JPH0352541A - 低温環境におけるモータ保護方式 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、低温環境におけるモータ保護方式に関する。

従来の技術 冷凍庫等の低温環境下で使用されるロボット等の種々の
装置に内蔵された駆動用モータ、例えばサーボモー夕等
は、低温による巻線や位置検出器の結露，低温減磁，構
成部品の線膨脹係数の違いと運転および停止時の温度変
化による内部応力の発生といった問題にさらされる。

従来、この種の問題に対処するためには、駆動用モータ
の内部にヒーターを装着してモータ停止時の温度低下を
防止するか、もしくは、モータの構成部品を耐寒用特殊
材料で形成することによってモータ自体を低温環境に耐
えられる構造とするのが一般的であった。

発明が解決しようとする課題 上記従来技術では、低温による結露，低温減磁．内部応
力の発生といった問題を防止するため、ヒーターの装着
や耐寒用特殊材料の使用などモータ自体を特別な構或と
していたためモータの製造コストが高くなるといった欠
点がある。

そこで、本発明の目的は、これら従来技術の欠点を解消
し、特別な構成を必要とすることなく、低温環境におい
て通常の駆動用モータを支障なく運転することのできる
低温環境におけるモータ保護方式を提供することにある
。

課題を解決するための手段 本発明は、装置に電源が投入された後、駆動用モータの
駆動が停止中に、微小周期毎極性の変化する電流を該モ
ータに流すことにより上記目的を達成した。

また、上記目的を達威するため、駆動用モータの現在温
度を検出する温度検出器を設け、該温度検出器によって
検出されたモータ温度が予め設定されたモータ温度を下
回ると、微小周期毎極性の変化する電流を該モータに流
すようにしても良い。

作用 停止中の駆動用モータに電流を流すことによりモータコ
イルの巻線抵抗が発熱してモータを加熱する。

モー夕に流れる電流は微小周期毎に極性が変化するので
、モータ自体は実質的な回転を生じない。

また、モータに流れる電流の極性が微小周期毎に変化す
るので、モータコイル内の磁束が頻繁に変化し、巻線抵
抗の発熱が増長される。

駆動用モータの現在温度を検出する温度検出器を設けれ
ば、モータ温度の低下を検出してモータを加熱すること
ができる。

実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第５図は本発明の方式を適用するロボット等の装置にお
いて、駆動用モータとしてのサーボモータ１０および該
サーボモータ１０の制御系要部を示すブロック図であり
、１１は上記装置を制御する数値制御装置、１２は数値
制御装置１１から出力される位置指令等を受信し、デジ
タルサーボ回路のプロセッサに受け渡すための共有ＲＡ
Ｍである。１３はデジタルサーボ回路であり、プロセッ
サ１３ａおよびＲＯＭ，ＲＡＭからなるメモリ１３ｂを
有し、上記プロセッサ１３ａによってサーボモータ１０
の位置，速度，電流制御を行うものである。１４はトラ
ンジスタインバータ等で構成されるサーボアンプ、１５
はサーボモータ１回転当りに所定数のフィードバックパ
ルスを発生しデジタルサーボ回路１３に出力するパルス
コーダである。これらの構成はロボット等の制御に用い
られる通常のデジタルサーボ回路およびその周辺技術と
して公知であり、詳細な説明は省略する。

第３図はデジタルサーボ回路１３におけるサーボ制御方
式の概略を示すブロック線図であり、伝達関数１のＫｐ
は位置ループにおける比例ゲインを示し、伝達関数２の
Ｋｌは速度ループにおける積分ゲイン，Ｋ２は比例ゲイ
ンを示している。伝達関数３はサーボモータ１０の伝達
関数で、Ｊはイナーシャである。また、伝達関数４は積
分項の伝達関数である。

デジタルサーボ回路ｌ３においては位置，速度，電流に
関する各ループの演算処理がメモＩＪ　１　３　ｂのＲ
ＯＭに記憶された制御プログラムに基づき、プロセッサ
１３ａによって所定周期毎にソフトウェア処理される。

即ち、プロセッサ１３ａは所定周期毎の位置ループ処理
においてサーボモータ１０への位置指令値Ｍに該モータ
１０の現在速度ｖ′を積分して得た現在位置Ｍ′をフィ
ードバックして位置偏差ε１を求め、位置ループの比例
ゲインＫｐを乗じた速度指令値Ｖを速度ループに出力し
、また、速度ループの処理においては、上記速度指令値
Ｖにサーボモータ１０の現在速度Ｖ′をフィードバック
して速度偏差ε２を求め、ＰＩ制御に基づくトルク指令
値Ｔを算出すると共に、電流ループの処理において、上
記トルク指令値Ｔに対応する電流をサーボアンプ１４を
介してサーボモータ１０に出力することにより該モータ
１０の現在速度Ｖ′および現在位置Ｍ′を制御するもの
である。

