DE102016112148B4

DE102016112148B4 - Motorsteuervorrichtung zum Schätzen der Temperatur von Wicklungen und Verfahren zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer für eine Maschine

Info

Publication number: DE102016112148B4
Application number: DE102016112148.7A
Authority: DE
Inventors: Taku Oohara
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: US9912215B2; US20170012567A1; CN106341073A; JP6231523B2; CN106341073B; DE102016112148A1; JP2017022858A

Abstract

Motorsteuervorrichtung (1) zur Steuerung eines Motors (11), der eine Maschine betätigt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:eine Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur, die eine Temperatur einer Wicklung (12) des Motors (11) gemäß einem arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung zur Berechnung der Temperatur der Wicklung (12) unter Verwendung eines an die Wicklung (12) angelegten Stromwerts schätzt;einen Temperatursensor (13), der an der Wicklung (12) angebracht ist; undeine Korrektureinheit (20), die auf Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch die Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur in Zeiträumen nach Beginn der Stromversorgung der Wicklung (12) geschätzte Temperatur der Wicklung (12) darstellt, und einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch den Temperatursensor (13) in Zeiträumen nach Beginn der Stromversorgung der Wicklung (12) gemessene Temperatur der Wicklung (12) darstellt, wenn der an der Maschine angebrachte Motor (11) mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, einen Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Temperatur der Wicklung (12), um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung zu bringen, berechnet, und den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert,wobei die Motorsteuervorrichtung (1) ausgelegt ist, um zwischen Motor-EIN-Zeit und Motor-AUS-Zeit gemäß dem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil umzuschalten, um ein Durchbrennen der Wicklungen (12) des Motors (11) zu verhindern.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, um einen Motor durch Schätzen der Temperatur von Wicklungen des Motors zu steuern, um ein Durchbrennen der Wicklungen zu verhindern, und ein Verfahren zur Berechnung einer zulässigen Einschaltdauer für die Maschine, das durch die Motorsteuervorrichtung ausgeführt wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Wicklungstemperatur eines Motors steigt mit der Aktivierung des Motors an. Die Wicklungstemperatur wird eine bestimmte Zeit nach der Aktivierung des Motors gesättigt und dadurch bei einer hohen Temperatur gehalten (die dann erhaltene Temperatur wird nachstehend als „Sättigungstemperatur“ bezeichnet werden). Wenn Wicklungen, die eine derartige Sättigungstemperatur aufweisen, über ihre Wärmebeständigkeitstemperatur hinaus weiterhin mit Strom versorgt werden, können die Wicklungen des Motors durchbrennen. Auch wenn die Temperatur der Wicklungen nicht gesättigt ist, kann ein Überschreiten ihrer Wärmebeständigkeitstemperatur die Wicklungen des Motors durchbrennen lassen. Daher wird bei der Antriebssteuerung des Motors die Temperatur der Wicklungen mit einem Temperatursensor überwacht. Wenn die überwachte Wicklungstemperatur eine vorab festgelegte Temperatur übersteigt, wird die Lieferung von Strom an die Wicklungen angehalten, um ein Durchbrennen der Wicklungen zu verhindern.
Um die Herstellungskosten gering zu halten, wird wie herkömmlich bekannt kein Temperatursensor an den Wicklungen bereitgestellt und die Wicklungstemperatur auf Basis eines arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung, der in die Software eines Motors aufgenommen ist, geschätzt (siehe z.B.
Wenn eine Maschine wie etwa eine Werkzeugmaschine oder ein Roboter durch einen Motor angetrieben gesteuert wird, ist nach einer vorherbestimmten Motor-EIN-Zeit eine Motor-AUS-Zeit festgelegt, um die Wicklungstemperatur unter einem vorab festgelegten Motortemperaturschutzniveau (nachstehend als „Alarmniveau“ bezeichnet) zu behalten.
Die Motorsteuervorrichtung erhält vorab auf Basis von, z.B., einer Leistungsgeschichte für die tatsächliche Bearbeitung durch eine Werkzeugmaschine oder einer Simulation, die eine Analyse eines Bearbeitungsprogramms verwendet, eine Motor-EIN-Zeit und einen Motorstromwert, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen. Die Motorsteuervorrichtung schätzt auf Basis des erhaltenen Motorstromwerts die Wicklungstemperatur bei dem Betrieb für einen Zyklus. Die Motorsteuervorrichtung erhält ferner eine Motor-AUS-Zeit, die zwischen Betriebe der Maschine für einen Zyklus eingefügt werden sollen, um die Wicklungstemperatur bei Wiederholungen von Betrieben der Maschine für einen Zyklus unter einem Alarmniveau zu behalten. Die Motorsteuervorrichtung verhindert ein Durchbrennen der Wicklungen, indem sie den Motor gemäß einer Kombination (nachstehend als zulässige Einschaltdauer bezeichnet) der Motor-EIN-Zeit und der Motor-AUS-Zeit, die vorab erhalten wurden, antreibt.
Doch da die Wärmekapazität in jedem einzelnen Aufbau, der die mit dem Motor versehene Maschine bildet, unterschiedlich ist, ist es schwierig, die Wicklungstemperatur unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine zu schätzen, und im Gegenzug eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine genau zu berechnen.
In einem solchen Fall wird die Wicklungstemperatur durch Ausprobieren geschätzt, während eine tatsächlich mit einem Motor ausgestattete Maschine betrieben wird. Daher braucht es viel Zeit und Kosten, um eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine zu erhalten.
Da die Motor-AUS-Zeit gemäß der zulässigen Einschaltdauer für die Maschine gesteuert wird, ist es schwierig, die Maschine leistungsfähig zu betreiben, wenn die berechnete zulässige Einschaltdauer ungenau ist.
Aus US 2009 / 0 189 561 A1 ist eine Temperaturabschätzungsvorrichtung zum Steuerun eines Drehmomentbefehls bekannt, um ein Überhitzen von einer oder mehrerer Phasen eines Permanentmagnetmotors zu verhindern. Dabei werden thermische Widerstände für niedrige und hohe Motordrehzahlen gemessen und anschließend zum Abschätzen von Statortemperaturen verwendet. Ein Drehmomentbefehl wird dann entsprechend der Statortemperatur verringert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Motorsteuervorrichtung, die die Wicklungstemperatur unter Berücksichtigung der Wärmekapazität einer Maschine schätzen kann, und ein Verfahren zur Berechnung einer zulässigen Einschaltdauer für eine Maschine, das durch die Motorsteuervorrichtung ausgeführt wird, bereit.
