JP2008522568A - 定格電流を変える方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号（２）を作成し、最新の温度Ｔ_aktを検出し、これに対応する温度信号（４）を作成し、定格電流基本値信号（２）と温度信号（４）とに依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定し、これに対応する定格電流信号（６）を作成することによって、モータに固有の定格電流を変える方法を記載している。これに加えて、モータの回転数に依存して最新の定格電流を算定することができる。さらに、温度に依存して、および場合によりモータの回転数に依存して、モータの定格電流を変える装置が提案される。記載されている装置は、モータの負荷率を算定するためのおよび温度監視をするための測定システムで利用することができる。

Description

本発明は、モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号を作成することによってモータに固有の定格電流を変える方法を記載している。さらに、定格電流を変える相応の装置を提供することが意図されている。

モータを作動させるとき、モータにおける電流（銅損）や磁化の反転（鉄損）による電気損失を通じて、ならびに発生する摩擦を通じて、エネルギーが熱に変換される。変換されるエネルギーの値が周囲へ発散される熱エネルギーの値よりも大きいと、モータが過熱する危険がある。１つまたは複数のセンサを備える警告システムによって、熱によるモータの破損を予防しようとする試みは、こうした手法では十分な防護が保証されないことを示している。その場合、１つまたは複数のセンサをモータの巻線に取り付けることからして、すでに問題があることが判明している。

そこで従来技術では、Ｉ²ｔ監視の名称で知られる手法がよく用いられている。この場合、モータが過熱する恐れなく、モータを任意の長さの期間にわたって作動させることができるモータ電流の強さの最大値を表す、定格電流またはS1電流と呼ばれる電流の強さの値がモータについて算定される。

モータの定格電流Ｉ_nennが既知であれば、一定に保たれた任意のモータ電流の強さＩ_konでモータが長期間負荷を受けたときのモータの負荷率Ｘ_konを、次の式１により算出することができる：

時点ｔ＝０で電流の強さが値Ｉ₁から値Ｉ₂へ切り替えられると、時点ｔ≠０におけるモータの負荷率Ｘ(t)を算出するにあたって、モータの熱時定数τ_thも考慮に含めなくてはならない。これは次の式２によって行われる：

上に掲げた式２を近似するために、第２項以降の指数関数の級数展開を打ち切る。すると式２は次のように書ける：

負荷率Ｘ_konまたはＸ（ｔ）が１００％の値に達すると、モータの過熱を防ぐために対応策を講じなくてはならない。このことは、たとえばモータの利用者に対する警告の出力によって、モータの自動的なスイッチオフによって、あるいは、たとえばＩ_nennの９０％までモータ電流の強さを自動的に下げることによって行われる。

しかしながら、ここで説明した従来技術によるモータの負荷率を算出する手法は、モータの過熱に対する不十分な防護を提供するにすぎない。このようなモータの負荷率の計算では、環境要因にまで踏み込むことがないからである。

本発明の課題は、モータの負荷率をより良く算定することができる方法を開発することにある。

この課題は、本発明によれば、モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号を作成し、最新の温度Ｔ_aktを検出し、これに対応する温度信号を作成し、定格電流基本値信号と温度信号とに依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定し、これに対応する定格電流信号を作成することによって、モータに固有の定格電流を変える方法により解決される。

さらに本発明では、モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号を作成するための出力装置を含む、モータに固有の定格電流を変える装置が意図されており、最新の温度Ｔ_aktを検出してこれに対応する温度信号を作成するためのセンサ装置と、定格電流基本値信号および温度信号の供給を受け、定格電流基本値信号および温度信号に依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定し、これに対応する定格電流信号を作成するために、入力側で出力装置の出力部およびセンサ装置の出力部に結合された評価装置とが、前記装置に同じく含まれている。

本発明の根底には、モータの定格電流はモータの周囲温度に依存するという知見がある。定格電流を周囲温度に適合させれば、新たに判定された定格電流値を用いて、いっそう妥当なモータの負荷率の値を算出することができる。

