(57)【要約】【課題】電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、モータ又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することができ、しかも被駆動装置との干渉が問題となる追加の回路装置を外部に配置する必要が無いモータ装置を提供する。【解決手段】三相モータ２と、三相モータ２を交流電源６に接続するための電源接続端子５ａが収容される端子箱（４）とを備えるギアモータ（モータ装置）１に、三相モータ２に供給される電力を検出する電力検出回路５３と、電力検出回路５３にて検出された電力に基づいて、三相モータ２又は被駆動装置に係る負荷の異常が検知された場合、所定の制御を実行する制御部５１とを備え、電力検出回路５３及び制御部を端子箱（４）に収容する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータを交流電源に接続するための接続端子が収容される端子箱とを備えるモータ装置であって、
前記モータに供給される電力を検出する電力検出回路と、
該電力検出回路にて検出された電力に基づいて、前記モータ又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置に係る負荷の異常が検知された場合、所定の制御を実行する制御部と
を備え、
前記電力検出回路及び前記制御部は前記端子箱に収容されている
モータ装置。
【請求項２】
前記モータは、三相交流の電源接続端子に接続されるスター結線された三相コイルを有し、
前記電力検出回路は、
前記三相交流の電源接続端子にスター結線された３つの抵抗器と、
一のコイルの相電圧に相当する一の前記抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記一のコイルに流れる相電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記制御部は、
前記一の抵抗器の両端電圧及び前記一のコイルに流れる相電流に基づいて、前記モータに供給される電力を算出する
請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記モータへの給電を遮断する遮断器を備え、
前記制御部は、
負荷の異常が検知された場合、前記遮断器を開状態に制御する
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記制御部は、
負荷の異常が検知された場合、負荷に異常がある旨を示す信号を出力する
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項５】
自装置の振動を検出する振動検出部を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記振動検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する
請求項１〜請求項４までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記モータの回転を減じて出力する減速機を備え、
前記振動検出部は、
前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている
請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
自装置の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記温度検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する
請求項１〜請求項５までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記モータの回転を減速させて出力する減速機を備え、
前記温度検出部は、
前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている
請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
自装置の振動を検出する振動検出部と、
自装置の温度を検出する温度検出部と、
前記モータへの給電を遮断する遮断器と
を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出された電力が所定の電力上限閾値を超えた場合若しくは電力下限閾値未満になった場合、前記振動検出部にて検出された振動が所定の振動閾値を超えた場合、又は前記温度検出部にて検出された温度が所定の温度閾値を超えた場合、前記遮断器を開状態に制御する
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項１０】
過負荷又は軽負荷を検知するための電力上限閾値又は電力下限閾値を設定するための閾値設定スイッチを備え、
前記制御部は、
前記閾値設定スイッチにて設定された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する
請求項１〜請求項９までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
前記閾値設定スイッチにて設定された複数の電力上限閾値又は電力下限閾値を受信する通信部と、
該通信部にて受信した複数の電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記閾値設定スイッチの設定値とを対応付けて記憶する閾値記憶部と
を備え、
前記制御部は、
