(57)【要約】【課題】モータの運転状態に応じた最適な保護機能を有する同期モータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ４の可動子位置を検出するエンコーダ５とモータ４を制御駆動する速度制御部１とを具備するモータ制御装置において、速度制御部１により算出された電流指令値又はトルク指令値からモータ４の温度を推定する温度推定部７と、エンコーダ５からの検出値に基づいてモータ４の運転状態を判定し、モータ４の運転状態を温度推定部７に通知する運転状態判定部８とを備え、温度推定部７は、モータ４の推定温度がしきい値に達するとモータ４の保護を行ない、しきい値は、運転状態判定部８から通知されたモータ４の運転状態に基づき、温度推定部７によって切替えられることで達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの可動子位置を検出する位置検出手段と前記モータを制御駆動する速度制御部とを具備するモータ制御装置において、
前記速度制御部により算出された電流指令値又はトルク指令値から前記モータの温度を推定する温度推定部と、
前記位置検出手段からの検出値に基づいて前記モータの運転状態を判定し、前記モータの運転状態を前記温度推定部に通知する運転状態判定部とを備え、
前記温度推定部は、前記モータの推定温度がしきい値に達すると前記モータの保護を行ない、
前記しきい値は、前記運転状態判定部から通知された前記モータの運転状態に基づき、前記温度推定部によって切替えられることを特徴とするモータ保護機能を備えた制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に係り、特にモータの運転状態に応じた最適な保護機能を有するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを運転する場合に、過負荷状態での運転が継続すると、モータ巻線の温度上昇が続き、やがてモータ巻線の焼損につながる。そこで、サーモスタットやサーミスタといった温度検出器をモータ巻線に埋め込み、温度が異常に上昇した場合には、モータへの通電を遮断するといったサーマル保護装置が従来から使用されている。
【０００３】
また、温度検出器を使用しない方法として、電子サーマル方式がある。この方式は、数ｓｅｃ程度あるいはこれ以上の熱時定数を持つ発熱部または周辺の熱的保護が目的であり、電流指令等の履歴により、発熱量および放熱量を計算し、温度を予測し、対象物の保護を行なうものである（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
図５に電子サーマル方式を適用したモータ制御装置のブロック図の一例を示す。この図において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＊に基づき、モータ４４を駆動制御する。以下で制御の流れを説明する。
【０００５】
速度制御部４１は、エンコーダ４５の位置検出値から変換部４６にて算出した速度帰還Ｖと速度指令Ｖ＊を入力とし、ＰＩ制御等の演算を行ない、電流指令Ｉ＊を算出する。次に、電流制御部４２は、電流帰還Ｉと電流指令Ｉ＊を入力とし、インバータ駆動指令を算出する。インバータ回路４３では、インバータ駆動指令に基づき、モータ４４を駆動制御する。また、温度推定部４７では、電流指令Ｉ＊に基づき、温度の推定を行なう。この推定した温度がしきい値に達した場合、電流制御部４２にモータ４４の運転停止を通知し、通電を遮断する。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６１８５０号公報
【特許文献２】特開平６−２５３５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術として説明したサーマル保護装置を用いた方式では、温度検出器として使用するサーミスタやサーモスタットが検出する温度とモータ巻線の温度が一致していることを前提としているため、温度検出器とモータ巻線との間に温度差が生じた場合、保護機能は正常に動作しないことになる。
また、モータが衝突等によりロック状態になると、電流は一相に集中する可能性がある。この場合、モータ巻線の一部分の温度が上昇する。その結果、温度が上昇したモータ巻線部分と温度検出器の間に温度差が生じることにより、温度検出器がモータ巻線の温度を正確に検出することが出来なくなり、モータ巻線が焼損に至る可能性がある。
さらに、モータ巻線から温度検出器までの熱伝導が悪い場合やモータ巻線の熱時定数が温度検出器の検出遅れより小さい場合には、温度検出器が、モータ巻線の温度を正確に検出することができず、モータ巻線の焼損を防止することができないことになる。
【０００８】
次に、従来技術として説明した電子サーマル方式では、モータが回転状態であれば、電流は三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に均等に流れているため、モータ巻線の温度は全体的に上昇するので、モータ巻線の温度を正確に推定することが可能となる。この場合のモータの保護カーブは、図４に示したようなカーブとなる。ここで、図４において、Ｍ４やＡ４やＴ４はモータにより決定される値である。ここで、Ｍ４の値はモータ電流制限値、Ａ４の値は、通常モータ連続定格電流に設定されており、Ｔ４の値は、モータにより様々な値が設定されている。例えば、モータが連続定格出力で回転している時に、実測した熱時定数を元に保護カーブを決定する。しかし、ロック状態となると、電流は一相に集中し、モータ巻線の一部分の温度が上昇することとなり、モータ巻線が焼損に至る可能性がある。そのため、モータがロック状態となった場合でも、モータ巻線が焼損に至らないようにするには、しきい値を見直す（下げる）ことが必要となる。しかし、しきい値を下げると、モータが回転状態の場合、まだ保護しない領域であるにもかかわらず、温度推定値がしきい値を超えてしまい、保護機能が動作するという課題があった。
