JP2021061695A - Abnormality detection device for motor and vehicle with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモーターの異常検出装置に関し、特に、車両の動力であるモーターの異常検出装置に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device for a motor, and more particularly to an abnormality detection device for a motor that is a power source for a vehicle.
モーターが故障する前に異常を発見するための異常検出装置としては、特許文献1及び2に記載された装置が知られている。特許文献1に記載された装置は、モーターにステップ状の角度指令を加え、角加速度が零になった時点の角速度と予め設定されている最高速の値と比較することによって自己診断を行っている。また、特許文献2に記載された装置は、モーターの負荷電流信号をスペクトル分析し、モーターの電源周波数とその高調波スペクトルの平均次数または分散次数に基づいて異常の判定を行っている。
As an abnormality detecting device for detecting an abnormality before the motor breaks down, the devices described in
しかしながら、特許文献1に記載された装置は、負荷条件を固定した状態で評価を行う必要があるため、負荷条件が変化する実使用時に診断を行うことはできなかった。また、特許文献2に記載された装置は、モーターの負荷電流信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に基づいてスペクトル分析を行っていることから、信号処理に必要なハードウェア及びソフトウェアの負担が大きいという問題があった。
However, since the apparatus described in
しかも、特許文献1及び2に記載された装置は、レーダーやポンプなどの固定された機器に使用するモーターを想定している。これに対し、車両のように移動する機器の動力であるモーターは、負荷条件の変動が大きく、且つ、車両の移動に伴う加速度の変化なども生じることから、特許文献1及び2に記載された装置では異常検出を行うことが困難である。
Moreover, the devices described in
したがって、本発明は、車両の動力であるモーターの異常を実使用時に検出可能な異常検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような異常検出装置を備えた車両を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an abnormality detecting device capable of detecting an abnormality of a motor, which is a power of a vehicle, in actual use. Another object of the present invention is to provide a vehicle provided with such an abnormality detection device.
本発明による異常検出装置は、車両の動力であるモーターの異常検出装置であって、車両の移動速度を検出する移動センサと、モーターに流れる電流を検出することにより、電流検出値を生成する電流センサと、電流検出値から、モーターの回転数に応じた低周波成分と、低周波成分の高調波である高周波成分を抽出する抽出回路と、車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを移動センサが示している場合に、低周波成分と高周波成分を解析することによってモーターの異常を判定する判定回路とを備えることを特徴とする。また、本発明による車両は、上記の異常検出装置を備えている。 The abnormality detection device according to the present invention is a motor abnormality detection device that is the power of the vehicle, and is a movement sensor that detects the movement speed of the vehicle and a current that generates a current detection value by detecting the current flowing through the motor. The sensor, the extraction circuit that extracts the low-frequency component corresponding to the rotation speed of the motor and the high-frequency component that is the harmonic of the low-frequency component from the current detection value, and the change in the moving speed of the vehicle are within the predetermined range. When the mobile sensor indicates that, it is characterized by including a determination circuit for determining an abnormality of the motor by analyzing a low frequency component and a high frequency component. Further, the vehicle according to the present invention is provided with the above-mentioned abnormality detection device.
本発明によれば、車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを条件としてモーターの異常判定を行っていることから、実使用時において負荷条件の変化が少ない期間においてリアルタイムに異常検出を行うことが可能となる。 According to the present invention, since the abnormality determination of the motor is performed on the condition that the change in the moving speed of the vehicle is within a predetermined range, the abnormality is detected in real time during a period in which the change in the load condition is small during actual use. Can be done.
