(57)【要約】【課題】温度上昇を高精度に推定することができる回転電機の過熱保護方法を提供する。【解決手段】回転電機のトルクモニタと回転速度モニタの実効値を夫々演算するステップＳＴ１、ＳＴ２と、トルク実効値および回転速度の実効値の夫々の温度上昇寄与度分を演算するステップＳＴ３、ＳＴ４と、トルク実効値の温度寄与度分および回転速度実効値の温度寄与度分に基づいて回転電機の温度上昇θを推定するステップＳＴ５と、θと許容値θ０を比較するステップＳＴ６と、θがθ０を超えた場合に過熱を検出したと判定し、回転速度低減パラメータを演算するステップＳＴ７と、回転速度低減パラメータに最高回転速度を乗じて運転を継続するため最適な回転速度を演算するステップＳＴ８を備えた。これにより、精度の高い温度検出ができ、回転電機の熱的特性限界まで使用できるようになった。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のトルクと回転速度に応じて過熱状態を検出し、過熱保護をする回転電機の過熱保護方法において、
回転電機のトルクモニタの実効値および回転速度モニタの実効値を夫々演算するステップと、
前記トルク実効値および前記回転速度の実効値の温度上昇に寄与するパラメータを用いて夫々の温度上昇寄与度分を演算するステップと、
前記トルク実効値の温度寄与度分および前記回転速度実効値の温度寄与度分に基づいて回転電機の温度上昇θを推定するステップと、
前記温度上昇の推定値θと許容値θ０を比較するステップと、
前記温度上昇の推定値θが許容値θ０を超えた場合に過熱を検出したものとして判定し、回転速度低減パラメータを演算するステップと、
前記回転速度低減パラメータの演算値に最高回転速度を乗じて運転を継続するための最適な回転速度を演算するステップを備えたことを特徴とする回転電機の過熱保護方法。
【請求項２】
前記回転電機の温度上昇を推定する際には、以下の式を用いたことを特徴する請求項１記載の回転電機の過熱保護方法。
θ＝ｋ１・Ｔｅｍ＋ｋ２・Ｎｅｎ  
ここでθは推定温度上昇値（℃）、Ｔｅは実効トルクの正規化値、Ｎｅは実効回転速度の正規化値、ｋ１、ｋ２はパラメータ、ｍ、ｎは階乗数である。
【請求項３】
前記階乗数ｍ、ｎを、ｍ＝２、ｎ＝２としたことを特徴とする請求項２記載の回転電機の過熱保護方法。
【請求項４】
前記パラメータｋ１、ｋ２を求めるのに最小二乗法を用いたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の過熱保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の過熱保護方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の温度上昇値は発生トルクによる銅損と回転速度による鉄損・風損に起因する。しかしながら、従来の回転電機の過熱保護は、トルクモニタの瞬時値に基づき、ある一定時間の実効値を演算し該演算値があらかじめ決められた規定値を超えていれば過負荷と判断し、回転電機を停止させるのが一般的であった。従来の方法では、回転速度による損失の影響が考慮されておらず、正確な温度上昇が推定できない。回転速度が低い場合は過保護になり、回転速度が高い場合は、過熱保護だけでは過熱から保護ができない場合があった。例えば、特許文献１では温度上昇の一要因として回転速度を考慮した過熱保護が配慮されているが、回転速度による冷却効果を考慮したものであり、回転速度による損失を考慮したものではない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１７４０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、回転電機の発生ロスは発生トルクに依存する銅損、回転数に依存する鉄損などがあるが、特許文献１における過負荷検出は回転電機の電流だけの関数で温度上昇値を推定しており正確ではなく、過熱検出の精度が悪かった。
