TW201728030A - 馬達控制裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係進行定子、轉子等構成馬達之各部位之溫度管理，當於特定部位檢測出過載時，將其作為馬達之過載而開始進行報知或特定之控制。本發明之馬達控制裝置具有控制部，該控制部係檢測交流馬達之輸入電力與輸出電力之差即總損耗，基於累計該總損耗與上述交流馬達每單位時間之總散熱量之偏差而獲得之熱量，計算出上述交流馬達之溫度，根據該溫度而判定上述交流馬達之過載；且上述控制部自上述交流馬達之定子繞組之熱量計算出定子繞組溫度，自上述交流馬達之轉子之熱量計算出轉子溫度，且與各自之閾值進行比較，於任一者達到閾值時，認定上述交流馬達過載而執行外部報知信號之輸出、及上述交流馬達之電力供給之降低或停止之至少一者。

Description

馬達控制裝置

本發明係關於一種馬達控制裝置，且係關於一種進行交流馬達之過載保護之馬達控制裝置。

通常，於產業界，於各類生產工廠等對風扇式泵之空調機器、搬送機械等進行作為動力源之速度控制之用途中，使用反相器驅動之通用感應馬達(感應型馬達)、或永久磁鐵式無刷DC(Direct Current，直流)馬達。 又，於對半導體、電子零件製造組裝機械、鍛造機械等進行速度、轉矩、位置控制之用途中，使用永久磁鐵式AC(Alternating Current，交流)伺服馬達、或向量控制反相器驅動專用之感應型馬達，來進行利用優異之伺服性能而實現之急加減速或定位控制等。 於鍛造機械中，利用壓床對汽車車體等自板材進行沖裁、引伸加工，驅動馬達使用低速高轉矩特性優異之AC伺服馬達。於使用AC伺服馬達之壓床之一例中，可反覆進行滑件之急加速、減速、及上下運動，且於模具引伸中，自滑件之高速動作於即將到達材料之前將加工速度急減速為低速而進行引伸加工，藉此可防止模具因溫度上升而燒蝕，可提高成形品內加工外徑之尺寸精度，並可於加壓過程中暫時停止滑件，而使油壓裝置作動等，亦可容易進行於先前壓床中難以實現之成形。 無論是感應型馬達亦或是永久磁鐵式馬達，均存在因高速旋轉化或高轉矩之重複負載之要求，馬達之高溫化增大之傾向。馬達之溫度會對輸出之變動及零件之負載造成較大影響，因此溫度管理成為重要課題。 作為馬達溫度之管理方法，例如，專利文獻1揭示如下技術：於定子上設置電子熱保護器，藉此監視電流，而監視馬達之過載。又，專利文獻2揭示如下技術：於馬達中內置用以檢測定子繞組之溫度上升之溫度檢測器，監視其之檢測值，藉此保護馬達免於過載。又，專利文獻3揭示如下技術：從自馬達之輸入電力減去馬達之輸出電力所得之值進而減去散熱損耗，而推定馬達繞組溫度，進行馬達之過載保護。 進而，非專利文獻1揭示馬達之損耗及損耗降低方法。例如，於第32頁之圖21中，作為損耗，表示有銅損、浮動負載損耗、鐵損、機械損耗此4種。銅損與浮動負載損耗隨負載率之增加而增加，鐵損與機械損耗固定，不受負載率之變動所影響。鐵損取決於馬達之磁路之磁通密度。銅損包括由馬達之繞組電阻所導致之一次銅損及產生於感應型馬達之轉子側之二次銅損，轉子為永久磁鐵之AC伺服馬達、DC無刷馬達(以下，稱為DCBL(Direct Current Brush Less，直流無刷)馬達)之情形除外。 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本專利特開2011-188581號公報 專利文獻2：日本專利特開平10-174276號公報 專利文獻3：日本專利特開平11-089083號公報 非專利文獻 非專利文獻1：特輯IM＆PM Motor「感應電動機與PM馬達」，資料提供：日立產機系統(股)，編輯：Ohmsha(股)(新電氣2012年1、2月刊選印本第66卷1、2號第841、842號)2012年3月1日發行

[發明所欲解決之問題] 此處，感應型馬達於轉子上構成有籠形繞組，該籠形繞組實際上係使用如鋁材般於壓鑄方面之作業性良好之材料之將導條與端環一體成型之鋁壓鑄轉子、或於鐵心之狹縫內插入導體棒(銅材)而將端環與導條接合之條形轉子。於該籠形導體流通馬達之二次電流。二次側之籠形導體所感應到之電壓係藉由定子之一次繞組及轉子之二次繞組之繞數比而確定。一般而言，轉子側之繞數如上所述為壓鑄構造或將端環與導條接合之條形轉子，因此難以形成複雜之構造。因此，二次側繞數較一次側繞數少，且所感應到之電壓低。另一方面，自一次側向二次側流通之電力相當於忽略效率，因此二次電壓下降，與之相應地，二次電流較一次側之電流大相應程度。於馬達之輸出軸反覆進行伴有可變速度之加速、減速、壓抵保持或伺服鎖定之重複負載連續使用中，二次電流自一次電流與繞數比成反比地增大，二次銅損按照電流之平方而產生，因此轉子側之溫度變得極高。因形成該熱自轉子經由定子到達馬達表面之冷卻片從而藉由熱傳導進行冷卻之構造，故於冷卻效率方面殘存問題。 又，永久磁鐵式馬達與感應型馬達同樣地，藉由監視定子側之馬達電流之電子熱保護器進行馬達之過載保護，或於定子繞組中內置溫度檢測器而進行馬達之過載保護。然而，永久磁鐵式馬達存在於高速區域即便負載轉矩為額定轉矩以下馬達之溫度上升亦較大之現象，鐵損對溫度上升所造成之影響較大。鐵損係於鐵心產生之損耗，藉由通過鐵心之磁通變化而產生。 於鐵心以外亦存在永久磁鐵之溫度上升。關於鐵損之遲滯損耗與渦電流損耗，於高速區域永久磁鐵之渦電流損耗增大，磁鐵本身發熱而溫度變高。若永久磁鐵之溫度變高則有減磁位準降低之虞。永久磁鐵自定子繞組藉由載波頻率為數k～數十kHz之PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)驅動之反相器而被供給包含高頻成分之漣波電流。該包含高頻漣波之電流於馬達之鐵心或永久磁鐵內產生伴有漣波之磁通，而產生遲滯損耗及渦電流損耗即鐵損。 又，亦需考慮該包含高頻漣波之電流對永久磁鐵之減磁影響。藉由鐵損隨馬達電流之增減而變化之電子熱保護器無法進行過載保護。又，越是高性能永久磁鐵，鐵損之影響越顯著，於先前之磁通密度較低之永久磁鐵中鐵損之影響尚未成為問題。關於該點，專利文獻3雖然對自馬達之輸入電力減去馬達之輸出電力，進而自該值減去散熱損耗，從而推定馬達繞組溫度，進行馬達之過載保護有所揭示，但對監視感應型馬達之轉子之二次電流而進行之過載保護，或藉由永久磁鐵式馬達之轉子之永久磁鐵之溫度上升而進行之過載保護並未加以揭示。 進而，伺服壓床中之負載係重複負載使用或重複負載連續使用(此處，將其稱為「重複負載」)，於以重複負載而運行之馬達中，於反覆施加負載之1週期中，馬達轉矩之峰值達到額定轉矩之數倍之情形時，與之相應之馬達損耗蓄積於馬達內。關於蓄積於馬達內部之熱量於定子側自馬達表面之冷卻片散熱。但轉子側存在轉子與定子間之空隙(間隙)，不得不夾雜空氣而通過定子自馬達表面之冷卻片散熱。因此，轉子側之冷卻相較於定子側而言，效率顯著落後。 無論是何種形式之馬達，包括轉子在內之溫度管理均較為重要，但由於轉子不會處於靜止狀態，所以難以於轉子上設置專利文獻1或2所揭示之電子熱保護器或溫度檢測器來管理溫度。 如此，期待一種不僅對定子側之部位亦包含轉子側之部位在內進行馬達之過載檢測之技術。又，期待一種無論馬達之形式及規格態樣如何，當於馬達之特定部位檢測出過載時，均將其作為馬達之過載而開始進行報知或特定之控制之技術。 [解決問題之技術手段] 為解決上述課題，例如，應用申請專利範圍之構成。即如下構成：一種馬達控制裝置，其具有控制部，該控制部係檢測交流馬達之輸入電力與輸出電力之差即總損耗，基於累計該總損耗與上述交流馬達每單位時間之總散熱量之偏差而獲得之熱量，計算出上述交流馬達之溫度，根據該溫度而判定上述交流馬達之過載；且上述控制部係自上述交流馬達之定子繞組之熱量計算出定子繞組溫度，自上述交流馬達之轉子之熱量計算出轉子溫度，且與各自之閾值進行比較，於任一者達到閾值時，認定上述交流馬達過載而執行外部報知信號之輸出、及上述交流馬達之電力供給之降低或停止之至少一者。 [發明之效果] 根據本發明，可除定子以外亦將以轉子為代表之其他馬達構成要素之溫度考慮在內而進行馬達之過載保護。又，藉由以各構成要素為單位來管理過載，可不受馬達之形式及規格態樣所限制，實現通用性優異之馬達過載之管理。 本發明之其他課題、構成、效果可自以下之記載獲悉。

