特許 7591427 モータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20241121BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

H02P29/024

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021029526

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022130885

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-10-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井出 勇治

(72)【発明者】

【氏名】北原 通生

(72)【発明者】

【氏名】小山 雅久

(72)【発明者】

【氏名】酒井 将和

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－００５９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１９１６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０２８７９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ４／００

２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／０８－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源に接続可能な入力スイッチ部と、前記電源からの電力を直流電力として出力するコンバータ部と、前記直流電力を保持するコンデンサ部と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部により駆動されるモータとをこの順で接続してなり、前記コンバータ部と前記コンデンサ部との間に、前記コンデンサ部の充電中の突入電流を抑制する突入防止抵抗器と突入防止スイッチを有する突入電流防止回路部を有し、前記突入防止抵抗器を保護する突入防止抵抗保護部を備えたモータ制御装置において、
前記突入防止抵抗保護部は、前記突入防止抵抗器を通過する電力を算出し、所定時間の間の短時間電力量を算出するとともに、前記所定時間の間の前記短時間電力量に基づいて、前記突入防止抵抗器の劣化量の情報を生成し、劣化量を外部に報知することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

前記突入防止抵抗保護部は、突入防止抵抗器に電圧が加わっている時の電力を積算するとともに前記突入防止抵抗器に電圧が加わっていない時は所定の値を減算していくことにより前記突入防止抵抗器のアラーム電力量を算出し、前記アラーム電力量が所定の閾値に達した場合には、前記インバータ部の駆動を停止し、前記入力スイッチ部をオフにする、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記突入防止抵抗保護部は、前記短時間電力量から突入防止抵抗器の仕様に基づき前記短時間電力量に応じた耐久回数を算出し、前記短時間電力量に応じた耐久回数の逆数を算出することにより劣化量加算値を算出し、前回の劣化量と加算して劣化量を求める、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記突入防止抵抗保護部は、突入防止抵抗器への電圧印加開始から一定時間経過するまでの突入防止抵抗器に電圧が加わっている時の電力を積算することにより前記突入防止抵抗器の前記短時間電力量を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記突入防止抵抗保護部は、前記アラーム電力量が前記所定の閾値に達した場合には、インバータの駆動を停止するとともに、前記突入防止抵抗器の過負荷異常の情報を外部に報知する、請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記突入電流防止回路部の前記突入防止抵抗器を通過する前記電力は、前記電力を算出可能な電圧又は電流に基づいて算出される、請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

前記突入電流防止回路部の前記突入防止抵抗器を通過する前記電力は、前記コンデンサ部の電圧と、前記コンバータ部の出力電圧と、前記突入防止抵抗器の抵抗値から算出する、請求項１～６のいずれか１項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、突入防止抵抗器の劣化モニタ機能を備えたモータ制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

モータ制御装置は、三相交流電圧をコンバータにより直流電圧に変換し、直流電圧を平滑コンデンサで平滑し、インバータにより三相交流電圧に変換してモータを駆動している。このようなモータ制御装置は、モータ制御装置に異常があった場合に電源を遮断するように、三相交流電源とモータ制御装置の間に電磁接触器を設けている。

【0003】

そして、モータ制御装置を駆動する場合は、最初に電磁接触器をオンにして、三相交流電源をモータ制御装置に接続する。モータ制御装置には平滑コンデンサが設けられているため、電源投入時に平滑コンデンサを充電する突入電流が流れる。平滑コンデンサのインピーダンスは低いため、大きな突入電流が流れてコンバータを構成する整流ダイオードを破損するおそれがある。これを防止するため、コンバータの出力に抵抗と電磁接触器（突入防止ＭＳ）による突入電流防止回路を設け、電源投入時は抵抗を通して平滑コンデンサを充電し、平滑コンデンサが充電されたら突入防止ＭＳをオンにしてモータを駆動する。また、電源を遮断した後に平滑コンデンサの電圧を放電させるための放電抵抗も設けられており、電源遮断後に平滑コンデンサの電圧を放電して保全作業の安全性を確保している。

【0004】

このような突入防止抵抗器の保護方法として、整流回路と突入電流防止回路によりコンバータ部を構成し、平滑コンデンサとインバータ回路によりインバータ部を構成し、１台のコンバータ部と複数のインバータ部でモータ制御装置を構成した多軸構成のモータ制御装置において、インバータ部の台数が増えた場合に突入防止抵抗器が断線してしまうことの保護を行った技術が記載された特許文献１がある。

