JP2012175891A - 過負荷保護を行うモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多相交流モータの停止時又は低速回転時に多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れた場合にも過負荷保護を行うことができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】第１温度計算部３は、３相交流モータ８の各相の電流値及び熱モデルを用いて各相の温度を計算し、第２温度計算部４は、３相交流モータ８の全相の電流値の二乗平均値を算出し、二乗平均値及び熱モデルを用いて３相交流モータ８の全相の平均温度を計算する。第１温度判定部５は、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高いか否かを判定し、第２温度判定部６は、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度より高いか否かを判定する。アラーム信号生成部７は、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高く又は３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度より高い場合、３相交流モータ８の駆動を停止するアラーム信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相交流モータが過負荷状態であるときに多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するモータ制御装置に関する。

工作機械等で用いられる多相交流モータ及びそれを制御するモータ制御装置の過負荷（発熱）による損傷、特に、多相交流モータに含まれる巻線及びモータ制御装置を構成するインバータに含まれるスイッチング素子の過負荷（発熱）による損傷を防止するためには、多相交流モータの過負荷保護を行う必要がある。

このような過負荷保護を行うために、多相交流モータの全相の電流値の二乗平均値を算出し、二乗平均値及び電流値と温度との関係を示す熱モデルを用いて多相交流モータの全相の平均温度を計算し、多相交流モータの全相の平均温度が所定の温度より高い場合、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特開平９−９３７９５号公報

特許第２７４５１６６号公報

過負荷保護を行う従来のモータ制御装置では、過負荷保護を行うか否かの判断を多相交流モータの全相の電流の二乗平均値に基づいて行うことによって、多相交流モータ全体が過熱状態であるか否かを判断している。したがって、多相交流モータの全相に平均して電流が流れて多相交流モータ全体が過熱状態となる多相交流モータの高速回転時（すなわち、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上かつ最大回転速度以下であるとき）には、多相交流モータの過負荷保護を適切に行うことができる。

一方、多相交流モータの停止時（すなわち、多相交流モータの回転速度が零であるとき）又は低速回転時（すなわち、多相交流モータの回転速度が零を超え、かつ、上記所定の回転速度より下の回転速度のとき）において多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れた場合にも、多相交流モータの過負荷保護を行う必要がある。しかしながら、過負荷保護を行うか否かの判断を多相交流モータの全相の電流の二乗平均値に基づいて行う場合、多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れたか否かを判断することができない。

したがって、過負荷保護を行うか否かの判断を多相交流モータの全相の電流の二乗平均値に基づいて行う従来のモータ制御装置では、多相交流モータの停止時又は低速回転時に多相交流モータの過負荷保護を適切に行うことができない。

本発明の目的は、多相交流モータの停止時又は低速回転時に多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れた場合にも過負荷保護を行うことができるモータ制御装置を提供することである。

本発明によるモータ制御装置は、多相交流モータの各相の電流値を検出する電流検出部と、多相交流モータの各相の電流値及び電流値と温度との関係を示す第１熱モデルを用いて各相の温度を計算する第１温度計算部と、多相交流モータの全相の電流値の二乗平均値を算出し、二乗平均値及び電流値と温度との関係を示す第２熱モデルを用いて多相交流モータの全相の平均温度を計算する第２温度計算部と、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高いか否かを判定する第１温度判定部と、多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高いか否かを判定する第２温度判定部と、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高い場合、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するアラーム信号生成部と、を有することを特徴とする。

本発明による他のモータ制御装置は、多相交流モータの各相の電流値を検出する電流検出部と、多相交流モータの各相の電流値及び電流値と温度との関係を示す第１熱モデルを用いて各相の温度を計算する第１温度計算部と、多相交流モータの全相の電流値の二乗平均値を算出し、二乗平均値及び電流値と温度との関係を示す第２熱モデルを用いて多相交流モータの全相の平均温度を計算する第２温度計算部と、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高いか否かを判定する第１温度判定部と、多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高いか否かを判定する第２温度判定部と、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であるか否か検出し、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であり、かつ、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上であり、かつ、多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高い場合、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するアラーム信号生成部と、を有することを特徴とする。

