JP2001016764A

JP2001016764A - モータ過負荷検知方法、モータ過負荷検知装置、および記録媒体

Info

Publication number: JP2001016764A
Application number: JP11182756A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Serizawa; 剛彦芹澤; Jun Fujita; 純藤田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】モータに実際に流れている電流を使用するこ
とで、誤差の小さいモータの過負荷検知ができるように
すること。【解決手段】入力手段５０と、モータ１０の実電流を
検出する電流検出器３１と、Ａ／Ｄ変換部３２とよりな
る電流検出手段３０と、入力手段５０を用いて入力され
た数値よりサーマルリミット値Ｋを演算し、さらに、電
流検出手段３０の出力をモータ１０の電気角Ｍａを用い
てｄｑ軸電流フィードバックＩｆに変換し、このＩｆを
用いて積算電流Ｓを演算し、この積算電流Ｓと上記サー
マルリミット値Ｋと比較する演算・比較手段４０とより
構成し、比較結果によって演算・比較手段４０から過負
荷信号７０を表示手段６０、およびモータドライバ２０
に対して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの過負荷検
知方法、そのモータの過負荷検知方法を行う過負荷検知
装置、およびその過負荷検知方法をコンピュータに実行
させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータの過負荷検知方法では、モ
ータに実際に流れている電流ではなく、モータへの電流
指令を用いて過負荷検知を実施しているため、モータの
制御系が最適に近い条件でない場合には、過負荷検知の
誤差が大きくなることがある。過負荷検知の誤差が大き
いと、モータの運転条件によっては、必要以上に過負荷
と判断されてしまい、機械の稼働率が低下してしまうと
いった問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上で述べたことから、
本発明者らは、モータの焼損、破損を未然に防ぎなが
ら、機械の稼働率も一定以上に保つことができるモータ
の過負荷検知方法を実現すべく種々検討してきた。本発
明は、この課題を解決するために、検知誤差の小さなモ
ータの過負荷検知方法、その過負荷検知方法を行うため
の過負荷検知装置、および記録媒体を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の過負荷検知方法は、過負荷判定の基準とな
る過負荷判定基準値を演算するために必要な数値を入力
し、このモータに実際に流れている電流を検出し、この
入力された数値を使用して過負荷判定基準値を演算し、
この検出した、このモータに実際に流れている電流から
過負荷判定用数値を演算し、かつ前記両者を比較し、過
負荷判定用数値が過負荷判定基準値を超えた場合に、過
負荷信号を出力することを特徴とするモータの過負荷検
知方法とした。

【０００５】また、請求項２によるモータ過負荷検知装
置は、過負荷判定の基準となる過負荷判定基準値を演算
するために必要な数値を入力する入力手段と、このモー
タに実際に流れている電流を検出する検出手段と、この
入力手段を用いて入力された数値を使用して過負荷判定
基準値を演算し、この検出手段が読み取った、このモー
タに実際に流れている電流から過負荷判定用数値を演算
し、かつ両者を比較し、過負荷判定用数値が過負荷判定
基準値を超えた場合に、過負荷信号を出力する比較・演
算手段と、を有して構成することを特徴とするモータの
過負荷検知装置とした。

【０００６】また、請求項３によるモータの過負荷検知
装置では、比較・演算手段は過負荷判定用数値の演算
に、相電流を使用するモータの過負荷検知装置とした。

【０００７】また、請求項４によるモータの過負荷検知
装置では、比較・演算手段は過負荷判定用数値の演算
に、相電流を界磁制御用の電流と、トルク制御用の電流
とに変換したものを使用するモータの過負荷検知装置と
した。

【０００８】また、請求項５によるモータの過負荷検知
装置では、比較・演算手段は、過負荷判定用数値とし
て、電流の時間軸に対する積算値を使用する請求項２〜
請求項４に記載のモータ過負荷検知装置とした。

【０００９】また、請求項６による記録媒体は、請求項
１に記載の、モータの過負荷検知方法を実行させるため
のプログラムを記録していることを特徴とする記録媒体
とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施形態例
を、図面を用いて説明する。

