JP4195981B2 - Motor drive device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業分野などに使用されるインバータ、サーボアンプに内蔵した冷却ファンの故障によるモータ駆動装置の停止回避に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、モータ駆動装置の小型化の進展に伴いパワー半導体素子などの加熱防止のために冷却ファンを内蔵することが一般的に実施されている。
【0003】
しかしながら一般的に冷却ファンは短寿命部品であり、冷却ファンの寿命がモータ駆動装置の寿命を支配する。
【0004】
そのため、モータ駆動装置の周囲温度が低い場合などパワー半導体素子の温度が低い時は、冷却ファンを停止または回転数を低下させるなどの手段で冷却ファンの長寿命化することが実施されてきた(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−117158号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら冷却ファンが故障などで停止した場合、モータ駆動装置が直ちにモータ駆動を禁止する保護措置を取ると、そのモータ駆動装置を組み込んだ生産機械や産業機械などの稼動を停止することとなり、大きな経済的損失が発生するなどの課題があった。
【0007】
また、冷却ファンが故障で停止した時にモータ駆動を継続すると、パワー半導体素子の温度が保護温度設定値に容易に達するため、モータの駆動を停止することとなる。一方、最初から保護温度設定値を高く設定すると、パワー半導体素子などの寿命が短縮され、さらに被害が拡大する可能性があった。
【0008】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、モータ駆動装置に内蔵された冷却ファンの故障を検出したとき直ちに停止することなく、駆動機器の安全とパワー半導体素子などの寿命を確保しながらモータを駆動させるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、モータを駆動するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の温度を検出する温度検出手段と、前記パワー半導体素子を冷却する故障検出手段を有した冷却ファンと、前記パワー半導体素子の寿命を確保する保護温度設定値をあらかじめ複数記憶した記憶手段と、前記冷却ファンの状態に応じて保護温度設定値を切り替える切替手段と、前記保護温度設定値を超えたときにモータの駆動を停止する保護手段とを備え、前記冷却ファンが正常回転しているときは、保護温度設定値の中から最小値(初期値)を選択し、初期値を超えたときにモータの駆動を停止し、冷却ファンの故障を検出したときは、上位制御装置に対し警告信号を発しながら、保護温度設定値を初期値より高い値に切り替えてモータ駆動を許可するので、パワー半導体素子の寿命を確保しながらモータを駆動させることができ、生産機械などの稼動を一定期間継続することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項1に記載のモータ駆動装置は、冷却ファンが正常回転しているときは、保護温度設定値の中から最小値(初期値)を選択し、初期値を超えたときにモータの駆動を停止し、冷却ファンの故障を検出したときは、上位制御装置に対し警告信号を発しながら、保護温度設定値を初期値より高い値に切り替えてモータ駆動を許可するため、冷却ファンが故障で停止しても、パワー半導体素子の短期寿命を確保しながらモータを駆動することができる。
【0011】
また、請求項2に記載のモータ駆動装置は、冷却ファンn個に対して保護温度設定値をあらかじめn+1個設定しておき、故障した冷却ファンの数に応じて保護温度設定値を切り替えるものであり、より駆動機器の安全とパワー半導体素子の短期寿命を確保しながらモータ駆動装置を運転することができる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【0013】
(実施例1)
実施例1は、冷却ファンが1つ搭載されたモータ駆動装置である。
【0014】
図1において、ダイオードおよびIGBTなどからなるパワー半導体素子1は、入力された交流電源を直流に変換したのち、電圧や電流および周波数を制御しモータを駆動する。
【0015】
パワー半導体素子1はヒートシンク2に取り付けられ、冷却ファン3にて冷却される。この冷却ファン3は故障検出手段を有しており、モータ制御用のマイコン4に入力される。また、サーミスタなどからなる温度検出手段5にてパワー半導体素子1の温度を検出しマイコン4に入力される。
【0016】
マイコン4には、パワー半導体素子1の安全を確保する保護温度設定値をあらかじめ冷却ファン3の台数nに応じてn+1段階で記憶させており、冷却ファン3の故障状況に応じて保護温度設定値を切り替える。以下、図2のフローチャートを併用して説明する。
【0017】
まず、冷却ファン3が正常回転しているとき、マイコン4は保護温度設定値として保護レベル数値1(初期値)を選択する。パワー半導体素子1の温度が保護レベル数値1以下であれば、モータの駆動を許可し、保護レベル数値1を超えれば、異常と判断してモータの駆動を停止する。
【0018】
この保護レベル数値1は、半導体素子のジャンクション温度上限150℃や電解コンデンサなど有寿命部品の温度上限を長期寿命が期待できるように冷却ファン3により低減させた値に決定され、一般に90℃程度に設定する。
【0019】
次に、冷却ファン3の故障を検出したとき、上位制御装置に対し冷却ファンの停止を警告する警告信号6を発すると同時に、マイコン4は保護レベル数値1よりも高い値の保護レベル数値2に切り替える。
【0020】
