JP7407030B2 - モータ制御装置及び監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視するモータ制御装置及び監視方法に関する。

従来、モータ駆動により同一パターンの動作を繰り返し運転する機械に対し、その負荷を監視する手法が知られている（例えば、特許文献１，２及び非特許文献１，２を参照）。

特許文献１の手法は、モータで発生している実トルクがその駆動トルクと慣性付加トルクの合計であることに着目したものであり、実トルクが許容範囲内にあるか否かを判定する。具体的には、この手法は、検出したモータ電流に基づいて駆動トルクを求め、駆動トルクのピーク値を複数回検出し、その平均値または最大値を実トルクとして、許容範囲内にあるか否か判定をするものである。

この手法を用いることにより、例えばモータによる粉砕の処理の可否を判断する場合、破砕状態によって変化する駆動トルクのバラツキが考慮されるから、粉砕処理の可否を確実に判断することができる。

また、特許文献２の手法は、インバータの寿命予測を、その定格電流及び出力電流から求めた負荷率、その定格使用周囲温度、及び実際の入気温度から判断するものである。

この手法を用いることにより、作業者は、運転中のインバータの状態が所定の寿命を満足する使用環境条件にあるか否かを、容易に判断することができる。

また、非特許文献１の手法は、モータのトルクを検出し、トルクの閾値処理により、機械劣化を判断するものである。また、非特許文献２の手法は、モータの回転軸、減速機等の負荷に異常が発生すると、その回転がスムーズではなくなり、電流波形にひずみが発生することに着目したものであり、モータ電流を検出し、その歪みを劣化度として計測する。

特開２０１２－４４７７１号公報 特開２００８－１７６０２号公報

"インバータから始めるＩｏＴ！～機械の故障予知～"、［online］、２０１７年８月８日、株式会社安川電機、［令和１年１２月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.e-mechatronics.com/mailmgzn/backnumber/201708/mame.html＞ "三相インダクションモータの状態を数値化"、［online］、２０１８年１１月１日、オムロン株式会社、［令和１年１２月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.fa.omron.co.jp/products/family/3686/＞

一般に、設備機械においては、長年の使用に伴う経年変化またはメンテナンス不足により、その摺動面が摩耗したり、給油配管が目詰まりして給油量が不足すると、モータ軸上から見た負荷トルクは徐々に増加する傾向にある。

インバータを用いてモータを可変速制御するモータ制御装置は、負荷トルクが徐々に増加したとしても、機械の位置または速度を所定の設定目標に追従させるための制御を自動的に行うため、外観上や制御装置側からの変化点は捉えにくい。また、負荷トルクが極端に大きく増加した場合には、モータ過熱を保護するために物理的または電子的に行うサーマル機能が作動し、モータを自動停止する。

しかしながら、負荷トルクが極端に大きく増加した状態を捉えることでモータを自動停止する機能では、機械に大きなダメージを与える可能性があり、その後の回復のために多くの時間を要することとなる。一般に、例えば機械への給油が不足したり、機械のベアリングが欠けたりすると、負荷トルクは徐々に増加する。このため、モータ制御装置の機能として、負荷トルクが極端に大きく増加する前の状態、すなわち負荷トルクが徐々に増加する状態を捉えることが所望されていた。

一方で、前述の特許文献１，２及び非特許文献１，２の手法は、モータ電流のピーク値を監視したり、定格電流及び出力電流から求められる負荷率等を監視したりするものである。このため、モータ制御装置にこれらの手法を適用したとしても、負荷トルクが徐々に増加する状態を捉えることができない。

このように、従来技術では、負荷トルクが徐々に増加する状態、すなわち機械負荷の僅かな変化を捉えることができないという問題があった。

ここで、モータ制御装置とは別に、モータの電圧及び電流等を高速に収集可能な外部記憶装置を設けることにより、機械負荷の僅かな変化を捉えることができる。しかし、このような外部記憶装置は、回路が複雑で高額であり、収集した大量データを分析するために、機械構造を熟知した制御分野の専門技術者の知識が必要となる。このため、外部記憶装置を設けてデータを分析する手法では、コスト及び労力が必要となるため、実現が困難である。

また、工場内には様々な種類の構造の異なる機械が設備されている。これらの機械に外部記憶装置を設けてデータを収集することで、機械負荷の僅かな変化を捉えることができる。しかし、前述のとおり、専門技術者が大量データを分析することは、現実的に不可能である。

