(57)【要約】【課題】  電流指令等のモータ駆動信号を使用して温度を推定する温度推定部を具備し、モータやインバータ回路等の熱的保護を行なうモータ制御装置において、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれを従来よりも抑制することによって、正確に熱的保護を行なう。【解決手段】  モータ制御装置２０は、モータ４を駆動させる駆動信号に基づいて熱的保護対象物の温度の推定値を算出する温度推定部７と、モータ制御装置２０の電源オフ時間の長さを計測する電源オフ時間確認部９と、電源オフ時間における熱的保護対象物の温度推定値を算出する推定値変更部１０とを備える。推定値変更部１０には電源オフ時間における熱的保護対象物の放熱曲線が記憶され、この放熱曲線に、電源が切られた時点における熱的保護対象物の温度の推定値と電源オフ時間の長さとを当てはめることにより、リスタート時の熱的保護対象物の温度の推定値を算出する。【選択図】  図１
2011109814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動させる駆動信号に基づいて熱的保護対象物の温度の推定値を算出する温度推定部を備え、前記温度推定部が算出した前記熱的保護対象物の温度の推定値に基づいて前記熱的保護対象物の過熱を防止するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置の電源が切られてから再度電源が入るまでの電源オフ時間の長さを計測する時間計測部と、
電源オフ時間における前記熱的保護対象物の温度の時間変化を表す放熱曲線が記憶され、前記モータ制御装置の電源が切られた時点における前記熱的保護対象物の温度の推定値と前記電源オフ時間の長さとを前記放熱曲線に当てはめることにより、再度前記モータ制御装置の電源が入れられた時の前記熱的保護対象物の温度の推定値を算出し、当該推定値を、前記温度推定部における前記熱的保護対象物の温度の推定値の初期値として設定する推定値変更部と、
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、電流指令等のモータ駆動信号を用いてモータやインバータ回路等の熱的保護対象物の温度を推定する温度推定部を備え、当該温度推定部が推定した温度に基づいて熱的保護対象物の熱的保護を行なうモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータの温度を計測し、計測値が予め定めた閾値に達したときにモータへの通電を遮断することによりモータの過熱を防止するモータ制御技術が知られている。
【０００３】
この技術においては、電流指令等のモータ駆動信号からモータ温度の推定値を演算する、いわゆる電子サーマル方式が広く採用されている。
【０００４】
図５は、従来の電子サーマル方式によるモータ制御装置の一例を示すブロック図である。この図においてモータ制御装置２０の速度制御部１には、図示されていない上位制御部（位置制御など）にて算出された速度指令Ｖ＊が送られる。
【０００５】
また、速度制御部１には、モータの位置検出を行うエンコーダ５の位置検出値に基づいて変換部６が算出した速度帰還Ｖが送られる。速度制御部１はこれら入力された速度指令Ｖ＊と速度帰還ＶについてＰＩ制御等の演算を行ない、電流指令Ｉ＊を算出し、電流制御部２に送る。次に、電流制御部２は、インバータ回路３から出力された電流値である電流帰還Ｉと、速度制御部1から送られた電流指令Ｉ＊とに基づいて、インバータ作動指令Ｓを算出する。インバータ回路３では、インバータ作動指令Ｓに基づき、モータ４を駆動制御する。
【０００６】
また、温度推定部７では、速度制御部１が出力した電流指令Ｉ＊を参照し、この電流指令Ｉ＊に基づき、モータ温度の推定を行なう。電流制御部２ではこの推定した温度が予め設定された閾値に達した場合、モータ４への通電を遮断する。これによりモータ４の過熱を防ぐことができる。
【０００７】
ここで、前述したモータ制御装置では、モータ制御装置の電源が切られるとそれまでのモータ温度の推定値が失われる。したがって再度電源を入れたとき（リスタート時）にはモータが完全に放熱した状態として温度の推定を開始する。しかし実際には例えば電源を切った時から次回電源が入る時までの間（電源オフ時間）が短い場合など、モータに熱が残っている場合がある。このような場合に、モータの実際の温度と温度推定値にずれが発生し、正確に熱的保護を行なうことができないという問題がある。
【０００８】
リスタート時におけるモータの実際の温度と温度推定値とのずれを抑制する技術として、例えば特許文献１においては、電源が切られた時点における温度推定値を保持し、保持した温度推定値をリスタート時の初期値として温度の推定を行なっている。
