(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５相の巻線を直列に接続して輪とし、各巻線の接続点にパルス電流を供給して電磁力を発生させこの電磁力でロータを引きつけて回転する５相モータの異常検出装置であって、定電流を発生する定電流源と、一端が前記定電流源に接続され、他端が分岐して１つの巻線の両端の接続点にそれぞれスイッチを介して接続された印加回路と、一端が接地され他端が３つに分岐して前記印加回路に接続されていない３つの接続点にそれぞれスイッチを介して接続された接地回路と、前記定電流源の出側の電圧である異常検出電圧より５相の巻線の異常を検出する異常検出装置と、を備え、前記異常検出装置は前記各スイッチの開閉に応じて発生する異常検出電圧より５相の巻線の異常を検出することを特徴とする５相モータの異常検出装置。
【請求項２】
前記印加回路の２つのスイッチの一方を閉とし、前記接地回路の３つのスイッチのいずれかを閉として６通りの判定回路を形成し、何れかの判定回路における前記異常検出電圧が所定の値にほぼ等しいとき、前記異常検出装置は、全相の巻線は正常であると判断することを特徴とする請求項１記載の５相モータの異常検出装置。
【請求項３】
前記印加回路のうち、直列に接続された２つの巻線と直列に接続された３つの巻線とが並列に接続されている４つの印加回路において、いずれかの印加回路の前記異常検出電圧が、１つの巻線抵抗の１．２倍の値に前記定電流源の定電流値を乗じて得られる値にほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断することを特徴とする請求項２記載の５相モータの異常検出装置。
【請求項４】
前記印加回路のうち、１つの巻線と直列に接続された４つの巻線とが並列に接続されている２つの印加回路において、いずれかの印加回路の前記異常検出電圧が、１つの巻線抵抗の０．８倍の値に前記定電流源の定電流値を乗じた値にほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断することを特徴とする請求項２記載の５相モータの異常検出装置。
【請求項５】
前記印加回路の２つのスイッチの一方を閉とし、前記接地回路の３つのスイッチのいずれかを閉として６通りの判定回路を形成し、この６通りの判定回路における前記異常検出電圧のパターンから異常が発生した巻線を特定することを特徴とする請求項１記載の５相モータの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、５相モータの異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
５相ステッピングモータなどの５相モータの各相の巻線に短絡や断線などの異常が生じた場合の検出は、これらの巻線に定電流を印加し生じる電圧を計測し、その絶対値を判定することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、モータの巻線の抵抗値は小さく、例えば２Ω以下であり電圧検出回路の感度を上げると、モータ毎のばらつきや、モータが組み込まれているプラント側の配線の影響を受け易くなる。このため同じ５相モータの巻線の異常を検出する電圧検出回路であっても、そのモータが組み込まれているプラントに合わせて調整する必要が生じる。またこのモータを交換した場合も調整が必要になる。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、５相モータどうしの巻線抵抗のばらつきや５相モータが組み込まれるプラント側の配線の長さなどにあまり影響されず巻線の異常を検出できる５相モータの異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、５相の巻線を直列に接続して輪とし、各巻線の接続点にパルス電流を供給して電磁力を発生させこの電磁力でロータを引きつけて回転する５相モータの異常検出装置であって、定電流を発生する定電流源と、一端が前記定電流源に接続され、他端が分岐して１つの巻線の両端の接続点にそれぞれスイッチを介して接続された印加回路と、一端が接地され他端が３つに分岐して前記印加回路に接続されていない３つの接続点にそれぞれスイッチを介して接続された接地回路と、前記定電流源の出側の電圧である異常検出電圧より５相の巻線の異常を検出する異常検出装置と、を備え、前記異常検出装置は前記各スイッチの開閉に応じて発生する異常検出電圧より５相の巻線の異常を検出する。