そこで、本発明は温度上昇を高精度に推定することができる回転電機の過熱保護方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明は回転電機のトルクと回転速度に応じて過熱状態を検出し、過熱を保護する回転電機の過熱保護方法において、回転電機のトルクモニタの実効値および回転速度モニタの実効値を夫々演算するステップと、前記トルクモニタの実効値および前記回転速度の実効値の温度上昇に寄与するパラメータを用いて夫々の温度上昇寄与度分を演算するステップと、前記トルク実効値の温度寄与度分および前記回転速度実効値の温度寄与度分に基づいて回転電機の温度上昇θを推定するステップと、前記温度上昇の推定値θと許容値θ０を比較するステップと、前記温度上昇の推定値θが許容値θ０を超えた場合に過熱を検出したものとして判定し、回転速度低減パラメータを演算するステップと、前記回転速度低減パラメータの演算値に最高回転速度を乗じて運転を継続するための最適な回転速度を演算するステップを備えることにより、高精度な過熱保護と過熱時の継続運転を可能としたものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の回転電機の過熱保護方法において（３）式を用いて温度上昇を推定したものである。
また、請求項３に係る発明は請求項２記載の（３）式の階乗数ｍ、ｎをｍ＝２、ｎ＝２としたものである。
また、請求項４に係る発明は請求項２記載の（３）式のｋ１、ｋ２を求めるのに最小二乗法を用いたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図１に基づいて詳細説明する。
図１は、本発明の実施例を示す回転電機の過熱保護方法に関するフローチャートである。まず、ステップＳＴ１にて回転電機のトルクモニタ値に基づく実効値を演算する。続いて、ステップＳＴ２にて回転電機の回転速度モニタ値に基づく実効値を演算する。トルクモニタの実効値は（１）式のように演算する。
Ｔｅ＝（Σ（Ｔｉ２・ｔｉ）／Σｔｉ）１／２          ・・・・・・・（１）
但し、Ｔｉは演算周期ことに取り込まれるトルクモニタ値（ｐｕ）、ｔｉは演算周期（ｓｅｃ）である。
また、回転速度実効値は（２）式のように演算する。
Ｎｅ＝（Σ（Ｎｉ２・ｔｉ）／Σｔｉ）１／２          ・・・・・（２）
ただし、Ｎｉは演算周期ごとに取り込まれる回転速度モニタ値（ｐｕ）である。寄与度を示すパラメータの求め方を以下に示す。
次にステップＳＴ３にて、トルクモニタ実効値の温度寄与度分を演算するとともに、ステップＳＴ４にて回転速度モニタ実効値の温度寄与度分を演算する。但し、ｋ１はトルクモニタ実効値の温度上昇パラメータ、ｋ２は回転速度実効値の温度上昇寄与度パラメータ、ｍ、ｎは階乗値で１〜２の値を示す。
次にステップＳＴ５にて回転電機の温度上昇モデル式（３）式を用いて温度上昇値を推定する。
θ＝ｋ１・Ｔｅｍ＋ｋ２・Ｎｅｎ                            ・・・・・・・・（３）
次にステップＳＴ６にて、（３）式で演算したθと規定値θ０の比較を行い過熱の判定をする。θ＞θ０となり、過熱が判定された場合、ステップＳＴ７にて回転速度低減パラメータを演算、続いて、ステップＳＴ８にて最高回転速度初期設定値Ｎｍａｘをパラメータとして設定した回転速度低減パラメータｋＮを用いてＮｍａｘにｋＮを乗じることにより回転速度を下げるように変更し、回転電機の温度上昇を低減する。（ｋＮ＜１）
ここで、ステップＳＴ７の最小二乗法を使用したｋ１、ｋ２の決定法について説明する。
回転電機をマシンに取り付けた状態あるいは、熱的にそれと等価な状態にして、温度上昇試験を行う。温度上昇試験の条件は実際に使用される状況を想定して決定する。この温度上昇試験結果に基づき、次のようにｋ１、ｋ２を決定した例を示す。
トルク実効値Ｔｅ、回転速度実効値Ｎｅの各条件にて実測された回転電機の巻線部温度上昇θの結果が次の（４）のデータとして得られたとする。
（Ｔｅ、Ｎｅ、θ）＝（１，１，７８）、（１、０．５、５５）、（０．５、１、４９）、（１．２、０．７、７６）、（１、０、４２）        ・・・・・・（４）
ここで、Ｔｅ：トルク実効値（ｐｕ）、Ｎｅ：回転速度実効値（ｐｕ）、θ：巻線温度上昇値（Ｋ）を示している。
モデル式の（３）式において、上記の（４）のデータを用いて、最小二乗法により最適なｋ１、ｋ２を求めるとｋ１＝４１．７、ｋ２＝３７．３となり、（５）式が求められる。
【０００７】
次に、回転速度低減パラメータについて説明する。
前述の考え方により過熱を検出した場合には、温度上昇許容値θ０および（５）式からｋＮを求める。