【0005】

後述の特許文献１には、交流電源側から供給された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンクに直流電流を出力する整流回路と、整流回路が接続されるＤＣリンク側に平滑コンデンサを有し、整流回路からの直流電流を変換してモータ駆動のための交流電流を出力するインバータ部と、ＤＣリンクに設けられ、スイッチとスイッチに並列接続された充電抵抗器とを有する初期充電部であって、モータ駆動開始前の初期充電期間中、スイッチが開放されることで充電抵抗器を介して流れる整流回路からの直流電流により、平滑コンデンサが所定の電圧になるまで初期充電する初期充電部と、充電抵抗器の抵抗値と充電抵抗器を溶断させる電力量として予め規定された負荷耐量とを記憶する記憶部と、整流回路からの直流電流が流れることにより充電抵抗器で発生するある時間区間における平均電力量を算出する電力算出部と、初期充電期間中、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入するようにする開閉部と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置が記載されている。
特許文献１の装置では、負荷耐量は充電抵抗器を溶断させる電力量として設定しているが、充電抵抗器には寿命があり、電力量が小さい場合は寿命が長く、電力量が大きい場合は寿命が短くなる。

【0006】

【表1】

【0007】

表１は、突入防止抵抗器の耐久回数とエネルギー（電力量）、許容繰り返し時間の一例を示したものである。突入防止抵抗器の期待耐久回数が１０万回の場合、突入防止抵抗器に加わるエネルギーは１４００Ｊ以下である必要がある。しかし、突入防止抵抗器に短時間に２２２０Ｊのエネルギーが加わるような状態で使用する場合は、突入防止抵抗器の耐久回数は１０００回に低下し、突入防止抵抗器に短時間に３４４０Ｊを超えるネルギーが加わると抵抗は断線してしまう。このため、特許文献１の想定で、充電抵抗の負荷耐量を長期の製品寿命を満足する小さな電力量で用いた場合は、１回の充電の中で、電力算出部により算出された平均電力量が小さな電力量に達すると、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入する。

【0008】

しかし、平滑コンデンサの容量が大きい場合は、１回の初期充電の中に何回かの平滑コンデンサへの流入遮断が行われ、流入遮断時の充電抵抗器の平均電力を許容値以下に抑えないと、突入防止抵抗器が断線するおそれがあった。流入遮断時の充電抵抗器の平均電力を許容値以下に抑えた場合は、流入遮断間隔は数十秒といった長い時間になり、初期充電にかかる時間が長くなり、モータ制御装置を構成するシステムの起動時間が延びてしまうという問題があった。起動時間が延びると機械の稼働効率が低下するため、起動時間が延びないことが望まれている。これを防ぐため、ある程度大きな電力量を負荷耐量に設定すると、システムの起動時間は短くなるが、製品耐久性を満足しないため、劣化により突入防止抵抗器が断線してしまうという問題があった。また、電源投入時に電源の瞬時停電が発生した場合は、製品寿命を満足する小さな電力量を負荷耐量として設定していた場合は、システムの起動時間がさらに長くなり、ある程度大きな電力量を負荷耐量に設定すると、製品寿命を満足しないため、劣化により突入防止抵抗器が断線してしまうという問題があった。さらに、製品寿命を満足する小さな電力量を負荷耐量として設定していた場合は、開閉部が何回も開閉を繰り返すことにより、この開閉部を構成する電磁接触器の寿命が低下してしまうという問題もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１７－５９７３号公報