以下，使用圖式對應用本發明之實施例之馬達電力轉換裝置100進行說明。再者，於本實施例中，馬達電力轉換裝置100包括AC伺服放大器、DCBL控制器、反相器、及向量控制反相器等，若為具備運算裝置等之構成，則亦可為繼電器等。 首先，對本實施例之過載保護之概要進行敍述。 不論感應型(IM)馬達或永久磁鐵式(PM)馬達，交流馬達均發揮將電能轉化為工作能量之作用。然而，輸入至交流馬達之輸入電力Pin並非全部作為工作能量被利用，其中一部分作為馬達之內部損耗、熱量、進而聲音被消耗。工作能量之電力係輸出電力Pout，其對連結於馬達之負載賦予轉矩Tf、及轉速Nf。輸入及輸出可用單位W(瓦特)表示。 若將輸入設為Pin(W)，將輸出設為Pout(W)，則馬達效率η與損耗Ploss(W)之關係式可用(數式1)、(數式2)表示。 [數式1] (數式1)η＝(Pout/Pin)×100(%) 此處，η：馬達之效率 Pin：馬達之輸入電力(W) Pout：馬達之輸出電力(W) [數式2] (數式2)Ploss＝Pin－Pout         (W) 此處，Ploss：馬達之總損耗(W) 於本實施例中，將作為馬達熱量之基礎之物理量視為馬達之總損耗量Ploss，而非馬達電流。將各損耗累加而計算總損耗量雖然較為複雜，但可於不知道損耗明細之情形下獲得總損耗。即，如(數式2)所示，自馬達之輸入電力Pin減去輸出電力Pout即可獲得馬達之總損耗量Ploss。 於馬達損耗中，鐵損分為遲滯損耗與渦電流損耗，即使馬達電流增加，該損耗亦保持不變。因此，關於遲滯損耗與渦電流損耗，自先前便已知斯坦梅茨之實驗公式，遲滯損耗Ph為下述(數式3)之關係，渦電流損耗Pec為下述(數式4)之關係。 [數式3] (數式3)Ph＝Kh×f×Bm^1.6 此處， Kh：比例常數，f：頻率，Bm：最大磁通密度 [數式4] (數式4)Pec＝Ke×(t×f×Bm)² /ρ 此處， Ke：比例常數，t：鐵板厚度，f：頻率，Bm：最大磁通密度，ρ：磁性體之電阻率 遲滯損耗與頻率(馬達轉速)成正比，渦電流損耗與頻率(馬達轉速)之平方成正比，因此損耗於高速區域變得特別大。進而，以PWM(Pulse Width Modulation)波形驅動馬達之馬達電力轉換裝置被供給包含載波頻率為數k～數十kHz之高頻成分之漣波電流。該包含高頻漣波之電流於馬達之鐵心或永久磁鐵內成為伴有漣波之磁通，會導致遲滯損耗及渦電流損耗即鐵損。鐵損可自根據定子或轉子之鐵心、於永久磁鐵式馬達中為轉子之永久磁鐵之材質、板厚、截面孔形狀而形成磁路之情況，藉由磁場分析模擬而求出。 馬達輸出電力Pout可藉由(數式5)而求出。此處，馬達之轉速Nf及轉矩Tf係由馬達電力轉換裝置100所控制之值，於馬達電力轉換裝置100內藉由運算而獲得。再者，於為反相器之情形時，藉由無感測器向量控制，即便馬達中無編碼器等速度感測器，亦可推定出馬達之轉速而進行將負載變動率抑製得較小之高精度之速度控制，且可使用該無感測器向量控制中所利用之馬達之推定轉速Nf，計算出馬達輸出電力Pout。 [數式5] (數式5)Pout＝(2π/60)×Nf×Tf        (W) 此處，Nf：馬達之轉速(1/min) Tf：馬達之轉矩(N・m) 再者，(2π/60＝0.1047) 其次，馬達輸入電力Pin用(數式6)表達。馬達輸入電力Pin與上述相同，係馬達電力轉換裝置之輸出，且係於裝置內利用之值，可容易地進行運算。 [數式6] (數式6)Pin＝√3×V×I×cosθ      (W) ＝3×Vs×I×cosθ       (W) 此處，V：馬達之線間電壓(V) Vs：馬達之相電壓(V) I：馬達之電流(A) cosθ：功率因數 再者，作為求出馬達輸入電力Pin之另一方法，亦可為計算出施加於馬達之各相電壓與相電流之瞬時值之積，藉由(數式7)求出馬達之U、V、W相之各相電力之和。 [數式7] (數式7)Pin＝Vu・Iu＋Vv・Iv＋Vw・Iw         (W) 此處，若將各瞬時值相電壓設為Vu、Vv、Vw，將相電壓有效值設為Vrms，將電源之角頻率設為ω，將時間設為t，則更詳細而言，將以下(數式8-1)～(數式8-3)及(數式9-1)～(數式9-3)代入至(數式7)中進行計算，藉由(數式10)便可求出馬達之輸入電力Pin。 [數式8-1] (數式8-1)Vu＝√2・Vrms・sin(ωt)       (V) [數式8-2] (數式8-2)Vv＝√2・Vrms・sin(ωt＋2π/3)       (V) [數式8-3] (數式8-3)Vw＝√2・Vrms・sin(ωt＋4π/3)       (V) 又，若將各瞬時值相電流設為Iu、Iv、Iw，將相電流有效值以Irms表示，將相位角以φ表示，則 [數式9-1] (數式9-1)Iu＝√2・Irms・sin(ωt＋φ)       (A) [數式9-2] (數式9-2)Iv＝√2・Irms・sin(ωt＋2π/3＋φ)        (A) [數式9-3] (數式9-3)Iw＝√2・Irms・sin(ωt＋4π/3＋φ)        (A)。 [數式10] (數式10)Pin＝3・Vrms・Irms・cosφ       (W) 藉由上述(數式2)而求出之馬達之總損耗Ploss作為先前之馬達電流中所變化之量係按照(馬達輸入電力)－(馬達輸出電力)即Pin－Pout而進行運算。若將馬達之總熱量設為Q1(J)，則可對總損耗Ploss進行時間積分而用(數式11)表示。 [數式11] (數式11)Q1＝∫Plossdt         (J) 此處，Q1：馬達之總熱量(J) Ploss：馬達之總損耗(W) 再者，馬達實際上包含各種零件，且各自之材質亦不同，因此有馬達電氣部＋殼體之比熱c1並不相同之虞。故而，馬達電氣部＋殼體之比熱c1之測定適宜以如下方式進行：(冷卻扇不轉)確定馬達之溫度之測定場所，一面相對於周遭維持隔熱狀態，一面對馬達定子繞組賦予固定之損耗Ploss(熱量)，計測馬達殼體之溫度上升ΔTc1，藉由(數式12)進行求解。再者，將馬達之比熱設定為等效比熱之原因在於：馬達包含各種材料，若測定場所改變則溫度上升值隨之改變，因此須特定測定場所，按照該場所之比熱之含義用等效比熱來表示。 [數式12] (數式12)c1＝Ploss×t/(m1×ΔTc1) 此處，c1：馬達之等效比熱(J/kg・K) Ploss×t：每單位時間之導入熱量(J) m1：馬達之質量(kg) ΔTc1：馬達電氣部＋殼體之上升溫度(K) t：上升ΔTc1所用之時間(s) 若藉由(數式12)求出馬達之等效比熱c1，則自馬達之繞組(包含芯體等)內部產生之總熱量Q1由(數式11)求出並蓄積於馬達殼體，馬達殼體(蓄熱部)之溫度上升Tc1可藉由(數式13)而求出。 [數式13] (數式13)Tc1＝Q1/(m1・c1)           (K) 此處，Tc1：馬達殼體(蓄熱部)之溫度上升(K) (馬達殼體(蓄熱部)之溫度(℃)需加上馬達之環境溫度Ta) Q1：馬達之熱量(J) m1：馬達之質量(kg) c1：馬達殼體(蓄熱部)之等效比熱(J/kg・K) 若將定子之熱量設為Q2(J)，將定子之質量設為m2(kg)，將定子繞組之等效比熱設為c2(J/kg・K)，則馬達之定子繞組之溫度上升Tc2(K)為(數式14)所示。 [數式14] (數式14)Tc2＝Q2/(m2・c2)           (K) 此處，Tc2：馬達定子繞組之溫度上升(K) (馬達定子繞組之溫度(℃)需加上馬達之環境溫度Ta) Q2：馬達定子之熱量(J) m2：馬達定子之質量(kg) c2：馬達定子繞組之等效比熱(J/kg・K) 若將轉子之熱量設為Q3(J)，將轉子之質量設為m3(kg)，將轉子之籠形導體之等效比熱設為c3(J/kg・K)，則感應型馬達之轉子籠形導體之溫度上升Tc3(K)為(數式15)所示。 又，於永久磁鐵式馬達之轉子之永久磁鐵之溫度上升Tc3(K)(以與感應馬達相同之符號表示)之情形時，若將轉子之熱量設為Q3(J)，將轉子之質量設為m3(kg)，將轉子之永久磁鐵之等效比熱設為c3(J/kg・K)，則溫度上升值可用與(數式15)相同之數式表示。 [數式15] (數式15)Tc3＝Q3/(m3・c3)           (K) 此處， Tc3： 馬達之轉子之籠形導體之溫度上升(K)・・・感應型馬達之情形時 ： 馬達轉子之永久磁鐵之溫度上升(K)・・・永久磁鐵式馬達之情形時( 馬達之轉子之籠形導體之溫度(℃)及永久磁鐵之溫度(℃)需加上馬達之環境溫度Ta) Q3：馬達轉子之熱量(J) m3：馬達轉子之質量(kg) c3 ：馬達轉子之籠形導體之等效比熱(J/kg・K)・・感應型馬達之情形時 ：馬達轉子之永久磁鐵之等效比熱(J/kg・K)・・永久磁鐵式馬達之情形時 同樣地，若將軸承等之熱量設為Q4(J)，將軸承等之質量設為m4(kg)，將軸承之等效比熱設為c4(J/kg・K)，則馬達之軸承之溫度上升Tc4(K)為(數式16)所示。 [數式16] (數式16)Tc4＝Q4/(m4・c4)           (K) 此處，Tc4：馬達之軸承之溫度上升(K) (馬達之軸承之溫度(℃)需加上馬達之環境溫度Ta) Q4：馬達軸承等之熱量(J) m4：馬達軸承等之質量(kg) c4：馬達軸承之等效比熱(J/kg・K) 此處，馬達之損耗之大部分以熱之形式擴散(傳播)至馬達之各部位。例如，通過固定冶具等金屬固體而傳導，亦或自馬達表面之冷卻片自然或強制對流而釋放至大氣中。或者，其中一部分以聲音形式發散至周遭。無論於哪種情形時，熱傳遞均可用(數式17)表示。 [數式17] (數式17)Qf＝α・(Tc1－Ta)・(kf×A) 此處，Qf：每單位時間之散熱(傳熱)量、J/s、(kcal/h) α：熱傳遞係數W/m² K、(kcal/m² hK) Tc1：傳熱面之溫度K、(℃) Ta：大氣(流體)之溫度K、(℃) kf：強制冷卻係數 A：固體之表面積(傳熱面積)m² 、(m² ) 再者，作為藉由冷卻片等而計算溫度上升值之數式，存在熱電阻Rth(℃/W)。該熱電阻雖然可提供穩定狀態下之損耗值(W)，從而計算出溫度飽和狀態下之溫度上升值為幾度(K)，但於施加於馬達之負載即時變化之情形時，即便用瞬時變化之損耗值(W)乘以熱電阻亦無法獲得過度溫度。 故而，本實施例之特徵之一在於：以熱之傳輸函數表示馬達，由(數式13)計算出馬達殼體之溫度上升值，取得該馬達殼體之溫度上升值與環境溫度之差，自馬達殼體之溫度差藉由(數式17)計算每單位時間自馬達散發之散熱量。根據該等，由自馬達產生之總損耗Ploss與每單位時間自馬達散發之散熱量Qf之差，計算出馬達所持有之總損耗當前值，自該總損耗當前值藉由(數式14)計算出馬達定子繞組之溫度上升值，並藉由(數式15)計算出馬達轉子之溫度上升值，又，藉由(數式16)計算出利用馬達之定子支撐轉子之軸承部之溫度上升值，對各部之溫度上升值與判定為過載之閾值進行比較，當任一部位先檢測出過載時，將其作為馬達之過載而輸出。 以上內容為本實施例之馬達電力轉換裝置100之過載保護處理之概要。以下，一面參照圖式，一面詳細地對各實施例進行說明。 於圖2中，模式性地表示馬達電力轉換裝置100「動力運行時」之馬達損耗之情形。1係馬達，其藉由帶電源再生功能之順變器4之全波整流用轉換器5對自交流電源2供給之電源進行整流，並藉由平流電容器8將其平流化，而轉換為直流電壓。其次，藉由逆變器9再次自該直流電源轉換為交流，向馬達1供給電力。逆變器9具備n ARM即n相，1 ARM反並聯連接有開關元件10及續流二極體11，進而串聯連接於上(P側)、下(N側)。於該圖中，例示3 ARM之3相。開關元件10係藉由功率電路之開關而進行PWM(Pulse Width Modulation)控制。而且，馬達1對馬達輸出軸賦予轉速Nf、轉矩Tf並將其作為動力賦予至負載，從而驅動機械。 此處，圖2所示之馬達1之箭頭之寬度表示電力之大小程度。於動力運行狀態下，馬達1獲得輸入電力Pin，並輸出馬達輸出Pout，因此其大小關係為輸入電力Pin＞輸出電力Pout，變少之量成為損耗Ploss。該損耗Ploss之大部分成為馬達之發熱。再者，於動力運行動作中，帶電源再生功能之順變器4之電源再生用轉換器6成為暫停狀態。 於圖3中，模式性地表示馬達電力轉換裝置100「再生時」之馬達損耗之情形。該圖表示例如馬達1為進行四象限運行之升降機用馬達等之情形時。升降機用馬達於垂直方向上進行升降動作，下降時一面抑制載物箱於重力方向上下落，一面於上升方向上輸出馬達轉矩並於下降方向上平滑地改變速度，因此成為再生動作。再生動作係載物箱因重力而下落，藉此馬達輸出軸被自外部轉動。因此，馬達成為發電狀態，發電(再生)之能量自馬達1通過逆變器9，而向平流電容器8充入發電(再生)能量。4係帶電源再生功能之順變器，6係電源再生用轉換器，蓄積於平流電容器8之發電(再生)能量通過再生用交流反應器7而再生至交流電源2。此時，若以能量之流動看待馬達輸入電力Pin與輸出電力Pout之關係，則自負載(機械)側通過馬達，經由逆變器9、平流電容器8、帶電源再生功能之順變器4之電源再生轉換器6、及再生用交流反應器7，而再生至交流電源2。此時，馬達1之Pin及Pout之箭頭之方向與圖2相反，箭頭之寬度(電力之大小程度)變為馬達輸出Pout最大而輸入電力Pin較小，其大小關係變為(輸入電力Pin之絕對值)＜(輸出電力Pout之絕對值)，變少之量成為損耗Ploss。 該損耗Ploss之大部分成為馬達之發熱。再者，於再生動作中，帶電源再生功能之順變器4之全波整流用轉換器5成為暫停狀態。 再者，圖2、圖3係於四象限動作中處理輸入電力Pin、輸出電力Pout，因此將圖2之動力運行狀態之情形時規定為正方向。於該情形時，作為再生狀態之圖3中之輸入電力Pin、輸出電力Pout成為負值。此處，藉由(數式2)來驗證圖3所示之馬達損耗之方向是否成為正值。於圖3中，輸入電力Pin、輸出電力Pout為負值，且(輸入電力Pin之絕對值)＜(輸出電力Pout之絕對值)，因此就絕對值而言，Pout較大。若用(-小)表示Pin，用(-大)表示Pout，則(數式2)Ploss＝Pin－Pout＝(-小)－(-大)＝(-小＋大)＞0，Ploss成為正值。根據以上可知，圖3之Ploss之方向成為與圖2相同之方向。 於圖4中，模式性地表示藉由直流電源之馬達電力轉換裝置再生時之馬達損耗之情形。圖2、圖3係藉由交流電源進行供給，因此通過順變器而獲得直流電源，再次藉由逆變器轉換為交流電源，但於藉由直流電源(電池)之供給中無需帶電源再生功能之順變器4。