(57)【要約】回転電機筐体表面への塵埃付着等に起因する放熱性の管理をより簡便且つ確実に行う。回転電機筐体から検出した実温度の入力手段と、前記回転電機筐体表面からの放熱値を考慮して該回転電機筐体の推定温度を求める算出手段と、前記実温度に対する前記推定温度の偏差が等しくなるように前記放熱値を補正する手段と、前記放熱値の補正量又は補正割合が所定値を超えるときに、報知信号を出力する報知手段とを有する制御部を備える回転電機管理装置。
2018198185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機筐体から検出した実温度の入力手段と、
前記回転電機筐体表面からの放熱値を考慮して該回転電機筐体の推定温度を求める算出手段と、
前記実温度に対する前記推定温度の偏差が等しくなるように前記放熱値を補正する手段と、
前記放熱値の補正量又は補正割合が所定値を超えるときに、報知信号を出力する報知手段とを有する制御部を備える回転電機管理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
算定手段が、前記回転電機の所定時間の累積全損失に占める前記回転電機の質量に対応する等価比熱から放熱値を考慮して前記推定温度を求めるものである回転電機管理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機管理装置であって、
前記算出手段が、前記回転電機の入力電力と、出力電力との差分を前記全損失とするものである回転電機管理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記外部報知手段が、
通信可能に接続された表示装置に、回転電機筐体表面の放熱性が低下している旨を表示させる信号を前記報知信号として出力するものである回転電機感知装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機管理装置であって、
前記放熱性が低下している旨の表示は、前記回転電機筐体表面の汚れの程度及び前記回転電機筐体表面の清掃警告の少なくとも一方を含むものである回転電機管理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記外部報知手段が、
通信可能に接続された表示装置に、前記放熱値の補正量又は補正割合の時間的遷移を表示させる信号を更に出力するものである回転電機管理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記算出手段が、前記回転電機を冷却するファン装置による冷却を更に考慮して前記放熱値を算出するものである回転電機管理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機管理装置であって、
前記算出手段が、前記回転電機を冷却するファン装置の運転・停止に応じて、該ファン装置による冷却を更に考慮して前記放熱値を算出するものである回転電機管理装置。
【請求項９】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記制御部が、前記回転電機に供給する電力周波数の変更機能を更に有するものである回転電機管理装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記制御部が、前記回転電機に供給する電圧を変更する機能を更に有するものである回転電機管理装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の回転電機管理装置であって、
前記回転電機が、電動機又は発電機である回転電機管理装置。
【請求項１２】
制御装置による回転電機の管理方法であって、
前記制御装置が、
温度検出装置から検出された前記回転電機の筐体温度と、演算によって得た前記回転電機の筐体推定温度との偏差を算出し、
該偏差が同等になる前記回転電機筐体の放熱値を算出し、
初期値としての放熱値と、前記算出によって得た放熱値の比が所定以上のときに、外部に報知信号を出力する回転電機の管理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機の管理方法であって、
前記制御装置が、
前記回転電機の入力電力及び出力電力の差である全損失を時間積算して、全モータの全熱量を求め、該全熱量を前記回転電機の質量と等価比熱の積で除算することで前記回転電機の筐体推定温度もとめる回転電機の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機管理装置及び回転電機の管理方法に係、回転電機に付着する汚れ等といった放熱性の阻害要因に対して管理を行う回転電機管理装置及び回転電機の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般産業界では各種生産工場などでファンポンプの空調機器、搬送機械など、動力源としての速度制御用途において、インバータ駆動による汎用インダクションモータ（誘導型モータ）や、永久磁石式ブラシレスＤＣモータが使われている。また、半導体、電子部品製造組立機械、鍛造機械などで、速度、トルク、位置制御用途において、優れたサーボ性能を生かした急加減速や、位置決め制御などで永久磁石式ＡＣサーボモータや、ベクトル制御インバータ駆動専用の誘導型モータが使用されている。【０００３】
モータの用途の一例として、鍛造機械分野では自動車のボディなどを板材から型抜き、絞り加工をプレス機で行うが、駆動モータには低速高トルク特性の優れたＡＣサーボモータが使用されている。ＡＣサーボモータを使用したプレス機の一例においては、スライドの急加速、減速や上下運動を繰り返すことが可能で、型絞りではスライドの高速動作から材料の直前で加工速度を急低速に減速して絞り加工することで、型の温度」上昇による焼付き防止や、成形品内加工外径の寸法精度向上や、加圧中にスライドを一時停止し、油圧装置を作動することが可能とするなど、従来プレス機では難しい成形も容易にできるようになった。【０００４】
ＡＣサーボモータはこれら要求性能に対応するため、誘導型モータでは回転子形状を細長くし、低慣性化し、速度、位置センサ付ベクトル制御モータで専用対応してきた。また、永久磁石式モータでは、回転子に高性能永久磁石のレアアース（例えば、ネオジム（Ｎｄ））が使用され、また運転中モータが高温となる環境に置かれる。このため永久磁石の耐熱性を更に高めるために、添加剤としてジスプロシウム（Ｄｙ）が一部に使われ、低慣性化による高応答に対応している。そしてサーボプレス機用ＡＣサーボモータの最大効率を、最も頻繁に使用される低速高トルク領域になるよう専用設計されていた。【０００５】
また、サーボプレス機では、回転速度の高速化の要求があり、無負荷運転で高速領域において回転エネルギを蓄え、次の動作でこのエネルギを利用して鋼材の穴抜き加工をするなども要求されるようになった。プレス機における負荷は一定の連続負荷が印加される訳でなく、可変速を伴う加速、減速、押し当て保持又はサーボロックを頻繁に繰り返す反復負荷使用や、この動作を連続して繰り返す反復負荷連続使用である。【０００６】
上記の汎用インダクションモータ（誘導型モータ）、永久磁石式ブラシレスＤＣモータ、永久磁石式ＡＣサーボモータやベクトル制御インバータ駆動誘導型モータは、プレス機械、射出成型機等の機械に組み込まれて一般工場で運転される。一般工場において設置される環境は、空調されたクリーンルーム内等は稀で、多くは工場の入り口の扉を開けると、外気が工場内に入り込む建屋である。このため、空気清浄度は管理されておらず、室内気圧を外気圧より大きくした陽圧としていないため、交流モータが設置される周辺の空気中には、外気から流入した浮遊する塵埃を多く含んでいる。【０００７】
一方、交流モータを駆動する駆動装置（インバータ、ブラシレスＤＣコントローラ、ＡＣサーボアンプやべクトル制御インバータ）には、モータの過負荷保護機能が内蔵された技術が知られている。【０００８】
一例として、特許文献１は、モータ内端面と、ステータ巻線との間に温度検出手段を配置して、ステータ巻線の近傍温度が所定値以上の温度となることを検出したときに、モータへの通電を停止することを開示する。【０００９】
特許文献２は、サーボアンプ又はモータの内部温度と環境温度を検出し、これらの温度差を演算により求める技術又発熱部による発熱量からサーボアンプ又はモータの温度上昇の理論値を演算して冷却手段の冷却能力を診断する技術を開示する。特許文献２は更に、冷却ファンの清掃時期や交換時期を表示する技術も開示する。【００１０】
