特開 2024-156286 モータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156286

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/024 20160101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

H02P29/024

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070629

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三浦 祥太

【テーマコード（参考）】

5H501

【Ｆターム（参考）】

5H501JJ17

5H501LL07

5H501LL22

5H501LL35

5H501LL52

5H501LL53

5H501MM09

(57)【要約】

【課題】モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置１は、モータ３の回転指令を示す情報として機能する入力情報ＩＮに応じて、駆動電流ＥＣを生成してモータ３へ出力するモータ制御部１１と、少なくとも、当該情報と、回転角度センサ３１から出力されたセンシング情報と、を含むデータをモータ制御に関するデータとして記録する記録部として機能する状態監視部１３及び状態記録部１５と、当該モータ制御に関するデータに基づいて、モータ制御部１１及びモータ３のうち少なくとも一方に生じた異常を検知する異常検知部１４と、を備え、当該記録部は、当該モータ制御に関するデータのうち、異常に関するデータを上書き禁止状態で記録する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの回転指令を示す情報の外部からの入力に応じて、前記モータを動作させる電流を生成して前記モータへ出力するモータ制御部と、
少なくとも、前記情報と、前記モータに設けられたセンサから出力されたセンシング情報と、を含むデータをモータ制御に関するデータとして記録する記録部と、
前記モータ制御に関するデータに基づいて、前記モータ制御部及び前記モータのうち少なくとも一方に生じた異常を検知する異常検知部と、を備え、
前記記録部は、前記モータ制御に関するデータのうち、前記異常に関するデータを上書き禁止状態で記録する、
モータ制御装置。

【請求項2】

前記記録部は、前記モータ制御に関するデータのうち一部のデータの保存指令を示す外部からの入力に応じて、前記一部のデータを上書き禁止状態で記録する、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記異常に関するデータは、外部の入力に応じて選択される、
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記記録部の記録容量として扱える外部の記録装置を接続可能なインタフェースを備える、
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの制御に並行してモータの制御情報を示すデータをサンプリングして記録し、モータの故障とみなされる異常が生じた場合に当該データを不揮発性メモリに書き込む構成として、過電流か、過熱か、どちらが先に異常になったかを示すデータを不揮発性メモリに記憶する構成が知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－０８８１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、モータ制御に関する異常は、過電流と過熱に限られるものでなく、特許文献１に記載の構成では、他の異常に関するデータを得られず、モータ制御に関する問題解決には不十分であった。従って、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に得られる仕組みが求められていた。

【0005】

本発明は、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための本発明のモータ制御装置は、モータの回転指令を示す情報の外部からの入力に応じて、前記モータを動作させる電流を生成して前記モータへ出力するモータ制御部と、少なくとも、前記情報と、前記モータに設けられたセンサから出力されたセンシング情報と、を含むデータをモータ制御に関するデータとして記録する記録部と、前記モータ制御に関するデータに基づいて、前記モータ制御部及び前記モータのうち少なくとも一方に生じた異常を検知する異常検知部と、を備え、前記記録部は、前記モータ制御に関するデータのうち、前記異常に関するデータを上書き禁止状態で記録する。

【0007】

従って、異常に関するデータを事後確認可能な状態で保持できる。よって、異常に関するデータを事後分析することで、モータ制御にどのような問題が生じているのかを把握しやすくなる。すなわち、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できる。

【0008】

本発明のモータ制御装置では、前記記録部は、前記モータ制御に関するデータのうち一部のデータの保存指令を示す外部からの入力に応じて、前記一部のデータを上書き禁止状態で記録する。

【0009】

従って、モータ制御に関するデータのうち所望の部分データを上書き禁止状態で記録できる。

【0010】

本発明のモータ制御装置では、前記異常に関するデータは、外部の入力に応じて選択される。

【0011】

従って、異常に関するデータとして扱われる情報を任意に選択できる。

【0012】

本発明のモータ制御装置では、前記記録部の記録容量として扱える外部の記録装置を接続可能なインタフェースを備える。

【0013】

従って、記録部の記録容量を任意に追加、拡張できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のモータ制御装置によれば、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態のモータ制御装置及びモータ制御装置に接続される構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、状態記録部に記録されるデータに関する処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】図３は、電源電圧が下がる異常が生じた場合の電源電圧の推移と、当該異常が生じたことを示す電源低電圧アラーム信号の発生と、の関係の一例を示すタイムチャートである。

