(57)【要約】【課題】モータの負荷状態を確実に検出すること。【解決手段】モータＭに接続されたスイッチング素子１２をモータＭの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御するモータ制御装置であって、スイッチング素子１２の導通時間に基づいてモータＭの負荷状態を判定する負荷状態判定手段２０を設けている。【選択図】　　　図１
2004023802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに接続されたスイッチング素子を該モータの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御するモータ制御装置であって、
前記スイッチング素子の導通時間に基づいて前記モータの負荷状態を判定する負荷状態判定手段を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記負荷状態判定手段は、前記導通時間を計るタイマ手段と、このタイマの計時値と所定の負荷状態判定値とを比較して前記負荷状態を判定する比較手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
前記負荷状態を表示する表示手段を更に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
モータに接続されたスイッチング素子を該モータの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御するモータ制御装置であって、
前記偏差に基づいて前記モータの負荷状態を判定する負荷状態判定手段を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
前記負荷状態判定手段は、前記偏差を示す信号の値を所定の負荷状態判定値と比較して前記負荷状態を判定する比較手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記負荷状態を表示する表示手段を更に設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷状態を検出する機能を備えたモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導モータ等の交流モータを目標速度で回転させるため、該モータに接続されたスイッチング素子を前記目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御するモータ制御装置が実用されている。
【０００３】
このモータ制御装置は、上記モータが図４に例示するようなトルク特性ａを有する場合に、該モータの出力トルクをラインｂに示すように調整する。したがって、モータは、その出力トルクがレギュレーションラインｂと特性ａとの交点Ｐ１のトルクになるまでの間、その回転速度が目標回転速度に維持されることになる。
【０００４】
図４において、定格トルクＴＯは、連続定格のモータを過熱させることなく長時間安定に運転させ得るトルクを示している。また、定格運転領域は、モータが定格トルクＴＯ以下のトルクで運転される領域を、過負荷運転領域Ｉは、モータが定格トルクＴＯよりも大きくかつ上記点Ｐ１のトルク以下のトルクで運転される領域を、さらに、過負荷運転領域ＩＩは、モータが点Ｐ１のトルクよりも大きくかつ停動トルク（Ｐ２点のトルク）以下のトルクで運転される領域をそれぞれ示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
モータを過負荷状態で長時間運転した場合には、該モータが過熱によって損傷するなどの不都合が発生する。そこで、モータを適正に運転するためには、その負荷状態を検出して、過負荷状態時にその状態が解除されるような処置を講じる必要がある。
【０００６】
上記従来のモータ制御装置によれば、モータが過負荷運転領域ＩＩで運転されている場合、該モータの実回転数の低下に基づいてその過負荷運転状態を検出することが可能である。しかしながら、モータが過負荷運転領域Ｉで運転されている場合には、上記実回転数の低下がないことから、その低下現象に基づいて過負荷運転状態を検出することが不可能である。
