JP5628994B2 - モータがオーバーヒート温度に達するまでの時間を推定する時間推定手段を有する工作機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置に関する。

工作機械の主軸で切削加工を行う場合、通常は、主軸を駆動するモータを連続定格負荷以下で使用する。連続定格負荷は、その負荷以下で使用している限りは、無限時間その負荷をかけ続けてもオーバーヒートにはならないレベルである。

しかしながら、重切削を行う場合や、あるいは、短い時間負荷を増やして加工時間の短縮を行いたい場合には、連続定格負荷を越える負荷をかけてモータを回転させる場合がある。

一般に、連続定格負荷を越える切削に対しては、モータ毎に「負荷ｎ％の切削だとオーバーヒートまで何分切削可能か」がわかるような許容負荷特性を示す図が規定されており、オペレータは、その情報からおおよその目安を付けて切削加工を行っている。許容負荷特性図では負荷に応じた切削可能時間が規定されており、許容負荷特性図を参照すればある負荷をどれくらいの時間モータに与え続けるとモータがオーバーヒートしてしまうかが分かる。

図９は、モータの許容負荷特性の一例を示す図である。図９において、横軸はモータ回転数を示し、縦軸はモータにかかる負荷を示す。負荷が１００％のときが連続定格負荷を示し、この場合は無限時間その負荷をかけ続けてもモータはオーバーヒートしない。図９に示す例では、低速回転領域で２００％負荷は１０分サイクルにおいて２．５分間の切削なら可能な負荷として示されており、２３０％負荷は１０分サイクルにおいて１分間の切削なら可能な負荷として示されている。

連続定格負荷を越える負荷をかけてモータを回転させると、モータは許容発熱量を超える発熱をして故障する可能性がある。

このような問題に対応するために、例えば、早送り時および切削送り時のモータ発熱量予想値から、プログラム全体の発熱量を推定し、許容発熱量以下になるよう、時定数を変化させる制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また例えば、モータに発生している損失（銅損および鉄損）を求め、定格損失からその損失を差し引いた分をモータで消費可能な損失であるとみなして、それに応じたｄ軸電流を流すことでモータの過負荷を防止する方法が提案されている（（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０００−２７１８３６号公報 国際公開第２００５／０９３９４２号

一般にモータ毎に許容負荷特性は異なるが、オペレータは、切削作業を行う時に、常に許容負荷特性図を参照しながら作業を行うことは非効率的であり、通常は行われない。そのため、オペレータの経験や勘で、加工を行っているのが一般的である。例えば、モータがオーバーヒートしないようモータが本来有する性能よりもかなり余裕をもってモータを駆動することがあるが、このような駆動方法は効率的ではない。また例えば、オペレータが勘に頼って加工を行った結果、過負荷になりオーバーヒートを発生させて加工が中断してしまう場合があった。

例えば、上述の特許文献１（特開２０００−２７１８３６号公報）に記載された発明では、モータの発熱の推定は行っているものの、モータがオーバーヒートするまであとどれぐらいの時間加工ができるかについては知ることができない。

例えば、上述の特許文献２（国際公開第２００５／０９３９４２号公報）に記載された発明では、鉄損も含めた損失の見積もりを行っているものの、モータがオーバーヒートするまであとどれぐらいの時間加工ができるかについては知ることができない。

連続定格負荷を越える負荷で加工を行うことがある場合には、現在の過負荷をモータにかけ続けたらどれぐらいの時間その加工が継続可能かを知ることができれば、モータがオーバーヒートせずにモータの性能を十分に生かすようモータを利用することが可能である。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、モータに負荷をかけて駆動した場合にオーバーヒート温度に達するまでの時間を容易に推定することができる工作機械の制御装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置は、モータを駆動する電流を検出する電流検出手段と、モータについて規定されたオーバーヒート温度が記憶された記憶手段と、モータの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された温度とオーバーヒート温度とを用いて、電流検出手段が検出した電流がモータを流れ続けた場合における、現在からモータがオーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する時間推定手段と、時間推定手段により推定された時間を提供する提供手段と、を備える。

上述の第１の態様によれば、工作機械の制御装置は、電流検出手段が検出した電流がモータを流れ続けた場合に生じるモータの銅損による温度上昇値を推定する温度上昇値推定手段を備え、時間推定手段は、温度検出手段により検出された温度とオーバーヒート温度と前記銅損による温度上昇値とを用いて、時間を推定する。