Nach ihrem ersten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung eine Motorsteuervorrichtung zur Steuerung eines Motors, der eine Maschine betätigt, bereit. Die Vorrichtung weist eine Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur, einen Temperatursensor und eine Korrektureinheit auf. Die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur schätzt die Temperatur einer Wicklung des Motors gemäß einem arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung zur Berechnung der Temperatur der Wicklung unter Verwendung eines an die Wicklung angelegten Stromwerts. Der Temperatursensor ist an der Wicklung angebracht. Die Korrektureinheit berechnet auf Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofils, das die durch die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzte Temperatur der Wicklung darstellt, und einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur der Wicklung darstellt, wenn der an der Maschine angebrachte Motor mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, einen Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Temperatur der Wicklung, um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung zu bringen, und korrigiert den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten.
Nach ihrem zweiten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung die Motorsteuervorrichtung nach dem oben beschriebenen ersten Gesichtspunkt bereit, wobei die Korrektureinheit den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Berücksichtigung des Ausmaßes des Temperaturabfalls aufgrund eines Kühlungsfaktors beim Betrieb der Maschine korrigiert.
Nach ihrem dritten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung die Motorsteuervorrichtung nach dem oben beschriebenen ersten oder zweiten Gesichtspunkt bereit, wobei die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur die Temperatur der Wicklung unter Verwendung einer EIN-Zeit und eines Stromwerts des Motors, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen, schätzt.
Nach ihrem vierten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung die Motorsteuervorrichtung nach dem oben beschriebenen dritten Gesichtspunkt bereit, die ferner eine Einheit zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer aufweist, welche auf Basis der geschätzten Temperatur der Wicklung eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine berechnet, bei der die Temperatur der Wicklung, welche durch die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzt wird, unter einem Temperaturschutzniveau für den Motor behalten wird.
Nach ihrem fünften Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Berechnung einer zulässigen Einschaltdauer für eine Maschine, das durch eine Motorsteuervorrichtung ausgeführt wird, bereit. Die Vorrichtung weist eine Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur, die auf Basis eines arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung zur Berechnung der Temperatur einer Wicklung eines die Maschine betätigenden Motors unter Verwendung eines an die Wicklung angelegten Stromwerts eine Wicklungstemperatur schätzt, und einen an der Wicklung angebrachten Temperatursensor auf. Das Verfahren beinhaltet: das Berechnen eines Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Temperatur der Wicklung auf Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzte Temperatur der Wicklung darstellt, und einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur der Wicklung darstellt, wenn der an der Maschine angebrachte Motor mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen der Wicklung in Übereinstimmung zu bringen, und das Korrigieren des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung; das Schätzen der Temperatur der Wicklung auf Basis einer EIN-Zeit und eines Stromwerts des Motors, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen, durch die Einheit zur Schätzung des Temperaturanstiegs unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung mit dem korrigierten Korrekturkoeffizienten; und das Berechnen einer zulässigen Einschaltdauer für die Maschine, bei der die geschätzte Temperatur der Wicklung unter einem Temperaturschutzniveau für den Motor behalten wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus einer ausführlichen Beschreibung einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist, offensichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein erstes beispielhaftes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Diagramm, das Einzelheiten des in 2 veranschaulichten Schritts S12 erklärt und ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil darstellt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zweites beispielhaftes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ist ein Diagramm, das Einzelheiten des in 4 veranschaulichten Schritts S22 erklärt und ein anderes tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil und ein anderes geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil darstellt;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein drittes beispielhaftes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
7 ist ein Diagramm, das Einzelheiten des in 6 veranschaulichten Schritts S38 erklärt und eine zulässige Einschaltdauer für eine Maschine, bei der die Wicklungstemperatur unter einem Alarmniveau behalten wird, und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das der zulässigen Einschaltdauer entspricht, darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Um ein besseres Verständnis zu unterstützen, verwenden diese Zeichnungen wie passend unterschiedliche Maßstäbe. In den Zeichnungen veranschaulichte Weisen sind lediglich Beispiele für die Ausführung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die veranschaulichten Weisen beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Eine als 1 veranschaulichte Motorsteuervorrichtung 1 weist eine Funktion zum Umschalten der Steuerung zwischen der Motor-EIN-Zeit und der Motor-AUS-Zeit auf, um ein Durchbrennen der Wicklungen 12 eines Motors 11, der eine Maschine 2 wie etwa einen Roboter oder eine Werkzeugmaschine (keines davon ist veranschaulicht) betätigt, auf. Insbesondere schätzt die Motorsteuervorrichtung 1 wie in dem „Allgemeinen Stand der Technik“ beschrieben die Temperatur der Wicklungen 12 bei einem Betrieb einer Maschine für einen Zyklus und treibt sie den Motor 11 gemäß einer Kombination (d.h., der zulässigen Einschaltdauer) der Motor-EIN-Zeit und der Motor-AUS-Zeit, bei der die Temperatur der Wicklungen 12 bei Wiederholungen des Betriebs der Maschine für einen Zyklus unter einem Alarmniveau (d.h., dem Motortemperaturschutzniveau) behalten wird, an. Es ist zu beachten, dass die Wärmekapazität in jedem einzelnen Aufbau, der die mit dem Motor 11 versehene Maschine 2 bildet, unterschiedlich ist. Daher ist es zur Verhinderung eines Durchbrennens der Wicklungen 12 wirksam, die Temperatur der Wicklungen 12 unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 genau zu schätzen.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform weist wie in 1 dargestellt einen Temperatursensor 13, einen Codierer 14, eine Befehlseinheit 15 und eine Motorantriebseinheit 16 auf. Der Temperatursensor 13 ist an dem Motor 11 angebracht und detektiert die Temperatur der Wicklungen 12. Der Codierer 14 detektiert die Drehposition und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 11. Die Befehlseinheit 15 erzeugt vorherbestimmte Betriebsbefehle zum Antrieb des Motors 11 wie etwa Geschwindigkeits- und Drehmomentbefehle und gibt sie aus. Die Motorantriebseinheit 16 treibt den Motor 11 auf Basis des Werts, der durch den Codierer 14 detektiert wird, und des Befehlswerts, der durch die Befehlseinheit 15 ausgegeben wird, an.