【０００９】
また特許文献２においては、電源オフ時間における熱的保護対象の温度低下を反映させるための補正係数を使用している。すなわち、電源が切られた直後の温度推定値を保持するとともに、０から１の間の値を取る補正係数を複数用意し、電源オフ時間の長さに応じて所定の補正係数を選択する。そして保持された温度推定値に選択された補正係数を掛け、これにより得られた値をリスタート時の初期値として温度の推定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２５３５７７号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０４７９５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に開示された技術によれば、電源オフ時間が長い場合にはモータ等の熱的保護対象物の放熱が進んでしまうから、リスタート時における初期値である、電源が切られた時点の温度推定値と、熱的保護対象物の実際の温度との間にずれが発生してしまう。
【００１２】
また、特許文献２においては補正係数の値は電源オフ時間の長さのみによって選択される。つまり特許文献２においては熱的保護対象物の温度低下の割合は電源オフ時間の長さのみによって定まることを前提としている。しかし実際には熱的保護対象の温度が高い場合と低い場合とでは、その後の温度低下の割合は異なる。したがって電源オフ時間の長さのみに基づいて一律に補正係数を決めると実際の熱的保護対象における温度低下が正しく反映されずに実際の温度と温度推定値との間にずれが発生する場合があった。
【００１３】
そこで、本発明は、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれを従来よりも抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項1に係る発明は、モータを駆動させる駆動信号に基づいて熱的保護対象物の温度の推定値を算出する温度推定部を備え、前記温度推定部が算出した熱的保護対象物の温度の推定値に基づいて熱的保護対象物の過熱を防止するモータ制御装置であって、前記モータ制御装置の電源が切られてから再度電源が入るまでの電源オフ時間の長さを計測する時間計測部と、電源オフ時間における熱的保護対象物の温度の時間変化を表す放熱曲線が記憶され、前記モータ制御装置の電源が切られた時点における前記熱的保護対象物の温度の推定値と前記電源オフ時間の長さとを前記放熱曲線に当てはめることにより、再度前記モータ制御装置の電源が入れられた時の熱的保護対象物の温度の推定値を算出し、当該推定値を、前記温度推定部における熱的保護対象物の温度の推定値の初期値として設定する推定値変更部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明により、電源オフ時間における熱的保護対象物の放熱曲線に沿ってリスタート時の初期値を決定するので、従来よりも熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】温度推定値の変更方法の一例を示す図である。
【図３】温度推定値の変更方法の別の例を示す図である。
【図４Ａ】熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示すデータ図である。
【図４Ｂ】熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示すデータ図である。
【図４Ｃ】熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示すデータ図である。
【図４Ｄ】熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示すデータ図である。
【図５】従来技術を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。なお、図５に示した従来例と同一要素には同一番号を付してあり、その説明は省略する。
【００１８】
まず、モータ制御装置２０の構成について説明する。モータ制御装置２０は、図示しない位置制御部とモータ４との間に接続されている。
【００１９】
さらにモータ制御装置２０は、図示しない位置制御部から速度指令Ｖ＊を受け取る速度制御部１を備えている。この速度制御部１は変換部６にも接続され、この変換部６からは速度帰還Ｖが送信される。変換部６はエンコーダ５に接続され、エンコーダ５はモータ４に接続されている。
【００２０】
