JPH05184192A - 電動モータの減磁防止制御方法 - Google Patents

電動モータの減磁防止制御方法

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JPH05184192A
JPH05184192A JP3347114A JP34711491A JPH05184192A JP H05184192 A JPH05184192 A JP H05184192A JP 3347114 A JP3347114 A JP 3347114A JP 34711491 A JP34711491 A JP 34711491A JP H05184192 A JPH05184192 A JP H05184192A
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electric motor
demagnetization
servo motor
controller
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Akira Nihei
亮 二瓶
Masayuki Hamura
雅之 羽村
Tamotsu Sakai
保 酒井
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H02K15/125Heating or drying of machines in operational state, e.g. standstill heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、極低温環境下で使用される
電動モータを上述した過冷却による減磁から防止するこ
との可能なモータ運転方法を提供し、以て極低温環境下
での使用に耐える電動モータを提供することにある。 【構成】 上述の目的を達成するために本発明では、電
動モータの温度又は該電動モータの周囲温度を温度セン
サ手段により検出し、該検出温度が限界減磁温度値より
低い温度値のとき、前記電動モータを少なくとも前記所
定の限界減磁温度値より低い温度が継続する間は停止す
るようにした、電動モータの減磁防止制御方法と、電動
モータ加熱手段と温度スイッチとを具備して該電動モー
タの温度が限界減磁温度より低くなっている場合に、前
記電動モータ加熱手段を起動し、該電動モータ自体の温
度を加熱、昇温する電動モータの減磁防止制御方法が提
供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動モータ、特に零下
数十度に達する特殊温度環境にある例えば、極地、深
海、環境試験設備、冷凍庫等の極低温環境下で使用され
る電動モータの界磁用磁石の過冷却条件による減磁を防
止して電動モータの性能劣化を未然に防止すると共に、
極低温環境用な高価な磁石素材を用いることによるコス
ト上昇を回避可能な電動モータの運転における減磁防止
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電動モータ、特に、可動体の駆動と動作
制御とに使用されるサーボモータに所定量以上の駆動電
流を通電すると、該モータ内の永久磁石の磁力が減少す
る所謂、減磁現象が認められることは周知である。この
減磁現象を発生させる電流値、すなわち減磁に対する限
界電流値は、モータを使用する温度条件により変化し、
特に使用温度が所定温度値以下に低下すると、この限界
電流値は著しく低下し、こうした過冷却状態で電動モー
タを使用すると、該電動モータの性能を永久的に損なう
という不具合が生じる。具体的には、通常のサーボモー
タでは−10゜C程度の使用温度条件下では減磁を生じ
ることはないが、−30゜Cから−40゜C或いはそれ
以下の使用温度条件下においでは、モータに通電される
通常の駆動電流値が上述の限界電流値を超過するため
に、減磁を生じ、該モータの性能を損なうことになる。
上述の極低温環境における減磁を防止するために、一般
的には減磁限界温度の低い材料が使用されるが、このよ
うな材料は必然的に高価であると共に、こうした極低温
環境用の電動モータは、特別の用途にのみ使用されるた
めに少量生産量となり、益々製造コストの増加をもたら
す結果となる。また過冷却状態で使用することによる減
磁回避のために、モータ内、或いはモータの周囲にヒー
タを設置し、電動モータの機体を加熱することによって
減磁発生を防止する方法をとることもある。然しなが
ら、従来、電動モータの加熱用に設置されるヒータは、
