JP2008312340A - モータ制御装置およびモータ制御装置の過負荷検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流母線電圧が変動しても、パワー素子の破壊を防止することができるモータ制御装置およびモータ制御装置の過負荷検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 過負荷検出手段３０は、直流母線電圧値Ｖ_ｐｎに基づいて、電力供給回路２３のパワー素子のオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎおよびオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆを算出する、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部３１と、電力供給回路３０の負荷電流値Ｉ_Ｌと電力供給回路３０のパワー素子飽和電圧値Ｖ_ｓａｔとＰＷＭ周波数値ｆ_ｃとオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎとオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆとに基づいて電力供給回路２３のパワー素子の負荷を計算する熱損失量計算部３２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ制御装置のモータに電力を供給する電力供給回路のパワー素子の過負荷を検出する、モータ制御装置およびモータ制御装置の過負荷検出方法に関する。

従来のモータ制御装置では、モータ制御装置のトルク指令に基いて乗算器が生成するパワー素子 およびモータの各相を流れる電流の電流指令のおのおのから、電流が流れたことによる回路の熱損失を放熱エネルギを除いて算出し、各熱損失量を、あらかじめ定めた許容値と比較して、許容値を超えたときに、過負荷として検出しているものもある（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来のモータ制御装置の過負荷検出方法の工程を示すフローチャートである。図７において、先ず、ＣＰＵ１は、パワー素子およびモータに電流が流れたことにより生ずる損失エネルギ値（ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ 、ａ₄、ａ₅ 、ａ₆ 、ａ₇ 、ａ₈ 、ａ₉）を、計算する（ステップＳ２１）。
次に、計算された損失エネルギ値（ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ 、ａ₄、ａ₅ 、ａ₆ 、ａ₇ 、ａ₈ 、ａ₉ ）をそれぞれサンプル時間ｄｔ（ｓｅｃ）について積分してｃ₁、ｃ₂ 、ｃ₃ 、ｃ₄ 、ｃ₅ 、ｃ₆ 、ｃ₇、ｃ₈ 、ｃ₉ を求め、さらに、ｃ₇ 、ｃ₈ 、ｃ₉を加算してｃ₁₀を求める（ステップＳ２２）。
続いて、ｃ₁₀をモータ全体の許容値として定められた値ｄと比較する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３でｃ₁₀≧ｄであれば全体の過負荷であると判断し、ｃ₁₀ ＜ｄであればステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４でｃ₁ 、ｃ₂ 、ｃ₃ 、ｃ₄、ｃ₅ 、ｃ₆ のそれぞれと、１つのパワー素子における許容値として定められた値ｅとを比較し、ｃ₁、ｃ₂ 、ｃ₃ 、ｃ₄ 、ｃ₅ 、ｃ₆ のうちいずれか１つでもｅに等しいかまたは大きいときは過負荷であると判断し、ｃ₁、ｃ₂ 、ｃ₃ 、ｃ₄ 、ｃ₅ 、ｃ₆ のいずれもがｅより小さいときはステップＳ２５にすすみ、ｃ₇、ｃ₈ 、ｃ₉ のそれぞれと、モータの１相における許容値として定められた値ｉと比較し、ｃ₇ 、ｃ₈、ｃ₉ のうちいずれか１つでもｉに等しいかまたは大きいときは過負荷であると判断し、ｉよりも小さいときは、一定の時間ごとにステップＳ２１に戻って繰返す。
このようにして、モータ制御装置の電力供給回路のパワー素子およびモータの過負荷を検出していた。
特開平６−１５３５５９