【０００９】
また、電子サーマル方式の場合、モータの運転状態に関係なく、モータ巻線の温度の推定値は三相共同じになる。この時に、電流が一相に集中していると、モータ巻線の温度と温度推定値との間にズレが生じて、保護機能の動作前に、モータ巻線が焼損する課題がある。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、モータの温度を推定する温度推定部と、モータの運転状態を判定し、モータの運転状態を温度推定部に通知する運転状態判定部とを備え、温度推定部は、モータの推定温度がしきい値に達するとモータの保護を行ない、前記しきい値は、運転状態判定部から通知されたモータの運転状態に基づき、温度推定部によって切替えられることで、最適な保護機能を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、モータの可動子位置を検出する位置検出手段と前記モータを制御駆動する速度制御部とを具備するモータ制御装置において、前記速度制御部により算出された電流指令値又はトルク指令値から前記モータの温度を推定する温度推定部と、前記位置検出手段からの検出値に基づいて前記モータの運転状態を判定し、前記モータの運転状態を前記温度推定部に通知する運転状態判定部とを備え、前記温度推定部は、前記モータの推定温度がしきい値に達すると前記モータの保護を行ない、前記しきい値は、前記運転状態判定部から通知された前記モータの運転状態に基づき、前記温度推定部によって切替えられることを特徴とする。このように、前記モータの運転状態に基づいて前記しきい値を切替えることで、前記モータが保護機能の動作前に焼損する問題や回転状態における保護機能の誤動作の問題を解決することができ、前記モータの運転状態に応じた最適な保護機能を動作させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータの運転状態に応じた最適な保護機能を動作させることができるモータ制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１から図２により、本発明をモータ制御装置に適用した実施形態について説明する。図１はこの発明に係る保護機能を有するモータ制御装置における制御ブロックを示すブロック図である。図２は温度推定部の詳細を示すブロック図である。
【００１４】
まず、図１にて保護機能を有するモータ制御装置の動作について説明する。
速度制御部１は、モータの可動子位置を検出する位置検出手段であるエンコーダ５の位置検出値から変換部６にて算出した速度帰還Ｖと速度指令Ｖ＊を入力とし、ＰＩ制御等の演算を行ない、電流指令Ｉ＊を算出する。図１では、速度制御部１の出力を電流指令Ｉ＊としたが、電流指令Ｉ＊と比例関係にあるトルク指令を用いても同様な機能が実現できる。以降、本発明の説明については、電流指令Ｉ＊を用いて説明する。電流制御部２は、電流帰還Ｉと電流指令Ｉ＊を入力とし、インバータ駆動指令を算出し、インバータ回路３では、インバータ駆動指令に基づき、モータ４を駆動制御する。運転状態判定部８では、変換部６にてエンコーダ５の位置検出値に基づき、算出されたデータからモータ４の運転状態を判定し、その結果を温度推定部７に通知する。また、温度推定部７では、電流指令Ｉ＊に基づき、温度の推定値を算出し、運転状態判定部８から通知されたモータ４の運転状態に基づき、しきい値を決定する。ここで、温度の推定値がしきい値に達した場合、モータ４の運転を停止するために、温度推定部７は、電流制御部２に対して、モータ４への通電を遮断するように通知する。この場合、温度推定部７は、電流制御部２に対してモータ４への通電を遮断するように通知したが、温度推定部７は、電流指令Ｉ＊を算出する速度制御部１に対してモータ４への通電を遮断するように通知することもできる。
【００１５】
次に、図２にて温度推定部７での処理について詳しく説明する。温度推定部７は、算出部１１、判定部１２、データ部１３から構成され、算出部１１にて電流指令＊Ｉから温度推定値を算出し、データ部１３にて運転状態判定部８から通知される運転状態からしきい値を決定し、判定部１２にて温度推定値としきい値を比較し、運転可否（運転継続または運転停止）の結果を電流制御部２へ通知する。
【００１６】