該圖為再生狀態，因此發電(再生)之能量自馬達1通過逆變器9，而向平流電容器8充入發電(再生)能量，因此馬達1及逆變器9與圖3相同。與圖3不同之部分在於：交流電源2改為直流電源(電池)3，於向平流電容器8充入發電(再生)能量之同時，向直流電源(電池)3直接進行再生而充電。輸入電力Pin、輸出電力Pout之正負極性及絕對值之大小與圖3相同，因此省略說明。又，因圖2之附電源再生功能之順變器4為直流輸出，故動力運行時之馬達損耗之說明與圖2之逆變器9之情形時相同。 圖5係自壓床用馬達之轉速、轉矩而對使用重複負載之一例進行說明之圖。揭示如下一例：壓床係藉由曲軸機構將馬達之旋轉運動轉變為往返運動之構造，且使滑件上下運動而於下死點進行薄板引伸加工。圖5之上圖表示馬達轉速，滑件自上死點以正轉方式運行，於即將到達臨近下死點之薄板材料之前停止且保持位置以防模具燒蝕後，再次下降而進行壓抵引伸加工。於充分壓抵加工後，馬達沿相同之正轉方向運行，滑件上升而返回至上死點，結束1/2週期。圖5之下圖表示馬達之轉矩，於下降1中沿動力運行方向加速，於勻速、減速停止時以再生轉矩運行，壓抵引伸成為動力運行。於滑件返回至上死點時，馬達依然保持正轉方向，於加速、勻速時以動力運行方式運行，於減速時以再生運行方式停止。 於反覆進行該動作之情形時，馬達沿反轉方向使滑件下降，於即將到達臨近下死點之薄板材料之前停止且保持位置以防模具燒蝕後，再次下降而進行壓抵引伸加工。於充分壓抵加工後，馬達沿相同之反轉方向運行，滑件上升而返回至上死點，結束其餘1/2週期。馬達於正轉運行中轉1次，於反轉運行中回轉1次，從而滑件可進行2次引伸加工。 於高速進行該動作之情形時，使滑件自上死點與下死點之中間點開始正轉，並於下死點進行引伸加工，於相反側之中間點以正轉方式運行後停止。復位係以反轉方式開始，並於下死點進行引伸加工，並藉由反轉返回至原本之中間點。該運行係於進行圓周運動之飛輪上固定曲軸之支點，該支點如時鐘之擺錘般擺動，因此被稱為擺錘運行。若使該支點之旋轉角度小於180°，則產距時間變小，馬達之負載率上升，作為重複負載連續使用會朝往過載之方向，因此要求充分之過載保護。 圖6係於本實施例之「動力運行時」之「馬達轉速-轉矩特性」方面對損耗進行說明之圖。圖中，橫軸為轉速Nf，縱軸為(動力運行)轉矩Tf，用連接點Α-B-C-D之線表示馬達之最大轉矩。又，將馬達之額定轉矩為Tf0、額定轉速為Nf0之額定輸出點P0表示於圖上。其次，將通過額定輸出點之額定輸出曲線(Tf＝9.55×P0/Nf)表示於圖上。該曲線係以轉速-轉矩表示之馬達輸出Pout定曲線。其次自(數式2)可知Pin＝Ploss＋Pout，因此若將馬達損耗計入馬達輸出Pout定曲線，則成為輸入電力Pin定曲線。再者，於圖中，表示機械損耗、鐵損、浮動負載損耗、銅損之一例。於低速高轉矩區域，藉由電流增加，銅損於總損耗中所占之比率處於支配地位。鐵損雖然不受電流影響，但遲滯損耗與頻率成正比，渦電流損耗按照頻率之平方而增加。因此，尤其是於永久磁鐵式馬達中，於高速區域馬達電壓飽和且最大轉矩降低之過程中，鐵損在總損耗中所占之之比率迅速增加而處於支配地位。 圖7係於本實施例之再生時之「馬達轉速-轉矩特性」方面對損耗進行說明之圖。該圖中，橫軸為轉速Nf，縱軸為再生轉矩Tf，與將動力運行轉矩設定為正尺標相對地，以負尺標記載再生轉矩Tf。再生運行係自機械側使馬達軸旋轉，輸出電力Pout變為最大，然後將該能量再生至輸入電源，其輸入電力Pin變為最小。再者，圖中省略各損耗，輸入電力Pin與輸出Pout之間所夾之部分為總損耗Ploss。總損耗中，於低速區域之最大轉矩區域，銅損處於支配地位，於高速區域之最大轉矩受限之區域，鐵損增加。又，於感應型馬達中，再生時，當藉由再生能量而直流電壓(PN間電壓)上升時，未以賦予至馬達之(電壓)V/(頻率)F固定之方式控制PWM波形之脈衝寬度之情形時，鐵損增加。 於圖8中，表示於馬達之各部位產生之損耗之種類。於感應型馬達及永久磁鐵式馬達之各部位產生之損耗大致分為固定損耗與負載損耗。固定損耗包括與負載大小無關之鐵損、機械損耗，負載損耗係根據負載大小而增減之銅損、浮動負載損耗。該圖所示之銅損產生於一次繞組及二次繞組，且係以(電流平方)×(繞組電阻)之關係產生。銅損產生於感應型以及永久磁鐵式馬達之定子繞組、與感應型馬達之籠形導體以及條形導體。 浮動負載損耗係由於流通負載電流而於導體或鐵心以外之金屬部流通渦電流所產生之損耗。浮動負載損耗產生於馬達殼體或罩部等，係難以測定或計測之部分。 鐵損包括遲滯損耗及渦電流損耗，該等與頻率(馬達轉速)之增大及最大磁通密度相關，產生於定子以及轉子之鐵心或永久磁鐵式馬達之永久磁鐵。鐵損可藉由(數式3)、(數式4)而獲得。又，於以PWM波形驅動之反相器、控制器、伺服放大器中，由賦予至馬達之高頻之載波頻率所引起之鐵損產生於鐵心、永久磁鐵。機械損耗包括軸與軸承之間所產生之摩擦損耗、因轉子與周遭空氣摩擦而產生之風損。於藉由另設冷卻扇冷卻馬達之情形時，風扇之消耗電力亦計入機械損耗中。於圖8中，該等損耗於感應型馬達與永久磁鐵式馬達中加以區分，作為其部位，定子分為鐵心、繞組等，轉子分為鐵心、籠形導體(感應型馬達)、永久磁鐵(永久磁鐵式馬達)等，定子/轉子以外分為軸承及風扇，對於銅損(一次、二次)、浮動負載損耗、鐵損、機械損耗此4種損耗用圓圈表示其產生之部位。 於圖9中，模式性地表示將馬達電力轉換裝置100應用於感應型馬達之情形時之電路構成。馬達電力轉換裝置100係驅動馬達1之反相器、向量控制反相器、感應型AC伺服放大器等。 首先，自主電路開始說明。藉由帶電源再生功能之順變器4之全波整流用轉換器5對自交流電源2供給之電源進行整流，並藉由平流電容器8將其平流化，而轉換為直流電壓(PN電壓)。逆變器9將該直流電源再次轉換為交流電源，並經由U相、W相電流檢測器CTu12、CTw13與感應型馬達1a連接。再者，逆變器9具備n ARM(於圖中為3 ARM之3相)，其中1 ARM反並聯連接有開關元件10及續流二極體11，進而上下串聯連接於PN間。 開關元件10藉由開關進行PWM控制，對感應型馬達1a進行能夠速度、位置控制，將動力賦予至負載而驅動機械。又，馬達1於再生動作中處於發電狀態，將再生能量自馬達1經由逆變器9充入至平流電容器8。又，再生能量自平流電容器8經由電源再生用轉換器6，再經由再生用交流反應器7返回至交流電源2。 感應型馬達1a於馬達軸上具備位置、速度檢測用之編碼器14a。再者，於馬達電力轉換裝置為無感測器向量控制反相器之情形時，編碼器14a並非必要構成。其原因在於：當為無感測器向量控制之情形時，可使用要被內部運算處理之馬達之推定轉速Nf。於帶編碼器14a之情形時，安裝於馬達軸之編碼器14a之輸出被發送至控制邏輯電路15之位置、速度運算器27，輸出馬達之轉速Nf。此處，藉由減法器20輸出轉速Nf與速度指令N之差ε(＝N－Nf)，並藉由速度控制器(ASR)21將其放大，而形成轉矩電流指令Iq。轉矩電流指令Iq被輸出至進行與轉矩電流反饋信號Iqf之差之運算之減法器20，並且被發送至滑動頻率運算器30。 又，轉速Nf信號被發送至磁通運算器29，輸出以基礎轉速以下為固定磁通、基礎轉速以上為固定輸出控制之方式形成磁通弱化控制模式之磁通電流指令Id。磁通電流指令Id於滑動頻率運算器30中，若為基礎轉速以下則使其輸出之滑動角頻率ωs與轉矩電流成正比地輸出。又，31為角頻率轉換常數(2π/60)並轉換為角頻率ωr，藉由加法器19進行角頻率ω1＝ωr＋ωs之運算。角頻率ω1藉由積分器36被轉換為相位θ，並被發送至dq/3相轉換器24及3相/dq轉換器26。 U相電流檢測器CTu12及W相電流檢測器CTw13檢測感應型馬達1a之電流，並作為電流反饋Iuf、Iwf信號被輸入至控制邏輯電路15之3相/dq轉換器26。3相/dq轉換器26係自3相Iuf、Iwf信號轉換為以d、q軸正交表示之Idf、Iqf信號。藉由減法器20取得磁通電流指令Id與磁通電流反饋信號Idf之差，並藉由d軸電流控制器(ACR)22將其放大。又，藉由減法器20取得與磁通電流指令Id正交之轉矩電流指令Iq和轉矩電流反饋信號Iqf之差，並藉由q軸電流控制器(ACR)23將其放大。d軸、q軸電流控制器(ACR)22、23之輸出作為d軸、q軸電壓指令Vd、Vq而輸入至dq/3相轉換器24，將3相電壓指令Vu、Vv、Vw輸出至PWM電路25，並作為逆變器9之開關元件10之閘極信號而提供，由此控制感應型馬達1a。 其次，對總損耗運算電路16(虛線)進行說明。馬達電流反饋Iuf、Iwf信號藉由3相/dq轉換器26被轉換為正交之Idf、Iqf信號，並藉由轉矩運算器32對馬達之轉矩Tf進行向量運算。輸入該轉矩信號Tf及來自位置、速度運算器27之轉速Nf，藉由輸出Pout運算器33進行(數式5)之運算，從而獲得輸出電力Pout。 電流運算器34計算出電流有效值I，自dq/3相轉換器24輸入相電壓有效值並藉由向量運算求出相電壓、電流及功率因數cosθ，然後藉由輸入Pin運算器35根據(數式6)計算出輸入電力Pin。 對於根據上述說明藉由輸出Pout運算器33、輸入Pin運算器35而算出之Pout、Pin，藉由減法器20進行(數式2)之Pin－Pout運算，從而計算出馬達之總損耗Ploss。將馬達之總損耗Ploss發送至過載檢測電路17a，而判定馬達是否過載。若過載檢測電路17a根據馬達之蓄積熱量、每單位時間之散熱量之狀態及馬達各部位之溫度上升判定馬達過載，則將過載檢測信號OL發送至保護處理電路18，並向外部輸出過載顯示或過載報知之信號，進而，停止馬達進行過載保護。 再者，以上所說明之控制邏輯電路15內之速度控制器(ASR)21、d軸及q軸電流控制器(ACR)22、23、PWM電路25等之方塊圖係藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或DSP(Digital Signal Processor,數位信號處理器)等運算裝置與軟體之協動而實現。總損耗運算電路16內之各方塊圖亦同樣地係藉由運算裝置與軟體之協動而實現。 於圖10中，模式性地表示將馬達電力轉換裝置應用於永久磁鐵式馬達之情形時之電路構成。馬達電力轉換裝置100包括AC伺服放大器、DCBL控制器、及反相器。首先，關於主電路，帶電源再生功能之順變器4、逆變器9、U相、W相電流檢測器CTu12、CTw13與應用於感應型馬達(圖9)之情形時相同。永久磁鐵式馬達1b於馬達軸上具備位置、速度、磁極位置檢測用之編碼器14b。再者，於馬達電力轉換裝置49為DCBL控制器、反相器之情形時，編碼器14b並非必要構成，其原因在於：當為無感測器DCBL馬達之情形時，可藉由向量控制進行速度控制。再者，磁極位置檢測係用以檢測安裝於馬達之轉子之永久磁鐵之磁極的位置。 於帶編碼器之情形時，安裝於馬達軸之編碼器14b之輸出被發送至控制邏輯電路15之位置、速度、磁極位置運算器28，而輸出馬達之轉速Nf。又，自位置、速度、磁極位置運算器28向dq/3相轉換器24、3相/dq轉換器26輸出磁極位置信號θ。藉由減法器20輸出轉速Nf與速度指令N之差ε(＝N－Nf)，並藉由速度控制器(ASR)21將其放大，而形成轉矩電流指令Iq。 永久磁鐵式馬達1b之電流係藉由U相電流檢測器CTu12及W相電流檢測器CTw13而檢出，並形成電流反饋Iuf、Iwf信號被輸入至控制邏輯電路15之3相/dq轉換器26。藉由3相/dq轉換器26，自3相Iuf、Iwf信號轉換為以d、q軸正交表示之Idf、Iqf信號。 轉矩電流指令Iq被輸出至進行與轉矩電流反饋信號Iqf之差之運算之減法器20，該偏差藉由q軸電流控制器(ACR)23而放大。d軸電流指令Id係進行磁場弱化之情形時等之電流指令，藉由減法器20取得與d軸電流反饋信號Idf之差，並藉由d軸電流控制器(ACR)22將該偏差放大。d軸、q軸電流控制器(ACR)22、23之輸出作為d軸、q軸電壓指令Vd、Vq而輸入至dq/3相轉換器24，然後將3相電壓指令Vu、Vv、Vw輸出至PWM電路25，並作為逆變器9之開關元件10之閘極信號而提供，由此控制永久磁鐵式馬達1b。 其次，對總損耗運算電路16(虛線)進行說明。輸出電力Pout及輸入電力Pin之計算與圖9相同，因此予以省略。減法器20進行(數式2)之Pin－Pout運算，從而計算出馬達之總損耗Ploss。將馬達之總損耗Ploss發送至過載檢測電路17b，若根據馬達之蓄積熱量、每單位時間之散熱量之狀態及馬達各部位之溫度上升判定馬達過載，則將過載檢測信號OL發送至保護處理電路18，並向外部輸出用以顯示過載或報知過載之信號，進而，停止馬達進行過載保護。 再者，Pin及Pout之運算並不限定於上述圖9、圖10之例。 於圖11中，模式性地表示輸入電力之檢測之另一構成例。於圖9及圖10中，自控制邏輯電路15內之信號藉由輸入Pin運算器35進行輸入電力Pin運算，但於圖11之例中，自馬達之端子電壓檢測出相電壓Vu、Vv、Vw，藉由U相、W相電流檢測器CTu12、CTw13檢測出Iuf、Iwf，而進行馬達電流運算。具體而言，相電流Ivf係以自三相電流Iuf＋Ivf＋Iwf＝0得出Ivf＝－(Iuf＋Iwf)之方式構成。控制邏輯電路15之CPU於進行上述(數式7)之運算時進行U、V、W相各自之相電壓與相電流之瞬時值之積運算，由此進行(數式8-1)～(數式8-3)之相電壓與(數式9-1)～(數式9-3)之相電流之積運算。藉此，CPU將各相之U相、V相、W相之輸入電力量相加，從而獲得「3相輸入電力Pin」。 以上係本實施例之電路構成之概要。 繼而，對作為本實施例之特徵部分之一之過載檢測電路進行說明。首先，對應用於感應型馬達之情形時(圖9)之馬達過載檢測電路17a進行敍述。 於圖1中，表示感應型馬達之過載檢測電路17a中之過載檢測裝置之詳細情況。過載檢測電路17a分為4個功能部。 首先，藉由作為基本部分之第1部位37(虛線)，對包含馬達整體(馬達電氣部＋殼體)之熱量進行處理。其次，第2～第4部位分為馬達之各部位。 第2部位45係定子，所計算之溫度上升係針對定子繞組。 第3部位46係轉子，所計算之溫度上升係針對籠形導體。再者，並不限定於籠形導體，亦可為條形轉子等其他態樣。 最後之第4部位47係軸承等，所計算之溫度上升係針對軸承。 再者，第1部位37進行馬達整體(馬達電氣部＋殼體)之熱量之處理，當然亦包括第2～第4部位之熱量。