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械に対し、簡易な処理にて機械負荷の僅かな変化を捉えることが可能なモータ制御装置及び監視方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１のモータ制御装置は、モータを制御すると共に、前記モータの駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視するモータ制御装置において、前記同一パターンの動作を繰り返す際の１サイクル時間ｔｃを判定し、当該１サイクル時間ｔｃ及び前記モータに流れるモータ電流ｉに基づいて、前記１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出し、前記機械の負荷が正常であるときの前記実効トルク現在値Ｔrmsを実効トルク正常値ＴＳとして、前記実効トルク現在値Ｔrms及び前記実効トルク正常値ＴＳに基づいて、前記機械の負荷を監視する負荷監視部を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記負荷監視部が、時間軸上における前記モータ電流ｉ、当該モータ電流ｉに予め設定された前記モータのトルク定数ｋを乗算して得られる前記モータトルクＴ、及び前記モータの角速度に前記モータトルクＴを乗算して得られるモータ出力Ｐのうちのいずれかの最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、当該繰り返しポイントの時間差を前記１サイクル時間ｔｃとして判定する１サイクル時間判定部と、前記モータトルクＴを二乗して所定のサンプリング時間Δｔを乗算することで、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを求め、当該トルク二乗値ＴＴを記憶するトルク記憶部と、前記トルク記憶部から前記トルク二乗値ＴＴを読み出し、前記１サイクル時間判定部により判定された前記１サイクル時間ｔｃに対応する前記トルク二乗値ＴＴを加算し、加算結果を前記１サイクル時間ｔｃで除算して平方根を算出することで、前記実効トルク現在値Ｔrmsを求める実効トルク算出部と、前記実効トルク算出部により求めた前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にあると判定した場合、前記機械の負荷は正常であると判断し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にないと判定した場合、前記機械の負荷は異常であると判断する実効トルク比較部と、を備えたことを特徴とする。

さらに、請求項３の監視方法は、モータを制御すると共に、前記モータの駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視するモータ制御装置による監視方法において、前記同一パターンの動作を繰り返す際の１サイクル時間ｔｃを判定する第１ステップと、前記１サイクル時間ｔｃ及び前記モータに流れるモータ電流ｉに基づいて、前記１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出する第２ステップと、前記機械の負荷が正常であるときの前記実効トルク現在値Ｔrmsを実効トルク正常値ＴＳとして、前記実効トルク現在値Ｔrms及び前記実効トルク正常値ＴＳに基づいて、前記機械の負荷を監視する第３ステップと、を有することを特徴とする。

また、請求項４の監視方法は、請求項３に記載の監視方法において、前記第１ステップが、時間軸上における前記モータ電流ｉ、当該モータ電流ｉに予め設定された前記モータのトルク定数ｋを乗算して得られる前記モータトルクＴ、及び前記モータの角速度に前記モータトルクＴを乗算して得られるモータ出力Ｐのうちのいずれかの最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、当該繰り返しポイントの時間差を前記１サイクル時間ｔｃとして判定し、前記第２ステップが、前記モータトルクＴを二乗して所定のサンプリング時間Δｔを乗算することで、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを求め、前記第１ステップにて判定した前記１サイクル時間ｔｃに対応する前記トルク二乗値ＴＴを加算し、加算結果を前記１サイクル時間ｔｃで除算して平方根を算出することで、前記実効トルク現在値Ｔrmsを求め、前記第３ステップが、前記第２ステップにて求めた前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にあると判定した場合、前記機械の負荷は正常であると判断し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にないと判定した場合、前記機械の負荷は異常であると判断する、ことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、モータ駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械に対し、簡易な処理にて機械負荷の僅かな変化を捉えることができる。

電動プレスの構成例を示す図である。 本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。 本発明の実施形態によるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 負荷監視部の構成例を示すブロック図である。 １サイクル時間判定部の処理例（モータ電流ｉを入力する場合）を示すフローチャートである。 トルク記憶部の処理例を示すフローチャートである。 実効トルク算出部の処理例を示すフローチャートである。 実効トルク比較部の処理例を示すフローチャートである。 クランクモーション時のスライド位置等の特性を表す図である。 クランク減速モーション時のスライド位置等の特性を表す図である。 振り子モーション時のスライド位置等の特性を表す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、モータ駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視する際に、例えばモータ電流ｉに基づいてその繰り返しの１サイクル時間ｔｃを判定し、モータトルクＴの二乗平均平方根（ＲＭＳ）から求められる実効トルクにより、機械負荷の異常を判断することを特徴とする。

これにより、簡易な処理にて機械負荷の僅かな変化を定量的に捉えることができ、機械負荷が異常の場合、機械を停止することでそのダメージを最小限に抑えることができる。

以下、電動プレスを例に挙げて本発明の実施形態を説明するが、本発明は、電動プレスに適用があるだけでなく、他の機械にも適用がある。要するに本発明は、モータ駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械について適用がある。

〔電動プレスの構成〕
まず、本発明の実施形態によるモータ制御装置の制御対象である電動プレスの構成について説明する。図１は、電動プレスの構成例を示す図である。

この電動プレス１０は、サーボモータ１１、モータエンコーダ１２、クランクエンコーダ１３、ピニオンギヤ１４、メインギヤ１５、ブレーキ１６、クランクシャフト１７、コネクティングロッド１８及びスライド１９を備えて構成される。

サーボモータ１１及びピニオンギヤ１４は直接接続されており、後述するモータ制御装置２の制御の下で、後述するインバータ２４から供給される電力により、サーボモータ１１が回転する。