好適には、アラーム信号生成部は、多相交流モータの電流値の振幅が電流制限値となる場合に、多相交流モータの一つの相の電流値が電流制限値に１／２^１／２以上かつ１未満の所定の係数をかけた電流値より大きくなる時間が所定の時間以上となる回転速度の場合には、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であることを検出し、一つの相の電流値が所定の係数をかけた電流値より大きくなる時間が所定の時間未満となる回転速度の場合には、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上であることを検出する。

好適には、所定の時間を、多相交流モータの対応する相の巻線の熱時定数を０より大きくかつ１より小さい係数で除算した値とする。

好適には、第１熱モデルが第２熱モデルと異なり、第１温度が第２温度と異なる。

本発明によるモータ制御装置によれば、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高い場合、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成する。このように、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を、多相交流モータの各相の温度に基づいて生成しているので、多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れたか否かを判断することができる。

本発明による他のモータ制御装置によれば、多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であり、かつ、多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上であり、かつ、多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高い場合、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成する。このように、多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を、多相交流モータの回転速度及び各相の温度に基づいて生成しているので、多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れたか否かを、多相交流モータの回転速度及び各相の温度に応じて適切に判断することができる。

本発明によるモータ制御装置の第１の実施の形態のブロック図である。 図１のモータ制御装置の一部を詳細に示す図である。 温度の計算に用いられる熱モデルを示す図である。 本発明によるモータ制御装置の第１の実施の形態の動作のフローチャートである。 本発明によるモータ制御装置の第２の実施の形態のブロック図である。 図５のモータ制御装置の一部を詳細に示す図である。 ３相交流モータの一つの相の電流値が３相交流モータの対応する相の電流の実効値より大きくなる時間を説明するための図である。 本発明によるモータ制御装置の第２の実施の形態の動作のフローチャートである。

本発明によるモータ制御装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図面中、同一構成要素には同一符号を付す。
図１は、本発明によるモータ制御装置の第１の実施の形態のブロック図であり、図２は、図１のモータ制御装置の一部を詳細に示す図である。図１において、モータ制御装置１は、電流検出部２と、第１温度計算部３と、第２温度計算部４と、第１温度判定部５と、第２温度判定部６と、アラーム信号生成部７と、を有する。

電流検出部２は、多相交流モータとしての３相交流モータ８のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流値を検出するＡ／Ｄコンバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを有する。Ａ／Ｄコンバータ２Ｕは、直流電源９に並列に接続したインバータ１０に含まれるスイッチング素子（この場合、ＮＰＮ型トランジスタ）１０ｕ−１及び３相交流モータ８に含まれる巻線８Ｕを流れる交流電流Ｉ_U（ｔ）を直流電流値｜Ｉ_U（ｔ）｜に変換する。同様に、Ａ／Ｄコンバータ２Ｖは、インバータ１０に含まれるスイッチング素子１０Ｖ−１及び３相交流モータ８に含まれる巻線８Ｖを流れる交流電流Ｉ_V（ｔ）を直流電流値｜Ｉ_V（ｔ）｜に変換する。同様に、Ａ／Ｄコンバータ２Ｗは、インバータ１０に含まれるスイッチング素子１０Ｗ−１及び３相交流モータ８に含まれる巻線８Ｗを流れる交流電流Ｉ_W（ｔ）を直流電流値｜Ｉ_W（ｔ）｜に変換する。なお、直流電源９は、交流電力を直流電力に変換するＡ／Ｄコンバータ及びそれに並列接続したコンデンサ（いずれも図示せず）を有する。

第１温度計算部３は、Ｕ相温度計算部３Ｕと、Ｖ相温度計算部３Ｖと、Ｗ相温度計算部３Ｗと、を有する。Ｕ相温度計算部３Ｕは、直流電流値｜Ｉ_U（ｔ）｜及び電流と温度との関係を示す第１熱モデルを用いてＵ相の温度θ_U（ｎ）を計算する。同様に、Ｖ相温度計算部３Ｖは、直流電流値｜Ｉ_V（ｔ）｜及び電流と温度との関係を示す第１熱モデルを用いてＶ相の温度θ_V（ｎ）を計算する。同様に、Ｗ相温度計算部３Ｗは、直流電流値｜Ｉ_W（ｔ）｜及び電流と温度との関係を示す第１熱モデルを用いてＷ相の温度θ_W（ｎ）を計算する。