本発明において、判定回路は、車両の移動速度が一定であることを移動センサが示している場合に判定を行うものであっても構わない。これによれば、車両の加減速に伴う負荷条件の変化が起きない期間に異常検出を行うことが可能となる。この場合、判定回路は、車両の移動方向が一定であることを移動センサが示している場合に判定を行うものであっても構わない。これによれば、車両の旋回に伴う負荷条件の変化が起きない期間に異常検出を行うことが可能となる。 In the present invention, the determination circuit may make a determination when the movement sensor indicates that the moving speed of the vehicle is constant. According to this, it is possible to perform abnormality detection during a period in which the load condition does not change due to acceleration / deceleration of the vehicle. In this case, the determination circuit may make a determination when the movement sensor indicates that the moving direction of the vehicle is constant. According to this, it is possible to perform abnormality detection during a period in which the load condition does not change due to the turning of the vehicle.
本発明において、判定回路は、低周波成分と高周波成分の差又は比率に基づいて判定を行うものであっても構わない。これによれば、簡単な演算処理によって異常検出を行うことが可能となる。 In the present invention, the determination circuit may perform determination based on the difference or ratio between the low frequency component and the high frequency component. According to this, it is possible to detect an abnormality by a simple arithmetic process.
本発明において、抽出回路はハイパスフィルタを含むアナログ回路であり、電流検出値をハイパスフィルタに入力することによって高周波成分を抽出するものであっても構わない。これによれば、デジタル処理の負荷を低減することが可能となる。 In the present invention, the extraction circuit is an analog circuit including a high-pass filter, and a high-frequency component may be extracted by inputting a current detection value to the high-pass filter. According to this, it is possible to reduce the load of digital processing.
本発明において、抽出回路はローパスフィルタ及び減算器を含むアナログ回路であり、電流検出値をローパスフィルタに入力することによって低周波成分を抽出するとともに、減算器を用いて電流検出値から低周波成分を減じることによって高周波成分を抽出するものであっても構わない。この場合も、デジタル処理の負荷を低減することが可能となる。 In the present invention, the extraction circuit is an analog circuit including a low-pass filter and a subtractor, and a low-frequency component is extracted by inputting a current detection value to the low-pass filter, and a low-frequency component is extracted from the current detection value using a subtractor. It may be the one that extracts the high frequency component by reducing. In this case as well, the load of digital processing can be reduced.
本発明において、電流センサは、モーターに流れる電流によって生じる磁界を検出することにより電流検出値を生成し、抽出回路はローパスフィルタ及び補償コイルを含むアナログ回路であり、電流検出値をローパスフィルタに入力することによって低周波成分を抽出するとともに、低周波成分に応じた電流を補償コイルに流し、これにより磁界に含まれる低周波成分に応じた磁界成分をキャンセルすることによって高周波成分を抽出するものであっても構わない。この場合も、デジタル処理の負荷を低減することが可能となる。 In the present invention, the current sensor generates a current detection value by detecting a magnetic field generated by the current flowing through the motor, and the extraction circuit is an analog circuit including a low-pass filter and a compensation coil, and the current detection value is input to the low-pass filter. By doing so, the low frequency component is extracted, and the current corresponding to the low frequency component is passed through the compensation coil, thereby canceling the magnetic field component corresponding to the low frequency component contained in the magnetic field to extract the high frequency component. It doesn't matter if there is. In this case as well, the load of digital processing can be reduced.
