TWI812997B - 馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品 - Google Patents

馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種對負載變動進行檢測而可進行高精度的預防維護的馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品。馬達裝置包括：馬達；電力探測電路，探測自電源向所述馬達供給的電力；溫度感測器，對溫度進行測定；儲存部，儲存所述電力探測電路所探測的電力、以及表示所述溫度感測器所測定的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係的回歸式；以及處理部，自所述電力探測電路所探測的電力以及所述溫度感測器所測定的溫度，並使用藉由所述回歸式而得的物理量，導出所述馬達的輸出軸轉矩。

Description

馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品
本發明是有關於一種對負載變動進行檢測而可進行高精度的預防維護的馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品。
若生產現場的各處中所使用的馬達因過負載而停止，則工作率會降低。因此，於使用馬達的裝置中，內置對馬達檢測過負載狀態並使其停止的過負載保護電路，並實施避免於過負載狀態下運轉的預防維護。
於專利文獻1中，揭示了一種實施過負載保護的齒輪馬達，所述過負載保護藉由向馬達的電流來檢測過負載。然而，於負載輕的情況下，電流值不會變動，因此有時無法檢測負載的異常。因此，於專利文獻2中揭示了使用輸入有電流值及電壓值並輸出電力的電力探測電路，藉由將電力值與臨限值進行比較來檢測過負載狀態。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-115025號公報
[專利文獻2]日本專利第6642608號
向馬達供給的電力於經由逆變器的情況下等，不一定緩慢地變動，使用馬達的裝置的溫度亦根據驅動時間而變化，電力亦可能變動。要求對於使用了此種馬達裝置的生產現場的各種運轉條件亦予以應對，從而精度良好地探測過負載。
本發明的目的在於提供一種對負載變動進行檢測而可進行高精度的預防維護的馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品。
本揭示一實施方式的馬達裝置包括：馬達；電力探測電路，探測自電源向所述馬達供給的電力；溫度感測器，對溫度進行測定；儲存部，儲存表示所述電力探測電路所探測的電力以及所述溫度感測器所測定的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係的回歸式；以及處理部，自所述電力探測電路所探測的電力以及所述溫度感測器所測定的溫度，並使用藉由所述回歸式而得的物理量，導出所述馬達的輸出軸轉矩。
本揭示一實施方式的檢測方法包括以下處理：獲取自電源向馬達供給的電力；獲取所述馬達的溫度；儲存表示向所述馬達供給的電力以及馬達的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係的回歸式；自所獲取的電力以及溫度，並使用所述回歸式導出所述馬達的輸出軸轉矩；判斷所導出的輸出軸轉矩是否為判斷基準值以上或判斷基準值以下；於判斷為是判斷 基準值以上的情況下，檢測為所述馬達為過負載狀態；於判斷為是判斷基準值以下的情況下，檢測為所述馬達為輕負載狀態。
本揭示一實施方式的電腦產品是儲存有電腦程式的電腦產品，所述電腦程式使電腦檢測馬達的負載狀態，所述電腦程式執行以下處理：獲取自電源向所述馬達供給的電力；獲取溫度；儲存表示向所述馬達供給的電力以及馬達的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係的回歸式；以及自所獲取的電力以及溫度，並使用藉由所述回歸式而得的物理量，導出所述馬達的輸出軸轉矩。
於本揭示的馬達裝置、檢測方法以及電腦產品中，藉由基於輸入至馬達的電力以及溫度而算出的與馬達負載對應的計算值進行判斷。不僅考慮被根據驅動時間而變化的裝置的溫度左右的電力，亦考慮與溫度的關係。藉由雖然為推測的但與馬達負載對應的轉矩進行判斷，因此可精度更良好地檢測過負載或輕負載。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，所述回歸式包括：第一回歸式，表示所述電力探測電路所探測的電力與所述馬達的負載率之間的關係；第二回歸式，表示所述負載率與所述馬達的馬達效率之間的關係；以及第三回歸式，表示所述負載率與所述馬達的相對於同步旋轉速度的旋轉率之間的關係，所述處理部使用以下來導出所述馬達的輸出軸轉矩：自所述電力探測電路所探測的電力並基於所述第二回歸式而得的馬達效率、及自所述馬達效率而得的馬達輸出；以及自所述電力並基於所述第三回歸式而 得的旋轉率、及藉由所述旋轉率而得的所述馬達的輸出軸的旋轉速度。