【0010】

また、特許文献１の装置と異なり、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合にアラームを検出して電磁接触器を遮断するようにした場合、小さな電力量を負荷耐量として設定していた場合は、頻繁にアラームを検出してしまい、システムの停止時間が長くなるという問題があった。さらに、ある程度大きな電力量を負荷耐量に設定した場合は、アラームは発せられないが、劣化の蓄積により突入防止抵抗器が断線してしまうという問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、以上の様な問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、頻繁にアラームを検出することがなく、装置の起動時間が延びることもなく、電源入力部の電磁接触器の寿命が低下してしまうこともなく、モータ制御装置の稼働時などの電力により突入防止抵抗器が劣化を生じて断線し、モータ制御装置が停止してしまうことのないような、突入防止抵抗器の劣化モニタ機能を備えたモータの制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
電源に接続可能な入力スイッチ部と、前記電源からの電力を直流電力として出力するコンバータ部と、前記直流電力を保持するコンデンサ部と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部により駆動されるモータとをこの順で接続してなり、前記コンバータ部と前記コンデンサ部との間に、前記コンデンサ部の充電中の突入電流を抑制する突入防止抵抗器と突入防止スイッチを有する突入電流防止回路部を有し、前記突入防止抵抗器を保護する突入防止抵抗保護部を備えたモータ制御装置において、前記突入防止抵抗保護部は、前記突入防止抵抗器を通過する電力を算出し、所定時間の間の短時間電力量を算出するとともに、前記所定時間の間の前記短時間電力量に基づいて、前記突入防止抵抗器の劣化量の情報を生成し、劣化量を外部に報知することを特徴とするモータ制御装置。

【0013】

また、前記突入防止抵抗保護部は、突入防止抵抗器に電圧が加わっている時の電力を積算するとともに前記突入防止抵抗器に電圧が加わっていない時は所定の値を減算していくことにより前記突入防止抵抗器のアラーム電力量を算出し、前記アラーム電力量が所定の閾値（製品耐久回数を満足する電力量より高い値）に達した場合には、前記インバータ部の駆動を停止し、前記入力スイッチ部をオフにする、ものであってもよい。

【0014】

さらに、前記突入防止抵抗保護部は、前記短時間電力量から突入防止抵抗器の仕様に基づき短時間電力量に応じた耐久回数を算出し、前記短時間電力量に応じた耐久回数の逆数を算出することにより劣化量加算値（ΔＤ）を算出し、前回の劣化量と加算して劣化量を求める、ものであってもよい。なお、前回の劣化量がない場合は前回の劣化量の値を零として求める。

【0015】

加えて、前記突入防止抵抗保護部は、突入防止抵抗器への電圧印加開始から一定時間経過するまでの突入防止抵抗器に電圧が加わっている時の電力を積算することにより前記突入防止抵抗器の短時間電力量を算出する、ものであってもよい。

【0016】

また、前記突入防止抵抗保護部は、前記アラーム電力量が前記所定の閾値に達した場合には、インバータの駆動を停止するとともに、前記突入防止抵抗器の過負荷異常の情報を外部に報知する、ものであってもよい。

【0017】

さらに、前記突入電流防止回路部の前記突入防止抵抗器を通過する前記電力は、前記電力を少なくとも近似的に算出可能な電圧又は電流に基づいて算出される、ものであってもよい。

【0018】

加えて、前記突入電流防止回路部の前記突入防止抵抗器を通過する前記電力は、前記コンデンサ部の電圧と、前記コンバータ部の出力電圧と、前記突入防止抵抗器の抵抗値から算出する、ものであってもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明では、突入防止抵抗器の過負荷異常検出の閾値を、製品耐久回数を満足する電力量より高い値に設定し、短時間電力量の値に応じた劣化量を算出して予防保全を行うようにした。これにより、頻繁にアラームを検出することがなく、装置の起動時間が延びることもなく、電源入力部の電磁接触器の寿命が低下してしまうこともなく、モータ制御装置の稼働時に突入防止抵抗器が劣化により断線し、モータ制御装置が停止してしまうことのないような、突入防止抵抗器の劣化モニタ機能を備えたモータの制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施の一形態を示す回路図

【図2】本発明の実施の一形態を示す制御フロー図

【図3】短時間電力量Ｗｓと耐久回数との関係を示す例

【図4】短時間電力量Ｗｓと劣化量加算値ΔＤとの関係を示す例

【図5A】正常電源投入時の各部の電力等の変化を示す例

【図5B】電源投入時に１回の瞬時停電が発生した場合のそれを示す例

【図5C】電源投入時に２回の瞬時停電が発生した場合のそれを示す例

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１に本発明の実施の一形態を示す。モータ制御装置１０は、６個の整流ダイオード２１からなり、電源から、順に、全波整流を行うコンバータ部２０、突入防止用マグネットスイッチ（以下、「突入防止ＭＳ」と略記する。）と突入防止抵抗器Ｒが並列接続された突入電流防止回路部３０、回生抵抗器５０とその稼働を制御する回生抵抗器駆動用トランジスタ５１、平滑コンデンサＣ（コンデンサ部）、そして６個の半導体スイッチ７１からなるインバータ部７０からなる。