Die Motorsteuereinheit 1 nach dieser Ausführungsform weist ferner eine Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur, eine Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer, und eine Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur auf. Die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur schätzt unter Verwendung eines vorab gespeicherten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung die Temperatur der Wicklungen 12 des Motors. Die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer berechnet auf Basis der Wicklungstemperatur, die durch die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzt wurde, eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine und gibt diese an die Motorantriebseinheit 16 aus. Die Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur zeichnet die Temperaturen der Wicklungen 12, die durch den Temperatursensor 13 detektiert werden, mit jeder vorherbestimmten Zeit sequentiell auf. Die Motorsteuervorrichtung 1 weist ferner eine Korrektureinheit 20 auf, die durch einen Vergleich zwischen einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das von durch die Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur sequentiell aufgezeichneten tatsächlichen Temperaturen erhalten wird, und einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das von durch die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur sequentiell geschätzten Temperaturen erhalten wird, einen Korrekturkoeffizienten für den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung in der Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur berechnet und den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert. Die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur ist vorzugsweise an eine Eingabeeinheit 21 angeschlossen, die in der Lage ist, Parameter für den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung zu erhalten.
Die in 1 veranschaulichte Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur speichert und hält einen z.B. durch $\begin{array}{l} [Anstieg der Temperatur der Motorwicklungen] = [Anstieg der Temperatur zur Zeit der \\ Dauerleistung] \times [(Motorstrom) 2] / [(Strom zur Zeit der Dauerleistung) 2] \times (1 - e (- \\ [vergangene Zeit] / [thermische Zeitkonstante])) \end{array}$
gegebenen arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung, um einen Anstieg der Temperatur der Wicklungen 12 zu schätzen, der durch die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur verwendet wird, um ein Temperaturanstiegsprofil für die Wicklungen 12 zu schätzen.
In dem oben genannten Ausdruck (1) stellt der „Strom zur Zeit der Dauerleistung“ den höchsten Stromwert dar, der fortlaufend an die Wicklungen 12 angelegt werden kann, ohne den Motor 11 zu überhitzen, und stellt der „Anstieg der Temperatur zur Zeit der Dauerleistung“ das Ausmaß des Anstiegs der Temperatur in dem Zeitraum von dem Beginn der tatsächlichen Lieferung eines Stroms zu der Zeit des Dauerbetriebs in dem Motor allein bis zu der Sättigung der Temperatur der Wicklungen 12 dar. Die „vergangene Zeit“ stellt den Zeitraum, der von dem Beginn der Stromversorgung der Wicklungen 12 bis zu dem Ende der Stromversorgung vergeht, d.h., die Motor-EIN-Zeit, dar. Die „thermische Zeitkonstante“ stellt die Zeit dar, die für eine Veränderung der Temperatur der Wicklungen 12 nötig ist. Der „Motorstrom“ stellt den Stromwert dar, wenn der Motor 11 gemäß Befehlen betrieben wird. Selbstverständlich werden der „Strom zur Zeit der Dauerleistung“, der „Temperaturanstieg zur Zeit der Dauerleistung“ und die „thermische Zeitkonstante“ in den Stadien des Entwurfs und der Herstellung des Motors 11 bestimmt und sind sie in dem Ausdruck (1) daher von Anfang an gegeben. Der „Motorstrom“ und die „vergangene Zeit“ sind Parameter in dem oben genannten Ausdruck (1). Der „Motorstrom“ und die „vergangene Zeit“ können von der Befehlseinheit 15 oder der Eingabeeinheit 21 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben werden.
Bei der vorliegenden Anmeldung kann ein Motorstrom, der einem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, auf Basis von, z.B., einer Leistungsgeschichte für die tatsächliche Bearbeitung durch eine Werkzeugmaschine oder einer Simulation, die eine Analyse eines Bearbeitungsprogramms verwendet, vorab erhalten werden und von der Eingabeeinheit 21 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben werden.
Erstes beispielhaftes Verfahren
Nachstehend wird ein erstes beispielhaftes Verfahren zur Schätzung eines Temperaturanstiegsprofils für die Wicklungen 12 unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 in der Motorsteuervorrichtung 1, die als 1 veranschaulicht ist, beschrieben werden. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das das erste beispielhafte Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Zuerst bringt der Betreiber der Maschine 2 den Motor 11 an der Maschine 2 an. Zu dieser Zeit wurde noch keinerlei Objekt mit der Drehwelle des Motors 11 verbunden. In diesem Zustand gibt die Befehlseinheit 15 (1) einen Geschwindigkeitsbefehl an die Motorantriebseinheit 16 aus, damit sich der Motor 11 mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit dreht. Die Motorantriebseinheit 16 (1) lässt den Motor 11 mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit leer laufen, während sie auf den durch den Codierer 14 detektierten Wert Bezug nimmt (Schritt S11 in 2). Die „vorherbestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit“ ist wünschenswerterweise der maximalen Umdrehungsgeschwindigkeit gleich, kann aber geringer als diese sein.
Die Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur (1) erzeugt ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil, indem sie die Temperaturen der Wicklungen 12, die durch den Temperatursensor 13 detektiert werden, mit jeder vorherbestimmten Zeit sequentiell aufzeichnet, bis die Temperatur der Wicklungen 12 zumindest eine Sättigungstemperatur erreicht. Andererseits erzeugt die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur (1) ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil, indem sie die Temperaturen der Wicklungen 12 des Motors 11, wenn der Motor 11 mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, mit jeder vorherbestimmten Zeit auf Basis des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung, der in dem oben genannten Ausdruck (1) gezeigt ist, sequentiell schätzt. Parameter (d.h., der „Motorstrom“ und die „vergangene Zeit“), die vorzugsweise in dem Ausdruck (1) für die Schätzung definiert sind, werden von der Befehlseinheit 15 und der Eingabeeinheit 21 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben. Zum Beispiel wird für den „Motorstrom“, der in dem Ausdruck (1) gezeigt ist, ein Befehlsstromwert, der erzeugt wird, wenn der Motor 11 mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, von der Befehlseinheit 15 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben. Die Zeit von dem Beginn der Messung der Temperatur der Wicklungen 12 durch den Temperatursensor 13, bis die Temperatur der Wicklungen 12 eine Sättigungstemperatur erreicht, entspricht der „vergangenen Zeit“ in dem Ausdruck (1).
