KR101856431B1

KR101856431B1 - 보호 장치 및 서보 모터

Info

Publication number: KR101856431B1
Application number: KR1020177027260A
Authority: KR
Inventors: 준이치 미야키; 가즈아키 안도; 다카시 이소다; 준 하토리; 쇼타 이토
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2018-05-09
Also published as: JP5936786B1; WO2016157382A1; CN107567681A; KR20170118225A; JPWO2016157382A1; TWI577126B; CN107567681B; TW201635693A

Abstract

모터(3)의 U상 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부(11)와, 온도 검출부(11)에 의해 검출된 온도에 기초하여 해당 U상 코일의 저항을 산출하는 저항 산출부(12)와, 인버터 장치(2)로부터 모터(3)에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 저항 산출부(12)에 의해 산출된 저항과 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류에 기초하여 모터(3)의 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 산출하고, U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 출력하는 처리부(14)를 구비한다. 온도 센서에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터를 보호할 수 있다.

Description

보호 장치 및 서보 모터

본 발명은 모터를 보호하는 보호 장치 및 서보 모터에 관한 것이다.

모터는 사용 상황에 따라 과도한 온도 상승을 일으키는 경우가 있다. 보호 장치는 해당 온도 상승에 의한 파손으로부터 모터를 보호하는 장치이다.

특허 문헌 1에는 집중(集中)권 회전 전기의 고정자 각 상의 권선 전류와 전압으로부터 권선 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 집중권 회전 전기가 부하 상태이면서 회전 정지 상태의 각 상전류와 전압으로부터 권선 온도 상승을 추정하는 온도 상승 추정 수단을 구비하고, 집중권 회전 전기의 온도 상승을 감시하는 집중권 회전 전기 시스템이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는 동기 전동기의 3상 교류 전류의 2상 이상의 교류 전류를 검출하는 전류 센서와 동기 전동기의 온도를 검출하는 온도 센서와 동기 전동기의 온도 상승을 억제하는 온도 보호 수단을 구비한 동기 전동기가 개시되어 있다.

(특허 문헌 1) 일본 특개 2005－80450호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특개 2001－268989호 공보

그러나, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2는 직류 제어 중 또는 직류 제어 후 등 각 상의 코일의 온도에 편차가 있어서, 온도 센서에 의해서 검출되는 코일 이외의 코일의 온도가 높아졌을 경우, 모터를 보호할 수 없을 가능성이 있다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 온도 센서에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터를 보호할 수 있는 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 인버터 장치에 의해 구동되는 모터를 보호하는 보호 장치에 있어서, 모터의 제1 상코일의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 기초하여 해당 제1 상코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부와, 인버터 장치로부터 모터에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 제1 저항 산출부에 의해 산출된 저항과 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 기초하여 모터의 제2 상코일의 온도 및 제3 상코일의 온도를 산출하고, 제1 상코일의 온도, 제2 상코일의 온도 또는 제3 상코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 보호 장치는 온도 센서에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터를 보호할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 서보 모터의 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 처리부의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.
도 3은 실시 형태 2에 따른 서보 모터의 구성도이다.
도 4는 실시 형태 2에 따른 처리부의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.
도 5는 실시 형태 3에 따른 서보 모터의 구성도이다.
도 6은 실시 형태 4에 따른 서보 모터의 구성도이다.
도 7은 실시 형태 4에 따른 처리부의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.
도 8은 실시 형태 1에 따른 보호 장치, 실시 형태 2에 따른 보호 장치, 실시 형태 3에 따른 보호 장치 및 실시 형태 4에 따른 보호 장치를 실현하기 위한 하드웨어 구성 예를 나타내는 도면이다.

이하에서, 본 발명의 실시 형태에 따른 보호 장치 및 서보 모터를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은 실시 형태 1에 따른 보호 장치(1)를 구비하는 서보 모터(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 실시 형태 1에 따른 처리부(14)의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.

서보 모터(100)는 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환한 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환하여, 변환한 교류 전압을 출력하는 인버터 장치(2)와, 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)와, 모터(3)를 보호하는 보호 장치(1)와, 모터(3)를 구성하는 한상(一相)의 코일의 열을 검지하는 온도 센서인 열 검지기(4)와, 모터(3)의 회전 각도를 검출하는 회전 검출기(5)를 구비한다.

모터(3)는 제1 상코일, 제2 상코일 및 제3 상코일로 구성되어 있다. 이하에서는, 제1 상코일은 U상 코일이라고 칭하고, 제2 상코일은 V상 코일이라고 칭하며, 제3 상코일은 W상 코일이라고 칭한다.

열 검지기(4)는 U상 코일의 열을 검지한다고 설명하지만, V상 코일 또는 W상 코일의 열을 검지해도 된다. 회전 검출기(5)는 모터(3)의 회전 각도를 검출한다.

보호 장치(1)는 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)를 보호하는 장치이다. 보호 장치(1)는 U상 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부(11)와, U상 코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부인 저항 산출부(12)와, 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부(14)와, 회전 검출기(5)에 의해 검출된 값에 기초하여 모터(3)의 전압 및 전류 위상을 검출하는 위상 검출부(15)를 구비한다.

온도 검출부(11)는 열 검지기(4)에 의해 검지된 값에 기초하여 모터(3)의 U상 코일의 온도를 검출한다.

저항 산출부(12)는 온도 검출부(11)에 의해 검출된 온도에 기초하여 U상 코일의 저항을 산출한다.

전류 검출부(13)는 인버터 장치(2)로부터 모터(3)에 공급되는 전류를 검출한다. 구체적으로는, 전류 검출부(13)는 U상 코일의 전류, V상 코일의 전류, W상 코일의 전류를 검출한다.

처리부(14)는 제1 저항 산출부(12)에 의해 산출된 저항과 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류에 기초하여, 모터(3)의 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 산출한다. 처리부(14)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력한다.

여기서, 모터(3)에 서보 락(lock)이 행해지고 있는 상태에서 처리부(14)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 또한, 서보 락은 직류 전류에 의해 모터(3)의 동작을 제어하는 것이며, 이하에서는 직류 제어라고도 칭한다. 그리고 직류 제어를 하고 있을 때는 모터(3)의 동작이 정지하고 있지만, 인버터 장치(2)로부터 모터(3)에 직류 전류가 공급되고 있다.