前記閾値設定スイッチの設定値に対応する電力上限閾値又は電力下限閾値を前記閾値記憶部から読み出し、読み出された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する
請求項１０に記載のモータ装置。
【請求項１２】
前記電力検出回路にて間欠的に検出された直近の複数の電力値を記憶するログ記憶部を備える
請求項１〜請求項１１までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力検出回路をモータの端子箱に収容してなり、負荷の異常を精度良く検知することが可能なモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ギアモータは、モータと、当該モータの回転を減じて出力する減速機と、過負荷保護回路とを備える。ギアモータは、例えばベルトコンベアの動力源として用いられる。過負荷保護回路は、モータに流れる電流を検出してモータの過負荷、又はギアモータにて駆動されるベルトコンベア等の被駆動装置の過負荷を監視する。過負荷が検知された場合、過負荷保護回路は、モータへの給電を遮断することにより、モータ及び被駆動装置を停止させる。
【０００３】
特許文献１には、上記のように電流検出にて過負荷保護を行うギアモータが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、単相の線間電圧及び相電流を検出し、当該電圧及び電流の位相差に基づいて力率を算出して三相交流電力を求める電力検出器が開示されている。線間電圧の検出にはトランスが用いられている。
【０００５】
特許文献３には、モータに設けられた温度センサ及び振動センサの検出信号に基づいて、負荷状態を算出するモータ情報端末装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１１５０２５号公報
【特許文献２】特開Ｈ５−３１２８５４号公報
【特許文献３】特開Ｈ５−１２２９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、電流を検出して過負荷を検知する構成が開示されているが、電流を監視するのみでは、負荷の異常を検知できないことがある。例えば、ベルトコンベアの動力源としてギアモータを用いる場合、安全率を考慮し、要求される動力よりも大きな出力を有するモータが選定されることが多い。高出力のモータをベルトコンベアに用いた場合、モータにとっては負荷率の低い領域、即ち定格電流値未満の領域で運転される。この場合、ベルトコンベア側においては異常な過負荷状態となっても、モータの特性上、電流の変化は小さく、過負荷を適切に検出できないおそれがある（図５参照）。また、モータの電流値は、電源電圧の変動によっても変化するため、正確な過負荷を検出できない（図６参照）。
一方、被駆動装置に干渉しないように過負荷保護回路を配置する等、ギアモータの小型化が要求されている。
【０００８】
本発明の目的は、電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、モータ又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することができ、しかも被駆動装置との干渉が問題となる追加の回路装置を外部に配置する必要が無いモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るモータ装置は、モータと、該モータを交流電源に接続するための接続端子が収容される端子箱とを備えるモータ装置であって、前記モータに供給される電力を検出する電力検出回路と、該電力検出回路にて検出された電力に基づいて、前記モータ又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置に係る負荷の異常が検知された場合、所定の制御を実行する制御部とを備え、前記電力検出回路及び前記制御部は前記端子箱に収容されている。
【００１０】
本発明にあっては、モータに供給される電力を検出することによって、モータ又は被駆動装置における負荷の異常を検知する。負荷の異常には、所定の上限値を超えた過負荷のみならず、所定の下限値を下回った低負荷の状態も含まれる。電力検出によって負荷の異常を検知する構成であるため、電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、モータ又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することができる（図５、図６参照）。
また、電力検出回路及び制御部は端子箱に収容されているため、被駆動装置との干渉が問題となる追加の回路装置を外部に配置する必要は無く、モータ装置を小型に構成することができる。
【００１１】
本発明に係るモータ装置は、前記モータは、三相交流の電源接続端子に接続されるスター結線された三相コイルを有し、前記電力検出回路は、前記三相交流の電源接続端子にスター結線された３つの抵抗器と、一のコイルの相電圧に相当する一の前記抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、前記一のコイルに流れる相電流を検出する電流検出部とを備え、前記制御部は、前記一の抵抗器の両端電圧及び前記一のコイルに流れる相電流に基づいて、前記モータに供給される電力を算出する。
【００１２】
本発明にあっては、トランスを備えない小型な回路構成で、モータに供給される電力を算出することができる。大型部品であるトランスを備えないため、電力検出回路を無理なく端子箱に収容することができる。
【００１３】
本発明に係るモータ装置は、前記モータへの給電を遮断する遮断器を備え、前記制御部は、負荷の異常が検知された場合、前記遮断器を開状態に制御する。
