JP2014082908A

JP2014082908A - 電動機の温度を推定する温度推定装置

Info

Publication number: JP2014082908A
Application number: JP2012231007A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Senoo; 達也妹尾
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN103776556A; US9091600B2; JP5607698B2; DE102013016911B4; DE102013016911A1; CN103776556B; US20140112369A1

Abstract

【課題】電動機ごとの温度検出素子の設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度の変動の影響又は電動機に流れる電流の変動の影響が及ぼされることなく電動機の温度を推定することができる温度推定装置を提供する。
【解決手段】係数値取得部１１ｅは、電動機の損失Ｑ_l（ｔ）によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子５ｆの設置位置の関係を表す係数Ｃ，Ｋの値を、電動機の損失Ｑ_l（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び電動機の周囲温度Ｔ_aを用いて取得する。温度推定部１１ｇは、電動機の温度Ｔ_e（ｔ）を、係数Ｃ，Ｋの値、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m、係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_m、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び電動機の周囲温度Ｔ_aに基づいて推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機の温度を推定する温度推定装置に関する。

従来、電動機が過熱状態であるか否かの判断等を行うために電動機の温度を推定する温度推定装置が提案されている。このような温度推定装置は、温度検出素子によって検出される検出温度に基づく電動機の温度の推定と順次算出した電動機の損失に基づく電動機の温度の推定のうちのいずれか一方又は両方を行う。

温度検出素子によって検出される検出温度に基づく電動機の温度の推定を行う場合、温度検出素子を、電動機に設けられた巻線（発熱源）に隣接して配置し、温度検出素子によって検出された検出温度が電動機の温度であると推定している。

一方、電動機の損失に基づく電動機の温度の推定を行う場合、電動機に流れる電流を、予め設定されたサンプリング周期（例えば、２５０マイクロ秒）ごとに順次取得し、電動機の損失を順次取得した電流から順次算出し、電動機の温度を順次算出した損失から推定している（例えば、特許文献１）。

特開平９−９３７９５号公報

電動機の製造時において温度検出素子を巻線に隣接して設置したとしても、全ての同一形状及び同一材質の電動機に対して温度検出素子を同一位置に設置することができないので、電動機ごとに温度検出素子の設置位置の違いが生じる。このような温度検出素子の設置位置の違いが生じることによって、電動機の発熱量が同一である場合でも温度検出素子によって検出される検出温度が変動する。このような検出温度の変動は、温度検出素子の設置位置の周辺部の温度勾配が増大するに従って大きくなる。例えば、冷却システムの冷却液充填部を電動機の外側側面に配置する場合、冷却効果を高めるために冷却液充填部が巻線に近接して配置される。このために、電動機の発熱量が同一である場合において温度素子によって検出される検出温度は、温度検出素子の設置位置と冷却液充填部との間の最短距離が短くなるに従って低くなる。このために、過熱保護のためのアラームを出力するタイミングは、温度検出素子の設置位置と冷却液充填部との間の最短距離が短くなるに従って遅くなる。したがって、電動機ごとの温度検出素子の設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度の変動の影響により、推定される電動機の温度の違いが電動機ごとに生じ、電動機が過熱状態であるか否かの判断等を行うために電動機の温度を正確に推定できなくなるという不都合がある。

一方、順次算出した電動機の損失に基づく電動機の温度の推定を行う場合、電動機の損失を順次算出するために電流をサンプリング周期ごとに順次取得しているので、あるサンプリング周期で取得した電流値と次のサンプリング周期で取得した電流値との間の変動が大きくなるに従って電動機の損失の変動が大きくなる。また、推定される温度の変動は、電動機の損失の変動が大きくなるに従って大きくなる。したがって、電動機に流れる電流の変動の影響により、推定される電動機の温度にばらつきが生じ、電動機が過熱状態であるか否かの判断等を行うために電動機の温度を正確に推定できなくなるという不都合がある。

