JP6231523B2 - 巻線の温度を推定するモータ制御装置、および機械の許容デューティサイクル時間算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの巻線の焼損を防止するために巻線の温度を推定してモータを制御するモータ制御装置、および、該モータ制御装置が実施する機械の許容デューティサイクル時間算出方法に関する。

モータを作動するとモータの巻線の温度は上昇する。そして、モータを作動してから或る時間が経過すると巻線の温度は飽和して高温に維持されるようになる（以下、このときの温度を「飽和温度」と呼ぶ。）。そして、そのような飽和温度の巻線が耐熱温度を超過した状態で電流を印加し続けていると、モータの巻線が焼損する危険性がある。また、巻線の温度が飽和しない状態でも巻線が耐熱温度を超過すると、モータの巻線が損傷する危険性がある。そのため、モータの駆動制御においては、巻線の温度を温度センサによって監視し、監視されている巻線温度が予め設定した温度を超えた場合には巻線への電流印加を中止して、巻線の焼損を防止している。

さらに、従前より、製造コストを抑えるために温度センサを巻線に設置しないで、モータのソフトウェアに組込まれた温度上昇推定計算式から巻線の温度を推定することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、工作機械やロボットなどの機械をモータによって駆動制御する場合には、巻線の温度が予め設定されたモータの温度保護レベル（以下、「アラームレベル」と呼ぶ。）を超えないように、所定のモータ駆動時間の後にモータ休止時間が設定されている。

例えば、工作機械が実際に加工を行った実績や、加工プログラムの解析によるシミュレーションなどから、モータ制御装置は、機械の１サイクルの動作に対応するモータ駆動時間およびモータ電流値をそれぞれ事前に求める。そして、モータ制御装置は、求めたモータ電流値から、１サイクルの動作が行われたときの巻線の温度を推定する。さらに、機械の１サイクルの動作を繰返すときに巻線の温度がアラームレベルを超えないように、モータ制御装置は、機械の１サイクルの動作の間に挿入するモータ休止時間を求めている。そして、モータ制御装置は、事前に求めたモータ駆動時間およびモータ休止時間の組合せ（以下、許容デューティサイクル時間と呼ぶ。）に従ってモータを駆動することにより、巻線の焼損を防止している。

特開２０１３−１４２８１０号公報

しかしながら、モータが取付けられた機械の構造ごとに熱容量が異なるため、機械の熱容量を考慮して巻線の温度を推定するのが難しく、機械の許容デューティサイクル時間を正確に算出するのが困難であった。

そのような場合、実際にモータを機械に取付けて機械を動作させながら、試行錯誤を重ねて巻線の温度を推定していたため、機械の許容デューティサイクル時間を求めるのに時間およびコストを要していた。

また、機械の許容デューティサイクル時間に従ってモータ休止時間を制御するので、算出した許容デューティサイクル時間が正確でない場合には、機械を効率よく稼働させるのが困難となる。

そこで本発明は、上述したような実情に鑑み、機械の熱容量を考慮した巻線の温度を推定することが可能になるモータ制御装置、およびモータ制御装置が実施する機械の許容デューティサイクル時間算出方法を提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、機械を動作させるモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの巻線に印加する電流値を用いて前記巻線の温度を計算する温度上昇推定計算式により巻線温度を推定する巻線温度推定部と、
前記巻線に装着された温度センサと、
前記機械に取付けられた前記モータを所定の回転速度で回転させる場合について、前記巻線温度推定部により推定された前記巻線の温度を、前記巻線に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線推定温度上昇プロファイルと、前記温度センサにより測定された前記巻線の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線実温度上昇プロファイルと、を比較した結果に基づいて、前記巻線推定温度上昇プロファイルを前記巻線実温度上昇プロファイルに合致させるように、前記巻線の温度を補正する補正係数を算出し、当該補正係数により前記温度上昇推定計算式を補正する補正部と、
を備えるモータ制御装置が提供される。
この第一態様により上述の課題が解決される。しかし、本発明は、第一態様に限られず、以下の第二態様ないし第４態様のいずれかのモータ制御装置を提供することもできる。

本発明の第二態様によれば、第一態様のモータ制御装置であって、
前記補正部が、前記機械の動作時の冷却要因による温度低下量を考慮して前記温度上昇推定計算式の補正を行なう、モータ制御装置が提供される。

本発明の第三態様によれば、第一態様または第二態様のモータ制御装置であって、
前記巻線温度推定部が、前記機械の１サイクルの動作と対応する前記モータの駆動時間および電流値を用いて前記巻線の温度を推定する、モータ制御装置が提供される。