【００１４】
本発明にあっては、電力検出によって負荷の異常が検知された場合、遮断器を開状態とし、モータへの給電を遮断することができる。
【００１５】
本発明に係るモータ装置は、前記制御部は、負荷の異常が検知された場合、負荷に異常がある旨を示す信号を出力する。
【００１６】
本発明にあっては、電力検出によって負荷の異常が検知された場合、負荷の異常を示す信号を外部へ出力することができる。つまり、何らかの形で負荷の異常を外部に通知することができる。
【００１７】
本発明に係るモータ装置は、自装置の振動を検出する振動検出部を備え、前記制御部は、前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記振動検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する。
【００１８】
本発明にあっては、モータに供給される電力と共に、モータ装置の振動を検出することによって、負荷の異常をより精度良く検知することができる。
【００１９】
本発明に係るモータ装置は、前記モータの回転を減じて出力する減速機を備え、前記振動検出部は、前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている。
【００２０】
本発明にあっては、モータ、減速機、又はモータ及び減速機の連結箇所における振動の異常を検出し、負荷の異常を検知することができる。
【００２１】
本発明に係るモータ装置は、自装置の温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記温度検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する。
【００２２】
本発明にあっては、モータに供給される電力と共に、モータ装置の温度を検出することによって、負荷の異常をより精度良く検知することができる。
【００２３】
本発明に係るモータ装置は、前記モータの回転を減速させて出力する減速機を備え、前記温度検出部は、前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている。
【００２４】
本発明にあっては、モータ、減速機、又はモータ及び減速機の連結箇所における温度の異常を検出し、負荷の異常を検知することができる。
【００２５】
本発明に係るモータ装置は、自装置の振動を検出する振動検出部と、自装置の温度を検出する温度検出部と、前記モータへの給電を遮断する遮断器とを備え、前記制御部は、前記電力検出回路にて検出された電力が所定の電力上限閾値を超えた場合若しくは電力下限閾値未満になった場合、前記振動検出部にて検出された振動が所定の振動閾値を超えた場合、又は前記温度検出部にて検出された温度が所定の温度閾値を超えた場合、前記遮断器を開状態に制御する。
【００２６】
本発明にあっては、モータに供給される電力と共に、モータ装置の振動及び温度を検出することによって、負荷の異常をより精度良く検知することができ、負荷の異常が検知された場合、モータへの給電を遮断することができる。
【００２７】
本発明に係るモータ装置は、過負荷又は軽負荷を検知するための電力上限閾値又は電力下限閾値を設定するための閾値設定スイッチを備え、前記制御部は、前記閾値設定スイッチにて設定された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する。
【００２８】
本発明にあっては、閾値設定スイッチにて、負荷の異常を検知するための電力上限閾値又は電力下限閾値を設定することができる。
【００２９】
本発明に係るモータ装置は、前記閾値設定スイッチにて設定された複数の電力上限閾値又は電力下限閾値を受信する通信部と、該通信部にて受信した複数の電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記閾値設定スイッチの設定値とを対応付けて記憶する閾値記憶部とを備え、前記制御部は、前記閾値設定スイッチの設定値に対応する電力上限閾値又は電力下限閾値を前記閾値記憶部から読み出し、読み出された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する。
【００３０】
本発明にあっては、通信部を介して閾値設定スイッチの状態に対応する各設定値に、負荷の異常を検知するための電力上限閾値又は電力下限閾値を割り当てることができる。使用者は、閾値設定スイッチを切り換えて所望の設定値を選択することによって、電力上限閾値又は電力下限閾値を簡単に切り換えることができる。
【００３１】
本発明に係るモータ装置は、前記電力検出回路にて間欠的に検出された直近の複数の電力値を記憶するログ記憶部を備える。
【００３２】
本発明にあっては、電力検出回路にて間欠的に検出された直近の複数の電力値をログ情報として記憶することができる。ログ情報は、負荷の異常の原因を特定するための情報として利用することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、モータ又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することができ、しかも被駆動装置との干渉が問題となる追加の回路装置を外部に配置すること無く、上記負荷の異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ギアモータの一例を示す側面図である。
【図２】過負荷保護回路の一例を示す回路ブロック図である。
【図３】過負荷保護回路の回路基板の一例を示す模式図である。
【図４】電力検出回路の一例を示す回路図である。