本発明の目的は、電動機ごとの温度検出素子の設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度の変動の影響又は電動機に流れる電流の変動の影響が及ぼされることなく電動機の温度を推定することができる温度推定装置を提供することである。

本発明による温度推定装置は、電動機の損失を、予め設定された期間中に算出する損失算出部と、電動機に配置された温度検出素子が検出した検出温度を、予め設定された期間に亘って予め設定されたサンプリング周期ごとに順次取得する検出温度取得部と、損失によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子の設置位置との関係を表す係数の値を、損失算出部が算出した損失、検出温度取得部が取得した検出温度及び電動機の周囲温度を用いて取得する係数値取得部と、電動機の温度を、係数の値、係数の予め設定された基準値、検出温度及び電動機の周囲温度に基づいて推定する温度推定部と、を備えることを特徴とする。

好適には、検出温度取得部は、冷却システムを有する電動機に設置された温度検出素子が検出した検出温度を取得する。

好適には、検出温度取得部は、電動機に設けられた巻線に隣接して設置された温度検出素子が検出した検出温度を取得する。

本発明によれば、電動機ごとの温度検出素子の設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度の変動の影響又は電動機に流れる電流の変動の影響が及ぼされることなく電動機の温度を推定することができる。

本発明による温度推定装置を適用したシステムのブロック図である。図１の温度推定装置のブロック図である。

本発明による温度推定装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による温度推定装置を適用したシステムのブロック図である。図１に示すシステムは、工作機械、ロボット等において使用され、三相交流電源１と、コンバータ２と、平滑用コンデンサ３と、インバータ４と、電流検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと、電動機としての回転型永久磁石同期電動機５と、被駆動体６と、回転速度検出器７と、冷却システム８と、温度検出素子９と、インバータ制御装置１０と、温度推定装置１１と、上位制御装置１２と、を有する。図１において、明瞭のために、回転型永久磁石同期電動機５と、被駆動体６と、冷却システム８の一部とを、断面で示す。

コンバータ２は、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオードによって構成され、三相交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する。平滑用コンデンサ３は、コンバータ２の整流ダイオードによって整流された電圧を平滑化するためにコンバータ２に並列に接続される。インバータ４は、平滑用コンデンサ３に並列に接続され、例えば、複数（３相交流の場合は６個）のトランジスタによって構成され、後に説明するＰＷＭ信号Ｖ_PWMに基づいてトランジスタのオンオフ動作を行うことによって、コンバータ２によって変換された直流電力を交流電力に変換する。電流検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの各々は、例えば、ホール素子によって構成され、三相のＵ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_V及びＷ相電流Ｉ_Wのそれぞれの電流値を検出するためにインバータ４の出力線に設けられる。

回転型永久磁石同期電動機５は、平滑用コンデンサ３に蓄積されている電力で駆動され、回転軸５ａを有する回転子５ｂと、回転子５ｂを取り囲むように配置された固定子５ｃとを有する。回転子５ａは、永久磁石５ｄを有する。固定子５ｃは、Ｕ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_V及びＷ相電流Ｉ_Wが供給される巻線５ｅを有する。したがって、永久磁石同期電動機５は、三相同期電動機として機能する。本実施の形態では、回転軸５ａは、軸線αに対して反時計回り方向ａに回転する。また、本実施の形態では、温度検出素子５ｆを、発熱源となる巻線５ｅに隣接して設置する。温度検出素子５ｆは、サーミスタとサーモスタットのうちのいずれか一方によって構成され、巻線５ｅの温度に相当する検出温度Ｔ_d（ｔ）を検出する。