ここで、データ部１３について以下で詳細に説明する。データ部１３には、図３で示されるような保護カーブのデータが格納されている。ここで、（ａ）はモータ回転状態、すなわち電流位相回転時における保護カーブ、（ｂ）はモータロック状態、すなわち電流位相ロック時における保護カーブを示す。また、図中の記号（Ｍ３、Ａ３、Ｂ３、Ｔ３Ａ、Ｔ３Ｂ）はモータにより決定される値である。一例を示すと、Ｍ３はモータ電流制限値、Ａ３はモータ連続定格電流値、Ｂ３はモータ連続定格電流の１／√２となる。電流位相ロック時の場合、電流は直流として流れ、モータの発熱量は電流の２乗に比例することから、電流位相回転時における電流と同じ発熱量となる電流は１／√２となる。そのため、モータ保護の観点から電流位相ロック時に連続通電可能となる電流値は、モータ連続定格電流値の１／√２となる。また、Ｔ３ＡおよびＴ３Ｂの設定値の一例として、Ｔ３Ａは電流位相回転時にモータ連続定格１００％の電流値にて実測した熱時定数を元にして決定される保護カーブにおいて、モータ電流制限値を連続通電した時に１００℃アップする時間、Ｔ３Ｂは電流位相回転時の保護カーブに対して、ロック時の発熱量を２倍とした保護カーブから決定される時間、などが挙げられる。
【００１７】
さらに、算出部１１における温度推定値の算出方法について以下で詳細に説明する。保護対象に関して、等価回路を考えることにより、電子サーマルの算出方法が決定される。この方法も保護カーブと同様に様々な方式が考えられるが、以下にその一例を示す。
【００１８】
ある任意の時間における温度上昇をＴ［ｎ］、前回の温度上昇をＴ［ｎ−１］、電流をｉ［ｎ］、Ａおよびβを比例定数とすれば、以下の式が成り立つ。
Ｔ［ｎ］＝β｛Ａ・ｉ[ｎ]−Ｔ［ｎ−１］｝＋Ｔ［ｎ−１］  ・・・式１
ただし、式１におけるβは、０＜β＜１の範囲とする。
式１から、
Ｔ［ｎ］−Ａ・ｉ[ｎ]＝（１−β）｛Ｔ［ｎ−１］−Ａ・ｉ[ｎ] ｝
の関係式が成り立つので、
Ｔ［ｎ］−Ａ・ｉ[ｎ]＝（１−β）n｛Ｔ［０］−Ａ・ｉ[ｎ] ｝
となる。
ここで、Ｔ［０］＝０と考えられるので、式１から一定電流ｉを継続して通電した時の温度上昇Ｔ［ｎ］は、
Ｔ［ｎ］＝Ａ｛１−（１−β）n｝・ｉ  ・・・式２
となる。
また、式２において、ｎ→∞とすると、０＜（１−β）＜１であるので、
Ｔ［ｎ］n→∞＝Ａ・ｉ
となる。
この時の電流ｉを連続通電電流ｉｃとし、ｉｃとｉを電流制限値ＩＬに対する比として表すと、電子サーマルによる保護領域の条件式は、
Ａ・ｉｃ＜Ａ｛１−（１−β）n｝・ｉ＝Ｔ［ｎ］  ・・・式３
となり、Ａ・ＩＬで両辺を割ると、
ｉｃ／ＩＬ＜｛１−（１−β）n｝・ｉ／ＩＬ＝Ｔ［ｎ］／（Ａ・ＩＬ）
・・・式４
となる。
θ［ｎ］＝Ｔ［ｎ］／（Ａ・ＩＬ）、γ＝ｉｃ／ＩＬとすれば、式４は、
γ＝ｉｃ／ＩＬ＜Ａ｛１−（１−β）n｝・ｉ／ＩＬ＝θ［ｎ］  ・・・式５
となる。式５により、式１は、
θ［ｎ］＝β｛ｉ[ｎ]／ＩＬ−θ［ｎ−１］｝＋θ［ｎ−１］  ・・・式６
となる。式６におけるθ［ｎ］は、温度推定値を表し、式５および式６より、温度推定値による保護カーブを決定する定数は、γおよびβとなる。ここで、γは電流制限値を１とした時の連続通電電流を表す定数、βは保護カーブの時定数を意味する定数となる。例えば、保護対象がモータの場合、モータの発熱量は電流の２乗に比例するため、温度推定値は電流の２乗から算出することになる。つまり、式６におけるｉ[ｎ]／ＩＬを（ｉ[ｎ]／ＩＬ）2として温度推定値を算出する。すなわち、温度推定値は、保護対象の発熱量が何に比例しているのかを考慮して、算出する必要がある。
【００１９】
また、データ部１３の詳細な説明において、運転状態に応じて保護カーブを変更することを記述したが、温度推定値についても、運転状態が変化した時（電流位相回転時⇔電流位相ロック時）に変更することが可能である。この変更内容の一例について、以下で説明する。
【００２０】
モータの温度推定値は電流の２乗から算出するため、温度推定値≒電流2と考えることが出来る。電流位相回転時に連続通電可能な電流値をＩｍとすれば、電流位相ロック時に連続通電可能な電流値はＩｍ／√２となる。ここで、電流位相回転時および電流位相ロック時の温度推定値をそれぞれＴR、ＴLとすれば、
ＴL≒（Ｉｍ／√２）2＝Ｉｍ2／２≒ＴR／２  ・・・式７
の関係式が成り立つ。式７の関係式から、電流位相回転時から電流位相ロック時に変化した時に温度推定値を１／２倍、電流位相ロック時から電流位相回転時に変化した時に温度推定値を２倍、に変更することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる保護機能を有するモータ制御装置における制御ブロックを示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるモータ制御装置における温度推定部の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明にかかるモータ制御装置における温度推定部にて使用する保護カーブの一例を示す図である。
【図４】モータの保護カーブの一例を示す図である。
【図５】従来の電子サーマル方式による保護機能を有するモータ制御装置における制御ブロックを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，４１  速度制御部、２，４２  電流制御部、３，４３  インバータ回路、４，４４  モータ、５，４５  エンコーダ、６，４６  変換部、７，４７  温度推定部、８  運転状態判定部、１１  算出部、１２  判定部、１３  データ部。
なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008061302.tif 000006
【図５】
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