JP2000341985A - 故障診断機能を備えたモータ制御装置 - Google Patents

故障診断機能を備えたモータ制御装置

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JP2000341985A
JP2000341985A JP11147661A JP14766199A JP2000341985A JP 2000341985 A JP2000341985 A JP 2000341985A JP 11147661 A JP11147661 A JP 11147661A JP 14766199 A JP14766199 A JP 14766199A JP 2000341985 A JP2000341985 A JP 2000341985A
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signal
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magnetic pole
circuit
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JP11147661A
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Takanori Ohashi
敬典 大橋
Tetsuo Yanada
哲男 梁田
Hitoshi Horikawa
仁志 堀川
Hideto Takada
英人 高田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】モータ、磁極位置信号の故障判定をコントロー
ラで行うことで、外部に測定器を準備しなくても容易に
できるようなモータ制御装置を提供することにある。 【解決手段】本発明はコントローラ1内に磁極位置信号
Smgの波形解析器11、表示器12を用意し、磁極位
置信号Smgによる位置番号を表示したり、モータMを
直流励磁、あるいは低周波駆動して位置番号を自動判断
する。また、コントローラ1内の速度調節器13の出力
電圧Vを表示器12で表示したり、自動的に出力電圧V
を判定することで故障判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石形同期モー
タに係り、特にモータ駆動に位置信号が必要なモータの
制御装置に利用することができる。
【0002】
【従来の技術】永久磁石形同期モータは、その回転駆動
のために永久磁石の回転位置を検知してその回転位置に
応じて電動機に供給する電圧あるいは電流を制御し回転
トルクを発生するようにしている。この永久磁石の回転
位置を検知する信号が異常になると正常に永久磁石形同
期モータを駆動できない。
【0003】従来は図2に示すように永久磁石形同期モ
ータMに直結した磁極位置検出器Mgから出力される磁
極位置信号Smgの故障を判定する場合、信号チェック
装置90が必要であった。信号チェック装置90は磁極
位置信号Smgを波形成形機91で受けて、これを信号
観測器92で観測し、モータ軸を回転し、正規の波形が
出力され、この波形が異常であるかがチェックされる。
このため、このチェックをするにはこのような装置が必
要なため、一般ユーザでは難しく、故障時には原因判定
が難しく、その調査に時間を要する。
【0004】また、永久磁石を用いたモータでは減磁す
ることがあり、この減磁を確認するには図4のようなチ
ェック装置91でチェックしており、特別なチェック装
置91を用意する必要がある。まず、調査対象の永久磁
石形同期モータMを外部駆動できるように外部駆動用モ
ータM2を直結し、永久磁石形同期モータMの巻線間の
誘起電圧を信号観測器92で観測し、回転数と波高値が
規定範囲内にあるかで、確認する。観測される誘起電圧
が規定範囲より小さくなっていることで減磁しているこ
とが確認される。しかし、一般ユーザがこのような装置
を特別用意することは不可能で、特に機械に組み込むと
かなり煩わしい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように磁極位置
信号の異常や減磁の有無を調べるためには、従来、特別
に異常をチェックするための測定器など用意しないとで
きなかった。また、確認のためには前述のようにかなり
の時間を要していた。本願発明は従来のこの問題を解決
し、第1に、磁極位置信号の異常チェックを簡単にでき
るようにし、第2に、減磁の有無を簡単に確認できるよ
うにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の目的のため、モー
タMのコントローラ1の中に磁極位置信号Smgの波形
解析器11と表示器12を用意し、磁極信号Smgに対
する位置番号をこの表示器12に表示するようにする。
そして、モータ軸をゆっくり手などで回転し、回転方向
と位置番号を照合することで故障を判定できる。通常こ
のような表示器12はコントローラ11には標準的に装
備されているものを使用すれば良い。また、このよう故
