JP3214369B2 - サーミスタ状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーミスタ状態検
出装置に関し、詳しくは、モータのコイル温度を検出す
るサーミスタの状態を検出するサーミスタ状態検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータは、電気エネルギを機械エネルギ
に変換する装置であるが、モータに電気エネルギを供給
し続けると、モータのコイルに電流が流れることによっ
てコイルが発熱し、コイル温度が次第に上昇する。モー
タを駆動し続けてコイルの温度が上昇したときにコイル
温度が許容範囲を越えると、種々の不都合が生じるおそ
れがある。例えば、コイルが高温になることによって、
コイル自身が損傷を受けてモータの短寿命化が引き起こ
されたり、モータが備える磁石の減磁が引き起こされた
り、磁石の減磁によってモータのトルクが低下してしま
ったりする。そこで従来は、モータのコイル温度を測定
し、モータの温度が所定温度を上回った場合には、モー
タの駆動量を減らすなどして発熱量を抑えてモータの過
熱を防いでいた。このモータのコイル温度の測定には、
一般にサーミスタが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
のコイル温度の状態を、サーミスタによる測定結果のみ
によって判断していたのでは、サーミスタに異常が生じ
た場合に、コイルの過熱によって引き起こされる上記し
たような不都合を回避することができない。コイルの過
熱が進み、モータの温度が上昇し過ぎると、上記したよ
うなモータの性能の低下ばかりでなく、モータと接続す
る他の機器にも影響を及ぼしてしまう。そのため、サー
ミスタに異常が生じた場合にもこれを検知し、上記した
不都合を回避する手段を設けることが望まれていた。

【０００４】サーミスタの異常を検出する方法として
は、加熱機構を備えた調理器などにおいて、所定時間加
熱を行なった後のサーミスタの検出結果と所定温度とを
比較して、サーミスタの検出結果が所定温度以下である
場合にはサーミスタの異常と判断する等の方法が提案さ
れている（例えば、特開昭６４−３８５２８号公報な
ど）。調理器等においては、通常の使用環境で所定量の
加熱を行なった場合に上昇する温度は所定範囲内である
と予測することができるためこのような方法を採用する
ことが可能である。しかしモータは、その用途によって
広い条件で駆動されるものであり、モータのコイルでは
モータの駆動条件に応じて発熱量が変化するため、所定
時間経過後の温度を予測するなどの方法は採用し難い。
そのため、モータのコイル温度を測定するサーミスタの
異常を検出する有効な手段は従来知られていなかった。

【０００５】本発明のサーミスタ状態検出装置は、こう
した問題を解決し、モータのコイル温度を測定するサー
ミスタに生じた異常を検出することを目的としてなさ
れ、次の構成を採った。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明のサーミスタ状態検出装置は、モータのコイル温度
を測定するために設けたサーミスタの状態を検出するサ
ーミスタ状態検出装置であって、前記モータの電気角を
検出する角度検出器と、前記モータのコイルに対して計
測用の電圧を印加し、この時に前記コイルに流れる電流
の挙動を検出する電流挙動検出手段と、該電流挙動検出
手段が検出した電流の挙動と、前記角度検出器が検出し
た電気角とから、前記コイルの抵抗値を算出するコイル
抵抗算出手段と、前記コイル抵抗算出手段により算出さ
れた前記コイルの抵抗値を基に、前記コイルの温度を推
定するコイル温度推定手段と、前記コイル温度推定手段
が推定した前記コイルの温度と、前記サーミスタが測定
した前記コイル温度とを比較して、前記サーミスタの状
態を判定するサーミスタ状態判定手段とを備えたことを
要旨とする。

【０００７】以上のように構成された本発明のサーミス
タ状態検出装置は、角度検出器がモータの電気角を検出
し、電流検出手段が前期モータのコイルに対して計測用
の電圧を印加してこの時に前記コイルに流れる電流の挙
動を検出する。この電流検出手段が検出した電流の挙動
と、前記角度検出器が検出した電気角とから前記コイル
の抵抗値を算出し、算出された前記コイルの抵抗値を基
に、前記コイルの温度を推定する。この推定した前記コ
イルの温度と、モータのコイル温度を測定するために設
けたサーミスタが測定した前記コイル温度とを比較し
て、前記サーミスタの状態を判定する。

【０００８】このようなサーミスタ状態検出装置によれ
ば、コイルに計測用の電圧を印加した時にコイルに流れ
る電流の挙動と、モータの電気角とを基に、前記コイル
の温度を推定するため、この推定した温度と、コイル温
度を測定するために設けたサーミスタが測定した温度と
を比較することによって、サーミスタの状態を検出する
ことができる。従って、モータの駆動状況に関わらず、
精度良くコイル温度の推定を行うことができる。

【０００９】また、本発明のサーミスタ状態検出装置に
おいて、前記電流挙動検出手段は、前記コイルにおける
相電圧が０になるときに前記計測用の電圧を前記コイル
に印加して、前記コイルに流れる電流の挙動を検出する
構成も好適である。