特許文献３は、モータの入力電力からモータの出力電力を減じ、更にこの値から放熱損失を差し引いて、モータ巻線温度を推定してモータの過負荷保護を行う技術を開示する。【００１１】
塵埃とは空気中に浮遊している粒状物質であり、一般は粉塵と呼ぶこともある。塵埃は土砂、岩石、金属、植物、おが屑、わら屑等の固形物が破砕されてできる微小粒子である。また、綿埃は衣類、タオルや布団、カーテン、カーペット類を生産する工場では空気中に浮遊している場合もある。金属加工現場では工作機械による加工ラインから、金属材料の切削、研削や精密加工が行われ、金属粉、切り屑が排出し、オイルミストや油煙が飛散する。原材料を切断、研磨等加工した製品を生産する工場や衣料関係の工場には、これらを含む塵埃や綿埃、金属粉、切り屑の排出やオイルミスト、油煙が浮遊している場合がある。これらの工場の生産ラインには直接材料を加工して製品となるもの、または、最終製品とはならないが間接的に必要となる材料の加工を行う目的で、交流モータが各種機械の中のラインに組み込まれた電気設備が設置されている。【００１２】
これらの機械には小〜大容量のモータが数多く組み込まれているものもあり、空気中に浮遊している塵埃や綿埃、金属粉、切り屑の固形物や、オイルミスト、油煙の飛沫がモータ筐体に長時間掛けて付着し堆積する。【００１３】
通常、工場は始業時刻を過ぎると室内には従業員が揃い、ライン設備が稼働するのでモータの温度は上昇し、室外から持ち込まれた塵埃や、ラインで発生した塵埃が室内で漂い、または排出され、室内の気温も上昇する。夕方、退勤時刻以後は従業員は少なくなり、設備も停止するので塵埃はモータ筐体上に静かにゆっくりと積る。また、モータの温度も下がり室温は徐々に下がる。室温が下がると、室内の空気中に存在し得なくなった水蒸気は、モータに堆積した塵埃の上で結露する。一日毎、これらに堆積した塵埃の上に結露し、運転開始により結露した水蒸気は蒸発し、また塵埃堆積へとそのサイクルは続く。また、雨季には常時湿度が高くなるので、より多くの量が結露する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１７４２７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１５１２号公報
【特許文献３】特開平１１−０８９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
工場の設備は日常又は一定期間毎に定期的な点検が行われるが、工場内の設置場所や、機械の中の取付場所によっては点検が困難な場合もある。また、設備ごと海外に売却移転される場合には、保守契約まで行われず売却先に一任されることもある。移転先で機械が設置される環境が空調されたクリーンルーム以外の場合、日本の気候と移転先の気候が大きく異なる場合は、日本で作成された定期点検内容では満足できない場合がある。適切な点検が行われなかった場合、モータ筐体表面への塵埃付着は筐体表面上にこびりつくこともある。この状態になるとモータの放熱効率は著しく低下し、定格負荷以下の状態でもモータが焼損する恐れがある。【００１６】
上記の特許文献１ではモータ筐体表面への塵埃の付着検出は行われていない。このため、塵埃異常検出や警報出力ができず、清掃などの時期はインバータから報知できない。しかし、ステータ巻線温度を直接検出しているため、モータの焼損保護は可能である。この文献１は温度検出センサと速度検出処理回路部をプリント配線板に実装し、このプリント配線板をモータ内端面とステータ巻線との間に配置することが記載されている。プリント配線板上の温度センサや電子部品は、ステータ巻線が常温からステータ巻線の耐熱クラスによる最高許容温度まで変化するので、モータの運転、停止と共に冷熱繰り返しの熱膨張より、プリント配線板の半田接続部の寿命に関する信頼性や、プリント配線板自身および、電子部品の信頼性に課題がある。また、ステータ巻線にはインバータからＰＷＭ出力波形のスイッチングノイズが重畳している電流が流れ、プリント配線板はノイズ対策が必須となる。ノイズの影響を低減するためプリント配線板を鉄板で覆い遮蔽すると、ステータ巻線の温度が鉄板を通してモータ筐体へ逃げるため、温度センサには熱は正確に伝わらず温度誤差が生じる。このため温度センサには巻線の温度を忠実に伝え、しかも電子部品には外部ノイズを遮蔽しながら断熱効果が求められるという、一つのプリント配線板に相反する条件が求められ、これらを克服しなければならない課題がある。【００１７】
特許文献２は、モータの内部温度と環境温度を検出しその温度差を演算し、モータの発熱量は図５に示されるモータ駆動電流ｉ対発熱量Ｑの特性から、モータ駆動電流を検出して発熱量が算出されることが示されている。しかし、モータの発熱量は電流だけでは決まらないため、電流以外の要因の発熱には対応が困難である。モータの損失については非特許文献１を開示する。頁４４にはモータの発生損失は機械損、鉄損、銅損、漂遊負荷損の４種類が示されている。また、図３にはモータの損失と負荷率の関係が示されており、モータの損失では鉄損と銅損が支配的であることが記述されている。図３では機械損と鉄損は負荷率の増加に対して一定であり、負荷率の変動に影響されない。また、銅損と漂遊負荷損は負荷率の増加と共に増加し、銅損はモータの巻線抵抗による一次銅損と二次銅損があることが記載されている。なお、モータの負荷率がモータの電流に比例する永久磁石式のＡＣサーボモータ、ブラシレスＤＣモータにおいても、モータの温度上昇はモータの損失に関係するが、鉄損と機械損はモータの電流に関係しない。なお、モータ筐体表面への塵埃の付着については、付着した塵埃がモータ表面からの放熱を妨げるため、軽負荷であっても蓄積熱量は上昇しモータ温度は上昇する。しかし、モータ電流は負荷率が増加していないので発生損失が増加する訳ではないので図５に開示されたモータ駆動電流ｉ対発熱量Ｑには、モータ筐体表面に塵埃の付着がない場合の特性であることが考えられ、塵埃付着は考慮されていないという課題がある。【００１８】
特許文献３はモータの入力電力からモータの出力電力を引き算し、更にこの値から放熱損失を差し引き、モータ巻線温度を推定してモータの過負荷保護を行うことが開示されている。通常、モータの温度上昇はモータに損失があるので発熱するが、発熱がなければその分の放熱もない。文献３はモータの発熱量の算出に全損失でなく、全損失から放熱量を差し引いた損失で演算することが示されている。この結果、モータ損失は全損失による演算ではないので推定された温度は正確とは言えない。また、モータ筐体表面への塵埃の付着は考慮されていない。このため、モータ温度推定演算には上述の内容が考慮されていないため、モータ焼損の恐れが残るという課題がある。
回転電機筐体表面への塵埃付着等に起因する放熱性の管理をより簡便且つ確実に行う技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、例えば、請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち回転電機筐体から検出した実温度の入力手段と、前記回転電機筐体表面からの放熱値を考慮して該回転電機筐体の推定温度を求める算出手段と、前記実温度に対する前記推定温度の偏差が等しくなるように前記放熱値を補正する手段と、前記放熱値の補正量又は補正割合が所定値を超えるときに、報知信号を出力する報知手段とを有する制御部を備える回転電機管理装置である。【００２０】
更には、制御装置による回転電機の管理方法であって、前記制御装置が、温度検出装置から検出された前記回転電機の筐体温度と、演算によって得た前記回転電機の筐体推定温度との偏差を算出し、該偏差が同等になる前記回転電機筐体の放熱値を算出し、初期値としての放熱値と、前記算出によって得た放熱値の比が所定以上のときに、外部に報知信号を出力する回転電機の管理方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転電機筐体に塵芥付着等に起因する放熱性の悪化を簡便且つ確実に管理することができる。
本発明の更なる課題、構成及び効果は、以下の記載からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用した一実施形態によるモータ電力変換装置の力行時におけるモータの損失を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態によるモータ電力変換装置の回生時におけるモータの損失を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態による直流電源を利用する場合のモータ電力変換装置の回生時のモータの損失を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態で反復負荷を使用する場合を、プレス機用モータの回転速度およびトルクから説明する図である。