Die Korrektureinheit 20 (1) vergleicht das tatsächliche Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das durch die Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur erhalten wurde, und das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das durch die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur erhalten wurde, miteinander (Schritt S12 in 2).
Schritt S12 wird nachstehend ausführlicher beschrieben werden. 3 ist ein Diagramm, das Einzelheiten von Schritt S12 erklärt und ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch eine durchgehenden Linie angegebene Kurve in 3) und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch eine gestrichelte Linie angegebene Kurve in 3) darstellt. Unter Bezugnahme auf 3 stellt die Abszisse eine vergangene Zeit (h) nach dem Beginn der Stromversorgung der Wicklungen dar, und stellt die Ordinate die Motorwicklungstemperatur (° C) dar.
Wie aus dem als 3 veranschaulichten Diagramm ersichtlich ist, ist eine Sättigungstemperatur P1 der Wicklungen 12 in dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil um α [° C] niedriger als eine Anstiegstemperatur P2 der Wicklungen 12 in dem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil. Die Zeit t2, zu der die Wicklungen 12 in dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil die Sättigungstemperatur P1 erreichen, tritt um β [h] später ein, als die Zeit t1, zu der die Wicklungen 12 in dem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil die Sättigungstemperatur P2 erreichen. Bei dem ersten beispielhaften Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch die gestrichelte Linie angegebene Kurve in 3) mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch die durchgehende Linie angegebene Kurve in 3) in Übereinstimmung gebracht. Dabei vergleicht die oben genannte Korrektureinheit 20 zuerst das wie in 3 veranschaulichte tatsächliche Wicklungstemperaturanstiegsprofil und das unter Verwendung von Ausdruck (1) erhaltene geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil miteinander, um die Werte für α und β, die oben genannt sind, zu erhalten.
Wenn α und β, die oben genannt sind, in dem Ausdruck (1) berücksichtigt werden und ein Korrekturkoeffizient 1, der die geschätzte Wicklungstemperatur an die tatsächliche Wicklungstemperatur angleicht, in den Ausdruck (1) eingebracht wird, kommt es zu $\begin{array}{l} [Anstieg der Temperatur der Motorwicklungen] - α = [(Anstieg der Temperatur zur Zeit \\ der Dauerleistun g) \times (Korrekturkoeffizient 1)] \times [(Motorstrom) 2] / [(Strom zur Zeit der \\ Dauerleistung) 2] \times ((1 - e (- [vergangene Zeit] / [thermische Zeitkonstante] - β)) \end{array}$
Dieser Ausdruck (2) wird in der Korrektureinheit 20 gespeichert und gehalten. Die anderen Werte als α und β in dem Ausdruck (2) wurden bereits bei der Erzeugung des geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofilsen (die durch eine gestrichelte Linie angegebene Kurve in 3) erhalten.
Die Korrektureinheit 20 gibt die erhaltenen Werte für α und β jeweils in die Glieder α und β in dem Ausdruck (2) ein und berechnet den Korrekturkoeffizienten 1 in dem Ausdruck (2), um die linke und die rechte Seite des Ausdrucks (2) gleich zu machen. Die Korrektureinheit 20 korrigiert den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (1) in der Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten 1 so, dass das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung gebracht wird (Schritt S13 in 2). Der korrigierte arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung ist gemäß $\begin{array}{l} [Anstieg der Temperatur der Motorwicklungen] = [(Anstieg der Temperatur zur Zeit der \\ Dauerleistung) \times (Korrekturkoeffizient 1)] \times [(Motorstrom) 2] / [(Strom zur Zeit der \\ Dauerleistung) 2] \times [vergangene Zeit] / [thermische Zeitkonstante])) \end{array}$
durch Multiplizieren der rechten Seite des oben genannten Ausdrucks (1) mit dem Korrekturkoeffizienten 1 gegeben.
Die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur schätzt die Temperatur der Wicklungen unter Verwendung des korrigierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (3)).
Wie oben beschrieben werden bei dem ersten beispielhafte Verfahren zuerst ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das von dem Temperatursensor 13 erhalten wird, wenn der tatsächlich an der Maschine 2 angebrachte Motor 11 mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das durch die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzt wird, wenn der Motor 11 gleichermaßen mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, miteinander verglichen. Auf Basis des Vergleichsergebnisses wird ein Korrekturkoeffizient für den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung, der das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung bringen kann, berechnet. Die Wicklungstemperatur wird unter Verwendung des mit dem Korrekturkoeffizienten multiplizierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung geschätzt. Daher ist es möglich, die Temperatur der Wicklungen 12 unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 genau zu schätzen. Genauer gesagt kann die Temperatur der Wicklungen 12 selbst bei einer Veränderung des Aufbaus der Maschine 2, die mit dem Motor 11 ausgestattet ist, wie oben erwähnt unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 genau geschätzt werden, wodurch eine solche Umschaltsteuerung zwischen der Motor-EIN-Zeit und der Motor-AUS-Zeit gestattet wird, dass ein Durchbrennen der Wicklungen 12 des Motors 11 verhindert wird.
Zweites beispielhaftes Verfahren
Nachstehend wird ein zweites beispielhaftes Verfahren zur Schätzung eines Temperaturanstiegsprofils für die Wicklungen 12 unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 in der Motorsteuervorrichtung 1, die als 1 veranschaulicht ist, beschrieben werden. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das das zweite beispielhafte Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Bei dem folgenden zweiten beispielhaften Verfahren wird der arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung für die Wicklungen 12 durch eine tatsächliche Verarbeitung auf Basis eines Verarbeitungsprogramms korrigiert, um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das durch das oben beschriebene erste beispielhafte Verfahren erhalten wurde, näher an das tatsächliche Wicklungstemperaturanstiegsprofil zu bringen.