【００１０】このような構成のサーミスタ状態検出装置
では、前記コイルにおける相電圧が０になるときに前記
計測用の電圧を前記コイルに印加するため、コイルに流
れる電流の挙動を測定する際に、モータ駆動用に印加さ
れている電圧の影響を受けることがない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図１は本発明の好適な一実施
例であるサーミスタ状態検出装置を含むモータ制御装置
１０の概略構成を示すブロック図、図２は制御対象とな
っている三相同期モータ４０の概略構成を示す説明図、
図３はこの三相同期モータ４０の固定子３０と回転子５
０との関係を示す端面図、である。

【００１２】まず、図２を用いて、三相同期モータ４０
の全体構造について説明する。この三相同期モータ４０
は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケース
６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５１〜
５４が貼付されており、その軸中心に設けられた回転軸
５５を、ケース６０に設けられた軸受６１，６２により
回転自在に軸支している。

【００１３】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ５７は、図３に示すように、直交する位置に
４箇所の突極７１〜７４を備える。ロータ５７を積層し
た後、回転軸５５を圧入し、積層したロータ５７を仮止
めする。この電磁鋼板を素材とするロータ５７には、そ
の表面に絶縁層と接着層が形成されており、積層後所定
温度に加熱して接着層を溶融・固定している。

【００１４】こうして回転子５０を形成した後、回転子
５０の外周面であって、突極７１〜７４の中間位置に、
永久磁石５１〜５４を軸方向に亘って貼付する。この永
久磁石は、厚み方向に磁化されている。回転子５０を固
定子３０に組み付けた状態では、一組の永久磁石５１、
５２に着目すると、この永久磁石５１、５２は、ロータ
５７およびステータ２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図
３一点鎖線参照）。

【００１５】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図３に示すように、計１２個のテ
ィース２２を備える。ティース２２間に形成されたスロ
ット２４には、固定子３０に回転磁界を発生させる固定
子コイル３２が巻回されている。尚、ステータ２０の外
周には、固定用のボルト３４を通すボルト孔が設けられ
ているが、図３では図示を省略してある。

【００１６】固定子３０は、板状のステータ２０を積層
し互いに押圧した状態として、接着層を加熱・溶融する
ことで一応固定される。この状態で、固定子コイル３２
をティース２２に巻回して固定子３０を完成した後、こ
れをケース６０に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト
３４を通し、これを締め付けて全体を固定する。更に回
転子５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在
に組み付けることにより、この三相同期モータ４０は完
成する。

【００１７】固定子３０の固定子コイル３２に回転磁界
を発生するよう励磁電流を流すと、図３に示すように、
隣接する突極およびロータ５７、ステータ２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５２により
形成される磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｄ軸と
呼び、固定子３０の固定子コイル３２により形成される
磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。この
実施例（極数４）では、両軸は電気的には、９０度の角
度をなしている。

【００１８】また、本実施例の三相同期モータ４０に
は、図２に示すようにサーミスタ８０が取り付けられて
おり、このサーミスタ８０によって固定子コイル３２の
温度が測定可能となっている。サーミスタ８０は、後述
する温度計測装置１４０に接続しており、サーミスタ８
０による測定結果はこの温度計測装置１４０を介して後
述するＣＰＵ１２０に入力される。

【００１９】次に、図１に従ってモータ制御装置１０の
構成について説明する。モータ制御装置１０は、外部か
らのトルク指令を受けて三相同期モータ４０の三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のモータ電流を制御するモータ電流制
御回路１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ｉｕ，Ｖ
相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出する電流検出器１
０２，１０４，１０６、検出したＵ相電流ＩｕおよびＶ
相電流Ｉｖに基づいてトルク値を求める電流−トルク換
算器１１０、同じく検出した電流値をディジタルデータ
に変換する３個のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）
１１２，１１４，１１６、三相同期モータ４０の電気角
を検出する角度検出器１４２、三相同期モータ４０の固
定子コイル３２に取り付けられたサーミスタ８０に接続
して固定子コイル３２の温度を検出・表示する温度計測
装置１４０、固定子コイル３２の温度の演算を行なう１
チップマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１２０、固定子コ
イル３２の温度を演算するためのテーブル等を記憶した
メモリ１２２から構成されている。

【００２０】電流−トルク換算器１１０により換算され
たトルクは、トルク指令値との差分を取るように加えら
れ、三相同期モータ４０の実際のトルクをフィードバッ
ク制御する構成となっている。また、モータ電流制御回
路１００には、トルク指令に基づいて決定されたモータ
の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが得られるようモータの各
コイル間に印加する電圧を決定する電圧印加部１３０
が、その出力段に設けられている。ＣＰＵ１２０からの
制御出力が、この電圧印加部１３０に出力されており、
三相同期モータ４０の各コイルに印加される電圧を外部
から制御することが可能となっている。また、メモリ１
２２には、図１に示したように、二つのテーブルが記憶
されており、一つは測定された電気角からインダクタン
スを求めるテーブル１２２Ａであり、一つはコイル抵抗
値Ｒからコイル温度を求めるためのテーブル１２２Ｂで
ある。

【００２１】以上の様に構成されたモータ制御装置１０
は、所定の電源装置１５０から電力の供給を受けて三相
同期モータ４０を駆動している。電源装置１５０を構成
する電池としては、鉛蓄電池やニッケル−水素蓄電池、
あるいはリチウム２次電池等の２次電池や、燃料電池等
のなかから任意に選択することができる。これらの電池
を複数種組み合わせて電源装置１５０を構成することと
してもよい。この電源装置１５０は直流電源であり、電
源装置１５０からの出力電力は、インバータ１５２によ
って３相交流に変換された後、既述したモータ電流制御
回路１００および電圧印加部１３０の制御を受けて三相
同期モータ４０に供給される。

