TW202508213A

TW202508213A - 模擬裝置及機械控制裝置

Info

Publication number: TW202508213A
Application number: TW113124504A
Authority: TW
Inventors: 神谷洋平
Original assignee: 日商發那科股份有限公司
Priority date: 2023-08-01
Filing date: 2024-07-01
Publication date: 2025-02-16

Abstract

模擬裝置是模擬包含送風機的電動機的溫度的變化。模擬裝置具備溫度推定部及動作設定部，前述溫度推定部是依據電動機的模型來推定定子的溫度，前述動作設定部是設定送風機的動作。電動機的模型包含電動機的構成部分的模型，在構成部分的模型彼此之間設定有和熱傳遞有關的係數。動作設定部是依據由溫度推定部所推定的定子的推定溫度的每單位時間的變化率，來設定送風機的動作。

Description

模擬裝置及機械控制裝置

本揭示是有關於一種模擬裝置及機械控制裝置。

已知在機械中為了使構成構件動作而配置有電動機。當電動機驅動時，定子鐵芯、固定於定子鐵芯的線圈等會發熱，電動機的溫度會上升。當電動機的溫度過高時，會有電動機不正確地動作、電動機的構成部分損傷、或電動機的壽命變短的情況。因此，已知在電動機中配置將電動機的本體冷卻的送風機。已知可藉由送風機所產生的空氣的流動，來將定子等冷卻。

驅動電動機時的實際的電動機的構成部分的溫度可藉由安裝於電動機的構成部分的溫度檢測器來檢測。或者，可以由推定電動機的溫度之模擬來推定。例如，已知一種熱模型，其是依據電動機中的熱損失，來推定電動機的構成部分的溫度。先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平7-79592號公報專利文獻2：日本專利特開平11-37097號公報專利文獻3：日本專利特開2018-121384號公報

發明欲解決之課題

在電動機的運轉期間中，藉由送風機將空氣供給至電動機，藉此可以有效地冷卻電動機。然而，若一直以最大的旋轉速度來驅動送風機，會有電動機的消耗電力變大的問題。

又，當以固定的旋轉速度持續送風機的驅動時，電動機的本體的溫度會因應於電動機的負載率而變動。當電動機的負載率大時，電動機的溫度會變高，當負載率小時，電動機的溫度會變低。電動機的熱是傳遞到接觸電動機的機械的構成構件。當電動機的溫度的變動幅度變大時，接觸電動機的機械的構成構件的溫度的變動幅度會變大。其結果，會因機械的構成構件熱膨脹或收縮而造成熱位移產生。

當機械的構成構件產生熱位移時，會有驅動機械的精確度惡化的情況。例如，當機械為切削工件的工具機的情況下，會有電動機的熱傳遞至保持工具的工具保持構件的情況。當工具保持構件熱膨脹時，工具前端的位置會變化，因此工件的加工精確度會降低。如此，電動機的溫度的變動幅度小是較理想的。亦即，較理想的是能夠盡量以固定的溫度來驅動電動機。用以解決課題之手段

本揭示的一態樣是模擬包含送風機的電動機的溫度的變化之模擬裝置。模擬裝置具備：記憶部，記憶電動機的模型，前述電動機的模型是推定電動機的構成部分的溫度之模型；溫度推定部，依據電動機的模型來推定定子的溫度；及動作設定部，設定送風機的動作。電動機的模型包含電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型。在至少1個構成部分的模型中設定有熱容量。在電動機的構成部分的模型彼此之間及電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型之間，設定有和熱傳遞有關的係數。動作設定部是依據由溫度推定部所推定的定子的推定溫度的每單位時間的變化率，來設定送風機的動作。

用以實施發明之形態

參照圖1至圖18，說明實施形態中的電動機的模擬裝置及控制具備電動機的機械之機械控制裝置。本實施形態的電動機的模擬裝置具有以下的功能：使用電動機的熱模型，來推定電動機之事先決定的構成部分的溫度。機械控制裝置具有依據動作程式來控制機械的動作的功能。

(機械的構成) 圖1是本實施形態中的機械及電動機的模擬裝置的方塊圖。可以採用具備電動機10的任意機械來作為機械1。在本實施形態中是列舉切削工件的工具機為例來作為機械1來說明。可以例示主軸馬達或進給軸馬達來作為電動機10，前述主軸馬達是使保持工具的主軸旋轉，前述進給軸馬達是用於使保持工件的工作台或包含主軸的主軸頭沿著事先決定的座標軸移動。

機械1具備驅動機械1的構成構件之電動機10、及控制機械1之機械控制裝置41。本實施形態的機械控制裝置41具備運算處理裝置(電腦)。機械控制裝置41包含作為處理器的CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)。機械控制裝置41具有透過匯流排連接於CPU的RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)等。

本實施形態的機械1是數值控制式。機械1是依據記載於事先製作的動作程式45之指令語句來驅動。當機械1為工具機的情況下，加工程式相當於動作程式45。機械控制裝置41包含：記憶部42，記憶動作程式45；及動作控制部43，依據動作程式45來生成電動機10的動作指令。機械1包含驅動裝置44，前述驅動裝置44包含依據由動作控制部43所生成的動作指令，將電力供給至電動機10的電路。藉由驅動裝置44供給電力，使電動機10驅動。

記憶部42可以由可以記憶資訊的非暫時性記憶媒體來構成。例如，記憶部42可以由揮發性記憶體、非揮發性記憶體、磁性記憶媒體、或光記憶媒體等記憶媒體來構成。動作控制部43相當於依照動作程式45來驅動的處理器。處理器讀入動作程式45來實施決定於動作程式45的控制，藉此作為動作控制部43來發揮功能。

圖2是本實施形態的電動機的剖面圖。參照圖1及圖2，電動機10是轉子11具有磁鐵18的同步電動機。電動機10具備轉子11與定子12。定子12包含：由具有磁性的材質形成的定子鐵芯20、及固定於定子鐵芯20的線圈16。定子鐵芯20是由例如在軸桿13的軸方向上積層的複數個磁性鋼板來形成。線圈16包含例如捲繞在定子鐵芯20的繞組與固定繞組的樹脂部。

轉子11是固定於形成為棒狀的軸桿13。轉子11包含：轉子鐵芯17，固定於軸桿13的外周面，且由具有磁性的材質來形成；及複數個磁鐵18，固定於轉子鐵芯17。本實施形態的磁鐵18為永久磁鐵。

軸桿13是為了傳遞旋轉力而連結於其他構件。軸桿13是繞著旋轉軸RA來旋轉。軸桿13是被作為軸承的培林14、15支撐。在本實施形態中，在電動機10中，將軸桿13與其他構件連結之側稱為前側。又，將前側的相反側稱為後側。在圖2所示的例子中，箭頭91顯示電動機10的前側。

電動機10包含前側的殼體21及後側的殼體22。定子12的定子鐵芯20是被殼體21、22支撐。殼體21支撐培林14。在殼體22中，固定有支撐培林15的培林支撐構件24。殼體21、22是透過培林14、15將軸桿13支撐成可旋轉。在殼體22的後側的端部，固定有封閉殼體22的內部空間的後蓋23。

在軸桿13的後側的端部，配置有用於檢測軸桿13的旋轉位置或旋轉速度的旋轉位置檢測器32。本實施形態的旋轉位置檢測器32是由編碼器來構成。在定子12的線圈16，固定有檢測線圈16的溫度之溫度檢測器31。本實施形態的溫度檢測器31是由熱敏電阻來構成。溫度檢測器31及旋轉位置檢測器32的輸出是輸入至機械控制裝置41。

作為電動機10的構成部分，可以例示轉子11、轉子鐵芯17、磁鐵18、定子12、定子鐵芯20、線圈16、殼體21、22、軸桿13、後蓋23、培林支撐構件24、培林14、15、溫度檢測器31、及旋轉位置檢測器32等。電動機10的構成部分不限定於此形態，可以採用構成電動機10的任意部分。例如，亦可配置覆蓋定子鐵芯的外周面之框體來作為電動機的構成部分。

本實施形態的電動機10包含送風機29，前述送風機29供給用於冷卻電動機的本體的空氣。本實施形態的送風機29是透過筒狀構件25而固定於定子鐵芯20。筒狀構件25是固定於定子鐵芯20。筒狀構件25的內部的空間構成空氣的流路。

送風機29包含冷卻風扇27、罩殼28、及使冷卻風扇27旋轉的電動機。本實施形態的送風機29是配置成使冷卻風扇27的旋轉軸與軸桿13的旋轉軸RA一致。冷卻風扇27並不限定於此形態，可以在任意的位置配置成使空氣接觸到電動機的本體。

本實施形態的定子鐵芯20具有用於流通冷卻空氣的貫通孔26a。貫通孔26a是沿著轉子11的軸方向，從定子鐵芯20的一邊的端面貫通到另一邊的端面。殼體21具有用於流通空氣的貫通孔26b。貫通孔26b是和貫通孔26a連通。又，在送風機29的罩殼28上，形成有供空氣流通的空氣孔28a。

當送風機29驅動時，冷卻風扇27會旋轉，使空氣往箭頭91所示的方向流動。冷卻空氣是從罩殼28的空氣孔28a流入罩殼28的內部。冷卻空氣是流通於罩殼28的內部及筒狀構件25的內部。冷卻空氣是流通於殼體22與筒狀構件25之間的空氣的流路。冷卻空氣是如箭頭92所示，流通於定子鐵芯20的貫通孔26a及殼體21的貫通孔26b。冷卻空氣是將後側的殼體22、定子鐵芯20、及前側的殼體21冷卻。冷卻空氣的流動並不限定於此形態，冷卻空氣亦可往和箭頭91相反的方向流動。

(模擬裝置的構成) 模擬裝置2是推定電動機的構成部分的溫度。在本實施形態中是推定電動機的構成部分當中的定子的溫度。作為定子的溫度，可考慮定子鐵芯的溫度、捲繞於定子鐵芯的線圈的溫度、及配置在定子鐵芯周圍的框體的溫度等。在本實施形態中，將定子鐵芯20的溫度推定為定子的溫度。模擬裝置2是推定定子鐵芯20的溫度相對於時間經過的變化。在本實施形態中，將由溫度檢測器31實際地測定的溫度稱為測定溫度。又，將由模擬裝置2所推定的構成部分的溫度稱為推定溫度。

模擬裝置2具備包含作為處理器的CPU之運算處理裝置(電腦)。模擬裝置2是形成為可以與機械控制裝置41相互通訊。模擬裝置2包含記憶和電動機的模擬有關的資訊之記憶部51。

記憶部51可以由可記憶資訊的非暫時性記憶媒體來構成。例如，記憶部51可以由揮發性記憶體、非揮發性記憶體、磁性記憶媒體、或光記憶媒體等記憶媒體來構成。用於驅動模擬裝置2的程式是記憶在記憶部51中。特別是，模擬執行部64用的程式及參數設定部57用的程式是記憶在記憶部51中。

模擬裝置2包含顯示和電動機的模擬有關的資訊之顯示部52。顯示部52可以由液晶顯示面板或有機EL(Electro Luminescence，電致發光)顯示面板等任意的顯示面板來構成。

本實施形態中的模擬裝置2包含設定電動機的模型所包含的參數之參數設定部57。參數設定部57包含算出電動機的構成部分的溫度之溫度推定部53。溫度推定部53包含損失算出部54，前述損失算出部54是依據電動機10的動作指令，來算出線圈16的一次銅損所造成的發熱量及定子鐵芯20的鐵損所造成的發熱量。溫度推定部53包含溫度算出部55，前述溫度算出部55是以電動機的模型(熱模型)來推定電動機的構成部分的溫度。溫度算出部55是依據一次銅損及鐵損所造成的發熱量、各個構成部分的模型的熱容量、及和構成部分的模型彼此之間的熱傳遞有關的係數，來算出構成部分的推定溫度。