モータのハウジング内部の温度、またはハウジング温度が、最新の温度Ｔ_aktとして検出されるのが好ましい。そのために、温度センサはモータの巻線にではなく、モータハウジングの中に組み付けられる。このことはコストを節減するとともに、温度センサが機能停止したときに簡単な修理を可能にする。その別案として、温度センサの取付けは、冷却の方式（水、空気など）に応じて、巻線のすぐ周辺部がうまく検出されるように選択することもできる。

特定の定格電流温度Ｔ_nennについての定格電流基本値Ｉ_nennがあれば、定格電流温度Ｔ_nennに依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定することができる。モータの型式に応じて、定格電流温度Ｔ_nennの測定個所で最新の温度Ｔ_aktを検出することができる。それにより、定格電流温度Ｔ_nennおよび最新の温度Ｔ_aktを通じて、妥当な最新の定格電流Ｉ_aktが算定されることが保証される。

最新の定格電流Ｉ_aktは、定格電流基本値Ｉ_nenn、最新の温度Ｔ_akt、定格電流温度Ｔ_nenn、まだ許容される最大の周囲温度ないし冷却媒体温度Ｔ_ZMU、および温度要因の修正係数Ｃをもとにして、次の式４から式６により算定されるのが好ましい：

このことは、最新の温度Ｔ_aktに合わせた定格電流Ｉ_aktの優れた適合化を保証する。ここで許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUとは、そのつどのモータをまだ作動させることができる周囲温度である。これは装置固有の量であるから、定格電流Ｉ_aktを算出する前に、許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUを検出しておく必要はない。これに加えて利用者は修正係数Ｃを通じて、定格電流の計算を、最新の温度Ｔ_aktの検出にどの程度まで依存させるかを自分で決めることができる。測定に関わる最新の温度Ｔ_aktの正確な検出を期待できるときは、修正係数Ｃについて値≦１を選択することが推奨される。最新の温度Ｔ_aktの検出時に、定格電流を算定するには適切さの不足する値しか検出されないと利用者が予想するときは、修正係数についてゼロに近い値を選択することが推奨される。

これに加えて、定格電流基本値Ｉ_nennをモータの最新の回転数ｎに合わせて適合化することができる。そして次の方法ステップで、最新の回転数に合わせて適合化された定格電流基本値Ｉ_nennを、最新の温度Ｔ_aktに合わせて再度適合化することができる。この方法を通じて計算された値は、モータの負荷率の計算に適用したときに、モータの過熱に対するいっそう確かな防護を保証する。

上に説明した方法は、モータの負荷率を算定するための測定システムおよび／またはモータの温度監視をするための測定システムにも適用することができる。

次に、添付の図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

以下に詳細に述べる実施例は、本発明の有利な実施形態である。

図１には、出力装置１と、センサ装置３と、回転数検出装置８と、評価装置５とを備える、モータの定格電流を算定する本発明の装置が示されている。

回転数検出装置８はモータの内部でモータの回転数ｎを検出できるように配置されているが、その様子は、図１では図面を見やすくするために図示されていない。検出された回転数ｎに依存して、回転数検出装置８は回転数信号９を出力装置１へ出力する。

出力装置１は、この回転数信号９に特定の定格電流基本値Ｉ_nennを割り当てて、これに対応する定格電流基本値信号２を評価装置５へ出力する。これに加えて出力装置１は、定格電流基本値Ｉ_nennが算定された温度値に依存する定格電流温度信号７と、許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUに依存する許容温度信号１０も評価装置５へ出力する。

センサ装置３は、モータの温度を検出するように配置されている。このことは、センサ装置３がモータハウジングの内部に配置される場合に保証され、図１の例でもこのことが当てはまる。そしてセンサ装置３は、検出された最新の温度Ｔ_aktに依存して、温度信号４を評価装置５へ出力する。代替的または追加的に、センサ装置はモータハウジングの表面または外部の温度を、周囲温度Ｔ_aktとして検出することもできる。