【００１１】図１は、この発明によるモータ過負荷検知
装置の実施形態の一例である。同図に示すように、この
モータの過負荷検知装置１００は、入力手段５０と、電
流電流検出手段３０と、ＣＰＵ４６と、ＲＡＭ４７と、
ＲＯＭ４８とより構成される比較・演算手段４０と、表
示手段６０と、入出力インターフェイス８０と、モータ
ドライバ２０と、過負荷検知の対象となる永久磁石同期
型のモータ１０と、このモータ１０の電気角を検出する
位置検出手段１３０とを、備え構成した制御装置であ
る。

【００１２】入力手段５０は、テープリーダ、キーボー
ド、フロッピーディスク等の記録媒体、ネットワーク通
信手段等から構成され、モータの過負荷判定基準値の演
算に必要となる数値の入力を行う。

【００１３】電流検出手段３０は、モータ１０に実際に
流れている電流（以下モータの実電流）を検出する電流
検出器３１と、この検出電流をアナログ−デジタル変換
するＡ／Ｄ変換器３２とより構成されている。この実施
の形態例では、電流検出器３１では、モータ１０の実電
流の内、２相を検出している。以下では、この電流検出
手段３０の出力をＩｒとよぶ。

【００１４】位置検出手段１３０は、モータ１０の電気
角Ｍａを検出する。ＭａはＣＰＵ４６に送られ、Ｉｒを
界磁制御用である電流（ｄ軸電流）と、トルク制御用で
ある電流（ｑ軸電流）とに変換するのに使用される。こ
こでは、このような変換をｄｑ軸電流変換、変換された
モータ実電流をｄｑ軸電流フィードバックＩｆとよぶ。

【００１５】ＲＡＭ４７は、入力手段５０からの入力数
値、この入力数値を用いてＣＰＵ４６で演算された過負
荷判定基準値、電流検出手段３０の出力Ｉｒ、モータ１
０の電気角Ｍａ、Ｍａを用いてＩｒをｄｑ軸変換して求
めたｄｑ軸電流フィードバックＩｆ、Ｉｆを用いてＣＰ
Ｕ４６で演算された過負荷判定用数値、およびＣＰＵ４
６で実行される過負荷判定基準値と過負荷判定用数値と
の比較結果が格納される記憶領域である。なお、このＲ
ＡＭ４７には、制御装置１００全体の電源からの電力供
給のほか、電池等による電力供給がなされ、制御装置１
００の停電による保存データの消滅が防止されている。

【００１６】ＲＯＭ４８は、過負荷判定用の演算プログ
ラム１１０が格納される記憶領域である。

【００１７】ＣＰＵ４６は、ＲＯＭ４８に格納した上記
演算プログラム１１０により、入力手段５０を用いてＲ
ＡＭ４７に格納された数値から過負荷判定基準値を演算
し、電流検出手段３０から出力されるデジタル化された
モータ１０の実電流Ｉｒを位置検出手段１３０で検出し
たモータ１０の電気角Ｍａを用いてｄｑ軸電流フィード
バックＩｆに変換し、ＲＡＭ４７に格納されたＩｆを使
用して、過負荷判定用数値の演算を行い、この結果をＲ
ＡＭ４７に格納する。さらにＣＰＵ４６は、上記過負荷
判定基準値と過負荷判定用数値を常に比較し、その結果
をＲＡＭ４７に格納する。さらにＣＰＵ４６は上記の結
果において過負荷判定用数値が過負荷判定基準値を超え
た場合に過負荷信号７０を出力する。

