JP2021044934A - モータ制御装置、モータ制御システム及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの動作に係る状況が変化しても、モータの動作の異常を安定して検出する。【解決手段】モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、モータの回転数を検出する回転数検出部と、パラメータ取得部により取得されたパラメータと、回転数検出部により検出された、モータの始動開始時から所定時間経過後におけるモータの回転数とに基づいて、モータの動作の異常を検出する異常検出部と、を備え、異常検出部は、パラメータ取得部により取得されたパラメータに応じて所定時間の長さを変える。【選択図】図２

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置、モータ制御システム及びモータ制御方法に関する。

モータの動作異常を検出するために、モータの回転数に基づいて異常の有無を判定することができる。なお、特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、過電流の誤検出を防止するために、過電流検出結果信号をマスクするマスク期間を設定するものが開示されている。

特開２０１５−５６９８６号公報

モータの動作異常を検出する方法として、モータの起動時から一定時間が経過した時点でのモータの回転数に基づいて、異常の発生の有無を判定することが考えられる。

しかし、例えば、油圧システムに使用されるオイルポンプを駆動するモータの負荷は、オイルの温度により変動する。すなわち、オイルの温度が低ければオイルの粘度が上昇し、モータの負荷はより重くなる。このため、モータの起動時から常に一定時間が経過した時点でのモータの回転数に基づいて異常の発生の有無を判定する場合には、異常を誤検出する可能性がある。

本発明は、モータの動作に係る状況が変化しても、モータの動作の異常を安定して検出することができるモータ制御装置、モータ制御システム及びモータ制御方法を提供することを目的とする。

１つの側面では、
モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータと、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御装置を提供する。

本発明によれば、モータの動作に係る状況が変化しても、モータの動作の異常を安定して検出することができる。

本実施例のモータ制御装置の構成を示す図である。 演算部の構成を示す図である。 異常検出部の動作を示すフローチャートである。 異常検出部の動作を示すフローチャートである。 経過時間がＴ１に設定された場合における異常検出部の動作を示す図である。 経過時間がＴ２に設定された場合における異常検出部の動作を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について説明する。

図１は、本実施例のモータ制御装置の構成を示す図である。図１に示す本実施例のモータ制御装置は、オイルポンプＰを駆動するモータＭを制御する装置である。オイルポンプＰ及びモータＭの形式は任意であり、モータＭの形式はオイルポンプＰの形式に応じて適切なものが選択できる。また、オイルポンプＰ及びモータＭを含む一体型のポンプをモータ制御装置により制御することもできる。

図１に示すように、本実施例のモータ制御装置は、モータＭを駆動する駆動回路１１と、オイルポンプＰにより管路２１内を送液されるオイルの温度（パラメータの一例）を検出する温度センサ１２（パラメータ取得部の一例）と、モータＭの回転数を検出する回転数検出部１３と、駆動回路１１、温度センサ１２、及び回転数検出部１３に接続された演算部５０と、を備える。

駆動回路１１として、モータＭの駆動方式に適合する回路を適宜使用することができる。また、温度センサ１２は、管路２１内のオイルに接触することで、直接的にオイルの温度を計測してもよいが、管路２１の温度を介して間接的にオイルの温度を計測してもよい。

回転数検出部１３の構成は任意であるが、例えば、回転数検出部１３の構成要素として、モータＭの駆動軸の回転角を検出するエンコーダを用いることができる。

図２は、演算部５０の構成を示す図である。

図２に示すように、演算部５０は、回転数制御部５１及び異常検出部５２を備える。

回転数制御部５１は、例えば、上位装置６０からの指令回転数を受けて、回転数検出部１３により検出されるモータＭの回転数が指令回転数に追従するように駆動回路１１をフィードバック制御する。

異常検出部５２は、温度センサ１２により取得されたオイルの温度と、回転数検出部１３により検出された、モータＭの始動開始時から所定時間経過後におけるモータＭの回転数とに基づいて、モータＭの動作の異常を検出する。