この保護レベル数値2は、長期の寿命を期待せずに、パワー半導体素子1の破壊などモータ駆動装置の動作上課題が生じない設定値とする。本実施例では120℃程度に設定する。
【0021】
さらに、保護レベル数値2を超えた場合はモータの駆動を停止するが、保護レベル数値1でモータ駆動した場合に比べて、モータの駆動を一定期間継続できる可能性が高くなり、冷却ファンの故障と同時に生産機械を緊急停止することなく、安全に稼動できる。また、機械の稼動に支障がない時に冷却ファンの交換などの保守を行うことが可能となる。
【0022】
また、上位制御装置がモータ駆動装置の稼動率を低く抑える措置を講じれば、冷却ファンモータ3が故障した場合であっても、モータ駆動装置の温度上昇を抑制でき生産機械の稼動を長期化できる。
【0023】
なお、モータ駆動装置以外にも同じようにパワー半導体素子と冷却ファンを搭載する溶接機や無停電電源などの機器にも本発明を適用することができる。
【0024】
(実施例2)
実施例2は、冷却ファンが2つ搭載されたモータ駆動装置で、あらかじめ3つの保護温度設定値を記憶している。
【0025】
図示はしないが、2つの冷却ファンがともに正常である場合、マイコンは保護温度設定値として保護レベル数値1(初期値)を採用し、1つの冷却ファンの故障を検出した場合には、保護レベル数値2に切り替える。さらに2つの冷却ファンの故障を検出した場合、保護レベル数値3に切り替える。
【0026】
例えば、保護レベル数値1を90℃とし、保護レベル数値2を105℃、保護レベル数値3を120℃とする。これにより1つの冷却ファンが故障した場合は、2つの冷却ファンが故障した場合より長期の寿命が期待でき、冷却ファンの故障が発生した後のモータ制御装置の交換など保守作業までの期間を長期化することができる。
【0027】
なお、冷却ファンをn個備えたモータ制御装置では、保護温度設定値を90℃から120℃の範囲をn+1段階に設定すればよく、何台でもあっても同様に実施できる。
【0028】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように本発明によれば、冷却ファンの故障を検出したときモータ駆動装置は、パワー半導体素子の寿命を確保した上でモータを駆動する。
【0029】
これにより生産機械の緊急停止を防止し、稼動損を減らすことができる。また、冷却ファンがn台のとき、保護温度設定値をn+1段階に設定することで、さらに安全に生産機械などの稼動を継続することができ、稼動に支障がない時にモータ駆動装置の保守を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるモータ制御装置のブロック図
【図2】本発明の実施例1におけるフローチャート
【符号の説明】
1 パワー半導体素子
2 ヒートシンク
3 冷却ファン
4 マイコン(記憶手段、切替手段)
5 温度検出手段
6 警告信号
7 電源
8 モータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to avoiding stoppage of a motor driving device due to a failure of a cooling fan built in an inverter or servo amplifier used in an industrial field or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, with the progress of miniaturization of motor drive devices, it has been generally implemented to incorporate a cooling fan to prevent heating of power semiconductor elements and the like.
[0003]
However, the cooling fan is generally a short-life component, and the life of the cooling fan dominates the life of the motor driving device.
[0004]
Therefore, when the temperature of the power semiconductor element is low, such as when the ambient temperature of the motor drive device is low, it has been practiced to extend the life of the cooling fan by means such as stopping the cooling fan or reducing the rotational speed ( For example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-117158 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the cooling fan stops due to a failure, etc., if the motor drive device immediately takes protective measures to prohibit motor drive, the operation of the production machine or industrial machine incorporating the motor drive device will be stopped, resulting in a large economy. There was a problem such as the occurrence of an industrial loss.