回転角度検出器７は、ロータリーエンコーダによって構成され、回転軸５ａの回転角度θを検出するために回転軸５ａに取り付けられる。冷却システム８は、冷却液充填部８ａと、冷却液流路８ｂ、８ｃと、ポンプ８ｄと、を有する。冷却液充填部８ａは、巻線５ｅに近接するように固定子５ｂの外側側面に配置され、回転型永久磁石同期電動機５を冷却するために冷却液（例えば、水）が充填される。冷却液流路８ｂは、冷却液を冷却液充填部８ａに流入し、冷却液流路８ｃには、冷却液充填路８ａからの冷却液が流入される。ポンプ８ｄは、冷却液流路８ｂ、冷却液充填部８ａ及び冷却液流路８ｃを通じて冷却液を循環させる。温度検出素子９は、サーミスタとサーモスタットのうちのいずれか一方によって構成され、回転型永久磁石同期電動機５の周囲温度Ｔ_aを検出するために回転型永久磁石同期電動機５の周囲に設置される。

インバータ制御装置１０は、インバータ４を制御するために、Ｕ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_V及びＷ相電流Ｉ_Wのそれぞれの電流値を、回転型永久磁石同期電動機５の電流値データとしてそれぞれサンプリングし、回転角度θをモータの位置又は速度データとしてそれぞれサンプリングする。

そして、インバータ制御装置１０は、回転型永久磁石同期電動機５を駆動するためのＰＷＭ信号Ｖ_PWMを、サンプリングした電流値データ及びモータの位置又は速度データと、後に説明するモータの位置又は速度指令Ｃｏｍとに基づいて生成する。

温度推定装置１１は、入出力ポート、シリアル通信回路、Ａ／Ｄ変換器、コンパレータ等を備えたプロセッサによって実現され、電動機が過熱状態であるか否かの判断等を行うための回転型永久磁石同期電動機５の推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定するための処理を、図示しないメモリに格納された処理プログラムに従って実行する。上位制御装置１２は、ＣＮＣ（数値制御装置）によって構成され、上述したモータの位置又は速度指令Ｃｏｍをインバータ制御装置１０に入力する。

図２は、図１の温度推定装置のブロック図である。温度推定装置１１は、推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定するために、損失算出部１１ａと、第１の検出温度取得部１１ｂと、第２の検出温度取得部１１ｃと、第１の記憶部１１ｄと、係数値取得部１１ｅと、第２の記憶部１１ｆと、温度推定部１１ｇと、を有する。

損失算出部１１ａは、電動機の銅損に相当する損失Ｑ_l（ｔ）を、予め設定された期間（例えば、１０００秒）に亘って予め設定されたサンプリング周期Δｔごとに算出する。このために、損失算出部１１ａは、三相のＵ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_V及びＷ相電流Ｉ_Wのそれぞれの電流値を、予め設定された期間（例えば、１０００秒）に亘って予め設定されたサンプリング周期Δｔごとに取得し、これらの電流値に基づいて損失Ｑ_l（ｔ）を算出する。そして、損失算出部１１ａは、算出した損失Ｑ_l（ｔ）を記憶部１１ｄに出力する。ここで、サンプリング周期Δｔは、温度推定装置１１に内蔵されたクロック（図示せず）が温度推定装置１１の各部に出力するクロック信号の１クロック周期（例えば、２５０マイクロ秒）に相当する。

検出温度取得部１１ｂは、温度検出素子５ｆによって検出された検出温度Ｔ_d（ｔ）を、予め設定された期間（例えば、１０００秒）に亘って予め設定されたサンプリング周期Δｔごとに順次取得し、取得した検出温度Ｔ_d（ｔ）を記憶部１１ｄに順次出力する。

検出温度取得部１１ｃは、温度検出素子９によって検出された周囲温度Ｔ_aを、予め設定された期間（例えば、１０００秒）中に１回だけ取得し、取得した周囲温度Ｔ_aを記憶部１１ｄに出力する。

記憶部１１ｄは、損失Ｑ_l（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aを一時的に記憶する。そして、記憶部１１ｄは、係数値取得部１１ｅが後に説明する係数Ｃ，Ｋの値をそれぞれ取得する際に損失Ｑ_l（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aを係数値取得部１１ｅに出力し、温度推定部１１ｇが回転型永久磁石同期電動機５の推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定する際に検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aを温度推定部１１ｇに出力する。