【図５】軽負荷領域におけるモータ負荷と、電流及び電力との関係を示すグラフである。
【図６】電源電圧変動時におけるモータ負荷と、電流及び電力との関係を示すグラフである。
【図７】閾値設定画面の一例を示す模式図である。
【図８】過負荷検出時における電力値のログを示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１はギアモータ１の一例を示す側面図である。本実施形態に係るギアモータ１は、三相モータ２、減速機３、端子箱４及び過負荷保護回路５を備える。ギアモータ１は、本発明に係るモータ装置の一例である。
【００３６】
三相モータ２は、スター結線された三相コイルと、該三相コイルに流れる交流にて回転する回転子と、該回転子のトルクを出力する回転軸とを有する。
【００３７】
減速機３は三相モータ２の回転軸に連結されており、回転軸の回転を減じて、当該三相モータ２のトルクを出力する歯車機構及び出力軸を有する。歯車機構は例えば、ヘリカルギア機構、ハイポイドギア機構、ウォームギア機構等、公知の減速歯車機構である。
【００３８】
端子箱４は、三相モータ２の駆動に係る各種端子が収容される中空略直方体形状の収容体であり、三相モータ２のケーシング側面の適宜箇所に設けられている。端子箱４は、ギアモータ１が設置される被駆動装置と干渉しないように、三相モータ２の中心線方向から見た端子箱４の横幅が、三相モータ２のケーシングの直径よりも小寸法に形成されている。また、言うまでも無く、縦幅も小寸法であることが望ましい。
【００３９】
本実施形態に係る過負荷保護回路５は、三相モータ２に供給される電力を検出することによって、三相モータ２又は被駆動装置の負荷の異常を検知する回路である。過負荷保護回路５は端子箱４に収容されている。
【００４０】
図２は過負荷保護回路５の一例を示す回路ブロック図、図３は過負荷保護回路５の回路基板の一例を示す模式図である。過負荷保護回路５は、電源接続端子５ａ、モータ接続端子５ｂ、電源回路５０、制御部５１、遮断器５２、電力検出回路５３、振動検出部５４、温度検出部５５、ログ記憶部５６、閾値記憶部５７、閾値設定スイッチ５８及び通信部５９を備える。なお、ログ記憶部５６及び閾値記憶部５７は、機能部として分けて図示しているが、一つのハードウェアであるメモリで構成しても良い。
図３に示すように過負荷保護回路５は、２段重ねで配された略長方形の第１回路基板５ｃ及び第２回路基板５ｄを有する。第１回路基板５ｃは下側の親基板、第２回路基板５ｄは上側の子基板である。第１回路基板５ｃの一短辺側には電源接続端子５ａが配されている。また、第１回路基板５ｃには、モータ接続端子５ｂ、電源回路５０、遮断器５２、電力検出回路５３等が配されている。第２回路基板５ｄの一長辺側には閾値設定スイッチ５８が配され、他長辺側には通信部５９が配されている。また、第２回路基板５ｄには、制御部５１、ログ記憶部５６及び閾値記憶部５７等が配されている。
【００４１】
電源接続端子５ａは三相の交流電圧を出力する交流電源６に、ギアモータ１を接続するための３つの端子を備える。モータ接続端子５ｂは三相モータ２に接続された３つの端子を備える。モータ接続端子５ｂを構成する３つの端子と、電源接続端子５ａを構成する３つの端子とはそれぞれ各別に給電線５ｅによって接続されている。
【００４２】
モータ接続端子５ｂに接続された三相モータ２は、スター結線されたＵ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３を有する（図４参照）。Ｕ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３は例えば固定子に巻回されており、該Ｕ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３に交流電圧が印加されると回転磁界が発生する。回転子は回転磁界によって回転し、トルクを出力する。
【００４３】
電源接続端子５ａには、三相モータ２に印加される交流電圧を、過負荷保護回路５の駆動用電圧に変換して、各部へ供給する電源回路５０が接続されている。電源回路５０は、例えば、交流電源６の交流電圧を降圧させる変圧器と、変圧器によって降圧した交流電圧を整流する整流回路と、整流回路によって整流された直流電圧を安定化させるレギュレータとを有する。
【００４４】
制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、計時部、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。制御部５１は、各構成部の動作を制御することによって、三相モータ２又は被駆動装置における負荷の異常を電力にて検知する処理を実行する。また、制御部５１は、異常を検知した場合、三相モータ２への給電を遮断する処理、外部へ異常を通知する処理等を実行する。制御部５１は、全部又は一部を、専用ＬＳＩ（Large-Scale Integration）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等で構成しても良い。
【００４５】
遮断器５２は、交流電源６から三相モータ２への給電を遮断するスイッチである。遮断器５２は、例えば、Ｕ相及びＷ相の給電線５ｅに設けられたトライアック等のソリッドステートリレーである。なお、遮断器５２のスイッチを設ける箇所はＵ相及びＷ相に特に限定されるものでは無い。遮断器５２は、通常は閉状態であり、負荷の異常が発生した際、制御部５１の制御によって遮断器５２の開閉が制御される。
【００４６】
電力検出回路５３は、一の相電圧及び相電流を検出することによって、三相モータ２に供給される電力を検出する回路である。
【００４７】