速度制御部１は電流制御部２および温度推定部７に接続されている。電流制御部２は他にもインバータ回路３、温度推定部７、電流検出回路１２に接続されている。また温度推定部７は温度推定値保持部８および温度推定値設定部１１に接続されている。この温度推定値保持部８と温度推定値設定部１１との間には温度設定値変更部１０が接続され、温度設定値変更部１０は電源オフ時間確認部９にも接続されている。ここで、上述した温度推定部７、温度推定値保持部８、電源オフ時間確認部９、温度設定値変更部１０、温度設定値設定部１１はモータ４やインバータ回路３等の熱的保護対象物の温度を管理する温度管理装置１３として機能する。なお、モータ制御装置２０の電源オフ期間中に温度管理装置１３が作動できるように、温度管理装置１３はモータ制御装置２０の電源（図示せず）とは別にバックアップ用の電源（図示せず）から電力の供給を受けている。
【００２１】
以上、モータ制御装置２０の構成について説明した。次に、モータ制御装置２０が行うモータ制御について説明する。速度制御部１は図示しない位置制御部から速度指令Ｖ＊を受け取る。さらに速度制御部１は変換部６からモータの現在速度を示す速度帰還Ｖを受け取る。ここで、速度帰還Ｖはモータ４に接続されたレゾルバ等のエンコーダ５の信号をもとに変換部６において算出される。
【００２２】
速度制御部１は、速度指令Ｖ＊および速度帰還Ｖに基づいてＰＩ制御等の演算を行い、モータ駆動信号である電流指令Ｉ＊を算出して電流制御部２および温度推定部７に送る。ここで、速度制御部１では電流指令Ｉ＊を算出する過程でトルク指令値が生成されており、電流指令Ｉ＊を電流制御部２に送ると共に、温度推定部７に電流指令Ｉ＊と比例関係にあるトルク指令値を送っても良い。
【００２３】
電流制御部２には電流指令Ｉ＊の他にも、インバータ回路３からモータ４に供給される電流を測定する電流検出回路１２から電流帰還Ｉが送られる。電流制御部２は電流指令Ｉ＊と電流帰還Ｉに基づいてＰＩ制御等の演算を行い、インバータ回路３を作動させるインバータ作動指令Ｓをインバータ回路３に送る。インバータ回路３ではインバータ作動指令Ｓに基づいてインバータ回路３内のスイッチング回路が作動し、図示しない電源から送られた電流を電流指令Ｉ＊の波形となるように整形する。整形後の電流はモータ４に供給される。
【００２４】
さらに温度管理装置１３の温度推定部７はモータ４等の熱的保護対象物の温度の推定値を算出し、当該推定値を電流制御部２に送っている。電流制御部２はこの推定値と予め定めた閾値とを比較し、推定値が閾値に達したときに電流指令Ｉ＊を遮断する。これにより熱的保護対象物の過熱が防止される。なお、電流制御部２が直接電流指令Ｉ＊を遮断する代わりに、図示されていない上位制御部に対して速度指令Ｖ＊の送信を中断するように通知することにより、間接的に電流指令Ｉ＊を遮断するようにしてもよい。
【００２５】
温度推定値保持部８は、温度推定部７が推定した温度推定値を常時バックアップし、電源オフ時間、すなわちモータ制御装置２０の電源が切られた時から次に電源が入る時（リスタート時）までの間においても温度推定値を保持する。なお、電源オフ時間に温度推定値を保持する手段としては、不揮発性メモリに記憶させてもよいし、モータ制御装置２０の電源（図示せず）とは別にバックアップ専用の電源（リチウム電池等）を用いてもよい。
【００２６】
電源オフ時間確認部９は、電源オフ時間の長さを計測、確認する時間計測部として機能する。なお、電源オフ時間の長さを確認する手段としては、モータ制御装置２０の電源（図示せず）とは別に専用の電源（リチウム電池等）で動作する時計を内蔵させてもよいし、電源オン／オフ時に電波で標準時刻を受信してもよい。
【００２７】
温度推定値変更部１０には、電源オフ時間における熱的保護対象物の温度低下の時間変化を示す放熱曲線が記憶されている。ここで、この放熱曲線について説明する。熱的保護対象物の電源オフ時間における温度低下の割合は、外界との温度差が大きいときに高くなり、温度差が小さいときには低くなる。つまり電源オフ時間において熱的保護対象物が放熱していくとき、温度の時間変化の軌跡は、温度低下の割合が単一である直線ではなく、曲線となる。以下では、この曲線を放熱曲線と呼ぶ。後述するように、本実施形態では熱的保護対象物の放熱曲線を取得し、温度推定値変更部１０に記憶させている。
【００２８】