係数値取得部１１ｅは、回転型永久磁石同期電動機５の損失Ｑ_l（ｔ）によって生じる回転型永久磁石同期電動機５の発熱量、回転型永久磁石同期電動機５の温度変動量及び温度検出素子５ｆの設置位置との関係を表す係数Ｃ，Ｋの値を、損失Ｑ_l（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aを用いて取得する。このために、係数値取得部１１ｅは、損失Ｑ_l（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aを、熱モデルを表す式

ｔ：予め設定された期間中の時間
Δｔ：サンプリング周期
Ｔ_d（ｔ）：時間ｔにおける巻線に隣接した温度検出素子によって検出された検出温度
Ｔ_d（ｔ＋Δｔ）：時間ｔ＋Δｔにおける巻線に隣接した温度検出素子によって検出された検出温度
Ｑ_l（ｔ）：時間ｔにおける電動機の損失
Ｔ_a：予め設定された期間中の任意の時間における電動機の周囲温度
Ｃ，Ｋ：電動機の損失によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子の設置位置の関係を表す係数
に代入し、最小二乗法等を行うことによって係数Ｃ，Ｋの値をそれぞれ特定する。ここで、係数Ｃ，Ｋはそれぞれ、回転型永久磁石同期電動機５の形状及び材質並びに固定子５ｃの冷却条件に応じて決定される。係数Ｃ，Ｋの値を特定するに際し、損失Ｑ_l（ｔ）の他に検出温度Ｔ_d（ｔ）を用いているので、電流値の変動に起因する損失Ｑ_l（ｔ）の変動は、温度検出素子５ｆによって実際に検出される検出温度Ｔ_d（ｔ）によって補償される。

記憶部１１ｆは、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mを記憶する。そして、記憶部１１ｆは、温度推定部１１ｇが回転型永久磁石同期電動機５の推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定する際に係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mを温度推定部１１ｇに出力する。ここで、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mは、例えば、回転型永久磁石同期電動機５のマスタとなる個体（回転型永久磁石同期電動機）についての式（１）の係数Ｃ，Ｋの値をそれぞれ特定し、特定した係数Ｃ，Ｋを係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mとしてそれぞれ設定することによって、予め設定される。

温度推定部１１ｇは、回転型永久磁石同期電動機５の推定温度Ｔ_e（ｔ）を、係数Ｃ，Ｋの値、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m、係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_m、検出温度Ｔ_d（ｔ）及び周囲温度Ｔ_aに基づいて推定する。そして、温度推定部１１ｇは、推定温度Ｔ_e（ｔ）を上位制御装置１２に出力する。

ここで、推定温度Ｔ_e（ｔ）、損失Ｑ_l（ｔ）、周囲温度Ｔ_a、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mの間には、式（１）と同様に、熱モデルを表す式

ｔ：予め設定された期間中の時間
Δｔ：サンプリング周期
Ｔ_e（ｔ）：時間ｔにおける電動機の推定温度
Ｔ_e（ｔ＋Δｔ）：時間ｔ＋Δｔにおける電動機の推定温度
Ｑ_l（ｔ）：時間ｔにおける電動機の損失
Ｔ_a：予め設定された期間中の任意の時間における電動機の周囲温度
Ｃ_m：係数Ｃの予め設定された基準値
Ｋ_m：係数Ｋの予め設定された基準値
の関係が成立する。式（２）から式（１）を減算することによって損失Ｑ_l（ｔ）を消去し、推定温度Ｔ_e（ｔ＋Δｔ）を求めることによって、推定温度Ｔ_e（ｔ）の漸化式