처리부(14)는 각 상코일의 전압을 산출하는 전압 산출부(16)와, V상 코일 및 W상 코일의 저항을 산출하는 제2 저항 산출부인 저항 산출부(17)와, V상 코일 및 W상 코일의 온도를 산출하는 온도 산출부(18)와, 신호를 생성하는 신호 생성부(19)와, 신호를 출력하는 출력부(20)를 구비한다.

전압 산출부(16)는 U상 코일의 저항과 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류와 회전 각도에 기초하여 U상 코일의 전압, V상 코일의 전압, 및 W상 코일의 전압을 산출한다. 또한, 전압 산출부(16)는 U상 코일의 전압을 산출하는 제1 전압 산출부(16a)와 V상 코일 및 W상 코일의 전압을 산출하는 제2 전압 산출부(16b)로 구성되어도 된다.

제1 전압 산출부(16a)는 저항 산출부(12)에 의해 산출된 U상 코일의 저항과 전류 검출부(13)에 의해 검출된 U상 코일의 전류에 기초하여 U상 코일의 전압을 산출한다.

제2 전압 산출부(16b)는 U상 코일의 전압과 회전 각도에 기초하여 상전압을 산출한다. 제2 전압 산출부(16b)는 회전 각도에 120도를 더한 각도와 상전압에 기초하여 V상 코일의 전압을 산출하고, 또한, 회전 각도에 240도를 더한 각도와 상전압에 기초하여 W상 코일의 전압을 산출한다.

저항 산출부(17)는 V상 코일의 전류와 전압에 기초하여 V상 코일의 저항을 산출하고, W상 코일의 전류와 전압에 기초하여 W상 코일의 저항을 산출한다.

온도 산출부(18)는 V상 코일의 저항에 기초하여 V상 코일의 온도를 산출하고, W상 코일의 저항에 기초하여 W상 코일의 온도를 산출한다.

신호 생성부(19)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)를 정지시키는 신호를 생성한다. 출력부(20)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력한다. 또한, 설정되어 있는 온도는 모터(3)에 사용되고 있는 코일의 절연 재료의 내열 특성에 기초하여 결정되어 있으며 절연의 종류에 따라 다르다. F종의 경우에는 내열 온도는 155도이며, H종의 경우에는 내열 온도는 180도이며, 해당 값으로부터 「분위기 온도 상한치＋온도 여유도(裕度)」를 공제한 값을 설정한다.

다음으로, 상술한 처리부(14)의 구체적인 동작에 대해 도 2에 나타낸 순서도를 이용하여 설명한다.

단계 ST1에서, 보호 장치(1)는 모터(3)의 직류 제어가 행해지고 있는지를 판단한다. 직류 제어가 행해지고 있다고 판단한 경우(Yes)에는 단계 ST2로 진행하고, 직류 제어가 행해지고 있지 않은 경우, 즉 모터(3)가 구동중이라고 판단한 경우(No)에는 단계 ST13로 진행한다. 또한, 단계 ST13에서 단계 ST17의 각 공정에 대해서는 후술하는 실시 형태 4에서 설명한다.

단계 ST2에서, 온도 검출부(11)는 U상 코일의 온도 Tu를 검출한다.

단계 ST3에서, 저항 산출부(12)는 단계 ST2의 공정에 의해 검출된 U상 코일의 온도 Tu에 기초하여 U상 코일의 저항 Ru를 산출한다. 구체적으로는, 저항 산출부(12)는 (1) 식에 U상 코일의 온도 Tu를 대입하여 U상 코일의 저항 Ru를 산출한다. 또한, R은 20도일 때의 저항이며, 알려진 값이다.

Ru=(234.5＋Tu－20)÷(234.5＋20)×R …(1)

단계 ST4에서, 전류 검출부(13)는 U상 코일의 전류 Iu와 V상 코일의 전류 Iｖ와 W상 코일의 전류 Iw를 검출한다.

단계 ST5에서 전압 산출부(16)는 U상 코일의 전압 Eu를 산출한다. 또한, U상 코일의 전압 Eu는 순간 전압이다. 구체적으로는, 전압 산출부(16)는 (2) 식에 U상 코일의 저항 Ru와 U상 코일의 전류 Iu를 대입하여 U상 코일의 전압 Eu를 산출한다.

Eu=Iu×Ru …(2)

단계 ST6에서, 전압 산출부(16)는 V상 코일의 전압 Eｖ 및 W상 코일의 전압 Ew를 산출한다. 또한, V상 코일의 전압 Eｖ 및 W상 코일의 전압 Ew는 순간 전압이다. 구체적으로는, 전압 산출부(16)는 (3) 식에 U상 코일의 전압 Eu와 회전 각도α를 대입하여 상전압 E를 산출한다. 전압 산출부(16)는 (4) 식에 상전압 E와 회전 각도 α를 대입하여 V상 코일의 전압 Eｖ를 산출한다. 또한, (4) 식에서 (α＋2/3×π)는 U상 코일과 V상 코일의 위상차가 120도인 것을 의미한다. 전압 산출부(16)는 (5) 식에 상전압 E와 회전 각도 α를 대입하여 W상 코일의 전압 Ew를 산출한다. 또한, (5) 식에서 (α＋4/3×π)는 U상 코일과 W상 코일의 위상차가 240도인 것을 의미한다.

Eu=E×cos(α) …(3)

Eｖ=E×cos(α＋2/3×π) …(4)

Ew=E×cos(α＋4/3×π) …(5)

또한, U상 코일, V상 코일 및 W상 코일의 각도가 90도인 경우에는 산출이 곤란해지지만, 회전 각도 α가 90도인 경우에는 91도로 치환하여 근사치를 구해도 된다.

또한, 각 상코일의 전압을 전압 검출기에 의해 직접 검출하는 구성도 생각할 수 있으나, 직류 제어 시에는 검출되는 전압이 작고 오차가 크다고 생각된다. 따라서, 단계 ST5 및 단계 ST6의 공정에서는 전압 산출부(16)에 의해 각 상코일의 전압을 산출한다.

단계 ST7에서, 저항 산출부(17)는 V상 코일의 저항 Rｖ 및 W상 코일의 저항 Rw를 산출한다. 구체적으로는, 저항 산출부(17)는 (6) 식에 V상 코일의 전압 Eｖ와 전류 Iｖ를 대입하여 V상 코일의 저항 Rｖ를 산출한다. 저항 산출부(17)는 (7) 식에 W상 코일의 전압 Ew와 전류 Iw를 대입하여 W상 코일의 저항 Rw를 산출한다.