Der Betreiber der Maschine bringt den Motor 11 an der Maschine 2 und ein Bearbeitungswerkzeug (nicht veranschaulicht) an der Drehwelle des Motors 11 an und fixiert ein Werkstück (nicht veranschaulicht), das durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden soll, an einem Betriebstisch für die Maschine 2. In einem solchen Zustand gibt zuerst die Befehlseinheit 15 (1) einen vorherbestimmten Befehl an die Motorantriebseinheit 16 aus, um den Motor 1 so anzutreiben, dass das Werkstück auf Basis eines Bearbeitungsprogramms, das vorab unter Verwendung einer Ablaufprogrammierung erzeugt wurde, tatsächlich bearbeitet wird (Schritt S21 in 4). Dabei wird der Motor 11 vorzugsweise angetrieben, während ein Kühlmittel wie etwa ein Schneidfluid zu dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück geliefert wird.
Die Einheit 19 zur Aufzeichnung der Wicklungstemperatur (1) erzeugt erneut durch sequentielles Aufzeichnen der durch den Temperatursensor 13 detektierten Temperaturen der Wicklungen 12 mit jeder vorherbestimmten Zeit bis zu dem Ende des Bearbeitungsprogramms (d.h., dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus) ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil. Die Korrektureinheit 20 (1) vergleicht das tatsächliche Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das erhalten wird, wenn das Werkstück auf Basis des Bearbeitungsprogramms bearbeitet wird, und das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das unter Verwendung des durch Schritt S11 bis S13 (siehe 2) bei dem oben beschriebenen ersten beispielhaften Verfahren korrigierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (3)) erhalten wird, miteinander (Schritt S22 in 4).
Schritt S22 wird nachstehend ausführlicher beschrieben werden. 5 ist ein Diagramm zur Erklärung von Einzelheiten von Schritt S22 und stellt ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch eine durchgehende Linie angegebene Kurve in 5) und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch eine gestrichelte Linie angegeben Kurve in 5) dar. Unter Bezugnahme auf 5 stellt die Abszisse eine vergangene Zeit (h) nach dem Beginn der Stromversorgung der Wicklungen dar, und stellt die Ordinate die Motorwicklungstemperatur (° C) dar.
Wie aus dem als 5 veranschaulichten Diagramm ersichtlich ist, ist während der Zeit des Betriebs der Maschine für einen Zyklus (d.h., während eines Zyklus des Bearbeitungsprogramms) eine Höchsttemperatur P3 des tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofilsen um γ [° C] niedriger als eine Höchsttemperatur P4 des geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofilsen, das unter Verwendung des korrigierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung geschätzt wird. Bei dem zweiten beispielhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch die gestrichelte Linie angegebene Kurve in 5) mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch die durchgehende Linie angegebene Kurve in 5) in Übereinstimmung gebracht. Dabei vergleicht die oben genannte Korrektureinheit 20 zuerst das tatsächliche Wicklungstemperaturanstiegsprofil, wie es in 5 veranschaulicht ist, und das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (3) erhalten wird, miteinander, um den Wert des oben genannten γ zu erhalten.
Wenn das oben genannte γ in dem oben genannten Ausdruck (3) berücksichtigt wird und ein Korrekturkoeffizient 2, der die geschätzte Wicklungstemperatur an die tatsächliche Wicklungstemperatur angleicht, in den Ausdruck(3) eingebracht wird, kommt es zu $\begin{array}{l} [Anstieg der Temperatur der Motorwicklungen] - γ = [(Anstieg der Temperatur zur Zeit \\ der Dauerleistung) \times (Korrekturkoeffizient 1)] \times (Korrekturkoeffizient 2) \times \\ [(M otorstrom) 2] / [(Strom zu Zeit Dauerleistung) 2] \times (1 - e (- [vergangene Zeit] / \\ [thermische Zeitkonstante])) \end{array}$
Dieser Ausdruck (4) wird ebenfalls in der Korrektureinheit gespeichert und gehalten. Die anderen Werte als γ und der Korrekturkoeffizient 2 in dem Ausdruck (4) wurden der Korrektureinheit 20 bereits während der Prozesse der Schritte S11 bis S13 bei dem oben genannten ersten beispielhaften Verfahren gegeben.
Die Korrektureinheit 20 gibt den erhaltenen Wert von γ in das Glied γ in dem Ausdruck (4) ein und berechnet den Korrekturkoeffizienten 2 in dem Ausdruck (4), um die linke und die rechte Seite des Ausdrucks (4) gleich zu machen. Die Korrektureinheit 20 korrigiert den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (1)) in der Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur unter Verwendung des berechneten Korrekturkoeffizienten 2, um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (3) geschätzt wird, mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung zu bringen (Schritt S23 in 4). Mit anderen Worten ist der korrigierte arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung gemäß $\begin{array}{l} [Anstieg der Temperatur der Motorwicklungen] - γ = [(Anstieg der Temperatur zur Zeit \\ der Dauerleistung) \times (Korrekturkoeffizient 1)] \times (Korrekturkoeffizient 2) \times [(M otorstrom) 2] / \\ [(Strom zu Zeit Dauerleistung) 2] \times (1 - e (- [vergangene Zeit] / [hermische \\ [Zeitkonstante]])) \end{array}$
durch Multiplizieren der rechten Seite des oben genannten Ausdrucks (1) mit den Korrekturkoeffizienten 1 und 2 gegeben.
Die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur schätzt die Temperatur der Wicklungen 12 unter Verwendung des korrigierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (5)).
Wie oben beschrieben wird bei dem zweiten beispielhaften Verfahren der arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Berücksichtigung von Temperaturabfällen des Motors 11 und der Wicklungen 12 aufgrund von Faktoren, die z.B. mit einem Kühlmittel, einem Werkstück (einem zu bearbeitenden Objekt) und einem Bearbeitungswerkzeug bei dem Betrieb der Maschine verbunden sind, korrigiert. Mit anderen Worten korrigiert die Korrektureinheit 20 den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Berücksichtigung des Ausmaßes des Temperaturabfalls aufgrund von Kühlungsfaktoren beim Betrieb der Maschine. Es ist daher möglich, die Temperatur der Wicklungen 12 bei dem zweiten beispielhaften Verfahren genauer als bei dem oben genannten ersten beispielhaften Verfahren zu schätzen.