【００２２】次に、このような構成の三相同期モータ４
０およびこれを制御するモータ制御装置１０において、
固定子コイル３２の温度を推定する原理および実際の構
成について詳しく説明する。既述したように、三相同期
モータ４０はサーミスタ８０を備えており、このサーミ
スタ８０によって固定子コイル３２の温度を測定してい
る。本実施例のモータ制御装置１０では、以下に説明す
る方法によって固定子コイル３２の温度を推定し、この
推定した温度と上記サーミスタ８０が測定した温度とを
比較することによって、サーミスタ８０の状態、ひいて
は異常を検出する。

【００２３】図４は、三相同期モータ４０の等価回路図
である。図示するように、三相同期モータ４０のＵ相と
ＶＷ相間に所定の電圧Ｅ１をステップ関数的に加えた場
合、ここに流れる電流Ｉｕ（ｔ）は、回路のインダクタ
ンス成分Ｌにより定まる過渡応答を示す。この過渡応答
の一例を示したのが、図５のグラフである。三相同期モ
ータ４０を形成する所定の回路（本実施例ではＵ−ＶＷ
相間）に、所定時間幅で電流計測用の電圧Ｅ１を印加す
ると、電流値Ｉｕ（ｔ）は、電圧を印加している間に、
インダクタンスＬの大きさに応じた値に到達する。な
お、回路のインダクタンスＬは、そのときの回転子５０
の電気角θの関数となっている。即ち、回転子５０が回
転していない状態（静止状態）にあるとすれば、この回
転子５０のｄ軸が電気的にｑ軸に対してなす角（電気
角）により、回路のインダクタンスＬは定まる。

【００２４】三相同期モータ４０が備える固定子コイル
３２の各相を、ＲＬ直列回路に近似すると、固定子コイ
ル３２の抵抗Ｒは以下に示す（１）式により算出するこ
とができる。 Ｒ＝（Ｅ１／Ｉｕ）−（Ｌ／Ｉｕ）（ｄＩ／ｄｔ） …（１）

【００２５】ここで、Ｉｕは図４に示す等価回路におい
て流れる電流（以下、Ｕ相電流と呼ぶ）を示し、ｔは時
間を示す。したがって、Ｕ−ＶＷ相間に電流計測用の電
圧Ｅ１を印加したときのＵ相電流Ｉｕと、インダクタン
スＬとを求めることにより、抵抗Ｒを算出することがで
きることになる。

【００２６】本実施例では、Ｕ相電圧が０になるとき
に、計測用の電圧Ｅ１を印加する構成となっている。Ｕ
相電圧が０になるときとは、Ｕ相電圧の位相がゼロクロ
スする時をいい、このときパルス電圧Ｅ１を印加する
（図６参照）。また、三相同期モータ４０の停止中もＵ
相電圧が０になるときであり、そのままパルス電圧Ｅ１
を印加することができる。パルス電圧Ｅ１は、１００μ
ｓｅｃの期間だけ印加することとした。

【００２７】インダクタンスＬを求めるには電気角θを
測定する必要があるが、電気角θは、三相同期モータ４
０に取り付けられた既述した角度検出器１４２によって
計測される。この角度検出器１４２は、例えば、レゾル
バやエンコーダによって形成されている。また、本実施
例では、予め、様々な電気角でのインダクタンスＬを計
測して、これをメモリ１２２に記憶している。この関係
の一例を図７に示す。この図７では、Ｕ相のインダクタ
ンスＬｕと電気角θとの関係だけを示している。図７に
示すように、測定した電気角θの値から、インダクタン
スＬを一義的に求めることができる。メモリ１２２に格
納されたテーブルである測定された電気角からインダク
タンスを求めるためのテーブル１２２Ａには、このグラ
フに示す巻線間インダクタンスの実測値と電気角との関
係が記憶されている。

【００２８】計測用の電圧Ｅ１を印加し、その時の電流
値Ｉｕを測定すると共に、角度検出器１４２によって検
出した電気角θを基にインダクタンスＬを求めると、こ
れらの電流値ＩｕとインダクタンスＬとを既述した
（１）式に代入することによって固定子コイル３２の抵
抗値（以下、コイル抵抗値と呼ぶ）Ｒを求めることがで
きる。本実施例では、このようにコイル抵抗値Ｒを算出
することによって、算出したコイル抵抗値Ｒの値を基に
コイル温度の推定を行なう。固定子コイル３２において
は、コイル温度が上昇するにつれてコイルの抵抗値Ｒも
上昇するという性質を示し、このコイル温度とコイル抵
抗値Ｒとの関係は、予め計測することができる。本実施
例で用いた三相同期モータ４０におけるコイル温度とコ
イル抵抗値Ｒとの関係の一例を、図８のグラフに示し
た。このように、コイル抵抗値Ｒが分かれば、このグラ
フからコイル温度を推定することができる。メモリ１２
２には、上記したテーブル１２２Ａの他に、コイル抵抗
値Ｒからコイル温度を求めるこのグラフを記憶したテー
ブル１２２Ｂが格納されている。