本発明の第四態様によれば、第三態様のモータ制御装置であって、
前記巻線温度推定部により推定される巻線の温度に基づいて、前記推定される巻線の温度が前記モータの温度保護レベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間を算出する許容デューティサイクル時間算出部をさらに備えた、モータ制御装置が提供される。

本発明の第五態様によれば、
機械を動作させるモータの巻線に印加する電流値を用いて前記巻線の温度を計算する温度上昇推定計算式により巻線温度を推定する巻線温度推定部と、前記巻線に装着された温度センサと、を備えたモータ制御装置が実施する機械の許容デューティサイクル時間算出方法であって、
前記機械に取付けられた前記モータを所定の回転速度で回転させる場合について、前記巻線温度推定部により推定された前記巻線の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線推定温度上昇プロファイルと、前記温度センサにより測定された前記巻線の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線実温度上昇プロファイルと、を比較した結果に基づいて、前記巻線推定温度上昇プロファイルを前記巻線実温度上昇プロファイルに合致させるように、前記巻線の温度を補正する補正係数を算出し、当該補正係数により前記温度上昇推定計算式を補正し、
前記補正係数を補正した前記温度上昇推定計算式を用いて、前記巻線温度推定部が、前記機械の１サイクルの動作と対応する前記モータの駆動時間および電流値から前記巻線の温度を推定し、
前記推定される巻線の温度が前記モータの温度保護レベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間を算出する、
機械の許容デューティサイクル時間算出方法が提供される。

本発明の第一態様によれば、モータ制御装置に備わる補正部は、モータを機械に取付けて該モータを所定の回転速度で回転させた状況において温度センサにより測定された巻線の温度の巻線実温度上昇プロファイルと、この測定と同じ状況について巻線温度推定部により推定された巻線の温度の巻線推定温度上昇プロファイルとを比較する。それから、その比較結果に基づいて、巻線推定温度上昇プロファイルを巻線実温度上昇プロファイルに合致させられるような温度上昇推定計算式の補正係数を算出する。そして、その補正係数を乗じた温度上昇推定計算式により巻線温度を推定するようにしている。このようにモータを機械に取付けた状態において温度上昇推定計算式を補正しているので、機械の熱容量を考慮して巻線の温度を正確に推定することが可能となる。

本発明の第二態様によれば、機械の動作時の冷却要因による温度低下量を考慮して温度上昇推定計算式を補正することにより、巻線温度推定部により推定される巻線の温度を、上述の第一態様よりも機械での実際の巻線温度に近付けることが可能となる。

本発明の第三態様から第五態様によれば、例えば加工機械が実際に加工を行うときに機械の１サイクルの動作が繰返される場合、巻線の温度を効率よく正確に推定し、この推定値を用いて、巻線の過熱および焼損を防ぐための機械の許容デューティサイクル時間（すなわち、機械の１サイクルの動作に対するモータ駆動時間とこれに続くモータ休止時間の組合せ）も正確に算出することができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

本発明の一実施形態によるレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る第一方法例を示したフローチャートである。 図２に示されるステップＳ１２を具体的に説明するグラフであり、巻線実温度上昇プロファイルと巻線推定温度上昇プロファイルとをそれぞれ示したグラフである。 本発明に係る第二方法例を示したフローチャートである。 図４に示されるステップＳ２２を具体的に説明するグラフであり、巻線実温度上昇プロファイルと巻線推定温度上昇プロファイルとをそれぞれ示したグラフである。 本発明に係る第三方法例を示したフローチャートである。 図６に示されるステップＳ３８を具体的に説明するグラフであり、巻線温度がアラームレベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間と、許容デューティサイクルに対応する推定の巻線温度上昇プロファイルとをそれぞれ示したグラフである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
図１に示されるモータ制御装置１は、ロボットまたは工作機械（不図示）などの機械２を動作させるモータ１１の巻線１２の焼損を防止するため、モータ駆動時間とモータ休止時間とを切替制御する機能を有する。特に、背景技術の欄において述べたように、モータ制御装置１は、機械の１サイクルの動作における巻線１２の温度を推定し、機械の１サイクルの動作を繰返すときに、巻線１２の温度がアラームレベル（すなわちモータの温度保護レベル）を超えないことを満たすモータ駆動時間およびモータ休止時間の組合せ（すなわち許容デューティサイクル時間）に従ってモータ１１を駆動するようにしている。このとき、モータ１１が取付けられる機械２の構造ごとに熱容量が異なるため、機械２の熱容量を考慮して巻線１２の温度を正確に推定することが巻線１２の焼損防止に有効となる。