従来のモータ制御装置の過負荷検出方法は、熱損失量を、モータを含む回路の抵抗に相当する定数とパワー素子を流れる電流から算出しており、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧の変動した場合の影響を考慮していなかったので、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧が変動した場合には、パワー素子の熱損失量を正確に算出することができず、パワー素子がすでに過負荷となっていても過負荷と検出できなかったり、まだ過負荷になっていないのに過負荷と誤検出したりするという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧が変動しても、電力供給回路の熱損失量を正確に算出して、過負荷を正確に検出し、パワー素子の破壊を防止することができるモータ制御装置およびモータ制御装置の過負荷検出方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、モータが所望の動作を行うように、制御演算を行いＰＷＭ周波数値とＰＷＭ制御信号とを発生する制御演算部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けて直流母線電圧をＰＷＭスイッチングしてモータを駆動する電力供給回路と、前記直流母線電圧の直流母線電圧値を検出する直流母線電圧検出手段と、前記モータのモータ線電流値を検出する電流検出器と、前記電力供給回路の負荷電流値に基づいて前記電力供給回路の熱損失量を計算し前記電力供給回路が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値とを比較して過負荷を検出する過負荷検出手段とを備えたモータ制御装置において、
前記過負荷検出手段は、前記直流母線電圧値に基づいて、前記電力供給回路のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値および前記電力供給回路のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値を算出する、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部と、前記電力供給回路の負荷電流値と前記電力供給回路のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値と前記ＰＷＭ周波数値と前記オン過渡電圧実効値と前記オフ過渡電圧実効値とに基づいて前記電力供給回路のパワー素子の熱損失量を計算する熱損失量計算部とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段は、さらに、前記負荷電流値を算出する負荷電流算出手段を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記モータは、ＤＣモータであることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のモータ制御装置において、前記モータは、ＡＣモータであることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし4のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記熱損失量計算部は、所定の周期毎に、前記電力供給回路のパワー素子の熱損失量の瞬時値であるパワー素子負荷瞬時値を算出するパワー素子負荷瞬時値算出部と、前記パワー素子負荷瞬時値からパワー素子の周囲温度と素子温度によって決まる放熱定数を減算した結果求まる瞬時過負荷値を積算して熱損失量を算出する過負荷積算部とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、前記電力供給回路を遮断してモータの駆動を停止することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、モータを駆動する電流の上限値を下げることを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、前記電力供給回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ周波数を下げることを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記過負荷検出手段は、前記過負荷検出閾値を複数個持ち、前記制御演算部は、該過負荷検出閾値毎に対応した過負荷処理を行うことを特徴とするものである。

また、請求項１０に記載の発明は、モータが所望の動作を行うように、制御演算を行いＰＷＭ周波数値とＰＷＭ制御信号とを発生する制御演算部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けて直流母線電圧をＰＷＭスイッチングしてモータを駆動する電力供給回路と、前記直流母線電圧の直流母線電圧値を検出する直流母線電圧検出手段と、前記モータのモータ線電流値を検出する電流検出器と、前記モータ線電流値に基づいて前記電力供給回路の過負荷を検出する過負荷検出手段とを備えたモータ制御装置の過負荷検出方法において、
前記直流母線電圧値に基づいて、前記電力供給回路のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値、および前記電力供給回路のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値を算出するステップと、前記ＰＷＭ周波数値、前記電力供給回路の負荷電流値、前記オン過渡電圧実効値、前記オフ過渡電圧実効値、および前記電力供給回路のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値に基づいて、前記電力供給回路の熱損失量であるパワー素子負荷瞬時値を算出するステップと、前記パワー素子負荷瞬時値から周囲温度と素子温度によって決まる前記放熱定数を減算して瞬時過負荷値を算出するステップと、前記瞬時過負荷値を積算して熱損失量を算出するステップと、前期熱損失量が前記電力供給回路のパワー素子が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値より大きかったら過負荷信号を出力するステップとを備えることを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のモータ制御装置の過負荷検出方法において、前記モータの線電流に基づいて前記負荷電流値を算出するステップを備えることを特徴とするものである。

請求項１ないし５に記載の発明によると、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧が変動しても、電力供給回路の過負荷を正確に検出することができるモータ制御装置を提供することができる。
また、請求項６ないし９に記載の発明によると、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧が変動しても、電力供給回路の過負荷を正確に検出し、パワー素子の破壊を防止することができるモータ制御装置を提供することができる。
また、請求項１０および１１に記載の発明によると、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧が変動しても、過負荷を正確に検出することができるモータ制御装置の過負荷検出方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。