【００１８】モータドライバ２０は、電流指令９０にも
とづいてモータの駆動を制御する。

【００１９】この実施形態例における過負荷判定方法
は、図２に示すフローチャートに示されるようなプログ
ラム１１０に基づいて実行される。

【００２０】このプログラム１１０は、過負荷判定基準
値の演算を行うのに必要な数値を入力する入力ステップ
１１１と、この数値から過負荷判定基準値を演算する演
算ステップ１１２と、モータの実電流および電気角を検
出する検出ステップ１１３と、この検出ステップ１１３
からの入力を用いて過負荷判定用数値の演算を行う演算
ステップ１１４と、過負荷判定基準値と過負荷判定用数
値とを比較する比較ステップ１１５と、この比較ステッ
プ１１５による比較結果に基づいて過負荷信号の主力指
令を行う判断ステップ１１６とを含み構成されている。
なお、プログラム１１０は、上述したＲＯＭ４８に格納
され、制御装置１００の起動とともに、ＣＰＵ４６に呼
び出されるようになっている。

【００２１】次に、上述した制御装置１００によりプロ
グラム１１０を実行し、モータ１０の過負荷を検知する
手順について説明する。

【００２２】入力ステップ１１１では、過負荷検知対象
のモータ１０の過負荷判定基準値を演算するのに必要な
数値が、テープリーダ、キーボード、ネットワーク通信
手段等の入力手段５０より入力され、ＲＡＭ４７に格納
される。

【００２３】ここで使用する過負荷判定基準値、および
その演算に必要な数値は、次のようにして求める。

【００２４】一般にモータに負荷できる電流の大きさ
と、その大きさの電流を負荷できる時間とは、反比例の
関係にあると考えられる。

【００２５】さらに、ある一定値以下の電流であれば無
限に近い長時間の運転を継続できる電流値が存在するは
ずである。ここでは、この無限に近い長時間運転が可能
となる電流値をサーマル電流基準値Ｉｂとよぶ。

【００２６】上記より、実際にモータに負荷できる電流
値Ｉを時間ｔの関数としてあらわせば、Ｉ＝（Ｋ／ｔ）＋ＩｂＫ：定数（１）となる。式（１）における定数Ｋ、サーマル電流基準値
Ｉｂを求める方法の一例としては、対象となるモータに
ついて、負荷電流の大きさと連続運転できる時間との関
係を求める実験を行い、その結果をグラフ化する方法が
ある。このようにして求めたグラフの模式図を図３に示
す。

【００２７】図３でサーマル電流基準値Ｉｂは、時間ｔ
を無限大にしたときの負荷電流として読み取ることがで
きる。また、式（１）を変形するとＫ＝（Ｉ−Ｉｂ）×ｔ（２）となる。式（２）は、図３上のある時間Ｔｔにおける負
荷電流Ｉｔを図３から読み取り、このＩｔからサーマル
電流基準値Ｉｂを引いたものに、上記Ｔｔをかければ、
Ｋを求めることができることを示しており、対象とする
モータに固有の値であると考えられる。この関係はＫ＝（Ｉｔ−Ｉｂ）×Ｔｔ（３）で表せる。そこで、この実施形態例では、式（３）で求
まるＫを過負荷の判定基準値とし、サーマルリミット値
とよぶこととする。さらに、上述のＴｔをサーマル時
間、サーマル時間Ｔｔにおける負荷電流Ｉｔをサーマル
電流とよぶこととする。また式（３）は、図３におい
て、電流軸Ｉ方向はＩｂとＩｔ、時間軸方向は０（ゼ
ロ）とＴｔとに囲まれた４角形の面積がサーマルリミッ
ト値Ｋに相当することを示している。

【００２８】上記より、入力ステップ１１１は、式
（３）を用いてサーマルリミット値Ｋを求めるのに必要
なサーマル電流基準値Ｉｂ、サーマル時間Ｔｔ、および
サーマル電流Ｉｔとを、キーボード等の入力手段５０を
用いて入力するステップとなる。

【００２９】次に、演算ステップ１１２では、入力ステ
ップ１１１で入力されＲＡＭ４７に格納された数値を用
いて、サーマルリミット値Ｋが演算され、その結果がＲ
ＡＭ４７に格納される。