【０００７】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、モータの負荷状態を確実に検出することが可能なモータ制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータに接続されたスイッチング素子を該モータの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御する制御装置であって、前記スイッチング素子の導通時間に基づいて前記モータの負荷状態を判定する負荷状態判定手段を設けたことを特徴としている。
【０００９】
前記負荷状態判定手段は、前記導通時間を計るタイマ手段と、このタイマの計時値と所定の負荷状態判定値とを比較して前記負荷状態を判定する比較手段とを備えることができる。また、前記負荷状態を表示する表示手段を更に設けることができる。
【００１０】
本発明は、モータに接続されたスイッチング素子を該モータの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて位相制御する制御装置であって、前記偏差に基づいて前記モータの負荷状態を判定する負荷状態判定手段を設けたことを特徴としている。
前記負荷状態判定手段は、前記偏差を示す信号の値を所定の負荷状態判定値と比較して前記負荷状態を判定する比較手段を備えることができる。また、前記負荷状態を表示する表示手段を更に設けても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１２】
第１の実施の形態
図１に示すように、この第１の実施の形態に係るモータ制御装置は、速度制御部１０および負荷状態検出部２０を有している。
速度制御部１０において、モータ（この例では、誘導モータ）Ｍは、一方向制御整流素子（サイリスタ）や双方向制御整流素子等のスイッチング素子１２を介してＡＣ電源１３に直列接続されている。速度検出部１４は、モータＭと共に回転するタコジェネレータ１５の出力に基づいてモータＭの実回転速度ＶＣに対応する信号を出力し、速度設定部１６は、モータＭの目標回転速度ＶＲに対応する信号を設定して出力する。
【００１３】
比較増幅部１１は、上記目標回転速度ＶＲと実回転速度ＶＣの偏差ＶＲ−ＶＣに対応する電圧信号Ｓ１を形成して比較部１７に出力する。なお、この電圧信号Ｓ１は、図２に示す零レベルラインを基準とする電圧である。したがって、同図に示すように信号電圧Ｓ１が右下がりに変化していることは、時間経過に伴って上記偏差ＶＲ−ＶＣが増大していることを示している。
【００１４】
比較部１７は、上記電圧信号Ｓ１と三角波発生部１８から出力される三角波信号Ｓ２（図２（ｂ）参照）とを比較し、この三角波信号Ｓ２が信号Ｓ１とクロスする時点で図２（ｃ）に示すトリガ信号（点弧信号）Ｓ３を出力する。
上記スイッチング素子１２は、上記トリガ信号Ｓ３によってトリガされ、その結果、モータＭには、このスイッチング素子１２を介して図２（ｄ）に示す電圧が印加される。
【００１５】
電源同期信号部１９は、図２（ｅ）に示す電源同期信号、つまり、図２（ａ）に示す電源電圧のゼロクロス点からスイッチング素子２がオンする時点までの期間において「Ｈ」レベルを示す信号を出力するように構成されている。そして、上記三角波発生部１８は、この電源同期信号に基づき、上記三角波信号Ｓ２を電源電圧の半周期毎に発生する。
【００１６】
上記構成の速度制御部１０は、モータＭの回転速度の偏差ＶＲ−ＶＣが大きくなるほど該モータへの供給電力が大きくなるようにスイッチング素子１２を位相制御して、モータＭの実回転速度ＶＣを目標回転速度ＶＲに近づける。
つまり、この速度制御部１０は、モータＭが図４に例示するようなトルク特性ａを有する場合に、該モータＭの出力トルクをラインｂに示すように調整する。したがって、モータＭは、その出力トルクがレギュレーションラインｂと特性ａとの交点Ｐ１のトルクになるまでの間、その回転速度が目標回転速度ＶＲに維持されることになる。
【００１７】
一方、上記負荷状態検出部２０は、パルス発生部２１から出力されるクロックパルスをカウントするカウンタ２２と、このカウンタ２２のカウント値に対するしきい値を設定するしきい値設定部２３と、上記カウント値としきい値とを比較する比較部２４と、この比較部２４の比較結果を表示する表示部２５とを備えている。
【００１８】
ところで、上記誘導モータＭは、その負荷トルクが増大するほど、印加される電圧の実効値が増加されて、その出力トルクが増大されることになる。そして、上記印加電圧の実効値が増加することは、スイッチング素子１２の導通時間が長くなることを意味している。