図１は、本発明のモータ制御装置の過負荷検出方法をＤＣモータ制御装置に適用した実施例１を示すブロック図である。図１において、１は商用電源、２はＤＣモータ制御装置、３はＤＣモータである。
また、２０は制御演算部、２１は整流部、２２は平滑用コンデンサ、２３は電力供給回路、２４は直流母線電圧検出手段、２５は電流検出器、３０は過負荷検出手段である。
ＤＣモータ制御装置２は、制御演算部２０、整流部２１、平滑用コンデンサ２２、電力供給回路２３、直流母線電圧検出手段２４、電流検出器２５、および過負荷検出手段３０で構成されている。
本発明が従来のＤＣモータ制御装置と異なる部分は、過負荷検出手段３０を備えた部分である。

商用電源１の交流電圧は、整流部２１によって整流されて脈流電圧となり、平滑用コンデンサ２２で平滑されて直流母線電圧になる。制御演算部２０は、ＤＣモータ３が所望の動作を行うように制御演算を行い、電力供給回路２３をＰＷＭスイッチングするＰＷＭ制御信号を電力供給回路２３に、ＰＷＭスイッチングのＰＷＭ周波数値ｆ_ｃを過負荷検出手段３０に出力する。
電力供給回路２３は、前記直流母線電圧を、前記ＰＷＭ制御信号に基づいてＰＷＭスイッチングし、モータを駆動するための電力をＤＣモータ３に供給する。
電流検出器２５は、ＤＣモータ３に流れているモータ線電流を検出し、これを電力供給回路２３の負荷電流値Ｉ_Ｌとして過負荷検出手段３０に出力する。直流母線電圧検出手段２４は、平滑用コンデンサ２２の両端の直流電圧すなわち直流母線電圧を検出して、直流母線電圧値Ｖ_ｐｎを過負荷検出手段３０に出力する。過負荷検出手段３０は、負荷電流値Ｉ_Ｌ、直流母線電圧値Ｖ_ｐｎ、およびＰＷＭ周波数値ｆ_ｃを入力し、パワー素子の過負荷を検出して、制御演算部２０に過負荷信号Ｏ_Ｌを出力する。
制御演算部２０は、過負荷信号Ｏ_Ｌを入力すると、過負荷の警報を出力したり、電力供給回路２３を遮断してＤＣモータ３への電力の供給を停止したり、など予め設定された処理を行う。

つぎに、過負荷検出手段３０で過負荷を検出する方法を、図２および図３を使用して詳しく説明する。
図２は、本発明の実施例１の過負荷検出手段の詳細を説明するブロック図である。図２において、３１はＶ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部、３２は熱損失量計算部、３３はパワー素子負荷瞬時値計算部、３４は減算器、３５は過負荷積算部、３６は過負荷判定部、３７は過負荷計算用データベースである。
過負荷検出手段３０は、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部３１、熱損失量計算部３２、および過負荷計算用データベース３７で構成され、また、熱損失量計算部３２は、パワー素子負荷瞬時値計算部３３、減算器３４、過負荷積算部３５で構成される。
過負荷計算用データベース３７は、電力供給回路２３のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値Ｖ_ｓａｔ、電力供給回路２３のパワー素子の負荷計算に必要な負荷計算用係数（Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３）、電力供給回路２３のパワー素子の周囲温度と素子温度などによって決まる放熱定数Ｃ_Ｒ、および電力供給回路２３のパワー素子が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨを格納していて、前記パワー素子飽和電圧値Ｖ_ｓａｔおよび前記負荷計算用係数（Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３）をパワー素子負荷瞬時値計算部３３に、前記放熱定数Ｃ_Ｒを減算器３４に、前記過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨを過負荷判定部３６に出力する。

