JP6316777B2 - ヒートシンクの放熱性能の異常を検知するモータ駆動装置、および検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートシンクの放熱性能の異常を検知するモータ駆動装置、および検知方法に関する。

パワー素子等の発熱素子を備える電子機器を冷却するために、該電子機器に、ヒートシンクと、該ヒートシンクにて気流を発生させるファンが取り付けられる。このような電子機器において、該電子機器の温度からヒートシンクの熱抵抗を算出し、算出した熱抵抗に基づいて、ヒートシンクの性能異常を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１３０２２３号公報

工作機械等に内蔵されるモータを駆動するモータ駆動装置は、該モータへ供給する電力を、短時間で大きく変動させるように制御する場合がある。この場合、モータ駆動装置の温度は、短時間に大きく変動することになる。

一方、上述した従来技術において熱抵抗を高精度に算出するためには、電子機器の温度が定常状態となったときに、温度を検出する必要がある。このため、従来の手法では、温度が短時間に大きく変動するモータ駆動装置においてヒートシンクの性能異常を正確に検知することが困難となっていた。

本発明の一態様において、モータ駆動装置は、発熱素子と、発熱素子を冷却するヒートシンクと、発熱素子の消費電力を検出する電力検出部と、モータ駆動装置の温度を検出する温度検出部と、温度検出部が検出した温度に基づいて、予め定められた時間における温度の変化量を検出変化量として算出する温度変化算出部とを備える。

また、モータ駆動装置は、温度検出部が検出した温度と、電力検出部が検出した消費電力とに基づいて、温度の基準変化量を決定する基準決定部と、基準決定部によって決定された基準変化量と、温度変化算出部によって算出された検出変化量とを比較して、該検出変化量が該基準変化量と異なっているか否かを判別する温度変化判別部とを備える。

温度変化判別部は、検出変化量が、基準変化量を含むように予め定められた許容範囲外であった場合に、該検出変化量が基準変化量と異なっていると判別してもよい。温度変化判別部は、消費電力がゼロとなって検出変化量が負の値になっているときに、該検出変化量が基準変化量と異なっているか否かを判別してもよい。

モータ駆動装置は、ヒートシンクにおいて気流を発生させるファンと、ファンの回転数を検出する回転数検出部と、温度変化判別部によって検出変化量が基準変化量と異なっていると判別された場合に、回転数検出部によって検出された回転数が、予め定められたファンの基準回転数と異なっているか否かを判別する回転数判別部とをさらに備えてもよい。

モータ駆動装置は、異常信号生成部をさらに備えてもよい。異常信号生成部は、温度変化判別部によって検出変化量が基準変化量と異なっていると判別された場合に、ヒートシンクの性能に異常があることを表す信号を生成してもよい。

異常信号生成部は、温度変化判別部によって検出変化量が基準変化量と異なっていると判別され、且つ、回転数判別部によって回転数が基準回転数と異なっていないと判別された場合に、ヒートシンクの性能に異常があることを表す信号を生成してもよい。

異常信号生成部は、温度変化判別部によって検出変化量が基準変化量と異なっていると判別され、且つ、回転数判別部によって回転数が基準回転数と異なっていると判別された場合に、ファンの動作に異常があることを表す信号を生成してもよい。

モータ駆動装置は、モータ駆動装置の温度変化が定常状態となっているか否かを判別する定常状態判別部をさらに備えてもよい。温度変化算出部は、定常状態判別部によってモータ駆動装置の温度変化が定常状態になっていないと判別された場合に、検出変化量を算出してもよい。

定常状態判別部は、消費電力が予め定められた期間一定であった場合に、モータ駆動装置の温度変化が定常状態になっていることを判別してもよい。

モータ駆動装置は、定常状態判別部によってモータ駆動装置の温度変化が定常状態となっていると判別された場合に、温度検出部によって検出された温度と消費電力とに基づいて、モータ駆動装置の熱抵抗を算出する熱抵抗算出部を備えてもよい。

モータ駆動装置は、熱抵抗算出部によって算出された熱抵抗が、予め定められた基準熱抵抗と異なっているか否かを判別する熱抵抗判別部をさらに備えてもよい。

本発明の他の態様において、モータ駆動装置に設けられたヒートシンクの放熱性能の異常を検知する方法は、モータ駆動装置に設けられた発熱素子の消費電力を検出することと、モータ駆動装置の温度を検出することと、検出された温度に基づいて、予め定められた時間における温度の変化量を検出変化量として算出することとを備える。