於本揭示的馬達裝置中，回歸式包括用於導出與輸入電力的相關性高的馬達負載率的第一回歸式、表示馬達負載率與馬達效率之間的關係的第二回歸式、表示馬達負載率與馬達的旋轉率(實際的旋轉速度/馬達同步旋轉速度)之間的關係的第三回歸式。處理部可根據輸入電力求出為了導出馬達的輸出軸的轉矩而需要的實際旋轉速度、馬達輸出。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，所述第一回歸式至所述第三回歸式的任一個或多個使用所述電源的電源頻率，所述電源的電源頻率基於利用所述電力探測電路中包括的電流探測部探測的訊號而確定。
於本揭示的馬達裝置中，為了導出藉由第一回歸式至第三回歸式而記述了關係的馬達的負載率、馬達效率、旋轉率，可使用電源頻率。可考慮馬達的負載率、效率、旋轉率會根據電源頻率50Hz/60Hz或藉由逆變器轉換的電源頻率而變動來進行導出，從而可精度更良好地檢測過負載。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，所述處理部將導出的馬達的輸出軸轉矩與判斷基準值進行比較，並於判斷為所述輸出軸轉矩為判斷基準值以上或判斷基準值以下的情況下，使所述馬達停止。
於本揭示的馬達裝置中，可根據與馬達負載對應的馬達 輸出軸的轉矩(或齒輪輸出轉矩)的大小來檢測過負載或輕負載，並使馬達停止來進行保護。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，更包括通訊部，所述處理部將導出的馬達的輸出軸轉矩與判斷基準值進行比較，並於判斷為所述輸出軸轉矩為判斷基準值以上或判斷基準值以下的情況下，將所述馬達的過負載狀態或輕負載狀態與表示輸出軸轉矩過大或過小的資料一起自所述通訊部通知給外部。
於本揭示的馬達裝置中，將以轉矩過大或過小為根據而使馬達停止的情況通知給外部。明確了並非根據電流值、電壓值、溫度或電力值等直接探測出的物理量而是基於推測的轉矩(馬達輸出軸轉矩或減速機輸出軸轉矩)檢測出過負載狀態或輕負載狀態。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，所述處理部接受所述判斷基準值的設定。
於本揭示的馬達裝置中，自外部接受與導出的轉矩進行比較的判斷基準值的設定。可根據馬達裝置中的馬達的機型、使用馬達裝置的使用環境、使用條件適宜地設定用於檢測過負載狀態或輕負載狀態的基準值，並按照目的進行使用。
於本揭示一實施方式的馬達裝置中，更包括通訊部，所述處理部將與導出的馬達的輸出軸轉矩的大小對應的資料自所述通訊部通知給外部。
於本揭示的馬達裝置中，表示與導出的轉矩的大小對應 的值的資料始終被通知給外部，因此可用於上位控制裝置使用該資料來推測馬達裝置的狀態的情況。
本揭示一實施方式的齒輪馬達包括：馬達；減速機，使所述馬達的旋轉減少而輸出；電力探測電路，探測自電源向所述馬達供給的電力；溫度感測器，對溫度進行測定；儲存部，儲存表示所述電力探測電路所探測的電力、或所述溫度感測器所測定的溫度與用於導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩的物理量之間的關係的回歸式；以及處理部，自所述電力探測電路所探測的電力或所述溫度感測器所測定的溫度，並使用藉由所述回歸式而得的物理量，導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩。
於本揭示的齒輪馬達中，藉由基於輸入至馬達的電力以及溫度而算出的與馬達負載對應的計算值進行判斷。不僅考慮被根據驅動時間而變化的裝置的溫度左右的電力，亦考慮與溫度的關係。藉由雖然為推測的但與馬達負載對應的轉矩進行判斷，因此可精度更良好地檢測過負載或輕負載。
本揭示一實施方式的齒輪馬達中，所述回歸式包括表示由所述溫度感測器測定的溫度與所述減速機的齒輪的潤滑劑溫度之間的關係的第四回歸式，所述處理部根據所述溫度感測器所測定的溫度並使用所述第四回歸式導出齒輪的潤滑劑溫度，從而導出所述減速機的輸出軸轉矩。
於本揭示的齒輪馬達中，回歸式包括表示溫度感測器所測定的溫度、與於馬達工作過程中難以進行測定的減速機的齒輪 潤滑劑溫度之間的關係的回歸式。處理部能夠準確地導出因溫度的變化而變動的馬達效率、損失等。
於本揭示一實施方式的齒輪馬達中，所述溫度感測器被收容至安裝於所述馬達的外部的箱體中，所述第四回歸式是表示所述箱體的內部的溫度與所述潤滑劑溫度之間的關係的回歸式。
於本揭示的齒輪馬達中，溫度感測器測定安裝於馬達外部的箱體內的溫度。藉由預先測定溫度感測器所測定的溫度與潤滑劑溫度之間的關係並作為回歸式予以儲存，處理部可導出潤滑劑溫度。
於本揭示一實施方式的齒輪馬達中，所述回歸式包括第五回歸式，所述第五回歸式表示齒輪的潤滑劑溫度與所述減速機的齒輪於無負載時的轉矩之間的關係，所述處理部使用以下來導出所述減速機的輸出軸轉矩：利用自溫度並使用所述第五回歸式而求出的無負載時的轉矩、與馬達的旋轉速度而求出的馬達的無負載時損失；基於所述電力探測電路所探測的電力而求出的馬達輸出；以及馬達的輸出軸的旋轉速度。
於本揭示的齒輪馬達中，回歸式包括表示馬達的溫度與齒輪於無負載時的轉矩之間的關係的回歸式。處理部可藉由第五回歸式自溫度導出齒輪於無負載時的轉矩，並與旋轉速度、馬達速度等其他物理量一起推測與減速機的輸出軸的轉矩對應的值。
於本揭示一實施方式的齒輪馬達中，所述第五回歸式包括表示在馬達的不同機型中不同的關係的多個回歸式，所述處理 部根據所述馬達的機型而選擇第五回歸式。