図３は、本発明の実施例１のモータ制御装置の過負荷検出方法を説明するフローチャートである。図３において、まずステップＳ０１で、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部３１は直流母線電圧値Ｖ_ｐｎを入力し、つぎにステップＳ０２で、入力した前記直流母線電圧値Ｖ_ｐｎに基づいて、電力供給回路２３のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎ、および電力供給回路２３のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆを算出し、パワー素子負荷瞬時値計算部３３に出力する。
前記オン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎ、および前記オフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆは、前記直流母線電圧値Ｖ_ｐｎによって変化することが知られているが、これは、電力供給回路２３の設計によって決まるので、事前に実測して、関数化するか、データベース化しておけばよい。
図４は、直流母線電圧値Ｖ_ｐｎに対するオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎ、およびオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆの一例を示すグラフである。

つぎにＳ０３で、パワー素子負荷瞬時値計算部３３はＰＷＭ周波数値ｆ_ｃおよび負荷電流値Ｉ_Ｌを入力し、さらにステップＳ０４で、パワー素子負荷瞬時値計算部３３は前記オン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎおよび前記オフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆ、並びに過負荷計算用データベース３７に格納されているパワー素子飽和電圧値Ｖ_ｓａｔおよび負荷計算用係数（Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３）を入力し、パワー素子負荷瞬時値Ｐ_Ｉを式（１）ないし（４）によって算出して減算器３４に出力する。
パワー素子負荷瞬時値Ｐ_Ｉは、式（１）である。
Ｐ_Ｉ＝Ｐ_ｓａｔ ＋ Ｐ_ｏｎ ＋ Ｐ_ｏｆｆ ・・・（１）
ただし、Ｐ_ｓａｔはパワー素子の飽和ロス、Ｐ_ｏｎはパワー素子オン過渡時ロス、Ｐ_ｏｆｆはパワー素子オフ過渡時ロスである。
パワー素子の飽和ロスＰ_ｓａｔ、パワー素子オン過渡時ロスＰ_ｏｎ、およびパワー素子オフ過渡時ロスＰ_ｏｆｆは、式（２）、式（３）、および式（４）により求まる。
Ｐ_ｓａｔ＝Ｋ_１（Ｖ_ｓａｔ × ｜Ｉ_Ｌ｜） ・・・（２）
Ｐ_ｏｎ ＝Ｋ_２（Ｖ_ｏｎ × ｜Ｉ_Ｌ｜ × ｆ_ｃ） ・・・（３）
Ｐ_ｏｆｆ＝Ｋ_３（Ｖ_ｏｆｆ × ｜Ｉ_Ｌ｜ × ｆ_ｃ） ・・・（４）
ただし、｜Ｉ_Ｌ｜はＩ_Ｌの絶対値を表し、Ｋ_１、Ｋ_２、およびＫ_３は係数である。

つぎにステップＳ０５で、減算器３４は前記パワー素子負荷瞬時値Ｐ_Ｉから前記放熱定数Ｃ_Ｒを減算した結果求まる瞬時過負荷値Ｐ_ＯＩを過負荷積算部３５に出力する。
Ｐ_ＯＩ ＝Ｐ_Ｉ − Ｃ_Ｒ ・・・（５）
つぎにステップＳ０６で、過負荷積算部３５は前記瞬時過負荷値Ｐ_ＯＩを入力して積算した値である熱損失量Ｐ_Ｏを過負荷判定部３６に出力する。
Ｐ_Ｏ ＝Σ（Ｐ_ＯＩ） ・・・（６）
ただし、Σは、サンプリング毎の積算を表す。

つぎにステップＳ０７で、過負荷判定部３６は前記熱損失量Ｐ_Ｏと前記過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨを入力し、前記熱損失量Ｐ_Ｏと前記過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨとを比較して、前記熱損失量Ｐ_Ｏが前記過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨより小さかったらそのままステップＳ０１に戻り、前期熱損失量Ｐ_Ｏが前記過負荷検出閾値Ｐ_ＳＨより大きかったら、ステップＳ０８で、過負荷信号Ｏ_Ｌを制御演算部２０に出力してステップＳ０１に戻る。