【０００６】
一つのモータでは各相の巻線抵抗はほぼ等しい。印加回路と接地回路の各スイッチを閉または開とした複数の状態における等価抵抗値は、各巻線抵抗が断線や短絡していなければ、ほぼ同じ値になる。この等価抵抗に定電流を流して発生する異常検出電圧を検出することにより巻線に異常があるか正常であるかの判断ができる。
【０００７】
請求項２の発明では、前記印加回路の２つのスイッチの一方を閉とし、前記接地回路の３つのスイッチのいずれかを閉として６通りの判定回路を形成し、何れかの判定回路における前記異常検出電圧が所定の値にほぼ等しいとき、前記異常検出装置は、全相の巻線は正常であると判断する。
【０００８】
６通りの判定回路の等価抵抗はほぼ等しい値になる。５つの巻線の１つでも異常があると、この６つの判定回路のいずれの等価抵抗も正常時の等しい値とはならない。故に、いずれかの判定回路の異常検出電圧が正常時の等価抵抗値に定電流を乗じた値にほぼ等しいときは全相の巻線は正常であると判断することができる。
【０００９】
請求項３の発明では、前記印加回路のうち、直列に接続された２つの巻線と直列に接続された３つの巻線とが並列に接続されている４つの印加回路において、いずれかの印加回路の前記異常検出電圧が、１つの巻線抵抗の１．２倍の値に前記定電流源の定電流値を乗じて得られる値にほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断する。
【００１０】
請求項２の６つの判定回路のうち４つは直列に接続された２つの巻線と直列に接続された３つの巻線とが並列に接続されて等価抵抗を形成している。各相の巻線抵抗は等しいとしこれをｒとするとその等価抵抗は１．２ｒとなる。故にこの４つの判定回路では、いずれかの判定回路における異常検出電圧が１．２０ｒに定電流を乗じた値とほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断することができる。
【００１１】
請求項４の発明では、前記印加回路のうち、１つの巻線と直列に接続された４つの巻線とが並列に接続されている２つの印加回路において、いずれかの印加回路の前記異常検出電圧が、１つの巻線抵抗の０．８倍の値に前記定電流源の定電流値を乗じた値にほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断する。
【００１２】
請求項２の６つの判定回路のうち２つは１つの巻線と直列に接続された４つの巻線とが並列に接続されて等価抵抗を形成している。各相の巻線抵抗は等しいとしこれをｒとするとその等価抵抗は０．８ｒとなる。故にこの２つの判定回路では、いずれかの判定回路における異常検出電圧が０．８ｒに定電流を乗じた値とほぼ等しいとき、全相の巻線は正常であると判断することができる。
【００１３】
請求項５の発明では、前記印加回路の２つのスイッチの一方を閉とし、前記接地回路の３つのスイッチのいずれかを閉として６通りの判定回路を形成し、この６通りの判定回路における前記異常検出電圧のパターンから異常が発生した巻線を特定する。
【００１４】
