として保持するようにした。そして、比較器４６は、ＲＭＳの２乗値にＲＭＳの２乗の前回値が加算された加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２を用いて過負荷を判定し、図９（４）に示すタイミングで、過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。これにより、過負荷を正しく判定することができる。
【００８１】
尚、電流のＲＭＳの２乗値を求める際に用いる２乗電流ｉ1２は、電流切替手段２０により、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊、または、ｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑに基づいて算出される。この場合のｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊、ｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑは、過負荷率ηに対応した値に正規化されているものとする。
【００８２】
例えば、図８に示したように、過負荷率η＝１５０％及び過負荷時間ＴOL＝６０secの場合、デューティーサイクル演算手段２１により、デューティーサイクル時間Ｔduty＝１３５secが算出される。交流モータ３の過負荷率η＝１５０％の状態が継続したとすると、２乗電流ｉ1２＝１．５２＝２．２５であり、前記数式（３）におけるＲＭＳの２乗値＝２．２５×ｔ／１３５となる。比較器４６により過負荷検出信号ＯＬ＠が出力されるのは、ＲＭＳの２乗値＝２．２５×ｔ／１３５＝１のタイミング、すなわちｔ＝６０secのタイミングとなる。このｔ＝６０secは、過負荷時間ＴOL＝６０secに相当する。
【００８３】
また、過負荷率η＝２００％及び過負荷時間ＴOL＝３secの場合、比較器４６により過負荷検出信号ＯＬ＠が出力されるのは、ＲＭＳの２乗値＝４×ｔ／１２＝１のタイミング、すなわちｔ＝３secのタイミングとなる。このｔ＝３secは、過負荷時間ＴOL＝３secに相当する。同様に、過負荷率η＝３００％及び過負荷時間ＴOL＝１secの場合、比較器４６により過負荷検出信号ＯＬ＠が出力されるのは、ＲＭＳの２乗値＝９×ｔ／９＝１のタイミング、すなわちｔ＝１secのタイミングとなる。このｔ＝１secは、過負荷時間ＴOL＝１secに相当する。
【００８４】
これにより、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLにおいて、交流モータ３の２乗電流ｉ1２の積分値をデューティーサイクル時間Ｔdutyで除算した結果である電流のＲＭＳの２乗値に基づいて交流モータ３の過負荷を検出することで、過負荷時間ＴOL経過後に過負荷検出信号ＯＬ＠を出力することができる。したがって、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLにおける交流モータ３の過負荷検出を、精度高く行うことができる。
【００８５】
図７に戻って、演算器４７は、積分器４３からＲＭＳの２乗値を入力すると共に、デューティーサイクル演算手段２１からデューティーサイクル時間Ｔduty及びサイクル時間Ｔcycを入力する。そして、演算器４７は、デューティーサイクル時間Ｔdutyをサイクル時間Ｔcycで除算し、除算結果（Ｔduty／Ｔcyc）をＲＭＳの２乗値に乗算し、乗算結果（（Ｔduty／Ｔcyc）×ＲＭＳの２乗値）を演算器４８に出力する。
【００８６】
演算器４７により出力される乗算結果は、以下の式にて算出される。
〔数４〕
2018026939.tif 000004
【００８７】
前記数式（３）に示した電流のＲＭＳの２乗値における分母は、デューティーサイクル時間Ｔdutyである。これに対し、前記数式（４）の乗算結果の分母は、サイクル時間Ｔcycである。前記数式（４）の乗算結果は、前記数式（３）の分母であるデューティーサイクル時間Ｔdutyの代わりにサイクル時間Ｔcycを用いたものである。したがって、前記数式（３）は、デューティーサイクル時間Ｔdutyを分母とした電流のＲＭＳの２乗値であり、前記数式（４）は、サイクル時間Ｔcycを分母とした電流のＲＭＳの２乗値であるといえる。
【００８８】
演算器４８は、演算器４７から乗算結果（サイクル時間Ｔcycを分母とした電流のＲＭＳの２乗値）を入力し、乗算結果の平方根（サイクル時間Ｔcycを分母とした電流のＲＭＳの２乗値の平方根）を算出し、算出結果であるＲＭＳ値を保持器４９に出力する。
【００８９】
保持器４９は、演算器４８からＲＭＳ値を入力すると共に、サイクル信号生成手段２２からサイクル信号Cyc＠をリセット信号として入力する。保持器４９は、サイクル信号Cyc＠を入力したときの演算器４８から入力したＲＭＳ値を保持し、これをモータＲＭＳ値MOTER_RMSとして出力する。
【００９０】
モータＲＭＳ値MOTER_RMSは、以下の式にて算出される。
〔数５〕
2018026939.tif 000005
【００９１】
これにより、保持器４９から、サイクル信号Cyc＠のタイミング毎に更新されるＲＭＳ値が、モータＲＭＳ値MOTER_RMSとして出力される。
【００９２】
〔シミュレーション結果〕
次に、計算機によるシミュレーション結果について説明する。図１０は、過負荷率η＝１５０％及び過負荷時間ＴOL＝６０secの場合のシミュレーション結果を示す図である。図１１は、過負荷率η＝２００％及び過負荷時間ＴOL＝３secの場合のシミュレーション結果を示す図である。図１２は、過負荷率η＝３００％及び過負荷時間ＴOL＝１secの場合のシミュレーション結果を示す図である。横軸は時間を示す。
【００９３】
図１０に示すように、過負荷率η＝１５０％に対応する電流をｉ1＝１５０％とする。そうすると、モータＲＭＳ値MOTER_RMS＝１５０％となる。また、過負荷検出信号ＯＬ＠がリセットされてから６０sec後に、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２＝１．０となり、過負荷が検出され、過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される。過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される時間６０secは、過負荷時間ＴOL＝６０secに相当する。
