JPH0471379A - モータの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 モータの温度を推定してモータを制御するモータの制御
回路に関し、 モータの異常温度上昇を防止し、且つ効率の良い制御を
行わせることを目的とし、 指令信号に従ってモータに電流を供給する電流調整部と
、前記モータの熱容量、熱抵抗等による熱モデルを用い
て、該モータに供給する電流による該モータの温度を推
定し、該温度の推定値によって前記電流調整部を制御し
、前記モータに供給する電流の上限値を設定させる温度
推定部とを備えて構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、モータの温度を推定してモータを制御するモ
ータの制御回路に関するものである。

各種構成の直流モータや交流モータ等のモータは各種の
装置の駆動用として多用されており、装置の小型化の要
望に伴ってモータも小型化する必要がある。又装置の高
速化も要望されており、それに伴って大出力のモータが
必要となる。しかし、大出力のモータは大型となるもの
であるから、小型化の要望と相反することになる。そこ
で、反復定格領域でモータを駆動することにより、小型
のモータでも所望の大出力を得ることができる。しかし
、その場合に、モータの温度上昇を許容範囲内に抑える
ことが必要となる。従って、効率の良い制御が要望され
ることになる。

〔従来の技術〕

一定負荷を連続駆動するモータは、連続定格領域で使用
されるもので、負荷の大きさが予め定まることにより、
それに対応した出力のモータが設けられる。又指令信号
に従ってモータが制御されて、プリンタのキャリッジや
ロボットのアーム等の負荷を駆動する場合、その負荷は
変動することになり、モータは反復定格領域で使用され
るものである。

このような反復定格領域で使用されるモータの場合、モ
ータの温度を許容範囲内とする為に、装置の設計時に、
例えば、最初に負荷の時間パターンを定めておき、次に
この負荷が連続定格領域を何％オーバーするかによって
モータの特性に従った休止期間を定め、この休止期間を
含む時間パターンが負荷の時間パターンを満足するか否
かにより、モータを選択する時間管理による方法が知ら
れている。

又モータ本体に温度センサを取付け、この温度センサの
出力信号を制御回路にフィードバックして、モータの温
度が許容温度を超えると、モータに供給する電力を制限
して、モータの温度上昇を抑制する構成が知られている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

モータの出力は供給する電力に対応するものとなるが、
モータ内部で消費される電力に対応して温度が上昇し、
許容温度を超えて連続駆動すると、焼損することになる
。従って、各種の冷却手段によりモータの温度上昇を抑
制する構成が知られているが、冷却効率を良（する為に
は、モータが大型化することになり、小型化の要望には
対応できないことになる。

又、前述のように、反復定格領域で使用するモータを、
設計時に於いて時間管理により選択する場合は、負荷の
時間パターンが一定の場合のみ有効であるが、時間パタ
ーンが異なる負荷を駆動することができない欠点がある
。又負荷の大きさが変動する場合には、最悪の条件で設
計しなければならないので、モータを有効利用できない
欠点があった。

又モータ本体に温度センサを取付けた場合は、モータの
実際の温度上昇を検出できる利点があるが、温度センサ
の出力信号にノイズが混入し易いものであるから、この
温度センサの近傍に増幅器を設ける必要があり、モータ
の周辺に余分なスペースを必要とすることになる。従っ
て、ロボットのアーム駆動用等の余分なスペースを得る
ことが困難な装置には適用できないことになる。

本発明は、モータの異常温度上昇を防止し、且つ効率の
良い制御を行わせることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のモータの制御回路は、モータの温度を推定して
制御するものであり、第１図を参照して説明する。

負荷を駆動する為の指令信号に従ってモータ１に電流を
供給する電流調整部２と、モータ１の熱容量や熱抵抗等
による熱モデルを用いて、モータｌに供給する電流によ
るモータｌの温度を推定し、この温度の推定値によって
モータ１に供給する電流の上限値を設定する温度推定部
３とを備えたものである。

又温度推定部３は、モータ１に供給する電流値又はそれ
に比例した値を二乗する二乗回路４と、この二乗回路４
の出力信号を設定された増幅率で増幅する増幅器５と、
一定値を出力する基準信号発生器６と、この基準信号発
生器６からの一定値と増幅器５の出力信号とを加算する
加算器７と、この加算器７の出力信号を不完全積分して
モータ１の温度の推定値として出力する積分回路８とを
少なくとも有するものである。