サーボモータ１１が回転すると、ピニオンギヤ１４及びメインギヤ１５の減速比により倍力され、クランクシャフト１７が回転する。クランクシャフト１７が回転すると、コネクティングロッド１８を介してスライド１９が昇降する。スライド１９が昇降することにより、プレス加工が行われる。

このように、電動プレス１０は、サーボモータ１１が回転することにより、ピニオンギヤ１４、メインギヤ１５、クランクシャフト１７及びコネクティングロッド１８を介して、スライド１９を昇降させる構造になっている。

サーボモータ１１には、その回転位置及び回転速度を検出するためのモータエンコーダ１２が取り付けられている。また、クランクシャフト１７には、そのクランク角度を検出するためのクランクエンコーダ１３が取り付けられている。

ブレーキ１６は、後述するモータ制御装置２により当該電動プレス１０の負荷異常等の所定の条件が判定されたときに、サーボモータ１１が停止するように作動する。ブレーキ１６の作動により、サーボモータ１１が停止し、スライド１９の昇降動作を停止させることができる。

〔モータ制御システム〕
次に、図１に示した電動プレス１０及び当該電動プレス１０を制御するモータ制御装置を含むモータ制御システムについて説明する。図２は、本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成例を示す全体図である。

このモータ制御システム１は、交流電源２１、電源コンバータ２２、エネルギー蓄電装置２３、インバータ２４、動力遮断器２５、ブレーキ電磁弁２６、電動プレス１０及びモータ制御装置２を備えて構成される。

交流電源２１から供給される電力は、電源コンバータ２２に入力される。電源コンバータ２２は、入力した交流電力を直流電力に変換する。電源コンバータ２２の出力側に接続された直流母線２２ａは、エネルギー蓄電装置２３の入力側に接続されていると共に、インバータ２４の入力側に接続されている。エネルギー蓄電装置２３は、大容量の電解コンデンサまたは電気二重層コンデンサが単体で構成されるか、またはこれらを組み合わせて構成される。

エネルギー蓄電装置２３には、交流電源２１から電源コンバータ２２を介して供給される電源のエネルギーと、サーボモータ１１からインバータ２４を介して供給される回生エネルギーとが蓄積される。この蓄積されたエネルギーは、主に、電動プレス１０によるプレス加工を行う力行時に使用される。

インバータ２４は、モータ制御装置２からモータ位置指令を入力し、モータ位置指令に従い半導体スイッチング素子がオン／オフ制御され、３相交流電力を、動力遮断器２５を介してサーボモータ１１へ供給する。これにより、サーボモータ１１が回転し、ピニオンギヤ１４、メインギヤ１５、クランクシャフト１７及びコネクティングロッド１８を介して、スライド１９を昇降させることができる。

また、インバータ２４は、当該インバータ２４内に設けられた図示しない電流センサ及び電圧センサを用いて、サーボモータ１１に流れるモータ電流ｉ及び電圧等を検出する。また、インバータ２４は、モータエンコーダ１２からモータエンコーダＦＢ（フィードバック）信号を入力し、サーボモータ１１の回転速度及び回転位置を検出し、モータ電流ｉ等をモータ制御装置２へ出力する。尚、モータ制御装置２は、図示しない電流センサ及び電圧センサを用いて、モータ電流ｉ等を直接検出するようにしてもよい。

モータ制御装置２は、電動プレス１０の加工目的に応じたスライドモーションの運転条件に従い、モータ速度等の運転パターンを生成し、運転パターンに応じたモータ位置指令を生成してインバータ２４へ出力する。

モータ制御装置２は、インバータ２４からモータ電流ｉ等を入力すると共に、モータエンコーダ１２からモータエンコーダＦＢ信号、及びクランクエンコーダ１３からクランクエンコーダＦＢ信号をそれぞれ入力する。そして、モータ制御装置２は、モータエンコーダＦＢ信号に基づいて、サーボモータ１１の回転速度及び回転位置を検出し、クランクエンコーダＦＢ信号に基づいて、クランクシャフト１７のクランク角度を検出する。

ここで、モータエンコーダＦＢ信号に誤りがある場合、モータ制御装置２はサーボモータ１１を制御することができなくなる。このため、クランクエンコーダＦＢ信号を用いることで、モータエンコーダＦＢ信号に誤りがなく、モータエンコーダ１２が正常であることが判断される。具体的には、モータ制御装置２は、サーボモータ１１の回転位置を換算したクランク角度とクランクシャフト１７のクランク角度とを比較し、入力したモータエンコーダＦＢ信号が正常であるか、または異常であるかを判断する。

モータ制御装置２は、入力したモータ電流ｉ等、並びにサーボモータ１１の回転速度及び回転位置を用いて、サーボモータ１１の位置制御、速度制御及びトルク制御を実現するために、前述のモータ位置指令を生成する。

モータ制御装置２は、電動プレス１０の運転に先立って、解放信号をオンにしてブレーキ電磁弁２６へ出力すると共に、通電信号をオンにして動力遮断器２５へ出力する。これにより、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が解放され、サーボモータ１１が動作できる状態となる。また、動力遮断器２５は短絡状態となり、後述するインバータ２４からサーボモータ１１へ電力が供給される状態となる。