そこで、本実施形態のモータ制御装置１は、図１に示されるように、モータ１１に装着されていて巻線１２の温度を検出する温度センサ１３と、モータ１１の回転位置および回転速度を検出するエンコーダ１４と、モータ１１を駆動する所定の動作指令、例えば速度指令やトルク指令などを生成して出力する指令部１５と、エンコーダ１４の検出値と指令部１５の指令値とに基づいてモータ１１を駆動するモータ駆動部１６と、を備える。

さらに、本実施形態のモータ制御装置１は、予め記憶された温度上昇推定計算式を用いてモータ１１の巻線１２の温度を推定する巻線温度推定部１７と、巻線温度推定部１７により推定された巻線温度に基づいて機械の許容デューティサイクル時間を計算しモータ駆動部１６に出力する許容デューティサイクル時間算出部１８と、温度センサ１３により検出された巻線１２の温度を所定時間ごとに順次記録する巻線温度記録部１９と、を備える。そして、当該モータ制御装置１は、巻線温度記録部１９により順次記録された実際の温度から求められた巻線実温度上昇プロファイルと、巻線温度推定部１７により順次推定された温度から求められた巻線推定温度上昇プロファイルとを比較しつつ、巻線温度推定部１７内の温度上昇推定計算式の補正係数を算出し、当該補正係数により温度上昇推定計算式を補正する補正部２０を備えている。さらに、巻線温度推定部１７には、温度上昇推定計算式のパラメータを入力可能な入力部２１が接続されていることが好ましい。

また、図１に示された巻線温度推定部１７は、巻線１２の温度上昇を推定する温度上昇推定計算式、例えば下記式（１）を記憶保持していて、式（１）を用いて巻線１２の温度上昇プロファイルを推定する。
[モータ巻線の温度上昇]＝[連続定格時の温度上昇]
×[モータ電流^２]÷[連続定格時の電流^２]
×(１−ｅ^(−[経過時間]÷[熱時定数]))・・・（１）

上記式（１）について、「連続定格時の電流」とは、モータ１１が過熱することなしに巻線１２に連続印加できる最大電流値を意味し、「連続定格時の温度上昇」とは、モータ単体において連続定格時の電流を実際に印加したときから巻線１２の温度が飽和するまでの温度上昇量を意味する。さらに、「経過時間」とは、電流を巻線１２に印加してから電流印加を終了するまでの時間、すなわちモータ駆動時間を意味する。「熱時定数」とは、巻線１２の温度変化に必要な時間を意味する。さらに、「モータ電流」とは、指令どおりにモータ１１を動作させるときの電流値を意味する。勿論、「連続定格時の電流」、「連続定格時の温度上昇」および「熱時定数」はモータ１１の設計および製造段階において決まるものなので、式（１）に初めから与えられている。一方、「モータ電流」および「経過時間」は上記式（１）のパラメータである。さらに、「モータ電流」および「経過時間」については、指令部１５や入力部２１から巻線温度推定部１７に入力することができる。

さらに、本願においては、例えば工作機械が実際に加工を行った実績や、加工プログラムの解析によるシミュレーションなどから、機械の１サイクルの動作に対応するモータ電流を事前に求め、求めたモータ電流を入力部２１から巻線温度推定部１７に入力することも可能となっている。

第一方法例
次に、図１に示されたモータ制御装置１において、機械２の熱容量を考慮した巻線１２の温度上昇プロファイルを推定する第一方法例について述べる。図２は本発明に係る第一方法例を示したフローチャートである。

まず、機械２のオペレータはモータ１１を機械２に取付ける。このとき、モータ１１の回転軸には未だ何も接続されていない状態とする。この状態において、指令部１５（図１）は、モータ１１が所定の回転速度で回転するようにモータ駆動部１６に速度指令を出力する。そして、モータ駆動部１６（図１）はエンコーダ１４の検出値を参照しながらモータ１１を所定の回転速度で空運転させる（図２のステップＳ１１）。なお、「所定の回転速度」については最高回転速度が望ましいが、最高回転速度よりも低い回転速度でもよい。