５相の巻線抵抗の１つまたは複数が短絡した場合、６状態において発生する異常検出電圧の組み合わせパターンが、短絡や断線した巻線に応じた固有のパターンとなる。このパターンを予め記憶しておき、６状態の異常検出電圧を計測して記憶したパターンと照合することにより、どの巻線が短絡または断線したかを特定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の５相モータ異常検出装置を示す回路図である。５相ステッピングモータ１０は５相の巻線を直列に接続して輪とし、各接続点にドライバ１１よりパルス電流を供給して電磁力を発生させこの電磁力でロータを引きつけて回転する。５つの接続点には反時計回りに１から５まで付番され第１点から第５点とする。また第１点１の左側の辺にある巻線の抵抗をｒ１とし、反時計回りに各辺の巻線抵抗をｒ２  〜ｒ５とする。第１点１はリレーＲ１を介し、第２点２はリレーＲ２を介して、定電流源１２に接続されている。第３点３はリレーＲ３を介し、第４点４はリレーＲ４を介し、第５点５はリレーＲ５を介して、ともに接地されている。定電流源１２は一定の電流をリレーＲ１，Ｒ２を介して第１点１と第２点２に供給する。この定電流源１２の出側から出て２つに分岐しリレーＲ１，Ｒ２を介して接続点１と２に接続する回路が印加回路を構成する。また接続点３，４，５から出てそれぞれリレーＲ３，Ｒ４，Ｒ５を介して接地する回路が接地回路を構成する。
【００１６】
定電流源１２の出側のＡ点にオペアンプ１３が接続され、リレーＲ１〜Ｒ５の開閉によって生ずる巻線抵抗ｒ１  〜ｒ５の等価抵抗ｒｅによりＡ点に発生する電圧（異常検出電圧）を増幅する。オペアンプ１３で増幅された信号はアイソレータ１４でノイズ等を除去され、Ａ／Ｄ変換器１５によりアナログデータよりデジタルデータに変換される。異常判断手段１６はＣＰＵ，メモリ等を備えており、デジタルデータによって表される異常検出電圧値に基づいて、５相の巻線に異常があるか否かを判断する。メモリには、巻線抵抗が断線した場合の、リレーＲ１〜Ｒ５の開閉によって形成される６つの判定回路における異常検出電圧値の組み合わせパターンと、巻線抵抗が短絡した場合の、リレーＲ１〜Ｒ５の開閉によって形成される６つの判定回路における異常検出電圧値の組み合わせパターンなどが予め格納されている。ここでオペアンプ１３，アイソレータ１４，Ａ／Ｄ変換器１５，異常判断手段１６が異常検出装置を構成する。
【００１７】
定電流源１２の出側のＡ点には、リレーＲ１〜Ｒ５の開閉によって異常検出電圧が発生する。図２はリレーの開閉により形成される６この判定回路の巻線抵抗の組み合わせを示す。リレーＲ１とＲ２はいずれかを閉とし、リレーＲ３〜Ｒ５は何れか１つを閉とすると、第１判定回路から第６判定回路までの６つの判定回路得られる。この各状態を実現するリレーＲの開閉状態と、このリレーの開閉によって生ずる巻線抵抗の接続と、各巻線抵抗の値は等しいものとしこれをｒとした場合の等価抵抗ｒｅを示す。等価抵抗ｒｅは第１判定回路、第２判定回路、第５判定回路、第６判定回路、では１．２０ｒとなり、第３判定回路、第４判定回路では０．８ｒとなる。図１の定電流源１２の出側Ａ点にはこの等価抵抗ｒｅに定電流源１２より流れ出る定電流を乗じた値の異常検出電圧が発生する。
【００１８】
図３は巻線抵抗ｒ１〜ｒ５の値は等しくこれをｒとし、このうちいずれか１つが断線したときの各判定回路における等価抵抗ｒｅの値を示す。また図４は巻線抵抗ｒ１〜ｒ５の値を同様にｒとし、このうちいずれか１つが断線したときの各判定回路における合成抵抗ｒｅの値を示す。図２〜図４より次のことがわかる。巻線抵抗が正常なときは６つの判定回路における等価抵抗値は１．２ｒまたは０．８ｒとほぼ等しい。巻線の断線が発生すれば等価抵抗ｒｅはｒの整数倍となる。また断線時、断線した抵抗毎の６つの判定回路における等価抵抗ｒｅの値の組み合わせは抵抗ｒ１〜ｒ５ごとに全て異なる組み合わせ（これをパターンと称する）となる。例えば、ｒ１が断線した場合、６つの判定回路の等価抵抗ｒｅは（３ｒ，２ｒ，ｒ，ｒ，２ｒ，３ｒ）であり、他の巻線抵抗が断線したときはこれと異なるパターンとなる。つまり、断線する抵抗に固有のパターンがあり、逆にこのパターンが発生すると断線した抵抗を特定することができる。
【００１９】
