JPH06214623A - モータ駆動システムの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、通常状態ではモータの最大トルクで
動作させ、過負荷などの危険な状態となった場合には徐
々にモータの出力を低下させて危険を回避する。 【構成】モータ(4) の温度及びパワー変換器(2) におけ
る温度を各温度センサ(30,31) により検出し、これら温
度が各比較器(35,36) により各設定温度と比較され、こ
のうちいずれか一方の温度が設定温度以上であれば、過
負荷状態であると判断する。そして、この比較判断に基
づいてリミッタ(38)のリミットレベルを変化、つまり過
負荷状態と判断された場合には一定のレートに従って小
さくし、通常状態であれば一定のレートに従って大きく
する。このリミットレベル変化によりモータ駆動の指令
信号が制限される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータを駆動する際の
過負荷又は過電圧に対する保護を行うモータ駆動システ
ムの保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ駆動システムには、電圧制御方式
及び電流制御方式がある。図５は電圧制御方式を採用し
たモータ駆動システムの構成図であって、プロセッサ１
には、ＰＷＭ駆動方式のパワー変換器２が接続され、プ
ロセッサ１から発せられたモータ駆動の指令信号がパワ
ー変換器２に与えられている。このパワー変換器２は、
指令信号に従ってモータ電源３の電圧を調整してモータ
４に供給するものとなっている。

【０００３】又、図６は電流制御方式を採用したモータ
駆動システムの構成図であって、プロセッサ１から発せ
られた指令信号が加算器５を通って電流制御器６に送ら
れ、この電流制御回路６によってパワー変換器２からモ
ータ４に供給される電流量が制御されるものとなってい
る。この場合、モータ４に供給される電流が電流検出器
７により検出され、その電流検出信号が加算器５にフィ
ードバックされている。従って、電流制御器６は、指令
信号と電流検出信号との偏差を無くすような制御信号を
パワー変換器２に与えている。

【０００４】ところで、かかるモータ駆動システムで
は、過負荷や過電圧に対する保護が行われており、その
保護方法としては、例えばポジスタを用いる方法、指令
信号を遮断する方法及びパワースイッチ素子へのベース
ドライブ信号をカットする方法が採用されている。

【０００５】(1) ポジスタを用いた方法は、図７に示す
ようにポジスタ８及び抵抗９の直列回路を通して指令信
号をパワー変換器２に与えるものとなっている。ここ
で、ポジスタ８は、例えばモータ１の温度やパワー変換
器２に用いられているパワースイッチ素子の放熱フィン
等の温度を検知し、その温度の上昇に伴って抵抗値が大
きく変化している。従って、モータ１やパワー変換器２
における温度上昇に従って指令信号を制限するものとな
る。

【０００６】しかしながら、この方法では、モータ１等
の温度上昇に応じて指令信号を制限するので、モータ１
の温度が許容値よりもかなり低くても、指令信号を徐々
に制限することになる。このため、モータ１をその出力
の限界近くまで使用する用途に対しては適さないものと
なる。

【０００７】(2) 指令信号を遮断する方法は、図８に示
すようにプロセッサ１とパワー変換器２との間にスイッ
チ１０を接続してパワー変換器２への指令信号を遮断す
るものである。具体的には、パワー変換器２に用いられ
ているパワースイッチ素子へのベースドライブ信号を遮
断するものとなる。

【０００８】このようにパワースイッチ素子へのベース
ドライブ信号を遮断すると、突然モータ１は駆動トルク
を失って惰性で回転し、その後に停止するものとなる。
そして、再び正常な状態に戻ると、突然モータ１は元の
トルクを発生するような挙動を示す。このため、モータ
１に振動が生じたりして不自然な動作となる。

【０００９】(3) パワースイッチ素子へのベースドライ
ブ信号をしゃ断する方法は、図９に示すようにモータ４
の温度を検出する温度センサ１１を設け、この温度セン
サ１１から出力される温度信号を比較器１２に送る。こ
の比較器１２は、温度信号と設定器１３からの温度設定
信号を比較し、モータ１の温度が設定温度以上となった
場合にカット信号をパワー変換器２に対して送るものと
なっている。