又電流調整部２は、一定値を出力する基準信号発生器と
、この基準発生器からの一定値と温度推定部３からの温
度の推定値とを比較する比較器と、この比較器の比較出
力信号により制御されて、モータｌに供給する電流の上
限値を設定するリミッタ回路とを少なくとも有する構成
とすることができる。

又リミッタ回路は、比較器の比較出力信号により制御さ
れて、基準信号発生器からの一定値より温度推定部３か
らの温度の推定値が小さい時に、モータ１に供給する電
流の上限値を連続定格電流値より大きく設定し、基準信
号発生器からの一定値より温度推定部３からの温度の推
定値が大きい時に、モータ１に供給する電流の上限値を
連続定格電流値より小さく設定する構成とすることがで
きる。

又電流調整部２は、一定値を出ツノする基準信号発生器
と、この基準信号発生器からの一定値と温度推定部３か
らの温度の推定値とを比較する比較器と、指令信号とモ
ータ１の回転位置や回転速度等の制御状態の検出信号と
を加えて、モータ１に供給する電流値を定める制御フィ
ルタと、この制御フィルタの出力信号と、基準信号発生
器からの一定値より温度推定部３からの温度の推定値が
大きい時の比較器からの比較出力信号とが加えられて、
その比較出力信号によりモータ１に供給する電流値を連
続定格電流値より小さい値に制限する指令信号を送出す
る指令信号発生部とを少なくとも有する構成とすること
ができる。

〔作用〕

モータ１の熱モデルは、熱容量と熱抵抗とを含む構成で
実現でき、又モータ１に於いて発生する熱量は、供給す
る電流の二乗に比例したものとなり、環境温度は既知と
なるから、温度推定部３に於いてモータ１に供給する電
流を基にモータ１の温度を推定することができる。従っ
て、温度の推定値が許容温度を超える場合は、電流調整
部２に於ける電流の上限値を連続定格電流値より低くな
るように設定し、反復定格領域でモータ１を制御した場
合に於けるモータ１の異常温度上昇を防止することがで
きる。

又モータの熱容量をＣｔ、熱抵抗をＲ１、環境温度をＴ
。、モータの温度をＴとし、時刻１＝０からステップ的
にモータ内で電力Ｐ＝ｉ２　ｒ　（ｒはモータの抵抗）
を消費したとすると、の方程式が成立する。

又温度推定部３の二乗回路４への入力信号Ｅ　１ｎ−４
（モータ１に供給する電流）、増幅器５のゲインＡ、基
準信号発生器６からの一定値Ｅ。ｆ７、積分回路８を構
成する抵抗ＲＩＩとコンデンサＣ８による不完全積分出
力信号ＥＣとにより、の方程式が成立するから、（１）
式と比較すると、同じ方程式となる。従って、出力信号
ＥＣはモータ１の温度Ｔの推定値を示すものとなる。

又電流調整部２は、温度推定部３からの温度の推定値と
基準信号発生器からの一定値とを比較器により比較し、
この一定値を許容温度とすると、モータ１の温度の推定
値が許容温度の設定値を超えると、リミッタ回路に於け
る電流の上限値を連続定格電流値より小さく設定して、
モータ１に供給する電流を制限し、それによりモータ１
の温度上昇を抑制する。又モータ１の温度の推定値が許
容温度の設定値を下回っている時は、反復定格領域に於
ける最大出力でモータ１を駆動できるように、電流の上
限値を連続定格電流値より大きく設定するものである。

又電流調整部２を、制御フィルタからの制御信号と、比
較器からの温度推定値の比較出力信号とを指令信号発生
部に加える構成とした場合、温度推定部３に於けるモー
タ１の温度の推定値が許容温度の設定値を超えた時に、
比較器の比較出力信号によって、指令信号発生部からの
指令信号の大きさを、モータ１に供給する電流の上限値
が、連続定格電流より小さくなるように制御して、モー
タ１への供給電力を抑制するものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の一実施例のブロック図であり、１１は
モータ、１２は電流調整部、１３は温度推定部、１４は
二乗回路、１５は増幅器、１６は基準信号発生器、１７
は加算器、１８は積分回路、１９はゲイン設定回路、２
０は指令信号発生部、２１は制御計フィルり、２２はド
ライバ、２３はエンコーダ、２４は比較器、２５は基準
信号発生器、２６はリミッタ回路である。