第２温度計算部４は、２乗平均計算部４１と、平均温度計算部４２と、を有する。２乗平均計算部４１は、直流電流値｜Ｉ_U（ｔ）｜、直流電流値｜Ｉ_V（ｔ）｜及び直流電流値｜Ｉ_W（ｔ）｜の２乗平均値Ｉ_allを計算する。ここで、
Ｉ_U（ｔ）＝Ｉ_all・ｓｉｎθ
Ｉ_V（ｔ）＝Ｉ_all・ｓｉｎ（θ＋２π／３）
Ｉ_W（ｔ）＝Ｉ_all・ｓｉｎ（θ−２π／３）
の関係を有するので、２乗平均値Ｉ_allは、
Ｉ_all ²＝２｛Ｉ_U（ｔ）²＋Ｉ_V（ｔ）²＋Ｉ_W（ｔ）²｝／３
を解くことによって求められる。なお、２乗平均値Ｉ_allを、
Ｉ_all＝Ｍａｘ｛｜Ｉ_U（ｎ）｜，｜Ｉ_V（ｎ）｜，｜Ｉ_W（ｎ）｜｝
から簡易的に求めることもできる。平均温度計算部４２は、これらの２乗平均値Ｉ_all及び電流と温度との関係を示す第２熱モデルを用いて３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）を計算する。

図３は、温度の計算に用いられる熱モデルを示す図である。図３に示す熱モデルは、サーボモータを用いた工作機械の送り軸やロボットアーム等のサーボ系における熱モデルであり、供給される電流Ｉによりサーボモータ等の発熱源Ｈと、サーボ系内の発熱体に蓄積することができる熱量を表す熱容量Ｃと、外界に対する放熱の程度を表す放熱抵抗Ｒの並列モデルとして表すことができる。

図３に示す熱モデルにおける温度θ（ｔ）は、加えられる電流の印加時間ｔの関数であり、
Ｃ・ｄθ（ｔ）／ｄｔ＝−θ（ｔ）／Ｒ＋Ｋ・Ｉ（ｔ）² （１）
で示すような熱シミュレーションの微分方程式によって表すことができる。なお、Ｉ（ｔ）を、印加時間ｔの関数である電流の大きさとする。なお、式（１）において、θ（ｔ）／Ｒは、外界に放出される熱量を表しており、Ｋは比例定数である。

式（１）の微分方程式を温度θ（ｔ）について解くと、θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝Ｒ・｛１−ｅｘｐ（−Ｔｓ／ＣＲ）｝・Ｋ・Ｉ（ｔ）² （２）
によって表される。なお、Ｔｓはサンプリング時間である。式（２）を離散系で表すと、
θ（ｎ＋１）＝Ｋ１・θ（ｎ）＋Ｋ２・Ｉ（ｔ）² （３）
となる。ここで、ｎはサンプリングの順番を表し、Ｋ１，Ｋ２は、モータ及びモータ駆動回路の熱特性によって決まる定数であり、
Ｋ１＝ｅｘｐ（−Ｔｓ／ＣＲ）
Ｋ２＝Ｒ・Ｋ・｛１−ｅｘｐ（−Ｔｓ／ＣＲ）｝
で表される。

Ｕ相の温度θ_U（ｎ）は、巻線８Ｕ及びスイッチング素子１０Ｕ−１によって決定される定数をＫ１_U，Ｋ２_Uとした場合、式（３）から
θ_U（ｎ＋１）＝Ｋ１_U・θ_U（ｎ）＋Ｋ２_U・Ｉ_U（ｔ）²
の関係を有し、この式を解くことによってＵ相の温度θ_U（ｎ）を求めることができる。

同様に、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）は、巻線８Ｖ及びスイッチング素子１０Ｖ−１によって決定される定数をＫ１_V，Ｋ２_Vとした場合、式（３）から
θ_V（ｎ＋１）＝Ｋ１_V・θ_V（ｎ）＋Ｋ２_V・Ｉ_V（ｔ）²
の関係を有し、この式を解くことによってＶ相の温度θ_V（ｎ）を求めることができる。