【００１０】このパワー変換器２では、このしゃ断信号
を、各アンドゲート２１に入力することにより、各ゲー
トドライブ回路２２を通してパワードライブ素子２３に
送られるゲーシ信号がしゃ断される。

【００１１】しかしながら、この方法でも、上記指令信
号を遮断する方法と同様に、突然モータ１は駆動トルク
を失って惰性で回転して停止し、再び正常な状態に戻る
と、突然モータ１は元のトルクを発生するような挙動を
示す。このため、モータ１に振動が生じたりして不自然
な動作となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにポジスタ
を用いた方法では、モータ１をその出力の限界近くまで
使用する用途に適さず、又、指令信号を遮断する方法や
パワースイッチ素子へのベースドライブ信号を遮断する
方法では、モータ１に振動が生じたりして不自然な動作
となる。

【００１３】そこで本発明は、通常状態ではモータの最
大トルクで動作でき、過負荷などの危険な状態となった
場合には徐々にモータの出力を低下させて危険を回避で
きるモータ駆動システムの保護装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータ駆動の
指令信号に従った電力をパワー変換器からモータに供給
して駆動を行うモータ駆動システムの保護装置におい
て、

【００１５】モータに対する負荷状態を検出するセンサ
と、このセンサにより検出された負荷状態が過負荷状態
であるかを比較判断する比較手段と、この比較手段によ
る比較判断に基づいて指令信号に対するリミットレベル
を変化させるリミッタとを備えて上記目的を達成しよう
とするモータ駆動システムの保護装置である。

【００１６】かかる手段において、センサは、少なくと
もモータ表面の温度を検出し、負荷比較手段は、センサ
から出力される温度信号と設定温度信号とを比較して温
度信号が設定温度信号以上であれば過負荷と判断する。
又、リミット手段は、過負荷状態と判断された場合にリ
ミットレベルを一定のレートに従って小さくし、通常状
態であればリミットレベルを一定のレートに従って大き
くする。

【００１７】又、本発明は、上記モータ駆動システムの
保護装置において、モータへの印加電圧を検出するセン
サと、このセンサにより検出された電圧が過電圧である
かを比較判断する比較手段と、この比較手段による比較
判断に基づいて指令信号に対するリミットレベルを変化
させるリミッタとを備えて上記目的を達成しようとする
モータ駆動システムの保護装置である。

【００１８】

【作用】このような手段を備えたことにより、モータ駆
動の指令信号に従った電力をパワー変換器からモータに
供給して駆動する際に、モータに対する負荷状態を、例
えばモータの温度としてセンサにより検出する。このモ
ータに対する温度信号は比較手段により設定温度信号と
比較され、温度信号が設定温度信号以上であれば、過負
荷状態であると判断される。そして、この比較判断に基
づいてリミッタにより指令信号に対するリミットレベル
が変化、つまり過負荷状態と判断された場合にはリミッ
トレベルを一定のレートに従って小さくし、通常状態で
あればリミットレベルを一定のレートに従って大きくす
る。

【００１９】又、上記手段を備えたことにより、モータ
への印加電圧をセンサにより検出し、この印加電圧を比
較手段により設定電圧信号と比較し、モータへの印加電
圧が設定電圧以上であれば、過電圧状態であると判断さ
れる。そして、この比較判断に基づいてリミットレベル
を、上記同様にリミッタにより変化させる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参
照して説明する。なお、図５と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。

【００２１】図１は電圧制御方式を採用したモータ駆動
システムの保護装置の構成図である。モータ１の表面に
は第１の温度センサ３０が設けられ、又、パワー変換器
２に用いられるパワースイッチ素子の放熱フィンには第
２の温度センサ３１が設けられている。これら温度セン
サ３０、３１から出力される各温度信号は、比較手段３
２に送られている。

【００２２】この比較手段３２は、各温度センサ３０、
３１から出力された各温度信号と各温度設定器３３、３
４からの各設定温度信号とを比較し、モータ１の負荷状
態を比較判断する機能を有するものである。