障判定するためのモードを入力端子Pchkや設定で用
意し、判定結果を表示器1や端子出力Pokで出力でき
るようにしても良い。さらにコントローラ内の電力変換
器14を用い、直流励磁や低周波駆動して、自動的に位
置番号をチェックするようしても良い。
【0007】第2の目的のため、コントローラ1内にあ
る速度調節器13などの電圧出力Vを表示器12で表示
する。そして、モータMの負荷をはずし、モータを駆動
し、その時の電圧値と回転数の関係から減磁判定する。
また、コントローラ1内に判定値と比較して端子出力E
okするようにしても良い。また、この故障判定モード
を設定もしくは端子入力Pchkで行っても良い。
【0008】前述のように故障判定機能をコントローラ
1内に持たせれば、外部にチェック用の測定器などを用
意しなくても良い。また、モータ、コントローラ組み合
わせのままチェックできるの短時間に確認できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下,本発明の一実施例を図1に
より説明する。ロータに永久磁石を用いた永久磁石形同
期モータの場合、その駆動にはロータ位置を検出するた
めの磁極位置信号Smgが必要であり、この信号が正常
に出力しないと正常にモータ駆動できない。また、この
信号の電圧レベルは低電圧回路から出力されるために、
低電圧で且つノイズや接触不良に弱いなどデリケートで
あり、またコネクタ接続されるときに誤配線されるなど
の問題もあり、モータが正常回転しないとき、この信号
が異常となっている場合が多い。このため、この信号S
mgの故障検出が一般ユーザで簡単にできないとメンテ
ナンス性が悪いことになる。
【0010】この磁極位置検出器Mgはモータに直結し
ており、この検出器Mgから出力される磁極位置信号S
mgの一例を図5に示す。この例では3相の永久磁石形
同期モータを仮定しており、3相のUS,VS,WSが
出力される例で、相数が変わっても同じように扱える。
この例では電気角で120°毎に位相がずれている。そ
こで、図1のコントローラ1内の波形解析器11で、こ
の図5に示すように回転角度を電気角度で60°毎に区
間分けして、位置番号を例えば1〜6と付ける。この番
号をコントローラ1内の表示器12で表示する。この表
示は、例えばコントローラの設定、あるいは外部からの
入力端子Pchkの入力信号が入ったときにチェックモ
ードに設定できるようにし、このチェックモードにした
とき表示できるようにすればよい。
【0011】信号Smgが正常な場合、図5に示したよ
うに正転方向にモータ軸を回転させれば1→2→3→…
6と順番に表示し、逆に回転すれば6→5→4→…1と
順番に表示する。ここで、例えば図6に示したようにV
相信号VSが断線した場合(図6の信号VSの黒網部は正
常時に出力されるべき信号が断線により出力されなこと
を示す)、1→2→2→F→6→1となり、異常が判定
できる。ここで、Fはあり得ない信号パタン全信号H
i、Loの場合の表示とする。
【0012】また、図7のようにV相信号VSの極性を
逆接続した場合、F→3→2→F→6と表示し、異常検
知できる。さらに図8に示したようにVS、WSが入れ
替えられて誤接続された場合、正転方向に回転した場
合、3→2→1→6→5→4と正常時と逆に数字が変化
するため、異常検知できる。従来は、信号線が断線した
場合は断線検出回路にて異常検知できるが、図7、図8
のように断線していない場合従来の断線検出回路では検
出できなかった。本実施例によれば図7、図8のように
断線していない信号異常であっても異常検知できる点が
従来と大きく異なる。上記位置番号は1→2→3→…6
と順番に表示したり、A→B→C→D→E→Fと表示し
たりすれば、通常使用する番号順に表示が流れるので異
常が発見しやすい。
【0013】前述の実施例はモータの回転を人の手など
で行う場合の例を示したが、以下のような方法を用いる
とモータの駆動により自動的に検知できる。3相のモー
タの駆動回路は図9に示した回路が良く使われる。この
回路でそれぞれのゲート信号をSu、Sv、Sw、S
x、Sy、Szとし、アクティブHI(ハイレベルでオ
ン信号)とすると、図10のようにゲート信号を与え
る。ここで例えばSuの添え字uはu相を意味する。そ
の他v、w、x、y、zも同様である。図10は故障判
定入力端子Pchkからの信号が入力されると判定開始
し、故障判定出力端子Pokで故障か、正常かを出力す
る例である。故障判定出力端子Pokからの出力信号
は、異常表示信号や外部への異常警報信号などとして使
用することができ、自動化する際に有利である。
【0014】モータの巻線と磁極位置番号との関係を図
11に示す。磁極位置は図5のUS,VS,WSの信号状態に対
応してモータの実際の回転角が6つの領域に区分けされ
る。図11のU相巻線とV相巻線の間にある領域から時
計回りに〜と番号を付けた場合を示す。この番号
〜は図5乃至図8、図10などにUS,VS,WSの信号状態
に対応して付けられた位置番号とは異なり、実際の回転
位置領域に対応する番号である。なおこの図は電気角で