このようにして過負荷検出手段３０は、過負荷検出を行う。
過負荷検出手段３０で過負荷を検出したら、制御演算部２０は、電力供給回路２３を遮断してモータの駆動を停止する。そうすることにより、電力供給回路２３のパワー素子の破壊を防止することができる。
また、過負荷検出手段３０で過負荷を検出したら、制御演算部２０は、モータを駆動する電流の上限値を下げてもよい。そうすることにより、電力供給回路２３のパワー素子の負荷を低減することができ、モータを駆動する電流の上限値を電力供給回路２３の定格電流値以下に下げることにより、モータの駆動を停止することなく、電力供給回路２３のパワー素子の破壊を防止することができる。しかし、モータの駆動力は低下する。
また、過負荷検出手段３０で過負荷を検出したら、制御演算部２０は、電力供給回路２３をＰＷＭ制御するＰＷＭ周波数を下げてもよい。そうすることにより、電力供給回路２３のパワー素子の負荷を低減することができる。

また、過負荷検出手段３０で過負荷を検出したら、制御演算部２０は、電力供給回路２３の過負荷を検出する閾値を複数個持ち、該閾値毎に対応した過負荷処理を行ってもよい。
たとえば、閾値を３つ持ち、低い方から、Ｐ_ＳＨ１、Ｐ_ＳＨ２、Ｐ_ＳＨ３として、
（１）Ｐ_ＳＨ１ ≦ Ｐ_Ｏ ＜ Ｐ_ＳＨ２ の場合は、過負荷検出手段３０はＯ_Ｌ１ を出力して、制御演算部２０は電力供給回路２３をＰＷＭ制御するＰＷＭ周波数を下げ、
（２）Ｐ_ＳＨ２ ≦ Ｐ_Ｏ ＜ Ｐ_ＳＨ３ の場合は、過負荷検出手段３０はＯ_Ｌ２ を出力して、制御演算部２０はモータを駆動する電流の上限値を下げ、
（３）Ｐ_ＳＨ３ ≦ Ｐ_Ｏ の場合は、過負荷検出手段３０はＯ_Ｌ３ を出力して、制御演算部２０は電力供給回路２３を遮断してモータの駆動を停止する。
そうすることにより、モータ制御装置を過負荷の状況に対応した低減運転が可能になる。

このように、本発明のモータ制御装置において、過負荷検出手段３０は、直流母線電圧値Ｖ_ｐｎに基づいて、電力供給回路２３のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎおよび前記電力供給回路のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆを算出する、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆの算出部３１と、前記電力供給回路２３の負荷電流値Ｉ_Ｌと前記電力供給回路２３のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値Ｖ_ｓａｔと前記ＰＷＭ周波数値ｆ_ｃと前記オン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎと前記オフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆとに基づいて前記電力供給回路２３のパワー素子の負荷を計算する熱損失量計算部３２とを備えているので、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧Ｖ_ｐｎが変動しても、電力供給回路の過負荷を正確に検出することができるモータ制御装置を提供することができる。

図５は、本発明のモータ制御装置の過負荷検出方法をＡＣモータ制御装置に適用した実施例２を示すブロック図である。
２ａはＡＣモータ制御装置、３ａはＡＣモータであり、２０ａは制御演算部、２３ａは電力供給回路、２５ｕおよび２５ｗは電流検出器、３０ａは過負荷検出手段である。
制御演算部２０ａ、電力供給回路２３ａ、過負荷検出手段３０ａ、並びに電流検出器２５ｕおよび２５ｗは、実施例１の、制御演算部２０、電力供給回路２３、過負荷検出手段３０、および電流検出器２５とそれぞれの機能は同じであるが、ＡＣモータ制御用となっている。