本発明の実施形態においては、モータ制御装置２は、モータ電流ｉ等に基づいて、１サイクル時間ｔｃを求め、１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出する。そして、モータ制御装置２は、実効トルク現在値Ｔrmsと実効トルク正常値ＴＳとを比較することで、負荷異常を検出し、解放信号をオフにしてブレーキ電磁弁２６へ出力すると共に、通電信号をオフにして動力遮断器２５へ出力する。

これにより、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が作動し、サーボモータ１１は停止状態となる。また、動力遮断器２５は遮断状態となり、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。

このように、１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとし、実効トルク現在値Ｔrmsを用いて、電動プレス１０の負荷異常を検出するようにした。これにより、電動プレス１０の負荷を監視する際に、１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を算出すればよいから、簡易な処理にて機械負荷の僅かな変化を捉えることができる。モータ制御装置２の詳細については後述する。

一般に、電動プレス１０のサーボモータ１１は、プレスが持つ大きなイナーシャの駆動系を回すために、大容量のモータが用いられる。電動プレス１０の経年変化により機械負荷が増えた場合であっても、サーボモータ１１が大容量であるため、高トルクを発生することができる。つまり、サーボモータ１１は、外観上運転条件通りに動作するため、従来技術では、電動プレス１０における機械側の異常を捉えることができない。

また、フライホイールを用いた従来の機械プレスでは、比較的小容量のモータを用いて大きなフライホイールを回し、フライホイールの駆動力によって、ピニオンギヤ１４を介してスライド１９を昇降させる。機械プレスの負荷が増えた場合には、プレス加工の仕事量によりフライホイールが減速した分を、フライホイールを駆動させるモータが加速することで補う必要がある。しかし、機械負荷の影響で、フライホイールの速度を回復させることができず、徐々にスローダウンしてしまう。

このような機械プレスにおいては、フライホイールの速度を監視することで、機械負荷の僅かな変化を捉えることができ、機械プレスの異常を判断することができる。しかし、プレスの電動化に伴い、電動プレス１０では、機械側の異常を察知することが難しい。

そこで、本発明の実施形態においては、モータ制御装置２は、電動プレス１０の１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出し、実効トルク正常値ＴＳに基づいて、負荷異常を検出するようにした。

〔モータ制御装置２〕
次に、図２に示したモータ制御装置２について詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態によるモータ制御装置２の構成例を示すブロック図である。

このモータ制御装置２は、運転条件設定部３１、運転選択部３２、両手操作部３３、安全防護部３４、プレス制御部３５、モーション指令部３６、モーション制御部３７、ブレーキ制御部３８及び負荷監視部３９を備えている。

運転条件設定部３１は、電動プレス１０の加工目的に応じたスライドモーションの運転条件を設定し、運転条件をモーション指令部３６に出力する。例えば電動プレス１０を用いて絞り加工を行う場合、運転条件設定部３１は、スライド１９の速度が加工域で等速になるように、スライド１９の位置及び速度の運転条件を設定する。

また、運転条件設定部３１は、負荷監視部３９から実効トルク現在値Ｔrms及び負荷異常信号を入力する。そして、運転条件設定部３１は、負荷監視部３９により機械負荷が正常であると判定されたときの（負荷異常信号を入力していないときの）実効トルク現在値Ｔrmsに基づいて、実効トルク正常値ＴＳを求める。例えば運転条件設定部３１は、機械負荷が正常であると判定されたときの実効トルク現在値Ｔrmsを収集し、平均値を実効トルク正常値ＴＳとして求める。そして、運転条件設定部３１は、実効トルク正常値ＴＳを負荷監視部３９に出力する。この場合、運転条件設定部３１は、電動プレス１０により良品が生産されたときの実効トルク現在値Ｔrmsを収集し、平均値を実効トルク正常値ＴＳとして求めるようにしてもよい。

運転選択部３２は、作業者の操作に従い、電動プレス１０の運転種類を「寸動運転」、「安全一行程運転」及び「連続運転」から選択し、運転種類をプレス制御部３５に出力する。

「寸動運転」は、金型の段取り作業等を行うときに選択される。「安全一行程運転」は、作業者が材料の取出し及び挿入を行い、その後にプレス運転操作する単発プレス作業を行うときに選択される。「連続運転」は、加工対象の材料を自動で供給するフィーダ装置と当該電動プレス１０とを組み合わせて自動生産を行う場合の連続プレス作業を行うときに選択される。

両手操作部３３は、作業者が図示しない起動装置を両手で同時に操作すると、起動装置からの信号を受けて、起動信号をプレス制御部３５及びブレーキ制御部３８に出力する。起動装置は、作業者が危険域内へ侵入することを防ぎ、確実な安全距離を保つための手段として、プレス機械では一般的に使用される装置である。