【００２９】以上、Ｕ−ＶＷ間に電圧Ｅ１を印加してＵ
相に流れる電流を測定し、この電流値と、角速度から求
めたインダクタンスの値とを基に、コイル抵抗値Ｒを算
出し、このコイル抵抗値Ｒからコイル温度Ｔを推定する
手法の概要について説明した。そこで、次に、本実施例
のＣＰＵ１２０が行なっているサーミスタ状態検出処理
ルーチンについて説明する。図９は、ＣＰＵ１２０が実
施するサーミスタ状態検出処理ルーチンを示すフローチ
ャートである。このサーミスタ状態検出処理ルーチン
は、２ｍｓｅｃごとに一回ずつタイマ割り込みにて起動
される。

【００３０】図９に示した処理が起動されると、ＣＰＵ
１２０は、まず、サーミスタ８０が測定したコイル温度
の値Ｔ１の入力を行う（ステップＳ１００）。次に、角
度検出器１４２からこのときの電気角θを入力し（ステ
ップＳ１１０）、この電気角θの値とモータ電流制御回
路１００からの出力信号とを基にＵ相電圧がゼロクロス
するタイミングを判断し、Ｕ相電圧がゼロクロスすると
きに、Ｕ−ＶＷ相間に計測用の電圧Ｅ１をステップ関数
的に加える（ステップＳ１２０）。ここで、電圧Ｅ１の
印加時間は１００μｓｅｃとする。このときＵ相の電流
値はインダクタンスＬの値に応じた応答を示し、ＣＰＵ
１２０は、計測用電圧の印加の終了のタイミングで、そ
の時点でのＵ相の電流値Ｉｕ１を測定する（ステップＳ
１３０）。これらの電流値の測定は、電流検出器１０２
の出力をＡＤＣ１１２にてアナログディジタル変換し、
ＣＰＵ１２０内に読み込むことにより行う。

【００３１】また、ステップＳ１１０で読み込んだ電気
角θの値と、ステップＳ１２０で測定したＵ相電流値Ｉ
ｕ１とから、インダクタンスＬの算出を行う（ステップ
Ｓ１４０）。インダクタンスＬが算出されると、この値
を基に、既述したテーブル１２２Ａを参照してコイル抵
抗Ｒを求める（ステップＳ１５０）。次に、このコイル
抵抗Ｒの値を基に、既述したテーブル１２２Ｂを参照し
てコイル温度Ｔ２を推定する（ステップＳ１６０）。

【００３２】ここで、先にステップＳ１００でサーミス
タ８０から入力したコイル温度の測定値Ｔ１と、ステッ
プＳ１６０で求めたコイル温度の推定値Ｔ２との誤差を
求め、予め設定したしきい値ｘとの比較を行う（ステッ
プＳ１７０）。測定値Ｔ１と推定値Ｔ２との差の絶対値
が上記しきい値よりも小さいとき、すなわち、推定値Ｔ
２に対する測定値Ｔ１の誤差が上記しきい値よりも小さ
いときには、サーミスタ８０は正常に動作していると判
断されて本ルーチンを終了する。このとき三相同期モー
タ４０は通常運転を続行する。

【００３３】ステップＳ１７０において、測定値Ｔ１と
推定値Ｔ２との差の絶対値が上記しきい値よりも大きい
とき、すなわち、推定値Ｔ２に対する測定値Ｔ１の誤差
が上記しきい値よりも大きいときには、サーミスタ８０
に異常が発生したと判断される。この場合には、次に、
異常時処理ルーチンが実行される（ステップＳ１８
０）。異常時処理ルーチンは、サーミスタ状態検出処理
ルーチンのサブルーチンであって、異常の発生を知らせ
るためのアラームに対して出力したり、モータの出力を
制限する制御を行ってモータが過熱してしまうのを防ぐ
処理を行ったりする。ここで、サーミスタ８０が正常に
復活したと判断されれば、サーミスタ状態検出処理ルー
チンに戻って本ルーチンを終了することとしてもよい
し、サーミスタ８０が正常に復活しない場合には、サー
ミスタ状態検出処理ルーチンから抜けてサーミスタ故障
時のための処理に移行することとしてもよい。

【００３４】なお、以上の説明では、インダクタンスＬ
を求めるのに、図５に示したようにＵ−ＶＷ相間に所定
時間幅の所定電圧を印加し、電圧を印加している間に到
達した電流値を測定するものとしたが、図１０に示すよ
うに、Ｕ−ＶＷ相間に流れる電流が所定値になるまでの
時間ＴθからインダクタンスＬを求めることも可能であ
る。前者の手法は、処理時間が均一になるという利点を
有する。

【００３５】また、上記実施例では、Ｕ−ＶＷ相間に所
定電圧を印加してＵ相電流を測定する構成としたが、Ｖ
−ＷＵ相間に電圧を印加してＶ相電流を測定したり、Ｗ
−ＵＶ相間に電圧を印加してＷ相電流を測定することと
してもよい。あるいは、一種類のデータだけによるとそ
のデータが計測不良である場合も考えられるので、複数
種のデータを読み込んで、電流値が計測不良となる場合
に備える構成としてもよい。