図６は、本発明の実施例２の過負荷検出手段の詳細を説明するブロック図である。図６において、２６は負荷電流算出手段である。
本実施例が実施例１と異なる点は、過負荷検出手段３０ａにＡＣモータ３ａの線電流から電力供給回路２３ａの負荷電流値を算出する負荷電流算出手段２６が追加されており、前記負荷電流算出手段２６は、電流検出器２５ｕで検出したＡＣモータ３ａのＵ相線電流値Ｉ_ｕおよび電流検出器２５ｗで検出したＡＣモータ３ａのＷ相線電流値Ｉ_ｗを入力し、式（７）により負荷電流値Ｉ_Ｌを算出して熱損失量計算部３２のパワー素子負荷瞬時値計算部３３に出力する点である。

ＡＣモータ３ａが三相モータの場合であって、各相に流れる線電流をそれぞれＩ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗとすると、電力供給回路２３ａの各相のパワー素子に流れる電流もそれぞれＩ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗである。
したがって、電力供給回路２３ａのパワー素子全体の負荷となる負荷電流値Ｉ_Ｌは、
Ｉ_Ｌ ＝ ｜Ｉ_ｕ｜ ＋ ｜Ｉ_ｖ｜ ＋ ｜Ｉ_ｗ｜
であり、
Ｉ_ｕ ＋ Ｉ_ｖ ＋ Ｉ_ｗ ＝ ０
なので、
Ｉ_Ｌ ＝ ｜Ｉ_ｕ｜ ＋ ｜Ｉ_ｕ ＋ Ｉ_ｗ｜ ＋ ｜Ｉ_ｗ｜ ・・・（７）
となる。

以下、過負荷検出手段３０ａは、実施例１と同じ動作（処理）をして、過負荷検出を行う。

このように、過負荷検出手段３０ａは、ＡＣモータ３ａの線電流Ｉｕ、Ｉｗから前記電力供給回路２３ａの負荷電流値Ｉ_Ｌを算出する負荷電流算出手段２６を備えているので、本発明の実施例２のＡＣモータを駆動するモータ制御装置においても、商用電源の電圧変動やモータの回生などによって直流母線電圧Ｖ_ｐｎが変動しても、電力供給回路の過負荷を正確に検出することができる。

本発明は、パワー素子の過負荷を検出して、電力供給回路を保護することができるので、半導体製造装置、工作機械や産業用ロボットを駆動するモータを制御するモータ制御装置に利用できる。

本発明のモータ制御装置の過負荷検出方法をＤＣモータ制御装置に適用した実施例１を示すブロック図 本発明の実施例１の過負荷検出手段の詳細を説明するブロック図 本発明の実施例１のモータ制御装置の過負荷検出方法を説明するフローチャート 直流母線電圧値Ｖ_ｐｎに対するオン過渡電圧実効値Ｖ_ｏｎ、およびオフ過渡電圧実効値Ｖ_ｏｆｆの一例を示すグラフ 本発明のモータ制御装置の過負荷検出方法をＡＣモータ制御装置に適用した実施例２を示すブロック図 本発明の実施例２の過負荷検出手段の詳細を説明するブロック図 従来のモータ制御装置の過負荷検出方法の工程を示すフローチャート

符号の説明

１ 商用電源
２ ＤＣモータ制御装置
２ａ ＡＣモータ制御装置
３ ＤＣモータ
３ａ ＡＣモータ
２０、２０ａ 制御演算部
２１ 整流部
２２ 平滑用コンデンサ
２３、２３ａ 電力供給回路
２４ 直流母線電圧検出手段
２５、２５ｕ、２５ｗ 電流検出器
２６ 負荷電流算出手段
３０、３０ａ 過負荷検出手段
３１ Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆの算出部
３２ 熱損失量計算部
３３ パワー素子負荷瞬時値計算部
３４ 減算器
３５ 過負荷積算部
３６ 過負荷判定部
３７ 過負荷計算用データベース

Claims (11)