參數設定部57包含算出電動機10的模型所包含的參數之參數算出部59。參數包含：設定於電動機10的構成部分的模型之熱容量、及和構成部分的模型彼此之間的熱傳遞有關的係數。

參數設定部57包含狀態取得部58，前述狀態取得部58是取得實際驅動電動機10時之電動機10的驅動狀態。電動機10的驅動狀態包含測定溫度，前述測定溫度是由安裝在電動機10的溫度檢測器31所檢測的測定溫度。電動機10的驅動狀態包含：從動作控制部43輸出的電動機10的動作指令、及從旋轉位置檢測器32輸出的旋轉速度。又，狀態取得部58可以從外部空氣溫度檢測器33取得外部空氣的溫度。外部空氣溫度檢測器33例如是配置為檢測機械1周圍的溫度。

本實施形態的參數算出部59是將參數算出為：電動機的模型所算出的溫度檢測器的推定溫度的變化，會對應於實際的測定溫度的變化。本實施形態的參數算出部59可以藉由機械學習來設定電動機的模型的參數。

溫度推定部53的損失算出部54是依據動作控制部43生成的動作指令、及由旋轉位置檢測器32所檢測的旋轉速度，來算出線圈16及定子鐵芯20的發熱量。此外，溫度算出部55是依據線圈16及定子鐵芯20的發熱量與熱模型，來算出溫度檢測器31的推定溫度。

參數算出部59包含評估部60，前述評估部60是將溫度檢測器31的推定溫度和狀態取得部58所取得的溫度檢測器31的測定溫度進行比較，藉此評估溫度檢測器的推定溫度。參數算出部59包含依據評估部60的評估結果來變更參數的值之參數變更部61。

上述參數設定部57、溫度推定部53、損失算出部54、及溫度算出部55的各個單元相當於按照程式來驅動的處理器。狀態取得部58、參數算出部59、評估部60、及參數變更部61的各個單元相當於按照程式來驅動的處理器。處理器是藉由實施決定於程式的控制，而作為各個單元來發揮功能。

模擬裝置2包含模擬執行部64，前述模擬執行部64模擬電動機的構成部分的溫度的變化。模擬執行部64是形成為可以用時間序列的方式來算出電動機的構成部分的溫度的變化。模擬執行部64包含前述溫度推定部53。溫度推定部53是按照電動機的模型，來算出電動機的構成部分的溫度，前述電動機的模型包含由參數設定部57設定的參數。

模擬執行部64包含設定電動機10的送風機29的動作之動作設定部65。模擬執行部64包含生成輔助程式的輔助程式生成部66，前述輔助程式是相對於基於動作程式45的動作指令，來決定送風機29的動作。模擬執行部64包含變動幅度比較部67，前述變動幅度比較部67是算出事先決定的期間中的定子的溫度的變動幅度。模擬執行部64包含消耗電力比較部68，前述消耗電力比較部68是算出事先決定的期間中的送風機的消耗電力。

模擬執行部64相當於按照事先決定的程式來驅動的處理器。又，動作設定部65、輔助程式生成部66、變動幅度比較部67、及消耗電力比較部68的各個單元相當於按照事先決定的程式來驅動的處理器。處理器讀取程式，並實施決定於程式的控制，藉此作為各個單元來發揮功能。

在圖3中顯示在本實施形態的模擬裝置中，設定電動機的送風機的動作之控制的流程圖。在步驟101，參數設定部57是依據溫度檢測器31的測定溫度，來設定電動機的模型所包含的參數。

(電動機的模型及電動機的模型的參數設定) 圖4顯示將本實施形態中的同步電動機的熱的移動模型化之電動機的模型。本實施形態的電動機的模型為熱模型。電動機的模型包含複數個構成部分的模型。電動機的模型包含以下參數：構成部分的熱容量、及和構成部分彼此之間的熱傳遞有關的係數等。電動機的模型10a包含構成電動機10的主要構成部分的模型。電動機的模型10a包含：轉子的模型11a、定子鐵芯的模型20a、及捲繞在定子鐵芯的線圈的模型16a。

又，電動機的模型10a包含用於檢測線圈16的溫度之溫度檢測器的模型31a。在本實施形態中，雖然設定具有小的熱容量的溫度檢測器的模型31a，但並不限定於此形態。亦可將溫度檢測器31的熱容量設定為零，將溫度檢測器的溫度當作和安裝溫度檢測器的構成部分的模型的溫度相同來計算。

參照圖2，在轉子11與定子鐵芯20之間存在有空氣層。此外，在轉子11與線圈16之間存在有空氣層。參照圖4，本實施形態中的電動機的模型10a包含空氣層的模型35a。又，電動機的模型10a包含外部空氣的模型36a，來作為電動機10周圍的空氣的模型。

在電動機的模型10a中設定有複數個參數，前述複數個參數包含熱容量及和熱傳遞有關的係數。在至少一個構成部分的模型中設定有熱容量。在線圈的模型16a、定子鐵芯的模型20a、空氣層的模型35a、轉子的模型11a、及溫度檢測器的模型31a的各個模型中，設定有作為變數的溫度T ₁、T ₂、T ₃、T ₄、T ₅及作為常數的熱容量C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅。又，在外部空氣的模型36a中設定有作為變數的溫度T _r。

電動機10的一個構成部分的熱會傳遞到其他構成部分。在電動機10的各個構成部分的模型彼此之間，設定有和熱傳遞有關的係數。作為和熱傳遞有關的係數，可以採用熱傳遞係數或對熱傳遞係數乘上構成部分彼此的接觸面積所得的係數等。在這裡的例子中是決定對熱傳遞係數乘上接觸面積所得的係數。

在定子鐵芯的模型20a與線圈的模型16a之間，設定有和熱傳遞有關的係數ha。在空氣層的模型35a與線圈的模型16a之間，設定有和熱傳遞有關的係數hc1。在空氣層的模型35a與定子鐵芯的模型20a之間，設定有和熱傳遞有關的係數hc2。在空氣層的模型35a與轉子的模型11a之間，設定有和熱傳遞有關的係數hc3。在線圈的模型16a與溫度檢測器的模型31a之間，設定有和熱傳遞有關的係數hd。此外，為了模擬熱從定子鐵芯20往外部空氣的釋放，在定子鐵芯的模型20a與外部空氣的模型36a之間，設定有和熱傳遞有關的係數hb。

在本實施形態中的電動機的模型10a中，可考慮到在定子12的線圈16產生的一次銅損P _c1，來作為構成部分產生的熱。對於線圈的模型16a輸入起因於一次銅損的發熱量。又，可考慮因轉子11的磁鐵18的磁力而產生的定子鐵芯20的鐵損P _i。對於定子鐵芯的模型20a輸入起因於鐵損的發熱量。

在線圈及定子鐵芯等各個構成部分彼此之間，熱會取決於和熱傳遞有關的係數的大小而移動。又，各個構成部分的溫度會依據熱輸入量與熱輸出量的差而上升或下降。圖3所示的電動機的模型10a的各個構成部分的溫度變化率可以由以下的式(1)至式(5)來表示。在各個構成部分中，可以將熱輸入量與熱輸出量的差除以熱容量，藉此來算出溫度變化率。

[數學式1]

構成部分的熱容量C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅為常數，可以事先決定。和熱傳遞有關的係數ha、hb、hc1、hc2、hc3、hd是對熱傳遞係數乘上接觸面積所得的係數。係數ha、hb、hc1、hc2、hc3、hd為常數，可以事先決定。溫度推定部53的損失算出部54是如後述地算出線圈16中的一次銅損P _c1與定子鐵芯中的鐵損P _i。溫度推定部53的溫度算出部55可以依據上述式(1)至(5)的式子，算出微小時間dt中的溫度的變化量。

接著，說明式(1)及式(2)所包含的一次銅損P _c1及鐵損P _i的算出方法。電動機10的旋轉速度及電動機10的負載率(相對於最大負載的比例)可以因應於機械所進行的作業，由作業人員來事先設定。溫度推定部53的損失算出部54是算出一次銅損P _c1及鐵損P _i。在表1中顯示用於算出損失的損失圖。

[表1]

在表1中顯示相對於電動機10的旋轉速度(旋轉數)之最大輸出時的損失、無負載時的損失、及最大輸出時的電流。最大輸出時的損失P _m是電動機的負載率為100%時的損失，且是由電動機的旋轉速度來決定的值。無負載時的損失P _n是電動機的負載率為零時的損失，且是取決於電動機的旋轉速度。最大輸出時的電流I _m是在各個旋轉速度中，當負載率為100%時的電流值。表1所示的損失圖可以實際地驅動電動機來製作。此損失圖例如可以事先記憶在模擬裝置2的記憶部51中。

損失算出部54是算出包含一次銅損P _c1及鐵損P _i的總損失P _t。總損失P _t可以藉由以下的式(6)及式(7)來算出。

[數學式2]

總損失P _t可以藉由最大輸出時的損失P _m、無負載時的損失P _n、及電動機的負載率LF來算出。由於電動機的旋轉速度及負載率是已決定的，因此可從表1算出最大輸出時的損失P _m及無負載時的損失P _n。常數k1、k2可以由作業人員事先決定。接著，一次銅損P _c1可以藉由以下的式(8)及式(9)來算出。

[數學式3]

一次銅損P _c1相當於在線圈16流動的電流的焦耳熱。又，在線圈16流動的電流I可以藉由對最大輸出時的電流I _m乘上電動機的負載率LF來算出。最大輸出時的電流I _m可以從表1取得。在此，線圈16的一次電阻r1是事先測定的。接著，鐵損P _i可以藉由以下的式(10)來算出。鐵損P _i可以藉由從總損失P _t減去一次銅損P _c1來算出。

[數學式4]

溫度推定部53是從狀態取得部58取得電動機的動作模式，前述動作模式包含用於驅動機械1的旋轉速度及負載率。溫度推定部53的溫度算出部55首先可以將各個構成部分的溫度T ₁~T ₅設定為任意的溫度。例如，溫度算出部55是將構成部分的溫度T ₁~T ₅設定為通常的外部空氣的溫度T _r。外部空氣的溫度T _r可以因應於配置機械1的場所來事先決定。

溫度推定部53的損失算出部54是依據動作模式中的旋轉速度及電動機的負載率，來算出一次銅損及鐵損。接著，溫度算出部55可以藉由解出上述式(1)至(5)，來算出微小時間dt中的溫度檢測器31的溫度T ₅的變化量。如此，作業人員可以決定電動機的運轉模式，推定以運轉模式運轉電動機時的溫度檢測器的溫度隨時間經過的變化。

順帶一提，在本實施形態的電動機的模型10a中，構成為以良好的精確度來推定電動機的複數個構成部分當中的1個構成部分的溫度。在這裡的例子中，構成為能夠以良好的精確度來推定溫度檢測器的模型31a的溫度T ₅。

此外，設定於電動機的模型10a之熱容量C ₁~C ₅、及設定於構成部分彼此之間之和熱傳遞有關的係數ha、hb、hc1、hc2、hc3、hd，會取決於構成部分的材質、形狀、及配置等而存在固有的值。然而，在本實施形態中的電動機的模型10a中，在複數個熱容量及複數個和熱傳遞有關的係數當中，至少一部分的參數亦可設定為與實際的熱容量或和實際的熱傳遞有關的係數有差距的值。