【0022】

また、モータ制御装置１０には、突入防止抵抗器Ｒの電力量を取得し、突入防止抵抗器を保護するために必要な制御を行う突入防止抵抗保護部８０が設けられている。

【0023】

ここでは、モータ制御装置１０の電源として三相交流電源が使用され、三相交流電源とモータ制御装置１０の間に電磁接触器ＥＣ（入力スイッチ部）が接続され、また、モータ制御装置１０のインバータ部７０の出力はモータＭに接続されている。

【0024】

モータＭを駆動する場合は、電磁接触器ＥＣをオンにし、電源電圧をコンバータ部２０により全波整流して直流電圧にし、突入防止抵抗器Ｒにより突入電流を抑制しながら平滑コンデンサＣを充電する。

【0025】

平滑コンデンサＣの充電が終了すると突入防止ＭＳをオンにし、インバータ部７０により交流電圧を発生させてモータＭを駆動する。モータＭの力行運転時は、三相交流電源からコンバータ部２０、インバータ部７０を通してモータＭに電力が供給される。

【0026】

モータＭの回生運転時はモータＭからインバータ部７０を通して平滑コンデンサＣが充電され、直流電圧が基準値より高くなると回生抵抗器駆動用トランジスタ５１をオンにし、基準値以下になると回生抵抗器駆動用トランジスタ５１をオフにして、直流電圧が一定の範囲になるように制御される。

【0027】

そして、モータＭの運転を停止させる場合は、インバータ部７０をオフにし、電磁接触器ＥＣをオフにする。

【0028】

モータ制御装置１０の入力電圧が低下すると、回生抵抗器駆動用トランジスタ５１をオンにして、平滑コンデンサＣの電荷を放電する。本実施例では回生抵抗器が放電抵抗としても用いられている例を示している。なお、回生電力をどのように放電するかあるいは利用するかは任意である。

【0029】

突入防止抵抗保護部８０は、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩ、平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣを検出し、後述の図２のフローチャートに従って突入防止抵抗器Ｒの保護を行う。

【0030】

図２のフローチャートは、突入防止抵抗器Ｒの保護のためのもので、サンプリング時間ΔＴ毎（数ｍｓ）で繰り返し処理を行うフローを示したものである。最初に概要を説明する。ここでは、説明の都合上、ループを繰り返す図上で直線上のフローをメインフローと称し、そこから一定の判定条件の下で分岐した時のフローをサブフローと称する。

【0031】

初めに、ステップ１において、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩ及び平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣを検出する。検出の態様は任意である。

【0032】

次に、ステップ２において、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩと平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣとの比較を行う。コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣより高い場合（［Ｙ］）には、平滑コンデンサＣへの突入電流が生じているとしてステップ３に進む。ここでコンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣと同じか低い場合（［Ｎ］）には、アラームを発するか否かを判定するための電力量Ｗ（アラーム電力量）の減算処理を行うステップ１１のサブフローを迂回する。

【0033】

なお、本明細書において電力量という場合、明示又は区別されている場合を除けば、突入防止抵抗器Ｒにおいて生じる電力量を一般的に意味するものとして、文脈に沿って理解されるべきものである。

【0034】

ステップ２において［Ｙ］の場合は、次に、ステップ３において、時間フラグをセットして計時を開始し、ステップ４において、後述の数式により、サンプリング時間毎の電力量を直前の電力量Ｗに加算して新たな電力量Ｗを算出し、ステップ５において、サンプリング毎の短時間電力量Ｗｓについても、その電力量を直前の短時間電力量Ｗｓに加算して新たな短時間電力量Ｗｓを算出する。次いでステップ６に移る。

【0035】

ステップ６において、サブフローに迂回してステップ１１を経由した場合も含めて、先に算出した電力量Ｗが閾値を超えているか否かを判定する。かかる電力量Ｗが閾値を超えていると判定された場合は［Ｙ］側のサブフローのステップ１２を経由してメインフローに戻る。

【0036】

サブフローのステップ１２では、電力量Ｗが閾値を超えたことを受けて、突入防止抵抗器Ｒの負荷異常を検出したとして取り扱われ、インバータ部７０を停止するとともに、電磁接触器ＥＣをオフとする。