Rｖ=Eｖ÷Iｖ …(6)

Rw =Ew÷Iw …(7)

단계 ST8에서, 온도 산출부(18)는 V상 코일의 온도 Tｖ1 및 W상 코일의 온도 Tw1을 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(18)는 (8) 식에 단계 ST7의 공정으로 산출한 V상 코일의 저항 Rｖ와 20도일 때의 저항 R을 대입하여 V상 코일의 온도 Tｖ1을 산출한다. 온도 산출부(18)는 (9) 식에 단계 ST7의 공정으로 산출한 W상 코일의 저항 Rw와 20도일 때의 저항 R을 대입하여 W상 코일의 온도 Tw1을 산출한다.

Rｖ=(234.5＋Tｖ1－20)÷(234.5＋20)×R …(8)

Rw =(234.5＋Tw1－20)÷(234.5＋20)×R …(9)

단계 ST9에서, 신호 생성부(19)는 U상 코일의 온도 Tu1, V상 코일의 온도 Tｖ1 또는 W상 코일의 온도 Tw1이 설정되어 있는 온도를 초과하는 지를 판단한다. 어느 하나의 코일이라도 설정되어 있는 온도를 초과한다고 판단한 경우(Yes)에는 단계 ST11로 진행하고, 모든 코일이 설정되어 있는 온도를 초과하지 않는다고 판단한 경우(No)에는 단계 ST10로 진행한다.

단계 ST10에서, 온도 산출부(18)는 U상 코일의 온도 Tu1, V상 코일의 온도 Tｖ1 및 W상 코일의 온도 Tw1을 기억부(21)에 기억한다. 또한, 후술하는 단계 ST17의 공정으로부터 본 공정으로 진행되어 온 경우, 온도 Tu2를 온도 Tu1로 하고, 온도 Tｖ2를 온도 Tｖ1으로 하며, 온도 Tw2를 온도 Tw1으로 하여 기억부(21)에 기억한다. 그리고 콜드 스타트(cold start) 때에는, 「Tu1=Tｖ1=Tw1=0」으로 한다. 단계 ST10의 공정을 실행한 다음, 단계 ST1의 공정으로 돌아온다.

단계 ST11에서, 신호 생성부(19)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 생성한다.

단계 ST12에서, 출력부(20)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 인버터 장치(2)에 출력한다. 인버터 장치(2)는 모터(3)를 정지시키는 신호가 입력된 경우, 직류 전류의 공급을 정지한다. 모터(3)는 직류 전류의 공급이 정지됨으로써, 냉각되어 온도가 내려간다.

따라서, 보호 장치(1)는 모터(3)에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에서 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과한 경우에 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 출력함으로써, 열 검지기(4)에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터(3)를 보호할 수 있다.

또한, 보호 장치(1)는 직접적으로 전압과 전류의 순시값을 이용하여 실시간으로 각 상코일의 온도를 산출하기 때문에, 모터(3)의 냉각 상태가 변화한 경우에도 해당 변화에 대응하여 각 상코일의 온도를 산출할 수 있다.

또한, 모터(3)는 구동과 직류 제어를 반복하여 수행하는 것으로 구동 패턴이 정해져 있다. 직류 제어시 온도의 상승은 직류 전류에 의해 결정되기 때문에, 전기각의 위상에 따라 각 상코일의 온도가 다르다. 보호 장치(1)는 직류 제어시에 실시간으로 각 상코일의 온도를 산출하고, 어느 하나의 코일이라도 설정되어 있는 온도를 초과하는 경우 모터(3)의 구동을 정지시킴으로써 모터(3)를 보호할 수 있다.

실시 형태 2.

다음으로, 실시 형태 2에 따른 보호 장치(6)를 구비하는 서보 모터(101)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은 실시 형태 2에 따른 서보 모터(101)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4는 실시 형태 2에 따른 처리부(31)의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.

서보 모터(101)는 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환한 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환하여, 변환한 교류 전압을 출력하는 인버터 장치(2)와, 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)와, 모터(3)를 보호하는 보호 장치(6)와, 모터(3)를 구성하는 한상의 코일의 열을 검지하는 열 검지기(4)와, 모터(3)의 회전 각도를 검출하는 회전 검출기(5)를 구비한다.

또한, 실시 형태 2에 따른 서보 모터(101)와 실시 형태 1에 따른 서보 모터(100)는 보호 장치(6)와 보호 장치(1)의 구성만 다르며, 다른 구성은 동일하다. 이하에서는, 서보 모터(100)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.

여기서는 보호 장치(6)의 구성과 동작에 대해 설명한다. 보호 장치(6)는 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)를 보호하는 장치이다. 보호 장치(6)는 U상 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부(11)와, U상 코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부인 저항 산출부(12)와, 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부(31)와, 모터(3)의 전압 및 전류 위상을 검출하는 위상 검출부(15)를 구비한다.

온도 검출부(11)는 열 검지기(4)에 의해 검지된 값에 기초하여, U상 코일의 온도를 검출한다.

전류 검출부(13)는 검출된 전류인 U상 코일의 전류 또는 V상 코일의 전류와 회전 각도에 기초하여 W상 코일의 전류를 산출한다. 구체적으로는, 전류 검출부(13)는 U상 코일의 전류 및 V상 코일의 전류를 검출하는 검출부(13a)와 W상 코일의 전류를 산출하는 산출부(13b)를 구비한다.

여기서 모터(3)에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에서 처리부(31)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.

처리부(31)는 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 기억하는 기억부(21)와 V상 코일의 저항 및 W상 코일의 저항을 산출하는 제2 저항 산출부인 저항 산출부(32)와, 동손(銅損)을 산출하는 동손 산출부(33)와, V상 코일 및 W상 코일의 온도를 산출하는 온도 산출부(34)와, 신호를 생성하는 신호 생성부(19)와, 신호를 출력하는 출력부(20)를 구비한다.

기억부(21)는 이전의 처리에 의해 산출된 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 기억한다.

저항 산출부(32)는 기억부(21)에 기억되어 있는 V상 코일의 온도에 기초하여 V상 코일의 저항을 산출한다. 저항 산출부(32)는 기억부(21)에 기억되어 있는 W상 코일의 온도에 기초하여 W상 코일의 저항을 산출한다.

동손 산출부(33)는 U상 코일의 전류와 저항에 기초하여 U상 코일의 동손을 산출하고, V상 코일의 전류와 저항에 기초하여 V상 코일의 동손을 산출하며, W상 코일의 전류와 저항에 기초하여 W상 코일의 동손을 산출한다.