また、上述の第１の態様によれば、工作機械の制御装置は、モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えてもよく、この場合、温度上昇値推定手段は、銅損による温度上昇値と、回転数検出手段により検出された回転数でモータが回転し続けた場合に生じるモータの鉄損による温度上昇値と、を推定し、時間推定手段は、温度検出手段により検出された温度とオーバーヒート温度と銅損による温度上昇値と鉄損による温度上昇値とを用いて、回転数検出手段により検出された回転数でモータが回転し続け、かつ電流検出手段が検出した電流がモータを流れ続けた場合における、現在からモータがオーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する。

また、本発明の第２の態様によれば、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置は、モータを駆動する電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が検出した電流がモータを流れ続けた場合に生じるモータの銅損による温度上昇値を推定する温度上昇値推定手段と、モータについて規定されたオーバーヒート温度が記憶された記憶手段と、銅損による温度上昇値とオーバーヒート温度とを用いて、銅損による温度上昇値の推定に用いた電流がモータを流れ続けた場合における、現在からモータがオーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する時間推定手段と、時間推定手段により推定された時間を提供する提供手段と、を備える。

また、上述の第２の態様によれば、工作機械の制御装置は、モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えてもよく、この場合、温度上昇値推定手段は、銅損による温度上昇値と、回転数検出手段により検出された回転数でモータが回転し続けた場合に生じるモータの鉄損による温度上昇値と、を推定し、時間推定手段は、銅損による温度上昇値と前記鉄損による温度上昇値とオーバーヒート温度とを用いて、回転数検出手段により検出された回転数でモータが回転し続け、かつ銅損による温度上昇値の推定に用いた電流がモータを流れ続けた場合における、現在からモータがオーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する。

また、上述の第１および第２の態様によれば、提供手段は、工作機械の数値制御装置に設けられた表示器であってもよい。

また、上述の第１および第２の態様によれば、提供手段は、前記工作機械の数値制御装置の外部に接続された表示器であってもよい。

本発明によれば、モータに負荷をかけて駆動した場合にオーバーヒート温度に達するまでの時間を容易に推定することができる工作機械の制御装置を実現することができる。従って、連続定格負荷を越える負荷で加工を行うことがある場合には、現在の過負荷をモータにかけ続けたらどれぐらいの時間その加工が継続可能かを知ることができるので、モータがオーバーヒートせずにモータの性能を十分に生かすようモータを利用することができる。

本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。 本発明の第４の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 モータの許容負荷特性の一例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

本発明の第１の実施例によれば、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置１は、電流検出手段１１と、記憶手段１２と、温度検出手段１３と、温度上昇値推定手段１４と、時間推定手段１５と、提供手段１６と、を備える。また、制御装置１は、モータ２を駆動するための電流を供給するモータ制御部２０を備える。モータ制御部２０は、上位制御装置（図示せず）から受信したモータ駆動指令に基づき、交流側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータ２の駆動のための交流電力に変換してモータ２へ供給する。

電流検出手段１１は、モータ２を駆動する電流Ｉの値を検出する。

記憶手段１２は、モータ２について規定されたオーバーヒート温度Ｔａｌｍが予め記憶される。

温度検出手段１３は、モータ２の温度Ｔを検出する。

温度上昇値推定手段１４については後述する。

時間推定手段１５は、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと記憶手段１２に記憶されたオーバーヒート温度Ｔａｌｍとを用いて、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間を推定する。

提供手段１６は、時間推定手段１５により推定された時間を提供する。

次に、本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置１の動作原理について説明する。

モータ２の発熱は、モータ２を駆動する電流がモータ２の巻線を流れることによって銅線の巻線で消費される損失である銅損と、モータ２のコアに渦電流が流れることによって消費される損失である鉄損とによって生じる。モータ２を低速で駆動する場合は、モータ２の発熱は、鉄損より銅損の影響が支配的である。本発明の第１の実施例では、モータ２を低速で駆動する利用を想定し、鉄損を無視してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定する。

ある電流Ｉがモータ２を流れ続けたときに生じるモータ２の銅損による温度上昇値は電流Ｉの二乗に比例する。すなわち、モータ２における最終的な温度上昇値Ｔｃは式１で表される。