【図4】図４は、電源電圧が一定であるにもかかわらず電源低電圧アラーム信号が発生している例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0017】

図１は、実施形態のモータ制御装置１及びモータ制御装置１に接続される構成を示すブロック図である。モータ制御装置１は、モータ制御部１１と、電流センサ１２と、状態監視部１３と、異常検知部１４と、状態記録部１５と、インバータ２１と、主電源監視部２２と、を備える。モータ制御装置１は、コントローラ２からの入力情報ＩＮに応じてモータ３の動作を制御するモータドライバとして機能する。実施形態のモータ３は、サーボ機構に設けられたサーボモータであるが、これに限られるものでない。モータ３として、少なくとも回転角度を示す情報を含むセンシング情報ＳＯがフィードバックされるモータが想定される。

【0018】

モータ制御部１１は、コントローラ２からの入力情報ＩＮに応じてインバータ２１の動作を制御して、外部の主電源４１を電源とした駆動電流ＥＣをインバータ２１に生成させることで、モータ３に対する駆動電流ＥＣの供給を制御する回路である。入力情報ＩＮは、モータ３に対する回転指令として機能する情報を含む。より具体的には、当該回転指令は、モータ３が設けられたサーボ機構の動作における目標値（動作後の状態に対応する制御用の値）を示す情報を含む。モータ制御部１１は、サーボ機構が当該目標値に対応した状態になるようにモータ３を動作させる駆動電流ＥＣを出力する。

【0019】

なお、コントローラ２は、例えばモータ制御部１１を介してモータ３を制御することを想定して設けられたＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であるが、これに限られるものでなく、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やワークステーションのような他の形態による情報処理装置であってもよい。

【0020】

モータ３は、駆動電流ＥＣの供給に応じて動作する。モータ３には、回転角度センサ３１が設けられている。回転角度センサ３１は、センシング情報ＳＯをモータ制御部１１へ出力する。センシング情報ＳＯは、モータ３において回転駆動されるロータの回転角度を示す情報を含む。より具体的には、モータ３は、例えば回転角度を検知するセンサとして機能するエンコーダであるが、レゾルバをエンコーダのように使用する構成であってもよい。

【0021】

電流センサ１２は、駆動電流ＥＣを検知し、検知された駆動電流ＥＣを示す情報をモータ制御部１１へフィードバックするセンサである。状態監視部１３は、モータ制御部１１の動作状態を監視する回路である。具体的には、モータ制御部１１は、モータ制御に関するデータを状態監視部１３へ出力する。以下、単に「モータ制御に関するデータ」と記載した場合、モータ制御部１１から状態監視部１３へ出力される当該データをさす。モータ制御に関するデータは、例えば、コントローラ２から出力されてモータ制御部１１へ入力された入力情報ＩＮと、当該入力情報ＩＮに対応して生成された駆動電流ＥＣを示す情報と、当該駆動電流ＥＣを電流センサ１２が検知してフィードバックした情報と、当該駆動電流ＥＣに応じて動作したモータ３の回転角度センサ３１から出力されてモータ制御部１１へ入力されたセンシング情報ＳＯが示す情報と、を含む。これらの情報の時間的な前後関係は、例えばモータ制御部１１からのこれらの情報の出力タイミングと、回路のクロック信号との関係によって特定されるが、モータ制御部１１が予め時間的な前後関係を示す情報をさらに付加して状態監視部１３へ出力するようにしてもよい。なお、モータ制御に関するデータは、入力情報ＩＮのようなコントローラ２とモータ制御部１１との間の伝達経路を介してコントローラ２へ出力されてもよい。

【0022】

なお、モータ制御に関するデータは、さらなる情報を含んでいてもよい。当該さらなる情報の例として、モータ３の温度、駆動電流ＥＣの電圧、モータ３のロータの回転速度、加速度及びトルク等が挙げられる。モータ３の温度及び駆動電流ＥＣの電圧は、モータ制御部１１によって決定される駆動電流ＥＣの電流値や電流センサ１２からフィードバックされる情報に基づいて算出できる。モータ３のロータの回転速度、加速度及びトルクは、回転角度センサ３１から出力されるセンシング情報ＳＯが示すモータの回転角の時系列変化に基づいて算出できる。当該さらなる情報の算出に係る演算処理は、モータ制御部１１が行ってもよいし、状態監視部１３が行ってもよい。