ｔ：予め設定された期間中の時間
Δｔ：サンプリング周期
Ｔ_d（ｔ）：時間ｔにおける巻線に隣接した温度検出素子によって検出される検出温度
Ｔ_d（ｔ＋Δｔ）：時間ｔ＋Δｔにおける巻線に隣接した温度検出素子によって検出される検出温度
Ｔ_e（ｔ）：時間ｔにおける電動機の推定温度
Ｔ_e（ｔ＋Δｔ）：時間ｔ＋Δｔにおける電動機の推定温度
Ｔ_a：予め設定された期間中の任意の時間における電動機の周囲温度
Ｃ，Ｋ：電動機の損失によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子の設置位置の関係を表す係数
Ｃ_m：係数Ｃの予め設定された基準値
Ｋ_m：係数Ｋの予め設定された基準値
を作成することができる。本実施の形態では、温度推定部１１ｇは、漸化式（３）を用いることによって、検出温度Ｔ_d（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ＋Δｔ）、周囲温度Ｔ_a、係数Ｃ，Ｋ、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mに基づいた推定温度Ｔ_e（ｔ）の推定を行う。ここで、推定温度Ｔ_e（ｔ）の初期値を、周囲温度Ｔ_aに設定する。

本実施の形態によれば、温度推定部１１ｇは、検出温度Ｔ_d（ｔ）、検出温度Ｔ_d（ｔ＋Δｔ）、周囲温度Ｔ_a、電動機の損失によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子の設置位置の関係を表す係数Ｃ，Ｋ、係数Ｃの予め設定された基準値Ｃ_m及び係数Ｋの予め設定された基準値Ｋ_mに基づいた推定温度Ｔ_e（ｔ）の推定を行うので、回転型永久磁石同期電動機５ごとの温度検出素子５ｆの設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度Ｔ_d（ｔ）の変動が補償される。したがって、温度推定部１１ｇは、回転型永久磁石同期電動機５ごとの温度検出素子５ｆの設置位置の違いによる温度検出素子により検出される検出温度Ｔ_d（ｔ）の変動の影響を受けることなく推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定することができる。また、本実施の形態によれば、推定温度Ｔ_e（ｔ）は、温度検出素子５ｆの設置位置すなわち検出温度Ｔ_d（ｔ）に関係なく一定になるので、回転型永久磁石同期電動機５の過熱保護のためのアラームを適切なタイミングで出力することができる。

さらに、本実施の形態によれば、温度推定部１１ｇは、推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定する際に損失Ｑ_l（ｔ）を用いない。したがって、温度推定部１１ｇは、Ｕ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_V及びＷ相電流Ｉ_Wの変動の増大に起因して大きくなる損失Ｑ_l（ｔ）の変動の影響を受けることなく推定温度Ｔ_e（ｔ）を推定することができる。

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、交流電源として三相交流電源１を用いたが、三相以外の多相交流電源を電源として用いることもできる。また、固定子に永久磁石が設けられた回転型永久磁石同期電動機、固定子と可動子のうちのいずれか一方に永久磁石が設けられた直動型永久磁石同期電動機等を電動機として用いることができる。

また、回転角度検出器７を、ロータリーエンコーダ以外の部品（例えば、ホール素子又はレゾルバ）によって構成することができる。また、回転角度検出器７を省略し、回転型永久磁石同期電動機５に供給される交流電流及び交流電圧に基づいて回転角度θを演算することもできる。

また、上記実施の形態において、電流検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを用いた場合について説明したが、電流検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗのうちのいずれか二つを用いてもよい。また、上記実施の形態において、温度検出素子５ｆを巻線５ｅに隣接して設置する場合について説明したが、温度検出素子５ｆを回転型永久磁石同期電動機５の内部又は表面上の任意の位置に設置することができる。また、上記実施の形態において、冷却液充填部８ａを固定子５ｃの外側面に配置する場合について説明したが、冷却液充填部８ａを回転型永久磁石同期電動機５の内部又は表面上の任意の位置に配置することができる。

