JP2007202220A - ファンモータ異常検出装置、ファンモータおよび電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータの異常を確実に検出する。
【解決手段】ファンモータ異常検出装置（１０）が、ファンモータ（１２）に供給される電流（ｉ）を検出する電流検出手段（２１）と、ファンモータに印加される電圧（ｖ）を検出する電圧検出手段（２２）と、電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された電圧とに基づいてファンモータの異常を検出する異常検出手段（３７）とを含む。異常検出手段は、電流と電圧とから算出された力率（ｃｏｓφ）または電流と電圧との間の積、つまり電力（ｐ）がそれぞれの所定の範囲にあるか否かに基づいて異常の有無を判断する。また、異常検出手段がファンモータの異常を検出したときには、電流停止手段（２５）によりファンモータへの電流の供給を停止するのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばサーボ装置の高中容量のモータを冷却するためのファンモータの異常を検出するファンモータ異常検出装置に関する。さらに、本発明はそのようなファンモータ異常検出装置を備えたファンモータ、およびそのようなファンモータを備えた電動機に関する。

従来より、サーボ装置などにおいては、高中容量のモータを冷却するための冷却装置が備えられている。モータが発熱した場合には、冷却装置が起動してモータが冷却され、それにより、電流容量が上昇するようにしている。

サーボ装置などのモータで使用される代表的な冷却装置は交流駆動のファンモータである。そして、ファンモータに異常が生じると、サーボ装置などのモータは冷却されなくなる。なお、ファンモータに生じる異常とは、配線の断線、短絡、固着および地絡のことを意味している。このような異常が生じると、ファンモータによって冷却されるべきモータが過熱し、モータのコイルに備えられた温度センサによって過熱状態が検出され、それにより、サーボ装置が自動的に停止する。

ところが、実際にサーボ装置が使用されている機械加工の現場において、サーボ装置が突然に停止すると、後工程を圧迫するだけでなく、機械加工で使用されるワークおよびツールが破損することもある。このため、サーボ装置などが自動的に停止する前にファンモータの異常を事前に検出することにより、操作者がサーボ装置などを安全なタイミングで停止させることが望まれている。サーボ装置の停止後には、操作者はファンモータを修理または交換し、作業を再開させる。

特許文献１には、ファンモータに供給される電流を用いたファンモータの異常判定装置が開示されている。具体的には、特許文献１においては、ファンモータに供給される電流を検出し、この電流が所定値を上回った場合にはファンモータに異常が生じたものと判定している。
特開２００５−０３３９６３号公報

ファンモータが交流駆動される場合には、特許文献１に開示される異常判定装置は電流の振幅の大きさを検出することにより、ファンモータの異常を判定する。しかしながら、ファンモータを交流駆動するときに、ファンモータの停止によりインピーダンスが変化しない場合には、図４に示されるように、電流の位相のみが電圧の位相に対して変化するという異常が発生する場合もある。

このような異常が発生した場合であっても電流の振幅は変化しないので、特許文献１に開示される異常判定装置によってファンモータに異常が生じたことを検出できない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電流の位相のみが電圧に対して変化する場合であっても、ファンモータの異常を確実に検出することのできるファンモータ異常検出装置を提供することを目的とする。さらに、本発明はそのようなファンモータ異常検出装置を備えたファンモータ、およびそのようなファンモータを備えた電動機を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ファンモータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記ファンモータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて前記ファンモータの異常を検出する異常検出手段とを具備するファンモータ異常検出装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、電流と電圧の両方を用いて異常判定を行っているので、電流の電圧に対する位相が変化したことを把握できる。従って、電流の位相のみが電圧に対して変化する場合であっても、ファンモータの異常を確実に検出することが可能となる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記異常検出手段は、前記電流と前記電圧とから力率を算出し、算出された前記力率が所定の範囲から逸脱した場合には前記ファンモータに異常があると判断するようにした。
すなわち２番目の発明においては、力率を所定の範囲と比較するという簡易な構成により、ファンモータの異常を確実に検出できる。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記異常検出手段は、前記電流と前記電圧とから電力を算出し、算出された前記電力が所定の範囲から逸脱した場合には前記ファンモータに異常があると判断するようにした。
すなわち３番目の発明においては、電力を所定の範囲と比較するという簡易な構成により、ファンモータの異常を確実に検出できる。

４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記異常検出手段が前記ファンモータの異常を検出したときに、前記ファンモータへの電流の供給を停止する電流停止手段を具備する。
すなわち４番目の発明においては、異常が検出されたファンモータにおいて電力がさらに消費されるのを回避できる。

５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、さらに、前記ファンモータに異常が生じたことを知らしめる警報手段を具備する。
すなわち５番目の発明においては、操作者に異常が生じたことを伝えることが可能となる。警報手段は、視覚的および／または聴覚的手段である。

