JP5474421B2 - モータ巻線焼損保護装置 - Google Patents

Description

本発明はモータ巻線の焼損保護装置に関する。

モータはいろいろな分野で使用されており，特にサーボモータはサーボアンプでコントロールされ，停止状態で使用されたり高速回転で使用されたり，停止・高速回転で繰り返し使用されたりして，使用方法はさまざまで，さらに使用条件，使用環境もさまざまである。

モータを運転する場合，連続した過負荷運転等でモータ巻線の温度が上昇し，モータ本体の温度が上昇して，ついにはモータ巻線が焼損してしまうことがある。

これらを防ぐため，従来はサーミスタやサーモスタット等の温度検出器をモータ内に埋め込み，モータ巻線の温度を直接検出する温度検出器方式を使用したり，モータに流す電流指令から負荷状況を計算で求める電子サーマル方式が使用されている。さらに，近年では，モータの巻線抵抗値を推定し，その抵抗値からモータ温度を推定する抵抗値推定方式も提案されている。

特開平６-１５３３８１ 特開平９-２６１８５０

上述した温度検出器方式では，サーミスタやサーモスタット等の温度検出器をモータに埋め込まなければならず，モータ構造毎にテストを行い特性を把握しなければならなかったり，温度検出器が故障してしまうとモータごと交換しなければならない。また，電子サーマル方式は，温度検出器を使用しない為，故障を心配する必要がなかったりメリットは有るが，電源を落としてしまうと計算データがクリアされてしまう為，電源投入時等で実際のモータ温度と計算温度が一致しない場合が有り，誤検出してしまう場合がある。

抵抗値推定方式の特許文献1では，モータに流れる電機子電流を検出し，熱オブザーバを用いてモータ温度を推定しているが，熱オブザーバ内でモータのうず電流損や機械損を計算しモータ全体の温度を推定しており，それらを処理するコントローラの負荷が大きく，実現する為には高価なシステムが必要となる。また，特許文献2では，モータに流す電流指令値を元にモータの抵抗値を推定しているが，電圧の変動等が考慮されていない為，モータ抵抗の推定値に誤差が発生してしまう虞がある。

本発明の目的は，サーミスタ等の温度検出器を使用せず，モータ巻線の焼損保護を安価で実現し，確実に行なう事にある。

上記目的を達成する為に，本モータ巻線焼損保護装置は，主回路電圧を検出する検出手段と，モータに流れる電機子電流を検出する検出手段と，モータ速度を検出する検出手段と，上記検出手段により得られた主回路電圧，モータ電流及びモータ速度に基づいてモータの巻線抵抗を演算するモータ巻線抵抗演算手段と，モータ巻線抵抗からモータ巻線温度を演算するモータ巻線温度演算手段とを備え，モータ巻線温度演算結果が所定の閾値を超えた場合にモータへの電源供給を停止し，モータ巻線の焼損するのを防止する事を特徴とする。

本発明によれば，サーミスタやサーモスタット等の温度検出器をモータに埋め込む必要が無く，モータ構造毎にテストを行う必要も無くなる。また，電源投入時や電圧が変動しても正確なモータの巻線温度を推定でき，安価なモータ巻線焼損装置を提供できる。

本発明によるモータ巻線焼損保護装置の実施例ブロック図

以下，本発明の実施例を説明する。

本発明によるモータ巻線焼損保護装置の実施例1を図1を参照して説明する。図1は，本発明による実施例1を示すブロック図である。図1のR，S，Tは交流電源のR相，S相及びT相を示しており，交流電圧を供給する。供給された交流電圧をコンバータ部1で整流・平滑し，主回路直流電圧を出力する。その主回路直流電圧をインバータ部3でスイッチングしてモータ5を駆動するといったサーボモータ制御装置を図1は表したブロック図である。

また，図1のCPU処理部2では外部からの速度指令を受け，電流検出器4が検出するモータ5に流れる電機子電流と，モータ5の軸に取り付けられた位置検出器6からの位置データ等を元に検出されたモータ速度を用いてモータ5を駆動する。一方，主回路直流電圧の電圧を検出し，その主回路直流電圧と上記検出されたモータ電流及びモータ速度を用いてモータ5の巻線抵抗値及び巻線抵抗温度を演算する。モータ巻線温度演算結果が所定の閾値を超えた場合にモータへの電源供給を停止し，モータ巻線の焼損するのを防止する。