【図５】本実施形態によるモータの各部位に発生する損失の種類を説明する図である。
【図６】実施例１によるモータ温度診断装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】図６の構成で、入力電力検出部分を他の構成とした例を模式的に示すブロック図である。
【図８】実施例１によるモータ筐体への塵埃付着特性の一例と塵埃過大警告及び過負荷検出出力信号の遷移を模式的に示す図である。
【図９】実施例１によるモータ温度診断装置からモニタパネルに塵埃量過大警告の一例を模式的に示す図である。
【図１０】実施例１によるオートチューニング時のモータ有効表面積の追従性を模式的に示す図である。
【図１１】実施例１による電源オン/オフ時、メモリに塵埃量データのリード/ライトをハード回路で模式的に説明する図である。
【図１２】実施例１による上記図１１を電源オン/オフのタイムチャートを示す。
【図１３】実施例１によるモータ有効表面積を初期値リセットした時の追従性を模式的に示す図である。
【図１４】実施例２によるモータ温度診断装置で、別方式の過負荷保護回路と組み合わせた構成を模式的に示すブロック図である。
【図１５】実施例３によるモータ温度診断装置で、回転電機に強制空冷ファン付モータを組み合わせた構成を模式的に示すブロック図である。
【図１６】実施例３による、モータ温度診断装置で、モータ筐体の放熱特性を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明を実施する為の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
先ず、本実施形態に関係するモータの温度の関係式について説明する。誘導型モータや永久磁石式モータに関わらず、交流モータは、電気エネルギを仕事のエネルギに変える働きをする。しかしながら、交流モータに入力される入力電力Ｐinは、そのすべてが仕事のエネルギとして役立つ訳でなく、一部はモータの内部で損失として消費され、熱や更に一部は音となる。仕事に役に立つ電力は出力電力Ｐoutで、モータに連結された負荷にトルクＴｆと、回転速度Ｎｆとを与える。入力及び出力はＷ（ワット）の単位で表される。
【００２５】
入力Ｐin（Ｗ）、出力Ｐout（Ｗ）とすると、モータ効率η及び損失Ｐloss（Ｗ）の関係式は（数１）、（数２）で表わすことができる。
【００２６】
【数１】
2018198185.tif 000003
【００２７】
【数２】
2018198185.tif 000004
【００２８】
本実施形態では、モータの熱量の基となる物理量を、モータ電流ではなくモータの全損失量Ｐlossとして捉える点である。個々の損失を積み上げて全損失量を算出することは工夫が必要であるが、損失の内訳がわからなくても全損失は得ることができる。即ち（数２）に示す様に、モータの全損失量Ｐlossを、モータの入力電力Ｐinから出力電力Ｐoutを差し引いて得る。
【００２９】
モータ損失において、鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分類され、モータ電流が増加してもその損失は変わらないことを先に述べた。ヒステリシス損と渦電流損については、従来からスタインメッツの実験式が知られており、ヒステリシス損Ｐｈは、下記（数３）の関係となり、渦電流損Ｐecは、下記（数４）の関係となる。
【００３０】
【数３】
2018198185.tif 000005
【００３１】
【数４】
2018198185.tif 000006
【００３２】
ヒステリシス損は周波数（モータ回転速度）に比例し、渦電流損は周波数（モータ回転速度）の二乗に比例するので、特に高速で大きくなる。更に、モータがＰＷＭ（Pulse  Width  Moduiation）波形で駆動されるモータ電力変換装置では、キャリア周波数が数ｋ〜数十ｋＨｚの高周波成分を含むリップル電流で与えられる。この高周波リップルが含まれる電流は、モータの鉄芯や永久磁石内にリップルを伴う磁束となり、ヒステリシス損や渦電流損である鉄損を生む。鉄損は固定子や回転子の鉄心又永久磁石式モータでは回転子の永久磁石の材質、板厚、断面穴形状により磁気回路が形成されるため磁界解析シミュレーションで求められる。
【００３３】
モータ出力電力Ｐoutは（数５）により求めることができる。ここで、モータの回転速度Ｎｆ及びトルクＴｆは、モータを駆動するＡＣサーボアンプやＤＣＢＬコントローラ、インバータ、ベクトル制御インバータ等（以下、これらを「モータ電力変換装置」と呼ぶ場合がある。）が制御している量であり、モータ電力変換装置内で容易に演算することができる。なお、インバータではセンサレスベクトル制御により、モータにエンコーダ等の速度センサがなくても、モータの回転速度を推定して負荷変動率を小さく抑えた高精度の速度制御を行う技術も知られている。このセンサレスベクトル制御インバータの内部処理をしているモータの推定回転速度Ｎｆを使用して、モータ出力電力Ｐoutを算出することもできる。
【００３４】
【数５】
2018198185.tif 000007
【００３５】
次に、モータ入力電力Ｐinは（数６）で表される。モータ入力電力Ｐinは、上記同様、これらモータ電力変換装置の出力であり、自らが制御している量であり容易に演算することができる。
【００３６】
【数６】
2018198185.tif 000008
【００３７】
また、別の方法としてモータに印加されるそれぞれの相電圧と相電流との瞬時値積を演算し、モータのＵ、Ｖ、Ｗ相の各相電力の和を（数７）で求めることもできる。
【００３８】
【数７】
2018198185.tif 000009
【００３９】
ここで、それぞれの瞬時値相電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗとし、相電圧実効値をＶrms、電源の角周波数をω、時間をｔで表すと、より詳細には、（数７）に以下の（数８−１）〜（数８−３）及び（数９−１）〜（数９−３）を代入して計算し、（数１０）でモータの入力電力Ｐinを求めることができる。
【００４０】
【数８−１】
2018198185.tif 000010
【００４１】
【数８−２】
2018198185.tif 000011
【００４２】
【数８−３】
2018198185.tif 000012
【００４３】
また、それぞれの瞬時値相電流をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗとし、相電流実効値をＩｒｍｓ、位相角をφで表すと
【００４４】
【数９−１】
2018198185.tif 000013
【００４５】
【数９−２】
2018198185.tif 000014
【００４６】
【数９−３】
2018198185.tif 000015
【００４７】
【数１０】
2018198185.tif 000016
【００４８】
上記（数２）で求められるモータの全損失Plossは、従来のモータ電流に変わる量として（モータ入力電力）−（モータ出力電力）としてＰin−Ｐoutで演算する。モータの全熱量をＱ１（Ｊ）とすると、全損失Plossを時間積分し（数１１）として表わすことができる。
【００４９】
【数１１】
2018198185.tif 000017
【００５０】
なお、通常モータは各種部品で構成され、それぞれの材質も異なる。従って、モータ電気部と筐体の比熱ｃ１の測定は、冷却ファンは回さずモータの温度の測定場所を定め、周囲に対して断熱状態を維持しながら、モータ固定子巻線に一定の損失Ploss（熱量）を与え、モータ筐体の温度上昇ΔＴｃ１を計測して（数１２）で求める。モータの比熱を等価比熱としたのは、モータが各種材料で構成されているため、測定場所を変えると温度上昇値が変わるので、測定場所を特定し、その場所での比熱という意味で等価比熱として表現している。
【００５１】
【数１２】
2018198185.tif 000018
【００５２】
モータの等価比熱ｃ１が（数１２）で求められると、モータの巻線（コア等を含む）内部から発生する全熱量Ｑ１は、（数１１）でモータ筐体に蓄積され、モータ筐体（蓄熱部）の温度上昇Ｔｃ１は（数１３）で求められる。
【００５３】
【数１３】
2018198185.tif 000019
【００５４】
モータの固定子巻線の温度上昇Ｔｃ２（Ｋ）は、固定子の熱量をＱ２（Ｊ）、固定子の質量ｍ２（ｋｇ）、固定子巻線の等価比熱ｃ２（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると（数１４）のようになる。