温度推定値変更部１０は、モータ制御装置２０の電源が切られた時点における熱的保護対象物の温度の推定値を温度推定値保持部８から取得すると共に、電源オフ時間確認部９が確認した電源オフ時間の長さを取得し、取得したこれらの値を放熱曲線に当てはめることによってリスタート時の熱的保護対象物の温度の推定値を算出する。算出された推定値は温度推定値設定部１１に送られる。温度推定値設定部１１は、温度推定値変更部１０が算出した推定値をリスタート時における熱的保護対象物の温度の初期値として温度推定部７に設定する。さらに温度推定値変更部１０が算出した推定値は温度推定値保持部８に記憶される。これにより温度推定値保持部８の温度推定値が更新される。なお、図１の説明では、速度制御部１を温度推定部７に接続して温度推定部７に電流指令Ｉ＊を入力しているが、電流検出回路１２を温度推定部７に接続して、電流指令Ｉ＊に代えて、電流帰還Ｉをモータ駆動信号として温度推定部７に入力してもよい。また速度制御部１が温度推定部７に電流指令Ｉ＊と比例関係にあるトルク指令値を送っている場合には電流指令Ｉ＊に代えてトルク指令値をモータ駆動信号として扱ってもよい。
【００２９】
次に、温度管理装置１３が熱的保護対象物の温度推定値を演算する過程について図２を用いて説明する。まず、モータ制御装置２０の電源が入っている時間における温度推定値の算出方法について説明する。温度推定値の演算式は、熱的保護対象物の等価回路を考えることにより導くことができる。例えば、ある任意の時間における温度推定値θ［ｔ］は、前回の温度推定値をθ［ｔ−１］、電流をｉ［ｔ］、電流制限値（モータ４やインバータ回路３等の仕様から決定される電流値であり、モータ制御装置２０として許容しうる最大の電流を示す）をＩLとすれば、以下の式が成り立つ。
【００３０】
（数１）
θ［ｔ］＝β（ｉ［ｔ］／ＩL−θ［ｔ−１］）＋θ［ｔ−１］
【００３１】
ここでβは０＜β＜１の値を取る熱時定数を意味し、熱的保護対象物固有の定数である。例えば、βを予め実測等によって求めておく。
【００３２】
上述した数式１に基づき、温度推定部７ではモータ制御装置２０の電源が入っている時間における熱的保護対象物の温度を推定している。次に、電源オフ時間における熱的保護対象物の温度推定値について考える。上記数式１において、電源オフ時間は電流が０であるため、ｉ［ｔ］＝０とすれば、数式１は下記数式２のようになる。
【００３３】
（数２）
θ［ｔ］＝（１−β）θ［ｔ−１］
【００３４】
これは等比数列の漸化式の形と同様であり、下記数式３に書き直すことができる。
【００３５】
（数３）
θ［ｔ］＝（１−β）tθ［０］
【００３６】
ここで、θ［０］はモータ制御装置２０の電源が切られた時点における熱的保護対象物の温度推定値を示している。上記数式３に示されるように、電源オフ時間における熱的保護対象物の温度の時間変化は、電源オフ時間ｔを変数とする指数関数として表されることが理解される。温度推定値変更部１０は、この数式３を熱的保護対象物の放熱曲線の関数として記憶し、さらに電源が切られた時点における熱的保護対象物の温度の推定値と電源オフ時間の長さとを数式３に当てはめることにより、熱的保護対象物のリスタート時の初期値を算出している。具体的には、温度推定値変更部１０には図示しないＲＯＭ等の記憶装置にこの数式３が記憶され、または数式３における電源オフ時間の長さと温度推定値との組み合わせが記憶されている。この数式３にモータ制御装置２０の電源が切られた時点における熱的保護対象物の温度の推定値および電源オフ時間の長さｔが入力される。その後、温度推定値変更部１０は入力された電源オフ時間の長さｔにおける熱的保護対象物の温度推定値θ［ｔ］を算出し、温度推定値設定部１１はこれを熱的保護対象物のリスタート時の初期値に設定する。
【００３７】
また、電源オフ時間における熱的保護対象物の放熱曲線は以下のように求めることもできる。すなわち、図３に示すように、電源オフ時間の長さと熱的保護対象物の温度の実測値との関係から予め放熱曲線を求め、この放熱曲線に電源が切られた時点の熱的保護対象物の温度推定値と電源オフ時間の長さとを当てはめることにより、電源オフ時間における温度推定値を決定することができる。
【００３８】
まず、電源オフ時間における熱的保護対象物の放熱曲線を予め実測等によって求め、時間と温度との関係を示すデータテーブルとして温度推定値変更部１０に記憶させておく。または実測後回帰分析等により放熱曲線の関数を求め、温度推定値変更部１０に記憶させておく。温度推定値変更部１０は、熱的保護対象物の放熱曲線において、モータ制御装置２０の電源が切られた時点の温度推定値θ［０］に対応する時間ｔ１を求める（ステップ１）。次に、時間ｔ１から電源オフ時間ｔだけ経過した時間ｔ２を求める（ステップ２）。すなわち、ｔ２＝ｔ１＋ｔである。次に、温度推定値変更部１０は時間ｔ２に対応する温度推定値θ［ｔ］を求める（ステップ３）。ステップ３で求めた温度推定値θ［ｔ］がモータ制御装置２０の電源が切られた時点から電源オフ時間ｔだけ経過した時の温度推定値である。温度推定値変更部１０はこのようにして得られた温度推定値を温度推定値設定部１１に送る。温度推定値設定部１１はリスタート時における熱的保護対象物の温度推定値の初期値として温度推定値変更部１０から送られた推定値を温度推定部７に設定する。