６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの異常検出装置を備えたファンモータが提供される。
７番目の発明によれば、６番目の発明のファンモータを備えた電動機が提供される。
８番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかのファンモータ異常検出装置を備えたサーボ装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくファンモータ異常検出装置の概略構成図である。図１に示されるファンモータ異常検出装置１０は交流電源１１とファンモータ１２との間に接続されている。図示されるように、ファンモータ１２のファンはサーボ装置などで使用される高中容量のモータ１５を冷却するように向けられている。

ファンモータ異常検出装置１０は、ファンモータ１２に供給される電流ｉを検出する電流センサ２１と、ファンモータ１２に印加される電圧ｖを検出する絶縁アンプ２２とを含んでいる。さらに、ファンモータ異常検出装置１０はマイクロコンピュータからなる制御部３０を備えている。図示されるように、制御部３０においては、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３１および出力ポート３４が双方向性バス３３によって互いに接続されている。電流センサ２１によって検出された電流ｉは対応するＡＤ変換器２３を介して入力ポート３１に入力される。同様に、絶縁アンプ２２によって検出された電圧ｖもＡＤ変換器２４を介して入力ポート３１に入力される。

ＣＰＵ３５は後述する異常検出プログラムを実行するようになっており、力率ｃｏｓφおよび／または電力ｐを算出する算出部３６ならびに異常検出の判定を行う異常検出部３７を含んでいる。

ＲＡＭ３２には、異常検出プログラムで使用される電流ｉおよび電圧ｖの検出値が一時的に記憶される。さらに、ＲＡＭ３２には、異常検出プログラム自体および異常検出プログラムにおいて使用される各種パラメータが記憶されている。

さらに、ファンモータ１２への電流を遮断する電流遮断部２５は、図示しないリレー回路等を通じて制御部３０により起動される。また、出力ポート３４は警報部４０にも接続されている。警報部４０は、操作者の視覚および／または聴覚を通じてファンモータ１２の異常状態を知らしめるあらゆる警報装置を含むものとする。
なお、以上においては交流電源１１が単相である場合が記述されているが、三相以上であった場合には任意の二相に対して力率または電力の異常検出を行い、電流遮断部２５は全相を遮断する構成とすることで同様に異常検出と電流停止を提供できる。

図２（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく異常検出用動作プログラムのフローチャートを示す図であり、図２（ｂ）はファンモータが交流駆動されるときの電流および電圧の状態を示す図である。以下、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しつつ、本発明のファンモータ異常検出装置１０の第一の実施形態に基づく動作を説明する。

図２（ａ）に示されるプログラム１００のステップ１０１においては、絶縁アンプ２２によってファンモータ１２に印加される電圧ｖを検出すると共に、電流センサ２１によってファンモータ１２に供給される電流ｉを検出する。

図２（ｂ）における縦軸は、絶縁アンプ２２および電流センサ２１により検出された電圧ｖおよび電流ｉをそれぞれ示しており、横軸はωｔを示している。図２（ｂ）から分かるように、検出された電圧ｖおよび電流ｉはそれぞれ（式１）、（式２）により表される。
ｖ＝Ｖｍ・ｓｉｎωｔ （式１）
ｉ＝Ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−φ） （式２）
なお、図２（ｂ）においてＶｍは電圧の最大値を表しており、Ｉｍは電流の最大値を表している。

図２（ｂ）に示される電圧ｖおよび電流ｉについては、電流ｉは電圧ｖよりも位相差φだけ位相が遅れている。ステップ１０２においては、（式１）および（式２）でそれぞれ表される電圧ｖおよび電流ｉから、制御部３０の算出部３６によって位相差φが算出される。

次いで、ステップ１０３に進み、算出部３６が位相差φから力率ｃｏｓφを算出する。その後、ステップ１０４において、力率ｃｏｓφが所定の下限値Ａ１と所定の上限値Ａ２との間にあるか否かが判定される。実験等により予め求められた所定値Ａ１、Ａ２は０と１の間の数であり（０≦Ａ１＜Ａ２≦１）、制御部３０のＲＡＭ３２に予め記憶されている。

そして、力率ｃｏｓφが下限値Ａ１以下の値であるか、または上限値Ａ２以上の値である場合にはステップ１０６に進んで、ファンモータ１２に異常があるものと判定する。一方、力率ｃｏｓφが下限値Ａ１と所定の上限値Ａ２との間にある場合にはステップ１０５において異常は無いものと判定する。

このように、本発明においては、電流と電圧の両方を用いて異常判定を行っているので、電流ｉの位相のみが電圧ｖに対して変化するという異常が生じた場合であっても、ファンモータ１２の異常を確実に検出できる。図１に示されるように、ファンモータ１２が機械加工用のサーボ装置などで使用されるモータ１５の冷却装置である場合には、ファンモータ１２の異常発生後に、操作者がサーボ装置のモータ１５を停止させる準備を行い、安全なタイミングでサーボ装置のモータ１５を停止させることが可能となる。これにより、機械加工で使用されるワークおよびツールが破損することも避けられる。

図３（ａ）は本発明の第二の実施形態に基づく異常検出用動作プログラムのフローチャートを示す図であり、図３（ｂ）はファンモータが交流駆動されるときの電流および電圧の状態を示す他の図である。