このように、本発明によれば、車両の動力であるモーターの異常を実使用時にリアルタイムに検出することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect an abnormality of the motor, which is the power of the vehicle, in real time during actual use.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態による異常検出装置1を備えた車両の構成を説明するためのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of a vehicle provided with the
図1に示す車両は、車両本体を移動させる車輪4と、車輪4を回転させるモーター5と、モーター5を駆動する三相交流電源6と、モーター5が故障する前に異常を発見するための異常検出装置1とを備えている。車両の種類については特に限定されないが、工場や倉庫内で使用する無人搬送車であっても構わない。無人搬送車は、オペレータが操作しないことから動力であるモーターの不具合が発見されにくいが、本実施形態によれば、実使用中にモーターの異常を検出することができる。これにより、モーターの故障を未然に防止することができるため、メンテナンス性が高められる。
The vehicle shown in FIG. 1 has a
異常検出装置1は、移動センサ10、電流センサ20、抽出回路30、判定回路40、制御部50及びI/O装置60を備えている。移動センサ10は、少なくとも車両の移動速度を検出することが可能なセンサであり、図1に示す例では、加速度センサ11とローパスフィルタ12によって構成されている。加速度センサ11は、車両に加わる加速度を検出することによって車両の移動速度及び旋回方向を検出するセンサである。ローパスフィルタ12は、加速度センサ11からの出力信号に含まれるノイズ成分を除去するために用いられている。移動センサ10の出力信号Acは、判定回路40に供給される。
The
但し、移動センサ10に加速度センサ11を用いることは必須でなく、ジャイロセンサ、レーダー、カメラ撮影による画像認識などの方法によって車両の移動速度などを検出しても構わない。但し、後述するように、本実施形態による異常検出装置1は、車両の移動速度が一定又は所定の範囲内であることを条件として異常判定を行う構成であることから、移動センサ10には加速度センサ11を用いることが最も好適である。
However, it is not essential to use the
電流センサ20は、三相交流電源6からモーター5に流れる電流を検出することにより、電流検出値Mを生成するものである。本実施形態において用いる電流センサ20は、モーター5に流れる電流によって生じる磁界を検出する磁気センサを含んでいるが、本発明がこれに限定されるものではない。磁気センサに用いる素子の種類についても特に限定されず、フラックスゲート素子、磁気インピーダンス素子、ホール素子、AMR素子、GMR素子、TMR素子などを用いることができる。電流センサ20の出力信号である電流検出値Mは、抽出回路30に供給される。
The
抽出回路30は、ローパスフィルタ31,35,36と、ハイパスフィルタ32と、バッファ33,34を含むアナログ回路である。ローパスフィルタ31は、電流検出値Mからモーター5の回転数に応じた低周波成分MLを抽出し、ハイパスフィルタ32は、低周波成分MLの高調波である高周波成分MHを抽出する。低周波成分MLは、三相交流電源6の電源周波数と一致する成分であり、バッファ33及びローパスフィルタ35を介して判定回路40に供給される。ローパスフィルタ31,35のそれぞれのカットオフ周波数f31,f35は図2(a)に示すとおりであり、ローパスフィルタ31の出力に含まれるノイズ成分MNを除去するために、もう一段のローパスフィルタ35を挿入している。但し、本発明においてこのようなローパスフィルタ35を設けることは必須でない。バッファ33は、前後のフィルタを分離するために挿入されている。
The
一方、高周波成分MHは、低周波成分MLの高調波であり、バッファ34及びローパスフィルタ36を介して判定回路40に供給される。ハイパスフィルタ32及びローパスフィルタ36のそれぞれのカットオフ周波数f32,f36は図2(b)に示すとおりであり、ハイパスフィルタ32の出力に含まれるノイズ成分MNを除去するために、カットオフ周波数の高いローパスフィルタ36を挿入している。但し、本発明においてこのようなローパスフィルタ36を設けることは必須でない。バッファ34は、前後のフィルタを分離するために挿入されている。
On the other hand, the high frequency component MH is a harmonic of the low frequency component ML and is supplied to the
判定回路40は、抽出回路30から供給される低周波成分ML及び高周波成分MHを受け、低周波成分MLと高周波成分MHをデジタル解析することによってモーター5の異常を判定する回路である。判定回路40による判定は、低周波成分MLと高周波成分MHの差(ML−MH)又は比率(MH/ML)に基づいて行うことができる。ここで、判定回路40は、低周波成分ML及び高周波成分MHの解析及び異常の判定を常時行うのではなく、車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを移動センサ10の出力信号Acが示していることを条件として実行する。これは、車両の移動速度が大きく変化している場合、つまり、車両が加速又は減速している場合には、モーター5の負荷条件が変化しているため、低周波成分ML及び高周波成分MHを解析しても、異常の判定を正しく行うことが困難だからである。これに対し、車両の移動速度の変化が所定の範囲内である場合は、モーター5の負荷条件がほとんど変化しないため、低周波成分ML及び高周波成分MHを解析することにより、異常の判定を正しく行うことが可能となる。
