JP2023100499A - モータ制御装置、及びモータの寿命判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの寿命を判定可能なモータ制御装置、及びモータの寿命判定方法を提供する。【解決手段】判定部３０は、モータ制御部１０によりモータ２の電流を一定にしてモータ２を駆動している場合に、モータ２の障害パターンＳ１～Ｓ３を判定する。判定部３０は、さらに、モータ２の障害パターンに基づいて障害レベルＣを算出し、その障害レベルＣから累積障害カウント値ＴＣを算出する。累積障害カウント値ＴＣの演算式は、障害レベルを累積する増加項と、障害レベルが零である場合に累積障害カウント値を減算する減算項Ａとを含む。判定部３０は、さらに、累積障害カウント値ＴＣに基づいてモータ２の寿命を判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、モータ制御装置、及びモータの寿命判定方法に関する。

特開平７－７１２６１号公報（特許文献１）には、ターボチャージャに取り付けられたモータ（回転電機）の警告装置を開示する。この警告装置では、モータの無負荷時の発電出力が計測され、その計測値が基準値以下の場合は回転子の減磁と判断されて運転者に警告が発せられる。これにより、運転者は、モータの故障に気づいて対策を行なうことができる（特許文献１参照）。

特開平７－７１２６１号公報

特許文献１に記載の警告装置は、モータの故障を運転者に警告することができる点で有用であるが、モータの寿命を判定して警告するものではない。偶発的な故障ではなくモータの寿命を判定可能とすることは、利用者にとって有用である。

本開示は、かかる課題を達成するためになされたものであり、本開示の目的は、モータの寿命を判定可能なモータ制御装置、及びモータの寿命判定方法を提供することである。

本開示のモータ制御装置は、モータを駆動する制御部と、モータの寿命を判定する判定部とを備える。判定部は、制御部によりモータの電流を一定にしてモータを駆動している場合に、予め決められたモータの障害パターンを所定のタイミング毎に判定し、その障害パターンに基づいて、モータに生じている障害の度合いに応じて零以上の値を示す障害レベルを算出し、その障害レベルを用いて、障害レベルの累積値を示す累積障害カウント値を算出する。累積障害カウント値の演算式は、障害レベルを累積する増加項と、障害レベルが零である場合に累積障害カウント値を減算する減算項とを含む。そして、判定部は、さらに、累積障害カウント値がしきい値よりも高い場合に、モータの寿命が短いと判定し、累積障害カウント値がしきい値よりも低い場合に、モータの寿命が長いと判定する。

上記のモータ制御装置では、モータの障害パターンに基づいて障害レベルが算出され、その障害レベルから累積障害カウント値が算出される。そして、累積障害カウント値に基づいてモータの寿命が判定されるところ、累積障害カウント値の演算式は、障害レベルが零である場合に累積障害カウント値を減算する減算項を含むため、偶発的に発生した障害については、累積障害カウント値が減算される。したがって、このモータ制御装置によれば、偶発的な故障ではない、モータの寿命を判定することができる。

減算項は、障害レベルが零である時間が長いほど大きい値であってもよい。或いは、減算項は、障害レベルが零である連続回数が多いほど大きい値であってもよい。

障害レベルが零である時間が長いほど、或いは障害レベルが零である連続回数が多いほど、生じた障害は偶発的なものであり、モータの寿命ではない可能性が高い。したがって、モータの寿命をより精度よく判定することができる。

判定部は、第１から第３のパラメータの少なくとも１つに基づいて障害パターンを判定してもよい。第１のパラメータは、モータの角加速度の大きさである。第２のパラメータは、モータの角速度が目標を継続して下回っている時間を示す速度未達時間である。第３のパラメータは、モータの角速度が目標を下回る回数を示す速度未達回数である。判定部は、第１から第３のパラメータに基づいて、障害パターンである第１から第３の障害パターンをそれぞれ判定してもよい。そして、障害レベルは、第１から第３の障害パターンの各々に所定の重み付けした値を加算した値であってもよい。

上記のような構成とすることにより、第１から第３のパラメータの各々と障害レベルとの関係、ひいては各パラメータとモータの寿命との関係を調整することができる。したがって、モータの寿命をより精度よく判定することが可能となる。

上記のしきい値は、第１のしきい値と、第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とを含んでもよい。そして、判定部は、累積障害カウント値が第１のしきい値よりも高い場合に、モータの寿命が短いと判定し、累積障害カウント値が第２のしきい値よりも低い場合に、モータの寿命が長いと判定し、累積障害カウント値が第１のしきい値よりも低く、かつ、第２のしきい値よりも高い場合に、モータの寿命は短くもなく、かつ、長くもないと判定してもよい。