【００３０】検出ステップ１１３では、電流検出手段３
０により検出され出力されるモータ１０のデジタル化さ
れた実電流ＩｒがＲＡＭ４７に格納される。さらに、位
置検出手段１３０で検出されたモータ１０の電気角Ｍａ
がＲＡＭ４７に格納される。

【００３１】演算ステップ１１４では、検出ステップ１
１３にて検出されＲＡＭ４７に格納されたＩｒとＭａと
よりｄｑ軸電流フィードバックＩｆが演算され、ＲＡＭ
４７に格納される。さらにこのＩｆを使用して、過負荷
判定用数値が演算され、その結果がＲＡＭ４７に格納さ
れる。

【００３２】この過負荷判定用数値は下記手順で求め
る。

【００３３】この実施形態例では、過負荷判定基準値と
して式（２）を変形した式（３）より求まるサーマルリ
ミット値Ｋを用いている。従って、このサーマルリミッ
ト値Ｋと比較される過負荷判定用数値は、式（２）の右
辺に示される演算を、運転中のモータ１０について行っ
て求めた数値を用いればよいことがわかる。ただし、こ
こで注意するのは、サーマルリミット値Ｋを求める際
に、負荷電流Ｉのうち、サーマル電流基準値値Ｉｂを超
える部分のみ使用しているので、式（２）の右辺の演算
についても、負荷電流Ｉのうちサーマル電流基準値Ｉｂ
を超える部分のみを時間軸で積算することである。従っ
て、式（２）の右辺の、モータの負荷電流Ｉおよびサー
マル電流基準値Ｉｂを、それぞれモータ１０のｄｑ軸電
流フィードバックＩｆと、サーマル電流基準値Ｉｂをｄ
ｑ軸電流値に変換したＩｄとに置き換え、ＩｆがＩｄを
超える部分のみをモータ運転開始から時刻ｔまで積算し
た値と過負荷判定用数値とすればよい。この数値をここ
では積算電流値Ｓとよぶ。上記より積算電流Ｓは数１に
より求まる。

【００３４】

【数１】

【００３５】比較ステップ１１５では、上記の演算ステ
ップ１１２で演算されＲＡＭ４７に格納されたサーマル
リミット値Ｋと、演算ステップ１１４で演算されＲＡＭ
４７に格納された積算電流値Ｓと、が比較され、その結
果がＲＡＭ４７に格納される。

【００３６】さらに、判断ステップ１１６では、比較ス
テップ１１５でＲＡＭ４７内に格納された比較結果にお
いて、積算電流値Ｓがサーマルリミット値Ｋを超えたと
きにモータ１０が過負荷になったと判断し、過負荷信号
７０が表示手段６０に出力されるとともに、モータドラ
イバ２０に対しても出力され、モータ１０の運転が停止
される。

【００３７】このような一連の処理による過負荷判定
が、プログラム１１０によって実行されるよう構成され
ている。

【００３８】ここで、図１に示すように、ｄｑ軸電流フ
ィードバックＩｆはモータドライバ２０への入力のフィ
ードバックとしても使用されているが、これは従来より
用いられている方法である。が、従来の過負荷検知装置
はこの電流フィードバックを過負荷検知には使用してお
らず、電流指令を使用している。

【００３９】この実施形態例は、従来から検出されては
いたが、モータの駆動にのみ利用されていたこのｄｑ軸
電流フィードバックＩｆに着目し、これをモータの過負
荷検知に利用している。

【００４０】電流指令９０は、ここで述べたように、ｄ
ｑ電流フィードバックＩｆも利用して演算され、モータ
ドライバ２０へ入力されるが、モータの実際の運転状況
に対してわずかでは常にある遅れをもっている。そのた
め、モータ制御系が最適に近い条件でない場合には、ｄ
ｑ軸電流フィードバックＩｆと電流指令９０とはかなり
異なることとなるので、電流指令９０を過負荷検知に使
用すると、検知誤差が大きくなる。これに対してｄｑ軸
電流フィードバックＩｆは、モータの実際の運転状況を
直接にあらわす値であるため、過負荷検知に利用するこ
とで、電流指令９０を利用した時よりも誤差の小さな過
負荷検知が可能となる。