온도 산출부(34)는 U상 코일의 동손과 온도에 기초하여 열저항을 산출한다. 온도 산출부(34)는 해당 열저항과 V상 코일의 동손에 기초하여 V상 코일의 온도를 산출하고, 또한, 해당 열저항과 W상 코일의 동손에 기초하여 W상 코일의 온도를 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(34)는 시간을 계측하는 시간 계측부(34a)와 열저항을 산출하는 열저항 산출부(34b)와 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 산출하는 산출부(34c)를 구비한다. 열저항 산출부(34b)는 시간 계측부(34a)에 의해 직류 제어를 시작하는 시각 t1을 계측하고, 또한, 시간 계측부(34a)에 의해 직류 제어를 시작하고 나서 n초 후의 시각 t2를 계측한다. 열저항 산출부(34b)는 시각 t1의 U상 코일의 온도와 시각 t2의 U상 코일의 온도와 U상 코일의 동손에 기초하여 열저항을 산출한다.

신호 생성부(19)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 출력부(20)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력한다.

다음으로, 상술한 처리부(31)의 구체적인 동작에 대해, 도 4에 나타내는 순서도를 이용하여 설명한다. 또한, 기억부(21)에는 이전의 처리에 의해 산출된 V상 코일의 온도 Tｖ1 및 W상 코일의 온도 Tw1이 기억되어 있는 것으로 한다.

단계 ST21에서, 보호 장치(6)는 모터(3)의 직류 제어가 행해지고 있는지를 판단한다. 직류 제어가 행해지고 있다고 판단한 경우(Yes)에는 단계 ST22로 진행하고, 직류 제어가 행해지지 않은 경우, 즉 모터(3)가 구동중이라고 판단한 경우(No)에는 단계 ST13으로 진행한다. 또한, 단계 ST13에서 단계 ST17의 각 공정에 대해서는 후술하는 실시 형태 4에서 설명한다.

단계 ST22에서, 온도 검출부(11)는 U상 코일의 온도 Tu를 검출한다.

단계 ST23에서, 저항 산출부(12)는 단계 ST22의 공정에 의해 검출된 U상 코일의 온도 Tu에 기초하여 U상 코일의 저항 Ru를 산출한다. 구체적으로는, 저항 산출부(12)는 (10) 식에 U상 코일의 온도 Tu를 대입하여 U상 코일의 저항 Ru를 산출한다. 또한 R은 20도일 때의 저항이며, 상수이다.

Ru=(234.5＋Tu－20)÷(234.5＋20)×R …(10)

단계 ST24에서, 저항 산출부(32)는 V상 코일의 저항 Rｖ 및 W상 코일의 저항 Rw를 산출한다. 구체적으로는, 저항 산출부(32)는 기억부(21)에 기억되어 있는 V상 코일의 온도 Tｖ1과 W상 코일의 온도 Tw1을 읽어내어, V상 코일의 온도 Tｖ1을 (11) 식에 대입하여 V상 코일의 저항 Rｖ를 산출하고, 또한, W상 코일의 온도 Tw1을 (12) 식에 대입하여 W상 코일의 저항 Rw를 산출한다.

Rｖ=(234.5＋Tｖ1－20)÷(234.5＋20)×R …(11)

Rw =(234.5＋Tw1－20)÷(234.5＋20)×R …(12)

단계 ST25에서, 전류 검출부(13)는 W상 코일의 전류 Iw를 산출한다. 여기서, 전류 검출부(13)의 구체적인 동작에 대해 설명한다. 또한, U상 코일의 전류 Iu 및 V상 코일의 전류 Iｖ는 전류 검출부(13)에 의해 직접 검출되고 있다.

전류 검출부(13)는 U상 코일의 전류 Iu를 (13) 식에 대입하여 상전류 I를 산출한다. 또한, 전류 검출부(13)는 V상 코일의 전류 Iｖ를 (14) 식에 대입하여 상전류 I를 산출해도 된다. 전류 검출부(13)는 상전류 I와 회전 각도 α를 (15) 식에 대입하여 W상 코일의 전류 Iw를 산출한다.

Iu=I×cos(α) …(13)

Iｖ=I×cos(α＋2/3×π) …(14)

Iw =I×cos(α＋4/3×π) …(15)

단계 ST26에서, 동손 산출부(33)는 U상 코일의 동손 Pu, V상 코일의 동손 Pｖ 및 W상 코일의 동손 Pw를 산출한다. 구체적으로는, 동손 산출부(33)는 U상 코일의 전류 Iu와 저항 Ru를 (16) 식에 대입하여 U상 코일의 동손 Pu를 산출한다. 동손 산출부(33)는 V상 코일의 전류 Iｖ와 저항 Rｖ를 (17) 식에 대입하여 V상 코일의 동손 Pｖ를 산출한다. 동손 산출부(33)는 W상 코일의 전류 Iw와 저항 Rw를 (18) 식에 대입하여 W상 코일의 동손 Pw를 산출한다.

Pu=Iu²×Ru …(16)

Pｖ=Iｖ²×Rｖ …(17)

Pw=Iw²×Rw …(18)

단계 ST27에서, 온도 산출부(34)는 U상 코일의 동손 Pu와 온도 Tu에 기초하여 열저항 Rth를 산출한다. 또한, 열저항 Rth는 U상 코일과 대기 사이의 열저항이다. 구체적으로는, 온도 산출부(34)는 직류 제어를 시작할 때 검출한 U상 코일의 온도를 Tu1으로 하고, 직류 제어를 시작하고 나서 n초 후에 검출한 U상 코일의 온도를 Tu2로 하며, 해당 n(sec)과 U상 코일의 동손 Pu를 (19) 식에 대입하여 열저항 Rth［K/W］를 산출한다. 그리고 C는 열용량［J/K］이며, 알려진 값이다. 또한, C는 온도 의존의 영향이 적다. 그리고 (19) 식에서 열저항 Rth는 지수 함수이기 때문에, 차분 계산, Z 변환 또는 이중 선형 변환(bilinear transform)을 이용해 산출한다.