上記のような構成とすることにより、モータの寿命を適切に判定することができる。

また、本開示の寿命判定方法は、モータの寿命を判定する寿命判定方法であって、モータの電流が一定である場合に、予め決められたモータの障害パターンを所定のタイミング毎に判定する第１のステップと、その障害パターンに基づいて、モータに生じている障害の度合いに応じて零以上の値を示す障害レベルを算出する第２のステップと、その障害レベルから、障害レベルの累積値を示す累積障害カウント値を算出する第３のステップとを含む。第３のステップにおける累積障害カウント値の演算式は、障害レベルを累積する増加項と、非零である障害レベルの最小値よりも小さく、障害レベルが零である場合に累積障害カウント値を減算する減算項とを含む。寿命判定方法は、さらに、累積障害カウント値がしきい値よりも高い場合に、モータの寿命が短いと判定する第４のステップと、累積障害カウント値がしきい値よりも低い場合に、モータの寿命が長いと判定する第５のステップとを含む。

上記の寿命判定方法では、モータの障害パターンに基づいて障害レベルが算出され、その障害レベルから累積障害カウント値が算出される。そして、累積障害カウント値に基づいてモータの寿命が判定されるところ、累積障害カウント値の演算式は、障害レベルが零である場合に累積障害カウント値を減算する減算項を含むため、偶発的に発生した障害については、累積障害カウント値が減算される。したがって、この寿命判定方法によれば、偶発的な故障ではない、モータの寿命を判定することができる。

第１のステップは、第１から第３のパラメータの少なくとも１つに基づいて障害パターンを判定してもよい。第１のパラメータは、モータの角加速度の大きさである。第２のパラメータは、モータの角速度が目標を継続して下回っている時間を示す速度未達時間である。第３のパラメータは、モータの角速度が目標を下回る回数を示す速度未達回数である。そして、第１のステップは、第１から第３のパラメータに基づいて、モータの障害パターンである第１から第３の障害パターンをそれぞれ判定し、第２のステップは、第１から第３の障害パターンの各々に所定の重み付けした値を加算してもよい。

上記のような構成とすることにより、第１から第３のパラメータの各々と障害レベルとの関係、ひいては各パラメータとモータの寿命との関係を調整することができる。したがって、モータの寿命をより精度よく判定することが可能となる。

上記のしきい値は、第１のしきい値と、第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とを含んでもよい。第４のステップは、累積障害カウント値が第１のしきい値よりも高い場合に、モータの寿命が短いと判定し、第５のステップは、累積障害カウント値が第２のしきい値よりも低い場合に、モータの寿命が長いと判定してもよい。そして、寿命判定方法は、さらに、累積障害カウント値が第１のしきい値よりも低く、かつ、第２のしきい値よりも高い場合に、モータの寿命は短くもなく、かつ、長くもないと判定する第６のステップを含んでもよい。

上記のような構成とすることにより、モータの寿命を適切に判定することができる。

本開示のモータ制御装置、及びモータの寿命判定方法によれば、モータの寿命を精度よく判定することができる。

本開示の実施の形態に従うモータ制御装置の構成の一例を示す図である。 モータが正常である（障害が生じていない）場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 モータに障害が生じている場合の、モータの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 障害レベルの推移の一例を示す図である。 図９に示す障害レベルに基づいて算出される累積障害カウント値の推移を示す図である。 モータ制御装置において実行されるモータ寿命判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 モータが障害により停止した後、モータの電流を増加させたときの回転角、角速度、及び角加速度の推移を示す図である。 変形例１における障害パターンＳ２の判定処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本開示の実施の形態に従うモータ制御装置の構成の一例を示す図である。図１を参照して、モータ制御装置１は、モータ制御部１０と、回転角センサ１５と、演算部２０，２５と、判定部３０と、記憶部３５と、タイマ４０とを備える。

モータ制御部１０は、モータ２を駆動するための電流指令Ｉｍを生成し、その生成した電流指令Ｉｍに従ってモータ２を制御する。モータ２は、例えば交流モータであるが、直流モータであってもよい。

回転角センサ１５は、モータ２のロータの回転角θを検出する。回転角センサ１５には、公知の回転角センサを用いることができる。演算部２０は、回転角センサ１５によって検出された回転角θの微分値ｄθ／ｄｔを演算することにより、モータ２の角速度ωを算出する。演算部２５は、演算部２０により算出された角速度ωの微分値ｄω／ｄｔを演算することにより、モータ２の角加速度αを算出する。

判定部３０は、演算部２０，２５からそれぞれモータ２の角速度ω及び角加速度αの算出値を受ける。そして、判定部３０は、モータ２の角速度ω及び角加速度αに基づいて、モータ２に生じている障害パターンを判定し、その障害パターンの判定結果に基づいてモータ２の寿命を判定する。なお、図示のようにモータ２の回転角θを回転角センサ１５から判定部３０が受け、演算部２０，２５による演算を判定部３０において行なってもよい。モータ２の障害パターン及び寿命の各判定手法については、後ほど詳しく説明する。