Bei dem zweiten beispielhaften Verfahren werden zuerst ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das erhalten wird, wenn das Werkstück auf Basis des Bearbeitungsprogramms bearbeitet wird, und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (3)), der unter Verwendung des oben genannten ersten beispielhaften Verfahrens korrigiert wurde, geschätzt wird, miteinander verglichen. Auf Basis des Vergleichsergebnisses wird ein Korrekturkoeffizient 2 für den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung, der die geschätzte Wicklungstemperatur näher an die tatsächliche Wicklungstemperatur bringt, berechnet. Auf die vorliegende Erfindung kann jedoch auch ein anderes Verfahren angewendet werden. Mit anderen Worten wird ein Bearbeitungswerkzeug (nicht veranschaulicht) an der Drehwelle des Motors 11 angebracht, ein Werkstück (nicht veranschaulicht), das durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden soll, an einem Betriebstisch für die Maschine fixiert, und ein Kühlmittel zu dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug geliefert. In einem solchen Zustand können die Schritte S11 und S12 bei dem oben genannten ersten beispielhaften Verfahren sequentiell ausgeführt werden, ohne das Werkstück zu bearbeiten, um die Glieder α und β des oben genannten Ausdrucks (2) zu erhalten, um den Korrekturkoeffizienten 1 für den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung zu berechnen.
Drittes beispielhaftes Verfahren
Nachstehend wird ein Verfahren zur Berechnung einer zulässigen Einschaltdauer für die Maschine, das bei der als 1 veranschaulichten Motorsteuervorrichtung 1 verwendet wird, um ein Temperaturanstiegsprofil für die Wicklungen 12 unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine 2 zu schätzen und eine Kombination (d.h. die zulässige Einschaltdauer) aus der Motor-EIN-Zeit und der Motor-AUS-Zeit, bei der die Temperatur der Wicklungen 12 bei Wiederholungen von Betrieben der Maschine für einen Zyklus unter einem Alarmniveau behalten wird, zu berechnen, als drittes beispielhaftes Verfahren beschrieben werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein drittes beispielhaftes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Schritte S31 bis S33 der als 6 veranschaulichten Schritte S31 bis S38 sind die gleichen wie die Schritte S11 bis S13 (siehe 2) bei dem oben genannten ersten beispielhaften Verfahren, und die Schritte S34 bis S36 der Schritte S31 bis S38 sind die gleichen wie die Schritte S21 bis S23 (siehe 4) bei dem oben genannten zweiten beispielhaften Verfahren. Daher werden nachstehend nur die Schritte S37 und S38 beschrieben werden.
Nach dem Ende der Schritte S31 bis S36, die als 6 veranschaulicht sind, sind der Korrekturkoeffizient 1 für den oben genannten Ausdruck (2) und der Korrekturkoeffizient 2 für den oben genannten Ausdruck (4) berechnet, um die rechte Seite des oben genannten Ausdrucks (1) mit den Korrekturkoeffizienten 1 und 2 zu multiplizieren, wodurch der arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannte Ausdruck (5)) erhalten wird. Die Verwendung des erhaltenen arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung gestattet eine genaue Schätzung der Temperatur der Wicklungen 12 unter Berücksichtigung des tatsächlichen Bearbeitungszustands der Maschine 2.
Um eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine, bei der die Temperatur der Wicklungen 12 bei Wiederholungen des Betriebs der Maschine für einen Zyklus unter einem Alarmniveau behalten wird, zu erhalten, kann es ratsam sein, die Temperatur der Wicklungen 12 des Motors 11 während eines Betriebs der Maschine für einen Zyklus zu schätzen. Diese Schätzung kann vorzugsweise den Wert jedes Parameters in dem arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung, der durch den oben genannten Ausdruck (5) gezeigt ist, einbeziehen. Der Wert jedes anderen Parameters als des „Motorstroms“ und der „vergangenen Zeit“ in dem Ausdruck (5) wurde der Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur bereits von der Befehlseinheit 15 oder der Eingabeeinheit 21 gegeben.
Vorzugsweise können ein Motorstromwert (Höchstwert), der einem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, und eine Betriebszeit während eines Zyklus der Maschine (d.h., eine Motor-EIN-Zeit) erhalten werden. Bei dem dritten beispielhaften Verfahren erhält der Betreiber der Maschine vorab auf Basis von, z.B. einer Leistungsgeschichte für die tatsächliche Bearbeitung durch eine Werkzeugmaschine oder einer Simulation, die eine Analyse eines Bearbeitungsprogramms verwendet, einen Motorstrom und eine Motor-EIN-Zeit, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen, und gibt er den Motorstromwert und die Motor-EIN-Zeit, die erhalten wurden, von der Eingabeeinheit 21 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur ein. Natürlich können ein solcher Motorstrom und eine solche Motor-EIN-Zeit durch einen Computer (nicht veranschaulicht) in der Befehlseinheit 15 der Motorsteuervorrichtung auf Basis des Bearbeitungsprogramms erhalten werden und von der Befehlseinheit 15 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben werden.
Wenn der Motorstromwert und die Motor-EIN-Zeit, die oben genannt sind, von der Eingabeeinheit 21 oder der Befehlseinheit 15 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben werden, schätzt die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung, der durch den oben genannten Ausdruck (5) gezeigt ist, die Temperatur der Wicklungen 12 während eines Betriebs der Maschine für einen Zyklus (Schritt S37 in 6).
Die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer (1) berechnet auf Basis des Ausmaßes des Anstiegs der Temperatur der Wicklungen 12 während eines Betriebs der Maschine für einen Zyklus eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine (Schritt S38 in 6).
Schritt S38 wird nachstehend ausführlicher beschrieben werden. 7 ist ein Diagramm zur Erklärung von Einzelheiten des als 6 veranschaulichten Schritts S38 und stellt eine zulässige Einschaltdauer (Bezugssymbole T in 7) für die Maschine, bei der die Wicklungstemperatur unter einem Alarmniveau behalten wird, und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil (die durch die durchgehende Linie angegebene Kurve in 7), das der zulässigen Einschaltdauer entspricht, dar.