於第1部位37中，自輸入至馬達之總損耗，準確地運算每單位時間蓄積之總熱量及每單位時間自馬達散發之總熱量，將於當前時間點每單位時間蓄積於馬達之總熱量視為總損耗當前值Pe(W)。 對第1部位37進行具體說明。第1部位37係(馬達電氣部＋殼體)，對此處輸入馬達之總損耗Ploss(輸入電力Pin－輸出電力Pout)。其次。藉由減法器20自總損耗Ploss(每單位時間蓄積於馬達之熱量)減去每單位時間自馬達散發之熱量Qf。其輸出係當前每單位時間蓄積於馬達之熱量，藉由總損耗當前值Pe＝Ploss－Qf而求出。將總損耗當前值Pe輸入至馬達蓄熱部42-1(傳輸函數：1/(m1･c1･s))，進行馬達之總熱量Q1之運算，然後藉由(數式13)計算出馬達殼體溫度上升值Tc1(K)。再者，馬達之殼體溫度Tc1(℃)係馬達殼體溫度上升值Tc1(K)加上馬達之環境溫度Ta(℃)而獲得。向第1部位37之過載判定電路43-1及減法器20之輸出係加上馬達之環境溫度Ta(℃)後之馬達之殼體溫度Tc1(℃)之值。 其次，藉由減法器20取得馬達殼體溫度Tc1(℃)與環境溫度Ta(℃)之差，藉由馬達散熱部40(傳輸函數：α･kf･A)進行(數式17)之運算，而輸出每單位時間之散熱量Qf(J/s)。此處，kf表示強制冷卻係數，於為自然冷卻之情形時kf＝1。作為馬達散熱部40之輸出之每單位時間之總散熱量Qf(J/s)返回至已被提供有總損耗Ploss之減法器20，從而構成負反饋迴路。 再者，將馬達視為熱電阻，將馬達殼體設為熱電阻Rth(℃/W)而提供損耗(W)，藉此可獲得馬達之溫度上升值，亦可將該值與閾值進行比較而針對過載進行保護，但使用熱電阻Rth所獲得之溫度上升值僅為經歷過度狀態後溫度飽和之熱平衡狀態下之溫度上升值，即穩定狀態下之解(值)。 與此相對地，於處理如重複負載般時刻變化之負載之損耗之情形時，總損耗變化而被提供，藉由熱電阻Rth無法計算出處理總損耗連續反覆之過度狀態之溫度上升值之變化。為解決該問題，於本實施例中，藉由可處理微分、積分之傳輸函數來實現蓄積熱量、散發熱量及溫度上升值。 又，作為第1部位37之特徵之一，可列舉藉由減法器20計算總損耗Ploss與每單位時間之總散熱量之差。馬達之散熱係自馬達殼體周遭之冷卻片發散至大氣中，亦或自設置馬達之底座安裝部熱傳導至對象側安裝基座(定盤)。雖然難以計測於何處發散了何種程度之量，但關於馬達各部之溫度上升值，可藉由準確地檢測出總損耗，求出蓄積熱量，進而準確地獲取每單位時間來自馬達之散熱量，而獲得準確之溫度上升。故而，由輸入電力Pin－輸出電力Pout而準確掌握整體量。 若已準確地檢測出每單位時間來自馬達之散熱量，則可考慮是否可藉由減法器20計算總損耗Ploss－每單位時間之散熱量Qf。累計總損耗，求出馬達之總熱量，計算出溫度上升值。此時之溫度上升值係相對於馬達之環境溫度之值。另一方面，每單位時間來自馬達之散熱量隨與環境溫度之溫度差而變化。其原因在於：實際上，於馬達內輸入之總損耗Ploss並非立即被每單位時間之散熱量Qf減去而消失，而是於微計算器內之運算上，自所賦予之電氣量Ploss減去自然界之物理量之散熱量Qf，而進行殘存於馬達之每單位時間之總損耗當前值Pe之模擬。其係基於將馬達之環境溫度作為基準而實現。其結果形成負反饋構成。再者，第1部位之過載判定電路43-1輸入馬達電氣部＋殼體溫度Tc1(℃)，並將其與馬達殼體溫度成為過載之閾值進行比較，於超出閾值時，將過載檢測信號輸出至邏輯和電路44。根據以上說明，藉由殘存於馬達之每單位時間之總損耗當前值Pe，即便所施加之負載為重複負載使用，亦可將過度運算包括在內，容易地處理馬達之蓄積熱量、每單位時間之散熱量、溫度上升值。 於圖13中，模式性地表示馬達殼體之散熱特性。於本例中，表示根據試驗資料測定每單位時間來自馬達之總散熱量之方法。總散熱量之表述包括自馬達殼體周遭之冷卻片向大氣中發散之每單位時間之熱量、及自與設置馬達之底座安裝部接觸之對象側安裝基座(定盤)熱傳導之每單位時間之熱量或於馬達為凸緣形之情形時向與凸緣面接觸之對象側安裝基座熱傳導之每單位時間之熱量。各熱量分別係指作為其總量(合計值)之每單位時間之總散熱量。又，馬達亦可為自然冷卻或強制冷卻。 馬達殼體之散熱特性之測定係確認馬達之設置條件等，將驅動裝置(馬達電力轉換裝置100)與馬達組合而藉由溫度上升試驗進行測定。改變馬達之轉速、負載率，改變圖13之x軸所示之馬達殼體溫度與環境溫度差Tθ1～Tθ3…，進行溫度上升試驗。而且，於馬達之溫度飽和之熱平衡狀態(溫度上升飽和，穩定為固定溫度之狀態)下，施加於馬達之總損耗Ploss與每單位時間來自馬達之總散熱量Qf相等。據此，每單位時間來自馬達之總散熱量Qf可藉由測定當馬達處於熱平衡狀態時施加於馬達之總損耗量Ploss而準確地求出。針對馬達之每個輸出，逐一將圖13之資料預先保存於非揮發性記憶體，無論馬達為強制空冷亦或為自然冷卻，只要存在兩者之資料，便可自馬達殼體溫度與環境溫度差之值Tθ(K)讀取每單位時間之散熱量Qf而進行運算。 返回至圖1，對第2～第4部位進行說明。對於第2～第4部位，輸入各部位之損耗，自損耗求出熱量，計算各部位之溫度上升值。即分別地，對於第2部位計算出定子繞組溫度上升，對於第3部位計算出轉子之籠形導體或條形轉子之溫度上升，對於第4部位計算出軸承之溫度上升。各過載判定電路43-2～43-4將所算出之各溫度上升值與第2～第4閾值進行比較，基於閾值判定各部位是否過載。邏輯電路44構成OR電路，於包括第1過載判定電路43-1在內之4個輸出中任一者發送過載輸出信號時，將其作為馬達之過載檢測信號OL而輸出至保護處理電路18。 於圖16中，表示第2～第4部位之各損耗運算處理內容。於該圖中，作為區分欄，分為感應馬達與永久磁鐵式馬達，作為部位欄，分為定子、轉子、軸承等此3個部位，損耗分為銅損(一次銅損、二次銅損)、浮動負載損耗、鐵損、機械損耗此4種，且設置有損耗運算處理內容欄。又，於該欄中，於在圖8中以○表示之部分之框內記載「A」、「B」、「－」。「A」係針對每個取樣運算每次損耗而進行處理之部分。「B」係預先將模擬或詳細試驗資料表格化，而自該條件利用損耗值。「－」係無相應損耗之部分。 首先，關於銅損，為「A」，且針對每個取樣計算求出產生於感應型馬達及永久磁鐵式馬達之定子繞組、感應型馬達之籠形導體或條形轉子之每次損耗，並計算求出(電流平方)×(繞組、或籠形導體電阻、或端環與條形導體之電阻)。 關於「B」，鐵損係於感應型馬達及永久磁鐵式馬達之定子、轉子之鐵心、及永久磁鐵式馬達之永久磁鐵產生損耗。對於鐵損，自磁場分析模擬及詳細試驗資料，將馬達之每轉速之鐵損資料表格化，因此根據當前時間點之轉速選擇、輸入鐵損資料作為損耗值。 機械損耗產生於感應型馬達及永久磁鐵式馬達之軸承及風損，自詳細試驗資料將馬達之每轉速之資料表格化，選擇、輸入當前時間點之轉速之機械損耗資料作為損耗值。對於浮動負載損耗，感應型馬達及永久磁鐵式馬達均為於根據詳細試驗資料對總損耗值、銅損、鐵損、機械損耗進行評價後，將相對於電流值之浮動負載損耗表格化而選擇、輸入。或者，藉由浮動負載損耗＝總損耗－(銅損＋鐵損＋機械損耗)而計算求出。 繼而，於圖之右行側設有損耗之小計欄E行，感應型馬達之定子之列計算出各損耗之小計Psi。該小計係定子內之總損耗Psi。軸承等之列係定子與轉子之連接部分即包括軸承及風損之軸承等之小計之總損耗Pbi。又，轉子之列係轉子內之小計之總損耗Pri。Psi、Pbi、Pri之末尾之i表示感應型馬達(IM)。又，右行之總損耗F行(Ploss)之i亦表示感應型馬達。 再次返回至圖1，區塊41-2、41-3、41-4之以k2、k3、k4表示之相對於總損耗之比率表示於圖16之最右行E/F。藉由k2＝Psi/(Ploss)i、k3＝Pri/(Ploss)i、k4＝Pbi/(Ploss)i而計算。關於該相對於總損耗之比率k2、k3、k4，重要的是針對每個取樣每次均重新計算比率。其原因在於：馬達所產生之損耗之種類根據馬達之轉速、轉矩而變化。再者，總損耗(Ploss)i與以Pin－Pout進行運算之(數式2)相同，其目的在於區別2種馬達。於永久磁鐵式馬達中，損耗之末尾標上(PM)之p而記為Psp、Pbp、Prp、(Ploss)p。再者，永久磁鐵式馬達之損耗運算處理內容與感應型馬達相同，因此省略說明，但轉子側並非籠形導體，因此不存在銅損。 又，關於馬達蓄熱部42-1、定子42-2、轉子42-3、軸承42-4之傳輸函數之質量，分別輸入m1：馬達質量、m2：定子之質量、m3：轉子之質量、m4：軸承之質量。 繼而，關於比熱，輸入馬達或各部位之等效比熱。關於等效比熱，於在工廠中實施詳細試驗時，於額定轉速、額定轉矩下，對各部位逐一恆常設定1點作為於溫度上升試驗中測定溫度之測定點。溫度上升試驗係於特定之測定點以額定點(額定轉速、額定轉矩)測定總損耗Ploss、及溫度上升值。質量使用上述m1～m4。又，馬達電氣部＋殼體之等效比熱c1係自進行比熱之計測試驗所得之值藉由(數式12)而求出。定子繞組之等效比熱c2、轉子籠形導體之等效比熱c3及軸承之等效比熱c4亦同樣地係藉由比熱之計測試驗而算出。該等效比熱之常數作為馬達常數而預先登錄於記憶體中，於運算馬達之殼體溫度Tc1、定子繞組溫度Tc2、籠形導體溫度Tc3、軸承溫度Tc4時使用。 此處，若將輸入至定子42-2、轉子42-3、軸承42-4之損耗統記為符號Plo2、Plo3、Plo4，則成為(數式18)。 [數式18] (數式18)Plo2＝Psi×(Ploss－Qf)/(Ploss)i ＝k2×Pe…第2部位之損耗當前值 Plo3＝Pri×(Ploss－Qf)/(Ploss)i ＝k3×Pe…第3部位之損耗當前值 Plo4＝Pbi×(Ploss－Qf)/(Ploss)i ＝k4×Pe…第4部位之損耗當前值 此處，Psi：總損耗中所包含之第2部位(定子)之損耗(W) Pri：總損耗中所包含之第3部位(轉子)之損耗(W) Pbi：總損耗中所包含之第4部位(軸承等)之損耗(W) k2：第2部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Psi/(Ploss)i) k3：第3部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Pri/(Ploss)i) k4：第4部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Pbi/(Ploss)i) Pe：總損耗當前值(＝Ploss－Qf) 其結果，關於輸出至定子42-2、轉子42-3、軸承42-4之定子繞組溫度上升值Tc2(K)，若將定子之總熱量設為Q2，則定子繞組溫度上升值Tc2(K)成為(數式14)。又，若將轉子籠形導體或條形轉子之總熱量設為Q3，則轉子籠形導體或條形轉子之溫度上升值Tc3(K)成為(數式15)。又，若將軸承等中之軸承之總熱量設為Q4，則軸承等中之軸承之溫度上升值Tc4(K)成為(數式16)。此處，溫度上升值Tc2～Tc4(K)需加上馬達之環境溫度Ta(℃)，而作為各部位之溫度Tc2～Tc4(℃)被提供。 繼而，針對第2～第4部位分別算出之溫度係藉由將該等溫度與判定為過載之各第2～第4閾值進行比較之各部位各自之過載判定電路43-2～43-4，而與各部位成為過載之閾值進行比較，於超出閾值時，將包括第1過載判定電路43-1在內之4個過載檢測信號輸出至邏輯和電路44。於邏輯和電路44中構成4輸入OR電路，當其中任一者發送過載輸出信號時，將其作為馬達之過載檢測信號OL而輸出至保護處理電路18。 根據以上說明，關於馬達之損耗，除可準確地獲得總損耗以外，於各部位產生多少量之何種損耗係根據轉速、負載率而個別逐次累計，因此可對各部位逐一進行過載檢測。因此即便賦予重複負載使用，之前成為過載之部位亦可輸出馬達之過載檢測信號。保護處理電路18係向外部顯示、報知過載資訊，進而將馬達停止而進行馬達之過載保護者。 圖12係對應用有本發明之一實施形態之永久磁鐵式馬達之過載檢測電路進行說明之圖。構成與圖1相同，省略說明，但圖1係感應型馬達，圖12係永久磁鐵式馬達，因此第3部位於圖1中為轉子之籠形導體，而與此相對地於圖12中為轉子之永久磁鐵。若將輸入至永久磁鐵式馬達之定子42-2、轉子42-3、軸承42-4之損耗統記為符號Plo2、Plo3、Plo4，則成為(數式19)。 [數式19] (數式19)Plo2＝Psp×(Ploss－Qf)/(Ploss)p ＝k2×Pe…第2部位之損耗當前值 Plo3＝Prp×(Ploss－Qf)/(Ploss)p ＝k3×Pe…第3部位之損耗當前值 Plo4＝Pbp×(Ploss－Qf)/(Ploss)p ＝k4×Pe…第4部位之損耗當前值 此處，Psp：總損耗中所包含之第2部位(定子)之損耗(W) Prp：總損耗中所包含之第3部位(轉子)之損耗(W) Pbp：總損耗中所包含之第4部位(軸承等)之損耗(W) k2：第2部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Psp/(Ploss)p) k3：第3部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Prp/(Ploss)p) k4：第4部位之損耗相對於總損耗之比率(＝Pbp/(Ploss)p) Pe：總損耗當前值(＝Ploss－Qf) 再者，若將永久磁鐵之總熱量設為Q3，則永久磁鐵式馬達之轉子之永久磁鐵之溫度上升值Tc3(K)成為(數式15)。此處，同樣地,溫度上升值Tc3(K)需加上馬達之環境溫度Ta(℃),而作為各部位之溫度Tc3(℃)。 圖14A～14C係對感應型馬達之等效電路進行說明之圖。圖14A表示運行中之感應型馬達之電路。用r1(Ω)、x1(Ω)表示定子(一次)繞組之1相之電阻、漏電抗，又，用g0、b0表示激磁電導、激磁電納。若對等效電路之變壓器之一次繞組施予電壓E1，則二次繞組感應到電壓E22。將二次電阻、漏電抗設為r22(Ω)、X22(Ω)，併用負載電阻r'表示機械動力。將馬達之1相之相電壓設為V1，流通一次電流I1,於激磁電路g0、b0流通激磁電流I0，於變壓器之一次側流通I1'。又，於二次側流通電流I22。圖14B表示將圖14A之二次側電路各量換算為一次側後之等效電路，通常使用圖14B之電路。又，於可忽略由激磁電流所導致之一次阻抗之情形時，等效電路成為圖14C。此處，於等效電路圖14B中，感應型馬達之銅損包括一次銅損及二次銅損。