Tu2=(Pu×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))＋Tu1×exp(－n÷(C×Rth)) …(19)

단계 ST28에서, 온도 산출부(34)는 V상 코일의 온도 Tｖ2 및 W상 코일의 온도 Tw2를 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(34)는 열저항 Rth와 V상 코일의 동손 Pｖ와 기억부(21)에 기억되어 있는 V상 코일의 온도 Tｖ1을 (20) 식에 대입하여 V상 코일의 온도 Tｖ2를 산출한다. 온도 산출부(34)는 열저항 Rth와 W상 코일의 동손 Pw와 기억부(21)에 기억되어 있는 W상 코일의 온도 Tw1을 (21) 식에 대입하여 W상 코일의 온도 Tw2를 산출한다. 또한, 열저항 Rth는 삼상 모두 같은 값을 이용한다.

Tｖ2=(Pｖ×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))＋Tｖ1×exp(－n÷(C×Rth)) …(20)

Tw2=(Pw×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))＋Tw1×exp(－n÷(C×Rth)) …(21)

단계 ST29에서, 신호 생성부(19)는 U상 코일의 온도 Tu2, V상 코일의 온도 Tｖ2 또는 W상 코일의 온도 Tw2가 설정되어 있는 온도를 초과하는 지를 판단한다. 어느 하나의 코일이라도 설정되어 있는 온도를 초과한다고 판단한 경우(Yes)에는 단계 ST31로 진행하고, 모든 코일이 설정되어 있는 온도를 초과하지 않는다고 판단한 경우(No)에는 단계 ST30로 진행한다.

단계 ST30에서, 온도 산출부(34)는 U상 코일의 온도 Tu2, V상 코일의 온도 Tｖ2 및 W상 코일의 온도 Tw2를 기억부(21)에 기억한다. 또한, 온도 산출부(34)는 온도 Tu2를 온도 Tu1으로 하고, 온도 Tｖ2를 온도 Tｖ1으로 하며, 온도 Tw2를 온도 Tw1으로 하여 기억부(21)에 기억한다. 그리고 콜드 스타트 때에는 「Tu1=Tｖ1=Tw1=0」으로 한다. 단계 ST30의 공정을 실행한 다음에는 단계 ST21의 공정으로 돌아온다.

단계 ST31에서, 신호 생성부(19)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 생성한다.

단계 ST32에서, 출력부(20)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 인버터 장치(2)에 출력한다. 인버터 장치(2)는 모터(3)를 정지시키는 신호가 입력된 경우, 직류 전류의 공급을 정지한다. 모터(3)는 직류 전류의 공급이 정지됨으로써, 냉각되어 온도가 내려간다.

따라서, 보호 장치(6)는 모터(3)에 직류 제어가 행해지는 상태에서, 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과하는 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 출력함으로써, 열 검지기(4)에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터(3)를 보호할 수 있다.

또한, 보호 장치(6)는 열용량을 미리 설정해두고, 설정된 타이밍에 각 상코일의 온도를 산출하여 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과했는지를 검출하므로, 모터(3)의 냉각 상태가 변화하여 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과하였을 경우에 모터(3)의 구동을 정지시킴으로써 모터(3)를 보호할 수 있다.

실시 형태 3.

다음으로, 실시 형태 3에 따른 보호 장치(7)를 구비하는 서보 모터(102)의 구성에 대해 설명한다. 도 5는 실시 형태 3에 따른 서보 모터(102)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 실시 형태 3에서 모터(3)는 수냉식인 것으로 가정하여 설명하지만, 수냉식에 한정되지 않는다.

서보 모터(102)는 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환한 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환하여, 변환한 교류 전압을 출력하는 인버터 장치(2)와, 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)와, 모터(3)를 보호하는 보호 장치(7)와, 모터(3)를 구성하는 한상의 코일의 열을 검지하는 열 검지기(4)와, 모터(3)의 회전 각도를 검출하는 회전 검출기(5)를 구비한다.

또한, 실시 형태 3에 따른 서보 모터(102)의 보호 장치(7)와 실시 형태 2에 따른 서보 모터(101)의 보호 장치(6)는 처리부(41)와 처리부(31)의 구성만이 다르며, 다른 구성은 동일하다. 이하에서는, 서보 모터(101)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.

여기서 모터(3)에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에서 처리부(41)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.

처리부(41)는 동손을 산출하는 동손 산출부(33)와, 시간을 계측하는 시간 계측부(34a)와, 열저항을 산출하는 열저항 산출부(34b)와, 신호를 생성하는 신호 생성부(19)와, 신호를 출력하는 출력부(20)를 구비한다.

동손 산출부(33)는 U상 코일의 전류와 저항에 기초하여 U상 코일의 동손을 산출한다. 구체적으로는, 동손 산출부(33)는 U상 코일의 전류 Iu와 저항 Ru를 (22) 식에 대입하여 U상 코일의 동손 Pu를 산출한다.

Pu=Iu²×Ru …(22)

열저항 산출부(34b)는 U상 코일의 동손과 온도에 기초하여 열저항을 산출한다. 구체적으로는, 열저항 산출부(34b)는 시간 계측부(34a)에 의해 직류 제어를 시작할 때의 시각 t1을 계측하고, 또한, 직류 제어를 시작하고 나서 n초 후의 시각 t2를 계측한다. 열저항 산출부(34b)는 시각 t1에 검출한 U상 코일의 온도를 Tu1으로 하고, 시각 t2에 검출한 U상 코일의 온도를 Tu2로 하며, U상 코일의 동손 Pu를 (23) 식에 대입하여 열저항 Rth［K/W］를 산출한다. 또한, C는 열용량［J/K］이며, 알려진 값이다. 다만, (23) 식에서 열저항 Rth는 지수 함수이기 때문에, 차분 계산, Z 변환 또는 이중 선형 변환을 이용해 산출한다.

Tu2=(Pu×Rth)×(1－exp(－n÷(C×Rth)))＋Tu1×exp(－n÷(C×Rth)) …(23)

신호 생성부(19)는 열저항 산출부(34b)에 의해 산출된 열저항이 설정되어 있는 저항을 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 출력부(20)는 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력한다.

따라서, 보호 장치(7)는 모터(3)에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에서 열저항이 설정되어 있는 저항을 초과한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 출력함으로써, 열 검지기(4)에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터(3)를 보호할 수 있다.

또한, 보호 장치(7)는 열용량을 미리 설정해두고, 설정된 타이밍에 열저항을 산출하여 설정되어 있는 저항을 초과했는지를 검출하므로, 모터(3)의 냉각 상태가 악화되어, 설정되어 있는 저항을 초과한 경우에 모터(3)의 구동을 정지시킴으로써, 모터(3)를 보호할 수 있다.

실시 형태 4.