モータ１１は、図示を省略したプリンタのキャリッジ、
ロボットのアーム、工作機械の工具等の負荷を駆動する
ものであり、又直流分巻モータや直流ブラシレスモータ
等の直流モータ或いはインダクションモータやシンクロ
ナスモータ等の交流モータとすることができるものであ
る。又ドライバ２２は、モータ１１の種類に対応して直
流電流或いは交流電流を、制御信号に従って供給する構
成とするものである。

指令信号発生部２０からの負荷を駆動する為の指令信号
は、エンコーダ２３からのフィードバック信号と共に制
御フィルタ２１に加えられて、この制御フィルタ２１か
ら制御信号がリミッタ回路２６を介してドライバ２２に
加えられ、制御信号に従った電流がモータ１１に供給さ
れる。　例えば、指令信号が成る速度でモータ１１を回
転させることを示す場合、エンコーダ２３からのフィー
ドバック信号がモータ１１の回転速度を示すことになり
、従って、指令速度とモータ１１の回転速度との差に対
応した制御信号が制御フィルタ２１から出力され、その
制御信号に対応した電流がモータ１１にドライバ２２か
ら供給されることになるから、モータ１１は指令速度で
回転されることになる。

又電流調整部１２は、比較器２４と基準信号発生器２５
とリミッタ回路２６とから構成され、リミッタ回路２６
によりモータ１１に供給する電流の上限値が設定される
。即ち、ドライバ２２に加えられる制御信号の上限値を
設定することにより、モータ１１に供給する電流の上限
値を制限するものである。この上限値をモータ１１の連
続定格電流値より大きく且つ瞬時最大電流値より小さ（
設定すると、反復定格領域に於ける最大出力となる電流
をモータ１１に供給することもできる。又上限値を連続
定格電流値より小さく設定すると、モータ１１に供給さ
れる電流が連続定格電流以下に制限されるから、モータ
１１の温度上昇を抑制することができる。

又モータ１１の温度を推定する温度推定部１３は、二乗
回路１４と増幅器１５と基準信号発生器１６と加算器１
７と積分回路１８とゲイン設定回路１９どから構成され
、ドライバ２２に加えられる制御信号が入力される。こ
の制御信号は、モータ１１に供給される電流に比例した
値のものであり、モータ１１の温度の推定値が求められ
て、電流調整部１２の比較器２４に入力される。

モータ１１は、例えば、第３図に示すように、熱容量Ｃ
５と外部へ熱を放散する時の熱抵抗Ｒ２とからなり、環
境温度をＴ。とし、モータ１１の温度をＴとし、モータ
１１内では熱伝達が充分に速いとすると、時刻１＝０か
らステップ的にモータ１１内で電力Ｐ＝ｉ２　ｒを消費
したとすると、（１）式で示される方程式が成立する。

なお、ｉはモータ１１に供給する電流、ｒはモータ１１
の抵抗である。

そこで、第４図に示すように、二乗回路１４とゲインＡ
の増幅器１５と加算器１７と不完全積分を行う積分回路
１８とからなる温度推定部に於いて、入力信号をＥ、。

とじ、積分回路１８を構成する抵抗をＲ８、コンデンサ
をＣ８とじ、この入力信号Ｅ　ｉｎを二乗回路１４によ
り二乗し、その出力信号Ｅ　ｉ　Ｗ　”をゲインＡの増
幅器１５により増幅し、その増幅出力信号ＡＥｉ□′を
加算器１７に加えて、一定値Ｅ　Ｏｆｆを加算し、その
加算出力信号を積分回路１８に加えて不完全積分を行う
と、積分回路１８のコンデンサＣ８の端子電圧、即ち積
分回路１８の出力信号ＥＣは、（２）式に示すものとな
る。

従って、Ｒ［１−Ｒｔ　、Ｃ１１＝Ｃｔ　、Ａ＝Ｒｔ　
ｒ、ＥＣ＝Ｔ、Ｅ４ｎ＝　ｉ、　Ｅｏｔｔ−Ｔｏの関係
とする１に とにより、（１）式と（２）式は同じと見做すことがで
きる。即ち、積分回路１８の出力信号ＥＣは、モータ１
１の温度Ｔの推定値を示すものとなる。

又電流調整部１２の基準信号発生器２５は、モータ１１
の使用最大温度又はこれに安全係数を加えた温度を示す
一定値Ｅ、を出力して比較器２４に加え、温度推定部１
３からの温度の推定値Ｅ。