若將馬達之一次、二次繞組之相數設為m1、m2，則一次銅損為m1×(I1)² ×r1，二次銅損為m2×(I1')² ×r2。馬達常數、額定電流If、無負載(激磁)電流I0若藉由詳細試驗得到確認，則記憶於馬達電力轉換電路之控制電路15上所搭載之非揮發性記憶體，並藉由CPU、DSP進行運算處理。又，馬達電流係藉由圖9之U相、W相電流檢測器CTu12、CTw13而檢出，計算二次銅損時之電流I1'向量可藉由自一次電流向量I1減去無負載(激磁)電流向量I0而求出。 圖15係對本實施例之表格化後之馬達鐵損資料進行說明之圖。鐵損不因負載之增減而變化。馬達之鐵損包括遲滯損耗及渦電流損耗，其關係式表示於(數式3)、(數式4)中。又，就馬達電力轉換裝置而言，由於包含由PWM波形產生之載波頻率為數k～數十kHz之高頻成分，因此亦會產生因PWM載波頻率所導致之鐵損。因為難以直接實測鐵損電力，所以根據磁場分析模擬及製品出貨前之馬達、驅動裝置(馬達電力轉換裝置)之組合溫度上升試驗之資料，預先將相對於轉速之鐵損表格化。圖15係將表格化後之馬達鐵損資料曲線圖化所得者。①表示與馬達轉速成正比地增加之遲滯損耗Ph，②表示與馬達轉速之平方成正比之渦電流損耗Pe，③表示由固定後之載波頻率之PWM驅動所導致之鐵損(由載波頻率所導致之遲滯損耗＋由載波頻率所導致之渦電流損耗之小計)。再者，將①～③合計所得之鐵損合計值設為Pfe併用實線表示。又，於磁場分析模擬中將該鐵損合計值Pfe分為定子與轉子，從而分割為定子側鐵損Pfes與轉子側鐵損Pfer。分割鐵損之目的在於分別對定子側之部位之溫度、轉子側之部位之溫度個別加以計算，之前已藉由圖16之表進行了說明。定子側及轉子側之鐵損係根據當前時間點之轉速，參照該表格，針對每個取樣逐一更新鐵損值。 圖17係對本實施例之過載顯示、報知、告警輸出電路進行說明之圖。圖17係感應型、或永久磁鐵式馬達電力轉換裝置之整體電路之圖9、圖10所示之控制邏輯電路15，表示硬體之部分過載輸出電路。於控制邏輯電路15中，自CPU53通過通信連接器(CN1)58而於外部備有數位操作器59。於數位操作器59之顯示器60之下排列有5個輸入鍵63。於右上方配置有揚聲器61，於其下配置有發光器62。於數位操作器59中，藉由發光器62、顯示器60、揚聲器61顯示或報知進行過載檢測後之內容，藉此告知周遭有過載告警發生，再者，過載告警具有將為進行過載檢測及保護而已自主電路阻斷馬達之結果告知周遭之作用。進而，控制邏輯電路15具有如下構成：自CPU53通過反相器閘極54，自繼電器線圈55及該繼電器接點57經由外部端子輸出TM1、TM2而連接於外部輸出裝置64，警告過載狀態或告警報告為實施保護已自主電路阻斷馬達之情況。 圖18係對本實施例之過載顯示、報知、告警輸出內容進行說明之圖。「1」為過載顯示，「2」為過載報知，「3」為過載告警。右鄰之行係對過載檢測之主電路電源之處置進行定義，「1」及「2」之過載顯示、過載報知係即便進行過載檢測，主電路電源依然處於供給狀態並未立即保護馬達而繼續運行，讓周遭作業人員做好停止馬達之準備。其原因在於：若使馬達突然停止，則例如會使供給材料中之製品產生不良品，因此於停止材料之供給後停止馬達，或於1個製品加工完成後停止馬達。 「3」之過載告警係馬達電力轉換裝置100自身為實施馬達之過載保護而立即自馬達阻斷主電路電源，使馬達自行停止，告警係進行事後報告者。 於數位操作器欄中，發光器62係藉由視覺而報知過載顯示者，揚聲器61係發出音效、語音、響音、蜂鳴音等較大之聲音而進行報知者。再者，圖18記載的是一般情況，亦存在根據周遭之環境而有所不同之情形時，因此須加以注意。數位操作器之顯示器60係藉由文字準確顯示詳細之內容者，而並非針對周遭作業人員用以立即積極地引起作業人員之注意者，故而記作△。繼而，外部端子輸出TM1、TM2係1、2之過載顯示，過載報知係用於警告之警告接點輸出，3之過載告警係用於告警阻斷後之報告之接點輸出。該等過載顯示、過載報知、過載告警可由使用者藉由參數而選擇。 圖19係對檢測本實施例之馬達環境溫度之環境溫度計測器進行說明之模式圖。圖表示藉由環境溫度計測器52檢測馬達1之環境溫度並將其輸入至馬達電力轉換裝置100之情形時。馬達輸出軸之編碼器14之信號被擷取至馬達電力轉換裝置100，自上位控制裝置51輸入速度指令N。運行開始係接通控制電路電源50，其次接通交流主電路電源2，然後自上位控制裝置51輸入速度指令N而開始運行。再者，於不藉由環境溫度計測器52檢測馬達之環境溫度之情形時，馬達電力轉換裝置100將馬達之環境溫度範圍之最大溫度預設為環境溫度而運行。 圖20A、20B係對將本實施例之第2部位定子繞組判定為過載之閾值進行說明之圖。首先，對圖20A之不檢測馬達之環境溫度Ta之情形時進行說明。(a)表示馬達之耐熱級別A～H，各級別之最高容許溫度與(b)對應。例如，於級別A中，最高容許溫度為105℃，越往級別H，越接近180℃，該等係由規格所決定。 此處，馬達之定子繞組之溫度測定方法有電阻法。電阻法係利用電阻溫度係數已知之情況，自溫度試驗前後之電阻值計算出溫度上升值之方法，可測定繞組之平均溫度。但藉由電阻法無法測定1個繞組中受到冷卻風影響之部分與未受到影響之部分之溫度差。故而，預先設定餘裕溫度之容限δ，並如(c)所示，觀察(最高容許溫度－δ)之餘裕。再者，第2閾值係結合繞組自身之級別、保護繞組之絕緣紙之級別、及確保絕緣壽命之清漆材料之級別等馬達之級別而選定。再者，繞組之容限δ一般設定為5～15℃，且其係藉由於使用熱電偶等之溫度試驗中進行實測而最終確認者。(d)表示成為第2閾值之馬達定子繞組之容許溫度上升值。於不檢測馬達1之環境溫度Ta之情形時，將馬達之環境溫度Ta之初始值設定為馬達之使用溫度範圍之上限值Ta(max)。例如，若上限值Ta(max)為40℃，則初始值設定為40℃。若此處實際環境溫度為10℃，則因控制上係自40℃開始，故與實際溫度之偏移為+30(K)，兩者存在差距。於(c)中，表示有自最高容許溫度僅減去容限所得之值，因此於實際環境溫度為10℃之情形時，過載保護斷路以低30(K)之溫度動作。雖然看上去交流馬達1尚存有餘裕，亦可認為過載保護斷路之開始過早，但於並未檢測實際環境溫度之情形時，自防止燒損事故之觀點而言，較佳為設定更嚴格之條件(於本例中為最嚴格之條件即初始值40℃)。根據以上說明，成為(d)之第2閾值之馬達定子繞組之容許溫度上升值為自減去容限後之(c)之值進而減去Ta(max)所得之值。 其次，對圖20B之檢測馬達之環境溫度Ta之情形時進行說明。圖20B之(a)～(c)與(1)相同。於圖20B之情形時，可檢測出交流馬達1之實際環境溫度。藉此，作為第2閾值之馬達定子繞組之容許溫度上升值(d)用(數式20)表示。 [數式20] (數式20)第2閾值＝{(最高容許溫度)－δ－Ta(max)}＋{Ta(max)－Ta}    (K) ＝(最高容許溫度)－δ－Ta 其中，第2閾值：馬達定子繞組之容許溫度上升值(K) 最高容許溫度：馬達之耐熱級別之最高容許溫度(℃) δ：容限(＝5～15℃) Ta(max)：馬達使用溫度範圍之上限值(℃) Ta：實測所得之馬達之環境溫度(℃) 於環境溫度低於交流馬達1之使用溫度範圍之上限值之情形時，只要使定子繞組溫度之上限值按照其之差量而增大即可，過載保護斷路動作會根據實際狀況以合適條件而開始。相反地，於環境溫度高於交流馬達1之使用溫度範圍之上限值之情形時，第2閾值降低，因此馬達不會燒損。因此，可實現更準確之過載保護告警。 再者，於(數式13)、(數式14)中表示有馬達殼體與馬達定子繞組之溫度。若受馬達之總損耗、定子側損耗之變動所影響，而考慮馬達殼體與定子繞組之(質量×比熱)之不同，則馬達殼體之質量較大，定子繞組極小，兩者之差顯著。據此，定子繞組之溫度會高感度且急遽地對損耗之變動做出反應，因此可獲得進而提高過載保護斷路動作之精度之效果，可實現更接近現實之馬達溫度管理。又，於第2閾值之設定中，使馬達之環境溫度與固定值及環境溫度值兩者對應，而分別以適於維護及高效利用交流馬達1之溫度實現過載保護斷路動作。 圖21係對本實施例之過載檢測信號之遲滯進行說明之圖。先前之過載保護係以利用電子熱保護器檢測馬達電流之電流平方時間累計方式，於藉由計數器而獲得之累計值達到成為過載之閾值時，輸出過載檢測信號，停止對馬達之動力傳遞，因此過載檢測電路之動作於彼時間點結束。於本實施例中，即便是於進行過載檢測而停止向馬達之動力傳遞後，只要控制電路電源繼續通電，便可與正在運行時同樣地準確地繼續馬達之散熱運算。因此，設定馬達之過載解除溫度，只要馬達降溫至恢復溫度，便可接通主電路，一面使馬達之溫度自散熱中途持續至蓄熱動作，一面使之重新運行。 該自動恢復功能並非於藉由參數選擇了圖18中所說明之1之過載顯示輸出或2之過載報知輸出之情形時，用以於檢測出過載後亦可繼續運行之必要功能，而是於參數選擇了3之過載告警之情形時，用以於檢測出過載時阻斷主電路電源。作為具體之動作，使逆變器9之所有開關元件10之閘極信號持續關閉，直至馬達降溫至過載解除溫度為止。此處，若預先藉由設定參數選擇自動恢復，則即便無外部告警重設輸入，只要溫度達到馬達之過載解除溫度以下，逆變器9之所有開關元件10之閘極信號關閉亦被解除，從外部端子輸出TM1、TM2解除告警阻斷之報告接點輸出，因此可自該接點輸出重新開始運行。 例如，於在無人工廠動作之機器人用馬達中，一旦因檢測出過載而停止，就會一直保持停止狀態直到維護作業人員下次到來，但藉由具有圖21之於過載檢測信號中帶有遲滯之過載解除功能，運行可重新啟動而自動恢復。圖中，x軸上標有各部位之溫度Tcn(於圖1、圖12中為Tc1～Tc4)，y軸係過載檢測信號，其於正常狀態下為L位準，於過載狀態下為H位準。閾值係於過載檢測溫度TcnH下成為過載狀態。若馬達冷卻而降溫至過載解除溫度TcnL，則只要運行參數為自動恢復，運行便會開始。於手動恢復之情形時，作業員暫且進行重設然後藉由啟動運行按鈕而使運行開始。該遲滯設定於各部位，因此只有降低至安全溫度才會運行。 圖22係對本實施例之施加重複負載時之溫度上升試驗之一例進行說明之圖。x軸表示時間，y軸藉由各部之溫度上升表示馬達殼體溫度、定子繞組溫度、及轉子籠形導體之溫度。馬達係感應型馬達，藉由另設冷卻扇以固定轉速通風冷卻。負載係施加重複負載使用，速度指令係輸入圖5之速度指令。馬達之1週期之有效轉矩100%反覆施加，因此施加賦予給馬達之峰值轉矩超過額定轉矩之負載。於圖中，馬達殼體係直接藉由另設冷卻扇而強制冷卻，因此溫度徐徐上升。因馬達殼體正被冷卻，故定子繞組之溫度以抑制狀態上升。但轉子之籠形導體位於馬達中心部，冷卻效率較差，因此溫度繼續急上升。結果，於時間t0本實施例之第3部位之轉子籠形導體被檢測出過載，因此形成馬達之過載斷路以保護馬達不被燒損。 於僅藉由定子繞組之電流檢測進行過載保護檢測中，超出時間t0後定子繞組會上升至過載保護位準，而於此情況下轉子側籠形導體會燒損。因此，為於過載檢測時間t0以前進行過載動作，一直是降低閾值而採取具有現實意義之應對。其結果，成為過載保護時間提前動作之規格，因此於非重複負載使用之固定負載使用中，儘管並未過載亦同樣地開始提前保護。 圖23係對本實施例之過載檢測後自動恢復運行進行說明之圖。圖係監視輸出對感應型馬達賦予重複負載之情形時之各部位之溫度、外部端子輸出(TM1、TM2)、外部主電路電源、控制電路電源者。溫度測定位置為第1部位之馬達殼體溫度Tc1、第2部位之定子繞組溫度Tc2、第3部位之轉子籠形導體溫度Tc3、第4部位之軸承溫度Tc4。參數設定為自動恢復選擇。首先，自時間0開始，於時間t0第3部位之轉子籠形導體溫度Tc3達到過載檢測溫度Tc3H，檢測出過載，逆變器9之所有開關元件10之閘極信號關閉。又，表示有外部端子輸出(TM1、TM2)被輸出且主電路電源於外部被阻斷之情況。於該狀態下，過載檢測電路17a亦繼續運算動作，因此各部位之溫度Tc1～Tc4一面繼續散熱一面降低。繼而，於時間t1轉子籠形導體溫度Tc3降低至過載解除溫度Tc3L，因此開關元件10之閘極信號關閉被解除，外部端子輸出(TM1、TM2)關閉。藉由該外部端子輸出再次接通交流主電路電源，並自上位裝置賦予速度指令，藉此運行重新開始。而且，成為各部位之溫度Tc1～Tc4繼續時間t1時間點之溫度並轉為溫度上升之動作。 圖24係對用以追蹤顯示複數個馬達各部位之溫度之資料傳輸進行說明之圖。藉由感應型或永久磁鐵式馬達之過載檢測電路17a、17b，可將針對馬達之各部位而運算之第1部位之馬達殼體溫度Tc1、第2部位之定子繞組溫度Tc2、第3部位之轉子籠形導體溫度Tc3、第4部位之軸承溫度Tc4以如圖23所示之追蹤畫面顯示於外部之個人電腦畫面上。 此處，對圖23所示之過載檢測後自動恢復運行時之追蹤資料傳輸進行敍述。於控制邏輯電路15內之CPU53具有可串列通信之通信埠口，於圖17中，對使用該通信埠口與數位操作器59通信之情形進行了說明。又，於CPU53連接有RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)記憶體65，CPU53負責各部位之溫度Tc1～Tc4之運算。首先，於運行馬達之前，利用個人電腦66，選擇要追蹤之測定點、開始觸發信號、及I/O(Input/Output，輸入輸出)信號之測定點，自個人電腦向馬達電力轉換裝置51之CPU53發送已準備好追蹤資料之訊息。繼而，運行操作器將開始信號打開而運行馬達，一面進行圖23之運行，一面隔固定時間之間隔進行追蹤，CPU53一面將該資料保存至RAM65，一面結束追蹤，停止馬達。若追蹤結束，則CPU53自動將追蹤資料自RAM65串列通信至個人電腦66，並於個人電腦側如圖23所示顯示追蹤畫面。追蹤畫面中以不同顏色顯示各部位之溫度Tc1～Tc4之過載檢測溫度TcnH、過載解除溫度TcnL，因此作業人員可瞬時判斷出馬達各部位之溫度是否存在餘裕。 如此，根據本實施例，由於根據構成馬達之定子、轉子及軸承等各部之熱量來管理馬達之過載狀態，所以過載保護之精度提高。尤其是，馬達係根據其規格態樣，因轉速及轉速與轉矩之關係等而發熱模式不同者，基於該點，本實施例之針對各馬達要素逐一監視熱量之構成可使過載保護管理具有顯著通用性。 又，藉由自利用軟體及運算裝置而進行之運算導出馬達之各要素之值之構成，可無電子熱保護器等感測器類之組裝作業負載及故障等之虞，而簡易地管理馬達熱量。 以上，對用以實施本發明之形態進行了說明，但本發明並不限定於上述構成，而可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。