다음으로, 실시 형태 4에 따른 보호 장치(8)를 구비하는 서보 모터(103)의 구성에 대해 설명한다. 도 6은 실시 형태 4에 따른 서보 모터(103)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7은 실시 형태 4에 따른 처리부(52)의 동작에 대한 설명을 제공하는 순서도이다.

서보 모터(103)는 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환한 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환하여, 변환한 교류 전압을 출력하는 인버터 장치(2)와, 인버터 장치(2)에 의해 구동되는 모터(3)와, 모터(3)를 보호하는 보호 장치(8)와, 모터(3)를 구성하는 한상의 코일의 열을 검지하는 열 검지기(4)와, 모터(3)의 회전 각도를 검출하는 회전 검출기(5)를 구비한다.

또한, 실시 형태 4에 따른 서보 모터(103)의 보호 장치(8)와 실시 형태 2에 따른 서보 모터(101)의 보호 장치(6)는 처리부(52)와 처리부(31)의 구성만이 다르며, 다른 구성은 동일하다. 이하에서는, 서보 모터(101)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.

보호 장치(8)는 U상 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부(11)와, 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 인버터 장치(2)로부터 모터(3)에 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부(51)와, 모터(3)를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부(52)와, 회전 검출기(5)에 의해 검출된 값에 기초하여 모터(3)의 전압 및 전류 위상을 검출하는 위상 검출부(15)를 구비한다.

여기서 모터(3)가 구동하고 있는 상태에서 처리부(52)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 처리부(52)는 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 기억하는 기억부(21)와, 토크값을 산출하는 토크값 산출부(53)와, 모터(3)의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(54)와, 출력을 산출하는 출력 산출부(55)와, 입력을 산출하는 입력 산출부(56)와, 전손실(全損失)을 산출하는 전손실 산출부(57)와, V상 코일 및 W상 코일의 온도를 산출하는 온도 산출부(58)와, 신호를 생성하는 신호 생성부(19)와, 신호를 출력하는 출력부(20)를 구비한다.

토크값 산출부(53)는 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류에 기초하여 토크값을 산출한다. 구체적으로는, 토크값 산출부(53)는 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류에 기초하여 dq 좌표 변환를 수행하여 토크값을 산출한다.

회전수 검출부(54)는 모터(3)의 극수(極數)와 인버터 장치(2)로부터 검출한 주파수 f를 (24) 식에 대입하여 모터(3)의 회전수 N을 검출한다.

N=120÷f×모터의 극수 …(24)

출력 산출부(55)는 토크값과 모터(3)의 회전수에 기초하여 출력을 산출한다. 구체적으로는, 출력 산출부(55)는 토크값 T와 회전수 N을 (25) 식에 대입하여 출력 Pout을 산출한다.

Pout=T×(2π×N÷60)÷1000 …(25)

입력 산출부(56)는 전류 검출부(13)에 의해 검출된 전류와 전압 검출부(51)에 의해 검출된 전압에 기초하여 입력을 산출한다. 구체적으로는, 입력 산출부(56)는 전류 I와 전압 V를 (26) 식에 대입하여 입력 Pin을 산출한다. 또한 cosβ는 역률을 나타낸다.

Pin= √3×I×V×cosβ …(26)

전손실 산출부(57)는 출력과 입력에 기초하여 모터(3)의 구동에 의한 전손실을 산출한다. 구체적으로는, 전손실 산출부(57)는 (27) 식에 나타낸 바와 같이, 입력 Pin에서 출력 Pout을 감산함으로써, 전손실 P를 산출한다.

P＝Pin－Pout …(27)

온도 산출부(58)는 전손실과 U상 코일의 온도에 기초하여 열저항을 산출하고, 해당 열저항과 전손실에 기초하여 V상 코일의 온도와 W상 코일의 온도를 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(58)는 시간을 계측하는 시간 계측부(58a)와 열저항을 산출하는 열저항 산출부(58b)와 V상 코일의 온도 및 W상 코일의 온도를 산출하는 산출부(58c)를 구비한다. 열저항 산출부(58b)는 시간 계측부(58a)에 의해 구동을 시작할 때의 시각 t1을 계측하고, 또한, 시간 계측부(58a)에 의해 구동을 종료할 때의 시각 t2를 계측한다. 열저항 산출부(58b)는 시각 t1의 U상 코일의 온도와 시각 t2의 U상 코일의 온도와 전손실에 기초하여 열저항을 산출한다.

다음으로, 상술한 처리부(52)의 구체적인 동작에 대해 도 7에 나타내는 순서도를 이용하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 상술한 단계 ST1 및 상술한 단계 ST21의 공정에서 직류 제어가 행해지고 있지 않은 경우, 즉 모터(3)가 구동중이라고 판단한 경우(No)의 처리부(52)의 동작에 대해 설명한다.

단계 ST13에서, 온도 산출부(58)는 시간 계측부(58a)에 의해 설정되어 있는 구동 시간을 계측한다.

단계 ST14에서, 온도 산출부(58)는 계측한 구동 시간에 기초하여 구동의 시작부터 종료까지의 시간을 산출한다. 이하에서는, 온도 산출부(58)에 의해 산출한 시간을 「n1」이라고 칭한다.

단계 ST15에서, 온도 산출부(58)는 전손실 산출부(57)에 의해 산출된 전손실 P와 온도 검출부(11)에 의해 검출된 U상 코일의 온도 Tu에 기초하여, 열저항 Rth를 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(58)는 구동의 시작시 온도 검출부(11)에 의해 검출된 U상 코일의 온도를 Tu1으로 하고, 구동의 종료시 온도 검출부(11)에 의해 검출된 U상 코일의 온도를 Tu2로 하며, 전손실 P와 단계 ST14의 공정으로 산출한 시간 n1을 (28) 식에 대입하여 열저항 Rth［K/W］를 산출한다. 또한, C는 열용량［J/K］이며, 알려진 값이다. 그리고 (28) 식에서 열저항 Rth는 지수 함수이기 때문에, 차분 계산, Z 변환 또는 이중 선형 변환을 이용하여 산출한다.

Tu2=(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))＋Tu1×exp(－n1÷(C×Rth))…(28)

단계 ST16에서, 온도 산출부(58)는 V상 코일의 온도 Tｖ2 및 W상 코일의 온도 Tw2를 산출한다. 구체적으로는, 온도 산출부(58)는 열저항 Rth와 전손실 P와 기억부(21)에 기억되어 있는 V상 코일의 온도 Tｖ1을 (29) 식에 대입하여 V상 코일의 온도 Tｖ2를 산출한다. 또한, 온도 산출부(58)는 열저항 Rth와 전손실 P와 기억부(21)에 기억되어 있는 W상 코일의 온도 Tw1을 (30) 식에 대입하여 W상 코일의 온도 Tw2를 산출한다. 또한, 열저항 Rth 및 전손실 P는 삼상 모두 같은 값을 이용한다. 그리고 콜드 스타트 때에는 「Tu1=Tｖ1=Tw1」으로 한다.