【0037】

ステップ６において、先に算出した電力量Ｗが閾値を超えているか否かを判定し、かかる電力量Ｗが閾値を超えていないと判定された場合は［Ｎ］側のメインフローをとおりステップ７に移行する。

【0038】

ステップ７では、先にステップ２においてコンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣより高い場合に平滑コンデンサＣへの突入電流が生じているとして［Ｙ］の側であるメインフローを通ってステップ３でセットした時間フラグがセットされたままであるか否かを判定する。

【0039】

ステップ７において、時間フラグがセットされたままである場合は、計時が継続しているとして［Ｙ］の側であるステップ１３のサブフローを経由してメインフローに戻り、時間フラグがセットされていない場合は、そのまま［Ｎ］側のメインフローをとって次のステップ８に移行する。

【0040】

ステップ１３のサブフローでは、直前の積算時間Ｔにサンプリング時間ΔＴを加算して新たな積算時間Ｔを算出し、メインフローに戻る。

【0041】

ステップ８においては、直前の積算時間Ｔが短時間電力量Ｗｓを測定する時間（ここでは３秒を例にする。）である規定値を超えているか否かを判定する。

【0042】

ステップ８において、直前の積算時間Ｔが規定値を超えている場合は、短時間電力量Ｗｓが得られたとして［Ｙ］の側であるステップ１４のサブフローを経由してメインフローに戻る。

【0043】

ステップ１４においては、短時間電力量Ｗｓを基に直前の劣化量Ｄへの劣化量加算値ΔＤを算出し、両者を加算して新たな劣化量Ｄを算出する。

【0044】

ステップ１４においては、さらに、短時間電力量Ｗｓ、時間フラグ及び積算時間Ｔをすべてクリアし、メインフローに戻る。

【0045】

ステップ８において、直前の積算時間Ｔが短時間電力量Ｗｓを測定する時間（ここでは３秒を例にする。）である規定値を超えていない場合は、そのまま［Ｎ］側のメインフローを進む。

【0046】

メインフローは、ステップ８又は場合に応じてステップ１４を経た後、モータ制御装置１０の運転が続いている限り、再度、ステップ１から順に同様のフローを繰り返すものである。

【0047】

以上のフローについて、モータ制御装置１０の制御動作を中心に詳述すると以下のとおりである。

【0048】

まず、ステップ１においては、前述したとおり、モータＭを駆動する場合に、電磁接触器ＥＣをオンにすると、電源電圧をコンバータ部２０により全波整流して直流電圧が発生し、平滑コンデンサＣに流入しようとするので、その時に、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩと平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣを測定する。

【0049】

次に、ステップ２において、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが、平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣより大きいか否かを判定する。

【0050】

ステップ２において、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣより大きい場合（［Ｙ］）は、平滑コンデンサＣへの突入電流が生じているので、ステップ３において、最初に時間フラグをセットする。

【0051】

ステップ２において、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩが平滑コンデンサＣの直流電圧ＶＤＣと同じか小さい場合（［Ｎ］）は、突入防止抵抗器Ｒに突入電流による電力が生じていない場合であるので、サブステップ１１に移行し、例えば表１に示されるような突入防止抵抗器Ｒの仕様に応じた許容繰り返し時間に基づく減算量（エネルギー／許容繰返し時間）で電力量Ｗを減算し、電力量Ｗが０以下になったら減算を止める。

【0052】

そして、ステップ４及び５において、両電圧ＶＤＣＩ及びＶＤＣと突入防止抵抗器Ｒの抵抗値Ｒに基づき１サンプリングタイムΔＴ毎の突入防止抵抗器Ｒに生じる電力量Ｗ及び所定時間の短時間電力量Ｗｓを、いずれも同じであるが、次の数式により求まる。

【0053】

【数1】

【0054】

ここで、１サンプリングタイムΔＴ毎の突入防止抵抗器Ｒの電力量ΔＷ及び所定時間の短時間電力量ΔＷｓを、１サンプリングタイム毎にそれぞれ直前の突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗ及び所定時間の短時間電力量Ｗｓを加算することにより、新たな突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗ及び所定時間の短時間電力量Ｗｓを設定する。

【0055】

これにより、それまでに、突入防止抵抗器Ｒに発生した電力量は次の数式により求まる。ここで、所定時間は３秒とした例で説明する。

【0056】

【数2】

【0057】

ステップ６において、電力量が閾値を超えると（［Ｙ］）、サブステップ１２において、突入防止抵抗器Ｒの過負荷異常を検出したとして、インバータ部７０の駆動を停止させて、電磁接触器ＥＣをオフにして電源を遮断する。