と比較する。Ｅ、＞Ｅ、の場合は、リミッタ回路２６に
於ける上限値を、モータ１１の連続定格電流値より大き
く、瞬時最大電流値より小さい値とする。即ち、その場
合は、モータ１１の温度は許容値を超えていないので、
反復定格領域に於ける最大出力で駆動することができる
。又Ｅｒ＜ＥＣの場合は、リミッタ回路２６に於ける上
限値を、モータ１１の連続定格電流値より小さい値に設
定する。即ち、その場合は、モータ１１の温度が許容値
を超えているので、モータ１１に供給する電流を、連続
定格電流又はそれ以下に制限し、モータ１１の温度上昇
を抑制するものである。

従って、モータ１１は許容温度を超えることなく、最大
出力で負荷を駆動することができる。

第５図は本発明の他の実施例のブロック図であり、３１
はモータ、３２は電流調整部、３３は温度推定部、３４
は二乗回路、３５は増幅器、３６は基準信号発生器、３
７は加算器、３８は積分回路、３９はゲイン設定回路、
４０は指令信号発生部、４１は制御フィルタ、４２はド
ライバ、４３はエンコーダ、４４は比較器、４５は基準
信号発生器である。

電流調整部３２は、指令信号発生部４０と比較器４４と
基準信号発生器４５とにより構成され、温度推定部３３
は、二乗回路３４と増幅器３５と基準信号発生器３６と
加算器３７と積分回路３８とゲイン設定回路３９とによ
り構成されている。

この温度推定部３３は、前述の実施例の温度推定部１３
と同様の構成のものである。又制御フィルタ４１は、指
令信号発生部４０からの指令信号と、エンコーダ４３か
らの信号とに従って制御信号を出力するもので、その制
御信号はドライバ４２に加えられ、制御信号に従った電
流がドライバ４２からモータ３１に供給される。又その
制御信号は指令信号発生部４０にフィードバックされる
。

又電流調整部３２の比較器４４は、温度推定部３３から
のモータ３１の温度の推定値と、基準信号発生器４５か
らの許容温度を示す一定値と比較するもので、温度の推
定値が一定値を超えない時は、指令信号発生部４０は、
制御フィルタ４１がらの制御信号により示される電流の
上限値を、連続定格電流より大きく、瞬時最大電流以下
となるように設定することになり、又温度の推定値が一
定値を超える状態となると、制御フィルタ４１がらのフ
ィードバックされる制御信号を監視し、モータ３１に供
給される電流の上限値を、連続定格電流より小さい値に
設定し、制御信号がその上限値を超えるような場合は、
指令信号を低減する制御を行うことになる。

従って、ドライバ４２からモータ３１に供給される電流
は、モータ３１の温度の推定値が許容温度を超える場合
に、その上限値が制限されるので、モータ３１の温度上
昇を抑制することができる。

又リミッタ回路を省略できると共に、制御フィルタ４１
に加える指令信号の大きさを制御するので、経済的な構
成により安定な制御が可能となる。

又前述の各実施例に於いて、電流調整部１２３２の比較
器２４．４４にヒステリシス特性を持たせることにより
、動作の安定化を図ることができる。この場合のヒステ
リシス特性の幅は、モータ１１．３１の熱容量Ｃ４等に
より選定することができる。又基準信号発生器２５．４
５からの一定値は、モータ１１，３１の許容温度により
選定されるものであるから、モータ対応に設定すること
ができる。

又温度推定部１３．３３の増幅器１５．３５のゲインＡ
は、モータ１１，３１の熱抵抗Ｒ２や供給電流ｉに対す
る抵抗ｒに対応して、ゲイン設定回路１９．３９により
設定することができるものであり、ディジタル処理を行
う場合は、二乗回路１４３４の出力に対してＡを乗算す
る乗算回路とすることができる。

又基準信号発生器１６．３６からの一定値は、環境温度
Ｔ。に対応するものであるから、モータ１１．３１が設
置されている環境温度Ｔ。を予め設定して、一定値とな
るように調整するか、或いは環境温度Ｔ。の測定値を用
いて可変とすることができる。又不完全積分を行う積分
回路１８．３８に於ける抵抗Ｒ，，Ｃ，も調整可能とし
、各種のモータ１１，３１に対応できる構成とすること
ができる。