[0007]
If the motor driving is continued when the cooling fan is stopped due to a failure, the temperature of the power semiconductor element easily reaches the protection temperature set value, so that the driving of the motor is stopped. On the other hand, if the protection temperature set value is set high from the beginning, the life of the power semiconductor element and the like may be shortened, and damage may be further increased.
[0008]
The present invention solves such a conventional problem, and ensures the safety of a driving device and the life of a power semiconductor element, etc. without stopping immediately when a failure of a cooling fan built in the motor driving device is detected. An object of the present invention is to provide a motor drive device that drives a motor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a cooling fan having a power semiconductor element for driving a motor, a temperature detecting means for detecting the temperature of the power semiconductor element, and a failure detecting means for cooling the power semiconductor element. Storage means for preliminarily storing a plurality of protection temperature setting values for ensuring the life of the power semiconductor element, switching means for switching the protection temperature setting values according to the state of the cooling fan, and the protection temperature setting value exceeded And a protection means for stopping the driving of the motor, and when the cooling fan is rotating normally, the minimum value (initial value) is selected from the protection temperature setting values, and the initial value is exceeded. When the motor drive is stopped and a cooling fan failure is detected, a warning signal is issued to the host controller and the protection temperature set value is switched to a value higher than the initial value to Since Allow dynamic, while ensuring the longevity of the power semiconductor device can drive the motor, the operation of such production machines it is possible to continue a certain period.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the motor drive device according to claim 1 selects the minimum value (initial value) from the protection temperature setting values when the cooling fan is rotating normally, and sets the initial value to When the motor temperature is exceeded, the motor is stopped. When a failure of the cooling fan is detected, a warning signal is issued to the host controller, and the protection temperature setting value is switched to a value higher than the initial value to allow motor driving. Therefore, even if the cooling fan stops due to failure, the motor can be driven while ensuring the short-term life of the power semiconductor element.
[0011]
In the motor drive device according to claim 2, n + 1 protection temperature set values are set in advance for n cooling fans, and the protection temperature set values are switched according to the number of failed cooling fans. In addition, the motor driving device can be operated while ensuring the safety of the driving device and the short-term life of the power semiconductor element.
[0012]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
(Example 1)
The first embodiment is a motor drive device on which one cooling fan is mounted.
[0014]
In FIG. 1, a power semiconductor element 1 composed of a diode, an IGBT, or the like converts an input AC power source into DC, and then drives a motor by controlling voltage, current, and frequency.
[0015]
The power semiconductor element 1 is attached to a heat sink 2 and cooled by a cooling fan 3. This cooling fan 3 has a failure detection means, and is input to a microcomputer 4 for motor control. Further, the temperature of the power semiconductor element 1 is detected by a temperature detecting means 5 made of a thermistor or the like and input to the microcomputer 4.
[0016]
In the microcomputer 4, a protection temperature setting value for ensuring the safety of the power semiconductor element 1 is stored in advance in n + 1 stages according to the number n of the cooling fans 3, and the protection temperature setting value according to the failure state of the cooling fan 3. Switch. Hereinafter, description will be made with reference to the flowchart of FIG.
[0017]
First, when the cooling fan 3 is rotating normally, the microcomputer 4 selects the protection level value 1 (initial value) as the protection temperature setting value. If the temperature of the power semiconductor element 1 is less than or equal to the protection level value 1, the motor drive is permitted. If the temperature exceeds the protection level value 1, it is determined that there is an abnormality and the motor drive is stopped.
[0018]
The protection level value 1 is determined by a value obtained by reducing the junction temperature upper limit of the semiconductor element to 150 ° C. and the temperature upper limit of the component having a lifetime such as an electrolytic capacitor by the cooling fan 3 so that a long life can be expected. Set.
[0019]
Next, when a failure of the cooling fan 3 is detected, a warning signal 6 is issued to warn the stop of the cooling fan to the host controller, and at the same time, the microcomputer 4 sets the protection level value 2 higher than the protection level value 1. Switch.
[0020]
The protection level value 2 is set to a value that does not cause a problem in the operation of the motor driving device such as destruction of the power semiconductor element 1 without expecting a long life. In this embodiment, the temperature is set to about 120 ° C.