各個參數是設定為使溫度檢測器的模型31a的溫度T ₅的變化會對應於實際的溫度的變化。例如，可以將電動機的模型的參數設定為使溫度檢測器的溫度顯示接近實際溫度的值。另外，算出熱容量及和熱傳遞有關的係數，結果是構成部分的所有熱容量及所有和熱傳遞有關的係數以良好的精確度對應於實際的熱容量及實際和熱傳遞有關的係數亦無妨。並且，在溫度推定部推定構成部分的溫度時，所有構成部分的溫度亦可用良好的精確度對應於實際的構成部分的溫度。

參照圖1，參數算出部59是算出電動機的模型10a所包含的熱容量、和熱傳遞有關的係數、及式(6)、(7)的常數k1、k2。首先，作業人員是按照事先決定的運轉模式來實際地驅動電動機10。狀態取得部58是取得電動機10的負載率、電動機10的旋轉速度、及從溫度檢測器31輸出的溫度來作為電動機10的驅動狀態。此外，狀態取得部58是從外部空氣溫度檢測器33取得外部空氣的溫度。

圖5顯示為了設定本實施形態的電動機的模型所包含的參數而驅動電動機時的運轉模式的圖表。在圖5中顯示無負載時的運轉模式。在此運轉模式中，不對電動機10施加負載，使電動機10的旋轉速度逐漸地上升。每隔事先決定的時間間隔，使電動機的負載率暫時地上升，藉此使電動機10的旋轉速度增加。

由溫度檢測器31檢測的溫度會逐漸地增加。在時刻t1~t7中，使電動機10的負載率暫時地上升，藉此使電動機10的旋轉速度上升。狀態取得部58是每隔事先決定的微小時間，取得電動機10的負載率、電動機10的旋轉速度、及從溫度檢測器31輸出的溫度，並且記憶於記憶部51中。又，在本實施形態中，狀態取得部58雖然是從外部空氣溫度檢測器33，每隔微小時間取得外部空氣的溫度，但不限定於此形態。外部空氣的溫度亦可採用固定的溫度。

參照圖1，狀態取得部58是取得轉矩指令，前述轉矩指令是包含在機械控制裝置41的動作控制部43所生成的動作指令。由於轉矩指令是對應於電動機10的負載率，因此狀態取得部58可從轉矩指令算出負載率。

參數算出部59是依據由狀態取得部58所取得的變數，來算出電動機的模型10a的參數。本實施形態的參數算出部59是依據線圈16及定子鐵芯20中的發熱量、由溫度檢測器31所檢測的溫度，來算出包含熱容量C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅及和熱傳遞有關的係數ha、hb、hc1、hc2、hc3、hd之參數。又，參數算出部59是算出式(6)及式(7)中的常數k1、k2來作為參數。在這裡的例子中，參數算出部59是以進行模擬時的溫度檢測器的模型31a的推定溫度的變化，接近實際的測定溫度變化的方式，來算出參數。

參數算出部59設定各個參數的初始值。參數的初始值可以藉由任意的方法來設定。損失算出部54是算出線圈16的一次銅損所造成的發熱量及定子鐵芯20的鐵損所造成的發熱量。損失算出部54是依據由狀態取得部58所取得之電動機10的旋轉速度及電動機10的負載率，並使用表1及式(6)至式(10)，來算出一次銅損P _c1及鐵損P _i。

在算出一次銅損P _c1及鐵損P _i的式(6)及式(7)中包含有常數k1、k2。此外，損失算出部54是算出事先決定的微小時間dt中的損失，亦即算出微小時間中的發熱量。如此，損失算出部54是依據電動機的動作指令(負載率)及包含旋轉位置檢測器32的輸出之實測值，來算出式(1)及式(2)中的一次銅損P _c1及鐵損P _i。

溫度算出部55是推定構成部分的溫度。溫度算出部55可以使用各個參數及由損失算出部54算出的損失，依據電動機的模型10a，並且依據暫時決定的參數，來算出在開始電動機10的驅動之後由溫度檢測器31所檢測之隨時間經過的推定溫度的變化。電動機10的各個構成部分的模型的溫度，可以使用上述式(1)至式(5)的微分方程式來算出。各個構成部分的模型的溫度的初始值可以設定為例如開始電動機10的驅動時之外部空氣的溫度，亦即設定為室溫。

參數算出部59的評估部60是比較由溫度算出部55所算出之溫度檢測器的模型31a的溫度(推定溫度)、及由溫度檢測器31實際地計測的測定溫度，藉此進行在電動機的模型10a中暫時設定的參數的評估。在這裡的例子中，評估部60並不評估溫度檢測器的模型31a的溫度以外的變數，只評估溫度檢測器的模型31a的溫度。

接著，參數算出部59的參數變更部61是依據評估部60的評估的結果來變更參數。然後，依據已變更的參數，藉由與上述同樣的計算，重複損失算出部54所進行的損失的算出、溫度算出部55所進行的溫度檢測器的模型的推定溫度的算出、評估部60所進行的評估、及參數變更部61所進行的參數的變更。當評估部的評估滿足事先決定的條件時，可以決定為最終的參數。

在此，電動機的模型10a中的複數個參數的組合的個數非常多。複數個參數可以藉由機械學習的方法來決定。例如，複數個參數可以藉由貝氏最佳化的方法來設定。在貝氏最佳化中，對於包含成為輸入的參數之解釋變數，生成成為評估對象的目標函數。然後，搜尋並設定目標函數被預測為最小或最大的參數。可以藉由重複此參數的搜尋，來設定參數的最佳的值。在此，設定各個參數的範圍可以事先決定。

在這裡的例子中，關於溫度檢測器31的溫度，將電動機的模型10a所推定的溫度檢測器的模型31a的溫度(推定溫度)、與實際由溫度檢測器31檢測的測定溫度之差分，設定為目標函數。亦即，關於溫度檢測器31的溫度，目標函數可以使用依據暫時設定的參數而從式(1)至式(5)算出的預測值、與實際由溫度檢測器31檢測的實測值之差。可以採用例如微小時間內的差的平均值等來作為目標函數。然後，參數變更部61是以目標函數變小的方式來搜尋下一個參數。

在貝氏最佳化中，可以重複參數的搜尋及參數的評估。若目標函數是在事先決定的判定範圍內，則評估部60可以採用當時的參數的值。另一方面，當目標函數超出事先決定的判定範圍的情況下，可以進行下一個參數的搜尋。在貝氏最佳化的方法中，由於是一邊預測存在解的區域一邊進行搜尋，因此可以抑制計算的處理量。記憶部51可以事先記憶已生成的電動機的模型10a。

電動機的模型10a所包含的參數，除了貝氏最佳化的參數的設定以外，還可以用任意的方法來設定。例如，可以事先決定各個參數設定的範圍。參數算出部59的參數變更部61是在參數的範圍內隨機地設定複數個參數。溫度算出部55是依據已設定的參數來推定溫度檢測器的模型31a的溫度。評估部60可以依據從溫度檢測器31取得的溫度的實測值，來評估已設定的參數。像這樣的參數的設定方法稱為隨機搜尋法。

或者，參數變更部61可以在設定參數的範圍的內部，每隔事先決定的間隔來設定參數。溫度算出部55是使用已設定的參數來推定溫度檢測器的模型31a的溫度。評估部60是針對離散地設定的參數的所有組合來進行評估。此方法稱為網格搜尋法。

在隨機搜尋法或網格搜尋法中，和貝氏最佳化的方法同樣，評估部60也可以將溫度檢測器31的溫度設為評估的對象。若目標函數是在事先決定的判定範圍內，則評估部60可以採用當時的參數的值。或者，評估部60可以採用目標函數最優異的參數。評估部60可以將溫度檢測器31的推定溫度和實際的由溫度檢測器31所檢測的測定溫度良好地一致的參數，決定為電動機的模型10a中的參數。

在上述實施形態中，雖然顯示了無負載時的運轉，來作為為了設定電動機的模型10a的參數而驅動電動機10的運轉模式，但不限定於此形態。在決定電動機的模型的參數時，較理想的是使電動機10以各種運轉模式來運轉，並取得電動機10的驅動狀態。例如，可以採用重複電動機10的負載率的上升及下降之運轉模式。可以使電動機10的負載率大幅變化來使電動機的旋轉速度變化。由溫度檢測器31檢測的溫度會急劇地上升或下降。像這樣，可以採用包含電動機的急劇溫度變化之運轉模式。

此外，本實施形態的參數設定部57是因應於電動機10的送風機29的動作，來設定電動機的模型10a的參數。亦即，參數設定部57是因應於電動機10的送風機29的動作，來製作複數個電動機的模型10a。

在本實施形態中，可以製作用固定的旋轉速度驅動電動機10的送風機29時之電動機的第1模型。在此，製作用最大的旋轉速度驅動電動機10的送風機29時之電動機的第1模型。參數設定部57的狀態取得部58是取得用固定的旋轉速度驅動送風機29時之電動機的驅動狀態。參數算出部59是算出用固定的旋轉速度驅動送風機29時之電動機的模型的參數。

又，可以製作已將電動機10的送風機29停止時之電動機的第2模型。參數設定部57的狀態取得部58是取得已將送風機29停止時之電動機的驅動狀態。參數算出部59是算出已將送風機29停止時之電動機的模型的參數。如此，可以因應於送風機29的動作來生成熱模型，前述熱模型是已變更了電動機的模型所包含的熱容量等全部參數的熱模型。

或者，參照圖4，一下驅動一下停止電動機10的送風機29，藉此從定子鐵芯的模型20a釋放至外部空氣的模型36a的熱量會變化。亦即，和熱傳遞有關的係數hb會變化。因此，在停止送風機之電動機的模型中的參數的算出中，亦可只算出和熱傳遞有關的係數hb。和熱傳遞有關的係數hb以外的參數可以採用當以固定的旋轉速度驅動送風機時所算出的參數。已將送風機停止時之和熱傳遞有關的係數hb可以藉由前述貝氏最佳化的方法、隨機搜尋法、及網格搜尋法等任意的方法來算出。

在上述實施形態中，雖然針對轉子具有永久磁鐵的同步電動機進行了說明，但不限定於此形態。可以用熱模型來推定任意的電動機的構成部分的溫度。例如，也可以對轉子不具有永久磁鐵的感應電動機，應用本實施形態的電動機的模型。

在圖6中顯示本實施形態中的其他電動機的模型。其他電動機的模型30a是感應電動機的模型。感應電動機的轉子包含由不鏽鋼或銅等所形成的籠型的導體。籠型的導體是固定於軸桿，且與軸桿一體地旋轉。在感應電動機中，藉由定子的線圈所生成的磁力，感應電流會在籠型的導體的內部流動。在籠型的導體周圍會產生磁場，轉子會旋轉。

在感應電動機中，由於電流是在轉子的籠型的導體流動，因此會產生作為二次損失的二次銅損P _c2。二次損失相當於在籠型的導體流動的電流所造成的焦耳熱。在其他電動機的模型30a中是產生轉子的二次銅損所造成的發熱。其他電動機的構成部分中的熱容量及和構成部分彼此之間的熱傳遞有關的係數，是與前述同步電動機用的電動機的模型10a同樣。

其他電動機的模型30a中的構成部分的溫度變化之微分方程式，算出轉子的溫度變化的微分方程式是和本實施形態的同步電動機用的電動機的模型10a不同。表現轉子的溫度的變化的微分方程式為以下的式(11)。

[數學式5]