さらに、巻線温度記録部１９（図１）は、巻線１２の温度が少なくとも飽和温度に達するまで、温度センサ１３により検出された巻線１２の温度を所定時間ごとに順次記録して、巻線実温度上昇プロファイルを作成する。その一方で、巻線温度推定部１７（図１）は、モータ１１を所定の回転速度で回転させたときのモータ１１の巻線１２の温度を上記式（１）の温度上昇推定計算式に基づいて所定時間ごとに順次推定し、巻線推定温度上昇プロファイルを作成する。なお、当該推定に必要な式（１）のパラメータ（すなわち「モータ電流」および「経過時間」）は、指令部１５および入力部２１から巻線温度推定部１７に入力されている。例えば、式（１）の「モータ電流」としては、所定の回転速度でモータ１１を回転させるときの指令電流値が指令部１５から巻線温度推定部１７に入力される。また、温度センサ１３により巻線１２の温度測定を開始してから、巻線１２の温度が飽和温度に達するまでに要する時間が、式（１）の「経過時間」に相当する。

そして、補正部２０（図１）は、巻線温度記録部１９により取得された巻線実温度上昇プロファイルと、巻線温度推定部１７により取得された巻線推定温度上昇プロファイルとを比較する（図２のステップＳ１２）。

このステップＳ１２をさらに具体的に説明する。図３は、ステップＳ１２を具体的に説明するグラフであり、巻線実温度上昇プロファイル（図中の実線のグラフ）と、巻線推定温度上昇プロファイル（図中の破線のグラフ）とをそれぞれ示したグラフである。図３において、横軸は電流を巻線に印加してからの経過時間（ｈ）を表し、縦軸はモータの巻線温度（℃）を表している。

図３のグラフから分かるように、巻線実温度上昇プロファイルにおける巻線１２の飽和温度Ｐ１は、巻線推定温度上昇プロファイルにおける巻線１２の飽和温度Ｐ２よりもα［℃］だけ低い。さらに、巻線実温度上昇プロファイルにおいて巻線１２が飽和温度Ｐ１に達した時刻ｔ２は、巻線推定温度上昇プロファイルにおいて巻線１２が飽和温度Ｐ２に達した時刻ｔ１よりもβ［ｈ］だけ遅い。本願の第一方法例においては、巻線推定温度上昇プロファイル（図３中の破線のグラフ）を巻線実温度上昇プロファイル（図３中の実線のグラフ）に合致させる。このため、上述の補正部２０は、まず、図３に示されるような巻線実温度上昇プロファイルと、式（１）を用いて得られる巻線推定温度上昇プロファイルとを相互比較して、上述のα、βの値をそれぞれ求める。

式（１）に対して上述のα、βを考慮し、かつ、推定される巻線温度を実際の巻線温度に合致させられるような補正係数１を含めると、式（１）は、下記式（２）のようになる。
[モータ巻線の温度上昇]−α＝[連続定格時の温度上昇×補正係数１]
×[モータ電流^２]÷[連続定格時の電流^２]
×(１−ｅ^(−[経過時間]÷[熱時定数−β]))・・・（２）
このような式（２）は補正部２０に記憶保持されており、また、式（２）におけるα、β以外の値は、巻線推定温度上昇プロファイル（図３中の破線のグラフ）を作成したときに既に取得されている。

続いて、補正部２０は、求めたα、βの値をそれぞれ式（２）の項α、βに入力し、式（２）の左辺と右辺とが等しくなるように式（２）内の補正係数１を算出する。そして、補正部２０は、巻線推定温度上昇プロファイルを巻線実温度上昇プロファイルに合わせられるように算出した補正係数１によって、巻線温度推定部１７内の温度上昇推定計算式（上記式（１））を補正する（図２のステップＳ１３）。補正された温度上昇推定計算式は、上記式（１）の右辺に補正係数１を乗じた式となる。すなわち、下記式（３）となる。
[モータ巻線の温度上昇]＝[連続定格時の温度上昇×補正係数１]
×[モータ電流^２]÷[連続定格時の電流^２]
×(１−ｅ^(−[経過時間]÷[熱時定数]))・・・（３）
その後、巻線温度推定部１７は、補正された温度上昇推定計算式（上記式（３））を使用して巻線１２の温度を推定することとなる。