図３及び図４は、異常検出部５２の動作を示すフローチャートである。

図３のステップＳ１０２〜ステップＳ１１０は、異常を検出するタイミングを設定する処理を示している。

ステップＳ１０２では、異常検出部５２は、回転数制御部５１からの信号に基づき、回転数制御部５１による制御によりモータＭが始動されたか否か判断し、判断が肯定されれば処理をステップＳ１０４へ進め、判断が否定されればステップＳ１０２の処理を繰り返す。

ステップＳ１０４では、異常検出部５２は、温度センサ１２からオイルの温度を取得する。

ステップＳ１０６では、異常検出部５２は、ステップＳ１０４で取得されたオイルの温度に基づいて、異常を検出するためのタイミングを設定（マスク時間を算出）する。このタイミングは、モータＭの始動開始時からの経過時間として規定される。経過時間は、例えば、ステップＳ１０４で取得されたオイルの温度に基づいて、２値のうちのいずれかに設定される。例えば、オイルの温度の閾値を０℃として、オイルの温度が閾値以下であれば、経過時間をＴ１とし、オイルの温度が閾値を超えていれば、経過時間をＴ１よりも長いＴ２とする。

ステップＳ１０８では、異常検出部５２は、タイマにステップＳ１０６により設定された経過時間（Ｔ１またはＴ２）をセットし、ステップＳ１０においてタイマのカウントダウンを開始（計時を開始）し、処理を終了する。

図４のステップＳ２０２〜ステップＳ２０８は、モータＭの回転数に基づいてモータＭの動作の異常を検出する処理を示している。

図４のステップＳ２０２では、異常検出部５２は、回転数制御部５１からの信号に基づいて、回転数制御部５１によるモータＭの回転数の制御（所定の指令回転数に追従させるようなモータＭの制御）が行われているか否か判断し、判断が肯定されれば、処理をステップＳ２０４へ進め、判断が否定されれば、ステップＳ２０２の処理を繰り返す。

ステップＳ２０４では、異常検出部５２は、ステップＳ１０８（図３）においてカウントダウンが開始されたタイマの残り時間がゼロか否か判断し、判断が肯定されれば、処理をステップＳ２０６へ進め、判断が否定されれば、処理をステップＳ２０２へ進める。

ステップＳ２０６では、異常検出部５２は、回転数検出部１３により検出された現在のモータＭの回転数と、所定の閾値とを比較し、この回転数が所定の閾値よりも下回っているか否か判断する。判断が肯定されれば、異常検出部５２は処理をステップＳ２０８へ進め、判断が否定されれば、異常検出部５２は処理をステップＳ２０２へ進める。

なお、上記の所定の閾値は、指令回転数に応じて異なる値としてもよい。例えば、指令回転数がより大きな値の場合には、所定の閾値の値をより大きくすることができる。

ステップＳ２０８では、異常検出部５２は、上位装置６０に異常を通知し、処理をステップＳ２０２へ進める。なお、異常検出部５２から異常の通知を受けた上位装置６０は、例えば、モータＭの回転を停止させる指令を回転数制御部５１に与える（指令回転数をゼロとする）。

このように、本実施例では、異常検出部５２は、所定のタイミング、すなわち、モータＭの始動開始時からＴ１またはＴ２だけ経過した時点で、モータＭの回転数が所定の閾値を下回っている場合に、モータＭの動作の異常を検出している。

モータＭの動作の異常の原因は任意である。例えば、オイルポンプＰの故障や劣化のほか、モータＭ自体の不具合や動作環境に原因がある場合も含まれる。

図５は、経過時間がＴ１に設定（ステップＳ１０８）された場合における異常検出部５２の動作を示す図である。図６は、経過時間がＴ２に設定（ステップＳ１０８）された場合における異常検出部５２の動作を示す図である。

図５及び図６において、点線は指令回転数と時間との関係を、実線はモータＭの実際の回転数（実回転数）と時間との関係を、それぞれ示している。また、「Ｔ０」は、回転数制御部５１による制御によりモータＭが始動された時点を示す。