示してあり、2極のモータであれば機械角で360度、
4極のモータであれば機械角で180度を示している。
位置番号1がに対応する。従ってこの位置番号1〜6
と実際の回転位置領域に対応する番号〜の番号が常
に一致すれば磁極位置信号は正常であると判断される。
【0015】図11において,モータの停止位置がの
付近にあり、Pchkが入力されたときのタイムチャー
トが図10である。Pchkの入力信号は外部端子など
から異常診断を実行したいときの任意のタイミングで入
力できる。Pchkが入力され、図10のようなゲート
信号(Su, Sv Sz=on, Sx, Sy, Sw=off)を出力すると、
w相の逆方向に電圧ベクトルが出力されるため、磁石の
吸引で、のほぼ中心位置に回転して、停止する。この
静止をタイマーなどで見計らって、磁極位置信号を入力
し、位置番号をチェックする。ここで、と異なる場合
は異常で、正常であれば、次のゲート信号(Sx,Sv,Sz=o
n,Su,Sy,Sw=off)を出力すると、の中心位置に吸引、
回転して停止する。そして、位置チェックする。これを
繰り返し、全ての位置を確認することで、コントローラ
1の波形解析器11が異常を自動判定する。即ちコント
ローラは自身が出力した電圧ベクトルに対して正常時に
在るべき実際の回転位置領域の番号〜は分かってい
るから、この番号〜が磁極位置検出器からの信号に
よって区分けされる位置番号1〜6と合致するかどうか
をみれば正常、異常が判断できる。なお、番号1〜6や
〜などは便宜上付けたものであり、これ以外の符号
であってもよい。あるいは符号を付けないでも、要は実
際の回転位置と磁極位置検出器からの信号で区分けされ
る領域の一致状態が判断できるものであればよい。
【0016】図10は電気角360度しか行っていない
が、機械角360度1回転以上検出しても良い。この例
は各相を直流励磁し回転が静止した状態でチェックする
方式だが、これを短時間で切り替えることで低周波駆動
となり、判定時間を短くできる。
【0017】本発明の他の実施例を図3に示す。本実施
例は永久磁石モータの減磁を故障判定することである。
永久磁石形同期モータの図3のコントローラ1は一般的
な永久磁石モータの制御ブロック図である。永久磁石形
同期モータMに取り付けられた、磁極位置検出器Mgの
出力から速度を検出して(速度検出器は図示省略)指令
と突き合わせ、速度調節器13でPI演算(比例積分演
算)することで指令電圧Vを演算する。さらに高度な制
御では速度調節器13の出力を電流制御器に入力して最
終的に指令電圧Vを演算して電力変換器14に出力す
る。
【0018】本発明のもっとも簡単な実現法はモータの
出力軸をオープンにして、無負荷でモータを回転させ、
この時の電圧Vを表示器12で表示し、これを判定値と
比較することで減磁判定できる。これは、永久磁石モー
タの電圧方程式が V=RI+E …(1) E=kN …(2) で、トルク式が τ=keI …(3) より、説明できる。ただし、Rはモータの電機子抵抗、
Vはモータ端子電圧、Iは巻線電流、Eは誘起電圧、N
は回転数、kは誘起電圧係数、τはトルク、keはトル
ク定数であり、モータの回転数はある所定の回転数であ
る。
【0019】ここで、無負荷で回転することを考えると τ≒0≒I …(4) となり、(1)式は V≒E …(5) となる。つまり、無負荷の時の電圧Vと誘起電圧Eがほ
ぼ等しくなるため、回転数と電圧Vの関係を調べれば、
誘起電圧係数がわかり、これよりモータが減磁している
かわかる。回転数はある設定された所定の回転数に固定
してこのときの電圧Vの大きさが所定の範囲に入ってい
るかをチェックしても良いし、任意の回転数に対応する
電圧Vが所定の範囲に入っているかをチェックするよう
にしても良い。回転数を固定してチェックすれば電圧V
のみチェックすればよいのでチェックが簡単である。任
意の回転数においてチェックできるようにした場合は、
回転数の制約がなくチェックできるメリットがある。
【0020】この電圧Vの表示は、例えばコントローラ
の設定、あるいは外部からの入力端子Pchkの入力信
号が入ったときにチェックモードに設定できるように
し、このチェックモードにしたとき表示できるようにす
ればよい。また、端子入力Pchkで異常判定を開始
し、図3に示すようにコントローラ1内で判定比較器1
5で、判定値と比較して、正常、異常を表示器12、も
しくは端子出力Eokで出力しても良い。このように本
発明によれば、図4のように外部駆動用のモータも不要
で、負荷軸をはずすだけで判定できるので、短時間で容
易に減磁しているかどうかを判定できる。このため、一
般ユーザでも簡単に行える。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば故障判定用に測定器を準
備しなくても良く、磁極位置信号の異常チェックを簡単
にでき、また減磁の有無を簡単に確認できる。またコン
トローラ1と組み合わせたまま故障判定ができるので、
短時間での判定ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の回路ブロック図である.