式１におけるＫ１は、モータ２にある一定電流を流したときの温度上昇値から逆算して予め求めておく。

モータ２の熱時定数をτ、サンプリングタイムをＴｓとしたとき、温度上昇値Ｔ（ｎ）は、式２に示す漸化式によって計算できる。

式２に示す漸化式を整理すると式３が得られる。

式３において、Ｔ（０）は、モータ２の温度上昇値Ｔ（ｎ）の初期値である。Ｔ（０）を規定することにより式３からモータ２の温度上昇値Ｔ（ｎ）を推定することができる。

式３をさらに変形すると式４が得られる。

ここで、検出された温度Ｔからの上昇分としてオーバーヒート温度を表してこれをＴａｌｍとしたとき、ある時点における温度上昇初期値Ｔ（０）が分かれば、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」は式５のように表せる。

本発明の第１の実施例では、温度Ｔについては温度検出手段１３で検出し、モータ２に流れる電流Ｉについては電流検出手段１１で検出する。

また、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃは、温度上昇値推定手段１４により式１に基づいて推定される。

また、特に本発明の第１の実施例では、ある時点の温度上昇初期値Ｔ（０）として、温度検出手段１３により検出されたモータ２近傍の温度Ｔとモータ２を有する工作機械の周囲温度との差を用いる。

そして、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃと、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差である温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式５に基づき、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。すなわち、本発明の第１の実施例では、時間推定手段１５は、温度検出手段１３により検出された温度Ｔとオーバーヒート温度Ｔａｌｍと銅損による温度上昇値Ｔｃとを用いて、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。算出された時間「Ｔｓ×ｎ」は提供手段１６によって提供される。

図２は、本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、電流検出手段１１は、モータ２を駆動する電流Ｉの値を検出する。

次いで、ステップＳ１０２において、温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて推定する。

また、ステップＳ１０３では、温度検出手段１３は、モータ２の温度Ｔを検出する。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０３とについては実行処理の順番を入れ替えてもよい。

ステップＳ１０４では、温度上昇値推定手段１４は、ある時点の温度上昇初期値Ｔ（０）として、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差を計算する。

そして、ステップＳ１０５では、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃと、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差である温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式５に基づき、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。

ステップＳ１０６では、提供手段１６は、時間推定手段１５により算出された、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を提供する。

続いて、本発明の第２の実施例について説明する。本発明の第２の実施例では、モータ２を高速で駆動する利用を想定している。上述の第１の実施例は、モータ２を低速で駆動する利用を想定し、鉄損を無視してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定したが、本発明の第２の実施例では、モータ２を高速回転するので、銅損のみならず鉄損により生じる発熱を考慮してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定する。

図３は、本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。本発明の第２の実施例によれば、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置１は、電流検出手段１１と、記憶手段１２と、温度検出手段１３と、温度上昇値推定手段１４と、時間推定手段１５と、提供手段１６と、回転数検出手段１７と、を備える。また、制御装置１は、モータ制御部２０を備える。

電流検出手段１１、記憶手段１２、温度検出手段１３、提供手段１６およびモータ制御部２０は、図１を参照して説明した通りであるので、詳細な説明は省略する。

回転数検出手段１７は、モータ２の回転数を検出する。

温度上昇値推定手段１４は、上述の第１の実施例で説明した銅損による温度上昇値Ｔｃと、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続けた場合に生じるモータ２の鉄損による温度上昇値Ｔｉと、を推定する。

上述のように、モータ２が低速回転している時には、モータ２の損失は銅損によるものが支配的だが、モータ２が高速回転する場合には、鉄損の影響も大きくなる。本発明の第２の実施例では、モータ２を高速で駆動する利用を想定し、銅損および鉄損を考慮してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定する。

鉄損による温度上昇値Ｔｉを正確に見積もることは困難だが、例えば特許文献２に記載されているように、式６に従って鉄損による温度上昇値Ｔｉを推定する方法が経験的に知られている。

ここで、ｆ_Φは磁束の励磁周波数であり、すなわち「モータ２の回転速度×極対数÷６０」である。したがって、回転数検出手段１７により、モータ２の単位時間当たりの回転数が分かれば、モータ２の回転数が分かり、励磁周波数ｆ_Φが分かる。また、式６におけるＫ２は、モータ２を無負荷で回転させたときの温度上昇値から逆算して予め求めておく。