Tｖ2=(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))＋Tｖ1×exp(－n1÷(C×Rth)) …(29)

Tw2=(P×Rth)×(1－exp(－n1÷(C×Rth)))＋Tw1×exp(－n1÷(C×Rth)) …(30)

단계 ST17에서, 신호 생성부(19)는 U상 코일의 온도 Tu2, V상 코일의 온도 Tｖ2 또는 W상 코일의 온도 Tw2가 설정되어 있는 온도를 초과하는 지를 판단한다. 어느 하나의 코일이라도 설정되어 있는 온도를 초과한다고 판단한 경우(Yes)에는 단계 ST11 또는 단계 ST31로 진행하고, 모든 코일이 설정되어 있는 온도를 초과하지 않는다고 판단한 경우(No)에는 단계 ST10 또는 단계 ST30으로 진행한다.

따라서, 보호 장치(8)는 모터(3)가 구동하고 있는 상태에서, 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과한 경우에 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 출력함으로써, 열 검지기(4)에 의해 검출되고 있는 코일 이외의 코일의 온도가 높아져도 모터(3)를 보호할 수 있다.

또한, 보호 장치(8)는 모터(3)가 단시간의 구동과 직류 제어를 반복하고, 각 상코일의 온도가 다른 상태에서 어느 코일이 설정되어 있는 온도를 초과한 경우에 모터(3)의 구동을 정지시킴으로써, 모터(3)를 보호할 수 있다.

또한, 실시 형태 1에 따른 보호 장치(1), 실시 형태 2에 따른 보호 장치(6), 실시 형태 3에 따른 보호 장치(7) 및 실시 형태 4에 따른 보호 장치(8)는 도 8에 나타난 바와 같이, 연산을 실시하는 CPU(201)와, CPU(201)에 의해 읽어내지는 프로그램이 저장되는 ROM(202)과, ROM(202)에 저장되어 있는 프로그램이 전개되는 RAM(203)과, 신호의 입출력을 수행하는 인터페이스(204)로 구성되어 있다.

구체적으로는, ROM(202)에는 상술한 보호 장치(1)의 각 구성요소의 기능을 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. CPU(201)는 ROM(202)에 저장되어 있는 프로그램을 RAM(203)에 읽어내고, U상 코일의 저항과 전류와 회전 각도에 기초하여 U상 코일의 전압, V상 코일의 전압 및 W상 코일의 전압을 산출한다. CPU(201)는 V상 코일의 전류와 전압에 기초하여 V상 코일의 저항을 산출하고, W상 코일의 전류와 전압에 기초하여 W상 코일의 저항을 산출한다. CPU(201)는 V상 코일의 저항에 기초하여 V상 코일의 온도를 산출하고, W상 코일의 저항에 기초하여 W상 코일의 온도를 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호는 인터페이스(204)를 통해 인버터 장치(2)에 출력된다.

또한, ROM(202)에는 상술한 보호 장치(6)의 각 구성요소의 기능을 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. CPU(201)는 ROM(202)에 저장되어 있는 프로그램을 RAM(203)에 읽어내고, V상 코일의 온도에 기초하여 V상 코일의 저항을 산출하고, W상 코일의 온도에 기초하여 W상 코일의 저항을 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 전류와 저항에 기초하여 U상 코일의 동손을 산출하고, V상 코일의 전류와 저항에 기초하여 V상 코일의 동손을 산출하며, W상 코일의 전류와 저항에 기초하여 W상 코일의 동손을 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 동손과 온도에 기초하여 열저항을 산출하고, 해당 열저항과 V상 코일의 동손에 기초하여 V상 코일의 온도를 산출하며, 해당 열저항과 W상 코일의 동손에 기초하여 W상 코일의 온도를 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호는 인터페이스(204)를 통해 인버터 장치(2)에 출력된다.

또한, ROM(202)에는 상술한 보호 장치(7)의 각 구성요소의 기능을 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. CPU(201)는 ROM(202)에 저장되어 있는 프로그램을 RAM(203)에 읽어내고, U상 코일의 전류와 저항에 기초하여 U상 코일의 동손을 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 동손과 온도에 기초하여, 열저항을 산출한다. CPU(201)는 열저항이 설정되어 있는 저항을 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호는 인터페이스(204)를 통해 인버터 장치(2)에 출력된다.

또한, ROM(202)에는 상술한 보호 장치(8)의 각 구성요소의 기능을 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. CPU(201)는 ROM(202)에 저장되어 있는 프로그램을 RAM(203)에 읽어내고, 전류에 기초하여 토크값을 산출한다. CPU(201)는 모터(3)의 회전수를 검출한다. CPU(201)는 토크값과 모터(3)의 회전수에 기초하여 출력을 산출한다. CPU(201)는 검출된 전류 및 전압에 기초하여 입력을 산출한다. CPU(201)는 출력과 입력에 기초하여, 모터(3)의 구동에 의한 전손실을 산출한다. CPU(201)는 전손실과 U상 코일의 온도에 기초하여 열저항을 산출하고, 해당 열저항과 전손실에 기초하여 V상 코일의 온도와 W상 코일의 온도를 산출한다. CPU(201)는 U상 코일의 온도, V상 코일의 온도 또는 W상 코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호를 생성한다. 모터(3)의 구동을 정지시키는 신호는 인터페이스(204)를 통해 인버터 장치(2)에 출력된다.

이상의 실시 형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.

1, 6, 7, 8 보호 장치, 2 인버터 장치, 3 모터, 4 열 검지기, 5 회전 검출기, 11 온도 검출부, 12, 32, 34 저항 산출부, 13 전류 검출부, 13a 검출부, 13b 산출부, 14, 31, 41, 52 처리부, 15 위상 검출부, 16 전압 산출부, 16a 제1 전압 산출부, 16b 제2 전압 산출부, 17 저항 산출부, 18, 34, 58 온도 산출부, 19 신호 생성부, 20 출력부, 21 기억부, 33 동손 산출부, 34a, 58a 시간 계측부, 34b, 58b 열저항 산출부, 34c, 58c 산출부, 53 토크값 산출부, 54 회전수 검출부, 55 출력 산출부, 56 입력 산출부, 57 전손실 산출부, 100, 101, 102, 103 서보 모터.