於本揭示的齒輪馬達中，第五回歸式所表示的溫度與齒輪於無負載時的轉矩之間的關係根據轉速、頻率等不同的機型而不同，因此根據馬達的機型選擇適當的回歸式。
根據本揭示，可不依賴於溫度來對負載進行檢測，從而可進行高精度的預防維護。
1:馬達裝置
2:馬達
3:減速機
4:端子箱
4a:電源連接端子
4b:馬達連接端子
4P、9P:控制程式
9:儲存媒體
40:控制部
41:處理部
42:儲存部
43:通訊部
44:輸入輸出部
300:接受畫面
301:「寫入」按鈕
302:「讀入」按鈕
400:保護單元
401:電力探測電路
402:振動感測器
403:溫度感測器
412:電壓探測部
413:電流探測部
420、910:設定資訊
440:警告燈
441:切斷開關
C:控制裝置
E:交流電源
N:中性點
R1、R2、R3:電阻器
R:第一相
S:第二相
S101~S120、S201~S204:步驟
T:第三相
t0、t1、t2:時刻
U、V、W:相
圖1是馬達裝置的示意立體圖。
圖2是表示保護單元的結構的框圖。
圖3是表示電力探測電路的一例的電路圖。
圖4A是示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式的圖。
圖4B是示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式的圖。
圖4C是示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式的圖。
圖4D是示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式的圖。
圖4E是示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式的圖。
圖5是表示保護單元的控制部中的過負載檢測的處理程序的一例的流程圖。
圖6是表示保護單元的控制部中的過負載檢測的處理程序的一例的流程圖。
圖7是表示馬達的輸入電力、齒輪潤滑劑溫度、以及齒輪輸 出軸轉矩隨時間的經過的一例的圖表。
圖8是表示利用控制部接受判斷基準值的設定的處理程序的一例的流程圖。
圖9是表示判斷基準值的設定的接受畫面的一例的圖。
對於本揭示，參照表示其實施方式的圖式進行具體說明。於以下的實施方式中，列舉應用了本揭示的馬達裝置的齒輪馬達為例進行說明。
圖1是馬達裝置1的示意立體圖。如上所述，馬達裝置1為齒輪馬達。例如如圖1所示，組裝馬達裝置1以使帶式輸送機(belt conveyor)的鏈輪(sprocket)旋轉。馬達裝置1包括：馬達2、減速機3、以及被收容至端子箱4中的保護單元400(參照圖2)。
馬達2具有：轉子，利用三相線圈與三相線圈中流動的交流電進行旋轉；以及旋轉軸，輸出轉子的轉矩。
減速機3連結於馬達2的旋轉軸，且具有使旋轉軸的旋轉減少而輸出馬達2的轉矩的齒輪機構及輸出軸。齒輪機構例如為螺旋齒輪(helical gear)機構、戟齒輪(hypoid gear)機構、蝸形齒輪(worm gear)機構等公知的減速齒輪機構。
端子箱4是收容與馬達2的驅動相關的各種端子的大致長方體形狀的箱體。端子箱4設置於馬達2的側面的任意部位。於端子箱4中包括保護單元400，所述保護單元400對馬達裝置1 的過負載、以及基於溫度、振動等的異常進行檢測，且於檢測到過負載或輕負載以及異常的情況下，使馬達2停止。保護單元400與控制馬達裝置1的動作的控制裝置C可通訊地連接。
保護單元400包括警告燈440，所述警告燈440於檢測到過負載或輕負載或者異常的情況下點亮。警告燈440設置成自端子箱露出。
圖2是表示保護單元400的結構的框圖。保護單元400包括：控制部40、電力探測電路401、振動感測器402、以及溫度感測器403。控制部40、電力探測電路401、振動感測器402、以及溫度感測器403均被收容至端子箱4內。
控制部40為微控制器(microcontroller)。控制部40可由專用大規模積體電路(large scale integration，LSI)、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA)構成。控制部40與保護單元400中包括的其他電力探測電路401、振動感測器402以及溫度感測器403連接。控制部40基於自電力探測電路401、振動感測器402以及溫度感測器403獲得的探測值、測定值來保護馬達2。
控制部40包括：處理部41、儲存部42、通訊部43、以及輸入輸出部44。處理部41包括：中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、計時器(timer)、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)。控制部40亦可使用可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。處理部41基於儲存部 42中所儲存的控制程式4P以及設定資訊420來執行後述的處理。