1‧‧‧馬達
1a‧‧‧感應型馬達
1b‧‧‧永久磁鐵式馬達
2‧‧‧交流主電路電源
3‧‧‧直流電源
4‧‧‧帶電源再生功能之順變器
5‧‧‧全波整流用轉換器
6‧‧‧電源再生用轉換器
7‧‧‧再生用交流反應器
8‧‧‧平流電容器
9‧‧‧逆變器
10‧‧‧開關元件
11‧‧‧續流二極體
12‧‧‧U相電流檢測器CTu
13‧‧‧W相電流檢測器CTw
14‧‧‧編碼器
14a‧‧‧位置、速度檢測器用編碼器
14b‧‧‧位置、速度、磁極位置檢測器用編碼器
15‧‧‧控制邏輯電路
16‧‧‧總損耗運算電路
17‧‧‧過載檢測電路
17a‧‧‧感應型馬達之過載檢測電路
17b‧‧‧永久磁鐵式馬達之過載檢測電路
18‧‧‧保護處理電路
19‧‧‧加法器
20‧‧‧減法器
21‧‧‧速度控制器(ASR)
22‧‧‧d軸電流控制器(ACR)
23‧‧‧q軸電流控制器(ACR)
24‧‧‧dq/3相轉換器
25‧‧‧PWM電路
26‧‧‧3相/dq轉換器
27‧‧‧位置、速度運算器
28‧‧‧位置、速度、磁極位置運算器
29‧‧‧磁通運算器
30‧‧‧滑動頻率運算器
31‧‧‧角頻率轉換常數
32‧‧‧轉矩運算器
33‧‧‧輸出Pout運算器
34‧‧‧電流運算器
35‧‧‧輸入Pin運算器
36‧‧‧積分器
37‧‧‧第1部位(馬達電氣部＋殼體)
40‧‧‧馬達散熱部之傳輸函數
41-2‧‧‧相對於總損耗之比率
41-3‧‧‧相對於總損耗之比率
41-4‧‧‧相對於總損耗之比率
42-1‧‧‧馬達蓄熱部之傳輸函數
42-2‧‧‧定子之傳輸函數
42-3‧‧‧轉子之傳輸函數
42-4‧‧‧軸承之傳輸函數
43-1‧‧‧第1部位之過載判定電路
43-2‧‧‧第2部位之過載判定電路
43-3‧‧‧第3部位之過載判定電路
43-4‧‧‧第4部位之過載判定電路
44‧‧‧邏輯和電路
45‧‧‧過濾器電路
46‧‧‧反轉電路
47‧‧‧乘法運算器
48‧‧‧3輸入加法運算器
49‧‧‧馬達電力轉換裝置
50‧‧‧控制電路電源
51‧‧‧上位控制裝置
52‧‧‧環境溫度計測器
53‧‧‧CPU
54‧‧‧反相器閘極
55‧‧‧繼電器線圈
56‧‧‧二極體
57‧‧‧繼電器接點
58‧‧‧通信連接器
59‧‧‧數位操作器
60‧‧‧顯示器
61‧‧‧揚聲器
62‧‧‧發光器
63‧‧‧輸入鍵
64‧‧‧外部輸出裝置
65‧‧‧RAM記憶體
66‧‧‧個人電腦
100‧‧‧馬達電力轉換裝置
k2‧‧‧相對於總損耗之比率
k3‧‧‧相對於總損耗之比率
k4‧‧‧相對於總損耗之比率
CN1‧‧‧通信連接器
OL‧‧‧過載檢測信號
OR‧‧‧電路
TM1‧‧‧外部端子輸出
TM2‧‧‧外部端子輸出