評価装置５は、定格電流基本値信号２、定格電流温度信号７、および温度信号４から定格電流Ｉ_aktを算出する。図１の例については、これはすでに述べた式４から式６によって行われ、修正係数Ｃについては値１が採用される。

最後に、評価装置５は、算出された定格電流Ｉ_aktに依存して、定格電流信号６を出力する。

図２には、モータの負荷率を算出する本発明の方法が示されている。このとき、図２に図示する方法は、評価装置５によって実行される計算ステップを対象としている。

図２に略示する方法が開始される前に、回転数検出装置８により作成された回転数信号９について、出力装置１により、これに対応する定格電流信号６が評価装置５へ出力される。このとき定格電流信号６は、回転数検出装置８で検出された回転数ｎについての定格電流基本値Ｉ_nenn（ｎ）と、モータが停止しているときの定格電流基本値Ｉ_nenn（０）とを評価装置５に伝送する。これに加えて出力装置１は、定格電流温度Ｔ_nennに対応する定格電流温度信号７と、許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUに依存する許容温度信号１０とを評価装置５へ出力する。モータ電流検出装置が、モータに供給されるモータ電流の強さＩ_motorを検出し、これに対応するモータ電流信号を評価装置５へ提供する。センサ装置３は温度Ｔ_aktを検出し、これについての温度信号４を評価装置５へ提供する。

図２に略示しているように、評価装置５はモータの負荷率Ｘを判定する。まず最初に評価装置５は、両方の定格電流基本値Ｉ_nenn（０）およびＩ_nenn（ｎ）の間の差異を算出する。そして、そのときに算出された値が検出されたモータ電流の強さＩ_motorに加算され、それにより、モータの回転数ｎに関わるモータ電流の強さＩ_motorの修正を行う。回転数ｎに関して修正されたモータ電流の強さＩ_motor（ｎ）は、次の式７に従って算出される：

さらに評価装置５は、最新の温度Ｔ_nenn Ｔ_aktと、許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUとの差異θ_nennを算出するとともに、定格電流温度Ｔ_aktと、許容される最大の周囲温度Ｔ_ZMUとの差異θ_aktを算出する。このことは、すでに述べた式４および式５に従って行われる：

次いで、式４によって得られた値θ_nennが係数２と乗算され、式５によって得られた値θ_aktがそこから減算される。それによって算出された差が、式４に基づく値θ_nennで除算される。

この結果が、ゼロに等しい回転数の定格電流基本値の２乗であるＩ² _nenn（０）と乗算される。このとき、温度Ｔ_aktに適合化された定格電流の２乗であるＩ² _aktは次の式８に従って得られる：

式８は、修正係数Ｃについて値１を代入すれば、すでに述べた式６から導き出すことができる。このことが図２の例で正当化される理由は、周囲温度Ｔ_aktがセンサ装置の良好な取付けによって正確に検出されるからである。

次のステップで、回転数ｎに関して修正されたモータ電流の強さの２乗であるＩ² _motor（ｎ）と、温度に関して求められた定格電流の２乗であるＩ² _aktとの商が算出される。その結果を、モータ電流の強さが一定に保たれているときの負荷率Ｘの近似であると解釈することができる。

モータ電流の強さが時間的に一定でないときは、上に説明した計算ステップを定期的な時間間隔Δｔで何度も反復することが推奨される。これに加えて、負荷率Ｘを算出するときに熱時定数τ_thも考慮に含めるのがよい。

以上より、最新の負荷率Ｘ（ｔ＋Δｔ）について次の式１０が得られる：

負荷率Ｘについて、１００％またはこれを超える値が算定されると、モータの過熱を防ぐために、ただちに対応策が講じられる。その例として、利用者に対する警告信号の出力、定格電流Ｉ_nennのたとえば９０％へのモータ電流の強さの低減、あるいはモータの自動的なスイッチオフがある。

それに対して、負荷率Ｘについて１００％を明らかに下回る値が算定されたときは、モータの過熱を心配する必要なく、モータ電流の強さを若干上昇させることができる。このように本発明に記載している方法は、これまでの従来技術で可能である以上にモータをうまく活用するのにも役立つ。