儲存部42(電腦程式產品)使用快閃記憶體(flash memory)等非揮發性記憶體(non-volatile memory)。於儲存部42中儲存有控制程式4P以及設定資訊420。控制程式4P可為由處理部41讀出能夠自電腦讀取的儲存媒體9(電腦程式產品)中所儲存的控制程式9P並儲存至儲存部42中的程式。控制程式4P亦可為自未圖示的程式伺服器下載並儲存的程式。設定資訊420亦可為由處理部41讀出儲存媒體9中所儲存的設定資訊910並儲存至儲存部42中的資訊。
儲存部42中所儲存的設定資訊420包括回歸式。回歸式根據馬達裝置1的機型、例如減速機3的不同種類而不同，並經由通訊部43或輸入輸出部44而被預先儲存。回歸式的詳細情況將於之後敘述。
通訊部43是用於達成與控制裝置C或其他外部裝置(例如維護裝置)的通訊的介面。通訊部43例如是用於達成PLC用的匯流排通訊的介面。
輸入輸出部44是處理部41的輸入輸出介面。處理部41經由輸入輸出部44獲取自電力探測電路401、振動感測器402以及溫度感測器403輸出的訊號。處理部41經由輸入輸出部44向警告燈440以及切斷開關441輸出訊號。
電力探測電路401是自電流值以及電壓值演算自交流電源E向馬達2輸入的電力並予以輸出的演算電路。電力探測電路 401跟和交流電源E連接的三相的電源連接端子4a與和馬達2連接的馬達連接端子4b之間的接點結線，以測定電壓以及電流。關於電力探測電路401的詳細情況，將於之後敘述。
振動感測器402使用加速度感測器等。振動感測器402設置於端子箱4內部。端子箱4被直接安裝於作為探測對象的齒輪馬達的馬達2的側面，藉此將馬達2中的振動作為電壓訊號而予以輸出。
溫度感測器403使用熱阻器(thermistor)。溫度感測器403設置於端子箱4內。藉由端子箱4被安裝於作為探測對象的齒輪馬達的馬達2的側面，溫度感測器403測定自馬達2的殼體外表面傳導的溫度，並輸出與溫度對應的訊號位準。
警告燈440使用發光二極體(light emitting diode，LED)等燈。警告燈440以不同的顏色或不同的點滅模式表示馬達2的狀態。警告燈440基於處理部41經由輸入輸出部44而輸出的控制訊號，以任意的顏色或點滅模式點亮。
切斷開關441是切換自交流電源E向馬達2的供電的接通/斷開(ON/OFF)的開關。處理部41於判斷為馬達2為過負載狀態的情況下，自輸入輸出部44向切斷開關441輸出使自交流電源E向馬達2的供電斷開的訊號。再者，使馬達2停止的構件並不限於切斷開關441。處理部41亦可自輸入輸出部44向馬達2的驅動電路輸出停止訊號。
參照電路圖對電力探測電路401進行詳述。電力探測電 路401被設計成使用電流值以及電壓值來演算電力並予以輸出。圖3是表示電力探測電路的一例的電路圖。於圖3的電路圖中，以等效電路表示連接有電力探測電路的交流電源E以及馬達2。
於圖3的電路圖中，交流電源E由相對於中性點N的基準電壓而輸出交流電的第一相(R)的交流電壓的電源、輸出第二相(S)的交流電壓的電源、以及輸出第三相(T)的交流電壓的電源表示。
於圖3的電路圖中，馬達2由具有規定的電阻值的經星形結線的U相線圈、V相線圈以及W相線圈表示。U相線圈、V相線圈以及W相線圈的一端連接於共同的中性點N。U相線圈的另一端連接於U相端子，V相線圈的另一端連接於V相端子，W相線圈的另一端連接於W相端子。關於U相線圈、V相線圈以及W相線圈，雖然於圖3的電路圖中揭示了星形結線的例子，但並不限於此，亦可經三角形結線。
馬達2以如下方式連接：交流電源E的第一相(R)的交流電壓被供給至馬達2的U相端子，第二相(S)的交流電壓被供給至馬達2的V相端子，第三相(T)的交流電壓被供給至馬達2的W相端子。
電力探測電路401包括電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3，該些電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3和與電源連接端子及馬達2的連接端子之間的三相的供電線各自的接點結線。電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3與共同的中性點N呈星狀連接。電阻 器R1的另一端連接於交流電源E的第一相(R)及馬達2的U相端子之間的接點。電阻器R2的另一端連接於交流電源E的第二相(S)及馬達2的V相端子之間的接點。電阻器R3的另一端連接於交流電源E的第三相(T)及W相端子之間的接點。電力探測電路包括：電壓探測部412，探測電阻器R1的兩端電壓；以及電流探測部413，探測馬達2的U相線圈中流動的相電流。
電力探測電路401基於電壓探測部412所探測出的相電壓與電流探測部413所探測出的相電流之間的相位差來算出功率因數，從而所算出一相的電力。電力探測電路401將算出的一相的電力乘以三，從而算出向馬達2供給的電力。電力探測電路401向控制部40輸出與電壓探測部412所探測出的電壓值對應的訊號位準的訊號、與電流探測部413所探測出的電流值對應的訊號位準的訊號、以及與算出的電力對應的訊號。
於本實施方式中，如圖3所示般將交流電源E作為馬達2的電源進行說明，但馬達2亦可為逆變器驅動。
如此般構成的保護單元400使用電力探測電路401所探測的電力、溫度感測器所檢測的端子箱4內的溫度，藉由處理部41的演算來推測算出減速機3的齒輪的輸出軸轉矩(負載)，以作為與馬達2的負載對應的值。作為用於檢測馬達2的過負載的值，亦可推測算出馬達2的輸出軸轉矩，但於本實施方式中使用齒輪輸出軸轉矩。保護單元400使用相對於負載(轉矩)的臨限值來判斷馬達2的狀態(是否為過負載狀態)。保護單元400於判斷為 是過負載狀態的情況下，使馬達2停止。