【００５５】
【数１４】
2018198185.tif 000020
【００５６】
ついで、誘導型モータの回転子かご形導体の温度上昇Ｔｃ３（Ｋ）は、回転子の熱量をＱ３（Ｊ）、回転子の質量ｍ３（ｋｇ）、回転子のかご形導体の等価比熱ｃ３（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると（数１５）のようになる。
【００５７】
また、永久磁石式モータの回転子の永久磁石の温度上昇をＴｃ３（Ｋ）と同じ記号として表し、回転子の熱量をＱ３（Ｊ）、回転子の質量ｍ３（ｋｇ）、回転子の永久磁石の等価比熱ｃ３（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると、温度上昇値は（数１５）として同じ数式として表される。
【００５８】
【数１５】
2018198185.tif 000021
【００５９】
同様に、モータの軸受の温度上昇Ｔｃ４（Ｋ）は、軸受他の熱量をＱ４（Ｊ）、軸受他の質量ｍ４（ｋｇ）、軸受の等価比熱ｃ４（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると（数１６）のようになる。
【００６０】
【数１６】
2018198185.tif 000022
【００６１】
ここで、モータの損失のほとんどは、熱としてモータの各部位に拡散（伝播）する。例えば、据付冶具など金属の固体を通して伝導するし、モータ表面の冷却フィンから自然又は強制対流して大気中に放射もする。或いは一部が音として周囲に発散もされる。いずれの場合も熱伝達は（数１７）で表現される。
【００６２】
【数１７】
2018198185.tif 000023
【００６３】
なお、冷却フィン等で温度上昇値を算出する数式としては、熱抵抗Ｒｔｈ（℃／Ｗ）がある。この熱抵抗は定常状態での損失値（Ｗ）を与えて、温度が飽和した状態の温度上昇値は何度（Ｋ）になるということが算出できるが、モータに印加される負荷がリアルタイムで変化する場合、瞬時に変化する損失値（Ｗ）を熱抵抗に乗じても過度的な温度は得られない虞がある。
【００６４】
そこで、本実施形態では、モータを熱的な伝達関数で表現し、モータ筐体の温度上昇値は（数１３）により算出し、このモータ筐体の温度上昇値は周囲温度との差をとり、モータ筐体の温度差よりモータから放熱する単位時間当たりの放熱量を（数１７）で演算する。これらより、モータから発生する全損失Plossと、モータから放熱する単位時間当たりの放熱量Ｑｆとの差から、モータが保有している全損失現在値を算出し、この全損失現在値からモータ固定子巻線の温度上昇値を（数１４）より算出し、モータ回転子の温度上昇値は（数１５）より算出し又モータの固定子で回転子を支える軸受部の温度上昇値は（数１６）で算出し、各部の温度上昇値は過負荷と判定する閾値と比較して、いずれかの部位が先に過負荷を検出したとき、それをモータの過負荷として出力する。
以上が、本実施形態に関係するモータの温度の関係式である。以下、各実施形態例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６５】
図１に、モータ電力変換装置の力行時におけるモータの損失を模式的に示す。１はモータで、交流電源２から供給された電源を電源回生機能付順変換器４の全波整流用コンバータ５で整流し、平滑コンデンサ８で平滑して、直流電源に変換する。
【００６６】
次に、この直流電源から逆変換器９により再び交流に変換し、モータ１に電力を供給する。なお、逆変換器９は、スイッチング素子１０およびフライホイルダイオード１１が逆並列接続し、さらに、上（Ｐ側）下（Ｎ側）に直列接続された1アームが、ｎアーム即ちｎ相分構成される。図２では、３アームの３相分を示す。スイッチング素子１０はパワー回路のスイッチングによるＰＷＭ（Pulse Width Moduiation）制御を行う。そして、モータ１は回転速度Ｎｆ、トルクＴｆをモータ出力軸に動力として負荷に与え、機械を駆動する。
【００６７】
ここで、図中に示すモータ１の矢印の幅は、電力の大きさの程度を模式的に示す。力行状態ではモータ１が入力電力Ｐｉｎを得て、モータ出力Ｐｏｕｔを出力するので、その大小関係は、入力電力Ｐｉｎ＞出力電力Ｐｏｕｔとなり、小さくなった量は損失Ｐｌｏｓｓとなる。その損失Ｐｌｏｓｓのほとんどは、モータの発熱となる。なお、力行動作中は、電源回生機能付順変換器４の電源回生用コンバータ６は休止状態となる。
【００６８】
図２に、モータ電力変換装置の回生時におけるモータの損失を模式的に示す。図２は、例えば、モータが四象限運転を行うエレベータ用モータの場合等を示す。エレベータ用モータは垂直方向に昇降動作を行い、下降時は重力方向に乗り物ケージが落下するのを抑えながら、モータトルクは上昇方向に出力し、速度は下降方向にスムーズに動かすので、回生動作となる。回生動作は、重力により乗り物ケージが降下することでモータ出力軸が外部から回される。このため、モータは発電状態となり、発電（回生）されたエネルギがモータ１から逆変換器９を通り、平滑コンデンサ８に発電（回生）エネルギを充電する。電源回生機能付順変換器４は、電源回生用コンバータ６で、平滑コンデンサ８に蓄積された発電（回生）エネルギを回生用交流リアクトル７を通して交流電源２に回生する。
【００６９】
このときモータ入力電力Ｐｉｎと出力電力Ｐｏｕｔの関係をエネルギの流れで見ると、負荷（機械）側からモータを通って、逆変換器９、平滑コンデンサ８、電源回生機能付順変換器４の電源回生コンバータ６、回生用交流リアクトル７を経て、交流電源２に回生されるようになる。このとき、モータ１のＰｉｎとＰｏｕｔの矢印の方向は図２とは逆となり、矢印の幅（電力の大きさの程度）はモータ出力Ｐｏｕｔが最も大きく、入力電力Ｐｉｎが小となり、その大小関係は、（入力電力Ｐｉｎの絶対値）＜（出力電力Ｐｏｕｔの絶対値）となり、小さくなった量は損失Ｐｌｏｓｓとなる。その損失Ｐｌｏｓｓのほとんどは、モータの発熱となる。なお、回生動作中は、電源回生機能付順変換器４の全波整流用コンバータ５は休止状態となる。
【００７０】
図１、図２では入力電力Ｐｉｎ、出力電力Ｐｏｕｔを四象限動作で扱うため、図１の力行状態の場合を正の方向と規定するものとする。従って、回生状態である図２では入力電力Ｐｉｎ、出力電力Ｐｏｕｔは負の値となる。
【００７１】
ここで（数２）により、図２で示したモータ損失の方向が正の値になるかを検証する。図２は、入力電力Ｐｉｎ、出力電力Ｐｏｕｔは負の値で、（入力電力Ｐｉｎの絶対値）＜（出力電力Ｐｏｕｔの絶対値）であるから、絶対値はＰｏｕｔが大きい。Ｐｉｎを（−小）、Ｐｏｕｔを（−大）として表現すると、（数２）Ｐｌｏｓｓ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ＝（−小）−（−大）＝（−小＋大）＞０となり、Ｐｌｏｓｓは正の値になる。したがって、図２のＰｌｏｓｓの方向は、図１と同じ方向になることがわかる。
【００７２】
図３に、直流電源によるモータ電力変換装置の回生時におけるモータの損失を模式的に示す。上記図２、図３は、交流電源による供給のため、順変換器を通して直流電源を得て、再び逆変換器で交流に変換した。しかし、直流電源（例えば、バッテリ）による供給では電源回生機能付順変換器４が不要となる。
【００７３】
図３は、回生状態であるから、発電（回生）されたエネルギがモータ１から逆変換器９を通り、平滑コンデンサ８に発電（回生）エネルギを充電する。この為、モータ１と逆変換器９は図２と同じである。図２と異なる部分は、電源が直流であり、この直流が、平滑コンデンサ８に発電（回生）エネルギを充電すると同時に、直流電源３に直接回生し、充電する。入力電力Ｐｉｎ、出力電力Ｐｏｕｔの正負の極性および絶対値の大小については、図３と同じため説明は省略する。また、力行時のモータ損失の説明は、図１の電源回生機能付順変換器４が直流出力であるため、図１の逆変換器９の説明と同様となるので、ここでは省略する。
【００７４】
図４は、反復負荷を使用する例を、プレス機用モータの回転速度およびトルクから説明する図である。本例において、プレス機械は、モータの回転運動をクランク機構により往復運動に変える構造を有し、スライドを上下して下死点で薄板絞り加工を行うものとする。図４において、上側はモータ回転速度を示す。プレス機のスライドは、上死点から正転で運転し、型の焼付き防止のため下死点手前の薄板材料の直前で停止し、位置を保持した後に、再度下降して押し当て絞り加工を行う。十分な押し当て加工後、モータは同じ正転方向に運転し、スライドは上昇して上死点に戻り１／２サイクルが終了する。図４の下側はモータのトルクを示す。モータは、下降1で力行方向に加速し、一定速、減速停止時は回生トルクで運転し、押し当て絞りは力行運転となる。スライドが上死点に戻る時は、モータは正転方向のまま加速し、一定速は力行で運転し、減速時は回生運転で停止するようになっている。