同様に、Ｗ相の温度θ_W（ｎ）は、巻線８Ｗ及びスイッチング素子１０Ｗ−１によって決定される定数をＫ１_W，Ｋ２_Wとした場合、式（３）から
θ_W（ｎ＋１）＝Ｋ１_W・θ_W（ｎ）＋Ｋ２_W・Ｉ_W（ｔ）²
の関係を有し、この式を解くことによってＷ相の温度θ_W（ｎ）を求めることができる。

また、３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）は、巻線８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ及びスイッチング素子１０Ｕ−１，１０Ｖ−１，１０Ｗ−１によって決定される定数をＫ１_ave，Ｋ２_aveとした場合、式（３）から
θ_ave（ｎ＋１）＝Ｋ１_ave・θ_ave（ｎ）＋Ｋ２_ave・Ｉ_all（ｔ）²
の関係を有し、この式を解くことによって３相交流モータ８の全相の温度θ_ave（ｎ）を求めることができる。

熱シミュレーションによる過負荷の監視は、電流Ｉ（ｔ）の大きさ及び印加時間ｔの長さに応じて、温度がアラームレベルを超えるか否かを判定することによって行うことができ、このために、後に説明するように第１温度判定部５及び第２温度判定部６において、アラームレベルを超えたか否かの判定を、比較器（コンパレータ）を用いて行う。

本実施の形態では、第１熱モデルは、第２熱モデルと異なる。すなわち、Ｋ１_U＝Ｋ１_V＝Ｋ１_W及びＫ２_U＝Ｋ２_V＝Ｋ２_WとするとともにＫ１_ave≠Ｋ１_U及びＫ２_ave≠Ｋ２_Uとする。これによって、各相の温度及び全相の平均温度を計算するために適切な熱モデルをそれぞれ選択することができる。

第１温度判定部５は、比較器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗと、ＯＲゲート５１と、を有する。比較器５Ｕは、Ｕ相の温度θ_U（ｎ）と、Ｕ相に集中的に電流が流れたことの目安となる第１温度、すなわち、アラームレベルＡ１とを比較する。同様に、比較器５Ｖは、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）と、Ｖ相に集中的に電流が流れたことの目安となる第１温度、すなわち、アラームレベルＡ１とを比較する。同様に、比較器５Ｗは、Ｗ相の温度θ_W（ｎ）と、Ｗ相に集中的に電流が流れたことの目安となる第１温度、すなわち、アラームレベルＡ１とを比較する。ＯＲゲート５１には、比較器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの比較結果が入力され、Ｕ相の温度、Ｖ相の温度及びＷ相の温度のうちの少なくとも一つが第１の温度より高い場合、パルス信号を出力する。

第２温度判定部６は、比較器６１を有する。比較器６１は、３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）と、３相交流モータ８の全相に平均して電流が流れて３相交流モータ８全体が過熱状態となったことの目安となる第２温度、すなわち、アラームレベルＡ２とを比較する。

本実施の形態では、アラームレベルＡ１をアラームレベルＡ２と異なるようにする。これによって、多相交流モータ全体が過熱状態であるか否か及び多相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れたか否かを適切に判定することができる。

アラーム信号生成部７は、ＯＲゲート７１を有する。ＯＲゲート７１には、ＯＲゲート５１の論理演算結果及び比較器６１の比較結果が入力され、Ｕ相の温度、Ｖ相の温度及びＷ相の温度のうちの少なくとも一つが第１温度より高い場合又は３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度より高い場合、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号としてのパルス信号をインバータ駆動回路１１に出力する。