上述したように、第一方法例においては、まず、モータ１１を現実に機械２に取付け、モータ１１を所定の回転速度で回転させたときに温度センサ１３から得られる巻線実温度上昇プロファイルと、同じくモータ１１を所定の回転速度で回転させた場合の巻線温度推定部１７が推定する巻線推定温度上昇プロファイルとを比較する。それから、その比較結果に基づき、巻線推定温度上昇プロファイルを巻線実温度上昇プロファイルに合せられるような温度上昇推定計算式の補正係数を算出する。そして、その補正係数を乗じた温度上昇推定計算式により巻線温度を推定するようにしている。それにより、機械２の熱容量を考慮した巻線１２の温度を正確に推定することが可能となる。さらに言えば、モータ１１を取付ける機械２の構造が変更されたとしても、上述のように機械２の熱容量を考慮した巻線１２の温度を正確に推定して、モータ１１の巻線１２が焼損しないようにモータ駆動時間とモータ休止時間とを切替制御することが可能となる。

第二方法例
次に、図１に示されたモータ制御装置１において、機械２の熱容量を考慮した巻線１２の温度上昇プロファイルを推定する第二方法例について説明する。図４は本発明に係る第二方法例を示したフローチャートである。

以下の第二方法例においては、上述の第一方法例により得られた巻線推定温度上昇プロファイルを巻線実温度上昇プロファイルにさらに近付けるため、加工プログラムによって実際に加工して巻線１２の温度上昇推定計算式を補正する。

そのため、機械のオペレータは、モータ１１を機械２に取付けるとともに、モータ１１の回転軸に加工ツール（不図示）を取付け、加工ツールにより加工されるべきワーク（不図示）も機械２の作業テーブル上に固定する。このような状態において、まず、指令部１５（図１）は、軌跡プログラミングにより事前に作成された加工プログラムに基づいてワークを実際に加工するように、モータ駆動部１６に所定の指令を出力してモータ１１を駆動する（図４のステップＳ２１）。このとき、切削液などのクーラントを加工ツールおよびワークに供給しながらモータ１１を駆動することが好ましい。

次いで、巻線温度記録部１９（図１）は、加工プログラム（すなわち機械の１サイクルの動作）が終了するまで、温度センサ１３により検出された巻線１２の温度を所定時間ごとに順次記録して、巻線実温度上昇プロファイルを再度作成する。続いて、補正部２０（図１）は、加工プログラムに基づいてワークを加工したときの巻線実温度上昇プロファイルと、上述の第一方法例のステップＳ１１〜Ｓ１３（図２参照）を経て補正された温度上昇推定計算式（上記式（３））により推定される巻線推定温度上昇プロファイルと、を比較する（図４のステップＳ２２）。

このステップＳ２２をさらに具体的に説明する。図５は、ステップＳ２２を具体的に説明するグラフであり、巻線実温度上昇プロファイル（図中の実線のグラフ）と、巻線推定温度上昇プロファイル（図中の破線のグラフ）とをそれぞれ示したグラフである。図５において、横軸は電流を巻線に印加してからの経過時間（ｈ）を表し、縦軸はモータの巻線温度（℃）を表している。

図５のグラフから分かるように、機械の１サイクルの動作時間（すなわち加工プログラム１周期分）においては、巻線実温度上昇プロファイルの最大温度Ｐ３は、補正された温度上昇推定計算式により推定される巻線推定温度上昇プロファイルの最大温度Ｐ４よりもγ［℃］だけ低い。本願の第二方法例においては、巻線推定温度上昇プロファイル（図５中の破線のグラフ）を巻線実温度上昇プロファイル（図５中の実線のグラフ）に合致させる。このため、上述の補正部２０は、まず、図５に示されるような巻線実温度上昇プロファイルと、上記式（３）により得られる巻線推定温度上昇プロファイルとを相互比較して、上述のγの値をそれぞれ求める。

上記式（３）に対して、上述のγを考慮し、かつ、式（３）により推定される巻線温度を実際の巻線温度に合致させられるような補正係数２を含めると、上記式（３）は、下記式（４）のようになる。
[モータ巻線の温度上昇]−γ＝[連続定格時の温度上昇×補正係数１×補正係数２]
×[モータ電流^２]÷[連続定格時の電流^２]
×(１−ｅ^(−[経過時間]÷[熱時定数]))・・・（４）
このような式（４）もまた、補正部２０に記憶保持されている。また、式（４）におけるγおよび補正係数２を除いた値は、上述した第一方法例のステップＳ１１〜Ｓ１３の過程において既に補正部２０に与えられている。