圖1係模式性地表示將應用本發明之一實施形態之馬達控制裝置應用於感應型馬達之情形時之過載檢測電路之方塊圖。 圖2係表示本實施例之馬達控制裝置動力運行時之馬達損耗之模式圖。 圖3係表示本實施例之馬達控制裝置再生時之馬達損耗之模式圖。 圖4係表示本實施例之馬達控制裝置藉由直流電源而再生時之馬達損耗之模式圖。 圖5係自壓床用馬達之轉速與轉矩之關係表示重複負載使用之一例之圖。 圖6係以與本實施例之馬達控制裝置動力運行時之馬達轉速-轉矩特性方面之關係而表示損耗之模式圖。 圖7係以與本實施例之馬達控制裝置再生時之馬達轉速-轉矩特性方面之關係而表示損耗之模式圖。 圖8係表示於馬達之各部位產生之損耗之種類之圖。 圖9係模式性地表示將本實施例之馬達控制裝置應用於感應型馬達之情形時之整體電路之方塊圖。 圖10係模式性地表示將本實施例之馬達控制裝置應用於永久磁鐵式馬達之情形時之整體電路之方塊圖。 圖11係表示本實施例之輸入電力檢測處理部之另一構成及處理例之模式圖。 圖12係模式性地表示將本實施例之馬達控制裝置應用於永久磁鐵式馬達之情形時之過載檢測電路之方塊圖。 圖13係表示馬達殼體之散熱特性之圖。 圖14A～14C係表示感應型馬達之等效電路之圖。 圖15係表示本實施例之馬達控制裝置之表格化後之馬達鐵損資料之圖。 圖16係表示馬達各部位之損耗運算處理內容之圖。 圖17係表示本實施例之過載顯示、報知、告警輸出電路之方塊圖。 圖18係表示本實施例之過載顯示、報知、告警輸出之內容之圖。 圖19係表示檢測本實施例之馬達環境溫度之環境溫度計測器之構成之方塊圖。 圖20A、20B係表示本實施例之馬達控制裝置將第2部位定子繞組判定為過載之閾值之圖。 圖21係表示本實施例之過載檢測信號之遲滯之圖。 圖22係表示本實施例之施加重複負載時之溫度上升試驗之一例之圖。 圖23係表示於本實施例之過載檢測後實施自動恢復運行時之控制之流程之圖。 圖24係表示用以追蹤顯示本實施例之複數個馬達各部位之溫度之資料傳輸構成之模式圖。