モータ２の熱時定数をτ、サンプリングタイムをＴｓとしたとき、温度上昇値Ｔ（ｎ）は、式７に示す漸化式によって計算できる。

式７に示す漸化式を整理すると式８が得られる。

式８において、Ｔ（０）は、モータ２の温度上昇値Ｔ（ｎ）の初期値である。Ｔ（０）を規定することにより式８からモータ２の温度上昇値Ｔ（ｎ）を推定することができる。

式８をさらに変形すると式９が得られる。

ここで、検出された温度Ｔからの上昇分としてオーバーヒート温度を表してこれをＴａｌｍとしたとき、ある時点における温度上昇初期値Ｔ（０）が分かれば、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」は式１０から算出できる。

本発明の第２の実施例では、温度Ｔについては温度検出手段１３で検出し、モータ２に流れる電流Ｉについては電流検出手段１１で検出する。また、モータ２の回転数については回転数検出手段１７で検出する。

また、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃは、温度上昇値推定手段１４により式１に基づいて推定される。また、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続けた場合に生じるモータ２の鉄損による温度上昇値Ｔｉは、温度上昇値推定手段１４により式６に基づいて推定される。

また、特に本発明の第２の実施例では、ある時点の温度上昇初期値Ｔ（０）として、温度検出手段１３により検出されたモータ２近傍の温度Ｔとモータ２を有する工作機械の周囲温度との差を用いる。

そして、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉと、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差である温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式１０に基づき、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続け、かつ電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。すなわち、本発明の第２の実施例では、時間推定手段１５は、温度検出手段１３により検出された温度Ｔとオーバーヒート温度Ｔａｌｍと銅損による温度上昇値Ｔｃと鉄損による温度上昇値Ｔｉとを用いて、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。算出された時間「Ｔｓ×ｎ」は提供手段１６によって提供される。

図４は、本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、電流検出手段１１は、モータ２を駆動する電流Ｉの値を検出する。

また、ステップＳ２０２において、回転数検出手段１７は、モータ２の回転数を検出し、励磁周波数を取得する。

次いで、ステップＳ２０３において、温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて推定する。また、温度上昇値推定手段１４は、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続けた場合に生じるモータ２の鉄損による温度上昇値Ｔｉを、式６に基づいて推定する。

また、ステップＳ２０４では、温度検出手段１３は、モータ２の温度Ｔを検出する。なお、ステップＳ２０３とステップＳ２０４とについては実行処理の順番を入れ替えてもよい。

ステップＳ２０５では、温度上昇値推定手段１４は、ある時点の温度上昇初期値Ｔ（０）として、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差を計算する。

そして、ステップＳ２０６では、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉと、温度検出手段１３により検出された温度Ｔと周囲温度との差である温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式１０に基づき、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続け、かつ電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。

ステップＳ２０７では、提供手段１６は、時間推定手段１５により算出された、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を提供する。

続いて、本発明の第３の実施例について説明する。上述の第１の実施例は、モータ２を低速で駆動する利用を想定し、鉄損を無視してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を、温度検出手段１３により検出されたモータ２近傍の温度Ｔとモータ２を有する工作機械の周囲温度との差を温度上昇初期値Ｔ（０）として推定した。これに対し、本発明の第３の実施例では、工作機械の電源投入時の周囲温度の初期値を基準にして銅損による温度上昇値Ｔｃを随時算出し、これを式２に代入してＴ（ｎ）を随時計算する。このようにして計算されたＴ（ｎ）を温度上昇初期値Ｔ（０）に用いて、式５から、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を計算する。

図５は、本発明の第３の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。本発明の第３の実施例によれば、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置１は、電流検出手段１１と、記憶手段１２と、温度上昇値推定手段１４と、時間推定手段１５と、提供手段１６と、を備える。また、制御装置１は、モータ制御部２０を備える。

電流検出手段１１、記憶手段１２、提供手段１６およびモータ制御部２０は、図１を参照して説明した通りであるので、詳細な説明は省略する。

温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて、工作機械の電源投入時の周囲温度の初期値を基準にして随時算出し、さらにこれを式２に代入してＴ（ｎ）を随時計算する。このようにして計算されたＴ（ｎ）を温度上昇初期値Ｔ（０）として設定する。