図４は電力検出回路５３の一例を示す回路図である。図中左図は交流電源６の等価回路であり、中性点Ｎの基準電圧に対して、交流の第１相（Ｒ）の交流電圧を出力する電源と、第２相（Ｓ）の交流電圧を出力する電源と、第３相（Ｔ）の交流電圧を出力する電源で表される。
【００４８】
図中右図は、三相モータ２の等価回路であり、所定の抵抗値を有するスター結線されたＵ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３によって表される。なお、図４においては、各コイルの抵抗成分に着眼し、抵抗器として図示してある。
具体的には、Ｕ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３の一端は、共通の中性点Ｎに接続されており、Ｕ相コイル２１の他端はＵ相端子に接続され、Ｖ相コイル２２の他端は、Ｖ相端子に接続され、Ｗ相コイル２３の他端はＷ相端子に接続されている。
【００４９】
電力検出回路５３は、三相モータ２と同様の抵抗成分を有する回路である。具体的には、電力検出回路５３は、電源接続端子５ａ又はモータ接続端子５ｂの３つの端子にスター結線された第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３を有する。第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３の一端は、共通の中性点Ｎに接続されており、第１抵抗器Ｒ１の他端は第１相（Ｒ）の端子及びＵ相端子に接続され、第２抵抗器Ｒ２の他端は、第２相（Ｓ）の端子及びＶ相端子に接続され、第３抵抗器Ｒ３の他端は第３相（Ｔ）の端子及びＷ相端子に接続されている。第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３の抵抗値の比は、Ｕ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３との抵抗値の比と略同一である。例えば、Ｕ相コイル２１、Ｖ相コイル２２及びＷ相コイル２３の抵抗値が同一である場合、第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３の抵抗値も同一の抵抗値である。
【００５０】
また、電力検出回路５３は、Ｕ相コイル２１の相電圧に相当する第１抵抗器Ｒ１の両端電圧を検出する電圧検出部５３ｂと、Ｕ相コイル２１に流れる相電流を検出する電流検出部５３ａとを備える。以下、第１抵抗器Ｒ１の両端電圧を相電流と呼ぶ。そして、電力検出回路５３は、電圧検出部５３ｂ及び電流検出部５３ａにて検出された相電圧及び相電流の位相差より力率を算出し、一相の電力を算出する。そして、電力検出回路５３は、当該一相の電力を３倍することにより、三相モータ２に供給される電力を算出し、算出して得た電力を示す情報を制御部５１へ出力する。三相モータ２に供給される電力は下記式で表される。
Ｐ＝３×Ｖｅ×Ｉｅ×ｃｏｓθ・・・（１）
但し、
Ｖｅ：相電圧の実効値
Ｉｅ：相電流の実効値
ｃｏｓθ：力率
θ：相電圧と、相電流の位相差
【００５１】
振動検出部５４は、例えば３軸加速度センサであり、各軸方向の加速度を検出して、各軸方向の加速度を示す情報を制御部５１へ出力する。振動検出部５４は、三相モータ２のケーシングに配されている。
なお、３軸加速度センサを備える構成は振動検出部５４の一例であり、公知の振動センサを用いることができる。また、振動検出部５４に設置箇所は必ずしも三相モータ２のケーシングに限定されるものでは無く、三相モータ２と、減速機３との連結箇所に設けても良い。また、減速機３に振動検出部５４を設けても良い。更に言うまでもなく、複数の振動検出部５４をギアモータ１の複数箇所に設けても良い。
【００５２】
温度検出部５５は、例えば、サーミスタを備える。温度検出部５５のサーミスタは、例えば、三相モータ２のケーシングに配されている。温度検出部５５は、サーミスタの両端電圧を検出し、検出された両端電圧を温度に換算し、温度を示す情報を制御部５１へ出力する。
なお、サーミスタを備える構成は温度検出部５５の一例であり、測温抵抗体、半導体温度センサ、熱電対等を用いて温度を検出する等、公知の温度センサを用いることができる。また、温度検出部５５に設置箇所は必ずしも三相モータ２のケーシングに限定されるものでは無く、三相モータ２と、減速機３との連結箇所に設けても良い。また、減速機３に温度検出部５５を設けても良い。更に言うまでもなく、複数の温度検出部５５をギアモータ１の複数箇所に設けても良い。
【００５３】
ログ記憶部５６は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、電力検出回路５３にて検出された相電圧、相電流、電力、振動検出部５４にて検出された加速度、温度検出部５５にて検出された温度等の時間的変化を示す情報を記憶する。制御部５１は、使用者によって設定されたサンプリング間隔で、電力検出回路５３から間欠的に相電圧、相電流及び電力の情報を取得し、取得された直近の所定時間における各情報を記憶する。例えば、制御部５１は、２０個の時点で、相電圧、相電流及び電力の情報を取得してログ記憶部５６に記憶させる。同様にして、制御部５１は、振動検出部５４及び温度検出部５５から間欠的に、加速度及び温度の情報を取得し、取得された直近の所定時間における各情報を記憶する。
【００５４】
閾値記憶部５７は、ログ記憶部５６と同様のＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリであり、三相モータ２又は被駆動装置における負荷の異常を検出するための各種閾値を記憶している。例えば、負荷の上限を規定する電力上限閾値、負荷の下限を規定する電力下限閾値、負荷の異常を振動で検知するための振動閾値、負荷の異常を温度で検知するための温度閾値、検出値のサンプリング間隔等の情報を記憶する。また、閾値記憶部５７は、各閾値の組み合わせを複数組み記憶させることができる。