The
判定回路40は、車両の移動速度が一定であることを移動センサ10の出力信号Acが示していることを条件として、低周波成分ML及び高周波成分MHの解析及び異常の判定を行っても構わない。車両の移動速度が一定である場合には、モーター5の負荷条件がほぼ一定であるため、異常の判定を正しく行うことが可能となる。これに加え、判定回路40は、車両の移動方向が一定であることを移動センサ10の出力信号Acが示していることを条件として、低周波成分ML及び高周波成分MHの解析及び異常の判定を行っても構わない。車両の移動速度及び移動方向が一定である場合、つまり、車両が直線的に一定速度で移動している場合には、モーター5の負荷条件がほぼ完全に一定であるため、異常の判定をより正しく行うことが可能となる。
The
図3は、電流検出値Mの波形図の一例であり、符号Aはモーター5に異常が生じていない場合の波形を示し、符号Bはモーター5に異常が生じている場合の波形を示している。図3に示すように、車両の移動条件が同じであっても、モーター5に異常が生じていない場合(A)と異常が生じている場合(B)の電流検出値Mには差が生じる。
FIG. 3 is an example of a waveform diagram of the current detection value M, where reference numeral A indicates a waveform when an abnormality has not occurred in the
図4は、低周波成分MLと高周波成分MHの差(ML−MH)の一例を示す波形図であり、符号Aはモーター5に異常が生じていない場合の差分を示し、符号Bはモーター5に異常が生じている場合の差分を示している。図4に示すように、モーター5に異常が生じている場合(B)には、モーター5に異常が生じていない場合(A)と比べ、ML−MHの値のピークが大きくなることが分かる。したがって、判定回路40は、ML−MHの値のピークに基づいてモーター5の異常を判定することができる。
FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of the difference (ML-MH) between the low frequency component ML and the high frequency component MH. Shows the difference when an abnormality occurs in. As shown in FIG. 4, it can be seen that when the
そして、判定回路40がモーター5の異常を判定した場合、判定回路40はこれを制御部50に通知する。制御部50は、車両全体の動作を制御する装置であり、判定回路40によってモーター5の異常が検出された場合には、ランプ、ブザーなどを含むI/O装置60を介してオペレータに異常を報知する。これによりオペレータは、モーター5が実際に故障する前に、異常の発生を認識することが可能となる。
Then, when the
図5は、判定回路40の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart for explaining an example of the operation of the
判定回路40の動作においては、オペレータにより、まず加速度の上限値AcUL、加速度の下限値AcLL及び故障判定値FLの設定を行う(ステップS1)。各種値の設定が完了すると待機し(ステップS2)、現在の加速度Acを取得する(ステップS3)。これは、加速度センサ11を含む移動センサ10からの出力信号Acを取り込むことを意味する。そして、取得した加速度Acが上限値AcUL未満であり(ステップS4)、且つ、下限値AcLLを超えている(ステップS5)ことを条件として電流検出値Mの取得を開始する(ステップS6)。つまり、車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを条件として電流検出値Mの取得を開始する。ここで、上限値AcULと下限値AcLLの差を小さく設定すれば、より正確な判定動作を行うことができる。一方、取得した加速度Acが上限値AcUL以上であるか、下限値AcLL以下である場合には、ステップS2に戻って待機する。つまり、車両の移動速度の変化が所定の範囲を超えている場合には、電流検出値Mの取得を行わない。
In the operation of the
電流検出値Mの取得動作においては、まずカウント値Nを0にリセットし(ステップS7)、取得した高周波成分MHを積算することによって高周波積算値MHtを算出し(ステップS8)、取得した低周波成分MLを積算することによって低周波積算値MLtを算出する(ステップS9)。次にカウント値Nをインクリメントし(ステップS10)、ステップS8に戻る(ステップS11)。この動作をカウント値Nが所定値(例えば16)を超えるまで繰り返し行い、カウント値Nが所定値を超えると、MHt/MLtの値を算出する(ステップS12)。そして、MHt/MLtの値が故障判定値FLを超えている場合には、異常信号を出力し終了する(ステップS13)。一方、MHt/MLtの値が故障判定値FL以下である場合には、ステップS2に戻って待機する。 