【００３６】あるいは、上記実施例では、コイル温度の
測定値Ｔ１とコイル温度の推定値Ｔ２との誤差を、予め
設定したしきい値ｘと比較することによって、サーミス
タ８０が正常か異常かを判断する構成としたが、上記誤
差が次第に大きくなる傾向が認められるときには、サー
ミスタ８０に異常が発生しつつあると判断して不都合が
生じてしまうのを回避する構成としても良い。すなわ
ち、上記誤差が次第に大きくなる傾向が認められるとき
には、誤差がしきい値以下であっても、サーミスタ８０
が異常になりつつあることを警告するアラームに出力し
たり、モータの出力を制限する制御を行ってモータが過
熱してしまうのを防ぐ処理を行う構成とする。

【００３７】以上説明したサーミスタ状態検出装置を備
えるモータ制御装置１０は、サーミスタ８０によってモ
ータのコイル温度を測定し、コイル温度が上昇しすぎる
ことの無いよう制御する構成に加えて、所定時間ごとに
コイル温度を類推してサーミスタ８０の測定値と比較す
ることによってサーミスタ８０の状態を監視する構成を
備えている。従って、サーミスタ８０に異常が発生して
モータ温度が実際よりも低く認識されてしまった場合に
も、この異常を検出することができ、モータが過熱しす
ぎることによる不都合を防ぐことができる。すなわち、
サーミスタ８０に異常が検出されると、モータの出力を
制限することによってコイルでの発熱が抑えられるた
め、高温によってコイルおよびモータが損傷を受けた
り、モータが備えるマグネットが減磁したり、モータに
おけるトルクが低下してしまうのを防ぐことができる。

【００３８】また、本実施例では、モータ駆動用の電圧
がゼロクロスするときに計測用の電圧を印加するため、
電圧を印加することによってコイルを流れる電流の大き
さが、駆動電流の影響を受けることがない。従って、測
定した電流値をそのまま用いてインダクタンスＬの算出
を行うことができる。ここで、電圧がゼロクロスすると
き以外に計測用電圧を印加するならば、測定する電流値
は駆動電流の影響を受けてしまうため、測定した電流値
を補正してインダクタンスＬを求める必要がある。もと
より、駆動電圧が任意の位相をとるときに計測用の電圧
を印加し、測定した電流値は補正する構成としてもかま
わない。

【００３９】上記実施例の様にモータ駆動用の電圧がゼ
ロクロスするときに計測用の電圧を印加したり、駆動電
圧が任意の位相をとるときに計測用の電圧を印加して測
定した電流値を補正する構成の他に、駆動電流を一旦零
にしてから計測用の電圧を印加して電流値を計測する構
成とすることも可能であり、上記実施例と同様の効果を
得ることができる。このように駆動電流を一旦零にすれ
ば、測定した電流値を補正する必要もない。しかしなが
ら、駆動電流を一旦零にして計測用の電圧を印加し、計
測が終わると再び元の電圧を印加するという動作を繰り
返すと、異音を発生するという不都合が生じてしまう。
上記実施例のサーミスタ状態検出装置によれば、電流値
の測定に伴うこのような異音の発生を抑えることができ
るという効果をも奏する。

【００４０】上述した実施例では、三相同期モータ４０
において、レゾルバやエンコーダによって形成される角
度検出器１４２を備える構成としたが、このようにセン
サを別個に設けて電気角を検出するのではなく、上記サ
ーミスタ状態検出装置と共通の構成によって電気角を検
出することとしてもよい。すなわち、サーミスタ状態検
出装置と角度検出器との間で構成を共有することとして
もよい。以下に、このような構成を第２実施例として示
す。

【００４１】図１１は、第２実施例のモータ制御装置１
０Ａの構成を例示するブロック図である。第２実施例の
サーミスタ状態検出装置を備えるモータ制御装置１０Ａ
は、角度検出器１４２を備えないこと以外は第１実施例
のモータ制御装置１０と同様の構成を有するため、構成
に関する詳しい説明は省略し、第１実施例と共通する構
成要素には同じ番号を付す。まず最初に、第２実施例の
構成としての、測定した電流値からコイル温度を推定す
る手法について説明する。

【００４２】既述したように、インダクタンスＬは電気
角θの関数となっているため、一方が分かれば他方を知
ることができる。第１実施例では、角度検出器１４２に
よって電気角θを求め、この電気角θの値からインダク
タンスＬを決定した。第２実施例では、第１実施例と同
様に電気角θからインダクタンスＬを求める動作と交互
に、求めたインダクタンスＬから電気角θを算出すると
いう逆の動作も行う。これらの値は、第１実施例と同様
に計測用電圧の印加時の電流値を基にして算出する。