また、この方法は、検出された消費電力と、検出された温度とに基づいて、温度の基準変化量を決定することと、決定された基準変化量と、算出された検出変化量と、を比較して、該検出変化量が該基準変化量と異なっているか否かを判別することとを備える。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の斜視図である。 図１に示すモータ駆動装置に設けられたヒートシンク組立体の図である。 図２に示すヒートシンク組立体を図２中の矢印ＩＩＩから見た図である。 図１に示すモータ駆動装置のブロック図である。 モータ駆動装置の温度と時間との関係、および、発熱素子の消費電力と時間との関係を表すグラフであって、温度が定常状態となっている場合を表す。 モータ駆動装置の温度と時間との関係、および、発熱素子の消費電力と時間との関係を表すグラフであって、温度が短時間で変化している場合を表す。 図４に示すモータ駆動装置の動作フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。 図８に示すモータ駆動装置の動作フローの一例を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。 図１０に示すモータ駆動装置の動作フローの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置１０について説明する。モータ駆動装置１０は、工作機械等に内蔵された主モータ（図示せず）を駆動するために、該主モータへ電力を供給する。

モータ駆動装置１０は、筐体１２、制御部１４、ヒートシンク組立体１６、発熱素子２４、および温度検出部２６を備える。筐体１２は、例えば樹脂から作製された箱型部材であって、内部空間を画定している。

制御部１４は、例えばＣＰＵを含み、筐体１２の内部空間に実装される。制御部１４は、モータ駆動装置１０の各構成要素を直接的または間接的に制御する。

ヒートシンク組立体１６は、筐体１２に隣接して設置されている。図２および図３に示すように、ヒートシンク組立体１６は、ヒートシンク２０およびファン２２を有する。

ヒートシンク２０は、図２および図３中の直交座標系のｚ軸方向を長手方向とする直方体部材であって、ｚ軸方向の第１端部２０ａ、および該第１端部２０ａとは反対側の第２端部２０ｂを有する。

ヒートシンク２０は、複数の放熱フィン２８を有する。放熱フィン２８の各々は、予め定められたｚ軸方向の長さ、ｙ軸方向の厚さ、およびｘ軸方向の幅を有する板部材であって、第１端部２０ａと第２端部２０ｂとの間で延在する。放熱フィン２８は、ｙ軸方向に略等間隔で整列するように、配置されている。

ｙ軸方向に互いに隣り合う２つの放熱フィン２８の間には、流路３０が画定されている。流路３０の各々は、第１端部２０ａと第２端部２０ｂとの間でｚ軸方向へ延在し、第１端部２０ａおよび第２端部２０ｂの各々にて、外部へ開口する。

ファン２２は、ヒートシンク２０の第１端部２０ａに取り付けられている。ファン２２は、複数の羽根を含む回転体（図示せず）と、該回転体を回転させるファンモータ（図示せず）とを有する。ファンモータは、制御部１４からの指令に応じて、ファン２２の回転体を回転駆動する。

ファン２２の回転体が回転駆動されると、流路３０内において、例えば図２中のｚ軸プラス方向へ向かう気流が発生する。この場合、流路３０の第２端部２０ｂ側の開口から外気が流入し、流路３０内をｚ軸プラス方向へ流れて、流路３０の第１端部２０ａ側の開口から流出する。このように流路３０内を流動する気体によって、ヒートシンク２０が冷却され、これによりモータ駆動装置１０が冷却される。

本実施形態においては、発熱素子２４および温度検出部２６は、ヒートシンク２０の外面２０ｃの上に設置されている。発熱素子２４は、パワー素子等を含み、制御部１４からの指令に応じて、電力を生成する。制御部１４は、発熱素子２４によって生成した電力を、工作機械等の主モータへ供給し、該主モータを駆動する。

温度検出部２６は、温度センサを含み、制御部１４からの指令に応じて、該温度検出部２６が設置されている位置の温度を検出し、検出した温度に係るデータを制御部１４へ送信する。

図４に示すように、モータ駆動装置１０は、電力検出部３２、記憶部３４、計時部３６、および警報出力部３８をさらに備える。

電力検出部３２は、発熱素子２４の消費電力を検出し、検出した消費電力に係るデータを、制御部１４へ送信する。一例として、電力検出部３２は、発熱素子２４のうちの１つの消費電力を検出するように、設置される。また、他の例として、電力検出部３２は、複数の発熱素子２４からなる電力増幅器（図示せず）全体としての消費電力を検出するように、設置されてもよい。

記憶部３４は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等のような、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のような、高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリによって構成される。

記憶部３４は、制御部１４に通信可能に接続され、制御部１４が温度検出部２６および電力検出部３２から受信したデータや、後述する基準変化量を記憶する。記憶部３４は、制御部１４に内蔵されてもよいし、または、制御部１４の外部に設置され、制御部１４とネットワークを介して通信可能に接続された外部機器（例えばサーバ）に内蔵されてもよい。

計時部３６は、制御部１４からの指令に応じて、予め定められた時点からの経過時間を計時する。警報出力部３８は、例えばスピーカまたは表示部を有し、制御部１４からの指令に応じて、音波または画像を出力する。計時部３６は、制御部１４に内蔵されてもよいし、または、制御部１４の外部に設置され、該制御部と通信可能に接続された外部機器に内蔵されてもよい。