於齒輪的輸出軸轉矩的推測算出時需要齒輪的輸出(功率)。齒輪的輸出並非探測出的量，而是可作為自電力探測電路401所探測的向馬達2的輸入電力乘以馬達效率而得的量(馬達輸出)中減去齒輪於無負載時的損失所得者來算出。此處，馬達效率根據溫度而變動，且可自能夠探測的輸入電力值來推測。齒輪於無負載時的損失亦依存於溫度，而非探測出的量。齒輪於無負載時的損失是無負載時的轉矩乘以馬達2的輸出旋轉速度而求出。保護單元400亦可使用可藉由電流或電壓測定頻率並藉由馬達極數算出的同步旋轉速度作為馬達2的輸出旋轉速度。保護單元400不直接使用同步旋轉速度，而是將自馬達2的輸入電力推測的馬達負載率與同步旋轉速度相乘，藉此考慮馬達的轉差來算出。
於所述齒輪的輸出軸轉矩的推測算出時需要馬達效率、齒輪溫度、馬達負載率、齒輪於無負載時的轉矩。該些依存於向馬達2的輸入電力或齒輪溫度。輸入電力以及溫度可被探測。保護單元400的控制部40使用與可被探測的輸入電力或溫度的關係式(回歸式)來推測算出馬達效率、馬達負載率以及齒輪於無負載時的轉矩。再者，溫度感測器403所測定的溫度為端子箱4內的溫度，因此亦預先求出齒輪潤滑劑溫度與於端子箱4內測定的溫度之間的關係式，處理部41自從溫度感測器403獲得的速度推測齒輪潤滑劑溫度並加以使用。
圖4A至圖4E示意性地表示儲存於儲存部中的回歸式。 回歸式包括表示電力探測電路401所探測的輸入電力與馬達負載率之間的關係的第一回歸式(圖4A)。圖4A所示的輸入電力與馬達負載率之間的回歸式由將輸入電力及電源頻率此兩者分別作為變數的兩個函數之和(差)來近似。再者，回歸式是可適當地設定的式子，變數的數量、項數、次數等不限。於儲存部42中預先儲存有表示圖4A所示的關係的回歸式的數式、係數以及常數。藉此，處理部41可基於輸入電力值與電源頻率，推測馬達2於該時刻的馬達負載率。電源頻率藉由自電力探測電路401輸出的來自電流探測部413的訊號而確定。藉由使用不僅將電力而且將電源頻率作為變數的回歸式，即便馬達2為逆變器驅動，亦可精度良好地推測算出馬達2的負載(轉矩)。
回歸式包括表示馬達負載率與馬達效率之間的關係的第二回歸式(圖4B)。圖4B所示的馬達負載率與馬達效率之間的回歸式由將馬達負載率及電源頻率此兩者分別作為變數的兩個函數之和來近似。於儲存部42中預先儲存有表示圖4B所示的關係的回歸式的數式、係數以及常數。藉此，處理部41可基於由圖4A的回歸式而得的馬達負載率與電源頻率，推測馬達2於該時刻的馬達效率。
回歸式包括表示馬達負載率與馬達旋轉率之間的關係的第三回歸式(圖4C)。圖4C所示的馬達負載率與馬達旋轉率之間的回歸式由將馬達負載率及電源頻率此兩者分別作為變數的兩個函數之和來近似。於儲存部42中預先儲存有表示圖4C所示的 關係的回歸式的數式、係數以及常數。藉此，處理部41可基於由圖4A的回歸式而得的馬達負載率與電源頻率，推測馬達2於該時刻的馬達旋轉率。馬達旋轉率用於馬達旋轉速度的推測算出。
回歸式包括表示基於自溫度感測器輸出的訊號的溫度與齒輪潤滑劑溫度之間的關係的第四回歸式(圖4D)。圖4D所示的溫度與齒輪潤滑劑溫度之間的回歸式由將端子箱4內的溫度作為變數的函數來近似。於儲存部42中預先儲存有表示圖4D所示的關係的回歸式的數式、係數以及常數。藉此，處理部41可基於自溫度感測器403獲得的端子箱4內的溫度，推測馬達2的齒輪潤滑劑溫度。
回歸式按照不同機型而包括表示齒輪潤滑劑溫度及馬達旋轉速度(轉速)與齒輪於無負載時的轉矩之間的關係的第五回歸式(圖4E)。圖4E所示的齒輪潤滑劑溫度與齒輪於無負載時的轉矩之間的回歸式由將齒輪潤滑劑溫度及馬達旋轉速度此兩者作為變數的兩個函數之和來近似。於儲存部42中預先儲存有該回歸式的數式、係數以及常數。再者，齒輪潤滑劑溫度與齒輪於無負載時的轉矩之間的關係根據機型而不同，因此按照不同機型進行儲存。藉此，處理部41可基於由圖4D的回歸式而得的齒輪潤滑劑溫度、以及由圖4C的回歸式而得的旋轉率乘以馬達同步旋轉速度所得的馬達旋轉速度，推測齒輪於無負載時的轉矩。
圖5及圖6是表示保護單元400的控制部40中的過負載檢測的處理程序的一例的流程圖。控制部40的處理部41於起 動過程中，於接收來自交流電源E的電力的期間，反覆執行以下處理，直至檢測出過負載狀態而停止向馬達2的供電為止。
處理部41經由輸入輸出部44，自電力探測電路401獲取表示馬達2的輸入電力的電力值(步驟S101)，且自電流探測部413獲取電源頻率(步驟S102)。
處理部41經由輸入輸出部44，自溫度感測器403獲取表示端子箱4內部的溫度的訊號(步驟S103)。
處理部41將於步驟S101中獲取的電力值、於步驟S102中獲取的電源頻率、以及於步驟S103中獲取的溫度暫時儲存於內置記憶體中(步驟S104)。
處理部41基於在步驟S101中獲取的電力值所表示的輸入電力、以及在步驟S102中獲取的電源頻率，根據回歸式(圖4A)算出馬達負載率(步驟S105)。
處理部41基於算出的馬達負載率以及電源頻率，根據回歸式(圖4B)算出馬達效率(步驟S106)。
處理部41基於算出的馬達負載率以及電源頻率，根據回歸式(圖4C)算出馬達旋轉率(步驟S107)。
處理部41基於在步驟S103中獲取的溫度，根據回歸式(圖4D)算出齒輪潤滑劑溫度(步驟S108)。