【００４３】第２実施例においてはインダクタンスＬと
電気角θとの両方が変数となる構成であるため、本実施
例におけるモータ制御装置１０Ａの始動時には、抵抗値
として所定の値Ｒ０を用意する。始動時にはまず、計測
用電圧の印加時における電流値を測定して、この電流値
と所定の抵抗値Ｒ０とからインダクタンスＬを算出し、
このインダクタンスＬを基にして電気角θの値を得る。
ＣＰＵ１２０は、この電気角θに従って、各相に駆動用
電流を流し、三相同期モータ４０を起動すると共に、後
述するサーミスタ状態及び電気角検出処理ルーチンを起
動する。サーミスタ状態及び電気角検出処理ルーチンを
起動すると、先に求めたモータ制御装置１０Ａの始動時
に求めた電気角θを基にして、所定の相電流（例えばＵ
相電流）がゼロクロスするタイミングを求めてこのとき
計測用の電圧を印加すると共に、電圧印加時の電気角に
対応するインダクタンスＬを求める。電圧印加時の電流
値とインダクタンスＬの値とから、第１実施例と同様に
抵抗値Ｒを介してコイル温度を推定し、サーミスタ８０
の異常の有無を判定する。さらに、サーミスタ状態及び
電気角検出処理ルーチンでは、ここで求めた抵抗値Ｒを
用いて、始動時と同様に電気角の検出を行う。以後はこ
れらの動作を繰り返す。なお、モータ制御装置１０Ａの
始動時に用いる所定の抵抗値Ｒ０は、常温における抵抗
値を予め設定しておいたものである。あるいは、始動時
の温度を入力して、この温度における抵抗値Ｒ０を求め
ることとしてもよい。

【００４４】ここで、インダクタンスＬから電気角θを
求める原理について説明する。既述した第１実施例で
は、電気角θからインダクタンスＬ（例えばＵ−ＶＷ相
間のインダクタンスＬｕ）を一義的に求めることができ
たが、電気角θを求めるには少なくとも二相のインダク
タンス（例えばＬｕとＬｖ）が必要である。本実施例で
は、予め、様々な電気角でのインダクタンスＬｕ，Ｌｖ
を計測し、これをメモリ１２２に記憶している。この関
係の一例を、図１２に示す。同図において、実線はＵ−
ＶＷ間のインダクタンスと電気角の関係の実測値の一例
を示し、波線はＶ−ＷＵ間のインダクタンスと電気角の
関係の実測値の一例を示している。図１１に示すよう
に、第２実施例におけるメモリ１２２は、第１実施例と
同様のテーブル１２２Ａ，１２２Ｂの他にテーブル１２
２Ｃ，１２２Ｄを備えており、このうちテーブル１２２
Ｄには、このグラフに示す巻線間インダクタンスの実測
値と電気角との関係が記憶されている。

【００４５】まず、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を印加してその
インダクタンスＬ２を測定し、次にＶ−ＷＵ相間に電圧
を印加してそのインダクタンスＬ１を測定する。Ｕ−Ｖ
Ｗ相間のインダクタンスがＬ２となり、Ｖ−ＷＵ相間の
インダクタンスがＬ１となると回転子５０の角度（電気
角）は、電気角０〜２πの間でただ一カ所（α１＝β１
の電気角）に定まるから、相電流Ｉｕ，Ｉｖを測定する
ことにより、回転子５０の電気角θを求めることができ
る。なお、以上の説明では、各層間のインダクタンスＬ
を求めるのに、図５に示したように、各層間に所定時間
幅の所定電圧を印加し、電圧を印加している間に到達し
た電流値Ｉｍから、インダクタンスを求めることとした
が、図１０に示すように、各層間に流れる電流が所定値
になるまでの時間Ｔθを測定することとしても良い。

【００４６】また、図１２に示した実測値では、電気角
とインダクタンスとの関係は０〜πとπ〜２πとで異な
っているが、電気角とインダクタンスとは、本質的には
０〜πとπから２πとで同一の関係を示すものである。
従って、相電流Ｉｕ，Ｉｖから各相間のインダクタンス
Ｌ２，Ｌ１を求めると、両者を満足する解は、２つ求め
られることになる。そこで、本実施例においては、固定
子３０と回転子５０における磁気的な関係を非対称にす
ることによって、図１２に示すように、電気角θとイン
ダクタンスＬとの関係の非対称性を実現している。即
ち、本実施例では、永久磁石５２，５４の磁化された片
面および突極７２，７４の表面に、磁性体８６〜８９を
貼付し、固定子３０と回転子５０との磁気的な関係を非
対称化している。図１３は、同期モータの回転子５０と
固定子３０とを、理解の便を図るために直線的に書き直
した説明図である。図示するように、回転子５０の永久
磁石５２の下面に磁性体８６が、永久磁石５４の下面に
磁性体８８が、突極７２の表面に磁性体８７が、突極７
４の表面に磁性体８９が、それぞれ設けられている。こ
の場合、磁極を構成する一対の永久磁石５１，５２に着
目すると、磁性体８６，８７が存在する場合と存在しな
い場合でその特性は異なるから、電気角と各相に流れる
電流との関係は、磁性体８６，８９の存在しない１８０
度（０〜π）と、磁性体８６，８９の存在する１８０度
（π〜２π）とで異なったものとなっている。

【００４７】また、第１実施例では、所定の相電流がゼ
ロクロスするときに計測用電圧を印加したが、電気角θ
を求めるときには電気角θは任意であって駆動電流が流
れている。従って、計測用電圧を印加したときの電流値
は駆動電流の影響を受けて減衰してしまうため、この電
流値の減衰量を補正する必要がある。このような減衰量
と駆動用電流との関係は、予め計測することができる。
本実施例で用いた三相同期モータ４０の場合の一例を、
図１４に示した。従って、各相の駆動電流が分かればこ
のグラフから減衰量を知ることができ、求められた減衰
量を各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに加えれば本来のＵ相電
流Ｉｕ（ｔ），Ｖ相電流Ｉｖ（ｔ），Ｗ相電流Ｉｗ
（ｔ）を求めることができる。メモリ１２２が備える既
述したテーブル１２２Ｃには、各相の駆動用電流から減
衰量を求めるこのグラフが記憶されている。