それゆえ、図２（ａ）の電源電圧の半周期毎におけるスイッチング素子１２の導通時間を計測すれば、該半周期毎におけるモータＭの印加電圧の実効値、ひいては、該モータＭの負荷状態を知ることができる。
【００１９】
そこで、この実施の形態では、上記スイッチング素子１２の導通時間を計測すべくカウンタ２２をカウント動作させている。すなわち、カウンタ２２は、上記電源同期信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する時点（電源電圧のゼロクロス点）で上記クロックパルスのカウントを開始し、電源同期信号が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化する時点（スイッチング素子１２のトリガ時点）でカウンタ２２のカウント動作を停止する。なお、カウンタ２２は、電源電圧の次のゼロクロス時点でリセットされた後、次の周期におけるカウント動作を開始する。
【００２０】
以上の説明から明らかなように、カウンタ２２は、電源同期信号が「Ｈ」レベルの状態にある時間、つまり、電源電圧の半周期におけるスイッチング素子１２の不導通時間を計測するタイマとしての機能を有する。
スイッチング素子１２の導通時間は、電源電圧の半周期から上記不導通時間を減じた時間である。したがって、不導通時間を計測することは、実質的に導通時間を計測することと等価である。なお、上記導通時間を直接計測することも可能であるが、計測処理の容易化を図る上では、不導通時間を計測することが有利である。
【００２１】
上記しきい値設定部２３は、負荷状態判定用のしきい値を設定するものである。この実施の形態では、モータＭが図４に示す定格トルクＴＯよりも低い任意のトルクＴＳを発生する時のスイッチング素子１２の不導通時間を第１の負荷状態判定用しきい値ｔａとして設定し、該モータＭが定格トルクＴＯを発生する時のスイッチング素子１２の不導通時間を第２の負荷状態判定用しきいｔｂとして設定している。
【００２２】
比較部２４は、カウンタ２２によって検出される不導通時間ｔがｔ≧ｔａの状態を低負荷状態として、またｔｂ≦ｔ＜ｔａの状態を中負荷状態として、さらにｔ＜ｔｂの状態を過負荷状態としてそれぞれ判定する。そして、この比較部２４は、上記低負荷状態、中負荷状態および過負荷状態を電源電圧のある半周期で判定した場合、図２（ｇ），（ｈ）および（ｉ）に示すように、その判定結果を示す信号を次周期において出力する。
なお、しきい値の数は２つに限定されず、１つまたは３以上であっても良い。また、しきい値の大きさも任意に設定することができる。
【００２３】
表示部２５は、比較部２４の出力信号に基づいて負荷状態を表示する。すなわち、例えば、モータＭが低負荷、中負荷および過負荷状態で運転されていることを、それぞれ異なる色彩の発光素子（例えば、ＬＥＤ）の点灯、あるいは音、文字等により外部に表示する。
【００２４】
表示部２５による「低負荷」という表示は、モータＭが前記定格トルクＴＯに対して十分に余裕のある状態で運転されていることを認識させる。そして、「低負荷」という表示の継続は、モータＭを低出力のものに代えることが可能であるという設計変更判断材料となる。
また、「中負荷」という表示は、モータＭが定格トルクＴＯに対してあまり余裕のない状態で運転されているということ、つまり、負荷をこれ以上に大きくしない等の注意が必要であるということを認識させる。
【００２５】
更に、「過負荷」という表示は、モータＭが定格トルクＴＯを越えて運転されているということ、つまり、このまま長時間運転を継続するとモータＭや該モータＭの周辺に設けられた機構要素等を損傷させる恐れがあるということを認識させる。そして、「過負荷」という表示の継続は、モータＭをより高出力のものに代えた方が望ましいという設計変更判断材料となる。
【００２６】
ところで、上記モータ制御装置で制御されたモータＭは、印加電圧の実行値に応じて損失が増えるという特性をもち、その損失の増加に伴ってその発熱量が増大する。これは、モータＭの印加電圧の実効値が判れば、その温度上昇（実際の温度ではなく、その運転状態が続いたときに到達する温度）の傾向が判ることを意味している。
そこで、上記印加電圧の実効値に対応する上記カウンタ２２のカウント値と上記到達温度との関係を実験あるいはシミュレーション等で予め得ておき、この関係とカウンタ２２のカウント値から得られる上記到達温度を表示部２５に表示させることも可能である。
【００２７】