在式(11)中，對本實施形態的電動機的轉子的模型11a的式(4)，加上了二次銅損P _c2的發熱量。其他表示線圈、定子鐵芯、空氣層、溫度檢測器的溫度變化之微分方程式是和同步電動機的熱模型中的微分方程式相同。

損失算出部54是算出在轉子的導體產生的二次銅損所造成的發熱量。損失算出部54是推定在籠型的導體流動的電流。損失算出部54可以藉由在導體流動的電流、導體的二次電阻、導體的電感、及導體與定子與線圈的互感，來算出二次銅損。導體的電感、互感、及導體的二次電阻可以事先決定。

感應電動機中的總損失P _t及一次銅損P _c1可以和同步電動機的總損失及一次銅損同樣地算出。然後，可以考慮到二次銅損P _c2，用以下的式(12)來算出鐵損P _i。

[數學式6]

如此，在其他電動機的模型30a中，算出一次銅損、鐵損、及二次銅損。在其他電動機的模型30a中，參數算出部59也可以藉由和同步電動機用的電動機的模型10a同樣的控制，來算出其他電動機的模型30a所包含的參數。

在圖7中，顯示使用本實施形態的參數算出部所算出的參數，由溫度推定部推定的溫度檢測器的推定溫度的圖表。在此是顯示作為其他電動機的感應電動機的例子。在圖7中，顯示用互相不同值的參數群A及參數群B來實施了模擬時的圖表。參數群A及參數群B是由參數算出部59算出。將參數群A及參數群B所包含的參數顯示於表2。

[表2]

參數群A及參數群B可藉由用互相不同的運轉模式來驅動其他電動機來得到。在表2中，顯示對電動機的各個構成部分彼此之間的熱傳遞係數乘上接觸面積所得之和熱傳遞有關的係數。又，熱容量是對各個構成部分的材料的比熱乘上質量來算出。由於各個材料的比熱可以事先決定，因此在表2中顯示用於算出熱容量的構成部分的質量m。比較參數群A及參數群B後可得知：和熱傳遞有關的係數hc2、hd及轉子的質量m ₄等一部分的參數，值會在2個參數群A、B之間不同。

另一方面，參照圖7後可得知：使用參數群B所算出的溫度檢測器的推定溫度，是和使用參數群A所算出的溫度檢測器的推定溫度良好地一致。特別是，在溫度上升的期間中及溫度在預定範圍內變動的期間中之雙方，溫度的變化會良好地一致。此外，可得知由溫度推定部53所推定的圖6所示的溫度的變化，是和實際驅動電動機10時由溫度檢測器31所檢測的溫度的變化良好地一致。

在上述實施形態中，雖然列舉對包含繞組的線圈安裝溫度檢測器的例子來說明，但不限定於此形態。溫度檢測器可以安裝在電動機的任意的構成部分。例如，亦可在定子鐵芯上安裝有溫度檢測器。又，亦可對電動機的複數個構成部分，安裝複數個溫度檢測器。參數算出部的評估部可以將複數個溫度檢測器的測定溫度和由模擬所算出的推定溫度作比較。參數變更部可以用複數個構成部分的推定溫度接近實際的由溫度檢測器所檢測的測定溫度之方式，來設定電動機的模型的參數。

在電動機上安裝越多的溫度檢測器，則可以使電動機的模型的複數個參數各自的值越接近實際的值。又，可以使各個電動機的構成部分的推定溫度接近實際的測定溫度。安裝了複數個溫度檢測器，結果是所有熱容量及所有和熱傳遞有關的係數，會與實際的熱容量及實際和熱傳遞有關的係數相同亦無妨。在此情況下，當由溫度推定部推定構成部分的溫度時，所有構成部分的溫度會以良好的精確度對應於實際的構成部分的溫度。

(由動作推定裝置所進行之電動機的驅動狀態的推定) 參照圖1，為了藉由本實施形態的模擬裝置2的模擬執行部64來進行模擬，必須由溫度推定部53的損失算出部54來算出發熱量。為了由損失算出部54算出發熱量，如前述，需要包含電動機的負載率及旋轉速度之電動機的驅動狀態的資訊69。

參照圖8至圖15，說明本實施形態中的推定電動機的驅動狀態之動作推定裝置。電動機的驅動狀態包含電動機的負載率及旋轉速度。作為本實施形態的機械1的工具機是一面使工具相對於工件的相對位置變化，一面加工工件。本實施形態的工具機具備：主軸馬達，用於旋轉工具；及移動裝置，移動保持工件的工作台及保持工具的主軸頭當中之至少一者。移動裝置包含對應於各個進給軸而配置的進給軸馬達。

本實施形態的進給軸是由互相正交的3個直線運動軸(X軸、Y軸、及Z軸)所構成。在本實施形態的工具機中是形成為：固定工件的工作台會在X軸的方向及Y軸的方向上移動，保持工具的主軸會在Z軸的方向上移動。工具機的進給軸並不限定於此形態，可以由任意的直線運動軸或旋轉進給軸來構成。

在圖8中顯示本實施形態中的動作推定裝置的方塊圖。動作推定裝置81是推定配置於工具機的電動機的驅動狀態。動作推定裝置81包含具有作為處理器之CPU的運算處理裝置(電腦)。動作推定裝置81包含記憶部82，前述記憶部82記憶用於進行電動機的驅動狀態的推定之資訊。記憶部82可以由可記憶資訊的非暫時性記憶媒體來構成。記憶部82可以由揮發性記憶體、非揮發性記憶體、磁性記憶媒體、或光記憶媒體等可記憶資訊的記憶媒體來構成。

對於動作推定裝置81，輸入用於推定電動機的驅動狀態之程式即推定程式71。推定程式71是由進行模擬的作業人員事先製作。又，移動裝置包含連接於電動機的減速機及用於驅動工作台等構件的驅動機構。驅動機構包含例如用於移動工具機的工作台之滾珠螺桿機構。對於動作推定裝置81輸入移動裝置的資訊72。在移動裝置的資訊72中，包含有例如減速機的齒輪比及滾珠螺桿的間距等資訊。

又，對於動作推定裝置81輸入慣量的資訊73。和電動機的驅動有關的慣量(慣性矩)，包含以電動機驅動的構件的慣量。又，和電動機的驅動有關的慣量包含施加於電動機的負載的慣量。例如，慣量包含：電動機的轉子的慣量、連接於進給軸馬達的減速機的慣量、及連接於主軸馬達的主軸的慣量等。慣量可以藉由進行模擬的作業人員來事先算出。此外，對於動作推定裝置81輸入電動機的輸出特性74。推定程式71、移動裝置的資訊72、慣量的資訊73、及電動機的輸出特性74是記憶於記憶部82中。

動作推定裝置81具備算出部83，前述算出部83是依據推定程式71來算出顯示電動機的驅動狀態之變數。作為顯示電動機的驅動狀態之變數，包含電動機的旋轉速度、電動機的角加速度、電動機的負載率、及電動機的旋轉位置等。算出部83包含速度推定部84，前述速度推定部84是算出電動機的旋轉速度的隨時間經過的變化。算出部83包含轉矩推定部85，前述轉矩推定部85是推定電動機的負載率的隨時間經過的變化。

算出部83包含判定由算出部83所推定的變數之判定部86。算出部83包含顯示控制部87，前述顯示控制部87是生成將由判定部86所判定的結果顯示於顯示部88的指令。

算出部83相當於按照事先決定的規則來驅動的運算處理裝置的處理器。本實施形態的算出部83相當於依據推定程式71來驅動的處理器。特別是，速度推定部84、轉矩推定部85、判定部86、及顯示控制部87的各個單元相當於運算處理裝置的處理器。處理器是依據推定程式71進行驅動，藉此作為各個單元來發揮功能。

動作推定裝置81包含顯示部88，前述顯示部88顯示和電動機的驅動狀態之推定有關的資訊。顯示部88是由例如液晶顯示面板等顯示面板來構成。顯示部88是按照來自顯示控制部87的指令來顯示任意的資訊。

另外，本實施形態的動作推定裝置雖然是由和機械控制裝置的運算處理裝置及模擬裝置的運算處理裝置不同的運算處理裝置來構成，但不限定於此形態。機械控制裝置的運算處理裝置或模擬裝置的運算處理裝置亦可具有動作推定裝置的功能。例如，機械控制裝置的處理器亦可具有動作推定裝置的算出部的功能。

本實施形態的動作推定裝置81是依據推定程式71，來推定顯示電動機的驅動狀態之變數，前述推定程式71是將作為驅動工具機用的動作程式之加工程式變形。在本實施形態的推定程式71中，對於加工程式的指令語句，追加有用於推定電動機的驅動狀態之輔助變數。

本實施形態的動作推定裝置81的算出部83是依據包含推定程式71所記載的輔助變數之指令語句、電動機的輸出特性、及和電動機的驅動有關的慣量，以時間序列的方式來預測電動機的驅動狀態的變化。和電動機的驅動有關的慣量包含轉子等的慣量及電動機的負載的慣量。特別是，算出部83是算出電動機的旋轉速度的隨時間經過的變化及電動機的負載率的隨時間經過的變化當中之至少一者。亦即，算出部83是以時間序列的方式來算出電動機的旋轉速度及電動機的負載率當中之至少一者。又，動作推定裝置81是推定工具機進行作業的時間長度。

在本實施形態的動作推定裝置81的主軸馬達的推定控制中是推定主軸馬達的驅動狀態。對於主軸馬達並未指定有使主軸的旋轉速度變化時的時間常數。時間常數是從一個旋轉速度到達目標的旋轉速度為止的時間長度。時間常數是對應於電動機的角加速度之變數。在本實施形態的控制中，依據推定程式來推定主軸馬達的驅動狀態，前述推定程式是對加工程式的指令語句追加了顯示電動機的負載率之輔助變數。

在圖9中，顯示和主軸馬達的推定控制中的推定程式相對應的加工程式的例子。在工具機的加工程式中記載有使主軸馬達及進給軸馬達動作的指令語句。加工程式是以G代碼、M代碼、及S代碼等被稱為代碼的指令語句所構成。在加工程式中，在每1行記載有指令語句。每1行的指令語句稱為區塊。又，包含於指令語句的變數稱為詞(word)。

在圖9中顯示有用於旋轉及停止主軸馬達的指令語句。在加工程式75中，第1行的M03的指令語句是顯示使主軸往正方向旋轉的指令之M代碼。第2行的S2000的指令語句是顯示主軸的目標的旋轉速度之S代碼。在第1行及第2行的指令語句中，顯示使主軸往正方向旋轉，直到電動機的旋轉速度為2000rpm。

第3行的G04的指令語句是表示暫停功能的G代碼。G04的指令語句顯示在運轉工具機的期間中使加工程式的進行停止的指令。藉由變數P1000，顯示在1000msec的期間中停止加工程式的進行的指令。下一行中的M05的指令語句顯示使主軸停止的指令。藉由下一行中的G04的指令語句，在1000msec的期間中，加工程式的進行會停止。最後一行的M99的指令語句是顯示子程式的結束的M代碼。如此，在加工程式75中，由代碼與關於代碼的變數(引數)來形成指令語句。

在圖10中顯示主軸馬達的推定控制中的推定程式。推定程式75a是對應於圖9所示的加工程式75而生成。本實施形態的推定程式是對用於驅動工具機的加工程式的指令語句，追加有顯示電動機的負載率的輔助變數。電動機的負載率為輸出轉矩相對於額定轉矩的比例。

在推定程式75a中，在第1行的M03的指令語句及第4行的M05的指令語句中，記載有用於將主軸馬達加速或減速的第1輔助變數(spindlepower)。第1輔助變數是用於使電動機的旋轉速度變化之和負載率有關的變數。各個第1輔助變數是用「spindlepower100%」或「spindlepower-100%」來顯示。例如，在第1行的M03的指令語句中，記載有依據追加於加工程式75的指令語句的第1輔助變數，用負載率100%來加速主軸馬達的指令。