また、上記実施の形態において、冷却液を循環させる水冷式の冷却システム８を用いる場合について説明したが、ファンを有する空冷式の冷却システムを用いることもでき、冷却システムを省略することもできる。また、損失算出部は、損失Ｑ_l（ｔ）として、鉄損、銅損、機械損又はこれらの組み合わせを予め設定された期間中に少なくとも１回算出すればよい。また、上述した予め設定された期間及びサンプリング周期Δｔを、電動機の種類に応じて適切に設定することができる。

また、検出温度取得部１１ｃは、温度検出素子９によって検出される周囲温度Ｔ_a（ｔ）を、予め設定された期間（例えば、１０００秒）に亘って予め設定されたサンプリング周期Δｔごとに順次取得し、取得した周囲温度Ｔ_a（ｔ）を記憶部１１ｄに順次出力することもできる。また、温度検出素子９を省略し、回転型永久磁石同期電動機５の設置位置に応じて決定される周囲温度Ｔ_aを予め設定することもできる。

さらに、係数値取得部１１ｅは、式（１）以外の式（例えば、実測により求められる損失及び温度並びに温度検出素子の設置位置の関係に基づいて作られた近似式）を用いることによって、回転型永久磁石同期電動機５の損失Ｑ_l（ｔ）によって生じる回転型永久磁石同期電動機５の発熱量、回転型永久磁石同期電動機５の温度変動量及び温度検出素子５ｆの設置位置の関係を表す係数の値を取得することもできる。

１三相交流電源
２コンバータ
３平滑用コンデンサ
４インバータ
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ電流検出器
５回転型永久磁石同期電動機
５ａ回転軸
５ｂ回転子
５ｃ固定子
５ｄ永久磁石
５ｅ巻線
５ｆ，９温度検出素子
６被駆動体
７回転角度検出器
８冷却システム
８ａ冷却液充填部
８ｂ，８ｃ冷却液流路
８ｄポンプ
１０インバータ制御装置
１１温度推定装置
１１ａ損失算出部
１１ｂ，１１ｃ検出温度取得部
１１ｄ，１１ｆ記憶部
１１ｅ係数値取得部
１１ｇ温度推定部
１２上位制御装置
α 軸線
ａ反時計回り方向
Ｃ，Ｋ係数
Ｃ_m 係数Ｃの予め設定された基準値
Ｋ_m 係数Ｋの予め設定された基準値
Ｃｏｍモータの位置又は速度指令
Ｉ_U Ｕ相電流
Ｉ_V Ｖ相電流
Ｉ_W Ｗ相電流
Ｖ_PWM ＰＷＭ信号
Ｑ_l（ｔ）損失
Ｔ_a 周囲温度
Ｔ_d（ｔ），Ｔ_d（ｔ＋Δｔ）検出温度
Ｔ_e（ｔ）推定温度

電動機の製造時において温度検出素子を巻線に隣接して設置したとしても、全ての同一形状及び同一材質の電動機に対して温度検出素子を同一位置に設置することができないので、電動機ごとに温度検出素子の設置位置の違いが生じる。このような温度検出素子の設置位置の違いが生じることによって、電動機の発熱量が同一である場合でも温度検出素子によって検出される検出温度が変動する。このような検出温度の変動は、温度検出素子の設置位置の周辺部の温度勾配が増大するに従って大きくなる。例えば、冷却システムの冷却液充填部を電動機の外側側面に配置する場合、冷却効果を高めるために冷却液充填部が巻線に近接して配置される。このために、電動機の発熱量が同一である場合において温度検出素子によって検出される検出温度は、温度検出素子の設置位置と冷却液充填部との間の最短距離が短くなるに従って低くなる。このために、過熱保護のためのアラームを出力するタイミングは、温度検出素子の設置位置と冷却液充填部との間の最短距離が短くなるに従って遅くなる。したがって、電動機ごとの温度検出素子の設置位置の違いによる温度検出素子によって検出される検出温度の変動の影響により、推定される電動機の温度の違いが電動機ごとに生じ、電動機が過熱状態であるか否かの判断等を行うために電動機の温度を正確に推定できなくなるという不都合がある。