【0023】

異常検知部１４は、モータ制御に関するデータにモータ制御部１１及びモータ３の少なくとも一方の異常を示す情報が含まれていた場合、当該異常を検知する。例えば、モータ制御部１１とモータ３の動作が正常である場合、コントローラ２から出力されてモータ制御部１１へ入力された入力情報ＩＮと、当該入力情報ＩＮに対応して生成された駆動電流ＥＣを示す情報と、当該駆動電流ＥＣを電流センサ１２が検知してフィードバックした情報と、当該駆動電流ＥＣに応じて動作したモータ３の回転角度センサ３１から出力されてモータ制御部１１へ入力されたセンシング情報ＳＯと、の間には整合性がある。係る整合性は、パターニングや演算等で特定可能である。一方、係る整合性が成立しない不整合が生じた場合、それはモータ制御部１１及びモータ３の少なくとも一方に何らかの異常が生じたことを示す。異常検知部１４は、係る技術的思想に基づいたモータ制御に関するデータの解析処理を行い、モータ制御に関するデータに異常がある場合に当該異常を検知する。なお、異常検知部１４がモータ制御に関するデータを取得する方法は、状態監視部１３からのパススルーであってもよいし、モータ制御部１１から状態監視部１３への出力と同様にモータ制御部１１から直接的にモータ制御に関するデータが異常検知部１４へ出力されてもよい。

【0024】

状態記録部１５は、モータ制御に関するデータを記録する。状態記録部１５は、例えばフラッシュメモリのような、書き換え可能な不揮発性メモリとして動作する回路を含むが、これに限られるものでなく、バックアップ電源を備えた揮発性メモリその他の記録装置によってもよい。状態記録部１５に対するモータ制御に関するデータの出力は、例えば状態監視部１３によって行われるが、異常が生じない限り、モータ制御部１１からモータ制御に関するデータが状態記録部１５に出力されて記録されるようにしてもよい。

【0025】

状態記録部１５は、コントローラ２からアクセス可能に設けられる。図２では、コントローラ２から状態記録部１５へのアクセス（入力）と、当該アクセスに応じた状態記録部１５からコントローラ２へのデータの読み出し（出力）とが行われるデータの伝達経路を、入出力経路ＩＯとして示している。

【0026】

なお、図１では、モータ制御部１１、状態監視部１３及び異常検知部１４が個別に記載されているが、これらの一部又は全部は、パッケージングされた回路（例えば、ＳｏＣ：Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）であってもよい。

【0027】

インバータ２１は、主電源４１からの電力供給に基づいて駆動電流ＥＣを生成する電源回路である。主電源監視部２２は、主電源４１とインバータ２１との間の配線における電力供給監視を行う。すなわち、主電源監視部２２による監視によって、駆動電流ＥＣに異常が生じた場合の原因が、主電源４１の異常によるものか、インバータ２１又はインバータ２１の動作を制御するモータ制御部１１によるものか、を区別できる。なお、モータ制御部１１、状態監視部１３、異常検知部１４、状態記録部１５等、モータ制御装置１が備える各種の回路は、主電源４１とは別の制御電源４２からの電力供給を受けて動作する。なお、状態監視部１３、異常検知部１４、状態記録部１５を動作させるための電力は、制御電源４２からに限られず、モータ制御装置１内の電池や“他の外部電源”からの供給によってもよい。

【0028】

次に、異常検知部１４の動作に関する事項、特に、モータ制御に関するデータにモータ制御部１１及びモータ３の少なくとも一方の異常を示す情報が含まれていた場合についてより詳細に説明する。以下、「異常の発生時」の記載は、当該場合をさす。

【0029】

異常の発生時、異常検知部１４は、当該異常の発生及び当該異常のうち少なくとも一方を示す情報を状態監視部１３へ出力する。状態監視部１３は、モータ制御に関するデータのうち、当該異常が発生したと判定された情報を含む部分データを異常に関するデータとして状態記録部１５へ上書き禁止状態で記録する。当該異常に関するデータは、異常と判定された瞬間のデータだけでなく、異常の発生前後の所定期間中のデータをさらに含むことが望ましい。当該所定期間は、任意であるが、異常に関するデータが膨大になりすぎない程度であることが望ましい。一例として、当該所定期間の一例として、異常が発生したと判断された瞬間のデータから前後して１０秒程度の期間が挙げられるが、数秒から数時間程度の範囲内で変更可能であることが望ましい。