専ら結露防止目的が主たる目的であって、モータの過冷
却による減磁を防止するためにヒータの作動時期や加熱
温度等の制御が必要であり、このような制御手段を具備
したシステムは未だ提供されていない。更に温度セン
サ、サーモスタット等により電動モータの温度を監視す
ることも従来から実施されているが、この従来の電動モ
ータに設置された温度センサやサーモスタットは、専ら
電動モータの加熱防止目的から設置されるもので、同モ
ータの過冷却による減磁現象を防止する課題には対処す
べく設けられた温度センサやサーモスタットは無い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の主たる
目的は、モータ加熱手段と、温度センサ、或いはサーモ
スタットとを駆使して極低温環境下で使用される電動モ
ータを上述した過冷却による減磁から防止することの可
能なモータ運転方法を提供し、以て極低温環境下での使
用に耐える安価な電動モータを提供することにある。本
発明の他の目的は、極低温環境下での使用に耐える電動
モータの運転における新規な制御方法を提供し、以て同
電動モータを駆動源として極低温環境下で使用する被駆
動機器類、例えば、産業用ロボットやその他の産業機器
の作動上における安全確保を図ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明では、低温環境下で使用される電動モータに
おいて、該電動モータが限界減磁温度以下となっている
場合に、該電動モータの運転制御系において同電動モー
タへ出力するトルク指令を0に設定することにより、或
いは、ハード要素として設けられる通電遮断器により該
電動モータへの給電を強制的に遮断することにより該電
動モータを停止し、以て電動モータを過冷却による減磁
から防護し、または、前記電動モータが限界減磁温度以
下となっている場合に、該電動モータを加熱する加熱手
段を作動させることにより電動モータの使用温度条件を
定温化し、減磁現象の発生を防止する方法が提供され
る。すなわち極低温環境下で使用される電動モータの減
磁現象の発生を防止する制御方法において、前記電動モ
ータの温度又は該電動モータの周囲温度を温度センサ手
段により検出し、該検出温度が減磁現象の発生限界であ
る所定の限界減磁温度値より低い温度値のとき、該電動
モータの作動停止手段を起動し、前記電動モータを少な
くとも前記所定の限界減磁温度値より低い温度が継続す
る間は停止するようにした、電動モータの減磁防止制御
方法が提供される。更に、電動モータ加熱手段と温度ス
イッチとを具備して極低温環境かで使用される電動モー
タの運転制御において、該電動モータの温度が限界減磁
温度より低くなっている場合に、前記電動モータ加熱手
段を起動し、該電動モータ自体の温度を加熱、昇温する
ことを特徴とした電動モータの減磁防止制御方法が提供
される。
【0005】
【実施例】以下、本発明による電動モータの運転におけ
る過冷却による減磁発生を防止する方法の実施例を、極
低温環境下で使用される産業用ロボットの手首を駆動す
るサーボモータに適用する場合を例に説明する。先ず、
図1から図3を参照するとサーボモータ1は、手首ケー
シング10に取着され、サーボモータ1の回転はギア
8、減速機11を介し、減速機11に取着された手首フ
ランジ9を駆動している。そして、一般的なサーボモー
タと同様に、回転位置や回転速度の検出用パルスコーダ
3、信号ケーブル4、モータ駆動電流の供給用電源ケー
ブル5、ブレーキ制御用ケーブル6、ギア8等を具備し
ている。そして該サーボモータ1は、更に極低温環境下
での使用に適合するように該サーボモータ1が過冷却の
状態にある場合に、同サーボモータ1を加熱して減磁を
防止するためのヒータ7と、該サーボモータ1の本体、
或いはその取付位置の周辺の温度を測定、検知するため
に、前記ヒータ7の近傍(図1)に、或いは該サーボモ
ータ1の本体(図2)に、または前記パルスコーダ3内
(図3)にサーモスタットまたは温度センサ2を具備し
ている。なお、電源ケーブル5による駆動電流の供給ラ
インには、遮断器(図示なし)が設けられている。
【0006】次に図4を参照すると、サーボモータの過
冷却による減磁を防止する本発明の方法を実施するため
の運転システムの概略構成を、前述のロボット手首を駆
動するサーボモータの場合について説明する。図4にお
いて、サーボモータ101本体に、或いはその周辺に設
置された温度センサまたはサーモスタット102によ
り、サーボモータ101、或いはその周辺温度を測定、
検知してその温度信号をロボット制御部103に送信す