記憶部３５は、各種データを記憶するストレージであって、本実施の形態では、後述の累積障害カウント値ＴＣを記憶する。記憶部３５は、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）等である。タイマ４０は、判定部３０において、後述の速度未達時間Ｔ、及び速度未達回数Ｎをカウントする一定期間を計時するのに用いられる。

なお、モータ制御部１０、判定部３０、及び演算部２０，２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））によって構成される。メモリは、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、モータ制御部１０、判定部３０、演算部２０，２５により実行される各種処理が記述されている。なお、ＥＣＵは、モータ制御部１０、判定部３０、及び演算部２０，２５毎に設けられてもよいし、モータ制御部１０、判定部３０、及び演算部２０，２５の各機能を含む１つのＥＣＵで構成してもよい。

＜モータ２の障害パターンの判定＞
モータ２の障害パターン及び寿命の判定は、モータ２の電流を一定にしてモータ２が駆動されている場合に実施される。モータ２の電流を一定にすることにより、モータ２の角速度ωが目標に未達である状況や、モータ２の角加速度αの大きさから、モータ２に生じている障害のレベルを判定することができる。

モータ２の角加速度αの大きさからは、以下のようにしてモータ２の障害を検出することができる。モータ２については、以下の運動方程式が成り立つ。

Ｊ×α＝Ｔｍ－ＴＬ …（１）
上式において、Ｊは回転体の慣性モーメント、Ｔｍはモータ２が発生するトルク、ＴＬはモータ２を含む回転体に生じる負荷トルクである。Ｔｍ＝ｋ×Ｉｍ（ｋは定数）として式（１）を変形すると、次式が得られる。

ＴＬ＝ｋ×Ｉｍ－Ｊ×α …（２）
モータ２の電流がＩｍで一定である場合、モータ２が正常であればモータ２は一定の角速度で回転するから、角加速度αは０であり、ＴＬ＝ｋ×Ｉｍ（一定値）となる。

他方、モータ２に何らかの障害が生じているために、モータ２の電流がＩｍで一定であるにも拘わらず負荷トルクＴＬが変動すると、式（２）の右辺第１項は一定値であるから、負荷トルクＴＬの変動分が式（２）の右辺第２項すなわち角加速度αに現れる。したがって、モータ２の電流が一定の状況下で、モータ２の角加速度αから負荷トルクＴＬの変動を検出することができ、角加速度αに基づいて、モータ２の障害の一つ（モータ２の電流が一定であるにも拘わらず負荷トルクＴＬが変動）を検出することができる。

図２から図８の各々は、モータ２の回転角θ、角速度ω、及び角加速度αの推移の一例を示す図である。図２は、モータ２が正常である（障害が生じていない）場合の推移を示す。図３から図８は、モータ２に何らかの障害が生じている場合の推移を示す。なお、各図では、モータ２の電流Ｉｍが一定である場合の回転角θ、角速度ω、及び角加速度αの推移が示されている。

図２を参照して、モータ２が正常である場合、電流Ｉｍが一定となる時刻ｔ１以降は、角速度ωは目標（電流Ｉｍの大きさに応じた値）に沿って一定であり、角加速度αは０である。

図３を参照して、この例では、時刻ｔ１１以降、電流Ｉｍは一定であるけれども、時刻ｔ１２において、何らかの大きな負荷異常が生じてモータ２が急停止し、時刻ｔ１２以降もモータ２の停止状態が継続した場合が示されている。この場合、角速度ωについては、時刻ｔ１２以降、角速度ωが０である状態が継続し、角加速度αについては、時刻ｔ１２において、大きな値が生じている。

図４を参照して、この例では、時刻ｔ２２において、何らかの大きな負荷異常が生じてモータ２が一旦急停止したけれども、その後まもなくモータ２が再び動き出し、時刻ｔ２３において、正常な状態に復帰した場合が示されている。この場合、角速度ωについては、時刻ｔ２２～ｔ２３の間は、角速度ωが低下しているけれども、時刻ｔ２３以降は、正常値に復帰しており、角加速度αについては、時刻ｔ２２において、大きな値が生じている。

図５を参照して、この例では、時刻ｔ３１以降、電流Ｉｍは一定であるけれども、時刻ｔ３２において何らかの負荷異常が生じたことにより、時刻ｔ３３においてモータ２が緩停止し、時刻ｔ３３以降もモータ２の停止状態が継続した場合が示されている。この場合、角速度ωについては、時刻ｔ３３以降、角速度ωが０である状態が継続している。角加速度αについては、モータ２は緩やかに停止したため、角加速度αの振れは小さい。