Wie aus dem als 7 veranschaulichten Diagramm ersichtlich ist, ist die Temperatur, bei der die Wicklungen 12 nicht durchbrennen, in einer Werkzeugmaschine im Voraus als Alarmniveau (vorherbestimmte Einstelltemperatur P5) festgelegt. Eine Motor-AUS-Zeit (siehe die Bezugssymbole B in 7), die zwischen die Betriebe der Maschine für einen Zyklus (siehe die Bezugssymbole A in 7) eingefügt werden soll, wird erhalten, damit der Höchstwert der in Schritt S37 geschätzten Wicklungstemperatur bei Wiederholungen des Betriebs der Maschinen für einen Zyklus unter dem Alarmniveau behalten wird.
Mit anderen Worten erreichen die Wicklungen 12 bei einer fortlaufenden Versorgung der Wicklungen 12 des Motors 11 mit Strom eine Sättigungstemperatur und erleiden sie ein Überhitzen und ein Durchbrennen. Dies bedeutet, dass vorzugsweise ein Alarmniveau festgelegt sein kann, um ein Durchbrennen der Wicklungen 12 zu verhindern. Wenn bei Wiederholungen des Betriebs der Maschine für einen Zyklus nach einer Motor-EIN-Zeit, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, keine Motor-AUS-Zeit festgelegt ist, wird natürlich weiterhin Strom zu den Wicklungen 12 des Motors 11 geliefert, so dass die geschätzte Temperatur der Wicklungen das Alarmniveau übersteigen kann. Wenn andererseits eine Motor-AUS-Zeit festgelegt ist, kann Zeit, während der kein Strom zu den Wicklungen 12 des Motors 11 geliefert wird, erübrigt werden, so dass die Temperatur der Wicklungen 12 während der Motor-AUS-Zeit sinkt. Bei der vorliegenden Erfindung wird daher eine kürzeste Motor-AUS-Zeit erhalten, bei der die geschätzte Temperatur der Wicklungen 12 während Wiederholungen des Betriebs der Maschine für einen Zyklus unter dem Alarmniveau behalten wird. Alle Betriebszeiten für einen Zyklus (Bezugssymbole A in 7) sind gleich, und alle Motor-AUS-Zeiten (Bezugssymbole B in 7) sind ebenfalls gleich.
Für den Erhalt der kürzesten Motor-AUS-Zeit soll zum Beispiel Δt1 das Ausmaß des Anstiegs der Temperatur der Wicklungen 12, das einem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, sein, Δt2 das Ausmaß des Temperaturabfalls der Wicklungen 12, das der Motor-AUS-Zeit entspricht, sein, und N die Anzahl der Wiederholungen des Betriebs der Maschine für einen Zyklus sein. Dann wird das Produkt des mit der Anzahl der Wiederholungen N multiplizierten Werts, der durch Subtrahieren des Ausmaßes des Temperaturabfalls Δt2 der Wicklungen 12 von dem Ausmaß des Anstiegs der Temperatur Δt1 der Wicklungen 12 erhalten wird, unter zumindest dem Alarmniveau P5 behalten.
Mit anderen Worten wird eine Motor-AUS-Zeit erhalten, die die folgende Bedingung erfüllt: $P5 > (Δ t1 - Δ t2) \times N$
Das Ausmaß des Anstiegs der Temperatur Δt1 der Wicklungen 12, das dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, wurde in dem oben genannten Schritt S37 erhalten. Was die Anzahl der Wiederholungen N betrifft, genügt es, die Anzahl der Wiederholungen N auf Basis von, z.B., dem Bearbeitungsprogramm durch den Betreiber der Maschine in die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer einzugeben. Das Subtrahieren einer vorherbestimmten Temperatur Tm für den Wert der linken Seite des oben genannten Ausdrucks (6) ergibt einen geschätzten Wert, um den Wert der rechten Seite des genannten Ausdrucks (6) unter dem Alarmniveau P5 zu behalten. Der Wert für Δt2 wird so berechnet, dass der geschätzte Wert dem Wert der rechten Seite des oben genannten Ausdrucks (6) gleich ist. Mit anderen Worten wird der Wert für Δt2 durch $P5 - Tm = (Δ t1 - Δ t2) \times N$
berechnet.
Die Motor-AUS-Zeit wird durch Multiplizieren des Ausmaßes des Temperaturabfalls Δt2, das der Motor-AUS-Zeit entspricht, mit der thermischen Zeitkonstanten der Wicklungen 12 erhalten.
Gemäß der obigen Beschreibung berechnet die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer bei Erhalt des Ausmaßes des Anstiegs der Temperatur Δt1 der Wicklungen 12 in Schritt S37 das Ausmaß des Temperaturabfalls Δt2 der Wicklungen 12 unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (7). Mit anderen Worten ergibt das Einsetzen der Werte des Ausmaßes des Anstiegs der Temperatur Δt1, des Alarmniveaus P5, der vorherbestimmten Temperatur Tm, und der Anzahl der Wiederholungen N in den oben genannten Ausdruck (7) ein Ausmaß des Temperaturabfalls Δt2. Die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer multipliziert ferner das berechnete Ausmaß des Temperaturabfalls Δt2 mit der vorab erhaltenen thermischen Zeitkonstanten der Wicklungen 12, um die Zeit, die nötig ist, um das Ausmaß des Temperaturabfalls Δt2 zu erzeugen, zu berechnen. Die so berechnete Zeit ist als Motor-AUS-Zeit definiert.
Die Einheit 18 zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer addiert die erhaltene Motor-AUS-Zeit zu der Motor-EIN-Zeit, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, um eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine zu berechnen. Die Motor-EIN-Zeit, die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entspricht, wurde bereits von der Eingabeeinheit 21 in die Einheit 17 zur Schätzung der Wicklungstemperatur eingegeben.
Wie oben beschrieben gestattet das dritte beispielhafte Verfahren eine leistungsfähige, genaue Schätzung der Wicklungstemperatur unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine, und erbringt es unter Verwendung des geschätzten Werts auch eine genaue zulässige Einschaltdauer für die Maschine.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der oben genannte Ausdruck (2) oder (4) als beispielhafter Ausdruck zum Erhalt eines Korrekturkoeffizienten zur Korrektur des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung (der oben genannten Ausdruck (1)) der Wicklungen herangezogen. Doch die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese arithmetischen Ausdrücke beschränkt.