1. モータが所望の動作を行うように、制御演算を行いＰＷＭ周波数値とＰＷＭ制御信号とを発生する制御演算部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けて直流母線電圧をＰＷＭスイッチングしてモータを駆動する電力供給回路と、前記直流母線電圧の直流母線電圧値を検出する直流母線電圧検出手段と、前記モータのモータ線電流値を検出する電流検出器と、前記電力供給回路の負荷電流値に基づいて前記電力供給回路の熱損失量を計算し前記電力供給回路が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値とを比較して過負荷を検出する過負荷検出手段とを備えたモータ制御装置において、
   前記過負荷検出手段は、前記直流母線電圧値に基づいて、前記電力供給回路のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値および前記電力供給回路のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値を算出する、Ｖ_ｏｎ・Ｖ_ｏｆｆ算出部と、前記電力供給回路の負荷電流値と前記電力供給回路のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値と前記ＰＷＭ周波数値と前記オン過渡電圧実効値と前記オフ過渡電圧実効値とに基づいて前記電力供給回路のパワー素子の熱損失量を計算する熱損失量計算部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記過負荷検出手段は、さらに、前記モータ線電流値に基づいて前記負荷電流値を算出する負荷電流算出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータは、ＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータは、ＡＣモータであることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記熱損失量計算部は、所定の周期毎に、前記電力供給回路のパワー素子の熱損失量の瞬時値であるパワー素子負荷瞬時値を算出するパワー素子負荷瞬時値算出部と、前記パワー素子負荷瞬時値からパワー素子の周囲温度と素子温度によって決まる放熱定数を減算した結果求まる瞬時過負荷値を積算して熱損失量を算出する過負荷積算部とを備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、前記電力供給回路を遮断してモータの駆動を停止することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。
7. 前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、モータを駆動する電流の上限値を下げることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。
8. 前記過負荷検出手段で過負荷を検出したら、前記制御演算部は、前記電力供給回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ周波数を下げることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。
9. 前記過負荷検出手段は、前記過負荷検出閾値を複数個持ち、前記制御演算部は、該過負荷検出閾値毎に対応した過負荷処理を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。
10. モータが所望の動作を行うように、制御演算を行いＰＷＭ周波数値とＰＷＭ制御信号とを発生する制御演算部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けて直流母線電圧をＰＷＭスイッチングしてモータを駆動する電力供給回路と、前記直流母線電圧の直流母線電圧値を検出する直流母線電圧検出手段と、前記モータのモータ線電流値を検出する電流検出器と、前記電力供給回路の負荷電流値に基づいて前記電力供給回路の熱損失量を計算し前記電力供給回路が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値とを比較して過負荷を検出する過負荷検出手段とを備えたモータ制御装置の過負荷検出方法において、
    前記直流母線電圧値に基づいて、前記電力供給回路のパワー素子がオンする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオン過渡電圧実効値、および前記電力供給回路のパワー素子がオフする時のパワー素子のソース・ドレイン間の電圧の実効値であるオフ過渡電圧実効値を算出するステップと、前記ＰＷＭ周波数値、前記電力供給回路の負荷電流値、前記オン過渡電圧実効値、前記オフ過渡電圧実効値、および前記電力供給回路のパワー素子がオンした時のパワー素子飽和電圧値に基づいて、前記電力供給回路の熱損失量であるパワー素子負荷瞬時値を算出するステップと、前記パワー素子負荷瞬時値から周囲温度と素子温度によって決まる前記放熱定数を減算して瞬時過負荷値を算出するステップと、前記瞬時過負荷値を積算して熱損失量を算出するステップと、前期熱損失量が前記電力供給回路のパワー素子が過負荷になったと判定する閾値である過負荷検出閾値より大きかったら過負荷信号を出力するステップとを備えることを特徴とするモータ制御装置の過負荷検出方法。
11. 前記モータの線電流に基づいて前記負荷電流値を算出するステップを備えることを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置の過負荷検出方法。

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