在第3行的G04的指令語句及第5行的G04的指令語句中，記載有和加工工件用的負載率有關的第2輔助變數(spindlecutpower)。在本實施形態中，在進行工件的加工的期間中，電動機的旋轉速度為固定。在第2輔助變數中顯示有和工件的切削轉矩相對應的負載率。在此，作為第2輔助變數，顯示主軸馬達的切削時的負載率之「spindlecutpower50%」是記載在第3行的G04的指令語句。亦即，顯示用主軸馬達的負載率50%來切削工件。又，由於在第5行的G04的指令語句中切削已完成，因此記載有「spindlecutpower0%」。像這樣的電動機的負載率可以由進行模擬的作業人員事先決定。推定程式75a是藉由在加工程式75的指令語句中追加第1輔助變數及第2輔助變數而形成。

圖11是顯示主軸馬達的輸出特性的圖表。電動機的輸出特性顯示以100%的負載率驅動電動機時之電動機之相對於旋轉速度的輸出之關係。在橫軸顯示主軸馬達的旋轉速度，在縱軸顯示主軸馬達的輸出。旋轉速度到約7000rpm為止，顯示輸出和旋轉速度成比例的特性。

參照圖8，在主軸馬達的推定控制中，算出部83的速度推定部84是依據第1輔助變數來算出主軸馬達的角加速度。速度推定部84是推定主軸馬達的旋轉速度的隨時間經過的變化。亦即，速度推定部84是用時間序列的方式來算出主軸馬達的旋轉速度的變化。並且，速度推定部84是依據旋轉速度的隨時間經過的變化，來推定主軸馬達到達目標的旋轉速度為止的時間。

在圖12中，顯示主軸馬達的推定控制所推定的主軸馬達的驅動狀態的時序圖。參照圖10及圖12，從時刻t0至時刻t1為止，依據M03及S2000的指令語句，主軸馬達的旋轉速度會上升。依照S2000的指令語句，旋轉速度會加速到2000rpm。此時的主軸的加速用的負載率是藉由追加於M03的指令語句的第1輔助變數即「spindlepower100%」而被設定為100%。

在從時刻t1至時刻t2的期間中，依據第3行的G04的指令語句，在1秒的期間中維持旋轉速度。在從時刻t1至時刻t2的期間中之用於切削的主軸馬達的負載率，是藉由第2輔助變數而被設定為50%。從時刻t2至時刻t3為止，按照M05的指令語句的第1輔助變數，負載率以-100%減速。在時刻t3以後，依照第5行的G04的指令語句的第2輔助變數，在1秒的期間中，用於切削的負載率會被維持為0%。

在圖11中顯示有負載率為100%的輸出特性的圖表。在主軸馬達的旋轉速度到約7000rpm為止，輸出會和旋轉速度成比例而增加。由於電動機的輸出是藉由對旋轉速度乘上轉矩來算出，因此在旋轉速度到7000rpm之前，電動機所輸出的轉矩為固定。

在此，依據推定程式75a的G04的指令語句，從時刻t1至時刻t2的時間長度及從時刻t3至時刻t4的時間長度為1秒。但是，由於到達主軸馬達的目標的旋轉速度為止的時間(時間常數)並未事先決定，因此速度推定部84是以時間序列的方式來算出主軸馬達的旋轉速度的變化。

速度推定部84是算出從時刻t0至時刻t1的期間中的主軸馬達的角加速度。速度推定部84是依據圖11所示的主軸馬達的輸出特性，來算出和旋轉速度對應的主軸馬達的輸出。在此，速度推定部84是如箭頭95、96所示，算出對應於旋轉速度2000rpm的主軸馬達的輸出。在這裡的例子中，由於藉由第1輔助變數將用於加速主軸馬達的負載率設定為100%，因此可以採用由圖11所取得的主軸馬達的輸出。另外，當因第1輔助變數，主軸馬達的加速用的負載率小於100%的情況下，可以依據由圖11所取得的主軸馬達的輸出及加速用的負載率來算出主軸馬達的輸出。

接著，速度推定部84是將主軸馬達的輸出除以旋轉速度，藉此算出主軸馬達的轉矩。然後，速度推定部84是將主軸馬達的轉矩除以慣量，藉此來算出角加速度，前述慣量包含電動機的轉子的慣量及施加於電動機的負載的慣量。時刻t0至時刻t1中的旋轉速度的圖表的斜率相當於角加速度。速度推定部84可以依據最終到達的旋轉速度及角加速度，來算出從時刻t0至時刻t1的時間長度SX1。又，速度推定部84可以算出時刻t1。

速度推定部84針對從時刻t2至時刻t3的區間中之減速時的角加速度，也可以藉由同樣的控制來算出。速度推定部84可以算出從時刻t2至時刻t3的時間長度SX2。速度推定部84可以依據時刻t2與時間長度SX2來算出時刻t3。又，算出部83可以依據時間長度SX1、SX2，來推定從時刻t0至時刻t4之工具機進行作業的時間長度(週期時間)。亦即，算出部83可以算出電動機基於加工程式從啟動到停止為止的時間。

如此，速度推定部84可以依據角加速度來推定旋轉速度的隨時間經過的變化。又，速度推定部84可以依據角加速度，來算出主軸馬達到達目標的旋轉速度為止的時間。此外，速度推定部84可以推定從電動機的啟動到停止為止之電動機的旋轉速度的隨時間經過的變化。

在主軸馬達的推定控制中，為了算出電動機的旋轉速度，可以生成將第1輔助變數作為電動機的加速用的負載率來附加於加工程式的指令語句之指令語句。並且，可以依據電動機的輸出特性及慣量，來推定將電動機加速或減速時的角加速度。又，，可以生成將第2輔助變數作為和主軸馬達的切削轉矩對應的負載率來附加於切削工件的期間中的指令語句之指令語句。可以用第2輔助變數，來決定從時刻t1至時刻t2中的切削工件的期間中的負載率。算出部83可以推定從電動機的啟動到停止為止之電動機的負載率的隨時間經過的變化。

接著，說明本實施形態的動作推定裝置81之推定進給軸馬達的驅動狀態的推定控制。在進給軸馬達的推定控制中是推定進給軸馬達的驅動狀態。進給軸馬達的時間常數是事先決定的。時間常數是對應於將進給軸馬達加速時或減速時的角加速度。電動機的時間常數是由例如控制電動機的控制軟體來決定。在進給軸馬達的推定控制中是推定當依照固定的角加速度來加速時進給軸馬達所輸出的轉矩。在本實施形態中是推定進給軸馬達的負載率。又，在進給軸馬達的推定控制中，推定進給軸馬達的旋轉速度的隨時間經過的變化、及進給軸馬達所驅動的對象物的位置的變化。

在圖13中顯示進給軸馬達的推定控制中記載於推定程式的指令語句。在推定程式76a中為了驅動進給軸馬達而記載有G01的指令語句。推定程式76a的G01的指令語句是在加工程式的G01的指令語句中記載有輔助變數的指令語句。G01的指令語句顯示將工作台直線地移動的指令。在這裡的指令語句中，顯示固定工件的工作台的X軸方向的移動。

在本實施形態的工具機中，決定有即使主軸頭6及工作台移動也不會動的機械座標系統。在G01的指令語句中，以機械座標系統顯示工作台的目標位置。在G01的指令語句中，記載有將工作台移動成使機械座標系統的X軸的座標值成為10及Y軸的座標值成為10之指令。又，F1000是顯示工作台移動時的目標的移動速度之變數。在此是記載以1000mm/min的速度來移動工作台的情形。

在推定程式76a中，對於在加工程式中所使用的G01的指令語句，追加有和用於加工工件的負載率有關的第3輔助變數。在此，作為第3輔助變數，顯示進給軸馬達的切削時的負載率之「servocutpower10%」是追加在加工程式的G01的指令語句之後。此負載率相當於切削時的轉矩指令。這裡的第3輔助變數顯示切削工件時之進給軸馬達的負載率為10%的情形。

圖14是顯示進給軸馬達的輸出特性的圖表。和圖11的主軸馬達的圖表同樣地，在圖14的圖表中顯示進給軸馬達之和100%的負載率下的旋轉速度相對的輸出的關係。

參照圖8，算出部83的轉矩推定部85是依據進給軸馬達的時間常數、進給軸馬達的輸出特性、具有推定程式76a所包含的第3輔助變數之指令語句、及和電動機的驅動有關的慣量，來算出電動機的運轉時之負載率的隨時間經過的變化。如後述，轉矩推定部是算出進給軸馬達加速或減速時的負載率。

在圖15中，顯示由進給軸馬達的推定控制所推定的進給軸馬達的驅動狀態的時序圖。在此，顯示將工具機的工作台往X軸的方向移動的例子。從時刻t0至時刻t5為止，進給軸馬達的旋轉速度會上升。從時刻t5至時刻t6為止，進給軸馬達是維持在固定的旋轉速度C。並且，從時刻t6至時刻t7為止，進給軸馬達的旋轉速度會減少。X軸方向的工作台的位置是從現在的位置移動到X軸的座標值為10的位置。

在X軸的方向上移動工作台時之進給軸馬達的目標的旋轉速度C，可以依據推定程式76a的G01的指令語句當中的變數F1000來算出。變數F1000顯示工作台的目標的移動速度為1000mm/min。算出部83可以依據工作台的目標的移動速度、及在X軸方向上移動工作台的滾珠螺桿機構的滾珠螺桿的間距等移動裝置的資訊72，來算出X軸的進給軸馬達的目標的旋轉速度C。另外，在此雖然是顯示工作台在X軸方向上移動的例子，但並不限定於此形態。當工作台除了在X軸方向上之外還在Y軸方向上移動的情況下，可以依據工作台的Y軸方向的移動速度與Y軸的移動裝置的資訊，來算出Y軸的進給軸馬達的旋轉速度。並且，針對Y軸的進給軸馬達，也可以藉由和X軸的進給軸馬達同樣的控制來推定電動機的驅動狀態。

算出部83是從已決定於進給軸馬達的時間常數來算出角加速度。算出部83可以算出時刻t0至時刻t5的區間中旋轉速度的隨時間經過的變化。算出部83可以依據旋轉速度的變化，來算出用於到達目標的旋轉速度C的時刻t0至時刻t5的時間長度SL1。又，算出部83可以依據角加速度來算出時刻t6至時刻t7的區間中旋轉速度的隨時間經過的變化及時間長度SL3。

算出部83可以對進給軸馬達的旋轉速度進行積分，藉此算出時刻t5及時刻t6中的進給軸馬達的旋轉位置。又，算出部83可以依據移動裝置的資訊72，算出和進給軸馬達的旋轉位置對應的工作台在X軸上的位置。算出部83可以算出由進給軸馬達所驅動的對象物的位置。算出部83可以依據進給軸馬達的旋轉位置或工作台在X軸方向上的位置，來算出從時刻t5至時刻t6的X軸方向的移動距離。並且，算出部83可以依據X軸方向的移動距離與固定的旋轉速度C，來算出從時刻t5至時刻t6的時間長度SL2。算出部83可以推定從時刻t0至時刻t7之工具機進行作業的時間長度(週期時間)。又，算出部83可以依據時間長度SL1、SL2、SL3來算出時刻t5、t6、t7。