安全防護部３４は、図示しない安全防具装置からの安全を示す信号を受けて、オンの安全信号をブレーキ制御部３８に出力する。安全防具装置は、電動プレス１０の操作者または周囲の作業者の安全防護手段であり、危険域と隔離するためのガード域または危険域への侵入を検出して電動プレス１０を停止するためのライトカーテンから構成される。ガード域または危険域への侵入が検出されない場合、安全を示すオンの信号がモータ制御装置２の安全防護部３４へ出力される。

一方、ガード域または危険域への侵入が検出された場合、安全を示す信号がオフとなる。これにより、安全防護部３４からブレーキ制御部３８に出力していた安全信号がオフとなり、結果として、電動プレス１０のブレーキ１６が作動してサーボモータ１１が停止し、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。

プレス制御部３５は、運転選択部３２から運転種類（「寸動運転」、「安全一行程運転」及び「連続運転」を示す情報）を入力すると共に、両手操作部３３から起動信号を入力する。また、プレス制御部３５は、ブレーキ制御部３８から安全信号を入力する。安全信号は、安全防護部３４からブレーキ制御部３８を介してプレス制御部３５に入力される。

プレス制御部３５は、運転種類に従い、電動プレス１０の制御を開始し、起動信号及び安全信号を用いて、運転種類に応じた運転のための条件判断、起動判断及び停止判断を行う。また、プレス制御部３５は、条件判断、起動判断及び停止判断の結果を判断結果としてモーション指令部３６に出力し、判断結果に基づいて電動プレス１０が運転中であることを判定すると、プレス運転中の状態信号をブレーキ制御部３８に出力する。

モーション指令部３６は、運転条件設定部３１からスライドモーションの運転条件を入力すると共に、プレス制御部３５から判断結果を入力する。モーション指令部３６は、運転条件に基づいて、単位時間毎のクランク角度、スライド位置、モータ速度等に展開したデータ配列からなる運転パターンを生成し、運転パターンに応じた動作指令を生成してモーション制御部３７に出力する。

運転条件は、運転条件設定部３１において、スライド１９の下死点上の高さを基準に設定される。このため、クランクの偏心量並びにピニオンギヤ１４及びメインギヤ１５のギヤ減速比から、スライド１９が運転条件に従った動作となるように、クランク角度、スライド位置、モータ速度等に展開した運転パターンを生成することができる。

ここで、モーション指令部３６は、プレス制御部３５から入力した判断結果がプレス起動判断である場合、運転条件設定部３１から入力した運転条件に従い、スライドモーションの運転パターンを生成し、その動作指令を生成してモーション制御部３７に出力する。

モーション制御部３７は、モーション指令部３６から動作指令を入力すると共に、モータエンコーダ１２からモータエンコーダＦＢ信号を、クランクエンコーダ１３からクランクエンコーダＦＢ信号をそれぞれ入力する。モーション制御部３７は、モータエンコーダＦＢ信号に基づいて、サーボモータ１１の回転速度及び回転位置を検出し、クランクエンコーダＦＢ信号に基づいて、クランクシャフト１７のクランク角度を検出する。

モーション制御部３７は、動作指令に従い、サーボモータ１１の回転速度及び回転位置等に基づいて、クランク角度が時間毎に刻々と変化する目標クランク角度に動作させるためのサーボモータ１１の位置制御、速度制御及びトルク制御を実現するモータ位置指令を生成する。そして、モーション制御部３７は、モータ位置指令をインバータ２４に出力する。これにより、インバータ２４にて、モータ位置指令に従いサーボモータ１１が制御される。

ここで、モータエンコーダＦＢ信号に誤りがある場合、モータ制御装置２はサーボモータ１１を制御することができなくなる。このため、モーション制御部３７は、クランクエンコーダＦＢ信号を用いて、モータエンコーダＦＢ信号に誤りがなく、モータエンコーダ１２が正常であることを判断する。

具体的には、モーション制御部３７は、モータエンコーダＦＢ信号に基づいて検出したサーボモータ１１の回転位置を、ピニオンギヤ１４及びメインギヤ１５のギヤ減速比を用いてクランク軸位置を示すクランク角度に換算する。そして、モーション制御部３７は、換算したクランク角度と、クランクエンコーダＦＢ信号に基づいて検出したクランク角度とを常時比較し、この比較結果から、モータエンコーダ１２が正常であるか否かを判断する。例えば、モーション制御部３７は、換算したクランク角度が、検出したクランク角度を基準とする所定の閾値範囲内にある場合、モータエンコーダ１２が正常であると判断する。

ブレーキ制御部３８は、両手操作部３３から起動信号を、安全防護部３４から安全信号をそれぞれ入力すると共に、プレス制御部３５からプレス運転中の状態信号を入力する。

ブレーキ制御部３８は、起動信号及び安全信号を入力した場合、図示しない安全防護装置が安全状態であると判断する。そして、ブレーキ制御部３８は、解放信号をオンにしてブレーキ電磁弁２６へ出力すると共に、通電信号をオンにして動力遮断器２５へ出力する。これにより、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が解放され、サーボモータ１１が動作できる状態となる。また、動力遮断器２５は短絡状態となり、後述するインバータ２４からサーボモータ１１へ電力が供給される状態となる。