處理部41自回歸式中讀出與機型對應的回歸式(圖4E)(步驟S109)。
處理部41使用在步驟S109中讀出的回歸式(圖4E)， 並基於在步驟S108中算出的齒輪潤滑劑溫度以及藉由在步驟S107中算出的旋轉率而得的馬達旋轉速度，算出齒輪於無負載時的轉矩(步驟S110)。
處理部41使用在步驟S106中算出的馬達效率以及在步驟S101中獲取的電力值來算出馬達輸出(步驟S111)。處理部41使用在步驟S110中算出的齒輪於無負載時的轉矩、以及自於步驟S107中算出的馬達旋轉率獲得的旋轉速度，算出齒輪的無負載損失(步驟S112)。
處理部41自於步驟S111中算出的馬達輸出以及於步驟S112中算出的齒輪的無負載損失，算出齒輪的輸出(步驟S113)。處理部41藉由算出的齒輪的輸出除以馬達2的旋轉速度來推測算出齒輪的輸出軸轉矩(步驟S114)。
處理部41將於步驟S114中算出的齒輪的輸出軸轉矩(馬達2的負載)與儲存於儲存部42的設定資訊420中包含的判斷基準值進行比較(步驟S115)。處理部41針對比較的結果，判斷齒輪的輸出軸轉矩是否為判斷基準值以上(步驟S116)。處理部41亦可於步驟S116中判斷輸出軸轉矩是否為較所述判斷基準值低的第二判斷基準值以下。
於步驟S116中判斷為是判斷基準值以上的情況下(S116：YES(是))，處理部41視為過負載狀態而使馬達2停止(步驟S117)。處理部41將步驟S101~步驟S114中獲取或算出的值作為日誌儲存於儲存部42中(步驟S118)。
處理部41使警告燈440以表示停止的顏色或模式點亮(步驟S119)。處理部41自通訊部向控制裝置C通知因轉矩過大而馬達2停止的情況(步驟S120)，並結束處理。
於步驟S116中，於判斷為小於判斷基準的情況下(S116：NO(否))為正常狀態，因此處理部41直接結束處理。
步驟S116的判斷基準值可為用於判斷是否為過負載的一個臨限值。步驟S116的判斷基準值除了包括用於判斷是否為過負載的一個臨限值以外，亦可包括小於該臨限值的第二臨限值。於算出的齒輪於無負載時的轉矩為第二臨限值以上的情況下，處理部41視為雖然並無使馬達2停止的程度的過負載但出現了過負載狀態的徵兆，並通知給控制裝置C。
進而，步驟S116的判斷基準值(第二判斷基準值)亦可設為用於判斷負載是否過小、即是否引起了空轉的臨限值，且處理部41於步驟S116中判斷是否為判斷基準值以下。
於步驟S118中，設為於儲存部42中儲存有步驟S101~步驟S114中所獲取或算出的值，但至少所獲取的輸入電力值、溫度以及算出的齒輪的輸出軸可與表示轉矩過大(或過小)的資訊、例如錯誤碼(error code)一起被儲存。該情況下，藉由自接收馬達2的停止通知的控制裝置C、或者維護用的裝置讀出錯誤碼，可確定轉矩過大(或過小)。或者，於步驟S120中的通知中亦可包含與「轉矩過大」(或「轉矩過小」)對應的錯誤碼。亦可使步驟S119的點亮顏色或模式表示「轉矩過大」(或「轉矩過小」)。
再者，保護單元400一併執行圖5及圖6的流程圖所示的處理程序、以及基於自振動感測器402獲得的表示振動的訊號來檢測異常的處理。保護單元400的處理部41於檢測出基於振動的異常的情況下，使馬達2停止，並使警告燈440點亮，以向控制裝置C通知因振動異常而馬達2停止的情況。保護單元400可區分開是因檢測出異常的振動而使馬達2停止，抑或是視為過負載狀態或輕負載狀態而使馬達2停止。
對圖5及圖6的流程圖中所示的處理程序進行具體說明。圖7是表示馬達2的輸入電力、齒輪潤滑劑溫度以及齒輪輸出軸轉矩隨時間的經過的一例的圖表。於圖7的圖表中，橫軸表示時間的經過，縱軸表示輸入電力、溫度以及轉矩的值的大小。於圖7的圖表中，由實線表示輸入電力的推移，由虛線表示溫度的推移，由雙線表示轉矩的推移。圖7的圖表示出作為齒輪馬達的馬達裝置1正常運作且絕非過負載的狀態下的值的時間變化。
於在時刻t0開始運作的馬達裝置1中，於馬達2加速的期間輸入電力增加。於至時刻t1的期間，電力將達到峰值。於此期間，溫度相對較低。該情況下，僅就電力值而言，根據對電力值設定的臨限值的具體值的不同，存在即便實際的負載(轉矩)為容許範圍內但亦判斷為過負載的可能性。
根據溫度而齒輪的效率大幅變化。如時刻t1般輸入電力大的原因是為溫度低、齒輪的效率低的狀態，未必為負載大的狀態。
於時刻t1以後，溫度逐漸接近某一溫度。自運轉開始隨時間經過，例如於時刻t2，會成為溫度相對較高的狀態。於此種狀態下，齒輪的效率高，若輸入電力增加，則為負載大的狀態。
若考慮到馬達裝置1經歷圖7所示的輸入電力以及溫度的經過，藉由設定相對於輸入電力的臨限值來檢測過負載的方法難以進行檢測。例如，於將圖7中的值X設定為相對於輸入電力值的過負載檢測的臨限值的情況下，自時刻t1的峰值起溫度上升、輸入電力降低，然後於時刻t2的附近，因過負載狀態而輸入電力值上升，即便如此，亦無法檢測為過負載狀態。相反地，例如於將圖7中的值Y設定為臨限值的情況下，存在將至時刻t2為止的運轉開始後不久的正常狀態錯誤地檢測為過負載狀態的可能性。
相對於此，如圖5及圖6的流程圖所示，於本揭示的保護單元400中，基於可被探測的輸入電力以及溫度來推測齒輪的輸出軸轉矩。輸出軸轉矩是與馬達2的輸出軸轉矩、即馬達2的負載對應的值，於溫度低的狀態下算出得高，且當溫度成為高溫時降低。因此，如圖7所示，與溫度的變化、輸入電力的推移相比，齒輪輸出軸轉矩於正常時被算出為接近一定。如此般，保護單元400於使用自電力探測電路401獲得的輸入電力值的同時，亦考慮到根據溫度而齒輪效率發生變動，可更準確地探測過負載或輕負載。