【0058】

ステップ６において用いる、この突入防止抵抗器Ｒの過負荷異常検出の閾値は、モータ制御装置１０として規定されている突入防止抵抗器Ｒの所定耐久回数毎の電力量の中でも相対的に高い電力量Ｗで定められた閾値に設定する。例えば表１の仕様の突入防止抵抗器Ｒで、製品耐久回数を満足する突入防止抵抗器Ｒの期待耐久回数が１０万回の場合、通常は過負荷保護の電力量Ｗの閾値は１４００Ｊに設定して製品耐久回数を満足するようにするが、本形態では、例えば短時間に３回の平滑コンデンサＣの充放電が行われた場合の突入防止抵抗器Ｒに加わる電力量Ｗで異常を検出する閾値に設定し、電源投入時に瞬時停電が１回発生して平滑コンデンサＣの充放電が短時間に２回行われた場合であっても、突入防止抵抗器Ｒの過負荷異常とは扱わないようにしている。

【0059】

さらに、多軸構成のモータ制御装置１０で、インバータ部７０の台数が多い場合でも、１回の充放電では異常を検出しない値に設定する。例えば表１の仕様の抵抗器で、２２２０Ｊといった高い値に設定するようにする。このため、突入防止抵抗器Ｒの過負荷異常検出時の電力量Ｗの閾値から算出した耐久回数は、突入防止抵抗器Ｒの期待耐久回数より少なくなる。

【0060】

次に、ステップ７において、計時が継続しているかどうかを時間フラグがセットされているか否かで判定し、時間フラグがセットされている場合［Ｙ］は、計時が継続されているとして、サブフローのステップ１３において直前の積算時間ＴにサンプリングタイムΔＴを加算して新たな積算時間Ｔとする。

【0061】

そして、ステップ８において、積算時間Ｔが規定値を超えたか否かを判定し、積算時間が規定値を超えた場合［Ｙ］は、サブフローのステップ１４において、次の工程を実行する。規定値については後述する。

【0062】

最初に、その時点での短時間電力量Ｗｓの値を基に突入防止抵抗器Ｒの劣化量加算値ΔＤを算出する。この短時間電力量Ｗｓは、突入防止抵抗器Ｒへの電力印加開始から一定時間経過するまでの突入防止抵抗器Ｒの電力量である。一定時間は、三相交流電源の瞬停復帰などで突入防止抵抗器Ｒに断続的に加わる電力量を積算して劣化量加算値ΔＤを算出する必要のある短時間（ここでは一例として３ｓを設定したことは前述のとおり。）とする。そして、この短時間を規定値として設定し、この短時間電力量Ｗｓの値が突入防止抵抗器Ｒの期待耐久回数を超える電力量の場合は、劣化量加算値ΔＤを次式で求める。

【0063】

【数3】

【0064】

ここで、Ｋ１は短時間電力量と短時間電力量での耐久回数の関係を決める短時間電力量に応じた係数で、突入防止抵抗器Ｒの仕様により決まる。また、Ｋ２は短時間電力量での耐久回数と劣化量加算値ΔＤの関係を決める短時間電力量に応じた係数である。例えば、短時間電力量での耐久回数が１回の場合に劣化量加算値ΔＤが１００％になるように係数Ｋ２を決める。同様に短時間電力量での耐久回数が２回の場合、劣化量加算値ΔＤが５０％になるように係数Ｋ２を決める。同様に短時間電力量での耐久回数がＮ回の場合に、劣化量加算値ΔＤは１／Ｎ×１００％になるように係数Ｋ２を決める。

【0065】

このように係数Ｋ１、Ｋ２は短時間電力量Ｗｓに応じた係数になり、短時間電力量Ｗｓに応じたテーブルを予め用意して劣化量加算値ΔＤを求めるようにする。このような考え方で作成した表の一例が図３及び図４に示しており、図３は短時間電力量Ｗｓとその短時間電力量での耐久回数との関係を示す一例、図４は短時間電力量Ｗｓと劣化量加算値ΔＤとの関係を示す一例である。