【0030】

また、異常に関するデータは、モータ制御に関するデータのうち当該所定期間に該当する全てのデータであってもよいし、モータ制御に関するデータのうち当該所定期間に該当し、かつ、異常に関する一部のデータであってもよい。どのデータが異常に関する一部のデータとみなされるかは、正常系から見た場合に異常（不整合）が生じたと判定されたデータそのものであってもよいし、過去の事例に鑑みて、当該異常が発生した場合に同時に記録しておくべきデータとして扱われるデータをさらに含んでいてもよい。

【0031】

どのデータに異常（不整合）が生じた場合に他のデータを併せて記録すべきかどうかの決定条件は、予め定められていてもよいし、当該異常が生じた場合にモータ制御装置１の動作が一時停止して、当該決定条件を適宜選択可能となるように設けられてもよい。当該決定条件が予め定められている場合、異常検知部１４によって当該決定条件を示すデータが保持されているものとする。当該決定条件を適宜選択可能となるように設けられている場合、モータ制御部１１からコントローラ２に対して当該異常が生じたことを示すデータが出力され、コントローラ２からの応答を待つ状態で待機する。コントローラ２を介してオペレータによって当該決定条件が定められた場合、定められた当該決定条件に応じたデータの上書き禁止状態での記録が行われる。

【0032】

なお、状態記録部１５の記録容量は無限ではない。従って、モータ制御装置１の動作に伴い、モータ制御に関するデータのデータ量は、いつか状態記録部１５の記録容量を上回る。実施形態では、状態記録部１５に空き容量がない場合、既に状態記録部１５に記録されているモータ制御に関するデータのうちより古いデータを、最新のモータ制御に関するデータで上書きする。ただし、異常に関するデータとして状態記録部１５へ上書き禁止状態で記録されたデータについては、当該上書きの対象外である。

【0033】

モータ制御装置１は、状態記録部１５の記録領域として扱うことが可能な記録領域を有する追加の記録装置を増設可能に設けられてもよい。その場合、状態監視部１３等の回路からアクセス可能なデータバスと接続されたインタフェースがモータ制御装置１に設けられる。追加の記録装置は、当該インタフェースに接続される。

【0034】

図２は、状態記録部１５に記録されるデータに関する処理の流れを示すフローチャートである。モータ制御装置１の電源がＯＮされている場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、モータ制御装置１及びモータ３の動作に応じて、モータ制御に関するデータの記録が逐次行われる（ステップＳ２）。

【0035】

異常検知部１４は、異常が検知されたか判定する（ステップＳ３）。すなわち、異常検知部１４は、モータ制御に関するデータにモータ制御部１１及びモータ３の少なくとも一方の異常を示す情報が含まれているか判定する。異常が検知されない限り（ステップＳ３；Ｎｏ）、ステップＳ１の処理へ戻る。

【0036】

ステップＳ３の処理で、異常が検知されたと判定された場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、異常検知部１４は、当該異常の発生及び当該異常のうち少なくとも一方を示す情報を状態監視部１３へ出力する。状態監視部１３は、モータ制御に関するデータのうち、当該異常が発生したと判定された情報を含む部分データを異常に関するデータとして状態記録部１５へ上書き禁止状態で記録する（ステップＳ４）。

【0037】

ステップＳ４の処理後、状態記録部１５が上書き禁止データで満たされたかの判定が行われる（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定主体は、例えば状態監視部１３であるが、他の構成（例えば、状態記録部１５に含まれる回路等）であってもよい。状態記録部１５が上書き禁止データで満たされない限り（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ１の処理へ戻る。状態記録部１５が上書き禁止データで満たされたと判定された場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）及びステップＳ１の処理で電源ＯＦＦとされた場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、処理は終了する。

【0038】

なお、状態記録部１５へ上書き禁止状態で記録可能なデータは、異常に関するデータに限られない。例えば、コントローラ２からのデータ保存指令に応じて、当該データ保存指令で指定された期間に対応するデータ又は当該データ保存指令がモータ制御部１１に入力されたタイミングに前後する所定期間に対応するデータがモータ制御に関するデータから抽出されて上書き禁止状態で記録されるようにしてもよい。この記録の動作主体は、例えばモータ制御部１１であるが、モータ制御部１１の制御下で状態監視部１３又は異常検知部１４が行ってもよい。