用於對推測的負載的值(於本實施方式中為齒輪的輸出 軸轉矩)檢測過負載狀態的判斷基準值(S116)被儲存於儲存部42中。保護單元400可經由通訊部43自外部接受對臨限值的設定。圖8是表示用於藉由控制部40接受判斷基準值的設定的處理程序的一例的流程圖。
控制部40的處理部41於經由通訊部43接收到設定請求的情況下執行以下的處理。具體而言，於經由通訊部43連接有控制裝置C以外的維護用的裝置的情況下，處理部41對其進行檢測。
處理部41基於編入至控制程式4P中的設定程式輸出設定畫面(步驟S201)。處理部41判斷於設定畫面中是否接收到關於轉矩的判斷基準值的寫入指示(步驟S202)。於判斷為接收到的情況下(S202：YES(是))，處理部41接收與指示一起發送的判斷基準值(步驟S203)並寫入設定資訊420中(步驟S204)，結束接受處理。
於判斷為未接收到寫入指示的情況下(S202：NO(否))，處理部41直接結束接受處理。
圖9是表示判斷基準值的設定的接受畫面300的一例的圖。關於圖9的接受畫面300，是處理部41自儲存部42讀出畫面資料並輸出至經由通訊部43連接的維護用裝置。接受畫面300包括用於接受臨限值的輸入的文本方塊。接受畫面300設為針對臨限值顯示安裝有保護單元400的馬達裝置1中的最大負載的資料，並與所輸入的臨限值一併記載。
接受畫面300包括「寫入」按鈕301以及「讀入」按鈕302。於選擇了「寫入」按鈕301的情況下，自維護用的裝置向保護單元400，與於接受畫面300的文本方塊中接受的文本所表示的臨限值一起發送寫入指示。於選擇了「讀入」按鈕302的情況下，自保護單元400向維護用的裝置發送設定資訊420的內容。藉此，可自維護用裝置確認保護單元400中的設定資訊420的內容，進而可設定與馬達裝置1的機型、以及與馬達裝置1的使用環境相應的且適當的針對負載的判斷基準值。關於針對輕負載的判斷基準值(第二判斷基準值)的設定，亦同樣如此。
於所述實施方式中，藉由圖5及圖6的流程圖所示的處理程序，使用所有第一回歸式至第五回歸式導出了齒輪輸出軸轉矩。然而，亦可藉由第一回歸式至第三回歸式導出馬達2的輸出軸轉矩。亦可使用第一回歸式至第五回歸式的僅一部分來導出齒輪輸出軸轉矩。例如，關於溫度，處理部41可將溫度感測器所測定的溫度直接、或乘以特定的係數來使用。處理部41亦可使用同步旋轉速度作為旋轉速度。此外，處理部41亦可將藉由其他運算方法導出的物理量組合來導出馬達2的輸出軸轉矩。
於所述實施方式中，列舉馬達裝置1為齒輪馬達的例子，對求出負載(轉矩)的方法進行了說明。馬達裝置1並不限於齒輪馬達，亦可不包括減速機而使用馬達2。該情況下，保護單元400可使用用於導出馬達2的輸出軸轉矩的回歸式，自轉速等推測算出負載，亦可自設置於馬達2的輸出軸上的機構(齒輪等) 的轉矩來推測馬達輸出軸轉矩。
如上所述般揭示的實施方式於所有方面均為例示而非限制性的。本發明的範圍由申請專利範圍示出，且包括與申請專利範圍同等的意義及範圍內的所有變更。
2:馬達
4a:電源連接端子
4b:馬達連接端子
4P、9P:控制程式
9:儲存媒體
40:控制部
41:處理部
42:儲存部
43:通訊部
44:輸入輸出部
400:保護單元
401:電力探測電路
402:振動感測器
403:溫度感測器
412:電壓探測部
420、910:設定資訊
440:警告燈
441:切斷開關
C:控制裝置
E:交流電源
R:第一相
S:第二相
T:第三相
U、V、W:相

Claims (13)

  1. 一種馬達裝置，包括：馬達；電力探測電路，探測自電源向所述馬達供給的電力；溫度感測器，對溫度進行測定；儲存部，儲存多個回歸式，所述多個回歸式表示所述電力探測電路所探測的電力以及所述溫度感測器所測定的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係；以及處理部，根據所述電力探測電路所探測的電力以及所述溫度感測器所測定的溫度，並使用藉由所述多個回歸式而得的物理量，導出所述馬達的輸出軸轉矩，其中，所述多個回歸式包括：第一回歸式，表示所述電力探測電路所探測的電力與所述馬達的負載率之間的關係；第二回歸式，表示所述負載率與所述馬達的馬達效率之間的關係；以及第三回歸式，表示所述負載率與所述馬達的相對於同步旋轉速度的旋轉率之間的關係，所述處理部使用以下來導出所述馬達的輸出軸轉矩：自所述電力探測電路所探測的電力並基於所述第一及第二回歸式而得的馬達效率及自所述馬達效率而得的馬達輸出；以及自所述電力並基於所述第一及第三回歸式而得的旋轉率及藉 由所述旋轉率而得的所述馬達的輸出軸的旋轉速度。
  2. 如請求項1所述的馬達裝置，其中，所述第一回歸式至所述第三回歸式的任一個或多個使用所述電源的電源頻率，所述電源的電源頻率基於利用所述電力探測電路中包括的電流探測部探測的訊號而確定。
  3. 如請求項1或2所述的馬達裝置，其中，所述處理部將導出的所述馬達的輸出軸轉矩與判斷基準值進行比較，並於判斷為所述馬達的輸出軸轉矩為判斷基準值以上或判斷基準值以下的情況下，使所述馬達停止。