【００４８】以上概説した第２実施例のモータ制御装置
１０Ａの動作について、図１５に示したサーミスタ状態
及び電気角検出処理ルーチンに即して説明する。このサ
ーミスタ状態及び電気角検出処理ルーチンは、既述した
ように、ＣＰＵ１２０によって実行され、モータ制御装
置１０Ａの始動時に、所定の抵抗値Ｒ０を基に求めた電
気角θに従って駆動用電流が三相同期モータ４０に流さ
れるときから、１６ｍｓｅｃごとに一回ずつ起動され
る。

【００４９】図１５に示した処理が起動されると、ＣＰ
Ｕ１２０は、まず図９に示したサーミスタ状態検出処理
ルーチンと同様の処理を実行する（ステップＳ２０
０）。この、サーミスタ状態及び電気角検出処理ルーチ
ンのサブルーチンとして実行されるサーミスタ状態検出
処理ルーチンでは、ステップＳ１１０において、最先の
処理で検出された電気角θの値が読み込まれる。すなわ
ち、モータ制御装置１０Ａの始動時に最初に実行される
ときには、始動時に検出された電気角θの値が読み込ま
れ、その後は、前回実行されたサーミスタ及び電気角検
出処理ルーチンの後半部で検出された電気角θの値が読
み込まれる。また、ステップＳ１２０においてＵ相に電
圧を印加するときには、ステップＳ１１０で読み込んだ
電気角θの値とその間のモータ電流制御回路１００の出
力状態とを基に、Ｕ相電流がゼロクロスするタイミング
を判断して、このとき計測用電圧Ｅ１を印加する。

【００５０】ステップＳ１７０においてサーミスタ８０
が異常であると判断されたときには、既述したように、
ステップＳ１８０の異常時処理ルーチンに移行して異常
に対応数動作が行われる。サーミスタ８０が異常でない
と判断されたときには、ステップＳ２１０以下の電気角
を検出する処理に移行する。

【００５１】まず、Ｕ相における現在の電流値Ｔｕ２を
測定し（ステップＳ２１０）、次に、Ｕ−ＶＷ相間に所
定の計測電圧Ｅ１をステップ関数的に加える（ステップ
Ｓ２１５）。駆動用の電圧の他に計測用の電圧を加える
ことで、Ｕ−ＶＷ相間に流れる電流は変化する。そこ
で、計測用電圧の印加の終了のタイミングで、その時点
でのＵ相の電流値Ｉｕ３を測定し（ステップＳ２２
０）、計測用電圧の印加の前後における変化幅ΔＩｕを
演算する処理を行う（ステップＳ２２５）。この後、同
様にＶ相、Ｗ相についても、計測開始時の電流値Ｉｖ
２，Ｉｗ２の測定（ステップＳ２３０，Ｓ２５０）、計
測用電圧の印加（ステップＳ２３５，Ｓ２５５）および
その後の電流値Ｉｖ３，Ｉｗ３の測定（ステップＳ２４
０，Ｓ２６０）を行い、それぞれの変化幅ΔＩｖ，ΔＩ
ｗを演算する処理を行う（ステップＳ２４５，Ｓ２６
５）。なお、上述したように少なくとも二相分のインダ
クタンスを求めることができれば電気角は演算できるの
で、例えば、ステップＳ２５０〜ステップＳ２６５にお
けるＷ相の計測は省略しても良い。

【００５２】これらの変化幅ΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗに
ついては、上述したように、駆動用の電流が流れている
ときに計測されたものであり、本来の変化幅よりも減衰
している。従って、これを補正すべく、計測開始時の電
流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２に基づいて、ＣＰＵ１２０
はメモリ１２２におけるテーブル１２２Ｃを参照し、そ
れぞれの電流値に応じた減衰量を読み出し、これを各変
化幅ΔＩｕ，ΔＩＶ，ΔＩｗに加える補正を行うことに
より、駆動用電流の影響を除いた各相電流値Ｉｕ，Ｉ
ｖ，Ｉｗを求める（ステップＳ２７０）。

【００５３】その後、ＣＰＵ１２０は、減衰量の補正を
行って求めた各相電流値から電気角を求める処理を行う
（ステップＳ２８０）。この処理は、原理的には、以下
の手順で行われる。まず、補正された電流値からインダ
クタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを演算により、あるいは予め
記憶したテーブルを参照することにより求めるととも
に、メモリ１２２におけるテーブル１２２Ｄを参照し、
三つのインダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗから対応する電
気角θを求める。このとき、テーブル内にデータとして
記憶されている各相のインダクタンスＬｕ０，Ｌｖ０，
Ｌｗ０と演算にて求められた三つのインダクタンスＬ
ｕ，Ｌｖ，Ｌｗとを比較してそれらの差の合計がもっと
も小さいところの電気角θ０を読み出す。なお、一つの
データが計測不良であることも考えられるので、一つの
データを予備として扱うことも現実的である。例えば、
テーブル内の二つのインダクタンスＬｕ０，Ｌｖ０と演
算された二つのインダクタンスＬｕ，Ｌｖとを比較し、
それらの差の合計が所定値以下となれば電気角θを読み
出すものの、所定値以下とならない場合には、テーブル
内の二つのインダクタンスＬｕ０，Ｌｗ０と演算された
二つのインダクタンスＬｕ，Ｌｗとを比較するというよ
うに組み合わせを変えるようにしても良い。