本実施の形態では、第１温度計算部３、第２温度計算部４、第１温度判定部５、第２温度判定部６及びアラーム信号生成部７は、ＣＰＵ（図示せず）の一部を構成する。また、インバータ駆動回路１１は、ＣＰＵのメモリに格納された制御プログラムに従ってインバータ１０を駆動制御する。このために、インバータ駆動回路１１は、ＰＷＭ信号のような制御信号をインバータ１０に出力し、スイッチング素子１０Ｕ−１，１０Ｕ−２；１０Ｖ−１，１０Ｖ−２；１０Ｗ−１，１０Ｗ−２をオンオフ制御して３相交流モータ８を駆動する。本実施の形態では、インバータ駆動回路１１は、アラーム信号生成部７からパルス信号が入力されるとスイッチング素子１０Ｕ−１，１０Ｕ−２；１０Ｖ−１，１０Ｖ−２；１０Ｗ−１，１０Ｗ−２を全てオフにし、３相交流モータ８の駆動を停止する。

図４は、本発明によるモータ制御装置の第１の実施の形態の動作のフローチャートである。図４に示す処理フローは、ＣＰＵのメモリに格納された制御プログラムをモータ駆動装置１の各構成要素が３相交流モータ８の駆動中に所定の周期ごとに実行することによって行われる。

先ず、ステップＳ１において、電流検出部２は、３相交流モータ８の各相の電流値を検出する。次に、ステップＳ２において、第１温度計算部３は、３相交流モータ８の各相の温度を計算し、第２温度計算部４は、３相交流モータ８の全相の平均温度を計算する。次に、ステップＳ３において、第１温度判定部５は、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度を超えたか否か判定し、第２温度判定部６は、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えたか否か判定する。

３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度を超え又は３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えた場合、ステップＳ４において、アラーム信号生成部７は、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号を生成し、本ルーチンを終了する。それに対し、３相交流モータ８の各相の温度のいずれも第１温度を超えず、かつ、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えない場合、そのまま本ルーチンを終了する。

本実施の形態によれば、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度より高い場合、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号を生成する。このように、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号を、３相交流モータの各相の温度に基づいて生成しているので、３相交流モータ８の特定の相に集中的に電流が流れたか否かを判断することができる。したがって、３相交流モータ８の全相に平均して電流が流れて３相交流モータ８全体が過熱状態となる３相交流モータ８の高速回転時だけでなく、３相交流モータ８の特定の相に集中的に電流が流れる３相交流モータ８の停止時又は低速回転時でも３相交流モータ８の過負荷保護を行うことができる。

図５は、本発明によるモータ制御装置の第２の実施の形態のブロック図であり、図６は、図５のモータ制御装置の一部を詳細に示す図である。図５において、モータ制御装置２１は、電流検出部２と、第１温度計算部３と、第２温度計算部４と、第１温度判定部５と、第２温度判定部６と、アラーム信号生成部２２と、を有する。電流検出部２、第１温度計算部３、第２温度計算部４、第１温度判定部５及び第２温度判定部６は、図１に示した第１の実施の形態のモータ制御装置１の電流検出部２、第１温度計算部３、第２温度計算部４、第１温度判定部５及び第２温度判定部６と同一構成を有するので、これらの説明を省略する。

アラーム信号生成部２２は、スイッチ７２と、回転速度計算部７２と、比較器７４と、スイッチ７５と、スイッチ７６と、ＯＲゲート７７と、を有する。スイッチ７２は、コンピュータのような外部装置（図示せず）から入力される命令によって、回転速度計算部７３を、電流検出部２とエンコーダ２３のうちのいずれか一方に接続する。

エンコーダ２３は、回転速度計算部２３に接続されたときに３相交流モータ８の軸の回転角度に比例したパルスを回転速度計算部２３に出力するために、３相交流モータ８に近接して配置される。

回転速度計算部７３は、スイッチ７２を介してエンコーダ２３に接続したときには、エンコーダ２３から入力されたパルスに基づいて３相交流モータ８の回転速度を計算する。一方、回転速度計算部７３は、スイッチ７２を介して電流検出部２に接続したときには、３相交流モータ８の一つの相の電流値が３相交流モータ８の対応する相の電流の実効値より大きくなる時間を求め、この時間に基づいて３相交流モータ８の回転速度を計算する。

