JP5897351B2

JP5897351B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP5897351B2
Application number: JP2012040337A
Authority: JP
Inventors: 山田　泰生; 泰生山田; 山口　晃; 晃山口
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP2013176264A

Description

本発明は、モータと、モータから延びる動力線と、動力線が接続されるネジ式端子台とを含んでいて、端子台および動力線を通じて電流をモータに流し、モータを駆動するモータ制御装置に関する。

モータとモータ制御装置との間には端子台が配置されている。端子台は、締結ネジによって端子と動力線とをそれぞれ固定し、モータとモータ制御装置とを互いに電気的に接続している。

ここで、特許文献１は、端子台の締結ネジの緩みに起因する異常発熱の検出を開示している。特許文献１においては、締結ネジが緩んで異常発熱が起きると、端子台の電流経路上に設けられた溶断体が溶断し、電流経路を遮断する。

また、特許文献２は、温度上昇によりガスを放出する塗布剤を端子台の一部に予め塗布することを開示している。そして、締結ネジの緩みに基づいて端子台が異常発熱すると、塗布剤からガスが放出され、外部に設けられたガス検知器によりガスが検知される。さらに、特許文献３は、接続不良検出回路を端子台に設け、締結ネジの緩みを電気的に検出することを開示している。

特開平１１−３５３９９３号公報特開平０６−０８９７４７号公報特開２０１１−１６５５１４号公報

このように、従来技術の締結ネジの緩みを検出する端子台においては、締結ネジの緩みに起因する物理量を検出するので、溶断体、温度上昇によりガスを放出する塗布剤、または接続不良検出回路といったハードウェアの追加が必要とされていた。このため、従来技術の端子台は、締結ネジの緩みを検出できない他の端子台に比較して、値段が高く、また端子台を保守するのに手間がかかるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、モータを制御するために用いられる電流および電圧の情報を流用して、ネジ式端子台の締結ネジの緩みに伴う接触抵抗の増加を捉えることで、端子台やモータ、モータ駆動装置のハードウェアに手を加えることなく端子台の締結ネジの緩みを検出することのできるモータ制御装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、モータと、該モータから延びる動力線と、該動力線が接続されるネジ式端子台とを含んでいて、前記端子台および前記動力線を通じて電流を前記モータに流し、前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記端子台および前記動力線を通じて前記モータに電圧を指令する電圧指令部と、該電圧指令部によって前記モータに電圧が印加されたときに前記動力線に流れる電流を読取る電流読取部と、該電流読取部によって読取られた電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記ネジ式端子台のネジが緩んでいるか否かを判断する判断部とを具備することを特徴とするモータ制御装置が提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記電圧指令部が前記モータの各相に同一に電圧を印加するよう指令したときに、前記電流読取部によって読取られた各相の電流値の差が第一閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断する。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記電圧指令部が各相に電圧を印加して前記電流読取部より読取られる前記モータの各相の電流値が同一になった後で、前記各相の電圧の差が第二閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断する。

４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記判断部が、前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記モータの各相の抵抗を算出する抵抗算出部を含んでおり、前記抵抗算出部により算出された各相の抵抗の差が第三閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断する。

５番目の発明によれば、１番目の発明において、前記判断部が、前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記モータの各相の抵抗を算出する抵抗算出部を含んでおり、前記抵抗算出部により算出された各相の抵抗が所定の第四閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断する。

６番目の発明によれば、１番目の発明において、前記モータが電気的に独立した複数の巻線を有しており、前記複数の巻線のうちの少なくとも二つの巻線の電流値または電圧値を互いに比較し、それらの差が第五閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断する。

７番目の発明によれば、１番目の発明において、前記モータが電気的に独立した複数の巻線を有しており、前記判断部が前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて各巻線の抵抗を算出する抵抗算出部を有しており、前記複数の巻線のうちの少なくとも二つの巻線の抵抗を比較し、その差が第六閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいる。

８番目の発明によれば、１番目から７番目のいずれかの発明において、さらに、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断した場合に、前記判断部の判断内容を外部に出力する出力部をさらに含む。

１番目から８番目の発明においては、電流読取部によって読取られた電流値と電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、ネジ式端子台のネジが緩んでいるか否かを判断する。このため、端子台やモータなどのハードウェアに部材を追加する必要がない。従って、値段を高くすることなしにおよび保守を煩雑にすることなしに、端子台の締結ネジの緩みを検出することが可能となる。また、１番目から８番目の発明において用いられる電流および電圧の情報は、モータ制御を行うために用いられる電流および電圧の情報である。このため、モータ制御の一環としてネジ式端子台の締結ネジの緩みを検出することができ、モータを制御している間は任意のタイミングでネジ式端子台の締結ネジの緩みを検出することも可能である。