【００５５】
閾値設定スイッチ５８は、閾値記憶部５７が記憶する閾値の組み合わせを適宜変更するためのスイッチである。例えば、閾値設定スイッチ５８はロータリスイッチであり、使用者は、閾値設定スイッチ５８を切り換え、設定値「０」、「１」、「２」、「３」等を選択することができる。閾値記憶部５７は、各設定値「０」、「１」、「２」、「３」に対応付けて、上記閾値の組み合わせを記憶している。
【００５６】
通信部５９は、例えば外部装置、例えばコンピュータと通信を行うためのＵＳＢポートを有する。制御部５１は、通信部５９を介して外部装置と情報を送受信する。例えば、制御部５１は、コンピュータにて入力された各種閾値及び設定値の組み合わせを示す情報を、通信部５９を介して受信し、当該設定値及び閾値を対応付けて閾値記憶部５７に記憶させることができる。
また、制御部５１は、ログ記憶部５６が記憶する電力、相電圧、相電流、振動、温度等の検出値のログ情報を、通信部５９を介して外部のコンピュータへ送信する。
更に、制御部５１は、負荷の異常を検知した場合、通信部５９を介して外部へ、負荷の異常を示す信号を出力するように構成しても良い。
【００５７】
図５は軽負荷領域におけるモータ負荷と、電流及び電力との関係を示すグラフである。横軸はモータ負荷を示し、縦軸は三相モータ２に供給される電力又は電流の検出値を示す。太線は電力を示し、破線は電流を示している。「負荷変化」の両矢印で示された軽負荷の領域においては、モータ負荷の変化量に対する電流の変化量は小さく、当該領域における負荷の異常を電流検出で検知することは困難である。一方、軽負荷の領域においても、モータ負荷の変化量に対する電力の変化量は大きく、電力を監視することによって当該領域における負荷の異常を検知することが可能である。
【００５８】
図６は電源電圧変動時におけるモータ負荷と、電流及び電力との関係を示すグラフである。横軸はモータ負荷を示し、縦軸は三相モータ２に供給される電力又は電流の検出値を示す。太線は電力を示し、破線及び一点鎖線は電流を示している。図６に示すように交流電源６の電圧が変化すると、電流も変化する。破線は電圧２００Ｖのときの電流、一点鎖線は電圧が２２０Ｖのときの電流である。このように電源電圧が変化する状況においては、電流も変化してしまうため、電流検出ではモータ負荷を正確に検知することができない。一方、電力については、交流電源６の電圧が変化しても大きな影響を受けることは無く、安定的にモータ負荷を検知することができる。
【００５９】
以上の通り、本実施形態に係る過負荷保護回路５は、電力を検出することによって、電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、三相モータ２又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することが可能となる。
制御部５１は、電力検出回路５３にて検出された電力と、電力上限閾値及び電力下限閾値とを比較することによって、負荷の異常を検知する。具体的には、電力検出回路５３にて検出された電力が電力上限閾値を超えている場合、電力下限閾値未満である場合、負荷に異常があると判定する。
また、制御部５１は、電力による負荷の異常判定に加えて、振動検出部５４にて検出された振動が振動閾値以上である場合、又は温度検出部５５にて検出された温度が振動閾値以上である場合、負荷に異常があると判定する。なお、制御部５１は、検出された電力、振動及び温度を用いて、負荷の異常を総合的に判定しても良い。例えば、制御部５１は、電力、振動及び温度と、各閾値との差分を算出し、負荷の異常を示す指標値として当該差分の平均又は加重平均を算出し、指標値を所定の閾値と比較することによって、負荷の異常を判定しても良い。負荷の異常が検知された場合、制御部５１は、開信号を遮断器５２へ出力することによって、三相モータ２への給電を遮断する。また、負荷の異常を示す信号を通信部５９にて外部へ出力する。
【００６０】
図７は閾値設定画面７の一例を示す模式図、図８は過負荷検出時における電力値のログを示す概念図である。制御部５１は、通信部５９を介して外部のコンピュータと情報を送受信することができる。例えば、制御部５１は、コンピュータ側のブラウザに表示可能な構造化データを送信することによって、閾値設定を行うための設定画面７を表示させ、各種閾値、電力のサンプリング間隔等の設定を受け付けることができる。また、制御部５１は、コンピュータからの要求に応じて、過負荷検知時のログ情報を読み出し、読み出したログ情報を、通信部５９を介してコンピュータへ送信することによって、過負荷発生時の電力変化のグラフ等をブラウザに表示させることができる。
【００６１】
設定画面７はブラウザ画像である。設定画面７は、閾値入力部７１、波形表示部７２、表示切替ボタン７３及び波形選択ボタン７４を含む。
閾値入力部７１は、ブラウザ画面の左側に表示されており、過負荷を検知するための電力上限閾値を受け付けるための入力フィールド「過電力設定０」〜「過電力設定３」、過負荷検出を行わないモータ始動時の時間を受け付けるための入力フィールド「スタートタイム０」〜「スタートタイム３」、過負荷と判断される閾値超過の継続期間を受け付けるための入力フィールド「ショックタイム０」〜「ショックタイム３」、温度閾値を受け付けるための入力フィールド「過熱設定」、振動閾値を受け付けるための入力フィールド「過衝撃設定」を有する。使用者は、各入力フィールドの各種閾値を入力することによって、各閾値を過負荷保護回路５に設定することができる。なお、「０」〜「３」の数値は、ロータリスイッチである閾値設定スイッチ５８の設定値に対応する数値である。なお、図７では、電力上限閾値のみを受け付けているが、同様にして電力下限値も受け付けることができる。