【００２３】具体的には、第１及び第２の比較器３５、
３６から構成され、このうち第１の比較器３５は第１の
温度センサ３０からの温度信号と設定器３３からの設定
温度信号とを比較し、温度信号が設定温度信号以上であ
れば、過負荷信号を出力し、又温度信号が設定温度信号
以下であれば通常状態信号を出力する機能を有してい
る。

【００２４】又、第２の比較器３６は第２の温度センサ
３１からの温度信号と設定器３４からの設定温度信号と
を比較し、温度信号が設定温度信号以上であれば、過負
荷信号を出力し、以下であれば通常状態信号を出力する
機能を有している。これら比較器３５、３６の各出力端
子には、オア回路３７が接続され、その出力端子がプロ
セッサ１内のリミッタ３８に接続されている。

【００２５】このリミッタ３８は、第１及び第２の比較
器３５、３６の各比較判断結果である通常状態信号又は
過負荷信号を受け、これら状態に基づいて指令信号に対
するリミットレベルを変化、つまり図２に示すリミット
処理の実行により過負荷状態と判断された場合にはリミ
ットレベルを一定のレートに従って小さくし、通常状態
であればリミットレベルを一定のレートに従って大きく
する機能を有している。

【００２６】この場合、一定のレートに従ったリミット
レベルのきざみ幅Ａは次の通りである。プロセッサ１の
制御周期をｔs 、リミットの最大値をＬim-max、リミッ
トの最小値をＬim-min、リミットの最大値から最小値に
至るまでの時間をｔA とすると、制御周期毎に変化させ
るリミットレベルのきざみ幅Ａは、 Ａ＝（Ｌim-max−Ｌim-min）・ｔs ／ｔA …(1) となる。次に上記の如く構成された装置の作用について
説明する。

【００２７】プロセッサ１から発せられ、リミッタ３８
を通った指令信号は、パワー変換器２に与えられ、この
パワー変換器２によって指令信号に従ったモータ電源３
の電圧がモータ４に供給される。これにより、モータ４
は駆動する。

【００２８】この状態に、第１の温度センサ３０はモー
タ１の表面温度を検出してその温度信号を出力し、又、
第２の温度センサ３１はパワー変換器２に用いられるパ
ワースイッチ素子の放熱フィンの温度を検出してその温
度信号を出力する。そして、これら温度信号は、第１及
び第２の比較器３５、３６に送られる。

【００２９】このうち第１の比較器３５は、第１の温度
センサ３０からの温度信号と設定器３３からの設定温度
信号とを比較し、温度信号が設定温度信号以上であれ
ば、過負荷信号を出力し、以下であれば通常状態信号を
出力する。

【００３０】又、第２の比較器３６は、第２の温度セン
サ３１からの温度信号と設定器３４からの設定温度信号
とを比較し、温度信号が設定温度信号以上であれば、過
負荷信号を出力し、以下であれば通常状態信号を出力す
る。これら比較器３５、３６から出力される通常状態信
号、過負荷信号は、オア回路３７を通してプロセッサ１
内のリミッタ３８に送られる。

【００３１】つまり、モータ１の表面温度又はパワー変
換器２の放熱フィンの温度のうちいずれか一方が設定温
度以上であれば、過負荷信号がプロセッサ１に送られる
ことになる。

【００３２】このように比較器３５、３６の比較判断結
果である通常状態信号、過負荷信号がリミッタ３８に送
られると、このリミッタ３８は、図２に示すリミット処
理流れ図に従って作動する。ここで、説明を簡単とする
ために、モータ１の温度に対するリミッタ３８の動作に
ついて説明する。

【００３３】リミッタ３８は、ステップ＃１において比
較器３５から通常状態信号が入力されていれば、モータ
１の表面温度ＴM は、図３に示すように設定温度ＴP 以
下と判断してステップ＃２に移る。ここで、リミッタ３
８は、現在のリミットレベルがリミットの最大値Ｌim-m
ax以上（≧）であるか未満（＜）であるかを判断し、最
大値Ｌim-max以上（≧）であればステップ＃３において
指令信号レベルを最大値Ｌim-maxに制限する。