【0066】

そして劣化量加算値ΔＤを前回の劣化量加算値ΔＤを算出した後の劣化量Ｄと加算して、その時点での劣化量Ｄを求め、短時間電力量Ｗｓ、時間フラグ、積算時間Ｔをクリアする。そして劣化量Ｄをモニタに表示する。なお、モニタはどのようなものでもよく、外部に報知して操作者等が認識できるものであれば任意のものが使用できる。もちろん、突入防止抵抗保護部８０と一体であっても、別体であってもよいし、画像、音、光等いかなる形態であってもよい。

【0067】

また、ステップ８において積算時間Ｔが規定値を超えていない場合は、メインフローに戻り、次にまた同じステップ１からのフローを繰り返すことになる。

【0068】

前述のステップ１４では、劣化量Ｄをモニタに表示するので、保全作業者等は、モニタに表示された劣化量Ｄの値が１００％に近くなると、突入防止抵抗器Ｒ、あるいは、モータ制御装置１０を交換する保全作業を行う。劣化量Ｄが０％の場合は、期待耐久回数まで使い切ることができる。

【0069】

以上が、本形態のモータＭの制御装置の動作である。なお、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩは直接測定しなくとも、別に電源電圧を全波整流した電圧を検出できる回路を設けて、コンバータ部２０の直流出力電圧ＶＤＣＩ相当(近似）の電圧を検出できるようにしてもよいし、突入防止抵抗器Ｒに流れる電流を検出して突入防止抵抗器Ｒの電力量を算出してもよい。また、平滑コンデンサＣの容量Ｃと平滑コンデンサＣの電圧ＶＤＣを用いて突入防止抵抗器Ｒの電力量を算出してもよい。

【0070】

さらに、突入防止ＭＳがオフしている場合のみ突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを算出するようにしてもよいし、突入防止ＭＳがオンしている場合も含めて突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを算出するようにしてもよい。突入防止ＭＳがオフしている場合のみ突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを算出する場合は、ＶＤＣＩやＶＤＣ検出部のオフセット誤差によりモータＭ運転中に突入防止抵抗過負荷異常や劣化量Ｄを誤検出することを防止できる。

【0071】

突入防止ＭＳがオンしている場合も突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを算出する場合は、モータＭ運転中に突入防止ＭＳが故障してオフになった場合の突入防止抵抗器Ｒの保護も行うことができる。この場合は、ＶＤＣＩやＶＤＣ検出部のオフセット誤差の影響を防止するため、ＶＤＣＩとＶＤＣの差が所定の電圧以上になったら突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを算出するようにして、オフセット誤差の影響を防止すればよい。

【0072】

所定の電圧は突入防止ＭＳがオンしているモータＭ運転中に突入防止抵抗の電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを誤検出しない程度の小さな値に設定する。

【0073】

加えて、コンバータ部２０は電源回生を行えるコンバータ部２０でもよい。その場合、突入防止ＭＳがオンしている場合も突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗや短時間電力量Ｗｓを計測するようにすれば、モータＭの回生運転中に突入防止ＭＳが故障してオフになってしまった場合に、平滑コンデンサＣからコンバータ部２０を通して電源側に回生していく電流が突入防止抵抗器Ｒに流れることになるが、それに対しても突入防止抵抗器Ｒの保護も行うことができる。

【0074】

さらにまた、劣化量Ｄを、テーブルを用いずに近似値を算出する数式で算出してもよい。

【0075】

このように、本形態は、モータＭ運転開始前の初期充電時のみでなく、モータＭ運転中に比較的長い瞬時停電が発生して、復電する時に突入防止抵抗に電流が流れた場合の突入防止抵抗の保護や、突入防止ＭＳが故障してオフになった場合の突入防止抵抗器Ｒの保護も行うことができる。

【0076】

図５Ａから図５Ｃは、正常電源投入時、瞬時停電の発生に対する過負荷異常の検出と劣化量算出動作の例を示した図である。最左端を初期状態として右に向かう横軸が時間の経過を示す時間軸として、上から順に、三相交流電源、電磁接触器ＥＣ、ＶＤＣ、モータＭ駆動状態、突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗ、アラームの検出の有無、短時間電力量Ｗｓ及び劣化量加算値ΔＤの時間変化を示したものである。