[0021]
Furthermore, when the protection level value 2 is exceeded, the motor drive is stopped. However, compared to the case where the motor drive is performed with the protection level value 1, the possibility that the motor drive can be continued for a certain period of time increases, and the cooling fan fails. At the same time, the production machine can be operated safely without an emergency stop. In addition, maintenance such as replacement of a cooling fan can be performed when there is no problem in the operation of the machine.
[0022]
In addition, if the host controller takes measures to keep the operating rate of the motor drive device low, even if the cooling fan motor 3 fails, the temperature increase of the motor drive device can be suppressed and the operation of the production machine can be prolonged. .
[0023]
In addition, the present invention can be applied to devices such as a welding machine and an uninterruptible power supply that are similarly equipped with a power semiconductor element and a cooling fan in addition to the motor drive device.
[0024]
(Example 2)
The second embodiment is a motor drive device in which two cooling fans are mounted, and three protection temperature setting values are stored in advance.
[0025]
Although not shown, when both cooling fans are normal, the microcomputer adopts the protection level value 1 (initial value) as the protection temperature setting value, and when a failure of one cooling fan is detected, the protection level Switch to number 2. Further, when a failure of two cooling fans is detected, the protection level value is switched to 3.
[0026]
For example, the protection level value 1 is 90 ° C., the protection level value 2 is 105 ° C., and the protection level value 3 is 120 ° C. As a result, when one cooling fan fails, a longer life can be expected than when two cooling fans fail, and a longer period until maintenance work such as replacement of the motor controller after the cooling fan failure occurs. Can be
[0027]
In the motor control device having n cooling fans, the protection temperature set value may be set in the range of 90 ° C. to 120 ° C. in n + 1 steps, and any number of units can be similarly implemented.
[0028]
【The invention's effect】
As is apparent from the above embodiments, according to the present invention, when a failure of the cooling fan is detected, the motor driving device drives the motor while ensuring the life of the power semiconductor element.
[0029]
This can prevent an emergency stop of the production machine and reduce operating loss. In addition, when there are n cooling fans, the protection temperature setting value can be set to n + 1 levels to continue the operation of production machines, etc. more safely. It can be carried out.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a flowchart in Embodiment 1 of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power semiconductor element 2 Heat sink 3 Cooling fan 4 Microcomputer (memory | storage means, switching means)
5 Temperature detection means 6 Warning signal 7 Power supply 8 Motor

Claims (2)

モータを駆動するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の温度を検出する温度検出手段と、前記パワー半導体素子を冷却する故障検出手段を有した冷却ファンと、前記パワー半導体素子の寿命を確保する保護温度設定値をあらかじめ複数記憶した記憶手段と、前記冷却ファンの状態に応じて保護温度設定値を切り替える切替手段と、前記保護温度設定値を超えたときにモータの駆動を停止する保護手段とを備え、前記冷却ファンが正常回転しているときは、保護温度設定値の中から最小値(初期値)を選択し、初期値を超えたときにモータの駆動を停止し、冷却ファンの故障を検出したときは、上位制御装置に対し警告信号を発しながら、保護温度設定値を初期値より高い値に切り替えてモータ駆動を許可するモータ駆動装置。A power semiconductor element for driving a motor, a temperature detection means for detecting the temperature of the power semiconductor element, a cooling fan having a failure detection means for cooling the power semiconductor element, and protection for ensuring the life of the power semiconductor element Storage means for storing a plurality of temperature setting values in advance, switching means for switching the protection temperature setting value according to the state of the cooling fan, and protection means for stopping the driving of the motor when the protection temperature setting value is exceeded. When the cooling fan is rotating normally, select the minimum value (initial value) from the protection temperature setting value, stop the motor drive when the initial value is exceeded, and trouble the cooling fan. A motor drive device that, when detected, issues a warning signal to the host controller and switches the protection temperature set value to a value higher than the initial value to permit motor drive. 冷却ファンn個に対して保護温度設定値をあらかじめn+1個設定しておき、故障した冷却ファンの数に応じて保護温度設定値を切り替える請求項1に記載のモータ駆動装置。The motor drive device according to claim 1, wherein n + 1 protection temperature set values are set in advance for n cooling fans, and the protection temperature set values are switched according to the number of failed cooling fans.
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