そして、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃと、温度上昇値推定手段１４により計算された温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式５に基づき、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。すなわち、本発明の第３の実施例では、時間推定手段１５は、銅損による温度上昇値Ｔｃとオーバーヒート温度Ｔａｌｍとを用いて、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。算出された時間「Ｔｓ×ｎ」は提供手段１６によって提供される。

図６は、本発明の第３の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、電流検出手段１１は、モータ２を駆動する電流Ｉの値を検出する。

次いで、ステップＳ３０２において、温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて推定する。

次いで、ステップＳ３０３では、温度上昇値推定手段１４は、ステップＳ３０２で計算された銅損による温度上昇値Ｔｃを用いてＴ（ｎ）を計算し、このようにして計算されたＴ（ｎ）を温度上昇初期値Ｔ（０）として設定する。

そして、ステップＳ３０４では、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃと、温度上昇値推定手段１４により計算された温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式５に基づき、検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。

ステップＳ３０５では、提供手段１６は、時間推定手段１５により算出された、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を提供する。

続いて、本発明の第４の実施例について説明する。上述の第３の実施例は、モータ２を低速で駆動する利用を想定し、鉄損を無視してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定したが、本発明の第４の実施例では、モータ２を高速で駆動する利用を想定し、銅損のみならず鉄損により生じる発熱を考慮してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定する。

図７は、本発明の第４の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。本発明の第４の実施例によれば、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置１は、電流検出手段１１と、記憶手段１２と、温度上昇値推定手段１４と、時間推定手段１５と、提供手段１６と、回転数検出手段１７と、を備える。また、制御装置１は、モータ制御部２０を備える。

電流検出手段１１、記憶手段１２、提供手段１６およびモータ制御部２０は、図１を参照して説明した通りであり、また回転数検出手段１７については図３を参照して説明した通りであるので、詳細な説明は省略する。

上述のように、モータ２が低速回転している時には、モータ２の損失は銅損によるものが支配的だが、モータ２が高速回転する場合には、鉄損の影響も大きくなる。本発明の第４の実施例では、モータ２を高速で駆動する利用を想定し、銅損および鉄損を考慮してオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達するまでの時間を推定する。鉄損の算出については第２の実施例で説明した通りである。

温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて、工作機械の電源投入時の周囲温度の初期値を基準にして随時算出し、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続けた場合に生じるモータ２の鉄損による温度上昇値Ｔｉを、式６に基づいて随時算出する。これら算出された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉを式８に代入してＴ（ｎ）を随時計算する。このようにして計算されたＴ（ｎ）を温度上昇初期値Ｔ（０）として設定する。

そして、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉと、温度上昇値推定手段１４により計算された温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式１０に基づき、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続け、かつ電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。すなわち、本発明の第４の実施例では、時間推定手段１５は、銅損による温度上昇値Ｔｃと鉄損による温度上昇値Ｔｉとオーバーヒート温度Ｔａｌｍとを用いて、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。算出された時間「Ｔｓ×ｎ」は提供手段１６によって提供される。

図８は、本発明の第４の実施例による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ４０１において、電流検出手段１１は、モータ２を駆動する電流Ｉの値を検出する。

また、ステップＳ４０２において、回転数検出手段１７は、モータ２の回転数を検出し、励磁周波数を取得する。

次いで、ステップＳ４０３において、温度上昇値推定手段１４は、電流検出手段１１が検出した電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合に生じるモータ２の銅損による温度上昇値Ｔｃを、式１に基づいて推定する。また、温度上昇値推定手段１４は、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続けた場合に生じるモータ２の鉄損による温度上昇値Ｔｉを、式６に基づいて推定する。

次いで、ステップＳ４０４では、温度上昇値推定手段１４は、ステップＳ４０３で計算された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉを用いてＴ（ｎ）を計算し、このようにして計算されたＴ（ｎ）を温度上昇初期値Ｔ（０）として設定する。