In the acquisition operation of the current detection value M, the count value N is first reset to 0 (step S7), the acquired high frequency component MH is integrated to calculate the high frequency integrated value MHt (step S8), and the acquired low frequency is acquired. The low frequency integrated value MLt is calculated by integrating the component ML (step S9). Next, the count value N is incremented (step S10), and the process returns to step S8 (step S11). This operation is repeated until the count value N exceeds a predetermined value (for example, 16), and when the count value N exceeds the predetermined value, the value of MHt / MLt is calculated (step S12). Then, when the value of MHt / MLt exceeds the failure determination value FL, an abnormal signal is output and the process ends (step S13). On the other hand, when the value of MHt / MLt is equal to or less than the failure determination value FL, the process returns to step S2 and waits.
このように、本実施形態による異常検出装置1は、車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを条件として電流検出値Mの取得を行い、高周波成分MH及び低周波成分MLを解析することによってモーター5の異常の有無を判定している。このため、モーター5の負荷変動の影響を受けることなく、実使用時においてリアルタイムに異常の有無を判定することが可能となる。しかも、抽出回路30は、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタを含むアナログ回路であることから、デジタル処理の負荷を最小限に抑えることが可能となる。
As described above, the
また、図5に示すフローチャートのように、高周波成分MH及び低周波成分MLを積算して高周波積算値MHt及び低周波積算値MLtを算出し、これらに基づいて異常の有無を判定すれば、誤判定を減らすことが可能となる。 Further, as shown in the flowchart shown in FIG. 5, if the high frequency component MH and the low frequency component ML are integrated to calculate the high frequency integrated value MHt and the low frequency integrated value MLt, and the presence or absence of an abnormality is determined based on these, an error is made. It is possible to reduce the number of judgments.
図6は、本発明の第2の実施形態による異常検出装置2を備えた車両の構成を説明するためのブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram for explaining the configuration of the vehicle provided with the
図6に示すように、本発明の第2の実施形態による異常検出装置2は、抽出回路30が抽出回路30Aに置き換えられている点において、第1の実施形態による異常検出装置1と相違している。その他の基本的な構成は、第1の実施形態による異常検出装置1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIG. 6, the
抽出回路30Aは、抽出回路30に含まれていたハイパスフィルタ32が省略され、その代わりにアンプ37及び減算器38を含んでいる。アンプ37は、ローパスフィルタ31から出力される低周波成分MLを受け、これを減算器38にフィードバックする。減算器38は、電流センサ20から出力される電流検出値Mから低周波成分MLを減じることによって高周波成分MHを抽出する。抽出された高周波成分MHは、バッファ34及びローパスフィルタ36を介して判定回路40に供給される。
The
本実施形態が例示するように、本発明において、ハイパスフィルタを用いて高周波成分MHを抽出することは必須でなく、低周波成分MLを打ち消すフィードバック回路を用いて高周波成分MHを抽出しても構わない。 As illustrated by the present embodiment, in the present invention, it is not essential to extract the high frequency component MH using a high-pass filter, and the high frequency component MH may be extracted using a feedback circuit that cancels the low frequency component ML. Absent.