17a‧‧‧感應型馬達之過載檢測電路

20‧‧‧減法器

37‧‧‧第1部位(馬達電氣部+殼體)

40‧‧‧馬達散熱部之傳輸函數

41-2‧‧‧相對於總損耗之比率

41-3‧‧‧相對於總損耗之比率

41-4‧‧‧相對於總損耗之比率

42-1‧‧‧馬達蓄熱部之傳輸函數

42-2‧‧‧定子之傳輸函數

42-3‧‧‧轉子之傳輸函數

42-4‧‧‧軸承之傳輸函數

43-1‧‧‧第1部位之過載判定電路

43-2‧‧‧第2部位之過載判定電路

43-3‧‧‧第3部位之過載判定電路

43-4‧‧‧第4部位之過載判定電路

44‧‧‧邏輯和電路

45‧‧‧過濾器電路

46‧‧‧反轉電路

47‧‧‧乘法運算器

k2‧‧‧相對於總損耗之比率

k3‧‧‧相對於總損耗之比率

k4‧‧‧相對於總損耗之比率

OL‧‧‧過載檢測信號

OR‧‧‧電路

Claims (13)

1. 一種馬達控制裝置，其具有控制部，該控制部係檢測交流馬達之輸入電力與輸出電力之差即總損耗，基於累計該總損耗與上述交流馬達每單位時間之總散熱量之偏差而獲得之熱量，計算出上述交流馬達之溫度，根據該溫度而判定上述交流馬達之過載，且 上述控制部係 自上述交流馬達之定子繞組之熱量計算出定子繞組溫度， 自上述交流馬達之轉子之熱量計算出轉子溫度， 且各自與對應之閾值進行比較，於至少任一者達到該閾值時，認定上述交流馬達過載而執行外部報知信號之輸出、及上述交流馬達之電力供給之降低或停止之至少一者。
2. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 上述控制部進而 自上述交流馬達之至少包含軸承之另一構成要素之熱量計算出該另一構成要素之溫度，並於該溫度達到對應之閾值時，認定上述交流馬達過載而執行外部報知信號之輸出、及上述交流馬達之電力供給之降低或停止之至少一者。
3. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 上述轉子之熱量係導體或磁鐵之熱量。
4. 如請求項1至3中任一項之馬達控制裝置，其中 上述控制部係將自上述定子繞組溫度及轉子溫度減去上述交流馬達之環境溫度所得之溫度與上述閾值進行比較。
5. 如請求項1或2之馬達控制裝置，其中 上述控制部係 對累計與上述交流馬達每單位時間之總散熱量之偏差而獲得之熱量乘以上述定子繞組、上述轉子及上述另一構成要素各自所對應之損耗之比率，而計算出各自之熱量。
6. 如請求項5之馬達控制裝置，其中 上述各自所對應之損耗之比率係用上述定子繞組、轉子及上述其他構成要素之各總損耗除以上述交流馬達之總損耗而獲得者。
7. 如請求項6之馬達控制裝置，其中 上述各自所對應之損耗之比率係針對上述交流馬達之每種損耗，以特定取樣週期運算者。
8. 如請求項1或2之馬達控制裝置，其中 上述控制部係 對於上述定子繞組之溫度上升值、上述轉子之溫度上升值、上述另一構成要素之溫度上升值，藉由用各自之熱量除以對各自之質量乘以等效比熱所得之值而計算出。
9. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 上述閾值係自上述交流馬達之耐熱級別之最高容許溫度值減去上述交流馬達之使用溫度範圍之上限值所得之溫度值。
10. 如請求項9之馬達控制裝置，其中 上述控制部係進而接收上述交流馬達之環境溫度值者，且 上述閾值係對自上述最高容許溫度值減去上述交流馬達之使用溫度範圍之上限值所得之溫度值，加上自該上限值減去上述環境溫度值所得之溫度值而獲得者。
11. 如請求項9或10之馬達控制裝置，其中 上述控制部預先記憶容限溫度值，且 上述閾值係自最高容許溫度值進而減去該容限溫度值而獲得者。
12. 如請求項1或2之馬達控制裝置，其中 上述控制部係 進而記憶上述交流馬達之過載解除溫度值，且 於因過載而執行上述交流馬達之電力供給之降低或停止之至少一者後，根據上述過載解除溫度值而執行上述電力供給之恢復。
13. 如請求項12之馬達控制裝置，其中 上述控制部係 經由輸入構件進而接收於過載之情形時是否降低或停止上述電力供給之設定值，且 於該設定值為降低或停止上述電力供給之設定值時，根據上述過載解除溫度值而執行上述電力供給之恢復。