続いて、補正部２０は、求めたγの値をそれぞれ式（４）の項γに入力し、式（４）の左辺と右辺とが等しくなるように式（４）内の補正係数２を算出する。そして、補正部２０は、上記式（３）により推定された巻線推定温度上昇プロファイルを巻線実温度上昇プロファイルに合致させるように算出された補正係数２によって、巻線温度推定部１７内の温度上昇推定計算式（上記式（１））を補正する（図４のステップＳ２３）。つまり、補正された温度上昇推定計算式は、上記式（１）の右辺に補正係数１および補正係数２を乗じた式となる。すなわち、下記式（５）となる。
[モータ巻線の温度上昇]＝[連続定格時の温度上昇×補正係数１×補正係数２]
×[モータ電流^２]÷[連続定格時の電流^２]
×(１−ｅ^(−[経過時間]÷[熱時定数]))・・・（５）
その後、巻線温度推定部１７は、補正された温度上昇推定計算式（上記式（５））を使用して巻線１２の温度を推定することとなる。

上述したように、第二方法例においては、機械を動作させたときの、クーラント、ワーク（被加工物）、加工ツールなどに起因したモータ１１および巻線１２の温度低下を考慮に入れて、温度上昇推定計算式を補正している。つまり、補正部２０は、機械の動作時の冷却要因による温度低下量を考慮して温度上昇推定計算式を補正している。そのため、巻線１２の温度を上述の第一方法例よりも更に正確に推定することが可能となる。

なお、第二方法例においては、まず、加工プログラムに基づいてワークを加工したときの巻線実温度上昇プロファイルと、上述の第一方法例によって補正された温度上昇推定計算式（上記式（３））により推定される巻線推定温度上昇プロファイルとを比較する。それから、その比較結果に基づいて、推定される巻線温度が実際の巻線温度により近い値となるような温度上昇推定計算式の補正係数２を算出している。しかし、本願においては別方法も考えられる。すなわち、モータ１１の回転軸に加工ツール（不図示）を取付け、加工ツールにより加工されるべきワーク（不図示）を機械の作業テーブル上に固定し、クーラントをワークおよび加工ツールに供給する。そして、このような状態においてワークを加工しないで、上述の第一方法例のステップＳ１１、Ｓ１２を順次実施することにより、上記式（２）の項α、βを求めて温度上昇推定計算式の補正係数１を算出してもよい。

第三方法例
次に、図１に示されたモータ制御装置１において、機械２の熱容量を考慮した巻線１２の温度上昇プロファイルを推定するとともに、機械の１サイクルの動作を繰り返すときに巻線１２の温度がアラームレベルを超えないことを満たすモータ駆動時間およびモータ休止時間の組合せ（すなわち許容デューティサイクル時間）を算出する機械の許容デューティサイクル時間算出方法を第三方法例として示す。

図６は本発明に係る第三方法例を示したフローチャートである。図６に示されているステップＳ３１〜Ｓ３８のうちのステップＳ３１〜Ｓ３３は、上述の第一方法例のステップＳ１１〜Ｓ１３（図２参照）と同じであり、ステップＳ３１〜Ｓ３８のうちのステップＳ３４〜Ｓ３６は、上述の第二方法例のステップＳ２１〜Ｓ２３（図４参照）と同じである。よって、以下では、ステップＳ３７〜Ｓ３８のみについて述べる。

図６に示されたステップＳ３１〜Ｓ３６が終了すると、上記式（２）の補正係数１および上記式（４）の補正係数２が算出されて、上記式（１）の右辺に補正係数１および補正係数２を乗じた温度上昇推定計算式（上記式（５））が得られる。そして、得られた温度上昇推定計算式を用いることにより、機械２の実際の加工状況を考慮した巻線１２の温度が正確に推定される。

ここで、機械の１サイクルの動作を繰返すときに巻線１２の温度がアラームレベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間を算出するには、機械の１サイクルの動作中におけるモータ１１の巻線１２の温度を推定する必要がある。この推定のためには、上記式（５）の温度上昇推定計算式における各パラメータの値が必要になる。式（５）における「モータ電流」および「経過時間」を除いた各パラメータの値は、指令部１５や入力部２１から巻線温度推定部１７に既に与えられている。

そのため、機械の１サイクルの動作に対応するモータ電流値（最大値）と、機械の１サイクルの動作時間（すなわちモータ駆動時間）とについては求める必要がある。本願の第三方法例においては、機械のオペレータが、例えば工作機械が実際に加工を行った実績や、加工プログラムの解析によるシミュレーションなどから、機械の１サイクルの動作に対応するモータ電流およびモータ駆動時間を事前に求め、求めたモータ電流値およびモータ駆動時間を入力部２１から巻線温度推定部１７に入力している。勿論、そのようなモータ電流およびモータ駆動時間については、モータ制御装置の指令部１５内のコンピュータ（不図示）が加工プログラムから求めて、指令部１５から巻線温度推定部１７に入力してもよい。