【００５４】本来であれば、このように各相電流から一
旦インダクタンスを求めてから電気角を求めることにな
るが、インダクタンスは電流値から演算されるのである
から、本実施例では、電流値からインダクタンスを演算
する作業を省き、電流値から電気角を直に参照するテー
ブル１２２Ｄをメモリ１２２に記憶させている。従っ
て、補正された電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとテーブル内の
Ｉｕ０，Ｉｖ０，Ｉｗ０とを比較して電気角を求め（ス
テップＳ２８０）、本ルーチンを終了する。

【００５５】第２実施例のサーミスタ状態検出装置によ
れば、第１実施例における効果に加えて、電気角θを検
出するために角度検出器１４２を別途設ける必要が無い
という効果を奏する。すなわち、サーミスタ８０の状態
を検出するための構成と電気角を検出するための構成と
を共有させ、両方の処理で互いにデータを交換する構成
とすることによって、モータ制御装置１０Ａ全体の構成
を簡略化する事ができる。

【００５６】また、上記第２実施例では、サーミスタの
状態の検出と電気角の検出とを一緒に行うサーミスタ状
態及び電気角検出処理ルーチンを実行することとした
が、サーミスタの状態の検出と電気角の検出とをそれぞ
れ別々のプログラムによって実行することとしてもよ
い。このような場合には、サーミスタの状態を検出する
プログラムと電気角の検出を行うプログラムとは異なる
間隔で実行してもよく、各プログラムは他方のプログラ
ムが実行した最新のデータを入力する構成とすればよ
い。

【００５７】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるモータ制御装置１
０の概略構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の固定子３０を組み込んだ三相同期モー
タ４０の構造を示す断面図である。

【図３】実施例で用いた三相同期モータ４０の固定子３
０と回転子５０との関係を示す端面図である。

【図４】実施例における三相同期モータ４０の等価回路
を示す説明図である。

【図５】所定電圧の印加中の電流の挙動からインダクタ
ンスを求める手法を例示する説明図である。

【図６】モータの相電圧と印加する電圧Ｅ１との関係を
示す説明図である。

【図７】電気角θと巻線のインダクタンスＬとの関係を
示すグラフである。

【図８】モータコイルにおける抵抗−温度特性の１例を
示すグラフである。

【図９】第１実施例におけるサーミスタ状態検出処理ル
ーチンを示すフローチャートである。

【図１０】Ｕ−ＶＷ間に電圧Ｅ１を印加した場合のＵ相
電流Ｉｕ（ｔ）の過渡応答を示すグラフである。

【図１１】第２実施例におけるモータ制御装置１０Ａの
概略構成を示すブロック図である。

【図１２】巻線のインダクタンスと電気角θとの関係を
示すグラフである。

【図１３】三相同期モータ４０のロータとステータとの
関係を直線上に展開して示す説明図である。

【図１４】第２実施例におけるメモリ１２２内のテーブ
ル１２２Ｃとして記憶した駆動電流と減衰量との関係を
示すグラフである。

【図１５】第２実施例におけるサーミスタ状態及び電気
角検出処理ルーチンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０，１０Ａ…モータ制御装置 ２０…ステータ ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…固定子コイル ３４…ボルト ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５１〜５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…ロータ ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１〜７４…突極 ８０…サーミスタ ８６〜８９…磁性体 １００…モータ電流制御回路 １０２，１０４，１０６…電流検出器 １１０…トルク換算器 １１２…ＡＤＣ １２０…ＣＰＵ １２２…メモリ １２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃ，１２２Ｄ…テーブル １３０…電圧印加部 １４０…温度計測装置 １４２…角度検出器 １５０…電源装置 １５２…インバータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−178573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−53879（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152989（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−28946（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 7/00 G01K 7/24 G01K 13/08 H02P 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータのコイル温度を測定するために設
   けたサーミスタの状態を検出するサーミスタ状態検出装
   置であって、 前記モータの電気角を検出する角度検出器と、 前記モータのコイルに対して計測用の電圧を印加し、こ
   の時に前記コイルに流れる電流の挙動を検出する電流挙
   動検出手段と、 該電流挙動検出手段が検出した電流の挙動と、前記角度
   検出器が検出した電気角とから、前記コイルの抵抗値を
   算出するコイル抵抗算出手段と、 前記コイル抵抗算出手段により算出された前記コイルの
   抵抗値を基に、前記コイルの温度を推定するコイル温度
   推定手段と、 前記コイル温度推定手段が推定した前記コイルの温度
   と、前記サーミスタが測定した前記コイル温度とを比較
   して、前記サーミスタの状態を判定するサーミスタ状態
   判定手段とを備えたサーミスタ状態検出装置。
2. 【請求項２】 前記電流挙動検出手段は、前記コイルに
   おける相電圧が０になるときに前記計測用の電圧を前記
   コイルに印加して、前記コイルに流れる電流の挙動を検
   出する請求項１記載のサーミスタ状態検出装置。