巻線抵抗の一つが短絡したときも、図４に示すように断線の場合と同様な傾向であり、等価抵抗ｒｅの値はｒ，３ｒ／４，０の３つの値となるが、短絡した抵抗毎の６つの判定回路における等価抵抗ｒｅの値の組み合わせは抵抗ｒ１〜ｒ５ごとに全て異なる組み合わせ（パターン）となる。例えば、ｒ１が短絡した場合、６つの判定回路の合成抵抗ｒｅは（３ｒ／４，ｒ，３ｒ／４，３ｒ／４，ｒ，３ｒ／４）であり、他の巻線抵抗が短絡したときはこれと異なるパターンとなる。つまり、短絡する抵抗に固有のパターンがあり、逆にこのパターンが発生すると短絡した抵抗を特定することができる。
【００２０】
以上のデータから次の異常判定が可能になる。
（１）巻線抵抗ｒ１〜ｒ５が正常であれば、第１判定回路、第２判定回路、第５判定回路、第６判定回路のＡ点の異常検出電圧は等しくなる。同様に第３判定回路と第４判定回路のＡ点の異常検出電圧は等しくなる。しかし、単に等しいだけでは、断線や短絡の場合もいくつかの状態で等しくなる場合があるので、６つの何れかの判定回路で、異常検出電圧が抵抗１．２ｒに定電流源１２からの定電流を乗じた値にぼぼ等しいとき全ての巻線抵抗は正常と判定することができる。
（２）巻線抵抗ｒ１〜ｒ５が正常であれば、第１判定回路、第２判定回路、第５判定回路、第６判定回路のＡ点の異常検出電圧は等しくなる。同様に第３判定回路と第４判定回路のＡ点の異常検出電圧は等しくなる。そこで、第１状態、第２状態、第５状態、第６状態のいずれかで異常検出電圧が抵抗１．２ｒに定電流源１２からの定電流を乗じた値にぼぼ等しいとき、または第３状態または第４状態のいずれかで異常検出電圧が抵抗０．８ｒに定電流源１２からの定電流を乗じた値にぼぼ等しいとき、巻線抵抗は正常と判定することができる。
【００２１】
（３）巻線抵抗の何れかが断線した場合、６状態の抵抗値が断線した抵抗に特有なパターンとなるので、この抵抗のパターンを電圧に換算して記憶しておき、６判定回路の異常検出電圧を検出して該当するパターンを求め、このパターンに対応した断線抵抗を検出できる。
（４）巻線抵抗の何れかが短絡した場合、６判定回路の抵抗値が短絡した抵抗に特有なパターンとなるので、この抵抗のパターンを電圧に換算して記憶しておき、６判定回路の異常検出電圧を検出して該当するパターンを求め、このパターンに対応した短絡抵抗を検出できる。
【００２２】
本発明も電圧の絶対値を測定するものであるが、この検出精度はあまり高くする必要はない。つまり正常であるか、断線や短絡しているかは、抵抗値で１．２０ｒ若しくは０．８ｒか、またはｒの整数倍と３ｒ／４かの区別ができればよいので、巻線抵抗のモータ毎のばらつきやモータが組み込まれているプラント側の配線にはあまり影響されない。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、５相の巻線抵抗を直列に接続して輪とし、５つの接続点にリレーを接続し、このリレーの開閉に応じて６判定回路を設定し、この判定回路における異常検出電圧の計測から、巻線抵抗が全て正常であることの検出や断線や短絡の発生した巻線の検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】リレーの開閉によって生ずる６状態の合成抵抗を示す図である。
【図３】断線巻線が発生した場合のパターンを示す図である。
【図４】短絡巻線が発生した場合のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１〜５  巻線を５角形に接続した頂角
１０  ５相モータ
１１  ドライバ
１２  定電流源
１３  オペアンプ
１４  アイソレータ
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  異常検出手段
ｒ１〜ｒ５  巻線抵抗
Ｒ１〜Ｒ５  リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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