【００９４】
図１１に示すように、過負荷率η＝２００％に対応する電流をｉ1＝２００％とする。そうすると、モータＲＭＳ値MOTER_RMS＝２００％となる。また、過負荷検出信号ＯＬ＠がリセットされてから３sec後に、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２＝１．０となり、過負荷が検出され、過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される。過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される時間３secは、過負荷時間ＴOL＝３secに相当する。
【００９５】
図１２に示すように、過負荷率η＝３００％に対応する電流をｉ1＝３００％とすると、モータＲＭＳ値MOTER_RMS＝３００％となる。また、過負荷検出信号ＯＬ＠がリセットされてから１sec後に、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２＝１．０となり、過負荷が検出され、過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される。過負荷検出信号ＯＬ＠が出力される時間１secは、過負荷時間ＴOL＝１secに相当する。
【００９６】
以上のように、本発明の実施形態によるモータ制御装置１によれば、電流切替手段２０は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊、または、ｄ軸電流ＦＢｉｄ及びｑ軸電流ＦＢｉｑのそれぞれを２乗して加算し、２乗電流ｉ1２を求める。デューティーサイクル演算手段２１は、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLから、デューティーサイクル時間Ｔduty（η２×ＴOL）及びサイクル時間Ｔcyc（Ｔduty／２）を算出する。サイクル信号生成手段２２は、サイクル時間Ｔcyc毎のタイミングを示すサイクル信号Cyc＠を生成する。
【００９７】
過負荷検出手段２３の積分器４３は、２乗電流ｉ1２をデューティーサイクル時間Ｔdutyで除算した結果を積分し、積分値を電流のＲＭＳの２乗値として求め、サイクル信号Cyc＠の入力タイミングにて積分値をリセットする。そして、前回値保持器４４は、ＲＭＳの２乗の前回値を保持し、サイクル信号Cyc＠の入力タイミングにて更新する。
【００９８】
比較器４６は、ＲＭＳの２乗値にＲＭＳの２乗の前回値が加算された加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２と、予め設定された定数１．０とを比較し、加算後のＲＭＳの２乗値ｒｍｓ２が定数１．０を越えたときに、交流モータ３は過負荷状態にあると判断して過負荷検出信号ＯＬ＠を出力する。
【００９９】
これにより、比較器４６により出力される過負荷検出信号ＯＬ＠のタイミングは、予め設定された過負荷時間ＴOLに相当することとなる。したがって、予め設定された過負荷率η及び過負荷時間ＴOLにおいて、交流モータ３の過負荷を精度高く検出することができ、結果として、適切に交流モータの過負荷を防止すると共に、インバータの素子を保護することが可能となる。
【０１００】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、過負荷検出部１０のデューティーサイクル演算手段２１は、デューティーサイクル時間Ｔdutyに１／２を乗算し、サイクル時間Ｔcycを求めるようにした。これに対し、デューティーサイクル演算手段２１は、デューティーサイクル時間Ｔdutyに所定値（１より小さい正の実数）を乗算し、デューティーサイクル時間Ｔdutyよりも短い時間であって、かつ過負荷時間ＴOLよりも長い時間を、サイクル時間Ｔcycとして求めるようにしてもよい。
【０１０１】
また、図１に示した交流モータ３としては、例えば、誘導モータ（ＩＭ）、シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）、ＩＰＭシンクロナスモータ（ＩＰＭＳＭ）等が用いられる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  モータ制御装置
２  電力増幅器
３  交流モータ
１０  過負荷検出部
１１，１２  減算器
１３，１４  電流制御部
１５，１６  座標変換部
２０  電流切替手段
２１  デューティーサイクル演算手段
２２，２２’  サイクル信号生成手段
２３  過負荷検出手段
３０，３１，３２，３３，３７，３８  乗算器
３４，３５，４５  加算器
３６  スイッチ
３９，３９’，４３  積分器
４０，４６  比較器
４１  クリア器
４２，４７，４８  演算器
４４  前回値保持器
４９  保持器
ｉｄ＊  ｄ軸電流指令
ｉｑ＊  ｑ軸電流指令
ｖｄ＊  ｄ軸電圧指令
ｖｑ＊  ｑ軸電圧指令
Ｖｕ＊  Ｕ相交流電圧指令
Ｖｖ＊  Ｖ相交流電圧指令
Ｖｗ＊  Ｗ相交流電圧指令
ｉｕ  Ｕ相交流電流ＦＢ（フィードバック）
ｉｖ  Ｖ相交流電流ＦＢ（フィードバック）
ｉｗ  Ｗ相交流電流ＦＢ（フィードバック）
ｉｄ  ｄ軸電流ＦＢ（フィードバック）
ｉｑ  ｑ軸電流ＦＢ（フィードバック）
η  過負荷率
ＴOL  過負荷時間
OL＠  過負荷検出信号
Ｔduty  デューティーサイクル時間
Ｔcyc  サイクル時間
Cyc＠  サイクル信号
ｒｍｓ２  加算後のＲＭＳの２乗値
MOTER_RMS  モータＲＭＳ値
【図１】
2018026939.tif 000006
【図２】
2018026939.tif 000007
【図３】
2018026939.tif 000008
【図４】
2018026939.tif 000009
【図５】
2018026939.tif 000010
【図６】
2018026939.tif 000011
【図７】
2018026939.tif 000012
【図８】
2018026939.tif 000013
【図９】
2018026939.tif 000014
【図１０】
2018026939.tif 000015
【図１１】
2018026939.tif 000016
【図１２】
2018026939.tif 000017