【００７５】
この動作を繰り返す場合、モータは逆転方向でスライドを下降し、型の焼付き防止のため下死点手前の薄板材料の直前で停止し位置を保持した後、再度下降して押し当て絞り加工を行う。十分に押し当て加工後、モータは同じ逆転回転方向に運転し、スライドは上昇して上死点に戻り残りの１／２サイクルが終了する。モータは正転運転で１回まわり、逆転運転で１回戻り、スライドは２回絞り加工を行うことができる。
【００７６】
この動作を高速で行う場合、スライドを上死点と下死点の中間点から正転スタートし、下死点で絞り加工し、反対側の中間点に正転で運転後停止する。戻りは逆転でスタートし下死点で絞り加工し逆転で元の中間点に戻る。この運転は、円運動を行うフリーホイルにクランク軸の支点が固定され、その支点が時計の振り子のように動くため振り子運転と言われる。この支点の回転角度を１８０°より小とするとタクトタイムが小さくなり、モータの負荷率は上昇し、反復負荷連続使用としては過負荷の方向に向かうため、十分な過負荷保護が求められる。
【００７７】
図５に、モータの各部位に発生する損失の種類を示す。誘導型モータと永久磁石式モータの各部位について発生する損失は、固定損と負荷損に大別される。固定損は負荷の大小に関係しない鉄損、機械損があり、負荷損は負荷の大小によって増減する銅損、漂遊負荷損がある。図５に示す銅損は一次巻線、二次巻線で生じ、（電流二乗）×（巻線抵抗）で発生する。誘導型、永久磁石式モータの固定子巻線と、誘導型モータのかご形導体、またはバー導体で銅損は発生する。漂遊負荷損は負荷電流が流れることによって、導体や鉄心以外の金属部に渦電流が流れて生じる損失で、モータ筐体やカバー等で発生し、測定や計測が困難な部分である。鉄損はヒステリシス損と渦電流損があり、これらは周波数（モータ回転速度）の増大や最大磁束密度に関係し、固定子および回転子の鉄心や永久磁石式モータの永久磁石で発生し、（数３）（数４）で示される。またＰＷＭ波形で駆動されるインバータ、コントローラ、サーボアンプでは、モータに与えられる高周波のキャリア周波数に起因する鉄損が、鉄心、永久磁石で生じる。機械損は軸と軸受の間で発生する摩擦損や、回転子が周囲の空気と摩擦することによって生じる風損がある。他冷却ファンでモータを冷却する場合はファンの消費電力も機械損に加算する。これらの損失は図６に、誘導型モータと永久磁石式モータに区分し、その部位として、固定子は鉄心、巻線、その他に、回転子は鉄心、かご形導体（誘導型モータ）、永久磁石（永久磁石式モータ）、その他に、固定子／回転子以外は軸受、ファンに分類し、銅損（一次、二次）、漂遊負荷損、鉄損、機械損の４種類の損失について発生する部位に丸印で示している。
以上を踏まえ、以下に実施例を説明する。
【実施例１】
【００７８】
図６に、本発明を適用した実施例１にであるモータ温度診断装置７６の構成を模式的に示す。モータ温度診断装置７６は、モータ１ａおよびモータ電力変換装置７４と通信線を介して接続され、種々の信号の入出力を行うことでモータ１ａの実測温度と、演算によって得られる予測温度との変化を検出する。モータ温度診断装置７６は、この変化をモータ１ａの放熱状態の変化として検出する機能を有する。本実施例では、この変化をモータ１ａの筺体表面における塵芥等の付着度合いとみなして外部出力するものとする。【００７９】
モータ１ａは、例えば、自然空冷式全閉型の回転電機であり、誘導型モータや永久磁石型モータである。本実施例では３相モータを例示するが３相以外の多相モータであっても良い。反負荷側にはエンコーダ１４を備え、出力軸の位置及び速度信号、永久磁石式モータの場合では磁極位置信号をモータ電力変換装置７４に出力するようになっている。モータ１ａは、モータ電力変換装置７４と電気接続され、モータ電力変換装置７４のＰＷＭ回路２５から動力線Ｕ、Ｖ、Ｗを介して電力供給が行われる。ＰＷＭ回路２５の主回路構成は、上述した図１〜３に示す電源回生機能付順変換器４及び逆変換器９で構成される。なお、ＰＷＭ回路２５にはブロック構成の説明のため、供給電源は省略しているが、図１〜図３に記載されている交流主回路電源２又は直流電源３が接続される。【００８０】
モータ１ａは、筺体表面にモータ筺体温度検出器７１（例えば、温度センサ）を備え、モータ筺体温度検出器７１は、モータ温度診断装置７６に、モータ筐体温度を送信する。モータ筺体温度は、モータ温度診断装置７６の塵埃量検出回路７２で受信するようになっている。モータ温度診断装置７６は、モータ周囲温度検出器５２（例えば、温度センサ）を介して、モータ１ａの周囲温度Ｔａを受信するようになっている。周囲温度Ｔａは、モータ温度診断装置７６のモータ筐体ブロック７５に取り込まれるようになっている。【００８１】
なお、モータ電流はＰＷＭ回路２５の出力側に配置するＵ相電流検出器ＣＴｕ１２及びＷ相電流検出器ＣＴｗ１３で検出され、その信号は位置・速度・電流制御ロジック回路７０へ送られる。位置・速度・電流制御ロジック回路７０は、モータ１ａの位置・速度・電流制御をエンコーダ１４から検出された位置・速度と、永久磁石式モータの場合は磁極位置信号と、Ｕ相電流検出器ＣＴｕ１２及びＷ相電流検出器ＣＴｗ１３で検出された電流をフィードバック信号によりセンサ付ベクトル制御を行い、モータ１ａの出力軸に連結された負荷（例えば、ワークの位置決めや速度の増減）を、モータ電流を制御しながら実行するようになっている。【００８２】
次に、位置・速度・電流制御ロジック回路７０からモータ筐体ブロック７５に出力される全損失Ploss信号は、位置・速度・電流制御ロジック回路７０内部で（数２）の入力電力Pin−出力電力Poutを演算して与えられる。モータ出力電力Poutは（数５）により求めることができる。ここで、モータ１ａの回転速度ＮｆおよびトルクＴｆは、モータを駆動するモータ電力変換装置７４が制御している量であり、これらモータ電力変換装置７４内で演算することができる。また、モータ入力電力Pinは（数６）で表され、自らが制御している量であり、モータ電力変換装置７４で演算によって得ることができる。【００８３】
全損失Ploss信号が入力されるモータ筐体ブロック７５について説明する。モータ筐体ブロック７５は固定子、回転子、軸受部を含み、モータ筐体と電気部を含むモータ全体のブロックを示す。ここにモータの全損失Ploss（入力電力Pin−出力電力Pout）が与えられ、減算器２０を通りモータ蓄熱部４２−１の伝達関数：１／（ｍ１・ｃ１・ｓ）に入力され、モータの全熱量Ｑ１を、例えば（数１１）で示すように演算し、例えば（数１３）で示すようにモータ筐体推定温度上昇値Ｔｃ１（Ｋ）が算出される。この値にモータの周囲温度Ｔａ（℃）を加算して過負荷判定回路４３−１および減算器２０にモータの筐体推定温度Ｔｃ１（℃）が出力されるようになっている。【００８４】
このモータ筐体推定温度Ｔｃ１（℃）は、減算器２０で周囲温度Ｔａ（℃）との差をとり、モータ放熱部４０の伝達関数：α・（ｋｆ×Ａ）より（数１７）を演算し、単位時間当たりの放熱量Ｑｆ（Ｊ／ｓ）を出力する。ここでｋｆは強制冷却係数を示し、図１ではモータ１ａが自然空冷式全閉型モータとしているので、ｋｆ＝1で与えられる。モータ放熱部４０の出力は、減算器２０で全損失Plossから単位時間当たりの放熱熱量Ｑｆが減算され、負帰還フィードバックが構成される。ここで、Ploss−Ｑｆを全損失現在値Ｐｅと呼ぶ。全損失現在値Ｐｅは、モータ蓄熱部４２−１の伝達関数：１／（ｍ１・ｃ１・ｓ）に入力され、モータの全熱量Ｑ１を例えば（数１１）で示すように演算し、例えば（数１３）で示すようにモータ筐体温度上昇値Ｔｃ１（Ｋ）を算出し、以後これを繰り返し演算するようになっている。【００８５】
全損失現在値Ｐｅは、モータ筐体ブロック７５から過負荷検出部７３に分岐され、全損失Ｐｅに対するモータの特定部位の損失比（特定部位の損失／全損失Ｐｅ）を掛算し、その特定部位の温度上昇値を算出し、当該温度が過負荷となる閾値を越えた時、過負荷検出出力ＯＬ−２を出力し、それをモータの過負荷としてモータへの電力供給を停止したりすることができるようになっている。これによりモータを焼損等から保護することができる。【００８６】