図６を参照して、この例では、時刻ｔ４２において、何らかの負荷異常が生じたことにより、その後モータ２が一旦緩停止したけれども、その後まもなくモータ２が再び動き出し、時刻ｔ４３において、正常な状態に復帰した場合が示されている。この場合、角速度ωについては、時刻ｔ４２～ｔ４３の間は、角速度ωが低下しているけれども、時刻ｔ４３以降は、正常値に復帰している。角加速度αについては、モータ２は緩やかに停止したため、角加速度αの振れは小さい。

図７を参照して、この例では、時刻ｔ５１以降、電流Ｉｍは他の例と同じ大きさで一定であるけれども、モータ２に何らかの負荷異常が生じていることにより、角速度ωは、点線で示される目標（電流Ｉｍの大きさに応じた値）を下回る状態が継続している。但し、角速度ωの変動は小さいため、角加速度αはほぼ０である。

図８を参照して、この例では、時刻ｔ６２において、何らかの大きな負荷異常が生じてモータ２が一旦急停止したけれども、その後まもなくモータ２が動き出し、時刻ｔ６３において、正常な状態に復帰している。その後、時刻ｔ６４において、何らかの大きな負荷異常が再度生じてモータ２が一旦急停止したけれども、その後まもなくモータ２が再び動き出し、時刻ｔ６５において、正常な状態に復帰している。この例では、このようなモータ２の急停止及びその後まもなくの復帰が繰り返されている。この場合、角速度ωについては、モータ２が停止する毎に角速度ωが低下している。角加速度αについては、モータ２が急停止する毎に大きな値が生じている。

このように、モータ２に障害が生じると、角速度ω及び角加速度αが様々な形で変化する。言い換えると、モータ２の角速度ω及び角加速度αによって、モータ２に生じた障害の様々な状況を検知し得る。そこで、本実施の形態では、角速度ω及び角加速度αに基づく３つのパラメータによって、モータ２に生じている障害のレベルを判定する。

第１のパラメータは、モータ２の角加速度αの大きさである。電流Ｉｍが一定である場合に、モータ２に生じた角加速度αの大きさが大きいほど、モータ２に生じた障害の程度は大きいと考えられる（例えば、回転体の接触面に生じた傷が深く大きい等）。したがって、角加速度αの大きさが大きいほど、モータ２の障害パターン（以下「障害パターンＳ１」とする。）は大きいものとする。例えば、図３に示される状況と、図５に示される状況とでは、角加速度αの大きさが大きい図３の状況の方が図５の状況よりも障害パターンＳ１は大きいと判定される。図４に示される状況と、図６に示される状況とについても、大きな角加速度αが生じた図４の状況の方が図６の状況よりも障害パターンＳ１は大きいと判定される。

第２のパラメータは、モータ２の角速度ωが目標（電流Ｉｍの大きさに応じた値）を継続して下回っている時間を示す速度未達時間である。速度未達時間が長いほど、モータ２に生じた障害の程度は大きいと考えられる（例えば、障害により停止したモータ２の停止状態が継続する等）。したがって、速度未達時間が長いほど、モータ２の障害パターン（以下「障害パターンＳ２」とする。）は大きいものとする。例えば、図３や図５に示される状況と、図４に示される状況とでは、速度未達時間が長い図３及び図５の状況の方が図４の状況よりも障害パターンＳ２は大きいと判定される。また、図４に示される状況と、図７に示される状況とでは、速度未達時間が長い図７の状況の方が図４の状況よりも障害パターンＳ２は大きいと判定される。

第３のパラメータは、モータ２の角速度ωが目標を下回る回数を示す速度未達回数である。速度未達回数が多いほど、モータ２に生じた障害の程度は大きいと考えられる（例えば、モータ２の停止及び再作動を繰り返す等）。したがって、速度未達回数が多いほど、モータ２の障害パターン（以下「障害パターンＳ３」とする。）は大きいものとする。例えば、図４に示される状況と、図８に示される状況とでは、速度未達回数が多い図８の状況の方が図４の状況よりも障害パターンＳ３は大きいと判定される。

なお、障害パターンＳ１～Ｓ３の各々は、例えば５段階で判定される。すなわち、障害パターンＳ１については、生じた角加速度αの大きさに応じて５段階に判定される。障害パターンＳ２，Ｓ３についても、それぞれ速度未達時間の長さ及び速度未達回数の多さに応じて５段階に判定される。なお、５段階での判定は一例であって、５段階より少なくてもよいし、多くてもよい。

＜モータ２の寿命の判定＞
本実施の形態では、上記のように判定される障害パターンＳ１～Ｓ３に基づいて、モータ２の寿命を判定する。モータ２の寿命の判定は、具体的に以下のようにして行なわれる。

本実施の形態では、まず、障害パターンＳ１～Ｓ３に基づいて、モータ２に生じている障害の度合いを示す障害レベルＣを算出する。この障害レベルＣは、障害パターンＳ１～Ｓ３を考慮した総合的な障害の程度を示すものである。障害レベルＣは、障害パターンＳ１～Ｓ３の関数として次式にて表される。