８番目の発明においては、判断部の判断内容を出力することにより操作者に注意を促すことができる。出力部は、モニタ、プリンタであってもよく、また出力部が音声や警報を出力してもよい。

本発明に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。本発明の第一の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第二の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第三の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第四の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第五の実施形態に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。本発明の第六の実施形態に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。図１においては、モータ１０は動力線１１によって端子台１２に接続されている。この端子台１２はモータ１０を制御するモータ制御装置２０に接続されている。端子台１２は一般的なネジ式端子台であり、動力線１１はネジ１３ａによって端子台１２に固定されており、モータ制御装置２０から延びる電気線はネジ１３ｂによって端子台１２に固定されている。

図１に示されるように、モータ制御装置２０は、電圧を指令する電圧指令部２１を含んでいる。従って、電圧指令部２１は、端子台１２および動力線１１を通じてモータ１０に電圧を指令する。動力線１１は、モータ制御装置２０の電流読取部２２にも接続されている。電流読取部２２は、電圧指令部２１によってモータ１０に電圧が印加されたときに動力線１１に流れる電流を読取る。

さらに、モータ制御装置２０は、電流読取部２２によって読取られた電流値と電圧指令部２１により指令された電圧とに基づいて、ネジ式端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるか否かを判断する判断部２３を含んでいる。図１から分かるように、この判断部２３は、モータ１０が三相電動機である場合に、三相電動機の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の抵抗を算出する抵抗算出部２４を含んでいてもよい。モータ１０が電気的に独立した複数の巻線を有している場合には、抵抗算出部２４は、各巻線の抵抗を算出することもできる。

また、図１に示されるように、モータ制御装置２０には出力部２５、例えばモニタ、プリンタ等が接続されている。モータ制御装置２０の判断部２３によって判断された結果は、出力部２５に適宜出力され、操作者に注意を促すことができる。また、出力部２５が音声を出力してもよく、判断部２３が端子台１２のネジ１３ａが緩んでいると判断した場合には、出力部２５から警報を発令することも可能である。

図２は本発明の第一の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。図２に示される動作、および後述する他の実施形態の動作は所定の制御周期毎に行われるものとする。なお、第一〜第四の実施形態において使用されるモータ１０は単一または複数の巻線を有しており、三つの相を形成するものとする。

はじめに、図２のステップＳ１０１において、電圧指令部２１がモータ１０の各相に同一の電圧Ｖを印加する。次いで、ステップＳ１０２において、電流読取部２２が各相の電流値を読取る。モータ１０が三つの相を含む場合には、三つの電流値Ｉ１〜Ｉ３を読取るものとする。

次いで、ステップＳ１０３においては、判断部２３が、各相の電流値の差が第一閾値以上であるか否かを判定する。第一閾値および後述する他の閾値は実験等により予め求められた値であり、モータ制御装置２０の判断部２３に記憶されているものとする。ステップＳ１０３においては、電流値の三つの差ΔＩ１（＝｜Ｉ１−Ｉ２｜）、ΔＩ２（＝｜Ｉ２−Ｉ３｜）、ΔＩ３（＝｜Ｉ３−Ｉ１｜）が算出され、それぞれの差ΔＩ１、ΔＩ２、ΔＩ３が第一閾値と比較される。

そして、三つの差ΔＩ１、ΔＩ２、ΔＩ３のうちの少なくとも一つが第一閾値以上である場合には、ステップＳ１０４において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、三つの差ΔＩ１、ΔＩ２、ΔＩ３のうちの少なくとも一つが第一閾値以上でない場合には、ステップＳ１０５に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電流の監視を継続するものとする。

図３は本発明の第二の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。図３のステップＳ１１１においては、電流読取部２２がモータ１０の各相の電流値Ｉ１〜Ｉ３を読取る。次いで、ステップＳ１１２においては、モータ１０の各相の電流値Ｉ１〜Ｉ３が互いに同一になるように電圧指令部２１がモータ１０の各相に電圧Ｖ１〜Ｖ３を印加する。ステップＳ１１１およびステップＳ１１２は、電流値Ｉ１〜Ｉ３が互いに同一になるまで繰返されるものとする。