まず、本方式の実施例として、デジタルサーボ回路１３
を利用し、装置への電源投入後サーボモータ１０の駆動
停止中に微小周期毎極性の変化する電流を流し、低温環
境で運転されるサーボモー夕をブレヒートするようにし
た第１の実施例について説明する。

この実施例においては、サーボモータ１０に現在温度を
検出する温度検出器１６が装着されており、サーボモー
タ１０の現在温度（以下、巻線温度という）がＡ／Ｄ変
換されてデジタルサーボ回路１３内のプロセッサ１３ａ
に所定周期毎入力されるようになっている。

第１図はサーボモータ１０に微小周期毎極性の変化する
電流（以下、外乱という）を流すための処理を示すフロ
ーチャートであり、この処理は装置への電源投入を検出
したプロセッサ１３ａがメモリ１３ｂのＲＯＭに記憶さ
れた制御プログラムに従って実行するものである。

装置への電源投入を検出したプロセッサ１３ａは、まず
、微小周期毎極性の変化する電流としての外乱±τ（第
２図参照）を発生してサーボモータ１０に出力する処理
を開始すると共に（ステップＳ１０１）、温度検出器１
６を介して巻線温度を検出し（ステップＳ１０２）、該
巻線温度がメモリ１３ｂのＲＡＭに予め記憶された設定
温度に達しているか否かを判別する（ステップＳ　１　
０　３）。巻線温度が設定温度に達していなければ、再
度、ステップ３１０２に復帰して巻線温度を検出し、巻
線温度が設定温度に達するまでの間、ステップＳ　１　
０　２，ステップＳ１０３で構成されるループ状の処理
を繰返し実行する。

この間、モータコイルには外乱±τが流れ、巻線抵抗が
発熱して徐々に加熱されるが、サーボモータ１０に流れ
る外乱は微小であり、かつ、微小周期毎に極性が変化す
るので、モータの駆動力は弱く、静摩擦抵抗さらには送
りねじ等のバックラッシで吸収され、機械は作動するこ
とはなく、機械は停止状態が維持される。また、モータ
コイルに流れる電流の極性が微小周期毎に変化するので
、モータコイル内の磁束が頻繁に変化し、巻線抵抗の発
熱が増長される。

ステップ３１０２．ステップＳ１０３で構成されるルー
プ状の処理が繰返し実行される間に、ステップＳ１０３
において巻線温度が設定温度に達したと判別され、サー
ボモータ１０の温度が運転に適した状態になると、プロ
セッサ１３ａは外乱±τを発生してサーボモータ１０に
出力する処理を停止し（ステップＳ１０４）、共有ＲＡ
Ｍ１２を介して数値制御装置１１に運転可能信号を出力
し、数値制御装置１１によるサーボモータ１０の制御、
即ち、共有ＲＡＭ１２への位置指令値の入力を許可する
（ステップＳ１０５）。

そして、数値制御装置１１によって共有ＲＡＭ■２に位
置指令値が入力されたならば、プロセッサ１３ａは従来
と同様の方式により、位置，速度，電流に関する各ルー
プの演算処理を所定周期毎に実行して、サーボモータ１
０の位置，速度，トルク制御を行い、該モータ１０を駆
動する。サーボモータ１０の巻線温度は運転に適した温
度にまで予めプレヒートされているので低温環境下であ
っても支障なく該モータ１０を駆動制御することができ
る。

なお、温度検出器１６によってサーボモータ１０の現在
温度を検出するかわりに、タイマ設定により運転開始前
の所定時間、上記サーボモータ１０に外乱を流すように
してもよい。

また、外乱としての電流は、静摩擦トルク以上の起動ト
ルクを生じさせるものであってはならないが、電流の極
性変化の周期を短く　（例えば、１ｍｓ程度）すること
によって、外乱としての電流値を比較的大きく設定する
ことができる。この場合、サーボモータにハンチング状
の振動が生じても、このような振動はサーボモー夕に接
続された動力伝達機構に内在するパックラッシュによっ
て吸収されるのが普通である。従って、装置の構成によ
っては、外乱としての電流値を大きなものとし、かつ、
極性変化の周期を短くすることによって、巻線抵抗を流
れる電流による直接の発熱作用および磁束変化に伴う発
熱の増長作用を強力なものとし、ブレヒートのための時
間を短縮することができる。

こうして、サーボモータ１０がプレヒートされ駆動可能
状態になった後サーボモータ１０は駆動されることとな
るが、駆動可能状態になった後も第２図に示す処理を実
行し、サーボモータ１０の駆動停止中に微小周期毎極性
の変化する電流を流し、低温環境で運転されるサーボモ
ータを加熱するようにする。

プロセッサ１３ａは、まず、現在の位置指令値が０であ
るか否か、即ち、サーボモータ１０が駆動停止中である
か否かを判別し（ステップ８２０１）、位置指令値が０
であってサーボモータ１０が駆動停止中であれば、通常
、巻線温度が低下するので、外乱発生処理開始指令を出
力し（ステップＳ２０２）、また、位置指令値がＯでな
くサーボモータ１０が駆動中であれば該モータ１０に入
力されるトルク指令電流によって巻線温度が維持される
ので巻線温度が低下することはなく、外乱発生処理停止
指令を出力し（ステップＳ　２　０　３）、通常の位置
ループ処理を実行する（ステップＳ２０４）。