本発明によるモータ巻線焼損保護についてもう少し詳しく説明する。コンバータ部1から出力される主回路直流電圧VpnをPN電圧検出部21で検出し，巻線抵抗値演算部24に伝達する。また，位置検出/速度処理部29では位置検出器6からの位置データを一定時間毎に検出し，位置データの差を一定時間で割る事により速度ωを演算し，速度制御部28に伝達する一方，モータ5の軸の基準点からの角度(電気角ωre)を位置データから求めて電流制御部26に伝達する。

モータ5に流れる電流Iaは電流検出器4で検出し，電流検出部27で処理され電流制御部26及び巻線抵抗値演算部24に伝達する。速度制御部28では上記速度ωと外部からの速度指令及び各種パラメータから電流指令Icmdを求め，電流制御部26に伝達する。(速度制御部28で求める電流指令Icmdの演算方法及び各種パラメータ等については本発明には直接関係しないので説明を省略する。各種文献を参照の事。) 電流制御部26では上記電流Ia，上記電気角ωre，上記電流指令Icmd及び各種パラメータから電圧指令Vcmdを求め，PWM制御部25及び巻線抵抗値演算部24に伝達する。(電流制御部26で求める電流指令Vcmdの演算方法及び各種パラメータ等については本発明には直接関係しないので説明を省略する。各種文献を参照の事。)

PWM制御部25では上記電圧指令Vcmdをパルス幅に変調しインバータ部3のトランジスタ等をドライブしてモータ5に電流を流す。巻線抵抗値演算部24では上記主回路直流電圧Vpnと上記電流Iaと上記速度ω及び上記電圧指令Vcmdに同じ周波数で且つ同じタイミングでローパスフィルター処理を行い，その後，モータ5の誘起電圧定数Keとを用いて以下の演算を実施し，モータ5巻線抵抗値Raを求める。主回路直流電圧Vpnを用いる事により電源変動等に対応できる。
Ra={ (Vcmd_f×Vpn_f／280)−(ω_f×Ke) }／Ia_f
ただし，主回路直流電圧Vpnのローパスフィルター処理後をVpn_f，電流Iaのローパスフィルター処理後をIa_f，速度ωのローパスフィルター処理後をω_f，電圧指令Vcmdのローパスフィルター処理後をVcmd_fとする。

巻線抵抗温度演算部22では上記モータ5巻線抵抗値Raから以下の演算を実施し，巻線抵抗温度Taを求める。
Ta=(Ra／Rs−1)／α＋Ts
ただし，Rsは基準温度Tsでの巻線抵抗値，αは巻線抵抗値の温度係数である。
巻線抵抗保護処理部23では求められた巻線抵抗温度Taと所定の閾値を比較して閾値を超えた場合にコンタクタ7をOFFする信号を出力してモータ5への電源供給を停止し，PWM制御部25にインバータ部3のゲート信号を遮断する信号を出力してモータ巻線の焼損するのを防止する。

1 コンバータ部
2 CPU処理部
3 インバータ部
4 電流検出器
5 モータ
6 位置検出器
7 コンタクタ
21 PN電圧検出部：主回路直流電圧検出
22 巻線抵抗温度演算部
23 巻線抵抗保護処理部
24 巻線抵抗値演算部
25 PWM制御部
26 電流制御部
27 電流検出部
28 速度制御部
29 位置検出/速度処理部

Claims (1)

1. サーボモータ制御装置において、
   主回路電圧を検出する検出手段と、
   モータに流れる電機子電流を検出する検出手段と、
   モータ速度を検出する検出手段と、
   上記検出手段により得られた主回路電圧、モータ電流及びモータ速度と電流制御で求められた電圧指令及びモータの誘起電圧定数に基づいて、主回路電圧，モータ電流，モータ速度及び電圧指令に付加されるローパスフィルターが同じ周波数で且つ同じタイミングで処理され、モータの巻線抵抗値を演算するモータ巻線抵抗演算手段と、
   モータ巻線抵抗値からモータ巻線温度を演算するモータ巻線温度演算手段とを備え、
   モータ巻線温度演算結果が所定の閾値を超えた場合にモータへの電源供給を停止し、
   モータ巻線の焼損するのを防止する事を特徴とするモータ巻線焼損保護装置。

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