モータ駆動装置１０の冷却のためにファン２２を動作させ、流路３０内で気体を流動させるにつれて、外部から流路３０内に塵埃等の異物が入り込んで蓄積し、流路３０を閉塞してしまう場合がある。

この場合、流路３０内の気流が妨げられ、流路３０内の気流が異常に減少する。その結果、ヒートシンク２０の放熱性能が低下し、モータ駆動装置１０がオーバーヒートを引き起きしてしまう場合がある。

本実施形態に係るモータ駆動装置１０は、温度検出部２６によって検出された温度の時間に対する変化量に基づいて、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生しているか否かを検知する。

以下、図５および図６を参照して、モータ駆動装置１０にてヒートシンク２０の放熱性能の異常を検知する方法の概念について説明する。図５および図６の上側のグラフは、温度検出部２６によって検出された温度Ｔと時間ｔとの関係を示しており、図５および図６の下側のグラフは、電力検出部３２によって検出された電力Ｐと時間ｔとの関係を示している。

なお、図５中の実線４２、および図６中の実線４６は、ヒートシンク２０の流路３０内に異物が蓄積しておらず、ヒートシンク２０の放熱性能が正常である場合（以下、正常品とする）の特性を示している。

一方、図５中の一点鎖線４０、および図６中の一点鎖線４４は、ヒートシンク２０の流路３０内に異物が蓄積して流路３０内の気流が妨げられ、ヒートシンク２０の放熱性能が低下している場合（以下、異常品とする）の特性を示している。

図５に示すように、時点ｔ_１から一定の電力Ｐ_ｍａｘが発熱素子２４に加えられている場合、温度Ｔは、時点ｔ_１から急速に上昇した後、徐々に定常状態（すなわち、飽和状態）へ移行する。

温度Ｔが定常状態となったとき、正常品（実線４２）の特性の時間に対する温度変化量（すなわち、傾き）と、異常品（一点鎖線４０）の特性の時間に対する温度変化量との間には、顕著な差が見られなくなる。このような定常状態においては、温度Ｔおよび電力Ｐに基づいて、モータ駆動装置１０（例えばヒートシンク２０）の熱抵抗を正確に検出することができる。

一方、図６に示すように、発熱素子２４に負荷される電力Ｐが短時間で変化する場合（例えば、モータ駆動装置１０が高周波電力を主モータへ供給する場合）、温度Ｔも、消費電力Ｐに追随して短時間で変化することになり、定常状態となることがない。このような場合は、モータ駆動装置１０の熱抵抗を正確に算出することができない。

上述したように、モータ駆動装置１０においては、消費電力が短時間で変化するので、温度Ｔは、図６の上側のグラフに示すように、短時間で大きく変化することになる。

ここで、図６の上側のグラフを参照すると、温度上昇時においては、異常品（すなわち一点鎖線４４）の時間に対する温度上昇の度合のほうが、正常品（すなわち実線４６）の時間に対する温度上昇の度合よりも、大きくなっている。

その一方で、温度低下時においては、異常品（すなわち一点鎖線４４）の時間に対する温度低下の度合のほうが、正常品（すなわち実線４６）の時間に対する温度低下の度合よりも、小さくなっている。換言すれば、温度上昇時および温度低下時における異常品の特性の傾き（時間微分係数）は、正常品の特性と顕著に異なっている。

そこで、本実施形態に係るモータ駆動装置１０は、正常品の時間に対する温度変化量（基準変化量）と、温度検出部２６によって検出された温度の時間に対する変化量（検出変化量）とを比較することによって、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生しているか否かを検知する。

次に、図７を参照して、モータ駆動装置１０の動作について説明する。図７に示すフローは、制御部１４が、例えば使用者または上位コントローラ（例えば、工作機械コントローラ）から、工作機械等に内蔵された主モータを駆動するモータ駆動指令を受け付けたときに、開始する。

ステップＳ１において、制御部１４は、経過時間の計時を開始する。具体的には、制御部１４は、計時部３６に計時開始指令を送信する。計時部３６は、制御部１４から計時開始指令を受信した時点から、経過時間を計時する。

後述するように、本実施例に係るフローにおいては、制御部１４は、ステップＳ６またはＳ８にてＹＥＳと判別するまで、ステップＳ２〜Ｓ７を周期τ（例えば１秒）でループする。以下、制御部１４が第ｎ回目のループを実行している場合の動作について説明する。

ステップＳ２において、制御部１４は、モータ駆動装置１０の温度Ｔ_ｎを検出する。具体的には、制御部１４は、温度検出部２６に指令を送り、該温度検出部２６が設置されている位置の温度を検出する。制御部１４は、温度検出部２６から取得した温度に係るデータを、記憶部３４へ記憶する。