【００６２】
波形表示部７２は、過負荷が検出された直前の電力値のログを波形で表示する表示部である。具体的には、図８に示すように、時間を示す横軸と、電力値を示す縦軸と、過電力であるか否かを判定するための閾値を示す破線、電力値の波形が表示される。波形上に表示されている丸印は、サンプリングタイミングで検出された電力値を示している。
また、波形表示部７２は、過負荷検出時における相電圧、相電流、温度、振動加速度の波形を表示することもできる。
【００６３】
また、設定画面７の右側には波形表示部７２に表示する電力波形をリアルタイムで検出されている検出値波形と、ログとして記憶された過負荷発生時点直前における検出値波形とを切り換えるための表示切替ボタン７３が表示される。当該表示切替ボタン７３が操作された場合、制御部５１は、操作に応じてリアルタイムで検出されている検出値、又はログ記憶部５６が記憶する検出値の情報のいずれかを通信部５９を介してコンピュータへ送信する。
また、設定画面７の右側には、波形表示部７２に表示する波形として、表示する内容を選択するための波形選択ボタン７４、例えば「電圧」ボタン、「電流」ボタン、「電力」ボタン、「温度」ボタン、「加速度Ｘ軸」ボタン、「加速度Ｙ軸」ボタン、「加速度Ｚ軸」ボタンが表示される。制御部５１は、選択されたボタンに応じて、ログ記憶部５６が記憶する電圧、電流、電力、温度、各加速度のログ情報を、通信部５９を介してコンピュータへ送信する。
【００６４】
このように構成されたギアモータ１によれば、電源電圧の変動に依存せず、また軽負荷領域であっても、三相モータ２又は被駆動装置に係る負荷の異常を精度良く検知することができる。
また、電力検出回路５３及び制御部５１は端子箱４に収容されているため、被駆動装置との干渉が問題となる追加の回路装置を外部に配置する必要は無く、ギアモータ１を小型に構成することができる。
【００６５】
更に、大型部品であるトランスを備えない小型な回路構成で、三相モータ２に供給される電力を算出することができる。従って、電力検出回路５３を無理なく端子箱４に収容することができる。
【００６６】
更にまた、電力検出によって負荷の異常が検知された場合、遮断器５２を開状態とし、三相モータ２への給電を遮断することができる。
【００６７】
更にまた、電力検出によって負荷の異常が検知された場合、外部へ負荷の異常を示す信号を出力することができる。
【００６８】
更にまた、三相モータ２に供給される電力と共に、ギアモータ１の振動及び温度を検出することによって、負荷の異常をより精度良く検知することができ、負荷の異常が検知された場合、三相モータ２への給電を遮断することができる。
特に、三相モータ２、減速機３、又は三相モータ２及び減速機３の連結箇所における振動及び温度の異常を検出し、負荷の異常を検知することができる。
【００６９】
更にまた、閾値設定スイッチ５８にて、負荷の異常を検知するための閾値を設定することができる。
【００７０】
更にまた、使用者は、通信部５９を介して閾値設定スイッチ５８の状態に対応する各設定値に、負荷の異常を検知するための閾値を割り当てることができ、閾値設定スイッチ５８を切り換えて所望の設定値を選択することによって、閾値を簡単に切り換えることができる。
【００７１】
更にまた、電力検出回路５３にて間欠的に検出された直近の複数の電圧、電流、電力、振動、温度等のログ情報をログ記憶部５６に記憶しており、使用者は負荷の異常発生時直前の電力、振動、温度等の状態を確認することができる。特に、電力のログ情報は負荷異常の原因を特定するための重要な情報である。
【００７２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
１  ギアモータ
２  三相モータ
３  減速機
４  端子箱
５  過負荷保護回路
５ａ  電源接続端子
５ｂ  モータ接続端子
５ｃ  第１回路基板
５ｄ  第２回路基板
５ｅ  給電線
６  交流電源
２１  Ｕ相コイル
２２  Ｖ相コイル
２３  Ｗ相コイル
５０  電源回路
５１  制御部
５２  遮断器
５３  電力検出回路
５３ａ  電流検出部
５３ｂ  電圧検出部
５４  振動検出部
５５  温度検出部
５６  ログ記憶部
５７  閾値記憶部
５８  閾値設定スイッチ
５９  通信部
７  設定画面
７１  閾値入力部
７２  波形表示部
７３  表示切替ボタン
７４  波形選択ボタン
Ｒ１  第１抵抗器
Ｒ２  第２抵抗器
Ｒ３  第３抵抗器
Ｎ  中性点
【図１】
2019165546.tif 000003
【図２】
2019165546.tif 000004
【図３】
2019165546.tif 000005
【図４】
2019165546.tif 000006
【図５】
2019165546.tif 000007
【図６】
2019165546.tif 000008
【図７】
2019165546.tif 000009
【図８】
2019165546.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月17日(2019.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータを交流電源に接続するための接続端子が収容される端子箱とを備えるモータ装置であって、
前記モータに供給される電力を検出する電力検出回路と、
該電力検出回路にて検出された電力に基づいて、前記モータ又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置に係る負荷の異常が検知された場合、所定の制御を実行する制御部と
を備え、