  4. 如請求項1或2所述的馬達裝置，更包括通訊部，所述處理部將導出的所述馬達的輸出軸轉矩與判斷基準值進行比較，並於判斷為所述馬達的輸出軸轉矩為判斷基準值以上或判斷基準值以下的情況下，將所述馬達的過負載狀態或輕負載狀態與表示所述馬達的輸出軸轉矩過大或過小的資料一起自所述通訊部通知給外部。
  5. 如請求項4所述的馬達裝置，所述處理部接受所述判斷基準值的設定。
  6. 如請求項1或2所述的馬達裝置，更包括通訊部，所述處理部將與導出的所述馬達的輸出軸轉矩的大小對應的資料自所述通訊部通知給外部。
  7. 一種齒輪馬達，包括：馬達；減速機，使所述馬達的旋轉減少而輸出；電力探測電路，探測自電源向所述馬達供給的電力；溫度感測器，對溫度進行測定；儲存部，儲存多個回歸式，所述多個回歸式表示所述電力探測電路所探測的電力或所述溫度感測器所測定的溫度，與用於導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩的物理量之間的關係；以及處理部，自所述電力探測電路所探測的電力或所述溫度感測器所測定的溫度，並使用藉由所述多個回歸式而得的物理量，導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩，其中，所述多個回歸式包括：第一回歸式，表示所述電力探測電路所探測的電力與所述馬達的負載率之間的關係；第二回歸式，表示所述負載率與所述馬達的馬達效率之間的關係；以及第三回歸式，表示所述負載率與所述馬達的相對於同步旋轉速度的旋轉率之間的關係，所述處理部使用以下來導出所述馬達的輸出軸轉矩：自所述電力探測電路所探測的電力並基於所述第一及第二回歸式而得的馬達效率及自所述馬達效率而得的馬達輸出；以及自所述電力並基於所述第一及第三回歸式而得的旋轉率及藉 由所述旋轉率而得的所述馬達的輸出軸的旋轉速度。
  8. 如請求項7所述的齒輪馬達，其中，所述多個回歸式包括第四回歸式，所述第四回歸式表示所述溫度感測器所測定的溫度與所述減速機的齒輪的潤滑劑溫度之間的關係，所述處理部自所述溫度感測器所測定的溫度並使用所述第四回歸式導出所述齒輪的潤滑劑溫度，從而導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩。
  9. 如請求項8所述的齒輪馬達，其中，所述溫度感測器被收容至安裝於所述馬達的外部的箱體中，所述第四回歸式是表示所述箱體的內部的溫度與所述齒輪的潤滑劑溫度之間的關係的回歸式。
  10. 如請求項7至請求項9中任一項所述的齒輪馬達，其中，所述多個回歸式包括第五回歸式，所述第五回歸式表示所述齒輪的潤滑劑溫度與所述減速機的齒輪於無負載時的轉矩之間的關係，所述處理部使用以下來導出所述減速機的齒輪輸出軸轉矩：利用自所述溫度感測器所測定的溫度並使用所述第四及第五回歸式而求出的所述減速機的齒輪於無負載時的轉矩與所述馬達的輸出軸的旋轉速度而求出的所述馬達的無負載時損失；基於所述電力探測電路所探測的電力而求出的馬達輸出；以及所述馬達的輸 出軸的旋轉速度。
  11. 如請求項10所述的齒輪馬達，其中，所述第五回歸式包括表示在馬達的不同機型中不同的關係的多個回歸式，所述處理部根據所述馬達的機型而選擇第五回歸式。
  12. 一種檢測方法，其為馬達的負載狀態的檢測方法，且包括以下處理：獲取自電源向所述馬達供給的電力；獲取所述馬達的溫度；儲存多個回歸式，所述多個回歸式表示向所述馬達供給的電力以及所述馬達的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係，所述多個回歸式包括表示向所述馬達供給的電力與所述馬達的負載率之間的關係的第一回歸式，表示所述負載率與所述馬達的馬達效率之間的關係的第二回歸式，以及表示所述負載率與所述馬達的相對於同步旋轉速度的旋轉率之間的關係的第三回歸式；自所獲取的電力並基於所述第一及第二回歸式而得的馬達效率及自所述馬達效率而得的馬達輸出，自所述電力並基於所述第一及第三回歸式而得的旋轉率及藉由所述旋轉率而得的所述馬達的輸出軸的旋轉速度，以及自所述馬達的溫度，並使用所述多個回歸式導出所述馬達的輸出軸轉矩；判斷所導出的輸出軸轉矩是否為判斷基準值以上或判斷基準 值以下；於判斷為是判斷基準值以上的情況下，檢測為所述馬達為過負載狀態；於判斷為是判斷基準值以下的情況下，檢測為所述馬達為輕負載狀態。
  13. 一種電腦產品，儲存有電腦程式，所述電腦程式使電腦檢測馬達的負載狀態，其中，所述電腦程式執行以下處理：獲取自電源向所述馬達供給的電力；獲取所述馬達的溫度；儲存多個回歸式，所述多個回歸式表示向所述馬達供給的電力以及所述馬達的溫度與用於導出所述馬達的輸出軸轉矩的物理量之間的關係，所述多個回歸式包括表示向所述馬達供給的電力與所述馬達的負載率之間的關係的第一回歸式，表示所述負載率與所述馬達的馬達效率之間的關係的第二回歸式，以及表示所述負載率與所述馬達的相對於同步旋轉速度的旋轉率之間的關係的第三回歸式；以及自所獲取的電力並基於所述第一及第二回歸式而得的馬達效率及自所述馬達效率而得的馬達輸出，自所述電力並基於所述第一及第三回歸式而得的旋轉率及藉由所述旋轉率而得的所述馬達的輸出軸的旋轉速度，以及自所述馬達的溫度，並使用藉由所述多個回歸式而得的物理量，導出所述馬達的輸出軸轉矩。
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