定格電流を算定する本発明の装置である。 モータの負荷率を計算する本発明の方法である。

符号の説明

１ 出力装置
２ 定格電流基本値信号
３ センサ装置
４ 温度信号
５ 評価装置
６ 定格電流信号
７ 定格電流温度信号
８ 回転数検出装置
９ 回転数信号
１０ 許容温度信号
Ｉ_akt 最新の定格電流
Ｉ_nenn 定格電流基本値
Ｔ_akt 最新の温度
Ｔ_nenn 定格電流温度
Ｔ_ZMU 許容される最大の周囲温度

Claims (10)

1. モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号（２）を作成することによって、モータに固有の定格電流を変える方法において、
   ・最新の温度Ｔ_aktを検出し、
   ・これに対応する温度信号（４）を作成し、
   ・定格電流基本値信号（２）と温度信号（４）とに依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定し、
   ・これに対応する定格電流信号（６）を作成する
   ことを特徴とする方法。
2. モータのハウジングの内部の温度またはハウジング温度が最新の温度Ｔ_aktとして検出される、請求項１に記載の方法。
3. 定格電流基本値Ｉ_nennは特定の定格電流温度Ｔ_nennについて定義されており、最新の定格電流Ｉ_aktは定格電流温度Ｔ_nennに依存して算定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 最新の定格電流Ｉ_aktは、定格電流基本値Ｉ_nenn、最新の温度Ｔ_akt、定格電流温度Ｔ_nenn、まだ許容される最大の周囲温度ないし冷却媒体温度Ｔ_ZMU、および温度要因の修正係数Ｃをもとにして、θ_nenn＝Ｔ_nenn−Ｔ_ZMUおよびθ_akt＝Ｔ_akt−Ｔ_ZMUで
   

   

   により算定される、請求項３に記載の方法。
5. 定格電流基本値Ｉ_nennはモータの最新の回転数ｎに合わせて適合化される、前記請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
6. モータの定格電流基本値Ｉ_nennに依存して定格電流基本値信号（２）を作成するための出力装置（１）を含む、モータに固有の定格電流を変える装置において、
   ・最新の温度Ｔ_aktを検出してこれに対応する温度信号（４）を作成するためのセンサ装置（３）と、
   ・定格電流基本値信号（２）および温度信号（４）の供給を受け、定格電流基本値信号（２）および温度信号（４）に依存して最新の定格電流Ｉ_aktを算定し、これに対応する定格電流信号（６）を作成するために、入力側で前記出力装置の出力部および前記センサ装置の出力部に結合された評価装置（５）とを有している
   ことを特徴とする装置。
7. 前記出力装置（１）は、定格電流基本値Ｉ_nennに帰属する定格電流温度Ｔ_nennを定格電流温度信号（７）を通じて前記評価装置（５）に出力するように設計されており、前記評価装置（５）は、定格電流基本値Ｉ_nenn、最新の温度Ｔ_akt、定格電流温度Ｔ_nenn、まだ許容される最大の周囲温度ないし冷却媒体温度Ｔ_ZMU、および温度要因の修正係数Ｃをもとにして、θ_nenn＝Ｔ_nenn−Ｔ_ZMUおよびθ_akt＝Ｔ_akt−Ｔ_ZMUで
   

   

   により最新の定格電流Ｉ_aktを算定するように設計されている、請求項６に記載の装置。
8. モータの回転数ｎを検出し、これに対応する回転数信号（９）を前記出力装置（１）へ提供する回転数検出装置（８）を含んでおり、前記出力装置（１）は、回転数信号（９）に合わせて適合化された定格電流基本値信号（２）を前記評価装置（５）へ提供するように設計されている、請求項６または７に記載の装置。
9. 請求項６から８までのいずれか１項に記載の装置を含んでいる、モータの負荷率を算定するための測定システム。
10. 請求項６から８までのいずれか１項に記載の装置を含んでいる、モータの温度監視をするための測定システム。

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