如此，算出部83可以推定從工作台的移動開始到結束為止之進給軸馬達的旋轉速度的變化及工作台的X軸方向的位置的變化。又，算出部83可以推定從工作台的移動開始到結束為止的時間長度。

接著，在進給軸馬達的推定控制中，算出部83的轉矩推定部85是算出進給軸馬達的運轉時之負載率的隨時間經過的變化。在本實施形態中，轉矩推定部85是算出進給軸馬達加速或減速時的負載率(TX1)。

參照圖14及圖15，在時刻t0至時刻t5的區間中，轉矩推定部85是對和電動機的驅動有關的慣量乘上角加速度，藉此算出加速所需的轉矩。參照圖14的電動機的輸出特性，轉矩推定部85是如箭頭97、98所示，依據目標的旋轉速度C來算出負載率為100%時的輸出。轉矩推定部85是將負載率為100%時的輸出除以旋轉速度，藉此來算出負載率為100%時的轉矩。轉矩推定部85可以將加速所需要的轉矩除以負載率為100%時的轉矩，藉此來算出進給軸馬達的負載率TX1。這裡的負載率相當於工具機的進給軸馬達的轉矩指令。

如此，轉矩推定部85是算出圖15的負載率(TX1)。針對時刻t6至時刻t7中的減速時的負載率(-TX1)，也可以用同樣的控制來算出。

藉由工具機加工工件的期間中的進給軸馬達的負載率可以由進行模擬的作業人員事先設定。作業人員可以依據工具的資訊及工件的資訊，來推定加工時的負載率。參照圖13，作業人員在推定程式76a中，指定進給軸馬達的切削時的負載率來作為第3輔助變數。在這裡的例子中，進給軸馬達的切削時的負載率為10%。

參照圖15，轉矩推定部85是依據推定程式76a的指令語句所記載的第3輔助變數，來設定加工工件的期間中的進給軸馬達的負載率。轉矩推定部85是在時刻t5至時刻t6的區間中，將進給軸馬達的負載率設定為10%。其結果，轉矩推定部85可以從進給軸馬達的啟動到停止為止推定負載率的隨時間經過的變化。亦即，可以推定工作台的移動開始到結束為止之進給軸馬達的負載率的變化。如此，在進給軸馬達的推定控制中，可以算出進給軸馬達的驅動狀態。

但是，在進給軸馬達的推定控制中，當轉矩推定部85已算出加速所需要的轉矩的情況下，會有加速所需要的轉矩超過額定轉矩的情況。亦即，會有負載率超過100%的情況。當算出部83所推定的變數超出事先決定的容許範圍之情況下，算出部83的判定部86是實施對進行電動機的模擬的作業人員通知的控制。

在本實施形態中，判定部86是判定轉矩推定部85所推定的負載率是否超出容許範圍。作為負載率的容許範圍是事先決定0%以上且100%以下。特別是，判定部86是判定負載率是否超過100%。並且，當負載率超過100%的情況下，判定部86可以輸出文字檔案，來作為通知作業人員的控制，前述文字檔案記載有負載率已超出容許範圍的警告。或者，判定部86可以將警告包含在已推定電動機的驅動狀態的結果之檔案中。

或者，判定部86亦可將和電動機的負載率超出了容許範圍的資訊相對應的訊號，發送至顯示控制部87。顯示控制部87可以在顯示部88中顯示無法以現在的條件來驅動工具機。或者，顯示控制部87可以將進給軸馬達的負載率超出容許範圍的情形顯示於顯示部88。

作為對進行模擬的作業人員通知警告的控制，並不限定於輸出記載有警告的檔案之控制或將資訊顯示於顯示部之控制，可以採用任意的控制。例如，亦可用聲音來對作業人員通知無法驅動工具機的情形。

本實施形態的動作推定裝置81即使不驅動實際的工具機也可以推定電動機的旋轉速度、角加速度、及負載率等電動機的驅動狀態。算出部83所算出的電動機的驅動狀態可以記憶於記憶部82。又，作業人員亦可依據已推定的電動機的驅動狀態，來確認工具機的驅動沒有問題、或變更驅動工具機的條件。

(電動機的模擬及送風機的動作的設定) 接著，說明依據模擬裝置的模擬執行部所進行之電動機的驅動狀態的模擬及模擬結果，來設定電動機的送風機的動作。

在圖16中，顯示本實施形態的電動機的構成部分的溫度的模擬結果的時序圖。在此，例示藉由工具機以預定的間隔來切削工件時之主軸馬達的驅動狀態。電動機的驅動狀態是以事先決定的間隔來重複負載率為100%的狀態與負載率為0%的狀態。當負載率為100%時切削工件，當負載率為0%時工具會空轉。例如，在時刻t ₁₁中負載率的上升會開始而從0%變成100%，在時刻t ₁₂中，負載率的下降會開始而從100%變成0%。電動機10的旋轉速度例如在時刻t ₁₁中會從5000rpm開始減少至500rpm，在時刻t ₁₂に中，旋轉速度會從500rpm開始增加至5000rpm。

參照圖3，在步驟102中，動作推定裝置81是依據動作程式45來推定電動機的驅動狀態。在圖16的時序圖中，當旋轉速度從500rpm增大至5000rpm、或從5000rpm減少至500rpm時，如圖12所示，旋轉速度會以預定的斜率變化。作業人員是依據作為動作程式45的加工程式來生成推定程式71。動作推定裝置81是依據推定程式71，以時間序列的方式來算出包含電動機的旋轉速度及負載率之電動機的驅動狀態。

動作推定裝置81可以用預定的時間間隔來算出電動機的驅動狀態。例如，動作推定裝置81是按模擬執行部64實施模擬的每個時間間隔，算出電動機的旋轉速度及負載率。參照圖1，動作推定裝置81所推定的電動機的驅動狀態的資訊69是記憶在模擬裝置2的記憶部51。

參照圖3，在步驟103中，模擬執行部64的溫度推定部53是推定包含定子鐵芯20的推定溫度之電動機的構成構件的溫度。模擬執行部64的動作設定部65是依據定子鐵芯20的溫度變化，來設定電動機10的送風機29的動作。在圖16中，顯示溫度推定部53所推定的線圈的推定溫度、轉子的推定溫度、及定子鐵芯的推定溫度。又，在圖16中，顯示包含由動作設定部65所設定的送風機29的動作之驅動狀態。

作為送風機29的動作，決定有開啟(ON)的狀態及關閉(OFF)的狀態。在送風機29為開啟(ON)的狀態下，送風機29是以最大的旋轉速度來運轉。在送風機29為關閉(OFF)的狀態下，送風機29會停止。

在本實施形態中，如前述，藉由參數設定部57，事先製作了電動機10的送風機29以最大的旋轉速度來驅動時之第1電動機的模型、及已停止電動機10的送風機29時之第2電動機的模型。如此，在本實施形態中，電動機的模型是依據實際驅動機械時之送風機29的驅動狀態來製作。

參照圖1，模擬執行部64包含溫度推定部53。溫度推定部53的損失算出部54是依據由動作推定裝置81所設定的電動機的負載率及旋轉速度，來算出線圈的銅損及定子鐵芯的鐵損。亦即，算出線圈中的發熱量及定子鐵芯中的發熱量。溫度算出部55是依據由損失算出部54所算出的損失，使用電動機的模型來算出電動機所包含的各個構成部分的溫度。

溫度算出部55是使用和送風機29的驅動狀態相因應的電動機的模型，來推定電動機10的構成部分的溫度。在這裡的例子中，當送風機為開啟(ON)時，使用送風機29以最大的旋轉速度驅動時之第1電動機的模型。當送風機為關閉(OFF)時，使用送風機29停止時之第2電動機的模型。

模擬執行部64的動作設定部65是取得由溫度推定部53所推定的定子的推定溫度。在本實施形態中，採用定子鐵芯的推定溫度來作為定子的推定溫度。定子的溫度不限定於定子鐵芯的溫度，可以採用構成定子的任意構成部分的溫度。例如，可以採用線圈的溫度。或者，當定子具有包圍定子鐵芯的框體之情況下，可以製作包含定子的框體之電動機的模型。並且，亦可將由電動機的模型所算出的定子的框體的溫度，採用作為定子的溫度。

動作設定部65是每隔事先決定的時間間隔，算出定子鐵芯20的推定溫度的每單位時間的變化率。亦即，動作設定部65是算出定子鐵芯20的推定溫度的斜率。動作設定部65是依據定子鐵芯20的推定溫度的斜率，來設定電動機10的送風機29的動作。亦即，依據定子鐵芯20的推定溫度的每單位時間的溫度上升幅度或每單位時間的溫度下降幅度，來變更送風機29的動作。

本實施形態的動作設定部65是當定子鐵芯20的推定溫度上升的斜率的絕對值小於事先決定的判定值之情況下，設定為將送風機29停止。亦即，當相對於電動機的發熱量，送風機所造成的冷卻效果變大，溫度的上升速度變慢時，則停止送風機29。又，動作設定部65是當定子鐵芯20的推定溫度下降的斜率的絕對值小於事先決定的判定值之情況下，則設定為啟動送風機29。亦即，當相對於電動機的散熱量，發熱量增大，溫度的下降速度變慢時，則啟動送風機29。在本實施形態中，將依據定子等電動機的構成構件的推定溫度之斜率來變更送風機的驅動狀態的控制，稱為送風機的動作的控制。

在圖16所示的例子中，在時刻t ₁₁中增加了負載率之後，在時刻t ₂₁中，定子鐵芯20的溫度下降率的絕對值小於判定值。因此，在時刻t ₂₁中啟動送風機29。又，在時刻t ₁₂中減少了負載率之後，在時刻t ₂₂中，定子鐵芯20的溫度上升率的絕對值小於判定值。因此，在時刻t ₂₂中停止送風機29。如此，動作設定部65設定將送風機29的驅動狀態切換為開啟(ON)的狀態與關閉(OFF)的狀態的時期。另外，溫度推定部53是使用電動機的模型來推定構成部分的溫度，前述電動機的模型是相應於由動作設定部65所設定的電動機的驅動狀態。

實際驅動機械時之電動機的構成部分的溫度是對應於實施模擬時之構成部分的推定溫度。線圈的推定溫度是在電動機的負載率為100%時增大，在電動機的負載率為0%時減少。轉子11的推定溫度及定子鐵芯20的推定溫度會稍微延遲於線圈16的推定溫度的變化而變化。其結果，電動機10的送風機29是從負載率的變化稍微延遲來啟動及停止。送風機29的動作是重複開啟(ON)的狀態與關閉(OFF)的狀態。

藉由進行本實施形態的動作設定部65所進行之送風機的動作的設定，定子鐵芯20的溫度的變動幅度ΔT ₂₁會變小。可以算出事先決定的期間中之定子鐵芯20的最大溫度與最小溫度的差，來作為變動幅度。作為事先決定的期間，可以採用剛開始啟動電動機後定子鐵芯的溫度上升結束，且定子鐵芯的溫度幾乎固定的期間。例如，可以決定定子鐵芯的溫度變化在事先決定的溫度幅度的內部變化的期間。在圖16中，可以決定從時刻t ₁₁至時刻t ₂₆的區間。在這裡的例子中，定子鐵芯20的溫度的變動幅度ΔT ₂₁為1.2℃。

在圖17中，顯示第1比較例的電動機的模擬結果的時序圖。在第1比較例中，無關於電動機10的負載率及電動機10的構成部分的溫度，以事先決定的固定的旋轉速度來持續驅動送風機29。在這裡的例子中，並不停止送風機29，而是以最大的旋轉速度來驅動。亦即，動作設定部65並未進行切換送風機29的動作之判定。