そして、上述のモータ電流値およびモータ駆動時間が入力部２１または指令部１５より巻線温度推定部１７に入力されると、巻線温度推定部１７は、上記式（５）の温度上昇推定計算式を用いて、機械の１サイクルの動作中の巻線１２の温度を推定する（図６のステップＳ３７）。

続いて、許容デューティサイクル時間算出部１８(図１）は、機械の１サイクルの動作中における巻線１２の温度上昇量に基づいて、機械の許容デューティサイクル時間を算出する（図６のステップＳ３８）。

このステップＳ３８をさらに具体的に説明する。図７は、図６に示されるステップＳ３８を具体的に説明するグラフであり、巻線温度がアラームレベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間（図中の符号Ｔ）と、許容デューティサイクルに対応する巻線推定温度上昇プロファイル（図中の実線のグラフ）とをそれぞれ示したグラフである。

図７のグラフから分かるように、工作機械においては巻線１２を焼損させない温度がアラームレベル（所定の設定温度Ｐ５）として予め設定されている。そして、ステップＳ３７において推定した巻線温度の最大値が、機械の１サイクルの動作（図７中の符号Ａ参照）を繰返したときにアラームレベルを超えないように、機械の１サイクルの動作と動作の間に挿入するモータ休止時間（図７中の符号Ｂ参照）を求める。

つまり、モータ１１の巻線１２に電流を絶えず印加していると巻線１２が飽和温度に達して巻線１２の過熱および焼損が発生するので、アラームレベルを設定して巻線１２の焼損を予防する必要がある。よって、機械の１サイクルの動作を繰返すときに、機械の１サイクルの動作に対応するモータ駆動時間後にモータ休止時間を設定しない場合は、モータ１１の巻線１２に電流を絶えず印加していることになるので、推定される巻線１２の温度はアラームレベルを超えるおそれがある。一方、モータ休止時間を設定すれば、モータ１１の巻線１２に電流を印加していない時間を作れるので、モータ休止時間においては巻線１２の温度は低下するようになる。そこで、本願においては、機械の１サイクルの動作を繰返したときに、推定される巻線１２の温度がアラームレベルを超えないための最短のモータ休止時間を求めるようにしている。なお、各１サイクルの動作時間（図７中の符号Ａ）はすべて同じ時間であり、各モータ休止時間（図７中の符号Ｂ）もすべて同じ時間である。

最短のモータ休止時間を求めるには、例えば、機械の１サイクルの動作に対応する巻線１２の温度上昇量をΔｔ１、モータ休止時間に対応する巻線１２の温度低下量をΔｔ２、機械の１サイクルの動作を繰返す回数をＮとする。そして、巻線１２の温度上昇量Δｔ１から巻線１２の温度低下量Δｔ２を減算した値に繰返し回数Ｎを乗じた値が少なくともアラームレベルＰ５を超えない条件を満たすようにする。
つまり、Ｐ５＞（Δｔ１−Δｔ２）×Ｎ ・・・（６）
の条件式を満たすようなモータ休止時間を求める。

ここで、機械の１サイクルの動作に対応する巻線１２の温度上昇量Δｔ１は、上述のステップＳ３７において取得されている。繰返し回数Ｎについては、機械のオペレータが動作プログラムなどに基づいて繰返し回数Ｎを許容デューティサイクル時間算出部１８に入力しておけばよい。そして、上記式（６）の右辺の値がアラームレベルＰ５を超えないように、上記式（６）の左辺の値を所定の温度Ｔｍだけ低く見積り、見積った値が上記式（６）の右辺の値と等しくなるようなΔｔ２の値を算出する。すなわち、下記の式（７）より、Δｔ２の値を算出する。
Ｐ５−Ｔｍ＝（Δｔ１−Δｔ２）×Ｎ ・・・（７）
そして、モータ休止時間は、モータ休止時間に対応する温度低下量Δｔ２に巻線１２の熱時定数を乗じることによって求まる。

以上のことから、許容デューティサイクル時間算出部１８は、ステップＳ３７において巻線１２の温度上昇量Δｔ１を取得すると、上記式（７）を用いて巻線１２の温度低下量Δｔ２を算出する。つまり、温度上昇量Δｔ１、アラームレベルＰ５、所定の温度Ｔｍおよび繰返し回数Ｎの各値を上記式（７）に代入することにより、温度低下量Δｔ２が算出される。さらに、許容デューティサイクル時間算出部１８は、事前に取得されている巻線１２の熱時定数を用い、算出された温度低下量Δｔ２に巻線１２の熱時定数を乗じることにより、温度低下量Δｔ２に要する時間を算出する。このようにして算出された時間がモータ休止時間となる。