比較器７４は、３相交流モータ８の回転速度と、３相交流モータ８が高速回転時であるか否かの目安となる切替速度Ｖとを比較する。スイッチ７５，７６は、比較器７４の比較結果に応じてオンオフ動作を行う。更に詳しく説明すると、スイッチ７５は、３相交流モータ８の回転速度が切替速度Ｖを超えない場合には、ＯＲゲート５１の出力部とＯＲゲート７７の一方の入力部との間の接続を維持し、そうでない場合には、ＯＲゲート５１の出力部とＯＲゲート７７の一方の入力部との間の接続を切り離す。一方、スイッチ７６は、３相交流モータ８の回転速度が切替速度Ｖを超えた場合には、ＯＲゲート５１の出力部とＯＲゲート７７の他方の入力部との間の接続を維持し、そうでない場合には、ＯＲゲート５１の出力部とＯＲゲート７７の他方の入力部との間の接続を切り離す。

図７は、３相交流モータの一つの相の電流値が３相交流モータの対応する相の電流の実効値より大きくなる時間を説明するための図である。図７において、交流電流［Ａ］を縦軸にとるとともに位相［°］を横軸にとり、直線ａは、３相交流モータ８の一つの相の電流の実効値を表し、曲線ｂは、３相交流モータ８の一つの相の低速回転時の交流電流波形を表し、曲線ｃは、３相交流モータ８の一つの相の高速回転時の交流電流波形を表し、Ｔ_overは、低速時における３相交流モータ８の一つの相の電流値が３相交流モータ８の対応する相の電流の実効値より大きくなる時間を表す。

電流値がＩ（ｔ）のときの温度上昇をＫＩ（ｔ）²と考えると、交流電流波形の１周期の温度上昇ΔＴを、

として求めることができる。一定電流値で同等の温度上昇を起こす電流値は、実効値（Ｉ²π／２π）^1/2＝Ｉ／２^1/2として求められる。

図７に示すように、３相交流モータ８の回転速度が低くなり、時間Ｔ_overが、対応する巻線の熱時定数Ｔ_coilより十分大きい場合には、３相交流モータ８の対応する相の発熱量が大きくなり、Ｕ相の温度θ_U（ｎ）、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）及びＷ相の温度θ_W（ｎ）の少なくとも一つが３相交流モータ８の対応する相の温度が３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）より高くなる状況となることがわかる。

３相交流モータ８の停止時又は低速回転時には、Ｕ相の温度θ_U（ｎ）、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）及びＷ相の温度θ_W（ｎ）のばらつきが交流電流位相に応じて大きくなるので、３相交流モータ８の各相で過負荷保護を行う必要がある。したがって、停止時又は低速回転時に３相交流モータ８の過負荷保護を行うか否かの判断は、３相交流モータ８の全相の平均電流値Ｉ_all ²を用いて計算した３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）よりも各相の電流値Ｉ_U（ｔ）²，Ｉ_V（ｔ）²，Ｉ_W（ｔ）²を用いて計算したＵ相の温度θ_U（ｎ）、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）及びＷ相の温度θ_W（ｎ）を用いた方が正確に行うことができる。

しかしながら、デジタル系では、３相交流モータ８の高速回転時には、サンプリング間隔の変化が大きくなり、サンプリングによる誤差が生じることがある。また、３相交流モータ８の高速回転時には、３相交流モータ８の各相の発熱状態が同等となる。したがって、高速回転時に３相交流モータ８の過負荷保護を行うか否かの判断は、Ｕ相の温度θ_U（ｎ）、Ｖ相の温度θ_V（ｎ）及びＷ相の温度θ_W（ｎ）よりも３相交流モータ８の全相の平均温度θ_ave（ｎ）を用いた方が正確に行うことができる。

したがって、３相交流モータ８の停止時又は低速回転時には、アラーム信号を生成するか否かの判断を行うために、第１温度判定部５の判定結果を用いるのが望ましく、３相交流モータ８の高速回転時には、アラーム信号を生成するか否かの判断を行うために、第２温度判定部６の判定結果を用いるのが望ましい。