また、モータＭが短時間定格仕様のモータである場合には、その温度上昇特性と時間定格との関係に基づいて、上記印加電圧の実効値に対応した該モータの連続運転可能時間が知られる。そこで、上記関係からカウンタ２２のカウント値に対応する連続運転可能時間を得て、これを表示部２５に表示させることも可能である。
【００２８】
第２の実施の形態
図３は、本発明に係るモータ制御装置の第２の実施形態を示している。
上記モータＭの負荷状態を表す上記印加電圧の実効値は、前記比較増幅部１１から出力される偏差信号電圧Ｓ１にも対応している。そこで、この実施の形態に係るモータ制御装置の負荷状態検出部２０´は、偏差信号電圧Ｓ１に基づいて負荷状態を検出するように構成されている。
【００２９】
すなわち、負荷状態検出部２０´は、図２に示すしきい値電圧Ｓａ，Ｓｂを第１、第２の負荷状態判定用のしきい値として設定するしきい値設定部２３´と、偏差信号電圧Ｓ１をしきい値電圧Ｓａ，Ｓｂと比較する比較部２４´とを備えている。なお、しきい値電圧Ｓａ，Ｓｂは、図２に示す零レベルラインを基準とする電圧である
しきい値電圧Ｓａは、モータＭが図４に示す定格トルクＴＯよりも低い任意のトルクＴＳを発生する時の偏差信号電圧Ｓ１の値に設定され、しきい値電圧Ｓｂは、モータＭが上記定格トルクＴＯを発生する時の偏差信号電圧Ｓ１の値に設定されている。なお、しきい値の数は２つに限定されず、１つまたは３以上であっても良い。
【００３０】
比較部２４´は、偏差信号電圧Ｓ１がＳ１≦Ｓａの状態を低負荷状態として、Ｓａ＜Ｓ１≦Ｓｂの状態を中負荷状態として、さらにＳ１＞Ｓｂの状態を過負荷状態としてそれぞれ判定し、その判定結果を示す信号を出力する。そして、表示部２５´は、比較部２４の出力信号に基づいて負荷状態を発光素子、音、文字等により外部に表示する。
【００３１】
上記においては、偏差信号電圧Ｓ１をしきい値電圧Ｓａ，Ｓｂと直接比較しているが、これに代えて、電源電圧の半周期における偏差信号電圧Ｓ１の平均値をしきい値電圧Ｓａ，Ｓｂと比較するようにしても良い。
また、この実施の形態においても、偏差信号電圧Ｓ１に基づいて、上記モータＭの到達温度や連続運転可能時間を予測して、これらを表示部２５´に表示させることが可能である。
【００３２】
上記第１、第２の実施の形態に係るモータ制御装置は、ＯＰアンプ等を用いたアナログ回路の他、ＣＰＵ等を用いたデジタル回路によっても構成することができる。
また、上記第１、第２の実施の形態における上記比較部２４，２４´の出力信号（負荷状態判定信号）は、モータＭを駆動源とする設備の運転状態の制御等に活用するため、プログラマブルコントローラ、コンピュータ等の上位制御装置に出力することができる。
そして、上述した本発明に係る負荷状態の判定技術は、ブラシレスモータをＰＷＭ制御する制御系における負荷状態の判定にも適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置よれば、スイッチング素子の導通時間に基づいてモータの負荷状態を判定するので、たとえ該モータが回転目標速度の近傍で回転されている場合でも、つまり、モータが調速されている場合でも、このモータの過負荷を確実に検出することが可能である。
また、本発明に係るモータ制御装置よれば、モータの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて該モータの負荷状態を判定するので、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】このモータ制御装置の作用を示す波形図である。
【図３】本発明に係るモータ制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】モータのトルク特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ　モータ
１０　速度制御部
１１　比較増幅部
１２　スイッチング素子
１３　ＡＣ電源
１４　速度検出部
１５　タコジェネレータ
１６　速度設定部
１７　比較部
１８　三角波発生部
１９　電源同期信号部
２０　負荷状態検出部
２１　パルス発生部
２２　カウンタ
２３，２３´　しきい値設定部
２４，２４´　比較部
２５，２５´　表示部
【図１】
2004023802.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004023802.tif 000006