前記電力検出回路及び前記制御部は前記端子箱に収容され、
前記モータは、三相交流の電源接続端子に接続されるスター結線された三相コイルを有し、
前記電力検出回路は、前記三相交流の電源接続端子にスター結線された略同一の抵抗値である３つの抵抗器と、
一のコイルの相電圧に相当する一の前記抵抗器の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記一のコイルに流れる相電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記電力検出回路は、前記一の抵抗器の両端電圧及び前記一のコイルに流れる相電流に基づいて、前記モータに供給される電力を算出する
モータ装置。
【請求項２】
前記端子箱は、前記モータの中心線方向から見た端子箱の横幅が、前記モータのケーシングの直径よりも小寸法に形成されている請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記モータへの給電を遮断する遮断器を備え、
前記制御部は、
負荷の異常が検知された場合、前記遮断器を開状態に制御する
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記制御部は、
負荷の異常が検知された場合、負荷に異常がある旨を示す信号を出力する
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項５】
自装置の振動を検出する振動検出部を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記振動検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する
請求項１〜請求項４までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記モータの回転を減じて出力する減速機を備え、
前記振動検出部は、
前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている
請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
自装置の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出される電力と共に、前記温度検出部の検出結果に基づいて、自装置又は前記モータのトルクにて駆動される被駆動装置の異常を検知する
請求項１〜請求項５までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記モータの回転を減速させて出力する減速機を備え、
前記温度検出部は、
前記モータ、前記減速機、又は前記モータ及び前記減速機の連結箇所に配されている
請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
自装置の振動を検出する振動検出部と、
自装置の温度を検出する温度検出部と、
前記モータへの給電を遮断する遮断器と
を備え、
前記制御部は、
前記電力検出回路にて検出された電力が所定の電力上限閾値を超えた場合若しくは電力下限閾値未満になった場合、前記振動検出部にて検出された振動が所定の振動閾値を超えた場合、又は前記温度検出部にて検出された温度が所定の温度閾値を超えた場合、前記遮断器を開状態に制御する
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項１０】
過負荷又は軽負荷を検知するための電力上限閾値又は電力下限閾値を設定するための閾値設定スイッチを備え、
前記制御部は、
前記閾値設定スイッチにて設定された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する
請求項１〜請求項９までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
前記閾値設定スイッチにて設定された複数の電力上限閾値又は電力下限閾値を受信する通信部と、
該通信部にて受信した複数の電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記閾値設定スイッチの設定値とを対応付けて記憶する閾値記憶部と
を備え、
前記制御部は、
前記閾値設定スイッチの設定値に対応する電力上限閾値又は電力下限閾値を前記閾値記憶部から読み出し、読み出された電力上限閾値又は電力下限閾値と、前記電力検出回路にて検出された電力とを比較することによって、負荷の異常を検知する
請求項１０に記載のモータ装置。
【請求項１２】
前記電力検出回路にて間欠的に検出された直近の複数の電力値を記憶するログ記憶部を備える
請求項１〜請求項１１までのいずれか一項に記載のモータ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、電力検出回路５３は、Ｕ相コイル２１の相電圧に相当する第１抵抗器Ｒ１の両端電圧を検出する電圧検出部５３ｂと、Ｕ相コイル２１に流れる相電流を検出する電流検出部５３ａとを備える。以下、第１抵抗器Ｒ１の両端電圧を相電圧と呼ぶ。そして、電力検出回路５３は、電圧検出部５３ｂ及び電流検出部５３ａにて検出された相電圧及び相電流の位相差より力率を算出し、一相の電力を算出する。そして、電力検出回路５３は、当該一相の電力を３倍することにより、三相モータ２に供給される電力を算出し、算出して得た電力を示す情報を制御部５１へ出力する。三相モータ２に供給される電力は下記式で表される。
Ｐ＝３×Ｖｅ×Ｉｅ×ｃｏｓθ・・・（１）
但し、
Ｖｅ：相電圧の実効値
Ｉｅ：相電流の実効値
ｃｏｓθ：力率
θ：相電圧と、相電流の位相差