Claims

인버터 장치에 의해 구동되는 모터를 보호하는 보호 장치에 있어서,
상기 모터의 제1 상코일의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 기초하여 해당 제1 상코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부와,
상기 인버터 장치로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 제1 저항 산출부에 의해 산출된 저항과 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 기초하여 상기 모터의 제2 상코일의 온도 및 제3 상코일의 온도를 산출하고, 상기 제1 상코일의 온도, 상기 제2 상코일의 온도 또는 상기 제3 상코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부와,
상기 모터의 회전 각도를 검출하는 각도 검출부를 구비하고,
상기 모터에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에 있어서,
상기 전류 검출부는,
검출된 전류인 상기 제1 상코일의 전류 또는 상기 제2 상코일의 전류와, 상기 회전 각도에 기초하여 상기 제3 상코일의 전류를 산출하고,
상기 처리부는,
이전의 처리에 의해 산출된 상기 제2 상코일의 온도 및 상기 제3 상코일의 온도를 기억하는 기억부와,
상기 제2 상코일의 온도에 기초하여 상기 제2 상코일의 저항을 산출하고, 상기 제3 상코일의 온도에 기초하여 상기 제3 상코일의 저항을 산출하는 제2 저항 산출부와,
상기 제1 상코일의 전류와 저항에 기초하여 상기 제1 상코일의 동손(銅損)을 산출하고, 상기 제2 상코일의 전류와 저항에 기초하여 상기 제2 상코일의 동손을 산출하며, 상기 제3 상코일의 전류와 저항에 기초하여 상기 제3 상코일의 동손을 산출하는 동손 산출부와,
온도 산출부와,
신호 생성부와,
출력부를 구비하며,
상기 온도 산출부는,
상기 직류 제어가 시작되는 제1 시각과 상기 제1 시각으로부터 소정의 시간 경과 후의 제2 시각을 계측하는 시간 계측부와,
상기 제1 시각의 제1 상코일의 온도와 상기 제2 시각의 제1 상코일의 온도와 상기 제1 상코일의 동손에 기초하여 상기 제1 상코일과 대기 사이의 열저항을 산출하는 열저항 산출부와,
해당 열저항과 상기 제2 상코일의 동손과 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 제2 상코일의 온도에 기초하여 상기 제2 상코일의 온도를 산출하며, 해당 열저항과 상기 제3 상코일의 동손과 상기 기억부에 기억되어 있는 제3 상코일의 온도에 기초하여 상기 제3 상코일의 온도를 산출하는 산출부를 구비하며,
상기 신호 생성부는,
상기 산출된 제1 상코일의 온도, 상기 산출된 제2 상코일의 온도 또는 상기 산출된 제3 상코일의 온도가 상기 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 생성하고,
상기 출력부는, 상기 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 보호 장치.
인버터 장치에 의해 구동되는 모터를 보호하는 보호 장치에 있어서,
상기 모터의 제1 상코일의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 기초하여 해당 제1 상코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부와,
상기 인버터 장치로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 제1 저항 산출부에 의해 산출된 저항과 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 기초하여 상기 모터의 제2 상코일의 온도 및 제3 상코일의 온도를 산출하고, 상기 제1 상코일의 온도, 상기 제2 상코일의 온도 또는 상기 제3 상코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부를 구비하고,
상기 모터에 직류 제어가 행해지고 있는 상태에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 상코일의 전류와 저항에 기초하여 상기 제1 상코일의 동손을 산출하는 동손 산출부와,
상기 직류 제어가 시작되는 제1 시각과 상기 제1 시각으로부터 소정의 시간 경과 후의 제2 시각을 계측하는 시간 계측부와,
상기 제1 상코일의 동손과 상기 제1 시각의 상기 제1 상코일의 온도와 상기 제2 시각의 상기 제1 상코일의 온도에 기초하여 상기 제1 상코일과 대기 사이의 열저항을 산출하는 열저항 산출부와,
상기 열저항이 설정되어 있는 저항을 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 생성하는 신호 생성부와,
상기 신호를 출력하는 출력부를 구비하는 보호 장치.
인버터 장치에 의해 구동되는 모터를 보호하는 보호 장치에 있어서,
상기 모터의 제1 상코일의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 기초하여 해당 제1 상코일의 저항을 산출하는 제1 저항 산출부와,
상기 인버터 장치로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 제1 저항 산출부에 의해 산출된 저항과 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 기초하여 상기 모터의 제2 상코일의 온도 및 제3 상코일의 온도를 산출하고, 상기 제1 상코일의 온도, 상기 제2 상코일의 온도 또는 상기 제3 상코일의 온도가 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 출력하는 처리부와,
상기 모터의 회전 각도를 검출하는 각도 검출부와,
상기 인버터 장치로부터 상기 모터에 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하고,
상기 모터가 구동하고 있는 상태에 있어서,
상기 전류 검출부는 검출된 전류인 상기 제1 상코일의 전류 또는 상기 제2 상코일의 전류와, 상기 회전 각도에 기초하여 상기 제3 상코일의 전류를 산출하고,
상기 처리부는,
이전의 처리에 의해 산출된 상기 제2 상코일의 온도 및 상기 제3 상코일의 온도를 기억하는 기억부와,
상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 기초하여 토크값을 산출하는 토크 값 산출부와,
상기 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출부와,
상기 토크 값과 상기 모터의 회전수에 기초하여 출력을 산출하는 출력 산출부와,
상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류와 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압에 기초하여 입력을 산출하는 입력 산출부와,
상기 입력과 상기 출력에 기초하여 상기 모터의 구동에 의한 전손실(全損失)을 산출하는 전손실 산출부와,
상기 전손실과 상기 제1 상코일의 온도에 기초하여 열저항을 산출하고, 해당 열저항과 상기 전손실에 기초하여 상기 제2 상코일의 온도와 상기 제3 상코일의 온도를 산출하는 온도 산출부와,
상기 제1 상코일의 온도, 상기 제2 상코일의 온도 또는 상기 제3 상코일의 온도가 상기 설정되어 있는 온도를 초과하는 것을 검출한 경우, 상기 모터를 정지시키는 신호를 생성하는 신호 생성부와,
상기 신호를 출력하는 출력부를 구비하는 보호 장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 보호 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 서보 모터.
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