【0039】

以下、異常に関するデータに基づいた異常の特定について、図３及び図４を参照して説明する。なお、異常の特定に際しては、作業者が、コントローラ２又は状態記録部１５に記録されたデータを読み出して出力可能な情報処理装置を用いてデータの内容を確認することで行われる。

【0040】

図３は、電源電圧が下がる異常が生じた場合の電源電圧の推移と、当該異常が生じたことを示す電源低電圧アラーム信号の発生と、の関係の一例を示すタイムチャートである。なお、電源電圧とは、主電源４１からインバータに供給される電力の電圧をさす。状態監視部１３は、主電源監視部２２の出力に基づき、電源電圧を監視可能に設けられている。

【0041】

図３に示す例では、電源電圧がタイミングＴ０以降に下がり続け、タイミングＴ１にアラーム閾値以下になっている。電源低電圧アラーム信号は、電源電圧がアラーム閾値以下になった場合に生じる信号である。従って、図３に示すタイムチャートにおける電源低電圧アラーム信号の発生は、正常である。また、図３に示す例では、異常を生じているのは電源電圧の供給経路上の構成であるとタイムチャートのログデータから推定できる。具体的には、主電源４１又は主電源監視部２２が接続されている主電源４１とインバータ２１との接続経路に異常が生じているものと推定できる。

【0042】

図４は、電源電圧が一定であるにもかかわらず電源低電圧アラーム信号が発生している例を示すタイムチャートである。図４に示す例では、電源電圧が一定であるにもかかわらず、タイミングＴ２に電源低電圧アラーム信号が生じる異常が発生している。従って、図４に示す例では、異常を生じているのは電源低電圧アラーム信号を生じさせる構成であるとタイムチャートのログデータから推定できる。具体的には、電源低電圧アラーム信号を発生させる構成（例えば、異常検知部１４）に異常が生じているものと推定できる。

【0043】

図３及び図４を参照して説明したように、異常が生じた場合に発生するアラーム信号のログだけでなく、当該アラーム信号が発生する原因となる事象のデータが、当該アラーム信号の発生前の時点から継続的に記録されていることで、異常の原因をより特定しやすくできる。このように、異常に関するデータを事後確認可能にすることで、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できる。

【0044】

以上説明したように、本実施形態によれば、モータ制御装置１は、モータ３の回転指令を示す情報の外部からの入力（入力情報ＩＮ）に応じて、モータ３を動作させる電流（駆動電流ＥＣ）を生成してモータ３へ出力するモータ制御部１１と、少なくとも、当該情報と、モータ３に設けられたセンサ（例えば、回転角度センサ３１）から出力されたセンシング情報と、を含むデータをモータ制御に関するデータとして記録する記録部（状態監視部１３及び状態記録部１５）と、当該モータ制御に関するデータに基づいて、モータ制御部１１及びモータ３のうち少なくとも一方に生じた異常を検知する異常検知部１４と、を備える。当該記録部は、当該モータ制御に関するデータのうち、異常に関するデータを上書き禁止状態で記録する。

【0045】

従って、異常に関するデータを事後確認可能な状態で保持できる。よって、異常に関するデータを事後分析することで、モータ制御にどのような問題が生じているのかを把握しやすくなる。すなわち、モータ制御に関する問題解決に寄与する情報をより確実に提供できる。

【0046】

また、記録部（状態監視部１３及び状態記録部１５）は、モータ制御に関するデータのうち一部のデータの保存指令を示す外部（例えば、コントローラ２）からの入力に応じて、一部のデータを上書き禁止状態で記録することで、モータ制御に関するデータのうち所望の部分データを上書き禁止状態で記録できる。

【0047】

また、モータ制御に関するデータのうち、異常に関するデータとして扱われる対象を、外部（例えば、コントローラ２）の入力に応じて選択可能にすることで、異常に関するデータとして扱われる情報を任意に選択できる。

【0048】

また、状態記録部１５の記録容量として扱える外部の記録装置を接続可能なインタフェースを備えることで、状態記録部１５の記録容量を任意に追加、拡張できる。

【符号の説明】

【0049】

１ モータ制御装置
２ コントローラ
３ モータ
１１ モータ制御部
１２ 電流センサ
１３ 状態監視部
１４ 異常検知部
１５ 状態記録部
３１ 回転角度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】