障害レベルＣ＝ｆ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３） …（３）
関数ｆには、種々の式を採用可能であるが、本実施の形態では、障害パターンＳ１～Ｓ３の各々に重み付けをした値を加算する次式が用いられる。

障害レベルＣ＝Ｓ１×ｗ１＋Ｓ２×ｗ２＋Ｓ３×ｗ３ …（４）
ｗｉ（ｉ＝１～３）は、障害パターンＳｉに対する重みを示す。重みｗｉは、適宜設定可能であるが、例えば、ｗ２＞ｗ３＞ｗ１である。すなわち、速度未達時間に基づく障害パターンＳ２の重みｗ２が最も大きく、次に、速度未達回数に基づく障害パターンＳ３の重みｗ３が大きい。但し、重みｗｉの大きさ順は、上記の順に限定されるものではない。

この障害レベルＣは、ある時点におけるモータ２の障害の程度を示すものであり、本実施の形態では、障害レベルＣを累積した累積障害カウント値ＴＣが算出される。累積障害カウント値ＴＣは、障害レベルＣに基づいて、次式にて算出される。

ＴＣ（今回値）＝ＴＣ（前回値）＋Ｃ （Ｃ＞０のとき） …（５－１）
ＴＣ（今回値）＝ＴＣ（前回値）－Ａ （Ｃ＝０のとき） …（５－２）
なお、Ａは正の定数であり、障害レベルＣが０である場合（モータ２に障害は生じておらず、障害パターンＳ１～Ｓ３のいずれも０）に累積障害カウント値ＴＣを減算する減算項である。Ａの大きさは、０でない障害レベルＣの最小値よりも小さい値に設定される。障害レベルＣ及び累積障害カウント値ＴＣの演算は、所定の演算周期毎に行なわれ、ＴＣ（前回値）は、前回の演算タイミングにおいて算出された累積障害カウント値ＴＣの値を示す。

本実施の形態では、この累積障害カウント値ＴＣに基づいてモータ２の寿命が判定される。具体的には、モータ２に生じている障害の度合いを示す障害レベルＣの累積値が大きいほど、モータ２の寿命が短いと判定される。

ここで、式（５－２）に示されるように、本実施の形態では、累積障害カウント値ＴＣの演算式は、障害レベルＣが０である場合に累積障害カウント値ＴＣを減算する減算項Ａを含む。これにより、偶発的（単発的）に生じた障害については、累積障害カウント値ＴＣは、障害の発生時に一時的に上昇するけれども、その後、累積障害カウント値ＴＣの演算が行なわれる度に減算項Ａによって減算される。したがって、本実施の形態によれば、モータ２の寿命を判定するに際し、偶発的に発生した障害は未考慮とすることができ、偶発的な故障ではない真の寿命を判定することができる。

図９は、障害レベルＣの推移の一例を示す図である。図９を参照して、障害レベルＣは、ある時点において生じているモータ２の障害の程度を示すものであり、この例では、時刻ｔ１～ｔ７の各々においてモータ２に障害が生じていることが示されている。なお、時刻ｔ１～ｔ５と、時刻ｔ６，ｔ７とでは、障害レベルＣの大きさが異なることから、生じている障害のレベル又は種類が異なるものであることが理解される。

図１０は、図９に示した障害レベルＣに基づいて算出される累積障害カウント値ＴＣの推移を示す図である。図１０を参照して、時刻ｔ１において、障害レベルＣ＞０となったことに応じて累積障害カウント値ＴＣが上昇したけれども、その後、障害レベルＣ＝０が継続したことにより、累積障害カウント値ＴＣは、しきい値Ｌ１を超えることなく徐々に減少して０となっている。

しきい値Ｌ１，Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）は、モータ２の寿命を示すしきい値であり、累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ１よりも低いときは、モータ２の寿命はまだ長いと判定され、累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ２を超えると、モータ２の寿命は短いと判定される。累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ１よりも高く、かつ、しきい値Ｌ２よりも低いときは、モータ２の寿命は短くもなく、かつ、長くもないと判定される。なお、この例では、２つのしきい値Ｌ１，Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）を設けるものとしたが、Ｌ１＝Ｌ２としてもよい。

時刻ｔ２，ｔ３においても、累積障害カウント値ＴＣは、しきい値Ｌ１を超えることなくその後減少して０となっている。他方、時刻ｔ４以降は、障害レベルＣ＞０が継続しており、累積障害カウント値ＴＣは、障害レベルＣが累積されることによって上昇している。そして、累積障害カウント値ＴＣは、しきい値Ｌ２を超えており、モータ２の寿命は短いと判定される。

図１１は、モータ制御装置１において実行されるモータ寿命判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１１を参照して、まず、モータ制御装置１の判定部３０は、モータ２の寿命判定を実施するか否かを判定する（ステップＳ１０）。この実施の形態では、モータ２の寿命判定は、モータ２の電流を一定にした状態で実施されるため、例えば、モータ２による回転制御のオフライン運転中等に実施される。