ステップＳ３において、制御部１４は、発熱素子２４の消費電力Ｐ_ｎを検出する。具体的には、制御部１４は、電力検出部３２に指令を送り、発熱素子２４の消費電力を検出する。制御部１４は、電力検出部３２から取得した消費電力に係るデータを、記憶部３４へ記憶する。

ステップＳ４において、制御部１４は、時間τ（周期τ）における温度の変化量に相当する検出変化量を算出する。一例として、制御部１４は、第ｎ回目のステップＳ２にて取得された温度Ｔ_ｎと、第ｎ−１回目のステップＳ２（すなわち、時間τだけ前）にて取得された温度Ｔ_ｎ−１との差ΔＴ_ｎ＝Ｔ_ｎ−Ｔ_ｎ−１を、検出変化量ΔＴ_ｎとして算出する。

また、他の例として、制御部１４は、上述の差ΔＴ_ｎを、時間τで除算した傾きδＴ_ｎ／δｔ＝ΔＴ_ｎ／τを、検出変化量δＴ_ｎ／δｔとして算出する。このように、本実施形態においては、制御部１４は、検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）を算出する温度変化算出部４８（図４）としての機能を有する。

ステップＳ５において、制御部１４は、ステップＳ２にて取得した温度Ｔ_ｎと、ステップＳ３にて取得した消費電力Ｐ_ｎとに基づいて、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆを決定する。

ここで、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆは、図６の正常品（実線４６）の特性の、時間に対する温度変化の度合に相当するパラメータである。

例えば、ステップＳ４にて検出変化量として差ΔＴ_ｎ （＝Ｔ _ｎ −Ｔ _ｎ−１ ）を算出する場合、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆは、図６の正常品の特性の、時間τにおける温度変化量に相当するパラメータとして設定される。また、ステップＳ４にて検出変化量として傾きδＴ _ｎ ／δｔ（＝ΔＴ _ｎ ／τ）を算出する場合、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆは、図６の正常品の特性の傾き（時間微分係数）に相当するパラメータとして設定される。

一例として、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆは、温度Ｔおよび消費電力Ｐに関連付けられて、記憶部３４に予め記憶される。この場合、制御部１４は、ステップＳ５において、ステップＳ２にて取得した温度Ｔ_ｎと、ステップＳ３にて取得した消費電力Ｐ_ｎとに対応する基準変化量を記憶部３４から読み出し、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆとして決定する。

また、他の例として、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆは、温度Ｔおよび消費電力Ｐの関数として規定される。この場合、制御部１４は、ステップＳ５において、ステップＳ２にて取得した温度Ｔ_ｎと、ステップＳ３にて取得した消費電力Ｐ_ｎとから、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆを算出する。

このように、本実施形態においては、制御部１４は、温度検出部２６によって検出された温度Ｔ_ｎと、電力検出部３２によって検出された消費電力Ｐ_ｎとに基づいて、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆを決定する基準決定部５０（図４）としての機能を有する。

ステップＳ６において、制御部１４は、ステップＳ４にて算出した検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）と、ステップＳ５にて決定した基準変化量ΔＴ_ｒｅｆとを比較して、該検出変化量が該基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっているか否かを判別する。

一例として、制御部１４は、検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）と基準変化量ΔＴ_ｒｅｆとの差δ_１（＝｜ΔＴ_ｎ−ΔＴ_ｒｅｆ｜、｜δＴ_ｎ／δｔ−ΔＴ_ｒｅｆ｜）を算出し、該差δ_１が予め定められた閾値α_１を超えるか否かを判別する。

制御部１４は、差δ_１が閾値α_１を超えた場合（δ_１＞α_１）、検出変化量ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔが基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっている（すなわちＹＥＳ）と判別し、ステップＳ１０へ進む。一方、制御部１４は、差δ_１が閾値α_１を超えていない場合（δ_１≦α_１）、検出変化量が基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっていない（すなわちＮＯ）と判別し、ステップＳ７へ進む。

また、他の例として、制御部１４は、検出変化量ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔが、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆを含むように予め定められた許容範囲（例えば、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆの±５％以内の範囲）にあるか否かを判別する。

制御部１４は、検出変化量ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔが許容範囲外であった場合、該検出変化量が基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっている（すなわちＹＥＳ）と判別し、ステップＳ１０へ進む。

一方、制御部１４は、検出変化量ΔＴ _ｎ 、δＴ _ｎ ／δｔが許容範囲内であった場合、検出変化量が基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっていない（すなわちＮＯ）と判別し、ステップＳ７へ進む。

このように、本実施形態においては、制御部１４は、基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）とを比較して、該検出変化量が該基準変化量と異なっているか否かを判別する温度変化判別部５２（図４）としての機能を有する。