次いで、ステップＳ１１３においては、判断部２３が、各相の電圧の差が第二閾値以上であるか否かを判定する。具体的には、電圧の三つの差ΔＶ１（＝｜Ｖ１−Ｖ２｜）、ΔＶ２（＝｜Ｖ２−Ｖ３｜）、ΔＶ３（＝｜Ｖ３−Ｖ１｜）が算出され、それぞれの差ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３が第二閾値と比較される。

そして、三つの差ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３のうちの少なくとも一つが第二閾値以上である場合には、ステップＳ１１４において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、三つの差ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３のうちの少なくとも一つが第二閾値以上でない場合には、ステップＳ１１５に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電圧の監視を継続するものとする。

図４は本発明の第三の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。図４のステップＳ１２１においては、電圧指令部２１がモータ１０の各相に電圧Ｖ１〜Ｖ３を印加する。そして、ステップＳ１２２において、電流読取部２２がモータ１０の各相の電流Ｉ１〜Ｉ３を読取る。

次いで、ステップＳ１２３においては、判断部２３の抵抗算出部２４が電圧Ｖ１〜Ｖ３と電流Ｉ１〜Ｉ３とに基づいて、モータ１０の各相の抵抗Ｒ１（＝Ｖ１／Ｉ１）、Ｒ２（＝Ｖ２／Ｉ２）、Ｒ３（＝Ｖ３／Ｉ３）を算出する。

次いで、ステップＳ１２４においては、判断部が、各相の抵抗の差が第三閾値以上であるか否かを判定する。具体的には、抵抗の三つの差ΔＲ１（＝｜Ｒ１−Ｒ２｜）、ΔＲ２（＝｜Ｒ２−Ｒ３｜）、ΔＲ３（＝｜Ｒ３−Ｒ１｜）が算出され、それぞれの差ΔＲ１、ΔＲ２、ΔＲ３が第三閾値と比較される。

そして、三つの差ΔＲ１、ΔＲ２、ΔＲ３のうちの少なくとも一つが第三閾値以上である場合には、ステップＳ１２５において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、三つの差ΔＲ１、ΔＲ２、ΔＲ３のうちの少なくとも一つが第三閾値以上でない場合には、ステップＳ１２６に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電圧、電流の監視を継続するものとする。

図５は本発明の第四の実施形態に基づくモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。図５に示されるステップＳ１３１〜ステップＳ１３３は前述したステップＳ１２１〜ステップＳ１２３と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ１３４においては、判断部２３がモータ１０の各相の抵抗Ｒ１〜Ｒ３が第四閾値以上であるか否かを判定する。そして、三つの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のうちの少なくとも一つが第四閾値以上である場合には、ステップＳ１３５において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、三つの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のうちの少なくとも一つが第四閾値以上でない場合には、ステップＳ１３６に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電圧、電流の監視を継続するものとする。

このように、本発明においては、モータ１０が単一の巻線を含んでいる場合であっても、電流読取部２２によって読取られた電流値と電圧指令部２１により指令された電圧とに基づいて、ネジ式端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるか否かを判断できる。このため、端子台１２やモータ１０などのハードウェアに部材を追加する必要がない。従って、値段を高くすることなしにおよび保守を煩雑にすることなしに、端子台１２のネジ１３ａの緩みを検出することができる。

さらに、図６は、本発明の第五の実施形態に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。図６においては、モータ１０が電気的に独立した複数の巻線１５_１〜１５_ｎ（「ｎ」は自然数）を有している。そして、各巻線１５_１〜１５_ｎから延びる動力線１１_１〜１１_ｎのそれぞれに端子台１２_１〜１２_ｎが接続されているものとする。

さらに、モータ制御装置２０は、端子台１２_１〜１２_ｎに応じて複数の電圧指令部２１_１〜２１_ｎおよび複数の電流読取部２２_１〜２２_ｎを含んでいる。図６から分かるように、電流読取部２２_１〜２２_ｎのそれぞれは、対応する動力線１１_１〜１１_ｎに流れる電流Ｉ_１〜Ｉ_ｎを読取る。

図６に示される第五の実施形態において、判断部２３は、ステップＳ１４１において、電流読取部２２_１〜２２_ｎが読取った電流Ｉ_１〜Ｉ_ｎのうち同相の二つの電流の組合せを全て比較して差を算出する。そして、判断部２３は、算出された二つの電流の組合せの差のうちの少なくとも一つの差が第五閾値を越えているか否かを判定する。

そして、少なくとも一つの差が第五閾値以上である場合には、ステップＳ１４２において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、少なくとも一つの差が第五閾値以上でない場合には、ステップＳ１４３に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電圧、電流の監視を継続するものとする。