３相交流モータ８が１回転するのに要する時間は４・Ｔ_over・極数（秒）であるので、３相交流モータ８の回転速度は、６０／４・Ｔ_over・極数＝１５／Ｔ_over・極数（／分）となる。切替速度Ｖは、Ｔ_over＝Ｔ_coilとなる速度を基準として考え、０より大きくかつ１より小さい係数Ｋｖを３相交流モータ８の回転速度に除算することにより、
Ｖ＝１５Ｋｖ／Ｔ_over・極数（／分）
として求められる。この場合、時間Ｔ_overは、Ｔ_coil／Ｋｖとなる。このように、時間Ｔ_overを、熱時定数Ｔ_coilを０より大きくかつ１より小さい係数Ｋｖで除算した値とすることによって、過負荷保護レベルに余裕を持たせることができる。

図８は、本発明によるモータ制御装置の第２の実施の形態の動作のフローチャートである。図４に示す処理フローは、ＣＰＵのメモリに格納された制御プログラムをモータ駆動装置１の各構成要素が３相交流モータ８の駆動中に所定の周期ごとに実行することによって行われる。

本ルーチンによれば、ステップＳ１の後、ステップＳ１１において、アラーム信号生成部２２は、３相交流モータ８の回転速度を計算し、第１温度計算部３は、３相交流モータ８の各相の温度を計算し、第２温度計算部４は、３相交流モータ８の全相の平均温度を計算する。次に、ステップＳ１２において、アラーム信号生成部２２は、３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度未満であるか否か判定する。

３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度未満である場合、ステップＳ１３において、第１温度判定部５は、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度を超えたか否か判定する。３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度を超えた場合、ステップＳ４に進む。それに対し、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度を超えない場合、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度を超える場合、ステップＳ１４において、第２温度判定部６は、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えたか否か判定する。３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えた場合、ステップＳ４に進む。それに対し、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度を超えない場合、そのまま本ルーチンを終了する。

本実施の形態によれば、３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度未満であり、かつ、３相交流モータ８の各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高い場合又は３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度以上であり、かつ、３相交流モータ８の全相の平均温度が第２温度より高い場合、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号を生成する。このように、３相交流モータ８の駆動を停止するためのアラーム信号を、３相交流モータ８の回転速度及び各相の温度に基づいて生成しているので、３相交流モータの特定の相に集中的に電流が流れたか否かを、３相交流モータ８の回転速度及び各相の温度に応じて適切に判断することができる。したがって、３相交流モータ８の回転速度に応じて適切な温度情報を選択することができるので、高速回転時の３相交流モータ８の過負荷保護及び停止時又は低速回転時の３相交流モータ８の過負荷保護を、的確に行うことができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記第１及び第２の実施の形態において、３相交流モータ８を駆動する場合について説明したが、３相以外の多相交流モータを駆動する場合でも、本発明を適用することができる。また、第１熱モデルが第２熱モデルと異なり、第１温度が第２温度と異なる場合について説明したが、第１熱モデルが第２熱モデルと同一の場合や、第１温度が第２温度と同一である場合でも、本発明を適用することができる。さらに、図３に示す熱モデル以外の熱モデルを用いて温度を計算することもできる。

上記第２の実施の形態において、エンコーダ２３を省略することができ、３相交流モータ８の回転速度を求めるために３相交流モータ８の一つの相の電流値が３相交流モータ８の対応する相の電流の実効値より大きくなる時間の計算を行わない場合でも、本発明を適用することができる。また、３相交流モータ８の電流値の振幅が電流制限値となる場合に、３相交流モータ８の一つの相の電流値が電流制限値に１／２^１／２以上かつ１未満の所定の係数をかけた電流値Ａより大きくなる時間が所定の時間以上となる回転速度の場合には、３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度未満であることを検出し、３相交流モータ８の一つの相の電流値が電流Ａより大きくなる時間が所定の時間以上となる回転速度の場合には、３相交流モータ８の回転速度が所定の回転速度以上であることを検出してもよい。さらに、３相交流モータ８が高速回転時であるか否かを判別するために、３相交流モータ８の回転速度を求める必要はなく、例えば、３相交流モータ８の一つの相の電流値が３相交流モータ８の対応する相の電流の実効値より大きくなる時間が所定の時間より長いか否かを判別することによって３相交流モータ８が高速回転時であるか否かを判別することもできる。