図7は、本発明の第3の実施形態による異常検出装置3を備えた車両の構成を説明するためのブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram for explaining the configuration of a vehicle provided with the
図7に示すように、本発明の第3の実施形態による異常検出装置3は、抽出回路30Aが抽出回路30Bに置き換えられている点において、第2の実施形態による異常検出装置2と相違している。その他の基本的な構成は、第2の実施形態による異常検出装置2と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIG. 7, the
抽出回路30Bは、抽出回路30Aに含まれていた減算器38が省略され、その代わりに補償コイル39を含んでいる。補償コイル39には、アンプ37から出力される補償電流、つまり、低周波成分MLに応じた電流が流れる。これにより、モーター5に流れる電流によって生じる磁界のうち、低周波成分MLに応じた成分がキャンセルされることから、高周波成分MHが抽出される。抽出された高周波成分MHは、バッファ34及びローパスフィルタ36を介して判定回路40に供給される。
The
本実施形態が例示するように、本発明において、電流検出値Mに対するアナログ処理によって高周波成分MHを抽出することは必須でなく、補償コイル39を用いることによって低周波成分MLに応じた磁界成分をキャンセルすることによって高周波成分MHを抽出しても構わない。
As illustrated by the present embodiment, in the present invention, it is not essential to extract the high frequency component MH by analog processing with respect to the current detection value M, and by using the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. Needless to say, it is included in the range.
1〜3 異常検出装置
4 車輪
5 モーター
6 三相交流電源
10 移動センサ
11 加速度センサ
12 ローパスフィルタ
20 電流センサ
30,30A,30B 抽出回路
31,35,36 ローパスフィルタ
32 ハイパスフィルタ
33,34 バッファ
37 アンプ
38 減算器
39 補償コイル
40 判定回路
50 制御部
M 電流検出値
MH 高周波成分
ML 低周波成分
MN ノイズ成分
1-3
Claims (8)
前記車両の移動速度を検出する移動センサと、
前記モーターに流れる電流を検出することにより、電流検出値を生成する電流センサと、
前記電流検出値から、前記モーターの回転数に応じた低周波成分と、前記低周波成分の高調波である高周波成分を抽出する抽出回路と、
前記車両の移動速度の変化が所定の範囲内であることを前記移動センサが示している場合に、前記低周波成分と前記高周波成分を解析することによって前記モーターの異常を判定する判定回路と、を備えることを特徴とするモーターの異常検出装置。 It is an abnormality detection device for the motor that powers the vehicle.
A movement sensor that detects the moving speed of the vehicle and
A current sensor that generates a current detection value by detecting the current flowing through the motor, and
An extraction circuit that extracts a low-frequency component corresponding to the rotation speed of the motor and a high-frequency component that is a harmonic of the low-frequency component from the current detection value.
When the movement sensor indicates that the change in the moving speed of the vehicle is within a predetermined range, a determination circuit for determining an abnormality of the motor by analyzing the low frequency component and the high frequency component, and a determination circuit. An abnormality detection device for a motor, which comprises.
前記抽出回路はローパスフィルタ及び補償コイルを含むアナログ回路であり、前記電流検出値を前記ローパスフィルタに入力することによって前記低周波成分を抽出するとともに、前記低周波成分に応じた電流を前記補償コイルに流し、これにより前記磁界に含まれる前記低周波成分に応じた磁界成分をキャンセルすることによって前記高周波成分を抽出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のモーターの異常検出装置。 The current sensor generates a current detection value by detecting a magnetic field generated by a current flowing through the motor.
The extraction circuit is an analog circuit including a low-pass filter and a compensation coil, and the low-frequency component is extracted by inputting the current detection value to the low-pass filter, and the current corresponding to the low-frequency component is applied to the compensation coil. The motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the high-frequency component is extracted by canceling the magnetic field component corresponding to the low-frequency component contained in the magnetic field. Abnormality detection device.
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