又電流調整部１２．３２及び温度推定部１３゜３３の各
部の機能は、プログラム制御によるプロセッサの演算機
能によって実現することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、モータ１の熱容量、熱
抵抗等による熱モデルを用いて、モータ１に供給する電
流によるモータ１の温度を、温度推定部３により推定し
、その推定値がモータ１の許容温度を超える時は、モー
タ１に供給する電流の上限値を、例えば、連続定格電流
以下となるように設定するもので、小型のモータ１を反
復定格領域で使用する場合に、許容温度を超えない範囲
で最大出力が得られるように駆動することができる利点
がある。

又温度推定部３は、モータ１に供給する電流値又はそれ
に比例した値を二乗する二乗回路４と、増幅器５と、基
準信号発生器６と、加算器７と、不完全積分を行う積分
回路８とにより、モータ１の熱モデルを実現し、積分回
路８からモータ１の温度の推定値を出力することができ
る。

又電流調整部２は、温度推定部３に於けるモータ１の温
度の推定値と、モータ１の許容温度を示す一定値とを比
較して、推定値が大きくなった時は、モータ１に供給す
る電流の上限値をリミッタ回路で制限するか、又は指令
信号発生部から送出する指令信号により、その電流の上
限値を制御するもので、モータ１の異常温度上昇を生じ
させることなく、反復定格領域に於いて最大出力で駆動
することができる。即ち、効率良くモータ１を制御する
ことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の一実施
例のブロック図、第３図はモータの熱モデルの説明図、
第４図は温度推定部のブロック図、第５図は本発明の他
の実施例のブロック図である。 １はモータ、２は電流調整部、３は温度推定部、４は二
乗回路、５は増幅器、６は基準信号発生器、７は加算器
、８は積分回路である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）．指令信号に従ってモータ（１）に電流を供給す
   る電流調整部（２）と、 前記モータ（１）の熱容量，熱抵抗等による熱モデルを
   用いて、該モータ（１）に供給する電流による該モータ
   （１）の温度を推定し、該温度の推定値によって前記電
   流調整部（２）を制御し、前記モータ（１）に供給する
   電流の上限値を設定させる温度推定部（３）と を備えたことを特徴とするモータの制御回路。
2. （２）．前記温度推定部（３）は、 前記モータ（１）に供給する電流値又は該電流値に比例
   した値を二乗する二乗回路（４）と、該二乗回路（４）
   の出力信号を設定された増幅率で増幅する増幅器（５）
   と、 一定値を出力する基準信号発生器（６）と、該基準信号
   発生器（６）からの一定値と前記増幅器（５）の出力信
   号とを加算する加算器（７）と、 該加算器（７）の出力信号を不完全積分して前記モータ
   （１）の温度の推定値として出力する積分回路（８）と
   を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載のモ
   ータの制御回路。
3. （３）．前記電流調整部（２）は、 一定値を出力する基準信号発生器と、 該基準信号発生器からの一定値と前記温度推定部（３）
   からの温度の推定値とを比較する比較器と、 該比較器の比較出力信号により制御されて前記モータ（
   １）に供給する電流の上限値を設定するリミッタ回路と
   を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載のモ
   ータの制御回路。
4. （４）．前記リミッタ回路は、前記比較器の比較出力信
   号により制御され、前記基準信号発生器からの一定値よ
   り前記温度推定部（３）からの温度の推定値が小さい時
   に、前記モータ（１）に供給する電流の上限値を連続定
   格電流値より大きく設定し、前記一定値より前記推定値
   が大きい時に、前記モータ（１）に供給する電流の上限
   値を前記連続定格電流値より小さく設定する構成を有す
   ることを特徴とする請求項３記載のモータの制御回路。
5. （５）．前記電流調整部（２）は、 一定値を出力する基準信号発生器と、 該基準信号発生器からの一定値と前記温度推定部（３）
   からの温度の推定値とを比較する比較器と、 指令信号と前記モータ（１）の制御状態の検出信号とを
   加えて該モータ（１）に供給する電流値を定める制御フ
   ィルタと、 該制御フィルタの出力信号と、前記一定値より前記推定
   値が大きい時の前記比較器の比較出力信号とが加えられ
   、該比較出力信号により前記モータ（１）に供給する電
   流値を連続定格電流値より小さい値に制限する指令信号
   を送出する指令信号発生部とを少なくとも有することを
   特徴とする請求項１記載のモータの制御回路。