そして、許容デューティサイクル時間算出部１８は、求めたモータ休止時間を、機械の１サイクルの動作に対応するモータ駆動時間の後に加算して、機械の許容デューティサイクル時間を算出している。なお、機械の１サイクルの動作に対応するモータ駆動時間は、入力部２１から巻線温度推定部１７に既に入力されている。

上述したように、第三方法例によれば、機械の熱容量を考慮して巻線の温度を効率よく正確に推定し、この推定値を用いて機械の許容デューティサイクル時間も正確に算出することができる。

なお、以上に説明した実施形態においては、巻線１２の温度上昇推定計算式（上記式（１））を補正する補正係数を求める式として上記の式（２）や式（４）を例示したが、本発明はそれらの計算式に限定して実施されるものではない。
また、以上では典型的な実施形態を示したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲で上述の実施形態を様々な形、構造や材料などに変更可能である。

１ モータ制御装置
２ 機械
１１ モータ
１２ 巻線
１３ 温度センサ
１４ エンコーダ
１５ 指令部
１６ モータ駆動部
１７ 巻線温度推定部
１８ 許容デューティサイクル時間算出部
１９ 巻線温度記録部
２０ 補正部
２１ 入力部

Claims (5)

1. 機械を動作させるモータ（１１）を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの巻線（１２）に印加する電流値を用いて前記巻線（１２）の温度を計算する温度上昇推定計算式により、前記巻線（１２）の温度を推定する巻線温度推定部（１７）と、
   前記巻線（１２）に装着された温度センサ（１３）と、
   前記機械に取付けられた前記モータ（１１）を所定の回転速度で回転させる場合について、前記巻線温度推定部（１７）により推定された前記巻線（１２）の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線推定温度上昇プロファイルと、前記温度センサ（１３）により測定された前記巻線（１２）の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線実温度上昇プロファイルと、を比較した結果に基づいて、前記巻線推定温度上昇プロファイルを前記巻線実温度上昇プロファイルに合致させるように、前記巻線（１２）の温度を補正する補正係数を算出し、当該補正係数により前記温度上昇推定計算式を補正する補正部（２０）と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記補正部（２０）が、前記機械の動作時の冷却要因による温度低下量を考慮して前記温度上昇推定計算式の補正を行なう、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記巻線温度推定部（１７）が、前記機械の１サイクルの動作と対応する前記モータ（１１）の駆動時間および電流値を用いて前記巻線（１２）の温度を推定する、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記巻線温度推定部（１７）により推定される巻線（１２）の温度に基づいて、前記推定される巻線（１２）の温度が前記モータの温度保護レベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間を算出する許容デューティサイクル時間算出部（１８）をさらに備えた、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 機械を動作させるモータ（１１）の巻線（１２）に印加する電流値を用いて前記巻線の温度を計算する温度上昇推定計算式により巻線温度を推定する巻線温度推定部（１７）と、前記巻線（１２）に装着された温度センサ（１３）と、を備えたモータ制御装置が実施する機械の許容デューティサイクル時間算出方法であって、
   前記機械に取付けられた前記モータ（１１）を所定の回転速度で回転させる場合について、前記巻線温度推定部（１７）により推定された前記巻線（１２）の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線推定温度上昇プロファイルと、前記温度センサ（１３）により測定された前記巻線（１２）の温度を、前記巻線（１２）に電流を印加してからの経過時間ごとに示した巻線実温度上昇プロファイルと、を比較した結果に基づいて、前記巻線推定温度上昇プロファイルを前記巻線実温度上昇プロファイルに合致させるように、前記巻線（１２）の温度を補正する補正係数を算出し、当該補正係数により前記温度上昇推定計算式を補正し、
   前記補正係数を補正した前記温度上昇推定計算式を用いて、前記巻線温度推定部（１７）が、前記機械の１サイクルの動作と対応する前記モータ（１１）の駆動時間および電流値から前記巻線の温度を推定し、
   前記推定される巻線（１２）の温度が前記モータの温度保護レベルを超えないことを満たす機械の許容デューティサイクル時間を算出する、
   機械の許容デューティサイクル時間算出方法。

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