ステップＳ７において、制御部１４は、計時部３６によって計時されている経過時間がτ×ｎ（τ：周期、ｎ：ループの回数）に到達したか否かを判別する。制御部１４は、経過時間がτ×ｎに到達した（すなわちＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ２へ戻る。一方、制御部１４は、経過時間がτ×ｎに到達していない（すなわちＮＯ）と判別した場合、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、制御部１４は、使用者または上位コントローラから、モータ駆動装置１０の動作を停止する停止指令を受け付けたか否かを判別する。制御部１４は、停止指令を受け付けた（すなわちＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ９へ進む。一方、制御部１４は、停止指令を受け付けていない（すなわちＮＯ）と判別した場合、ステップＳ７へ戻る。

ステップＳ６にてＹＥＳと判別された場合、ステップＳ１０において、制御部１４は、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生していることを表す異常報知信号を生成する。一例として、制御部１４は、使用者に対して発する警告音の音声信号の形態で、異常報知信号を生成する。

また、他の例として、制御部１４は、使用者が視認可能な警告画像の画像信号の形態で、異常報知信号を生成する。このように、本実施形態においては、制御部１４は、ヒートシンク２０の性能に異常があることを表す信号を生成する異常信号生成部５３（図４）としての機能を有する。

ステップＳ１１において、制御部１４は、警報出力部３８を介して、使用者に、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生している旨を報知する。一例として、ステップＳ１０にて警告音の音声信号を生成した場合、制御部１４は、該音声信号を警報出力部３８に送信する。この場合、警報出力部３８は、スピーカを有し、受信した音声信号を警告音として出力する。

また、他の例として、ステップＳ１０にて警告画像の画像信号を生成した場合、制御部１４は、該画像信号を警報出力部３８に送信する。この場合、警報出力部３８は、表示部を有し、受信した画像信号に応じた警告画像を、表示部に表示する。

ステップＳ９において、制御部１４は、モータ駆動装置１０の動作を停止する。具体的には、制御部１４は、発熱素子２４への電力供給を停止し、これにより、主モータへの電力供給を停止する。

このように、本実施例に係るフローにおいては、制御部１４は、ステップＳ６またはＳ８にてＹＥＳと判別されるまで、ステップＳ２〜Ｓ７を周期τでループし、予め定められた時間τ毎に、該時間τに対する検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）を算出する。

そして、制御部１４は、検出変化量が基準変化量ΔＴ_ｒｅｆと異なっているか否かを、常時監視する。この構成によれば、モータ駆動装置１０の温度Ｔが、図６に示すように短時間で変化するような場合においても、ヒートシンク２０の放熱性能の異常を検知することができる。

また、本実施形態においては、ヒートシンク２０の放熱性能の異常が検知された場合、警報出力部３８を介して、その旨を使用者に自動的に報知する。したがって、使用者は、例えば流路３０内の異物を除去するメンテナンスを行う必要があることを、自動的且つ確実に認知することができる。

なお、制御部１４は、モータ駆動装置１０の温度Ｔが上昇している局面、および温度Ｔが低下している局面のいずれか一方においてのみ、ステップＳ６を実行してもよい。この構成について以下に説明する。

図６の上側のグラフから明らかなように、正常品の温度−時間特性の傾きと、異常品の温度−時間特性の傾きとの差は、温度が上昇しているとき、または、温度が低下しているときに、顕著となっている。

したがって、制御部１４は、温度Ｔの上昇または低下を検知したときに、ステップＳ６を実行すれば、ステップＳ６において検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）の異常を、より確実に検出することができる。
一例として、制御部１４は、ステップＳ３にて検出された消費電力Ｐがゼロとなった場合に、ステップＳ６を実行する。この場合、温度検出部２６によって検出される温度Ｔは低下していくことになるので、ステップＳ４にて算出される検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）は、負の値となる。

そして、仮にヒートシンク２０の放熱性能に異常がある場合は、ステップＳ４にて算出される検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）と、ステップＳ５にて決定される基準変化量ΔＴ_ｒｅｆとの差が、顕著となる。このため、ステップＳ６において、検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）の異常を、より確実に検出することができる。

次に、図８を参照して、本発明の他の実施形態に係るモータ駆動装置６０について説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、既に述べた実施形態度と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

モータ駆動装置６０は、筐体１２（図１）、制御部６２、ヒートシンク組立体１６（図２、図３）、発熱素子２４、温度検出部２６、電力検出部３２、記憶部３４、計時部３６、警報出力部３８、および回転数検出部６４を備える。ヒートシンク組立体１６は、ヒートシンク２０およびファン２２を有する。

回転数検出部６４は、例えばエンコーダ等から構成され、ファン２２の回転体の回転数を検出する。回転数検出部６４は、ファン２２の回転数に係るデータを、制御部６２へ送信する。

次に、図９を参照して、モータ駆動装置６０の動作について説明する。なお、図９に示すフローにおいて、図７に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