Obwohl oben eine typische Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt; diese kann im Hinblick auf die Form, den Aufbau und die Materialien verschiedenartig abgeändert werden, ohne von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN GEMÄß DEN GESICHTSPUNKTEN DER ERFINDUNG
Nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung vergleicht eine Korrektureinheit, die in einer Motorsteuervorrichtung bereitgestellt ist, ein tatsächliches Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch einen Temperatursensor gemessene Temperatur der Wicklungen, wenn ein an einer Maschine angebrachter Motor mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, darstellt, und ein geschätztes Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die im gleichen Zustand wie bei der Messung durch eine Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzte Temperatur der Wicklungen darstellt, miteinander. Die Korrektureinheit berechnet auf Basis des Vergleichsergebnisses einen Korrekturkoeffizienten für einen arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung, der das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung bringt. Die Wicklungstemperatur wird unter Verwendung des mit dem Korrekturkoeffizienten multiplizierten arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung geschätzt. Da der arithmetische Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung auf diese Weise korrigiert wird, während der Motor an der Maschine angebracht ist, kann die Temperatur der Wicklungen unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Maschine genau geschätzt werden.
Nach dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es das Korrigieren des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung unter Berücksichtigung des Ausmaßes des Temperaturabfalls aufgrund von Kühlungsfaktoren beim Betrieb der Maschine, die Temperatur der Wicklungen, die durch die Einheit zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzt wird, näher als bei dem oben genannten ersten Gesichtspunkt an eine tatsächliche Wicklungstemperatur in der Maschine zu bringen.
Nach dem dritten bis fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel bei einer Wiederholung von Betrieben der Maschine für einen Zyklus bei einer tatsächlichen Bearbeitung durch eine Bearbeitungsmaschine die Temperatur der Wicklungen leistungsfähig und genau geschätzt werden, um einen geschätzten Wert zu erhalten, der wiederum eine genaue zulässige Einschaltdauer für die Maschine (d.h., eine Kombination der Motor-EIN-Zeit und der anschließenden Motor-AUS-Zeit) ergibt, um ein Überhitzen und ein Durchbrennen der Wicklungen zu verhindern.

Claims

Motorsteuervorrichtung (1) zur Steuerung eines Motors (11), der eine Maschine betätigt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur, die eine Temperatur einer Wicklung (12) des Motors (11) gemäß einem arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung zur Berechnung der Temperatur der Wicklung (12) unter Verwendung eines an die Wicklung (12) angelegten Stromwerts schätzt; einen Temperatursensor (13), der an der Wicklung (12) angebracht ist; und eine Korrektureinheit (20), die auf Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch die Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur in Zeiträumen nach Beginn der Stromversorgung der Wicklung (12) geschätzte Temperatur der Wicklung (12) darstellt, und einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch den Temperatursensor (13) in Zeiträumen nach Beginn der Stromversorgung der Wicklung (12) gemessene Temperatur der Wicklung (12) darstellt, wenn der an der Maschine angebrachte Motor (11) mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, einen Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Temperatur der Wicklung (12), um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung zu bringen, berechnet, und den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert, wobei die Motorsteuervorrichtung (1) ausgelegt ist, um zwischen Motor-EIN-Zeit und Motor-AUS-Zeit gemäß dem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil umzuschalten, um ein Durchbrennen der Wicklungen (12) des Motors (11) zu verhindern.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Korrektureinheit (20) den arithmetischen Ausdruck der Temperaturanstiegsschätzung unter Berücksichtigung eines Ausmaßes des Temperaturabfalls aufgrund eines Kühlungsfaktors beim Betrieb der Maschine korrigiert.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur die Temperatur der Wicklung (12) unter Verwendung einer EIN-Zeit und eines Stromwerts des Motors (11), die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen, schätzt.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Einheit (18) zur Berechnung der zulässigen Einschaltdauer, die auf Basis der geschätzten Temperatur der Wicklung (12) eine zulässige Einschaltdauer für die Maschine berechnet, bei der die Temperatur der Wicklung (12), welche durch die Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzt wird, unter einem Temperaturschutzniveau für den Motor behalten wird.
Verfahren zur Berechnung einer zulässigen Einschaltdauer für eine Maschine, das durch eine Motorsteuervorrichtung ausgeführt wird, die eine Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur, die auf Basis eines arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung zur Berechnung der Temperatur einer Wicklung (12) eines die Maschine betätigenden Motors (11) unter Verwendung eines an die Wicklung (12) angelegten Stromwerts eine Wicklungstemperatur schätzt, und einen an der Wicklung (12) angebrachten Temperatursensor (13) aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Berechnen eines Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Temperatur der Wicklung (12) auf Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil (12), das die durch die Einheit (17) zur Schätzung der Wicklungstemperatur geschätzte Temperatur der Wicklung darstellt, und einem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil, das die durch den Temperatursensor (13) gemessene Temperatur der Wicklung (12) darstellt, wenn der an der Maschine angebrachte Motor (11) mit einer vorherbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht wird, um das geschätzte Wicklungstemperaturanstiegsprofil mit dem tatsächlichen Wicklungstemperaturanstiegsprofil in Übereinstimmung zu bringen, und Korrigieren des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten; Schätzen der Temperatur der Wicklung (12) auf Basis einer EIN-Zeit und eines Stromwerts des Motors (11), die dem Betrieb der Maschine für einen Zyklus entsprechen, durch die Einheit (17) zur Schätzung des Temperaturanstiegs unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks der Temperaturanstiegsschätzung mit dem korrigierten Korrekturkoeffizienten; Berechnen einer zulässigen Einschaltdauer für die Maschine, bei der die geschätzte Temperatur der Wicklung (12) unter einem Temperaturschutzniveau für den Motor behalten wird; und Umschalten zwischen Motor-EIN-Zeit und Motor-AUS-Zeit gemäß dem geschätzten Wicklungstemperaturanstiegsprofil, um ein Durchbrennen der Wicklungen (12) des Motors (11) zu verhindern.