図５に示すように、経過時間がＴ１に設定された場合には、Ｔ０からＴ１だけ経過した時点において、実回転数と閾値とが比較される（ステップＳ２０６）。一方、図６に示すように、経過時間がＴ２に設定された場合には、Ｔ０からＴ２だけ経過した時点において、実回転数と閾値とが比較される（ステップＳ２０６）。実質的に、その時点よりも前の時点における異常検出部５２での異常の検出が禁止される。

オイルの温度が低い場合には、モータＭへの負荷が大きくなるため、モータＭの起動後の回転数の応答は遅くなり、実回転数は、例えば、図６の実線で示すような曲線となる。しかし、図６に示すように、この場合には、経過時間が長い時間であるＴ２に設定されているため、Ｔ０からＴ２だけ経過した時点において、実回転数が閾値を上回る。このため、本実施例では、オイルが低温であることを原因とするモータＭの動作の異常の誤検出を防止できる。また、オイルの温度が高い場合には、経過時間がより短い時間であるＴ１に設定されているため、モータＭの動作の異常を起動時点から短い経過時間（Ｔ１）が経過した時点で、迅速に検出できる。

これに対し、仮に、オイルの温度が低い場合も含め、常に経過時間が短い時間であるＴ１に設定される場合には、オイルの温度が低いと、Ｔ０からＴ１だけ経過した時点において、実回転数が閾値を下回り、モータＭの動作の異常が誤検出されてしまう（図６）。また、仮に、経過時間をＴ２に固定した場合には、オイルの温度が高い場合にも、モータＭの動作の異常の検出に一定の経過時間（Ｔ２）を要するため、モータＭの動作の異常を迅速に検出できなくなる。

以上のように、本実施例によれば、オイルの温度に応じて異常を検出するタイミングを変えているので、モータＭの動作の異常の誤検出を抑制できるとともに、モータＭの動作の異常を迅速に検出できる。

上記実施例では、経過時間をＴ１及びＴ２の２値から選択する例を示したが、経過時間を３値以上の中から設定することもできる。また、例えば、オイルの温度と経過時間との関係をテーブルまたは関係式により規定してもよい。

さらに、最短の経過時間を、回転数検出部１３によってモータＭの回転数がモータＭの起動後に最初に検出される時点に合わせて設定してもよい。すなわち、回転数検出部１３の構成要素として、モータＭの駆動軸の回転角を検出するエンコーダを用いる場合、モータＭの回転数を得るためには、エンコーダからのパルスのパルス幅やパルス間隔を認識する必要がある。このため、回転数検出部１３によりモータＭの回転数を得るためには、モータＭが起動した後に所定の時間、あるいは所定角度だけモータＭの駆動軸が回転する時間を要する。したがって、最初にモータＭの回転数が得られた時点でモータＭの動作の異常を検出するようにしてもよい。この場合、起動時点からの経過時間はモータＭの起動時の挙動により異なる結果となってもよい。

また、上記実施例では、モータＭの回転数が閾値を下回る場合に、モータＭの動作の異常を検出しているが、これと並行してモータＭの回転数が想定よりも高い場合にも異常を検出してもよい。例えば、何らかの原因によりモータＭが空回りしているような場合には、一時的にモータＭの回転数が指令回転数や正常時に想定される回転数を上回ることも考えられるため、このような場合に異常を検出してもよい。

また、上記実施例では、モータＭの回転数を指令回転数に追従するように制御する例を示しているが、モータの制御方法は任意である。例えば、モータＭのトルクを制御する場合に、上記実施例と同様、起動時から所定時間経過後のモータＭの回転数に基づき異常を検出してもよい。また、モータＭの回転数やトルクを目標値に追従するように制御せず、単に、起動時から所定の駆動状態（例えば、一定の電圧を印加する状態）でモータＭを駆動する場合に、起動時から所定時間経過後のモータＭの回転数に基づき異常を検出してもよい。

また、上記実施例では、モータの負荷に関するパラメータとしてオイルの温度を例示したが、パラメータは任意である。また、モータの用途も任意であり、ポンプの駆動に限定されない。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。

［付記１］
モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータと、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御装置。