【００４１】このように、ｄｑ軸電流フィードバック、
従って、実際にモータに流れている電流を過負荷検知に
使用することで、誤差の小さい過負荷検知を行うことが
できる。

【００４２】なお、本発明は、前述の実施形態例に限定
されるものではなく、次に示す変形をも含むものであ
る。

【００４３】すなわち、前述の実施形態例では、電流検
出器３０の出力Ｉｒを、モータ１０の電気角Ｍａを用い
て、ｄｑ軸電流フィードバックＩｆにＣＰＵ４６でｄｑ
軸変換するよう構成されている。しかし、これに限ら
ず、Ｉｒから３相それぞれの相電流をＣＰＵ４６で演算
して、この３相の相電流フィードバックを用いるよう構
成してもよい。

【００４４】また、前述の実施形態例では、過負荷信号
７０を、モータドライバ２０に対して、出力している
が、この過負荷信号７０を、電流指令９０を指令する演
算装置（図示せず）側に出力し、電流指令９０を必要な
値に変更させるといった方法をとってもよい。

【００４５】さらに、前述の実施形態例では、過負荷検
知を実行させるプログラム１１０は、演算・比較手段４
０のＲＯＭ４８の領域に記録されていたが、これに限ら
ず、プログラム１１０がＲＡＭ４７に格納されるような
演算・比較手段に本発明を利用しても、この実施形態例
で述べた効果と同様な効果を得ることができる。

【００４６】さらに、この実施形態例に係る過負荷検知
方法を実行させるプログラムは、コンピュータ読み取り
可能な記録媒体に記録され、制御装置１００の入力手段
５０から必要に応じて入力可能となっているのが望まし
い。

【００４７】ここで、コンピュータ読み取り可能な記録
媒体とは、ＮＣ装置、コンピュータ等のプログラム作成
装置等で読み取り可能な記録媒体をいい、紙テープのほ
か、ハードディスクやプロッピーディスク等の磁気記録
媒体、ＣＤ−ＲＯＭやＣＤ−Ｒ等の光記録媒体、ＭＯ等
の光磁気記録媒体、およびフラッシュメモリ等の記録媒
体をも、含むものである。

【００４８】そして、このような記録媒体には、上述し
た過負荷検知を実行させるプログラム本体のほか、バー
ジョン情報、作成者等のプログラム群を管理する情報
や、プログラム読み出し側のＯＳ（オペレーティングシ
ステム）等に依存する情報、たとえばプログラムをＯＳ
上で識別表示するアイコン等の情報をも記録し得る。

【００４９】さらに、上述した記録媒体は、過負荷検知
を実行させるプログラムを含む種々のプログラムを、コ
ンピュータにインストールするためのプログラムや、こ
のインストールプログラムが圧縮されている場合に、解
凍するプログラムを含めることもできる。

【００５０】すなわち、このような記録媒体によれば、
記録媒体を介して種々の制御装置にプログラムをインス
トールすることが可能となるので、上述したプログラム
の汎用性が向上する。特に、記録媒体がＯＳ情報、イン
ストールプログラム、解凍プログラム等を含んでいれ
ば、インストール作業の簡単化が図られるので、プログ
ラムの汎用性は一層向上する。

【００５１】また、前述の実施形態に係る過負荷検知を
実行させるプログラム１１０は、このプログラム１１０
がインストールされた制御装置１００の動作自体を制御
するものであったがこれに限らない。

【００５２】すなわち、ネットワーク上で外部端末から
プログラムをインストールし、実際の制御がネットワー
ク上のホストコンピュータによって遂行されるものであ
っても、ネットワークを介して外部の記録媒体から、プ
ログラムを含み情報群を出力装置に供給するような構成
であっても、本発明を利用することができ、前述の実施
形態例の効果と同様な効果を得ることができる。