即ち、本実施例においては、位置ループの処理周期毎に
、サーボモータ１０の温度が低下する恐れがあるか否か
が判別され、該判別結果に基づいて出力される外乱発生
処理開始指令もしくは外乱発生処理停止指令に基づいて
、所定周期毎の外乱発生処理の実行もしくは非実行が決
定される。

従って、位置指令値が０であってサーボモータ１０が駆
動停止中であれば、該サーボモータ１０には所定周期毎
の一定時間外乱が入力されることとなり、巻線抵抗の発
熱およびこれを増長する磁束の変化によってサーボモー
タ１０の温度は常に運転可能な状態に維持されることと
なる。

次に、第１図の処理によってサーボモータがプレヒート
された後、温度検出器１６によって検出される巻線温度
の現在値に基づいて外乱発生処理の実行もしくは非実行
を決定するようにした第２の実施例を説明する。

第４図は本実施例において位置，速度，電流に関する各
ループの演算処理周期の残り時間において実行される外
乱発生処理の実行もしくは非実行を決定するための処理
を示すフローチャートであり、該処理においてプロセッ
サ１３ａは、まず、温度検出器１６を介して巻線温度を
検出し（ステップＳ３０１）、該巻線温度がメモリ１３
ｂのＲＡＭに予め記憶された設定温度に達しているか否
かを判別する（ステップＳ　３　０　２）。巻線温度が
設定温度に達していなければ、通常、サーボモータ１０
の駆動停止によって巻線温度が低下していることを意味
するので外乱発生処理開始指令を出力し（ステップ８３
０３）、また、巻線温度が設定温度に達していれば、サ
ーボモータ１０が駆動されているか否かに関わりなく、
これ以上サーボモータ１０を加熱する必要はないので、
外乱発生処理停止指令を出力する（ステップＳ　３　０
　４）。

温度検出器１６によって検出される巻線温度の現在値に
基づいて、外乱発生処理の実行もしくは非実行を決定す
る本実施例によれば、ザーボモータ１０が駆動停止中で
あっても、該モータ１０が十分に加熱され運転に適した
状態であれば、所定周期毎の外乱発生処理が実行される
ことはなく、サーボモータ１０を必要以上に加熱して無
駄な電力を消費するなどといった不合理が生じることは
ない。

以上、装置の運転開始前にサーボモー夕に外乱を流すこ
とにより該モータ１０を加熱して運転に適した温度にま
でプレヒートして運転開始後の駆動休止中に外乱電流を
流すことによりモータ温度を維持することができる。

発明の効果 本発明のモータ保護方式によれば、駆動用モータに流れ
る微小周期毎極性の変化する電流と上記極性変化に伴う
モータコイル内の磁束変化によって生じる発熱作用とに
より駆動停止中のモータが保温されるので、ヒーターの
装着や耐寒用特殊材料の使用などといった特別な構或を
必要とすることなく、低温環境下において通常の駆動用
モータを支障なく運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例において電源投入時に微小周
期毎極性の変化する電流をモータに流すための処理を示
すフローチャート、第２図は同実施例における駆動可能
状態後における外乱発生処理を示すフローチャート、第
３図は同実施例を実施するデジタルサーボ回路における
サーボ制御方式の概略を示すブロック線図、第４図は本
発明の第２の実施例において外乱発生処理の実行非実行
を決定するための処理を示すフローチャート、第５図は
本発明の方式を適用する実施例の装置において駆動用モ
ータとしてのサーボモータおよび該サーボモータの制御
系要部を示すブロック図である。 １，　　２．　　３．　　４・・・伝達関数、１０・・
・駆動用モータとしてのサーボモー夕、■１・・・数値
制御装置、ｌ２・・・共有ＲＡＭ，１３・・・デジタル
サーボ回路、１３ａ・・・プロセッサ、１３ｂ・・・メ
モリ、１４・・・サーボアンプ、１５・・・パルスコー
ダ、ｌ６・・・温度検出器。 第 １ 咽 第 ３　呪 タト゛舌，し

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動用モータを有し低温環境下で使用される装置
   において、該装置に電源が投入された後、駆動用モータ
   の駆動が停止中に、微小周期毎極性の変化する電流を該
   モータに流すようにしたことを特徴とする低温環境にお
   けるモータ保護方式。
2. （２）駆動用モータを有し低温環境下で使用される装置
   において、上記駆動用モータの現在温度を検出する温度
   検出器を設け、該温度検出器によって検出されたモータ
   温度が予め設定されたモータ温度を下回ると、微小周期
   毎極性の変化する電流を該モータに流すようにしたこと
   を特徴とする低温環境におけるモータ保護方式。