【００３４】又、リミッタ３８は、リミットレベルがリ
ミットの最大値Ｌim-max未満（＜）であればステップ＃
４においてリミットレベルを上記式(1) に従って制御周
期毎にきざみ幅Ａづつ増加させる。

【００３５】一方、リミッタ３８は、ステップ＃１にお
いて比較器３５から過負荷信号が入力されると、モータ
１の表面温度ＴM は、図３に示すように設定温度ＴP 以
上と判断してステップ＃５に移る。ここで、リミッタ３
８は、リミットレベルがリミットの最小値Ｌim-minを越
えているか（＞）、最小値Ｌim-minを越えていれば、
（＞）、ステップ＃６においてリミットレベルを上記式
(1) に従って制御周期毎にきざみ幅Ａづつ減少させる。
又、リミッタ３８は、リミットレベルがリミットの最小
値Ｌim-min以下（≦）であればステップ＃７においてリ
ミットレベルを最小値Ｌim-minに制限する。

【００３６】このリミッタ３８の動作の結果、図３に示
すようにモータ１の表面温度ＴM が設定温度ＴP 以上と
なれば、リミットの上限値はきざみ幅Ａづつ減少し、
又、モータ１の表面温度ＴM が設定温度ＴP 未満であれ
ば、リミットの上限値はきざみ幅Ａづつ増加される。

【００３７】これにより、プロセッサ１から発せられる
指令信号は、リミッタ３８における可変のリミットレベ
ル内に制限される。このリミッタ３８の制限によりモー
タ１に供給される電流が制限されて、モータ１の表面温
度ＴM は設定温度ＴP 付近に制御される。

【００３８】なお、パワー変換器２に使用されるパワー
スイッチ素子の放熱フィンの温度が設定温度以上となっ
た場合でも、上記同様にプロセッサ１から発せられる指
令信号が、リミッタ３８における可変のリミットレベル
により制限され、モータ１への供給電流が制限される。
これにより、パワースイッチ素子の放熱フィンの温度は
設定温度付近に制御される。

【００３９】このように上記第１実施例においては、モ
ータ１の温度及びパワースイッチ素子の放熱フィン温度
を各温度センサ３０、３１により検出して各設定温度と
比較し、モータ１の温度又は放熱フィン温度のいずれか
一方が設定温度以上であれば、過負荷状態であると判断
してリミットレベルを一定のレートに従って小さくし、
通常状態であればリミットレベルを一定のレートに従っ
て大きくするようにしたので、モータ１の温度が許容温
度以下であれば、リミットレベルは最大範囲となってモ
ータ１の出力を最大限に使用することができ、許容温度
以下となったときにモータ１の温度を許容温度に維持で
きるようにリミットレベルを制限してモータ１の過負荷
に対する保護ができる。又、リミットレベルを一定のレ
ートに従って可変するので、リミットレベルの制限中で
もスムーズにモータ１を駆動できる。

【００４０】さらに、モータ１の過負荷状態は、モータ
１の温度及びパワースイッチ素子の放熱フィン温度を検
出することにより判断するので、過負荷状態を確実に検
出できてその危険性を回避できる。次に本発明の第２の
実施例について図４に示す電流制御のモータ駆動システ
ムの保護装置の構成図を参照して説明する。

【００４１】電流検出器７から出力される電流信号は、
合成電流検出回路４０を通して比較器４１に送られてい
る。この比較器４１は、電流検出器７からの電流信号と
設定器４２からの設定電流信号とを比較し、電流信号が
設定電流信号以上であれば、過負荷信号を出力し、以下
であれば通常状態信号を出力する機能を有している。そ
して、これら過負荷信号又は通常状態信号は、オア回路
３７を通してプロセッサ１に送られるようになってい
る。

【００４２】かかる構成であれば、上記同様にモータ１
の温度が設定温度以上となれば、過負荷状態であると判
断してリミットレベルを一定のレートに従って小さく
し、通常状態であればリミットレベルを一定のレートに
従って大きくする。