そして、ステップＳ４０５では、時間推定手段１５は、記憶手段１２に予め記憶されたオーバーヒート温度（上昇分）Ｔａｌｍと、温度上昇値推定手段１４により推定された銅損による温度上昇値Ｔｃおよび鉄損による温度上昇値Ｔｉと、温度上昇値推定手段１４により計算された温度上昇初期値Ｔ（０）と、を用いて、式１０に基づき、回転数検出手段１７により検出された回転数でモータ２が回転し続け、かつ電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を算出する。

ステップＳ４０６では、提供手段１６は、時間推定手段１５により算出された、電流Ｉがモータ２を流れ続けた場合における、現在からモータ２がオーバーヒート温度Ｔａｌｍに達する時までの時間「Ｔｓ×ｎ」を提供する。

上述した第１〜第４の実施例における提供手段１６は、工作機械が有するモータ２を駆動制御するための数値制御装置（図示せず）に設けられた表示器で実現してもよく、またあるいは、工作機械の数値制御装置の外部に接続された表示器で実現してもよい。

本発明は、主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置に適用することができる。

１ 制御装置
１１ 電流検出手段
１２ 記憶手段
１３ 温度検出手段
１４ 温度上昇値推定手段
１５ 時間推定手段
１６ 提供手段
１７ 回転数検出手段
２０ モータ制御部

Claims (7)

1. 主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置であって、
   前記モータを駆動する電流を検出する電流検出手段と、
   前記モータについて規定されたオーバーヒート温度が記憶された記憶手段と、
   前記モータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度と前記オーバーヒート温度とを用いて、前記電流検出手段が検出した電流が前記モータを流れ続けた場合における、現在から前記モータが前記オーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する時間推定手段と、
   前記時間推定手段により推定された時間を提供する提供手段と、
   を備えることを特徴とする工作機械の制御装置。
2. 前記電流検出手段が検出した電流が前記モータを流れ続けた場合に生じる前記モータの銅損による温度上昇値を推定する温度上昇値推定手段を備え、
   前記時間推定手段は、前記温度検出手段により検出された温度と前記オーバーヒート温度と前記銅損による温度上昇値とを用いて、前記時間を推定する請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記温度上昇値推定手段は、前記銅損による温度上昇値と、前記回転数検出手段により検出された回転数で前記モータが回転し続けた場合に生じる前記モータの鉄損による温度上昇値と、を推定し、
   前記時間推定手段は、前記温度検出手段により検出された温度と前記オーバーヒート温度と前記銅損による温度上昇値と前記鉄損による温度上昇値とを用いて、前記回転数検出手段により検出された回転数で前記モータが回転し続け、かつ前記電流検出手段が検出した電流が前記モータを流れ続けた場合における、現在から前記モータが前記オーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する請求項２に記載の工作機械の制御装置。
4. 主軸を駆動するモータを有する工作機械の制御装置であって、
   前記モータを駆動する電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段が検出した電流が前記モータを流れ続けた場合に生じる前記モータの銅損による温度上昇値を推定する温度上昇値推定手段と、
   前記モータについて規定されたオーバーヒート温度が記憶された記憶手段と、
   前記銅損による温度上昇値と前記オーバーヒート温度とを用いて、前記銅損による温度上昇値の推定に用いた電流が前記モータを流れ続けた場合における、現在から前記モータが前記オーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する時間推定手段と、
   前記時間推定手段により推定された時間を提供する提供手段と、
   を備えることを特徴とする工作機械の制御装置。
5. 前記モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記温度上昇値推定手段は、前記銅損による温度上昇値と、前記回転数検出手段により検出された回転数で前記モータが回転し続けた場合に生じる前記モータの鉄損による温度上昇値と、を推定し、
   前記時間推定手段は、前記銅損による温度上昇値と前記鉄損による温度上昇値と前記オーバーヒート温度とを用いて、前記回転数検出手段により検出された回転数で前記モータが回転し続け、かつ前記銅損による温度上昇値の推定に用いた電流が前記モータを流れ続けた場合における、現在から前記モータが前記オーバーヒート温度に達する時までの時間を推定する請求項４に記載の工作機械の制御装置。
6. 前記提供手段は、前記工作機械の数値制御装置に設けられた表示器である請求項１〜５のいずれか一項に記載の工作機械の制御装置。
7. 前記提供手段は、前記工作機械の数値制御装置の外部に接続された表示器である請求項１〜５のいずれか一項に記載の工作機械の制御装置。

Images