る。該ロボット制御部103には、後述するようにサー
ボモータの過冷却による減磁防止のための前記ヒータ7
の制御部105と、サーボモータ101の電源を遮断す
る遮断器の制御部104が接続されており、前記温度信
号に従って該ロボット制御部103からヒータ制御部1
05を介して前記ヒータ7を作動させてサーボモータ1
01を加熱したり、或いは前述の遮断器を遮断器制御部
104を介して切断、制御してサーボモータ101を運
転休止状態又は運転中断状態に設定することが可能とな
っている。そして産業用ロボットの作動プログラムに応
じた駆動要求に基づき、ロボット制御部103から、デ
ジタルシグナルプロセッサ106を介してデジタル信号
化されたサーボモータの駆動指令がサーボコントローラ
107に送信され、該サーボコントローラ107から、
前記ロボットの駆動要求に合致したトルク指令がサーボ
モータ101に送出される。
【0007】次に上述したサーボモータ101の作動過
程において、同サーボモータの過冷却による減磁現象の
防止方法を、図5から図8に示すフローチャートに基づ
いて詳細に説明する。先ず、図4、図5を参照すると、
ロボット作動制御システムの起動時において、該制御シ
ステムが起動されると同時に、後述するサーボモータ1
01に関する温度測定サブルーチンが起動される。そし
て既述の温度センサ102(図4)により測定された温
度Tmが、サーボモータの減磁限界温度に、或いはそれ
よりも数度高く設定された所定温度T1より高い場合、
前記サブルーチンにおいてレジスタXに1を立て、その
場合(ステップ502のYES)のみ前記サーボコント
ローラ107を起動し(ステップ503)、そして上記
レジスタXの登録値が1になっていない場合、即ち、前
記TmがT1より低い場合(ステップ502のNO)に
は、サーボコントローラ107を起動させずに、後述す
るように前記ヒータ制御部105を介してヒータ7(図
1又は図2)を作動させ、サーボモータの温度がT1か
ら昇温するのを待機し、以て起動時においてサーボモー
タを過冷却による減磁から保護するようになっている。
【0008】次いで前記サーボコントローラ107が起
動し、該ロボットシステムが定常に運転を開始すると
(ステップ503)、すなわち前記温度TmがT1より
も高く、故にレジスタXに1が立ち、サーボコントロー
ラ107が作動開始すると、ロボット手首の駆動要求に
応じた駆動指令が、前記ロボット制御部103からサー
ボコントローラ107に送信される(ステップ50
4)。サーボコントローラ107が起動した後も、前記
温度測定サブルーチンは作動し続けており、前記温度セ
ンサまたはサーモスタット102により常時、サーボモ
ータ101、或いは同サーボモータの周囲の温度Tmを
測定し続けており、その値TmがT1より低下している
か否かを監視している。すなわち、前記サーボコントロ
ーラ107からトルク指令をサーボモータ101に送信
する前に、後述するレジスタYの値によりTmを判断し
て(ステップ505)、温度値TmがT1よりも高い場
合(ステップ505のNO)にのみ、該駆動指令に基づ
き前記サーボコントローラ107からサーボモータ10
1に所要のトルク指令が送信され(ステップ506)、
サーボモータ101を作動し、故に、ロボット手首を駆
動する(ステップ507)ようになっている。反対に温
度TmがT1よりも低い場合には、温度測定サブルーチ
ンによりレジスタYに1を立て(ステップ505のYE
S)、サーボコントローラ107からのトルク指令を0
に設定して(ステップ508)、サーボモータ101を
停止し(ステップ509)、以て起動後のサーボモータ
が過冷却による減磁を起こさないように防止している。
【0009】次に図4、図6を参照して温度測定サブル
ーチンを説明する。温度測定サブルーチンは、サーボモ
ータ101を制御するメインルーチンとは独立して常時
サーボモータ101、或いは同サーボモータの周囲の温
度Tmを測定するサブルーチンである。先ず温度値Tm
が、前記T1よりも数度高い温度に設定されたT2より
も低い場合(ステップ602のNO)には、ロボット制
御部103上にてサーボモータ101の周囲に設置され
たヒータ7(図1又は図2参照)が作動し(ステップ6
04)、同サーボモータが過冷却しないように加熱し、
反対に温度値TmがT2よりも高い場合(ステップ80
2のYES)には上記のヒータ7が停止され、以て極低
温環境下でサーボモータ101に減磁現象が発生するこ
となく動作可能となる。そして更に、温度値Tmをサー
ボモータの減磁限界温度、或いはそれよりも数度高く設