一方、ブレーキ制御部３８は、安全防護部３４からの安全信号がオフに変化する等して、図示しない安全防護装置が安全状態でないと判断した場合、ブレーキ電磁弁２６への解放信号をオフにすると共に、動力遮断器２５への通電信号をオフにする。

ここで、ブレーキ制御部３８は、プレス制御部３５からプレス運転中の状態信号を入力しているときに、安全信号がオフに変化した場合、サーボモータ１１が減速して停止した後に、ブレーキ電磁弁２６への解放信号をオフにすると共に、動力遮断器２５への通電信号をオフにする。

これにより、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が作動し、サーボモータ１１は停止状態となる。また、動力遮断器２５は遮断状態となり、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。

負荷監視部３９は、インバータ２４からモータ電流ｉ等を入力すると共に、運転条件設定部３１から実効トルク正常値ＴＳを入力する。そして、負荷監視部３９は、モータ電流ｉ等に基づいて１サイクル時間ｔｃを判定し、１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出する。負荷監視部３９は、実効トルク現在値Ｔrmsを運転条件設定部３１に出力する。

負荷監視部３９は、実効トルク現在値Ｔrmsと実効トルク正常値ＴＳとを比較することで、負荷異常を検出し、負荷異常信号を運転条件設定部３１及びブレーキ制御部３８に出力する。

これにより、負荷異常信号に従い、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が作動し、サーボモータ１１は停止状態となると共に、動力遮断器２５は遮断状態となり、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。

〔負荷監視部３９〕
次に、図３に示した負荷監視部３９について詳細に説明する。図４は、負荷監視部３９の構成例を示すブロック図である。この負荷監視部３９は、１サイクル時間判定部４０、トルク記憶部４１、実効トルク算出部４２及び実効トルク比較部４３を備えている。以下、負荷監視部３９の各構成部について、フローチャートを参照してそれぞれ説明する。

（１サイクル時間判定部４０）
図５は、図４に示した１サイクル時間判定部４０の処理例を示すフローチャートであり、モータ電流ｉを入力する場合を示している。図５に示す処理は、モータ電流ｉが入力されるサンプリング時間Δｔ毎に行われる。

１サイクル時間判定部４０は、インバータ２４からモータ電流ｉを入力する（ステップＳ５０１）。そして、１サイクル時間判定部４０は、時間軸上におけるモータ電流ｉの最大値または最小値の繰り返しポイントを特定する（ステップＳ５０２）。これにより、電動プレス１０のスライド１９が昇降を繰り返す際の機械的な１サイクルのタイミングを、時間軸上のポイントとして捉えることができる。

１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差を求め、当該時間差を１サイクル時間ｔｃとして判定する（ステップＳ５０３）。これにより、スライド１９が昇降を繰り返す際の機械的な１サイクルの時間である１サイクル時間ｔｃが判定される。

１サイクル時間判定部４０は、１サイクル時間ｔｃを実効トルク算出部４２に出力する（ステップＳ５０４）。

尚、図５の例では、１サイクル時間判定部４０は、モータ電流ｉを用いて１サイクル時間ｔｃを判定するようにしたが、後述するように、スライド位置、モータトルクＴまたはモータ出力（電力）Ｐを用いて１サイクル時間ｔｃを判定するようにしてもよい。

要するに、１サイクル時間ｔｃを判定するために用いるデータは、インバータ２４がサーボモータ１１を制御することで得られるサーボモータ１１の動作に関する情報であって、スライド１９が昇降を繰り返す際の繰り返しポイントを特定可能な情報であれば何でもよい。

１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴを用いて１サイクル時間ｔｃを判定する場合、インバータ２４から入力したモータ電流ｉに基づいてモータトルクＴを算出するようにしてもよいし、インバータ２４からモータトルクＴを入力するようにしてもよい。また、１サイクル時間判定部４０は、モータ出力Ｐを用いて１サイクル時間ｔｃを判定する場合、モータ電流ｉに基づいてモータ出力Ｐを算出するようにしてもよいし、インバータ２４からモータ出力Ｐを入力するようにしてもよい。モータトルクＴ及びモータ出力Ｐについては後述する。

（トルク記憶部４１）
図６は、図４に示したトルク記憶部４１の処理例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、モータ電流ｉのサンプリング時間Δｔ毎に行われる。

トルク記憶部４１は、インバータ２４からモータ電流ｉを入力する（ステップＳ６０１）。そして、トルク記憶部４１は、以下の式のとおり、モータ電流ｉ（Ａ）に、予め設定されたサーボモータ１１のトルク定数ｋ（Ｎ・ｍ／Ａ）を乗算し、モータトルクＴ（Ｔ・ｍ）を求める（ステップＳ６０２）。
［数１］
Ｔ＝ｉ×ｋ ・・・（１）
ここで、モータトルクＴは、電動プレス１０の運転状況または外乱トルクの有無に応じて逐次変化するデータである。