【００４３】又、モータ１に供給される電流が、設定電
流以上となれば、過負荷状態であると判断してリミット
レベルを一定のレートに従って小さくする。又、モータ
１に供給される電流が、設定電流以下であれば通常状態
であると判断してリミットレベルを一定のレートに従っ
て大きくするものとなる。

【００４４】このように上記第２実施例によれば、上記
第１実施例と同様に電流制御方式のモータ駆動システム
に対してもモータ１の過負荷状態を検出して、モータ１
に対する保護ができる。なお、本発明は上記各実施例に
限定されるものでなくその要旨を変更しない範囲で変形
してもよい。

【００４５】例えば、モータ駆動システムの過電圧保護
に対しても適用できる。この場合、モータ１への印加電
圧又はモータ電源３の出力電圧を検出する電圧センサを
設ける。そして、この電圧センサにより検出された電圧
が過電圧であるかを比較器により比較判断し、この比較
判断に基づいてプロセッサにおけるリミッタのリミット
レベルを変化させるものとなる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、通
常状態ではモータの最大トルクで動作でき、過負荷など
の危険な状態となった場合には徐々にモータの出力を低
下させて危険を回避できるモータ駆動システムの保護装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるモータ駆動システムの保護装置
の第１実施例を示す構成図。

【図２】同装置におけるリミット処理の流れ図。

【図３】同装置における負荷状態に応じたリミットレベ
ルの変化を示す図。

【図４】本発明に係わるモータ駆動システムの保護装置
の第２実施例を示す構成図。

【図５】電圧制御方式を採用したモータ駆動システムの
構成図。

【図６】電流制御方式を採用したモータ駆動システムの
構成図。

【図７】従来における保護装置のポジスタを用いた場合
の構成図。

【図８】従来における保護装置の指令信号を遮断する方
法を用いた場合の構成図。

【図９】従来における保護装置のベースドライブ信号を
カットする方法を用いた場合の構成図。

【符号の説明】

１…プロセッサ、２…パワー変換器、３…モータ電源、
４…モータ、６…電流制御器、７…電流検出器、３０…
第１の温度センサ、３１…第２の温度センサ、３２…比
較手段、３３，３４…温度設定器、３５…第１の比較
器、３６…第２の比較器、３７…オア回路、３８…リミ
ッタ、４１…比較器、４２…電流設定器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動の指令信号に従った電力をパ
   ワー変換器からモータに供給して駆動を行うモータ駆動
   システムの保護装置において、 前記モータに対する負荷状態を検出するセンサと、この
   センサにより検出された負荷状態が過負荷状態であるか
   を比較する比較手段と、この比較手段による比較判断に
   基づいて前記指令信号に対するリミットレベルを変化さ
   せるリミッタとを具備したことを特徴とするモータ駆動
   システムの保護装置。
2. 【請求項２】 センサは、少なくともモータ表面の温度
   を検出することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動
   システムの保護装置。
3. 【請求項３】 比較手段は、センサから出力される温度
   信号と設定温度信号とを比較して温度信号が設定温度信
   号以上であれば過負荷と判断することを特徴とする請求
   項１記載のモータ駆動システムの保護装置。
4. 【請求項４】 リミッタは、過負荷状態と判断された場
   合にリミットレベルを一定のレートに従って小さくし、
   通常状態であれば前記リミットレベルを一定のレートに
   従って大きくすることを特徴とする請求項１記載のモー
   タ駆動システムの保護装置。
5. 【請求項５】 モータ駆動の指令信号に従った電力をパ
   ワー変換器からモータに供給して駆動を行うモータ駆動
   システムの保護装置において、 前記モータへの印加電圧を検出するセンサと、このセン
   サにより検出された電圧が過電圧であるかを比較判断す
   る比較手段と、この比較手段による比較判断に基づいて
   前記指令信号に対するリミットレベルを変化させるリミ
   ッタとを具備したことを特徴とするモータ駆動システム
   の保護装置。