定された所定温度T1と比較して(ステップ605)、
TmがT1よりも高い場合(ステップ605のYES)
にはレジスタXに1を立て(ステップ606)、前述の
メインルーチンにおいてサーボコントローラ107を起
動し(ステップ503)、反対にTmがT1よりも低い
場合にはレジスタYに1を立て(ステップ609)、メ
インルーチンにてサーボコントローラを停止する(ステ
ップ505のYES)ようになっている。なお、ステッ
プ607においてレジスタYに0を立てるのは、起動時
において前記TmがT1よりも低い場合にはステップ6
09にてレジスタYに1が立てられるので、TmがT1
よりも高くなってもメインルーチンのステップ505に
てサーボモータ停止の判断をなし、サーボモータが起動
できなくなることを防止するためである。
【0010】上述したサーボモータを過冷却による減磁
から保護する方法は、サーボモータ本体1、或いはその
周辺温度Tmがサーボモータ101の減磁限界温度を考
慮した所定温度T1以下の場合に、サーボコントローラ
107上でサーボモータ101へのトルク指令を0とす
ることによりサーボモータ101を停止して行ったが、
然しながらサーボモータを過冷却による減磁から保護す
る方法は、これに限定されず、前述のようにサーボモー
タの温度が減磁限界温度以下となっている場合に、サー
ボモータへ通電されなければ、同サーボモータの過冷却
による減磁を防止することが可能である。以下に上述し
た防止方法の変更例、すなわちサーボモータの温度が減
磁限界温度以下となっている場合に、ロボット制御部1
03上でサーボモータ101の遮断器制御部104を作
動して遮断器を遮断し、サーボモータを強制的に停止し
て過冷却による減磁から防止する方法を説明する。
【0011】図4、図7を参照すると前述した第1の防
止方法と同様に、ロボットシステムの起動時において、
後述の温度測定サブルーチンが起動され、該サブルーチ
ンにより測定された温度Tmが、前記T1より高い場合
にレジスタXに1を立て、その場合(ステップ702の
YES)のみサーボコントローラ107が起動し(ステ
ップ703)、前記温度TmがT1より低い場合、すな
わちレジスタXに1が立っていない場合(ステップ70
2のNO)にはサーボコントローラ107は作動せず、
前記ヒータ制御部105を介してヒータによりサーボモ
ータ1の温度がT1より高くなるのを待機し、以て、産
業用ロボットの動作起動時においてサーボモータ101
を過冷却による減磁現象から防止するようになってい
る。次いで前記サーボコントローラ107が起動し、該
ロボット制御システムが定常に運転を開始すると(ステ
ップ703)、すなわち、前記温度TmがT1よりも高
く、故にレジスタXに1が立ち、サーボコントローラ1
07が作動開始すると、産業用ロボットのロボット手首
の駆動要求に応じて駆動指令が、前記ロボット制御部1
03からサーボコントローラ107に送信される(ステ
ップ704)。そして、この駆動指令に基づくトルク指
令がサーボコントローラ107からサーボモータ101
に帰還され(ステップ705)、同サーボモータ101
が作動されることとなる(ステップ706)。
【0012】サーボコントローラ107が起動した後の
減磁防止は、この第2の防止方法においては温度測定サ
ブルーチン上にて図られている。即ち、図8に示す温度
測定サブルーチンにおいて、温度値Tmが、前記所定温
度値T1よりも数度高い温度に設定された別の所定温度
値T2より低い場合(ステップ802のNO)には、ロ
ボット制御部103上にてサーボモータの周囲に設置さ
れたヒータをヒータ制御部105を介して作動し(ステ
ップ804)、サーボモータ101が過冷却しないよう
に加熱し、反対に温度TmがT2よりも高い場合(ステ
ップ802のYES)には、前記ヒータを停止し(ステ
ップ803)、以て極低温環境下でサーボモータ101
が減磁することなく動作可能となるようになっている。
そして更にTmをT1と比較して(ステップ805)、
TmがT1よりも高い場合(ステップ805のYES)
には、レジスタXに1を立て(ステップ806)、前述
の図4のメインルーチンによりサーボコントローラ10
7を起動し(ステップ703)、反対に、温度TmがT
1より低い場合には、ロボット制御部103により遮断
器制御部104を介して遮断器を遮断し(ステップ80
8)、サーボモータ101への駆動電流の供給を遮断
し、該サーボモータ101を停止させ(ステップ80
9)、以てロボット起動後にサーボモータ101が過冷
却により減磁するすることから防止するようになってい