ステップＳ６にてＹＥＳと判別された場合、ステップＳ２１において、制御部６２は、ファン２２の回転数を検出する。具体的には、制御部６２は、回転数検出部６４に指令を送り、ファン２２の回転数Ｒ_ｎを検出する。制御部６２は、回転数検出部６４から受信したファン２２の回転数Ｒ_ｎに係るデータを、記憶部３４へ記憶する。

ステップＳ２２において、制御部６２は、ステップＳ２１にて取得した回転数Ｒ_ｎが、予め定められた基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっているか否かを判別する。例えば、この基準回転数Ｒ_ｒｅｆは、モータ駆動装置６０が工作機械等の主モータへ電力を供給するときにファン２２を通常動作させるための所要値として、予め定められる。記憶部３４は、基準回転数Ｒ_ｒｅｆを予め記憶する。

一例として、制御部６２は、ステップＳ２１にて取得した回転数Ｒ_ｎと、記憶部３４に記憶された基準回転数Ｒ_ｒｅｆとの差δ_２＝｜Ｒ_ｎ−Ｒ_ｒｅｆ｜を算出する。そして、該差δ_２が、予め定められた閾値α_２を超えたか否かを判別する。制御部６２は、差δ_２が閾値α_２を超えた（δ_２＞α_２）場合、回転数Ｒ_ｎが基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっているものと判別する。

また、他の例として、制御部６２は、ステップＳ２１にて取得した回転数Ｒ_ｎが、予め定められた許容範囲（例えば、基準回転数Ｒ_ｒｅｆの±５％）にあるか否かを判別する。制御部６２は、回転数Ｒ_ｎが許容範囲外であった場合、回転数Ｒ_ｎが基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっているものと判別する。

このように、本実施形態においては、制御部６２は、ファン２２の回転数Ｒ_ｎが基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっているか否かを判別する回転数判別部６６（図８）としての機能を有する。

制御部６２は、回転数Ｒ_ｎが基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっている（すなわちＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ２４へ進む。一方、回転数Ｒ_ｎが基準回転数Ｒ_ｒｅｆと異なっていない（すなわちＮＯ）と判別した場合、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３において、制御部６２は、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生していることを表す第１の異常報知信号を生成する。一方、ステップＳ２４においては、制御部６２は、ファン２２の動作に異常が発生していることを表す第２の異常報知信号を生成する。

ステップＳ２５において、制御部６２は、ステップＳ２３にて生成した第１の異常報知信号、またはステップＳ２４にて生成した第２の異常報知信号を警報出力部３８に送信する。

制御部６２から第１の異常報知信号を受信した場合、警報出力部３８は、ヒートシンク２０の放熱性能に異常が発生していることを示す警告音または警告画像を、使用者に出力する。一方、制御部６２から第２の異常報知信号を受信した場合、警報出力部３８は、ファン２２の動作に異常が発生していることを示す警告音または警告画像を、使用者に出力する。

本実施形態によれば、ステップＳ６にて検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）に異常があることを検知した場合に、該検出変化量の異常が、ヒートシンク２０に起因しているのか、または、ファン２２に起因しているのかを、判別することができる。これにより、使用者は、ヒートシンク２０の放熱性能の異常の原因を高精度に把握することができる。

次に、図１０を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係るモータ駆動装置７０について説明する。モータ駆動装置７０は、筐体１２（図１）、制御部７２、ヒートシンク組立体１６（図２、図３）、発熱素子２４、温度検出部２６、電力検出部３２、記憶部３４、計時部３６、および警報出力部３８を備える。ヒートシンク組立体１６は、ヒートシンク２０およびファン２２を有する。

次に、図１１を参照して、モータ駆動装置７０の動作について説明する。なお、図１１に示すフローにおいて、図７に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

図５を用いて説明したように、発熱素子２４に一定の電力Ｐが負荷され続けた場合、温度Ｔは徐々に定常状態（すなわち、飽和状態）へ移行する。温度Ｔが定常状態となった場合、正常品（実線４２）の特性の傾きと、異常品（一点鎖線４０）の特性の傾きとの間には、顕著な差が見られなくなる。

したがって、このような定常状態においては、仮に異常品であったとしても、検出変化量（ΔＴ_ｎ、δＴ_ｎ／δｔ）と基準変化量ΔＴ_ｒｅｆとの間の差が小さくなってしまうので、ステップＳ６にて検出変化量の異常を検出することが困難となる。

そこで、本実施形態においては、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態となっているか否かを判別し、温度変化が定常状態であった場合は、モータ駆動装置７０の熱抵抗に基づいて、ヒートシンクの異常を検知する。

具体的には、ステップＳ３１において、制御部７２は、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態となっているか否かを判別する。一例として、制御部７２は、ステップＳ３にて取得した消費電力Ｐが、予め定められた期間に亘って略一定であった場合に、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっていると判別する。