過負荷検出部７３は、モータ電気部を含む筐体全体や、固定子側の固定子側巻線や、回転子側の永久磁石（永久磁石型モータの場合）または二次巻線（誘導型モータの場合）や又軸受等も含めた複数の部位の過負荷演算部を含む。各演算部は、それぞれ異なる材質や耐熱クラスに従った適切な温度マージンを確保した閾値と比較して、各部位の過負荷検出を行う。これらの部位毎の過負荷検出信号は論理和され、いずれか１つが先に過負荷検出信号を発したとき、これをモータの過負荷検出信号として過負荷検出出力ＯＬ−２を出力し、それをモータの過負荷としてモータへの電力供給を停止することでモータを焼損から保護することができるようになっている。どの部位が過負荷になっているかは、印加される負荷の条件、例えば一定負荷使用や最も厳しい反復負荷使用条件などによるため、常時、図５で説明した各部位で発生する損失の種類毎の演算で過負荷検出部７３の中で判断するようになっている。【００８７】
ところで、モータ筐体表面に塵埃等の付着があると、モータからの放熱効率が低下する。このような場合は、軽負荷であってもモータの温度上昇は大きくなり、モータが焼損する虞もある。モータに蓄熱される全熱量はモータ蓄熱部４２−１で蓄熱され、モータ放熱部４０から放熱される。その差である全損失現在値Ｐｅの積算値はその時点での全熱量であり、蓄熱部４２−１と放熱部４０のバランスで成立する。モータ放熱部４０の放熱量Ｑｆは、自然冷却の場合には、例えば（数１７）で示すように与えられ、熱伝達係数αとモータの表面積Ａの積で表され、塵埃等の付着の無い場合のモータ表面積Ａ０を初期値として、メーカ出荷時等にパラメータとしてメモリに保存される。本実施例は、塵芥等の付着によりモータ表面積が放熱面で実質的に変化することを考慮して、モータ温度を管理することを特徴の１つとする。即ちモータ筐体表面に塵埃等が付着すると、モータ表面積は見かけ上減少するので、これをモータ有効表面積Ａとして変数として扱うことを特徴の一つとする。【００８８】
ここで、モータ温度診断装置７６は、モータ筐体に付着する塵埃等の量を、塵埃等のない初期値（Ａ０）に対して現在のモータ有効表面積比Ａｒ＝Ａ／Ａ０がどのくらい低下しているかにより、モータ筐体への塵埃付着量を数値化して求める。かかる演算は、塵埃量検出回路７２が行う。【００８９】
塵埃量検出回路７２は、モータ筐体温度検出器７１からモータ筐体検出温度Tc1fを取り込こむ。他方、塵埃量検出回路７２は、モータ筐体ブロック７５からモータ筐体推定温度Tc1を取り込み、減算器２０でその差Tc1f−Tc1を演算する。その後、演算によって得られた偏差信号Ｔｅを増幅回路または比例積分回路６７で増幅し、反転回路７７で極性反転し、信号はモータ有効表面積演算回路６８に送られる。【００９０】
ここで、運転開始時は、モータ有効表面積Ａに初期値Ａ０が設定されていてるが、実際にはモータ筐体表面に塵埃が付着していたとすれば、放熱効率は低下するので、実際のモータ筐体検出温度Tc1fは塵埃が無い時と比べ温度上昇値は上昇する。これに対し、モータ有効表面積は初期値のＡ０（塵埃はない状態）であるため、モータ筐体ブロック７５内での演算では放熱効率は低下していないので、モータ筐体推定温度Tc1は塵埃の無い時の温度のままとなっており、偏差Ｔｅは正（Tc1f−Tc1＞0）となる。偏差Ｔｅは増幅回路または比例積分回路６７で増幅され反転回路７７で極性反転されるので、モータ有効表面積演算回路６８では初期値が設定されているモータ表面積Ａ０の値を減少（補正）させるよう動作する。なお、モータ有効表面積演算回路６８の出力は、モータ筐体ブロック７５のモータ放熱部の伝達関数４０のモータ有効表面積Ａの変数パラメータを常時更新するようになっている。【００９１】
上記の動作は、モータ筐体表面に塵埃が付着するとモータ有効表面積を減少させるよう動作するため、モータ筐体推定温度Tc1を実際のモータ筐体検出温度Tc1fに近づける方向に導く。偏差Ｔｅが零になるとモータ有効表面積演算回路６８は、モータ有効表面積の増減動作を停止するのでモータ有効表面積がチューニング完了状態に落ち着いたことになる。ここではモータ筐体表面に付着した塵埃に対し、モータ有効表面積Ａを変数パラメータとして扱っており、モータの全熱量Ｑ１＝（蓄熱量）−（放熱量）のバランスの中で、放熱量に関係するモータ有効表面積を増減して適正化を行う。【００９２】
また、モータ有効表面積演算回路６８の出力は警告判定回路６９で所定の塵埃量閾値と比較され、設定された塵埃量閾値を越えるとモータの運転は継続したまま、塵埃過大警告出力ＷＮを出力するようになっている。【００９３】
なお、モータ筐体表面に塵埃が付着するとモータ有効表面積を減少させるよう動作し、モータ筐体推定温度Tc1を実際のモータ筐体検出温度Tc1fに近づけ、塵埃堆積量に追従しながら偏差Ｔｅは零を維持するように継続する。この動作は負帰還の自動制御系で行うため、モータ筐体への塵埃量はモータ有効表面積としてオートチューニングするようになっている。【００９４】
また、塵埃量検出回路７２のモータ筐体検出温度Tc1fとモータ筐体推定温度Tc1が一致していない場合、実際のモータ筐体温度と、演算上のモデルであるモータ筐体ブロック７５の推定温度がバラバラの状態であり、実際のモータの全熱量が、演算上のモデルに反映できていない状態にある。この状態ではモータ筐体ブロック７５での過負荷検出や、過負荷検出部７３で行う過負荷検出は正常な動作を行うことができない。【００９５】
なお、以上で説明したモータ温度診断装置７６内の塵埃量検出回路７２や、モータ筐体ブロック７５、過負荷検出部位７３の各ブロックは、ＣＰＵおよびソフトウェアの協働によって実現されるものである。【００９６】
なお、図７に、入力電力検出部分を他の構成で実施した例を模式的に示す。図６の説明では位置・速度・電流制御ロジック回路７０で、モータ筐体ブロック７５に出力される全損失Ploss信号は、入力電力Pin−出力電力Poutを演算して与えられ、モータ入力電力Ｐinについては、例えば（数６）で示すように演算した。これに対し本図６に示す変形例は、モータの端子電圧から相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを検出し、モータ電流はＵ相、Ｗ相電流検出器ＣＴｕ１２、ＣＴｗ１３よりＩｕｆ、Ｉｗｆを検出して演算を行うようになっている。図７にＰin演算処理の流れを模式的に示す。相電流Ｉｖｆは、三相電流Ｉｕｆ＋Ｉｖｆ＋Ｉｗｆ＝０から、Ｉｖｆ＝−（Ｉｕｆ＋Ｉｗｆ）となるように構成されている。位置・速度・電流制御ロジック回路７０のＣＰＵは、上記（数７）の演算をＵ、Ｖ、Ｗ相毎の相電圧、相電流の瞬時値積を演算することで、（数８−１）〜（数８−３）の相電圧と（数９−１）〜（数９−３）の相電流の積演算を行う。そして、ＣＰＵは、各相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の入力電力量を加算することで「３相入力電力Ｐin」を得ることができるようになっている。【００９７】
図８に、モータ筐体への塵埃付着特性の一例と、塵埃過大警告及び過負荷検出出力信号とを模式的に示す。図８のＸ軸は時間ｔ、Ｙ軸（上側左軸）はモータ有効表面積比Ａｒ（＝Ａ／Ａ０）を示し、Ｙ軸（上側右軸）は、モータ有効表面積比の低下率（＝Ａｒ−１）を示す。Ｙ軸左側の目盛が１．０、０．８、０．６・・・の時、Ｙ軸右側は０、−０．２、−０．４・・・となる。モータ筐体に塵埃が付着し始める頃は、モータ表面積はまだ目視できるので、モータ有効表面積はゆっくりと低下する。モータ表面積を目視できる範囲が例えば半分程度になると、モータ有効表面積の低下傾斜は急になる。モータ全体がある一定以上覆われると、それ以上堆積しても低下率は飽和する。モータ温度診断装置７６は、塵埃過大警告信号ＷＮと、過負荷検出出力信号であるＯＬ−１信号及びＯＬ−２信号とを出力する。【００９８】
また、モータ有効表面積がチューニング状態、即ちモータ筐体推定温度Tc1とモータ筐体検出温度Tc1fの偏差Ｔｅがある一定値以内に収まっている時、モータ温度診断装置７６は、モータ有効表面積チューニングの完了を示すＭＡ信号を出力するようになっている。これらの出力信号のタイミングを図８に示す。塵埃過大警告信号ＷＮは警告信号であり、モータの運転動作は継続する。この警告信号によりこの機械を操作する作業者又は運転者にモータ筐体に塵埃が付着している旨の警告表示を行う。【００９９】
過負荷検出出力信号であるＯＬ−１信号は、モータの全熱量を正確に把握し、モータ筐体温度が過負荷となる第１閾値を越えた時に出力されるようになっている。【０１００】
また、過負荷検出出力信号であるＯＬ−２信号は、過負荷検出部位７３に、例えば、部位として固定子巻線であれば、固定子巻線が過負荷となる第２閾値を越えた時に出力する。過負荷検出出力信号ＯＬ−１、ＯＬ−２は、モータの部位が過負荷であるためモータへの動力を停止してモータの焼損保護を行う。【０１０１】