付記１の構成によれば、異常検出部は、パラメータに応じて所定時間の長さを変えるので、パラメータに応じた適切な所定時間を設定することができる。このため、モータの動作の異常の誤検出を抑制できるとともに、モータの動作の異常を迅速に検出できる。

［付記２］
前記異常検出部は、前記モータの始動開始時から前記所定時間が経過するまでは、前記異常の検出を禁止する、付記１に記載のモータ制御装置。

付記２の構成によれば、異常検出部は、モータの始動開始時から所定時間が経過するまでは、異常の検出を禁止するので、所定時間経過後におけるモータの回転数に基づいて、モータの動作の異常が検出される。

［付記３］
前記異常検出部は、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から前記所定時間経過後における前記モータの回転数が、所定の閾値以下である場合に、前記異常を検出する、付記１または付記２に記載のモータ制御装置。

付記３の構成によれば、モータの始動開始時から所定時間経過後におけるモータの回転数が、所定の閾値以下である場合に、異常が検出されるので、回転数が想定よりも小さい場合の異常を効率的に検出することができる。

［付記４］
前記モータはオイルポンプを駆動し、
前記パラメータは前記オイルポンプにより流動されるオイルの温度に係るパラメータである、付記１または付記２に記載のモータ制御装置。

付記４の構成によれば、オイルの粘性は温度に応じて変化し、オイルポンプの負荷が変化するため、オイルの温度に係るパラメータを用いることにより、モータにかかる負荷に応じた適切な条件で、異常を検出することができる。

［付記５］
前記異常検出部は、前記オイルの温度が高いほど、前記所定時間を短縮する、付記４に記載のモータ制御装置。

付記５の構成によれば、オイルの温度が高いほどオイルの粘性が低下し、モータにかかる負荷も減少する。このため、モータにかかる負荷に応じた適切な条件で、異常を検出することができる。

［付記６］
モータと、前記モータの回転数を制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、
前記モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータと、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御システム。

付記６の構成によれば、異常検出部は、パラメータに応じて所定時間の長さを変えるので、パラメータに応じた適切な所定時間を設定することができる。このため、モータの動作の異常の誤検出を抑制できるとともに、モータの動作の異常を迅速に検出できる。

［付記７］
モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記モータの回転数を検出する回転数検出ステップと、
前記パラメータ取得ステップにより取得された前記パラメータと、前記回転数検出ステップにより検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出ステップと、
を備え、
前記異常検出ステップでは、前記パラメータ取得ステップにより取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御方法。

付記７の構成によれば、異常検出ステップでは、パラメータに応じて所定時間の長さを変えるので、パラメータに応じた適切な所定時間を設定することができる。このため、モータの動作の異常の誤検出を抑制できるとともに、モータの動作の異常を迅速に検出できる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部または複数を組み合わせることも可能である。

１２ 温度センサ
１３ 回転数検出部
５０ 演算部
５１ 回転数制御部
５２ 異常検出部

Claims (7)

1. モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータと、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出部と、
   を備え、
   前記異常検出部は、前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御装置。
2. 前記異常検出部は、前記モータの始動開始時から前記所定時間が経過するまでは、前記異常の検出を禁止する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記異常検出部は、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から前記所定時間経過後における前記モータの回転数が、所定の閾値以下である場合に、前記異常を検出する、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータはオイルポンプを駆動し、
   前記パラメータは前記オイルポンプにより流動されるオイルの温度に係るパラメータである、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記異常検出部は、前記オイルの温度が高いほど、前記所定時間を短縮する、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. モータと、前記モータの回転数を制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、
   前記モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータと、前記回転数検出部により検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出部と、
   を備え、
   前記異常検出部は、前記パラメータ取得部により取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御システム。
7. モータの負荷に関するパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出ステップと、
   前記パラメータ取得ステップにより取得された前記パラメータと、前記回転数検出ステップにより検出された、前記モータの始動開始時から所定時間経過後における前記モータの回転数とに基づいて、前記モータの動作の異常を検出する異常検出ステップと、
   を備え、
   前記異常検出ステップでは、前記パラメータ取得ステップにより取得された前記パラメータに応じて前記所定時間の長さを変える、モータ制御方法。

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