トルク記憶部４１は、以下の式のとおり、モータトルクＴを二乗し、二乗した結果にモータ電流ｉのサンプリング時間Δｔを乗算し、単位時間（サンプリング時間Δｔ）あたりのトルク二乗値ＴＴを求める（ステップＳ６０３）。
［数２］
ＴＴ＝Ｔ²×Δｔ ・・・（２）

トルク記憶部４１は、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを記憶する（ステップＳ６０４）。これにより、トルク記憶部４１には、単位時間毎に、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴが記憶される。この単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴは、実効トルク算出部４２により読み出され、実効トルク現在値Ｔrmsを算出するために用いられる。

（実効トルク算出部４２）
図７は、図４に示した実効トルク算出部４２の処理例を示すフローチャートである。図７に示す処理は、モータ電流ｉのサンプリング時間Δｔ毎に行われる。

実効トルク算出部４２は、１サイクル時間判定部４０から１サイクル時間ｔｃを入力すると共に（ステップＳ７０１）、トルク記憶部４１から単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを読み出す（ステップＳ７０２）。

実効トルク算出部４２は、１サイクル時間ｔｃ分のトルク二乗値ＴＴ（＝Ｔ²×Δｔ）を加算する（１サイクル時間ｔｃに対応するそれぞれの単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴの総和を算出する）。そして、実効トルク算出部４２は、加算結果を１サイクル時間ｔｃで除算し、除算結果の平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして求める（ステップＳ７０３）。この場合、除算結果が１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均であり、実効トルク現在値Ｔrmsが１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根である。

つまり、実効トルク算出部４２は、以下の式のとおり、１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を算出し、これを実効トルク現在値Ｔrms（Ｎ・ｍ）とする。
［数３］
Ｔrms＝√（ΣＴＴ／ｔｃ）＝√（Σ（Ｔ²×Δｔ）／ｔｃ） ・・・（３）

実効トルク算出部４２は、実効トルク現在値Ｔrmsを運転条件設定部３１及び実効トルク比較部４３に出力する（ステップＳ７０４）。

１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根である実効トルク現在値Ｔrms（Ｎ・ｍ）は、後段の実効トルク比較部４３において、機械負荷の僅かな変化を捉えるために用いられる。ここで、モータトルクＴを用いた場合には、機械負荷の僅かな変化を捉えることができない。なぜならば、モータトルクＴは、電動プレス１０の運転状況または外乱トルクの有無に応じて逐次変化するからである。

（実効トルク比較部４３）
図８は、図４に示した実効トルク比較部４３の処理例を示すフローチャートである。図８に示す処理は、モータ電流ｉのサンプリング時間Δｔ毎に行われる。

実効トルク比較部４３は、運転条件設定部３１から実効トルク正常値ＴＳを入力すると共に（ステップＳ８０１）、実効トルク算出部４２から実効トルク現在値Ｔrmsを入力する（ステップＳ８０２）。

実効トルク比較部４３は、実効トルク現在値Ｔrmsが実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ８０３）。

具体的には、実効トルク比較部４３は、予め設定された許容幅ΔＳを２で除算し、実効トルク正常値ＴＳから除算結果を減算し、許容下限値（ＴＳ－ΔＳ／２）を求める。また、実効トルク比較部４３は、実効トルク正常値ＴＳにその除算結果を加算し、許容上限値（ＴＳ＋ΔＳ／２）を求める。実効トルク比較部４３は、実効トルク現在値Ｔrmsが許容下限値以上かつ許容上限値以下である（ＴＳ－ΔＳ／２≦Ｔrms≦ＴＳ＋ΔＳ／２）か否かを判定する。

実効トルク比較部４３は、ステップＳ８０３において、実効トルク現在値Ｔrmsが所定範囲内にあると判定した場合（ステップＳ８０３：Ｙ）、すなわち、実効トルク現在値Ｔrmsが許容下限値以上かつ許容上限値以下である（ＴＳ－ΔＳ／２≦Ｔrms≦ＴＳ＋ΔＳ／２）と判定した場合、電動プレス１０の機械負荷は正常であると判断する（ステップＳ８０４）。

電動プレス１０の機械負荷が正常であると判断されたときの実効トルク現在値Ｔrmsは、図３に示した運転条件設定部３１により収集される。そして、前述のとおり、運転条件設定部３１は、実効トルク現在値Ｔrmsに基づいて実効トルク正常値ＴＳを求める。

一方、実効トルク比較部４３は、ステップＳ８０３において、実効トルク現在値Ｔrmsが所定範囲内にないと判定した場合（ステップＳ８０３：Ｎ）、すなわち、実効トルク現在値Ｔrmsが許容下限値よりも小さい、または許容上限値よりも大きい（Ｔrms＜ＴＳ－ΔＳ／２またはＴＳ＋ΔＳ／２＜Ｔrms）と判定した場合、電動プレス１０の機械負荷は異常であると判断する（ステップＳ８０５）。