また、モータ有効表面積がチューニング状態であるかを示すＭＡ信号は、操作及びモニタパネル（表示装置）により、図８に示す図がモニタすることができる。モータ筐体への塵埃付着量は、初期のモータ有効表面積に対して現在のモータ有効表面積の比を時間の経過と共にプロットされ、塵埃量閾値と共にモニタ画面に表示されるようになっている。同様に、塵埃過大警告出力（ＷＮ）及び過負荷検出出力（ＯＬ−1）、（ＯＬ−２）が確認できる。なお、図８において、過負荷検出出力（ＯＬ−1）、（ＯＬ−２）の個別動作は、（ＯＬ-１）が先にＯＮし、遅れて（ＯＬ−２）がＯＮしており、モータへの電源供給停止が優先した（ＯＬ-１）で先に行われている様を示す。上記図１では（ＯＬ−1）、（ＯＬ−２）出力は個別出力として説明したが、モータ温度診断装置７６内で（ＯＬ−1）、（ＯＬ−２）出力を論理和（ＯＲ）し、いずれか先にＯＮしたときがモータの過負荷出力としても良い。操作及びモニタパネルで表示されるモニタ画面には、個別の（ＯＬ−1）、（ＯＬ−２）の動作も表示するようになっているので、どの部位が過負荷となったかを運転者等は確認することができる。また、モータ有効表面積チューニング完了ＭＡ信号もモニタされているので、チューニング状態も同様に確認できる。【０１０２】
図９に、モータ温度診断装置からモニタパネル表示させる外部報知出力の一例として、塵埃量過大警告を報知する様を模式的に示す。モータ筐体に塵埃が付着して塵埃過大警告が出力されたとき、モータ温度診断装置７６から接続ケーブル９３を通して外部の操作及びモニタパネル９２に警告表示を行い、機械を操作する作業者又は移動機械（例えば走行台車や建設機械等）を運転する運転者に、直ちに警告状態を伝える必要がある。警告を出力する理由は、最優先で過負荷保護動作を行う過負荷保護トリップでは、モータは急停止するが、モータの急停止は、モータの適用先であるライン装置等も同様に急停止や急減速を招来し、ライン製造品等を破損してしまう恐れがある。また、自動車で下り坂を高速走行中に停止する場合には、一般にはモータを駆動しながら回生ブレーキを動作させて安全速度に減速してから安全な場所にブレーキを掛けて止めるが、過負荷保護トリップすると回生ブレーキが掛けられず、ブレーキ操作だけに頼ることになり、ブレーキも焼損する虞がある。これらを予防するために警報を出力し、停止準備等の切り替え動作や、安全速度に減速するまでの停止準備動作に導くことができる。【０１０３】
なお、図９は、警告出力された時、外部の操作及びモニタパネル９２の画面に、表示の一例を示すものである。『警告』やその他の表示例は、記載したものに限るものではない。図に示すように『警告』と、『モータの清掃 直ちに実行！』、『モータ上に塵埃過大』或いは『モータの冷却能力悪化』等の案内とを、機械を操作する作業者又は移動機械を運転する運転者に明示または枠の点滅を加えたり、ブザー、音声更には振動等で警告を加えたり等種々の態様をとることができる。【０１０４】
図１０は、オートチューニング時のモータ有効表面積の追従性を説明する図である。塵埃量検出回路７２は、モータ筐体表面に塵埃が付着するとモータ有効表面積を数値上で減少させるよう動作し、モータ筐体推定温度Tc1を実際のモータ筐体検出温度Tc1fに近づけ偏差Ｔｅ信号は零となる。この動作は常時自動制御で行われるため、オートチューニングされる。図１０は、モータの運転中、モータの筐体に塵埃等が付着してモータ有効表面積比Ａｒ（＝Ａ／Ａ０）が０．８５程度になった時に、作業者が運転を停止し、モータ筐体に付着した塵埃を除去する清掃を実施した例を示す。また、図１０は、清掃後にモータが再スタートされ、モータ有効表面積比Ａｒのデータ更新履歴を清掃前後でタイムチャートに示した例である。清掃される前にオートチューニングされてきたモータ有効表面積Ａはそのまま残っているので、モータ有効表面積比Ａｒ（＝Ａ／Ａ０）は０．８５であるが、清掃後は、モータ筐体表面の塵埃付着は除去されており、Ａｒ＝１．０である。この状態で再スタートされ、モータ有効表面積のオートチューニングを実行している。【０１０５】
本図では、再スタートから時間ｔｒの間にゆっくりと上昇しＡｒ＝１．０に回復した。この時、モータ有効表面積チューニング完了ＭＡ信号も時間ｔｒまでオートチューニングが完了していない。逆にモータ有効表面積のデータは、ｔｒ時間かかって初期値Ａ０にオートチューニングされたのである。この理由は、通常、モータ筐体への塵埃の付着の進行は、早くて数ケ月、長いと半年程度と長い。増幅回路または比例積分回路６７の積分時間は長い時間が設定され、比例ゲインも小さい値となる。逆に積分時間が短く比例ゲインが大きいとオーバーシュート大となり、発振系または不安定な系となる。このため、安定な系に調整すると急激な変化でもゆっくりとした追従性となるためである。【０１０６】
図１１は、電源オン／オフ時、メモリへの塵埃量データのリード／ライトを、ハード回路で説明する図である。モータ筐体に付着した塵埃量の数値化は、初期値に対するモータ有効表面積比の低下で表現する。モータ有効表面積は塵埃が堆積して付着する毎にデータを更新するので変数として扱う。例えば、１日の仕事が終わり制御電源をオフする直前にはモータ有効表面積Ａの最終値を不揮発性メモリに保存し、次の日、制御電源がオン後、不揮発性メモリからモータ有効表面積Ａのデータを読み出しして運転をスタートする。なお、塵埃のない初期値のモータ有効表面積Ａ０は、ＲＯＭメモリに格納している。図１１に、モータ有効表面積演算回路６８の構成回路を示す。偏差信号Ｔｅを増幅回路または比例積分回路６７で増幅または比例積分演算された信号は、反転回路７７を通してモータ有効表面積演算回路６８に入力される。メモリは２種類あり、初期値のモータ有効表面積Ａ０はＲＯＭ９４に保存され、毎回更新されるモータ有効表面積Ａは、不揮発性メモリ９５に保存される。【０１０７】
９６は演算ワークエリヤを示しており、ロジック電源の立ち上がりエッジで８８のスイッチＳＷ１がオンし、不揮発性メモリ９５よりデータを読み出しし、ロジック電源がオフする直前に８９のスイッチＳＷ２がオンし、更新されたモータ有効表面積Ａを不揮発性メモリ９５に書き込みされる。また、初期値のモータ有効表面積Ａ０を強制リセットする時は、９０のスイッチＳＷ３がオンして初期値のモータ有効表面積Ａ０がＲＯＭ９４から読み出しされる。なお、外部からＡ０リセット外部入力が位置・速度・電流制御ロジック回路７０に与えられ、位置・速度・電流制御ロジック回路７０からＡ０リセット信号としてモータ有効表面積演算回路６８に与えられ、後に説明される図１３において、モータ筐体に付着した塵埃を清掃した後、モータ有効表面積を初期値（強制）リセットして、再スタートする際に使用されるようになっている。【０１０８】
図１２は、図１１を電源オン/オフ時の様をタイムチャートで説明する図である。モータ温度診断装置７６のロジック電源は、位置・速度・電流制御ロジック回路７０から与えられる。８８のスイッチＳＷ１は、ロジック電源の立ち上がりエッジでモータ有効表面積Ａを不揮発性メモリ９５から読み出しし、８９のスイッチＳＷ２はロジック電源の立ち下がりエッジで更新されたモータ有効表面積Ａが不揮発性メモリ９５に書き込まれる。また、外部からＡ０リセット外部入力がオンされた時、Ａ０リセット信号の立ち上がりエッジでＲＯＭ９４から９０のスイッチＳＷ３がオンし、初期値のモータ有効表面積Ａ０にリセットされるようになっている。【０１０９】
図１３は、モータ有効表面積を初期値リセットした時の追従性を説明する図である。図１０ではモータ筐体に付着した塵埃を清掃した後、モータ有効表面積が初期値にリセットされないまま再スタートし、モータ有効表面積のデータをオートチューニングで実行したため、時間ｔｒまでゆっくりとした追従性となっていた。ここではモータ筐体に付着した塵埃を清掃した後、モータ有効表面積を初期値リセットして、図１１で説明したＡ０リセット外部入力により、Ａ０リセット信号でＲＯＭ９４のモータ有効表面積が初期値Ａ０で強制リセットして再スタートしたタイムチャートである。図は清掃後時間ｔｒ期間、モータ有効表面積チューニング完了のＭＡ出力はオフすることなく、チューニング状態で運転開始されていることがわかる。【０１１０】
以上が実施例１である。実施例１によれば、温度センサで検出したモータ筐体表面の実測値と、予め与えられた種々のパラメータに基づくモータ筐体表面の推定値との偏差を同等とする補正を行う際に、モータ有効表面積を変数として与え、初期値の変数（初期のモータ有効表面積）と、実測に基づく現在の変数（現在のモータ有効表面積）とのかい離の程度を実際のモータ表面の放熱性（汚れ具合）の低下とみなして管理することができる。【０１１１】
また、実施例１によれば、筐体表面に設置された温度センサからの入力と、予め与えられた演算パラメータとを比較するという簡易な構成でモータ筐体表面の放熱性（汚れ等）の管理を行うことができ、目視による点検等が困難な設置環境であっても簡便、確実にモータ表面の状態を管理することができる。また、センサ類の設置量を削除できるという利点もある。