為了實施和電動機10的送風機29的驅動狀態相因應的模擬，溫度推定部53是使用以最大的旋轉速度驅動送風機29時之電動機的模型，來推定電動機的構成部分的溫度。在圖17中顯示有線圈16的推定溫度、轉子11的推定溫度、及定子鐵芯20的推定溫度。

實施圖16所示的送風機的動作的控制時，線圈16的溫度的最大值，會比圖17所示之一直驅動送風機29的情況下之線圈16的溫度的最大值更高。又，針對轉子11的溫度的平均值及定子鐵芯20的溫度的平均值，和一直驅動送風機時的值相較之下，實施送風機的動作的控制時的值較高。第1比較例的模擬中的定子鐵芯20的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₂，在時刻t ₁₁至時刻t ₁₆的期間中為4℃。

在圖18中，顯示第2比較例的電動機的模擬結果的時序圖。在第2比較例中，對應於電動機10的負載率的變化來使送風機29的動作變化。在圖18所示的例子中，當電動機10的負載率為100%時，以最大的旋轉速度來驅動送風機29。當電動機10的負載率為0%時，將送風機29停止。當電動機10的負載率為100%時，溫度推定部53是使用以最大的旋轉速度來驅動送風機29時之電動機的模型，來推定電動機10的構成部分的溫度。又，當電動機10的負載率為0%時，溫度推定部53是使用將送風機29停止時之電動機的模型，來推定電動機10的構成部分的溫度。

在第2比較例中，並不基於動作設定部65之定子鐵芯20的溫度的變化率來實施送風機的動作的判定，而是隨著負載率的變化使送風機的動作變化。此模擬中的定子鐵芯20的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₃，在時刻t ₁₁到時刻t ₁₆的期間中為1.9℃。

參照圖16至圖18，當藉由本實施形態的動作設定部65實施了送風機的動作的判定時，定子鐵芯的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₁，是比第1比較例的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₂及第2比較例的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₃更小。更具體而言，使送風機的動作和負載率的變化同時地變化時(第2比較例)的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₃，是比一直驅動送風機時(第1比較例)的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₂更小。此外，實施本實施形態的送風機的動作的控制時之變動幅度ΔT ₂₁是比第2比較例的推定溫度的變動幅度ΔT ₂₃更小。

如此，藉由實施本實施形態的送風機的動作的控制，可以將定子鐵芯20的溫度的變動幅度縮小。亦即，可以縮小電動機10的溫度的變動幅度。

由於電動機10的溫度的變動幅度變小，因此可以減少電動機10所接觸的機械的構成構件的熱位移。其結果，可以提升驅動機械的精確度。例如，會有電動機為配置於工具機的主軸頭之主軸馬達的情況。在主軸頭上配置有保持工具的主軸。因此，會有電動機的熱傳遞到主軸的情況。當電動機的溫度的變動幅度較大時，主軸的溫度的變動幅度會變大。主軸的熱位移量會變大，而有工具的前端點的位置位移之疑慮。其結果，會有加工工件的精確度惡化的疑慮。

藉由電動機的溫度的變動幅度變小，主軸的溫度變化會變小，可以縮小主軸的熱位移量。其結果，可以抑制工具的前端點的位置的位移。或者，會有因應於電動機的驅動狀態來補正工具的前端點的位置之情況。在此情況下，藉由主軸的溫度變化變小，就不需要因應於主軸的驅動狀態來變更工具的前端點的位置的補正量。或者，可以將工具的前端點的位置的補正量設為固定。或者，不需要補正工具的前端點的位置。

又，當一直驅動送風機29時，電動機10的消耗電力會變大。當實施本實施形態的送風機的動作的控制時，由於會產生將送風機29停止的期間，因此可以抑制電動機10的消耗電力。

本實施形態的動作設定部65是依據定子的推定溫度的斜率來設定送風機的動作。定子的溫度會因線圈的銅損及定子鐵芯的鐵損等而上升。定子會有接觸機械的構成構件的情況。藉由抑制定子的溫度的變動幅度，可以抑制機械的構成構件的熱位移。

又，定子鐵芯會接觸機械的構成構件、或配置於接近機械的構成構件的位置。因此，採用定子鐵芯的推定溫度來作為定子的推定溫度，藉此可以用良好的精確度來推定傳遞至機械的構成構件的熱量。

此外，動作設定部65是判定定子的溫度的斜率。在定子的溫度的判定中，並不知道發熱量與散熱量的關係。然而，可以藉由判定定子的溫度的斜率，來直接進行電動機的每單位時間的發熱量與每單位時間的散熱量之比較。在本實施形態的送風機的動作的控制中，和對應於負載率的變化來使送風機的驅動狀態變化之控制(第2比較例)相較之下，可以將定子的溫度的變動幅度縮小。

(輔助程式生成部) 參照圖3，在步驟104中，模擬執行部64是製作送風機29的動作的輔助程式。參照圖1，模擬執行部64的輔助程式生成部66是生成輔助程式，以在實際驅動機械1時，可以實施由動作設定部65所設定的送風機29的動作。在輔助程式中，記載有例如和動作控制部43依據動作程式45輸出的動作指令相對應的送風機29的動作。

例如，在圖16的送風機的動作的控制中，輔助程式是製作成：從發送負載率100%的動作指令後，經過時間差Δt後則啟動送風機29。時間差Δt為例如(時刻t ₂₁-時刻t ₁₁)，可以依據模擬的結果來算出。

輔助程式是記憶在機械控制裝置41的記憶部42。並且，當實際驅動機械1時，動作控制部43是依據動作程式45來驅動電動機10。此外，動作控制部43是依據電動機10的動作指令及輔助程式，來控制送風機29的動作。

在上述形態中，雖然是藉由模擬執行部製作輔助程式，對於基於動作程式的電動機的動作來控制送風機的動作，但不限定於此形態。例如，模擬執行部亦可對動作程式加入送風機的動作之指令語句。例如，除了動作程式45的電動機的動作的指令語句之外，亦可用對應於電動機的驅動狀態的方式，記載送風機的動作的指令語句。在此，輔助程式的生成或動作程式的修正，亦可由模擬裝置的模擬執行部或作業人員來實施。

(變動幅度比較部及消耗電力比較部) 參照圖1，模擬執行部64的變動幅度比較部67是算出事先決定的期間中之定子的溫度的變動幅度。可以如前述地計算定子鐵芯20的推定溫度的最大值與推定溫度的最小值之差，來作為變動幅度。參照圖16及圖17，變動幅度比較部67是依據實施送風機的動作的控制時之變動幅度ΔT ₂₁、及以事先決定的固定的旋轉速度驅動送風機時之變動幅度ΔT ₂₂，來算出用於比較變動幅度的變數。

可以算出從變動幅度ΔT ₂₂減去變動幅度ΔT ₂₁後的變動幅度之差(ΔT ₂₂-ΔT ₂₁)，來作為用於比較變動幅度的變數。又，可以算出將變動幅度ΔT ₂₁除以變動幅度ΔT ₂₂之變動幅度的比(ΔT ₂₁/ΔT ₂₂)，來作為用於比較變動幅度的變數。

可以用變動幅度比較部67來算出和變動幅度的差有關的係數，藉此來判定是否實施送風機的動作的控制。例如，即使實施圖16所示的送風機的動作的控制，也會有電動機10的溫度的變動幅度無法充分地變小的情況。在此情況下，可以判定為不實施本實施形態中的送風機的動作的控制。此判定可以由變動幅度比較部或作業人員來進行。

或者，可以依據和變動幅度的差有關的係數，來推定驅動機械的精確度。當定子鐵芯的推定溫度的變動幅度已充分地小的情況下，可以判定為機械的驅動的精確度高。例如，可以判定為不需要根據工具機的主軸馬達的驅動狀態來補正工具的前端點的位置。此判定可以由變動幅度比較部或作業人員來進行。

變動幅度比較部67可以算出當電動機的任意驅動狀態時用於比較變動幅度的變數。特別是，較理想的是，變動幅度比較部67是算出用於比較在定子鐵芯20的推定溫度幾乎固定的期間中之變動幅度的變數。例如，將電動機10從長時間停止的狀態啟動之後，定子鐵芯等電動機的構成部分的溫度會從室溫逐漸地上升。當電動機的運轉狀態已成為穩定狀態或重複事先決定的運轉模式之狀態時，定子鐵芯的推定溫度的變動幅度會幾乎固定。

定子鐵芯的推定溫度是否為幾乎固定的判定，例如是每隔事先決定的時間間隔來算出變動幅度。並且，當變動幅度逐漸變小而變成小於事先決定的判定值時，則可以判定為定子鐵芯的推定溫度幾乎固定。或者，按每個預定的時間間隔來算出定子鐵芯的推定溫度的移動平均值。此時，當上一次的移動平均值與這一次的移動平均值之差已變成小於事先決定的判定基準時，則可以判定為定子鐵芯的推定溫度已成為幾乎固定。藉由比較定子鐵芯的推定溫度幾乎為固定時的變動幅度，即可以正確地判定進行送風機的動作的控制時之效果。

參照圖1，模擬執行部64的消耗電力比較部68是算出事先決定的期間中的送風機的消耗電力。消耗電力比較部68是依據實施送風機的動作的控制時(圖16的控制)的消耗電力、及以事先決定的固定的旋轉速度驅動送風機時(圖17的控制)的消耗電力，來算出用於比較消耗電力的變數。可以算出從以固定的旋轉速度驅動送風機時之消耗電力，減去實施送風機的動作的控制時之消耗電力後的變數，來作為用於比較消耗電力的變數。或者，可以算出將實施送風機的動作的控制時之消耗電力，除以用固定的旋轉速度驅動送風機時之消耗電力所得的變數。

藉由算出用於比較消耗電力的變數，可以得知因送風機的動作的控制之實施所造成的消耗電力的減少量。又，可以依據消耗電力的減少量，來判定是否實施送風機的動作的控制。例如，當消耗電力未充分地小的情況下，可以判定為不實施送風機的動作的控制。此判定可以由消耗電力比較部或作業人員來進行。

在前述實施形態中，作為送風機29的動作，雖然例示以事先決定的固定的旋轉速度來驅動的狀態、及送風機29停止的狀態，但並不限定於此形態。動作設定部可以依據由溫度推定部所推定的定子的推定溫度的斜率，來任意地設定送風機的動作。例如，動作設定部是將送風機的動作設定為：由溫度推定部所推定的定子的推定溫度上升的斜率的絕對值越大，則送風機的旋轉速度越大。或者，可以將送風機的動作設定為：由溫度推定部所推定的定子的推定溫度下降的斜率的絕對值越大，則送風機的旋轉速度越小。

特別是，動作設定部亦可因應於定子的推定溫度的斜率，來實施連續地變更送風機的旋轉速度的控制。或者，動作設定部亦可設定為因應於定子的推定溫度的斜率，來階段性地變更送風機的旋轉速度。

另外，當要變更電動機的旋轉速度的情況下，溫度算出部可以採用和送風機的旋轉速度相因應的電動機的模型。例如，事先決定送風機的複數個旋轉速度的範圍，參數設定部可以用各個旋轉速度的範圍的中央的旋轉速度來製作電動機的模型。溫度算出部可以在實施電動機的模擬時，因應於送風機的旋轉速度來切換電動機的模型。

參照圖1，本實施形態的模擬裝置2是由和機械控制裝置41不同的運算處理裝置來構成。例如，模擬裝置2雖然是由筆記型電腦來構成，但不限定於此形態。機械控制裝置41可以具有模擬裝置2的功能。亦即，機械控制裝置41亦可包含模擬執行部64、參數設定部57、記憶部51、及顯示部52。