る。
【0013】
【発明の効果】本発明の電動モータの過冷却による減磁
防止のための制御方法を適用すれば、同電動モータの永
久磁石を高価な減磁限界の高い磁性材料で形成する必要
はなく、故に、特殊な極低温環境用の電動モータを製造
することなく、従来から使用されて来た電動モータを採
用し、しかもモータ自体の温度又は周囲温度を加温する
ヒータと、電動モータ自体の温度又は周囲温度を検出す
る温度センサ、或いはサーモスタット等の温度スイッチ
を設置することにより、極低温環境下においても減磁現
象を生起させることなく使用可能となり、延いてはこう
した極低温環境下における産業用ロボットを始めとする
種々の産業機器の作動上の信頼性を向上することが可能
になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による過冷却による減磁防止制御方法を
産業用ロボットのロボット手首を駆動する電動サーボモ
ータに適用する場合のサーボモータ本体、及びその周辺
の構成を示す略示図である。
【図2】本発明による過冷却による減磁防止方法をロボ
ット手首を駆動するサーボモータに適用する場合の、サ
ーボモータ本体、及びその周辺の構成を示す略示図であ
る。
【図3】本発明による過冷却による減磁防止方法をロボ
ット手首を駆動するサーボモータに適用する場合の、サ
ーボモータ本体、及びその周辺の構成を示す略示図であ
る。
【図4】本発明による過冷却による電動モータの減磁防
止制御方法を、産業用ロボットのロボット手首を駆動す
るサーボモータに適用する場合の制御システムの構成図
である。
【図5】本発明による第1の減磁防止方法を、ロボット
手首を駆動するサーボモータに適用して制御する場合の
メインルーチンのフローチャートである。
【図6】本発明による第1の減磁防止方法を、ロボット
手首を駆動するサーボモータに適用して制御する場合の
サブルーチンのフローチャートである。
【図7】本発明による第2の減磁防止方法を、ロボット
手首を駆動するサーボモータに適用して制御する場合の
メインルーチンのフローチャートである。
【図8】本発明による第2の減磁防止方法を、ロボット
手首を駆動するサーボモータに適用して制御する場合の
サブルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1、101…サーボモータ 2、102…温度センサ、またはサーモスタット 7…ヒータ 103…ロボット制御装置 104…遮断器制御装置 105…ヒータ制御装置 106…デジタルシグナルプロセッサ 107…サーボコントローラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 極低温環境下で使用される電動モータの
    減磁現象の発生を防止する制御方法において、 前記電動モータの温度又は該電動モータの周囲温度を温
    度センサ手段により検出し、 該検出温度が減磁現象の発生限界である所定の限界減磁
    温度値より低い温度値のとき、該電動モータの作動停止
    手段を起動し、 前記電動モータを少なくとも前記所定の限界減磁温度値
    より低い温度が継続する間は停止するようにした、 電動モータの減磁防止制御方法。
  2. 【請求項2】 前記電動モータ自体の温度が前記所定の
    減磁限界温度より低くなっている場合に、該電動モータ
    へ出力するトルク指令を0に設定することにより、該電
    動モータを停止する請求項1に記載の電動モータの減磁
    防止制御方法。
  3. 【請求項3】 前記電動モータ自体の温度が前記所定の
    減磁限界温度より低くなっている場合に、該電動モータ
    の駆動電流供給ラインにおける遮断器を起動し、 該電動モータへの駆動電流の給電を遮断することによ
    り、該電動モータを停止する請求項1に記載の電動モー
    タの減磁防止制御方法。
  4. 【請求項4】 電動モータ加熱手段と温度スイッチとを
    具備して極低温環境下で使用される電動モータの運転制
    御において、 該電動モータの温度が限界減磁温度より低くなっている
    場合に、前記電動モータ加熱手段を起動し、該電動モー
    タ自体の温度を加熱、昇温することを特徴とした電動モ
    ータの減磁防止制御方法。
JP3347114A 1991-12-27 1991-12-27 電動モータの減磁防止制御方法 Pending JPH05184192A (ja)

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