θ＝４１．７・Ｔｅ２ ＋３７．３・Ｎｅ２                ・・・・・（５）
【０００８】
次に、回転速度低域パラメータｋＮについて説明する。前述の考え方により過熱を検出した場合には、温度上昇許容値θ０および（６）式からｋＮを求める。
θ＝４１．７・Ｔｅ２＋３７．３・ｋＮ・Ｎｅ２              ・・・・・（６）
ｋＮ＝（θ０−４１．７・Ｔｅ２）／３７．３／Ｎｅ２          ・・・・・（７）
ここで、Ｔｅ：過熱検出時のトルクモニタ実効値（ｐｕ）、Ｎｅ：過熱検出時の回転速度モニタ実効値（ｐｕ）
過熱検出後は（７）式で決定されたｋＮを使用して、Ｎｍａｘ→ｋＮ・Ｎｍａｘとして運転を継続し、（５）式により過熱検出を継続する。そして、過熱検出をしなくなった時点で、ｋＮはｋＮ＝１としてＮｍａｘを初期値とする。
なお、判定の基準となる温度の部位は巻線部、軸受け部、検出器などであり、回転電機各部の温度上昇のうち最も厳しい部位の温度上昇値で判定する。
【０００９】
図２は回転電機の過熱保護方法をドライブ装置に組み込んだときの制御ブロック図である。図２の過熱保護ブロックで前述の一連の処理を行い、指令制限ブロックにて速度指令値に制限をかけ内部速度指令とする。
【００１０】
図３は指令制限ブロックの詳細図であり、点線は初期値の制限値を表し、実線はＮｍａｘにｋＮを乗じた状態を表している。
【００１１】
したがって、本発明の実施例は、回転電機のトルクと回転速度に応じて過熱状態を検出し、過熱保護をする回転電機の過熱保護方法において、回転電機のトルクモニタの実効値および回転速度モニタの実効値を夫々演算するステップＳＴ１、ＳＴ２と、前記トルク実効値および前記回転速度の実効値の温度上昇に寄与するパラメータを用いて夫々の温度上昇寄与度分を演算するステップＳＴ３、ＳＴ４と、前記トルク実効値の温度寄与度分および前記回転速度実効値の温度寄与度分に基づいて回転電機の温度上昇θを推定するステップＳＴ５と、前記温度上昇の推定値θと許容値θ０を比較するステップＳＴ６と、前記温度上昇の推定値θが許容値θ０を超えた場合に過熱を検出したものとして判定し、回転速度低減パラメータを演算するステップＳＴ７と、前記回転速度低減パラメータの演算値に最高回転速度を乗じて運転を継続するための最適な回転速度を演算するステップＳＴ８を備えたので、従来に比較して精度の高い温度検出ができ、回転電機の熱的特性限界まで使用できる。また、過熱判定でも回転速度を下げることにより継続して運転することができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、回転電機のトルクと回転速度に応じて過熱状態を検出し、過熱保護をする回転電機の過熱保護方法において、回転電機のトルクモニタの実効値および回転速度モニタの実効値を夫々演算するステップと、前記トルク実効値および前記回転速度の実効値の温度上昇に寄与するパラメータを用いて夫々の温度上昇寄与度分を演算するステップと、前記トルク実効値の温度寄与度分および前記回転速度実効値の温度寄与度分に基づいて回転電機の温度上昇θを推定するステップと、前記温度上昇の推定値θと許容値θ０を比較するステップと、前記温度上昇の推定値θが許容値θ０を超えた場合に過熱を検出したものとして判定し、回転速度低減パラメータを演算するステップと、前記回転速度低減パラメータの演算値に最高回転速度を乗じて運転を継続するための最適な回転速度を演算するステップを備えたため，従来に比較して精度の高い温度検出ができ、回転電機の熱的特性限界まで使用できる。また、過熱判定でも回転速度を下げることにより継続して運転することができる。特にロボットやヒューマノイド型アクチュエータなどに使用される用途のように、過熱判定で運転を停止させることなく、回転速度を下げながらも運転を継続する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法での処理手順を示すフローチャート
【図２】本発明をドライブ装置に組み込んだときの制御ブロック図
【図３】本発明をドライブ装置に組み込んだときの制御ブロック図の中で指令制限ブロックの詳細図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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