具体的には、制御部７２は、ステップＳ７をｍ回繰り返す間（すなわち、期間τ×ｍ）にステップＳ３にて取得した消費電力Ｐ_ｎ−ｍ〜Ｐ_ｎの変動が、予め定められた範囲（例えば、±５％以内）に収まる場合、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっていると判別する。

また、他の例として、制御部７２は、ステップＳ２にて取得した温度Ｔが、予め定められた期間に亘って略一定であった場合に、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっていると判別してもよい。

具体的には、制御部７２は、ステップＳ７をｍ回繰り返す間（すなわち、期間τ×ｍ）にステップＳ２にて取得した温度Ｔ_ｎ−ｍ〜Ｔ_ｎの変動が、予め定められた範囲（例えば、±５％以内）に収まる場合、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっていると判別する。

このように、本実施形態においては、制御部７２は、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっているか否かを判別する定常状態判別部７４（図１０）としての機能を有する。

制御部７２は、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態となっている（すなわちＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ３２へ進む。一方、制御部７２は、モータ駆動装置７０の温度変化が定常状態になっていない（すなわちＮＯ）と判別した場合、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ３２において、制御部７２は、モータ駆動装置７０の熱抵抗を算出する。具体的には、制御部７２は、第ｎ回目のステップＳ２にて取得した温度Ｔ_ｎと、レファレンス温度Ｔ_０と、第ｎ回目のステップＳ３にて取得した消費電力Ｐ_ｎとを、以下の式１に代入することによって、モータ駆動装置７０の熱抵抗Ｚ_ｎを算出する。
Ｚ_ｎ＝（Ｔ_ｎ−Ｔ_０）／Ｐ_ｎ・・・（式１）

なお、レファレンス温度Ｔ_０は、発熱素子２４に電力が加えられる前に温度検出部２６によって計測された温度であってもよい。または、レファレンス温度Ｔ_０は、モータ駆動装置１０の周囲の大気温度であってもよい。この場合において、大気温度を測定するための他の温度検出部が設けられてもよい。

このように、本実施形態においては、制御部７２は、モータ駆動装置７０の熱抵抗を算出する熱抵抗算出部７６（図１０）としての機能を有する。

ステップＳ３３において、制御部７２は、ステップＳ３２にて算出した熱抵抗Ｚ_ｎが、予め定められた基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆと異なっているか否かを判別する。この基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆは、モータ駆動装置７０の温度Ｔと発熱素子２４の消費電力Ｐとに応じて予め定められ、記憶部３４に記憶される。基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆは、理論的、実験的、またはシミュレーション的手法によって求められ得る。

一例として、制御部７２は、ステップＳ３２にて算出した熱抵抗Ｚ_ｎと基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆとの差δ_３＝｜Ｚ_ｎ−Ｚ_ｒｅｆ｜を算出する。そして、該差δ_３が、予め定められた閾値α_３を超えたか否かを判別する。制御部６２は、差δ_３が閾値α_３を超えた（δ_３＞α_３）場合、熱抵抗Ｚ_ｎが基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆと異なっているものと判別する。

また、他の例として、制御部７２は、ステップＳ３２にて算出した熱抵抗Ｚ_ｎが、予め定められた許容範囲（例えば、基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆの±５％）にあるか否かを判別する。制御部７２は、熱抵抗Ｚ_ｎが許容範囲外であった場合、熱抵抗Ｚ_ｎが基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆと異なっているものと判別する。

このように、本実施形態においては、制御部７２は、ステップＳ３２にて算出した熱抵抗Ｚ_ｎが基準熱抵抗と異なっているか否かを判別する熱抵抗判別部７８（図１０）としての機能を有する。

制御部７２は、熱抵抗Ｚ_ｎが基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆと異なっている（すなわちＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ１０へ進む。一方、制御部７２は、熱抵抗Ｚ_ｎが基準熱抵抗Ｚ_ｒｅｆと異なっていない（すなわちＮＯ）と判別した場合、ステップＳ７へ進む。

本実施形態によれば、モータ駆動装置７０の温度が短時間で変化するような場合、および、モータ駆動装置７０の温度が定常状態となっている場合の双方において、ヒートシンク２０の放熱性能の異常を検知することができる。これにより、モータ駆動装置７０を様々な運転モードで稼働させたとしても、ヒートシンク２０の放熱性能の異常を確実に検知することができる。

なお、ヒートシンク２０の形状は、如何なる形状であってもよい。例えば、ヒートシンクは、多角形、円形の外形を有するように、構成されてもよい。

また、発熱素子２４は、例えば伝熱材料からなる他の部材を介して、ヒートシンク２０に間接的に取り付けられてもよい。または、発熱素子２４は、ヒートシンク２０以外の、モータ駆動装置１０，６０，７０を構成する如何なる要素に取り付けられてもよい。

また、ファン２２は、省略されてもよい。この場合、ヒートシンク２０は、自然空冷によってモータ駆動装置を冷却することになる。この場合においても、例えばヒートシンク２０の表面に異物が付着することによって、ヒートシンク２０の放熱性能が低下する虞がある。本発明によれば、このようなヒートシンク２０の異常も検知することができる。