第二の実施形態のプログラム１１０のステップ１１１は、プログラム１００のステップ１０１と同様であり、図３（ｂ）に電圧ｖおよび電流ｉを示している。次いで、ステップ１１２においては、算出部３６によって電力ｐ、厳密に言えば電力の瞬時値が電圧ｖおよび電流ｉから（式３）を通じて算出される。
ｐ＝ｖ・ｉ
＝０．５・Ｖｍ・Ｉｍ・｛ｃｏｓφ−ｃｏｓ（２ωｔ−φ）｝ （式３）

次いで、ステップ１１４において、電力ｐが所定の下限値Ｂ１と所定の上限値Ｂ２との間にあるか否かが判定される。所定値Ｂ１、Ｂ２は実験等により予め求められており、制御部３０のＲＡＭ３２に予め記憶されている。

そして、電力ｐが下限値Ｂ１以下の値であるか、または上限値Ｂ２以上の値である場合にはステップ１１６に進んで、ファンモータ１２に異常があるものと判定する。一方、電力ｐが下限値Ｂ１と所定の上限値Ｂ２との間にある場合にはステップ１１５において異常は無いものと判定する。このようにしてファンモータ１２の異常判定を行う場合にも、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。

ところで、プログラム１００、１１０のステップ１０６、１１６において異常判定された場合には、ファンモータ１２に流れる電流ｉを遮断するのが好ましい。このときには、図１に示される電流遮断部２５が制御部３０により起動され、それにより、電流ｉが遮断される。その結果、異常が検出されたファンモータ１２に対して、不必要な電流が供給されるのが防止される。

また、ファンモータ１２の異常が検出された場合には、ファンモータ１２に異常が生じたことを警報部４０から発令するようにしてもよい。警報部４０は、視覚的および／または聴覚的手段であり、ファンモータ１２に異常が生じたことを文字情報および／または音声情報などで周囲の操作者に知らしめる。これにより、操作者は、サーボ装置のモータ１５が過熱する前に、サーボ装置を安全なタイミングで停止させるなどの適切な処置を迅速に行うことができる。

ファンモータ異常検出装置１０の複数の実施形態について説明したが、本発明においてはファンモータ異常検出装置１０とファンモータ１２とが一体的に組み付けられていてもよい。さらに、ファンモータ異常検出装置１０が備えられたファンモータ１２とサーボ装置などのモータ１５とが一体的に組み付けられている場合であっても本発明の範囲に含まれる。

本発明に基づくファンモータ異常検出装置の概略構成図である。 （ａ）本発明の第一の実施形態に基づく異常検出用動作プログラムのフローチャートを示す図である。（ｂ）ファンモータが交流駆動されるときの電流および電圧の状態を示す図である。 （ａ）本発明の第二の実施形態に基づく異常検出用動作プログラムのフローチャートを示す図である。（ｂ）ファンモータが交流駆動されるときの電流および電圧の状態を示す他の図である。 従来技術においてファンモータが交流駆動されるときの電流および電圧の状態を示す図である。

符号の説明

１０ ファンモータ異常検出装置
１１ 交流電源
１２ ファンモータ
１５ モータ
２１ 電流計（電流検出手段）
２２ 絶縁アンプ（電圧検出手段）
２３、２４ ＡＤ変換器
２５ 電流遮断部（電流停止手段）
３０ 制御部
３１ 入力ポート
３２ ＲＡＭ
３４ 出力ポート
３５ ＣＰＵ
３６ 算出部
３７ 異常検出部（異常検出手段）
４０ 警報部（警報手段）
ｉ 電流
Ｉｍ 電流最大値
ｖ 電圧
Ｖｍ 電圧最大値
ｐ 電力（の瞬時値）
φ 位相差
ｃｏｓφ 力率

Claims (8)

1. ファンモータに供給される電流を検出する電流検出手段と、
   前記ファンモータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて前記ファンモータの異常を検出する異常検出手段とを具備するファンモータ異常検出装置。
2. 前記異常検出手段は、前記電流と前記電圧とから力率を算出し、算出された前記力率が所定の範囲から逸脱した場合には前記ファンモータに異常があると判断するようにした請求項１に記載のファンモータ異常検出装置。
3. 前記異常検出手段は、前記電流と前記電圧とから電力を算出し、算出された前記電力が所定の範囲から逸脱した場合には前記ファンモータに異常があると判断するようにした請求項１に記載のファンモータ異常検出装置。
4. さらに、前記異常検出手段が前記ファンモータの異常を検出したときに、前記ファンモータへの電流の供給を停止する電流停止手段を具備する請求項１から３のいずれか一項に記載のファンモータ異常検出装置。
5. さらに、前記ファンモータに異常が生じたことを知らしめる警報手段を具備する請求項１から４のいずれか一項に記載のファンモータ異常検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のファンモータ異常検出装置を備えたファンモータ。
7. 請求項６に記載のファンモータを備えた電動機。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載のファンモータ異常検出装置を備えたサーボ装置。

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