１ モータ制御部
２ 電流検出部
３ 第１温度計算部
３Ｕ Ｕ相温度計算部
３Ｖ Ｖ相温度計算部
３Ｗ Ｗ相温度計算部
４ 第２温度計算部
５ 第１温度判定部
５Ｕｍ、５Ｖ，５Ｗ，６１，７４ 比較器
６ 第２温度判定部
７，２２ アラーム信号生成部
８ ３相交流モータ
８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ 巻線
９ 直流電源
１０ インバータ
１０Ｕ−１，１０Ｕ−２，１０Ｖ−１，１０Ｖ−２，１０Ｗ−１，１０Ｗ−２ スイッチング素子
１１ インバータ駆動回路
２３ エンコーダ
４１ ２乗平均計算部
４２ 平均温度計算部
５１，７１，７７ ＯＲゲート
７２，７５，７６ スイッチ
７３ 回転速度又は時間計算部
Ａ１，Ａ２ アラームレベル
Ｃ 熱容量
Ｒ 放熱抵抗
Ｈ 発熱源
Ｉ 電流
Ｉ_all ２乗平均値
Ｉ_U（ｔ），Ｉ_V（ｔ），Ｉ_W（ｔ） 交流電流
｜Ｉ_U（ｔ）｜，｜Ｉ_V（ｔ）｜，｜Ｉ_W（ｔ）｜ 直流電流値
Ｖ 切替速度
θ_ave（ｎ） 全相の平均温度
θ_U（ｎ） Ｕ相の温度
θ_V（ｎ） Ｖ相の温度
θ_W（ｎ） Ｗ相の温度

Claims (5)

1. 多相交流モータの各相の電流値を検出する電流検出部と、
   前記多相交流モータの各相の電流値及び電流値と温度との関係を示す第１熱モデルを用いて各相の温度を計算する第１温度計算部と、
   前記多相交流モータの全相の電流値の二乗平均値を算出し、前記二乗平均値及び電流値と温度との関係を示す第２熱モデルを用いて前記多相交流モータの全相の平均温度を計算する第２温度計算部と、
   前記多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高いか否かを判定する第１温度判定部と、
   前記多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高いか否かを判定する第２温度判定部と、
   前記多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが前記第１温度より高い場合又は前記多相交流モータの全相の平均温度が前記第２温度より高い場合、前記多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するアラーム信号生成部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 多相交流モータの各相の電流値を検出する電流検出部と、
   前記多相交流モータの各相の電流値及び電流値と温度との関係を示す第１熱モデルを用いて各相の温度を計算する第１温度計算部と、
   前記多相交流モータの全相の電流値の二乗平均値を算出し、前記二乗平均値及び電流値と温度との関係を示す第２熱モデルを用いて前記多相交流モータの全相の平均温度を計算する第２温度計算部と、
   前記多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが第１温度より高いか否かを判定する第１温度判定部と、
   前記多相交流モータの全相の平均温度が第２温度より高いか否かを判定する第２温度判定部と、
   前記多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であるか否か検出し、前記多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であり、かつ、前記多相交流モータの各相の温度の少なくとも一つが前記第１温度より高い場合又は前記多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上であり、かつ、前記多相交流モータの全相の平均温度が前記第２温度より高い場合、前記多相交流モータの駆動を停止するためのアラーム信号を生成するアラーム信号生成部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記アラーム信号生成部は、前記多相交流モータの電流値の振幅が電流制限値となる場合に、前記多相交流モータの一つの相の電流値が前記電流制限値に１／２^１／２かつ１未満の所定の係数をかけた電流値より大きくなる時間が所定の時間以上となる回転速度の場合には、前記多相交流モータの回転速度が所定の回転速度未満であることを検出し、前記一つの相の電流値が前記所定の係数をかけた電流値より大きくなる時間が所定の時間未満となる回転速度の場合には、前記多相交流モータの回転速度が所定の回転速度以上であることを検出する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記所定の時間を、前記多相交流モータの前記対応する相の巻線の熱時定数を０より大きくかつ１より小さい係数で除算した値とした請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１熱モデルが前記第２熱モデルと異なり、前記第１温度が前記第２温度と異なる請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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