【００５３】さらに、本発明に係る過負荷検知方法は、
前述の実施形態例のように、１つのモータから構成され
る装置に利用するばかりでなく、複数のモータから構成
されるシステムに適用してもよい。この場合、本発明を
達成するためのソフトウェアによって表されるプログラ
ムを格納した記録媒体を、そのシステムに読み出すこと
によって、そのシステムが本発明の効果を得ることがで
きる。

【００５４】具体的には、このプログラムをネットワー
ク上のデータベースから通信プログラムによりダウンロ
ードして読み出すことによって、そのシステムが本発明
の効果を得ることが可能となる。なお、このようなプロ
グラムの読み出しは、１つのモータから構成される装置
であっても、採用することが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、この発明のモータの
過負荷検知方法、そのモータの過負荷検知方法を行う過
負荷検知装置、およびその過負荷検知方法をコンピュー
タに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み
取り可能な記録媒体によれば、誤差の小さい過負荷検知
方法を行うことができるので、モータの焼損、破損を未
然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による過負荷検知装置の実施形態の一
例を示す概略構成図である。

【図２】この発明による過負荷判定処理プログラムを示
すフローチャートである。

【図３】モータの負荷電流と負荷時間の関係を示す線図
（模式図）である。

【符号の説明】

１０永久磁石同期型モータ２０モータドライバ３０電流検出手段３１電流検出器３２Ａ／Ｄ変換器４０演算・比較手段４６ＣＰＵ４７ＲＡＭ４８ＲＯＭ５０入力手段６０表示手段７０過負荷信号Ｉｆ電流フィードバックＩｒモータの実電流Ｍａモータの電気角８０入出力インターフェース９０電流指令１００制御装置１３０位置検出手段Ｋサーマルリミット値Ｓ積算電流値

フロントページの続きＦターム(参考） 5G044 AA01 AC02 AD01 AD05 AE01 CA01 5H560 BB04 BB12 DC12 EB01 GG04 JJ04 RR10 TT11 TT12 TT15 TT20 XA02 XA13 5H570 AA11 BB09 DD04 GG01 HB07 HB20 JJ03 JJ16 LL02 LL15 LL28 MM01 MM02 MM04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの過負荷検知方法において、過負
荷判定の基準となる過負荷判定基準値を演算するために
必要な数値を入力し、この入力された数値を使用して過
負荷判定基準値を演算し、前記モータに実際に流れてい
る電流を検出し、この検出した前記モータに実際に流れ
ている電流から過負荷判定用数値を演算し、この過負荷
判定用数値と前記過負荷判定基準値とを比較し、過負荷
判定用数値が過負荷判定基準値を超えた場合に過負荷信
号を出力する、ことを特徴とするモータの過負荷検知方
法。
【請求項２】モータの過負荷検知装置において、過負
荷判定の基準となる過負荷判定基準値を演算するために
必要な数値を入力する入力手段と、前記モータに実際に
流れている電流を検出する検出手段と、前記入力手段を
用いて入力された数値を使用して過負荷判定基準値を演
算し、前記検出手段が読み取った前記モータに実際に流
れている電流から過負荷判定用数値を演算し、この過負
荷判定用数値と前記過負荷判定基準値とを比較し、過負
荷判定用数値が過負荷判定基準値を超えた場合に過負荷
信号を出力する比較・演算手段と、を有して構成するこ
とを特徴とするモータの過負荷検知装置。
【請求項３】前記比較・演算手段は、過負荷判定用数
値の演算に、相電流を用いるものであることを特徴とす
る請求項２に記載のモータ過負荷検知装置。
【請求項４】前記比較・演算手段は、過負荷判定用数
値の演算に、相電流を界磁制御用の電流とトルク制御用
の電流とに変換したものを用いるものであることを特徴
とする請求項２に記載のモータ過負荷検知装置。
【請求項５】前記比較・演算手段は、過負荷判定用数
値として電流の時間軸に対する積算値を用いるものであ
ることを特徴とする請求項２〜請求項４に記載のモータ
過負荷検知装置。
【請求項６】請求項１に記載のモータの過負荷検知方
法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体。