機械控制裝置可以具備上述模擬裝置、及生成驅動機械的動作指令之動作控制部。並且，動作控制部可以輸出送風機的動作指令，以實施由模擬裝置所設定的送風機的動作。例如，動作控制部可以依據由輔助程式生成部所生成的輔助程式，來驅動電動機的送風機。藉由採用此構成，可以縮小電動機的溫度的變動幅度，來抑制機械的構成構件的熱位移。其結果，可以謀求機械的驅動狀態的精確度的提升。又，可以抑制電動機的消耗電力。

根據如上述說明的至少一個實施形態，可以提供一種模擬裝置及具備模擬裝置的機械控制裝置，前述模擬裝置是對應於定子的溫度變化來設定電動機的送風機的動作。

雖然已針對本揭示詳細敘述，但本揭示並不限定於上述各個實施形態。這些實施形態可以在不超出本揭示的主旨之範圍內、或在不超出從申請專利範圍所記載的內容與其均等物所導出之本揭示的宗旨的範圍內，進行各種的追加、置換、變更、局部刪除等。又，也可以組合這些實施形態來實施。例如，在上述實施形態中，各動作的順序或各處理的順序只是作為一例而顯示之順序，實施形態並不限定於這些。又，在上述實施形態的說明中使用數值或數式的情況下也是同樣的。

有關於上述實施形態及變形例，揭示以下附註。

(附註1) 一種模擬裝置，是模擬包含送風機的電動機的溫度的變化之模擬裝置，前述模擬裝置具備：記憶部，記憶電動機的模型，前述電動機的模型是推定電動機的構成部分的溫度之模型；溫度推定部，依據電動機的模型來推定定子的溫度；及動作設定部，設定送風機的動作，電動機的模型包含電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型，在至少1個構成部分的模型中設定有熱容量，在電動機的構成部分的模型彼此之間及電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型之間，設定有和熱傳遞有關的係數，動作設定部是依據由溫度推定部所推定的定子的推定溫度的每單位時間的變化率，來設定送風機的動作。

(附註2) 如附註1所記載的模擬裝置，其中動作設定部是當由溫度推定部所推定的定子的推定溫度上升的斜率的絕對值小於事先決定的判定值的情況下則設定為停止送風機，當由溫度推定部所推定的定子的推定溫度下降的斜率的絕對值小於事先決定的判定值的情況下則設定為啟動送風機。

(附註3) 如附註1所記載的模擬裝置，其中動作設定部是由溫度推定部所推定的定子的推定溫度上升的斜率越大，則設定為送風機的旋轉速度越大。

(附註4) 如附註1至3中任一項所記載的模擬裝置，其具備變動幅度比較部，前述變動幅度比較部是算出事先決定的期間中的定子的溫度的變動幅度，變動幅度比較部是依據實施由動作設定部所設定之送風機的動作的控制時的變動幅度、及以事先決定的固定的旋轉速度來驅動送風機時之變動幅度，來算出用於比較變動幅度的變數。

(附註5) 如附註1至3中任一項所記載的模擬裝置，其具備消耗電力比較部，前述消耗電力比較部是算出事先決定的期間中的送風機的消耗電力，消耗電力比較部是依據實施由動作設定部所設定之送風機的動作的控制時的消耗電力、及以事先決定的固定的旋轉速度來驅動送風機時之消耗電力，來算出用於比較消耗電力的變數。

(附註6) 如附註1至3中任一項所記載的模擬裝置，其中溫度推定部包含：損失算出部，依據電動機的負載率及旋轉速度，來算出線圈的銅損所造成的發熱量及定子鐵芯的鐵損所造成的發熱量；及溫度算出部，依據線圈的發熱量及定子鐵芯的發熱量，使用電動機的模型來算出定子的推定溫度。

(附註7) 如附註1至3中任一項所記載的模擬裝置，其具備動作推定裝置，前述動作推定裝置是推定配置於機械的電動機的驅動狀態，動作推定裝置包含算出部，前述算出部是依據事先製作的推定程式，來算出顯示電動機的驅動狀態之變數，推定程式是在用於驅動機械的動作程式的指令語句中追加有用於推定電動機的驅動狀態之輔助變數的程式，算出部是依據電動機的輸出特性、事先決定之和電動機的驅動有關的慣量、及輔助變數，來算出電動機的旋轉速度的隨時間經過的變化及電動機的負載率的隨時間經過的變化當中之至少一者，溫度推定部是依據由算出部所算出的電動機的旋轉速度及負載率，來推定定子的溫度。

(附註8) 一種機械控制裝置，其具備：如附註1所記載的模擬裝置；及動作控制部，生成電動機的動作指令，動作控制部是輸出送風機的動作指令，以實施由動作設定部所設定的送風機的動作。

1:機械 2:模擬裝置 10:電動機 10a,30a:電動機的模型 11:轉子 11a:轉子的模型 12:定子 13:軸桿 14,15:培林 16:線圈 16a:線圈的模型 17:轉子鐵芯 18:磁鐵 20:定子鐵芯 20a:定子鐵芯的模型 21,22:殼體 23:後蓋 24:培林支撐構件 25:筒狀構件 26a,26b:貫通孔 27:冷卻風扇 28:罩殼 28a:空氣孔 29:送風機 31:溫度檢測器 31a:溫度檢測器的模型 32:旋轉位置檢測器 33:外部空氣溫度檢測器 35a:空氣層的模型 36a:外部空氣的模型 41:機械控制裝置 42:記憶部 43:動作控制部 44:驅動裝置 45:動作程式 51:記憶部 52:顯示部 53:溫度推定部 54:損失算出部 55:溫度算出部 57:參數設定部 58:狀態取得部 59:參數算出部 60:評估部 61:參數變更部 64:模擬執行部 65:動作設定部 66:輔助程式生成部 67:變動幅度比較部 68:消耗電力比較部 69:電動機的驅動狀態的資訊 71:推定程式 72:移動裝置的資訊 73:慣量的資訊 74:電動機的輸出特性 75:加工程式 75a,76a:推定程式 81:動作推定裝置 82:記憶部 83:算出部 84:速度推定部 85:轉矩推定部 86:判定部 87:控制部 88:顯示部 91,92,95,96:箭頭 101,102,103,104:步驟 C:旋轉速度 C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅:熱容量 ha,hb,hc1,hc2,hc3,hd:和熱傳遞有關的係數 P _c1:一次銅損 P _c2:二次銅損 P _i:鐵損 RA:旋轉軸 SL1,SL2,SL3,SX1,SX2:時間長度 T ₁,T ₂,T ₃,T ₄,T ₅,T _r:溫度 TX1:負載率 t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t ₁₁,t ₁₂,t ₁₃,t ₁₄,t ₁₅,t ₁₆,t ₂₁,t ₂₂,t ₂₃,t ₂₄,t ₂₅,t ₂₆:時刻 ΔT ₂₁,ΔT ₂₂,ΔT ₂₃:變動幅度

圖1是實施形態中的機械及模擬裝置的方塊圖。圖2是實施形態中的電動機的概略剖面圖。圖3是設定送風機的動作的流程圖。圖4是實施形態中的電動機的模型。圖5是說明用於設定電動機的模型中的參數之電動機的運轉模式的時序圖。圖6是實施形態中的其他電動機的模型。圖7是使用由參數設定部所設定的參數之模擬的結果的圖表。圖8是實施形態中推定電動機的驅動狀態之動作推定裝置的方塊圖。圖9是工具機的主軸馬達的加工程式的例子。圖10是用於藉由動作推定裝置來推定主軸馬達的驅動狀態的推定程式。圖11是主軸馬達的預定的負載率中相對於旋轉速度的輸出之圖表。圖12是由動作推定裝置所推定的主軸馬達的驅動狀態的時序圖。圖13是用於推定工具機的進給軸馬達的驅動狀態的推定程式。圖14是進給軸馬達的預定的負載率中相對於旋轉速度的輸出之圖表。圖15是由動作推定裝置所推定的進給軸馬達的驅動狀態的時序圖。圖16是由模擬裝置所推定的電動機的構成部分的溫度的時序圖。圖17是由模擬裝置所推定的電動機的構成部分的溫度的比較例的時序圖。圖18是由模擬裝置所推定的電動機的構成部分的溫度的其他比較例的時序圖。

101,102,103,104:步驟

Claims

一種模擬裝置，是模擬包含送風機的電動機的溫度的變化之模擬裝置，前述模擬裝置具備：記憶部，記憶電動機的模型，前述電動機的模型是推定電動機的構成部分的溫度之模型；溫度推定部，依據電動機的模型來推定定子的溫度；及動作設定部，設定送風機的動作，電動機的模型包含電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型，在至少1個構成部分的模型中設定有熱容量，在電動機的構成部分的模型彼此之間及電動機的構成部分的模型與外部空氣的模型之間，設定有和熱傳遞有關的係數，前述動作設定部是依據由前述溫度推定部所推定的定子的推定溫度的每單位時間的變化率，來設定送風機的動作。
如請求項1之模擬裝置，其中前述動作設定部是當由前述溫度推定部所推定的定子的推定溫度上升的斜率的絕對值小於事先決定的判定值的情況下則設定為停止送風機，當由前述溫度推定部所推定的定子的推定溫度下降的斜率的絕對值小於事先決定的判定值的情況下則設定為啟動送風機。
如請求項1之模擬裝置，其中前述動作設定部是由前述溫度推定部所推定的定子的推定溫度上升的斜率越大，則設定為送風機的旋轉速度越大。
如請求項1至3中任一項之模擬裝置，其具備變動幅度比較部，前述變動幅度比較部是算出事先決定的期間中的定子的溫度的變動幅度，前述變動幅度比較部是依據實施由前述動作設定部所設定之送風機的動作的控制時的變動幅度、及以事先決定的固定的旋轉速度來驅動送風機時之變動幅度，來算出用於比較變動幅度的變數。
如請求項1至3中任一項之模擬裝置，其具備消耗電力比較部，前述消耗電力比較部是算出事先決定的期間中的送風機的消耗電力，前述消耗電力比較部是依據實施由前述動作設定部所設定之送風機的動作的控制時的消耗電力、及以事先決定的固定的旋轉速度來驅動送風機時之消耗電力，來算出用於比較消耗電力的變數。
如請求項1至3中任一項之模擬裝置，其中前述溫度推定部包含：損失算出部，依據電動機的負載率及旋轉速度，來算出線圈的銅損所造成的發熱量及定子鐵芯的鐵損所造成的發熱量；及溫度算出部，依據線圈的發熱量及定子鐵芯的發熱量，使用電動機的模型來算出定子的推定溫度。
如請求項1至3中任一項之模擬裝置，其具備動作推定裝置，前述動作推定裝置是推定配置於機械的電動機的驅動狀態，前述動作推定裝置包含算出部，前述算出部是依據事先製作的推定程式，來算出顯示電動機的驅動狀態之變數，前述推定程式是在用於驅動機械的動作程式的指令語句中追加有用於推定電動機的驅動狀態之輔助變數的程式，前述算出部是依據電動機的輸出特性、事先決定之和電動機的驅動有關的慣量、及前述輔助變數，來算出電動機的旋轉速度的隨時間經過的變化及電動機的負載率的隨時間經過的變化當中之至少一者，前述溫度推定部是依據由前述算出部所算出的電動機的旋轉速度及負載率，來推定定子的溫度。
一種機械控制裝置，具備：如請求項1之模擬裝置；及動作控制部，生成電動機的動作指令，前述動作控制部是輸出送風機的動作指令，以實施由前述動作設定部所設定的送風機的動作。