本発明による温度推定装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による温度推定装置を適用したシステムのブロック図である。図１に示すシステムは、工作機械、ロボット等において使用され、三相交流電源１と、コンバータ２と、平滑用コンデンサ３と、インバータ４と、電流検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと、電動機としての回転型永久磁石同期電動機５と、被駆動体６と、回転角度検出器７と、冷却システム８と、温度検出素子９と、インバータ制御装置１０と、温度推定装置１１と、上位制御装置１２と、を有する。図１において、明瞭のために、回転型永久磁石同期電動機５と、被駆動体６と、冷却システム８の一部とを、断面で示す。

回転型永久磁石同期電動機５は、平滑用コンデンサ３に蓄積されている電力で駆動され、回転軸５ａを有する回転子５ｂと、回転子５ｂを取り囲むように配置された固定子５ｃとを有する。回転子５ｂは、永久磁石５ｄを有する。固定子５ｃは、Ｕ相電流ＩU、Ｖ相電流ＩV及びＷ相電流ＩWが供給される巻線５ｅを有する。したがって、永久磁石同期電動機５は、三相同期電動機として機能する。本実施の形態では、回転軸５ａは、軸線αに対して反時計回り方向ａに回転する。また、本実施の形態では、温度検出素子５ｆを、発熱源となる巻線５ｅに隣接して設置する。温度検出素子５ｆは、サーミスタとサーモスタットのうちのいずれか一方によって構成され、巻線５ｅの温度に相当する検出温度Ｔd（ｔ）を検出する。

回転角度検出器７は、ロータリーエンコーダによって構成され、回転軸５ａの回転角度θを検出するために回転軸５ａに取り付けられる。冷却システム８は、冷却液充填部８ａと、冷却液流路８ｂ、８ｃと、ポンプ８ｄと、を有する。冷却液充填部８ａは、巻線５ｅに近接するように固定子５ｂの外側側面に配置され、回転型永久磁石同期電動機５を冷却するために冷却液（例えば、水）が充填される。冷却液流路８ｂは、冷却液を冷却液充填部８ａに流入し、冷却液流路８ｃには、冷却液充填部８ａからの冷却液が流入される。ポンプ８ｄは、冷却液流路８ｂ、冷却液充填部８ａ及び冷却液流路８ｃを通じて冷却液を循環させる。温度検出素子９は、サーミスタとサーモスタットのうちのいずれか一方によって構成され、回転型永久磁石同期電動機５の周囲温度Ｔaを検出するために回転型永久磁石同期電動機５の周囲に設置される。

Claims

電動機の損失を、予め設定された期間中に算出する損失算出部と、
電動機に配置された温度検出素子が検出した検出温度を、前記予め設定された期間に亘って予め設定されたサンプリング周期ごとに順次取得する検出温度取得部と、
損失によって生じる電動機の発熱量、電動機の温度変動量及び温度検出素子の設置位置との関係を表す係数の値を、前記損失算出部が算出した損失、前記検出温度取得部が取得した検出温度及び電動機の周囲温度を用いて取得する係数値取得部と、
電動機の温度を、前記係数の値、前記係数の予め設定された基準値、前記検出温度取得部が取得した検出温度及び電動機の周囲温度に基づいて推定する温度推定部と、
を備えることを特徴とする温度推定装置。
前記検出温度取得部は、冷却システムを有する電動機に設置された温度検出素子が検出した検出温度を取得する、請求項１に記載の温度推定装置。
前記検出温度取得部は、電動機に設けられた巻線に隣接して設置された温度検出素子が検出した検出温度を取得する、請求項１に記載の温度推定装置。