【0077】

図５Ａは電源投入時に瞬時停電が発生しない正常電源投入時の動作を示している。最初に電磁接触器ＥＣをオンにすると、ＶＤＣが立ち上がり、しばらくしてモータＭの運転が可能になる。突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗは異常を検出する電力量には至らないため、突入防止抵抗過負荷異常としては取り扱われない。また、短時間電力量Ｗｓは突入防止抵抗器Ｒの期待耐久回数を超える電力量には至らないため、劣化量Ｄは増加しない。このため、瞬時停電が発生しない正常電源投入時は、突入防止抵抗は期待耐久回数まで使用できる。

【0078】

図５Ｂは、電源投入時に１回の瞬時停電が発生した例を示したものである、図にみられるとおり、電磁接触器ＥＣをオンにしてＶＤＣが立ち上がった後、瞬時停電が一回発生している。瞬時停電が発生すると、それまでに蓄積した電力が停電中にＶＤＣから放電され、その後、電源が復帰してＶＤＣが立ち上がる。この時の短時間電力量Ｗｓとしては、短い時間の間に連続して電力が突入電力防止抵抗器に発生するが、総和の電力量が異常検出の閾値に至らないため、アラームは検出せず、暫くしてモータＭの運転が可能な状態となる。一方、短時間電力量Ｗｓは、突入防止抵抗器Ｒの期待耐久回数を超える電力量となるので、前述したとおりに算出した劣化量加算値ΔＤが生じるので、その分、直前の劣化量Ｄが増加し、劣化量Ｄが悪化する。

【0079】

図５Ｃは、電源投入時に２回の瞬時停電が発生した例を示したものである。図にみられるとおり、電磁接触器ＥＣをオンにしてＶＤＣが立ち上がった後、瞬時停電が２回連続して発生している。瞬時停電が発生すると、それまでに平滑コンデンサに蓄積した電荷が停電中に放電されてＶＤＣが低下し、電源が復帰して再度ＶＤＣが立ち上がると、再度ＶＤＣへの充電が開始されるが、２回目の瞬時停電が発生すると、それまでに蓄積した電力が再度停電中に放電されてＶＤＣが低下し、そして、次に電源が復帰して漸くインバータを稼働可能な状態までＶＤＣが立ち上がる。

【0080】

この時の突入防止抵抗器Ｒの電力量Ｗは、過負荷異常を検出するための閾値に至り、アラームが検出され、電磁接触器ＥＣがオフになる。また、この時の短時間電力量Ｗｓは、短い時間の間に３連続で電力が突入電力防止抵抗器に発生し、総和の短時間電力量Ｗｓがより低い耐久回数の電力量に達してしまうので、電源投入時に１回の瞬時停電が発生した例に比べると、前述したとおりに算出した劣化量加算値ΔＤがより大きくなり、その分、直前の劣化量Ｄがより増加し、劣化量Ｄはより悪化する。

【0081】

このように、本形態では、突入防止抵抗器Ｒの過負荷異常を検出することにより、過大な電力量による突入防止抵抗器Ｒの断線を防止し、突入防止抵抗器Ｒの耐久回数が期待耐久回数を下回る点に関しては、短時間電力量の値に応じた劣化加算量ΔＤを求めて、劣化量Ｄを算出し、モニタに表示することで、劣化量Ｄが１００％近くになった後は、突入防止抵抗器Ｒ、あるいは、モータ制御装置１０を交換する保全作業を行うべき状況であることが認識でき、その後の新たな劣化による突入防止抵抗の断線を防止することができる。

【0082】

以上の説明は本発明の実施の形態を詳細に説明したものであるが、上記の実施の形態において、図示されている構成等については、特に限定されるものではなく、また、図示又は説明されたものであっても、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて形態を適宜変更して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0083】

モータ Ｍ
三相交流電源 Ｓ
電磁接触器 ＥＣ
モータ制御装置 １０
コンバータ部 ２０
整流ダイオード ２１
突入電流防止回路部 ３０
突入防止マグネットスイッチ ＭＳ
突入防止抵抗器 Ｒ
回生抵抗器 ５０
回生抵抗器駆動用トランジスタ ５１
コンデンサ部 Ｃ
インバータ部 ７０
半導体スイッチ ７１
突入防止抵抗保護部 ８０
コンバータ部の直流出力電圧 ＶＤＣＩ
コンデンサ部の直流電圧 ＶＤＣ
積算時間 Ｔ
電力量（アラーム電力量） Ｗ
短時間電力量 Ｗｓ
劣化量 Ｄ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】