そして、モータ２の寿命判定を実施するものと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、モータ２の寿命判定を実施する旨の指令が判定部３０からモータ制御部１０へ出力される。当該指令を受けたモータ制御部１０は、寿命判定を実施するために、モータ２の電流を所定の一定値に制御する（ステップＳ１５）。一定値の大きさは、適宜設定することができる。なお、本実施の形態では、モータ２は交流モータであり、モータ電流の実効値が一定に制御される。

次いで、判定部３０は、演算部２０，２５からそれぞれモータ２の角速度ω及び角加速度αを取得する（ステップＳ２０）。モータ２の角速度ωは、回転角センサ１５によって検出された回転角θから演算部２０により算出される。また、モータ２の角加速度αは、演算部２０により算出された角速度ωから演算部２５により算出される。

そして、判定部３０は、取得された角速度ωに基づいて、角速度ωが目標を継続して下回っている時間を示す速度未達時間Ｔを算出する（ステップＳ３０）。角速度ωの目標は、一定に制御されるモータ２の電流Ｉｍの大きさに応じた角速度である。さらに、判定部３０は、角速度ωに基づいて、所定の一定期間において角速度ωが目標を下回る回数を示す速度未達回数Ｎを算出する（ステップＳ３５）。一定期間の長さは、適宜設定することができる。なお、速度未達時間Ｔ及び一定期間は、タイマ４０を用いて計時される。

続いて、判定部３０は、ステップＳ２０において取得された角加速度αに基づいて、角加速度αの大きさに応じた障害パターンＳ１を判定する（ステップＳ４０）。なお、角加速度αが略０であるときは、障害パターンＳ１は０と判定される。

また、判定部３０は、ステップＳ３０において算出された速度未達時間Ｔに基づいて、速度未達時間Ｔの長さに応じた障害パターンＳ２を判定する（ステップＳ４５）。なお、速度未達時間Ｔが略０であるときは、障害パターンＳ２は０と判定される。

さらに、判定部３０は、ステップＳ３５において算出された速度未達回数Ｎに基づいて、速度未達回数Ｎの多さに応じた障害パターンＳ３を判定する（ステップＳ４５）。なお、速度未達回数Ｎが略０であるときは、障害パターンＳ３は０と判定される。

そして、判定部３０は、ステップＳ４０～Ｓ５０において判定された障害パターンＳ１～Ｓ３に基づいて、障害レベルＣを算出する（ステップＳ５５）。本実施の形態では、障害レベルＣは、上記の式（４）により算出される。

次いで、判定部３０は、算出された障害レベルＣに基づいて、上記の式（５－１），（５－２）により累積障害カウント値ＴＣを算出する（ステップＳ６０）。算出された累積障害カウント値ＴＣは、記憶部３５に一時的に記憶される。記憶部３５に記憶された累積障害カウント値ＴＣは、次回の演算時に前回値として用いられる。そして、判定部３０は、算出された累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６５）。

累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ１よりも小さいと判定されると（ステップＳ６５においてＹＥＳ）、判定部３０は、モータ２の寿命はまだ長いと判定する（ステップＳ７０）。他方、ステップＳ６５において累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ１以上であると判定されると（ステップＳ６５においてＮＯ）、判定部３０は、ステップＳ７５へと処理を移行する。

次いで、判定部３０は、算出された累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７５）。累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ２よりも大きいと判定されると（ステップＳ７５においてＹＥＳ）、判定部３０は、モータ２の寿命は短いと判定する（ステップＳ８０）。他方、累積障害カウント値ＴＣがしきい値Ｌ２以下であると判定されると（ステップＳ７５においてＮＯ）、判定部３０は、ステップＳ８０を実行することなくステップＳ１０へ処理を戻す。なお、ステップＳ８０の実行後もステップＳ１０へ処理が戻される。

以上のように、本実施の形態では、モータ２の障害パターンＳ１～Ｓ３に基づいて障害レベルＣが算出され、その障害レベルＣから累積障害カウント値ＴＣが算出される。そして、累積障害カウント値ＴＣに基づいてモータ２の寿命が判定されるところ、累積障害カウント値ＴＣの演算式は、障害レベルＣが零である場合に累積障害カウント値ＴＣを減算する減算項Ａを含むため、偶発的に発生した障害については、累積障害カウント値ＴＣが減算される。したがって、この実施の形態によれば、偶発的な故障ではない、モータ２の寿命を判定することができる。

［変形例１］
上記の実施の形態では、モータ２の速度未達時間Ｔについて、速度未達時間Ｔの長さに基づいて障害パターンＳ２を判定するものとしたが、モータ２の回転が障害により停止している場合に（角速度ω＝０）、モータ２の電流Ｉｍを増加してモータ２が回転するか否かによって障害パターンＳ２を判定してもよい。