また、制御部１４、６２、７２は、ステップＳ６にてＹＥＳと判別した場合に、ステップＳ１０およびＳ１１を省略して、ステップＳ９を実行してもよい。また、制御部１４、６２、７２は、ステップＳ６にてＹＥＳと判別した場合に、ステップＳ１０およびＳ１１を実行した後に、ステップＳ９を省略してもよい。

また、上述した種々の実施形態の構成を組み合わせることも可能である。例えば、図７または図１１に示すフローに、図９のステップＳ２１〜Ｓ２４を組み入れて実行することも可能である。

例えば、図１１に示すフローに図９のステップＳ２１〜Ｓ２４を組み入れる場合、図１１のステップＳ６およびＳ３３の後に、図９のステップＳ２１〜Ｓ２４を実行することができる。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」、「次いで」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，６０，７０ モータ駆動装置
１４，６２，７２ 制御部
２０ ヒートシンク
２２ ファン
２４ 発熱素子
２６ 温度検出部
３２ 電力検出部
３８ 警報出力部

Claims (10)

1. モータ駆動装置であって、
   発熱素子と、
   前記発熱素子を冷却するヒートシンクと、
   前記発熱素子の消費電力を検出する電力検出部と、
   前記モータ駆動装置の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した前記温度に基づいて、予め定められた時間における前記温度の変化量を検出変化量として算出する温度変化算出部と、
   前記温度検出部が検出した前記温度と、前記電力検出部が検出した前記消費電力とに基づいて、前記温度の基準変化量を決定する基準決定部と、
   前記基準決定部によって決定された前記基準変化量と、前記温度変化算出部によって算出された前記検出変化量とを比較して、該検出変化量が該基準変化量と異なっているか否かを判別する温度変化判別部と、を備える、モータ駆動装置。
2. 前記温度変化判別部は、前記検出変化量が、前記基準変化量を含むように予め定められた許容範囲外であった場合に、該検出変化量が前記基準変化量と異なっていると判別する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記温度変化判別部は、前記消費電力がゼロとなって前記検出変化量が負の値になっているときに、該検出変化量が前記基準変化量と異なっているか否かを判別する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. ヒートシンクにおいて気流を発生させるファンと、
   前記ファンの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記温度変化判別部によって前記検出変化量が前記基準変化量と異なっていると判別された場合に、前記回転数検出部によって検出された前記回転数が、予め定められた前記ファンの基準回転数と異なっているか否かを判別する回転数判別部と、をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記温度変化判別部によって前記検出変化量が前記基準変化量と異なっていると判別された場合に、前記ヒートシンクの性能に異常があることを表す信号を生成する異常信号生成部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記温度変化判別部によって前記検出変化量が前記基準変化量と異なっていると判別され、且つ、前記回転数判別部によって前記回転数が前記基準回転数と異なっていないと判別された場合には、前記ヒートシンクの性能に異常があることを表す信号を生成し、
   前記温度変化判別部によって前記検出変化量が前記基準変化量と異なっていると判別され、且つ、前記回転数判別部によって前記回転数が前記基準回転数と異なっていると判別された場合には、前記ファンの動作に異常があることを表す信号を生成する、異常信号生成部をさらに備える、請求項４に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータ駆動装置の温度変化が定常状態となっているか否かを判別する定常状態判別部をさらに備え、
   前記温度変化算出部は、前記定常状態判別部によって前記モータ駆動装置の温度変化が定常状態になっていないと判別された場合に、前記検出変化量を算出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記定常状態判別部は、前記消費電力が予め定められた期間一定であった場合に、前記モータ駆動装置の温度変化が定常状態になっていると判別する、請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記定常状態判別部によって前記モータ駆動装置の温度変化が定常状態となっていると判別された場合に、前記温度検出部によって検出された前記温度と前記消費電力とに基づいて、前記モータ駆動装置の熱抵抗を算出する熱抵抗算出部と、
   前記熱抵抗算出部によって算出された前記熱抵抗が、予め定められた基準熱抵抗と異なっているか否かを判別する熱抵抗判別部と、をさらに備える、請求項７または８に記載のモータ駆動装置。
10. モータ駆動装置に設けられたヒートシンクの放熱性能の異常を検知する方法であって、
    モータ駆動装置に設けられた発熱素子の消費電力を検出することと、
    前記モータ駆動装置の温度を検出することと、
    検出された前記温度に基づいて、予め定められた時間における前記温度の変化量を検出変化量として算出することと、
    検出された前記消費電力と、検出された前記温度とに基づいて、前記温度の基準変化量を決定することと、
    決定された前記基準変化量と、算出された前記検出変化量と、を比較して、該検出変化量が該基準変化量と異なっているか否かを判別することと、を備える、方法。

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