【００３９】
以上、本実施形態における熱的保護対象物の温度の推定値の算出方法および当該推定値に基づくモータ制御について説明した。次に、本実施形態におけるモータ制御を行った際における、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を図４Ｂ、Ｄに示す。なお、比較例として図４Ａに特許文献１における熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示し、図４Ｃに特許文献２における熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値との関係を示す。
【００４０】
ここで、図４Ａ−Ｄにおいて、実線が実際の温度を示し、破線が温度推定値を示している。さらに図４Ａ、Ｂにおいてａ点はモータ制御装置２０の電源が入れられた時点を示し、ｂ点は電源が切られた時点を示し，ｃ点は再度電源が入れられた時点を示している。
【００４１】
まず、図４Ａ（特許文献１）と図４Ｂ（本実施形態）とを参照する。図４Ａに示されているように、電源が切られた時点の温度推定値を保持する特許文献１の技術の場合、電源オフ時間（ｂ点−ｃ点間の時間）が短い時には、リスタート時における熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれが小さいが、電源オフ時間（ｂ点−ｃ点間の時間）が長い時には、熱的保護対象物の放熱が進むため、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれが大きくなってしまう。
【００４２】
これに対して、熱的保護対象物の放熱曲線に沿ってリスタート時の初期値を求める本発明の場合、電源オフ時間（ｂ点−ｃ点間の時間）が短い時でも長い時でも、ともに、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれを小さくすることができる。その結果、従来よりも正確に熱的保護を行なうことができる。
【００４３】
次に、図４Ｃ（特許文献２）と図４Ｄ（本実施形態）とを比較する。特許文献２のモータ制御においては、電源オフ時間における温度低下の割合を示す補正係数が電源オフ時間の長さのみによって一律に定められている。図４Ｃでは任意の電源オフ時間ｔ１に応じて補正係数０．１を与えている。しかし、熱的保護対象物は上述した放熱曲線に沿って低下するので、実際には熱的保護対象物の温度によって温度低下の割合は変化する。たとえば熱的保護対象の温度が高いときには温度低下の割合が大きく、温度が低いときには温度低下の割合は小さい。したがって電源オフ時間の長さのみに応じて一律に補正係数を定めた場合、電源が切られた時点の熱的保護対象物の温度によっては熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれが大きくなってしまう場合がある。
【００４４】
これに対して本実施形態では、温度推定値変更部１０が、電源オフ時間の長さと、電源が切られた時点における温度推定値とを放熱曲線に当てはめることによってリスタート時の温度推定値を算出している。その結果、図４Ｃと図４Ｄとを比較すれば明らかなように、電源が切られた時点における温度推定値が高い時でも低い時でも熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれが小さくなっていることが理解される。
【００４５】
以上説明した様に、本発明では、電源オフ時間における熱的保護対象物の放熱曲線に基づいてリスタート時の温度推定値を決めているため、熱的保護対象物の実際の温度と温度推定値とのずれを従来よりも抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  速度制御部、２  電流制御部、３  インバータ回路、４  モータ、５  エンコーダ、６  変換部、７  温度推定部、８  温度推定値保持部、９  電源オフ時間確認部、１０  温度推定値変更部、１１  温度推定値設定部、１２  電流検出回路、１３  温度管理装置、２０  モータ制御装置。
【図１】
2011109814.tif 000003
【図２】
2011109814.tif 000004
【図３】
2011109814.tif 000005
【図４Ａ】
2011109814.tif 000006
【図４Ｂ】
2011109814.tif 000007
【図４Ｃ】
2011109814.tif 000008
【図４Ｄ】
2011109814.tif 000009
【図５】
2011109814.tif 000010