図１２は、モータ２が障害により停止した後、モータ２の電流Ｉｍを増加させたときの回転角θ、角速度ω、及び角加速度αの推移を示す図である。図１２を参照して、この例では、時刻ｔ７２において、モータ２が障害により停止している。その後、モータ２が停止している状態で、時刻ｔ７３において、モータの電流Ｉｍが引き上げられている。この電流Ｉｍの増加によりモータ２が回転するか否かによって障害パターンＳ２が判定される。

この例では、時刻ｔ７３において電流Ｉｍを増加させたことによりモータ２は回転を開始している。したがって、電流Ｉｍを増加させてもモータ２の停止状態が継続する場合よりも（図示せず）、障害パターンＳ２は低く判定されるものとする。

図１３は、この変形例１における障害パターンＳ２の判定処理の一例を示すフローチャートである。図１３を参照して、判定部３０は、モータ２の角速度ωが０であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。角速度ωが０でないときは（ステップＳ１１０においてＮＯ）、障害パターンＳ２は「０」と判定される（ステップＳ１１５）。

ステップＳ１１０において角速度ωが０であると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、判定部３０は、モータ制御部１０へ電流増加指令を出力し、モータ制御部１０は、モータ２の電流を所定量増加させる（ステップＳ１２０）。

そして、判定部３０は、モータ２の角速度ωが０であるか否かを判定する（ステップＳ１２５）。角速度ωが０でないとき（ステップＳ１２５においてＮＯ）、すなわちモータ２の電流を増加させたことによりモータ２の回転が開始したときは、障害パターンＳ２は「１」と判定される（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１２５において角速度ωがまだ０であると判定されると（ステップＳ１２５においてＹＥＳ）、判定部３０は、モータ２の電流をさらに所定量増加させる（ステップＳ１３５）。

そして、判定部３０は、モータ２の角速度ωが０であるか否かを再度判定する（ステップＳ１４０）。角速度ωが０でないとき（ステップＳ１４０においてＮＯ）、すなわちモータ２の電流を再度増加させたことによりモータ２の回転が開始したときは、障害パターンＳ２は「２」と判定される（ステップＳ１４５）。他方、ステップＳ１４０において角速度ωがまだ０であると判定されると（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、障害パターンＳ２は「３」と判定される（ステップＳ１６０）。

なお、上記の一連の処理は、モータ２の速度未達時間Ｔが所定時間を超える場合に行なうものとしてもよい。

このように、変形例１では、モータ２の回転が障害により停止している場合に（角速度ω＝０）、モータ２の電流を段階的に増加してモータ２が回転するか否かにより障害パターンＳ２が判定される。単に速度未達時間Ｔ（モータ２の停止時間）の長さだけではなく、電流に応じてモータ２が回転するか否かを考慮するので、障害パターンＳ２を詳細に判定することができる。その結果、モータ２の寿命もより詳細に判定することが可能となる。

［変形例２］
上記の実施の形態では、モータ２の角速度ω及び角加速度αに基づいて、モータ２の障害パターン及び寿命を判定するものとした。すなわち、角加速度α（第１のパラメータ）、及び角速度ωに基づき算出される速度未達時間Ｔ（第２のパラメータ）及び速度未達回数Ｎ（第３のパラメータ）に基づいてそれぞれ障害パターンＳ１～Ｓ３を判定し、障害パターンＳ１～Ｓ３を用いてモータ２の寿命を判定するものとした。

この変形例として、角加速度α（第１のパラメータ）、速度未達時間Ｔ（第２のパラメータ）、及び速度未達回数Ｎ（第３のパラメータ）のいずれか１つ又は２つに基づいて、モータ２の障害パターン及び寿命を判定してもよい。例えば、角加速度αに基づき判定される障害パターンＳ１のみを用いてモータ２の寿命を判定してもよいし、角加速度αに基づき判定される障害パターンＳ１と、速度未達時間Ｔに基づき判定される障害パターンＳ２とを用いて、モータ２の寿命を判定してもよい。或いは、角加速度αに基づき判定される障害パターンＳ１と、速度未達回数Ｎに基づき判定される障害パターンＳ３とを用いて、モータ２の寿命を判定してもよいし、速度未達時間Ｔに基づき判定される障害パターンＳ２と、速度未達回数Ｎに基づき判定される障害パターンＳ３とを用いて、モータ２の寿命を判定してもよい。