【実施例２】
【０１１２】
次いで、実施例２について説明する。実施例２は、過負荷保護回路の構成が異なる点で、実施例１と主に相違する。
図１４に、実施例２のモータ温度診断装置７６に、図６とは別方式の過負荷保護回路を組み合わせた構成を模式的に示す。図６と異なる部分はモータ電力変換装置７４の位置・速度・電流制御ロジック回路７０から過負荷検出部位７３に出力される信号が電流Ｉとしている点である。モータの過負荷保護を正確に行うにはモータの全損失Ploss信号が必要であるが、モータの電流検出による簡易な過負荷保護を用い、早めに動作する過負荷保護を使用しているモータ電力変換装置がある。これらの装置で運転しているモータの筐体に塵埃が付着した場合の塵埃過大警告出力を行う場合の構成を示している。【０１１３】
モータ１ａの電流は、モータ電力変換装置７４のＵ相電流検出器ＣＴｕ１２とＷ相電流検出器ＣＴｗ１３で検出しており、位置・速度・電流制御ロジック回路７０から電流信号Ｉを過負荷検出部位７３に送ることができる。また、塵埃量検出回路７２、モータ筐体ブロック７５は組み込まれているのでモータ筐体表面にモータ筐体温度検出器７１を取り付ければ塵埃過大警告出力を行うことができる。モータ電力変換装置７４の位置・速度・電流制御ロジック回路７０から過負荷検出部位７３に出力される信号が電流Ｉとした以外の説明は図６と同じため省略する。
【実施例３】
【０１１４】
実施例３について説明する。実施例３は、モータが強制空冷ファンを備え、このファンによる冷却性及びファンのON/OFFを考慮してモータの放熱性を管理する点が、実施例１及び２と主に異なる。【０１１５】
図１５に、実施例３のモータ温度診断装置の構成を模式的に示す。図６等と異なる点は、１ｂは強制空冷ファン付全閉型モータで、反負荷側には強制空冷ファン１６が取り付けられており、エンドカバー１５で覆われ、吸気口から出力軸側に風が導かれるよう考慮されている。強制空冷ファン１６の供給電源はモータ電力変換装置７４の位置・速度・電流制御ロジック回路７０からファン電流検出回路１７を通して供給されている。また、モータ温度診断装置７６内のモータ筐体ブロック７５のモータ放熱部の伝達関数４０で演算される強制冷却係数ｋｆが９１のスイッチＳＷ４で、強制空冷ファン１６が回転している時、ＳＷ４はオフであり、図１６の（２）による値で演算されるようになっている。他方、強制空冷ファン１６が停止している時は、ＳＷ４はオンであり、図１６の（１）で示すｋｆ＝１の値で演算されるようになっている。【０１１６】
この理由は、１つは緊急時、例えば自動車の下り坂を高速走行中に強制空冷ファン１６が故障で停止したとき、短時間使用の制約は受けるが、塵埃量検出回路７２及びモータ筐体ブロック７５を含むモータ温度診断装置７６を動作しながら塵埃付着による警報出力と過負荷保護動作を有効にして安全速度に減速し、安全な場所にブレーキを掛けて停止するまで運転可能とすることである。もう１つは、軽負荷時に、積極的に強制空冷ファン１６を停止させ、強制空冷ファン１６の風切り音対策のために塵埃量検出回路７２およびモータ筐体ブロック７５を含むモータ温度診断装置７６を動作しながら塵埃付着による警報出力と過負荷保護動作を有効にして運転することである。なお、ファン電流検出回路１７は強制空冷ファン１６の巻線が寿命で断線した時、ファン電流が零になったことを検出して位置・速度・電流制御ロジック回路７０を経由して、モータ温度診断装置７６のＣＰＵ５３に送信し、ＳＷ４を切り替えさせるものである。【０１１７】
ここで緊急時に、強制空冷ファン１６が故障で停止した場合は、モータ電力変換装置７４やモータ温度診断装置７６内のＣＰＵが、強制空冷ファン１６が故障で停止したのを検出して９１のスイッチＳＷ４をＯＮするようになっている。また、強制空冷ファン１６の風切り音対策のため、強制空冷ファン１６がＯＮ／ＯＦＦされる動作に合わせて、モータ温度診断装置７６内の９１のスイッチＳＷ４をＯＮ/ＯＦＦさせている。【０１１８】
図１６を用いて、モータから単位時間当たりの全放熱量を正確に試験データから測定する方法について述べる。全放熱量は、モータ枠周囲の冷却フィンから大気中へ発散する単位時間当たりの熱量と、モータが設置される足取付部等に接する相手側取付ベース（定盤）から熱伝導による単位時間当たりの熱量又はモータがフランジ形の場合はフランジ面に接する相手側取付ベースへ熱伝導による単位時間当たりの熱量とは、それぞれ個々の熱量は測定困難であるが、その総量（合計値）である単位時間当たりの全放熱量の測定とする。また、モータは自然冷却または強制冷却であっても良い。【０１１９】
モータ筐体の放熱特性を測定する場合は、モータの設置条件他を確認し、駆動装置（モータ電力変換装置）とモータを組み合わせて温度上昇試験で測定する。モータの回転速度、負荷率を変えて図１６のｘ軸に示すモータ筐体温度と周囲温度差Ｔθ1〜Ｔθ3・・・を変えて温度上昇試験を行い、モータの温度が飽和した熱平衡状態（温度上昇が飽和し、一定温度に落ち着いた状態）で、モータに印加している全損失Plossと単位時間当たりのモータからの全放熱量Ｑｆは等しくなる。このことからモータからの単位時間当たりの全放熱量Ｑｆは、モータが熱平衡状態においてモータに印加される全損失量Plossを測定することで正確に求められる。したがって、モータの出力毎に図１６のデータを収集し、モータが強制空冷であっても自然冷却であっても、両者のデータがあればモータ筐体温度と周囲温度差の値Ｔθ（Ｋ）から単位時間当たりの放熱量Ｑｆによって演算することができる。【０１２０】
なお、強制空冷ファン付全閉型モータでは、（数１７）よりモータ表面積Ａを基準として、強制空冷ファンの効果が自然空冷に置き換えた場合、モータ表面積Ａの何倍の表面積になるかを、強制冷却係数ｋｆを掛算して（ｋｆ×Ａ）で表現する。図１６のモータ筐体の放熱特性図ではモータ筐体温度と周囲温度差Ｔθが例えばＴθ２の時、（１）の自然冷却ｋｆ＝１では、単位時間当たりの放熱量ＱｆがＱｆ２(０)の時、（２）の風速Ｖ（ｍ/ｓ）時Ｑｆ２の放熱量が何倍になっているかの倍率が強制冷却係数ｋｆとなる。但し、自然冷却時と強制冷却時では温度差Ｔθの大小で一定値とはならず、ある値から飽和する場合もあるので、その場合のｋｆはグラフの形でデータをメモリに保存することになる。上記データをメモリに保存しておき、モータ筐体温度と周囲温度差より短時間当りの放熱量をテーブルより参照して演算される。【０１２１】
以上、本発明を実施するための形態について種々説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成等を取りえる。
【符号の説明】
【０１２２】
１・・・モータ、１ａ・・・自然空冷式全閉型モータ、１ｂ・・・強制空冷ファン付全閉型モータ、２・・・交流主回路電源、３・・・直流電源、４・・・電源回生機能付順変換器、５・・・全波整流用コンバータ、６・・・電源回生用コンバータ、７・・・回生用交流リアクトル、８・・・平滑コンデンサ、９・・・逆変換器、１０・・・スイッチング素子、１１・・・フライホイルダイオード、１２・・・Ｕ相電流検出器ＣＴｕ、１３・・・Ｗ相電流検出器ＣＴｗ、１４・・・エンコーダ、１５・・・エンドカバー、１６・・・強制空冷ファン、１７・・・ファン電流検出回路、１９・・・加算器、２０・・・減算器、２５・・・ＰＷＭ回路、４０・・・モータ放熱部の伝達関数、４２−１・・・モータ蓄熱部の伝達関数、４３−１・・・モータ筐体部位の過負荷判定回路４５・・・フィルタ回路、４６・・・反転回路、４７・・・掛算演算器、４８・・・３入力加算演算器、５２・・・モータ周囲温度検出器、５３・・・ＣＰＵ、６７・・・増幅回路または比例積分回路、６８・・・モータ有効表面積演算回路、６９・・・警告判定回路、７０・・・位置・速度・電流制御ロジック回路、７１・・・モータ筐体温度検出器、７２・・・塵埃量検出回路７３・・・過負荷検出部位、７４・・・モータ電力変換装置、７５・・・モータ筐体ブロック、７６・・・モータ温度診断装置、７７・・・反転回路、８８・・・スイッチＳＷ１、８９・・・スイッチＳＷ２、９０・・・スイッチＳＷ３、９１・・・スイッチＳＷ４、９２・・・操作及びモニタパネル、９３・・・接続ケーブル、９４・・・ＲＯＭ、９５・・・不揮発性メモリ、９６・・・演算ワークエリヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2018198185.tif 000041
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