【図2】従来例の構成例1である。
【図3】本発明の実施例2の回路ブロック図である.
【図4】従来例の構成例2である。
【図5】磁極位置信号を説明する図。
【図6】磁極位置信号が断線した場合の説明図。
【図7】磁極位置信号が1相逆説属された場合の説明
図。
【図8】磁極位置信号の2相が入れ替わった場合の説明
図。
【図9】本発明が適用されるモータ駆動回路。
【図10】本発明による、直流励磁して自動検出する実
施例の説明図。
【図11】磁極位置信号の位置関係を説明する図。
【符号の説明】
1…コントローラ,12…表示器、13…速度調節器、14…
電力変換器、90…信号チェックに必要な部分、91…波形
成形回路、92…波形観測器、M…モータ、M2…外部駆
動用モータ、Mg…磁極位置検出器、Smg…磁極位置
信号、Pok…磁極位置信号判定端子出力,Eok…減磁判
定端子出力,Pchk…故障判定開始入力信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀川 仁志 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 高田 英人 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Fターム(参考) 5H019 AA09 AA10 BB01 BB02 5H560 BB04 BB07 BB12 DA07 DA19 DB12 DB20 JJ18 XA04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータと、前記モータの磁極位置を検出す
    る位置検出回路と、前記位置検出回路の信号に基づいて
    前記モータを制御する制御回路を備えたモータ制御装置
    において、前記位置検出回路の信号に基づいて磁極位置
    に対応する番号を表示器で表示できるようにしたモータ
    制御装置。
  2. 【請求項2】モータと、前記モータの磁極位置を検出す
    る位置検出回路と、前記位置検出回路の信号に基づいて
    前記モータを制御する制御回路を備えたモータ制御装置
    において、前記位置検出回路の信号を入力して正常、異
    常の故障判断を解析する波形解析回路を備え、該波形解
    析回路が解析した正常、異常の判断結果を出力するよう
    にしたモータ制御装置。
  3. 【請求項3】前記請求項1、2記載のモータ制御装置に
    おいて、外部からの入力端子、もしくはコントローラの
    設定で、故障判断モードを設定可能にしたモータ制御装
    置。
  4. 【請求項4】前記請求項3において、前記モータを直流
    励磁切替、あるいは低周波駆動する事で、段階的に前記
    モータを回転させ、磁極位置に対応する番号を確認する
    ことで故障判定するモータ制御装置。
  5. 【請求項5】モータと、前記モータの制御回路と、前記
    制御回路内に電圧調整回路を備えるモータ制御装置にお
    いて、前記電圧調整回路の出力電圧を表示する表示器を
    有した故障診断機能を備えたモータ制御装置。
  6. 【請求項6】前記請求項5において、前記請求項5記載
    の表示器の代わりに制御回路内で故障判断して、正常、
    異常のどちらかを端子出力するようにした故障診断機能
    を備えたモータ制御装置。
  7. 【請求項7】前記請求項5、6において、入力端子、も
    しくは設定で、故障判断モードを設定可能にした故障診
    断機能を備えたモータ制御装置。
JP11147661A 1999-05-27 1999-05-27 故障診断機能を備えたモータ制御装置 Pending JP2000341985A (ja)

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Cited By (7)

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