さらに、図７は本発明の第六の実施形態に基づくモータ制御装置の機能ブロック図である。図７に示される構成は図６に示される構成と概ね同様であるが、判断部２３が、複数の抵抗算出部２４_１〜２４_ｎを含んでいる点で異なるものとする。

図７から分かるように、抵抗算出部２４_１〜２４_ｎは、電圧指令部２１_１〜２１_ｎおよび電流読取部２２_１〜２２_ｎのそれぞれの組合せに接続されている。言い換えれば、これら抵抗算出部２４_１〜２４_ｎは巻線１５_１〜１５_ｎのそれぞれに対応している。これら抵抗算出部２４_１〜２４_ｎのそれぞれは、電流読取部２２_１〜２２_ｎのそれぞれによって読取られる電流値と電圧指令部２１_１〜２１_ｎのそれぞれにより指令された電圧とに基づいて、モータ１０の巻線１５_１〜１５_ｎの抵抗Ｒ_１〜Ｒ_ｎを算出する。

図７に示される第六の実施形態において、判断部２３は、ステップＳ１５１において、抵抗算出部２４_１〜２４_ｎが算出した抵抗Ｒ_１〜Ｒ_ｎのうち同相の二つの抵抗の組合せを全て比較して差を算出する。そして、判断部２３は、算出された二つの抵抗の組合せの差のうちの少なくとも一つの差が第六閾値を越えているか否かを判定する。

そして、少なくとも一つの差が第六閾値以上である場合には、ステップＳ１５２において、判断部２３が、端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるものと判断する。このとき、出力部２５を通じて、判断結果を出力してもよい。なお、少なくとも一つの差が第六閾値以上でない場合には、ステップＳ１５３に進み、異常なしと判断する。この場合には、前述した電圧、電流の監視を継続するものとする。

このように、本発明においては、モータ１０が複数の巻線を含んでいる場合に、電流読取部２２によって読取られた電流値と電圧指令部２１により指令された電圧とに基づいて、ネジ式端子台１２のネジ１３ａが緩んでいるか否かを判断できる。このため、端子台１２やモータ１０などのハードウェアに部材を追加する必要がない。従って、値段を高くすることなしにおよび保守を煩雑にすることなしに、端子台１２のネジ１３ａの緩みを検出することができる。

１０モータ
１１動力線
１２端子台
１３ａ、１３ｂネジ
２０モータ制御装置
２１、２１_１〜２１_ｎ電圧指令部
２２、２２_１〜２２_ｎ電流読取部
２３判断部
２４、２４_１〜２４_ｎ抵抗算出部
２５出力部

Claims

モータと、該モータから延びる動力線と、該動力線が接続されるネジ式端子台とを含んでいて、前記端子台および前記動力線を通じて電流を前記モータに流し、前記モータを駆動するモータ制御装置において、
前記端子台および前記動力線を通じて前記モータに電圧を指令する電圧指令部と、
該電圧指令部によって前記モータに電圧が印加されたときに前記動力線に流れる電流を読取る電流読取部と、
該電流読取部によって読取られた電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記ネジ式端子台のネジが緩んでいるか否かを判断する判断部とを具備することを特徴とするモータ制御装置。
前記電圧指令部が前記モータの各相に同一に電圧を印加するよう指令したときに、前記電流読取部によって読取られた各相の電流値の差が第一閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記電圧指令部が各相に電圧を印加して前記電流読取部より読取られる前記モータの各相の電流値が同一になった後で、前記各相の電圧の差が第二閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記判断部が、前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記モータの各相の抵抗を算出する抵抗算出部を含んでおり、
前記抵抗算出部により算出された各相の抵抗の差が第三閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記判断部が、前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて、前記モータの各相の抵抗を算出する抵抗算出部を含んでおり、
前記抵抗算出部により算出された各相の抵抗が所定の第四閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記モータが電気的に独立した複数の巻線を有しており、
前記複数の巻線のうちの少なくとも二つの巻線の電流値または電圧値を互いに比較し、それらの差が第五閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記モータが電気的に独立した複数の巻線を有しており、
前記判断部が前記電流読取部によって読取られる電流値と前記電圧指令部により指令された電圧とに基づいて各巻線の抵抗を算出する抵抗算出部を有しており、前記複数の巻線のうちの少なくとも二つの巻線の抵抗を互いに比較し、それらの差が第六閾値を超える場合には、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
さらに、前記判断部が前記端子台のネジが緩んでいると判断した場合に、前記判断部の判断内容を外部に出力する出力部をさらに含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。