［変形例３］
上記の実施の形態では、式（５－２）に示される累積障害カウント値ＴＣの減算項Ａは、定数であるものとしたが、障害レベルＣが０である時間が長いほど、或いは障害レベルＣが０である連続回数が大きいほど、減算項Ａの値を大きくしてもよい。障害レベルＣが０である時間が長いほど、或いは障害レベルＣが０である連続回数が大きいほど、前回生じた障害は偶発的なものであり、モータの寿命ではない可能性が高い。したがって、上記のように減算項Ａを可変とすることにより、モータ２の寿命をより精度よく判定することができる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示により示される技術的範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ モータ制御装置、２ モータ、１０ モータ制御部、１５ 回転角センサ、２０，２５ 演算部、３０ 判定部、３５ 記憶部、４０ タイマ。

Claims (8)

1. モータを駆動する制御部と、
   前記モータの寿命を判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、
   前記制御部により前記モータの電流を一定にして前記モータを駆動している場合に、予め決められた前記モータの障害パターンを所定のタイミング毎に判定し、
   前記障害パターンに基づいて、前記モータに生じている障害の度合いに応じて零以上の値を示す障害レベルを算出し、
   前記障害レベルを用いて、前記障害レベルの累積値を示す累積障害カウント値を算出し、
   前記累積障害カウント値の演算式は、前記障害レベルを累積する増加項と、前記障害レベルが零である場合に前記累積障害カウント値を減算する減算項とを含み、
   前記判定部は、さらに、
   前記累積障害カウント値がしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命が短いと判定し、
   前記累積障害カウント値が前記しきい値よりも低い場合に、前記モータの寿命が長いと判定する、モータ制御装置。
2. 前記減算項は、前記障害レベルが零である時間が長いほど大きい値である、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記減算項は、前記障害レベルが零である連続回数が多いほど大きい値である、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記判定部は、第１から第３のパラメータの少なくとも１つに基づいて前記障害パターンを判定し、
   前記第１のパラメータは、前記モータの角加速度の大きさであり、
   前記第２のパラメータは、前記モータの角速度が目標を継続して下回っている時間を示す速度未達時間であり、
   前記第３のパラメータは、前記モータの角速度が前記目標を下回る回数を示す速度未達回数であり、
   前記判定部は、前記第１から第３のパラメータに基づいて、前記障害パターンである第１から第３の障害パターンをそれぞれ判定し、
   前記障害レベルは、前記第１から第３の障害パターンの各々に所定の重み付けした値を加算した値である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記しきい値は、
   第１のしきい値と、
   前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とを含み、
   前記判定部は、
   前記累積障害カウント値が前記第１のしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命が短いと判定し、
   前記累積障害カウント値が前記第２のしきい値よりも低い場合に、前記モータの寿命が長いと判定し、
   前記累積障害カウント値が前記第１のしきい値よりも低く、かつ、前記第２のしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命は短くもなく、かつ、長くもないと判定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. モータの寿命を判定する寿命判定方法であって、
   前記モータの電流が一定である場合に、予め決められた前記モータの障害パターンを所定のタイミング毎に判定する第１のステップと、
   前記障害パターンに基づいて、前記モータに生じている障害の度合いに応じて零以上の値を示す障害レベルを算出する第２のステップと、
   前記障害レベルから、前記障害レベルの累積値を示す累積障害カウント値を算出する第３のステップと、を含み、
   前記第３のステップにおける前記累積障害カウント値の演算式は、前記障害レベルを累積する増加項と、非零である前記障害レベルの最小値よりも小さく、前記障害レベルが零である場合に前記累積障害カウント値を減算する減算項とを含み、さらに、
   前記累積障害カウント値がしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命が短いと判定する第４のステップと、
   前記累積障害カウント値が前記しきい値よりも低い場合に、前記モータの寿命が長いと判定する第５のステップと、を含む、モータの寿命判定方法。
7. 前記第１のステップは、第１から第３のパラメータの少なくとも１つに基づいて前記障害パターンを判定し、
   前記第１のパラメータは、前記モータの角加速度の大きさであり、
   前記第２のパラメータは、前記モータの角速度が目標を継続して下回っている時間を示す速度未達時間であり、
   前記第３のパラメータは、前記モータの角速度が前記目標を下回る回数を示す速度未達回数であり、
   前記第１のステップは、前記第１から第３のパラメータに基づいて、前記モータの障害パターンである第１から第３の障害パターンをそれぞれ判定し、
   前記第２のステップは、前記第１から第３の障害パターンの各々に所定の重み付けした値を加算する、請求項６に記載のモータの寿命判定方法。
8. 前記しきい値は、
   第１のしきい値と、
   前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とを含み、
   前記第４のステップは、前記累積障害カウント値が前記第１のしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命が短いと判定し、
   前記第５のステップは、前記累積障害カウント値が前記第２のしきい値よりも低い場合に、前記モータの寿命が長いと判定し、さらに、
   前記累積障害カウント値が前記第１のしきい値よりも低く、かつ、前記第２のしきい値よりも高い場合に、前記モータの寿命は短くもなく、かつ、長くもないと判定する第６のステップを含む、請求項６又は請求項７に記載のモータの寿命判定方法。
   

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