実効トルク比較部４３は、ステップＳ８０５から移行して、負荷異常信号を運転条件設定部３１及びブレーキ制御部３８へ出力する（ステップＳ８０６）。

これにより、ブレーキ制御部３８が負荷異常信号を入力すると、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が作動し、サーボモータ１１は停止状態となる。また、動力遮断器２５は遮断状態となり、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。

〔１サイクル時間ｔｃ判定処理の具体例〕
次に、図４に示した負荷監視部３９の１サイクル時間判定部４０が１サイクル時間ｔｃを判定する処理について、モーションの種別毎に具体例を詳細に説明する。

（クランクモーション）
まず、クランクモーション時における１サイクル時間ｔｃを判定する処理について説明する。クランクモーションとは、機械プレスと同様な動きを電動プレス１０で再現した動作をいう。

図９は、クランクモーション時のスライド位置等の特性を表す図である。横軸は時間（秒）を示し、実線はスライド位置（ｍｍ）の特性を示し、点線はモータトルクＴ（Ｎ・ｍ）の特性を示し、二重線はモータ出力Ｐ（Ｗ）の特性を示す。縦軸にはスライド位置（ｍｍ）のみの目盛りが示されている。後述する図１０及び図１１についても同様である。

モータ制御装置２がサーボモータ１１を等速で回転させることにより、クランクシャフト１７も等速で回転する。そして、クランクシャフト１７が回転することにより、コネクティングロッド１８を介してスライド１９は、上死点と下死点との間を交互に昇降する。

このため、時間軸上のスライド位置は、実線に示すように、サインサーブに似た特性で変化する。このときの時間軸上のモータトルクＴ及びモータ出力Ｐは、それぞれ点線及び二重線に示すように変化する。

サーボモータ１１を等速で回転させてプレス加工を行わない無負荷運転では、モータ負荷は、機械の摩擦抵抗及びギヤ効率による損失分となるため、ある一定量のモータトルクＴが発生するだけとなる。

図９に示したモータトルクＴ及びモータ出力Ｐは、実際にプレス加工を行う負荷運転における特性を表したものであり、プレス加工時に受ける反力はサーボモータ１１から見ると外乱トルクとなる。

このため、点線に示すように、モータトルクＴは下死点の手前で発生している。また、モータ出力Ｐは、以下の式のとおり、サーボモータ１１の角速度ω（ｒａｄ／秒）にモータトルクＴを乗算することにより求められる。
［数４］
Ｐ＝ω×Ｔ ・・・（４）

クランクモーション時においては、スライド１９は１サイクル運転毎に必ず上死点を通過する。このため、１サイクル時間ｔｃは、スライド位置が上死点にある時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、モータ制御装置２に備えた負荷監視部３９の１サイクル時間判定部４０は、クランクエンコーダ１３からクランクエンコーダＦＢ信号を入力してクランク角度を求める。そして、１サイクル時間判定部４０は、クランク角度に基づいて、スライド位置が上死点にあることを判断して繰り返しポイントｔ１ａ（２．０秒）及びｔ１ｂ（４．０秒）を特定する。１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ１（ｔ１ａ－ｔ１ｂ＝２．０秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

また、１サイクル時間ｔｃは、モータトルクＴまたはモータ出力Ｐの最大値の時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴまたはモータ出力Ｐの最大値の繰り返しポイントｔ２ａ（１．０秒）及びｔ２ｂ（３．０秒）を特定する。そして、１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ２（ｔ２ａ－ｔ２ｂ＝２．０秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

尚、モータ電流ｉの特性はモータトルクＴと同様である。このため、１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴの代わりにモータ電流ｉを用いることで、モータトルクＴを用いた場合と同様の１サイクル時間ｔｃを判定することができる。後述する図１０及び図１１についても同様である。

（クランク減速モーション）
次に、クランク減速モーション時における１サイクル時間ｔｃを判定する処理について説明する。クランク減速モーションとは、プレス加工時のみスライド１９の動作速度を下げる動作をいう。

図１０は、クランク減速モーション時のスライド位置等の特性を表す図である。プレス加工時の速度はプレス金型で制限されるために、生産量増加のためにむやみに速度を上げることはできない。機械プレスは金型で制限された速度に合わせて、速度を全体的に下げる必要があるが、電動プレス１０の場合は、速度の可変速が自在であるため、プレス加工時のみ速度を下げ、非加工時は速度を上げることで、生産量を増加することができる。

モータ制御装置２がサーボモータ１１をプレス加工時に減速回転させることにより、クランクシャフト１７もプレス加工時に減速回転する。そして、スライド１９は、クランクモーション時と同様に、上死点と下死点との間を交互に昇降する。

図９に示したクランクモーション時の特性と、図１０に示すクランク減速モーション時の特性とを比較すると、クランクモーション時及びクランク減速モーション時において、１サイクル時間ｔｃは、スライド位置、モータトルクＴ及びモータ出力Ｐを用いて求めることができる点で共通する。一方、クランクモーション時においては、モータトルクＴ及びモータ出力Ｐの最大値の時間位置が同じであるのに対し、クランク減速モーション時においては、これらの時間位置が異なる点で相違する。

クランク減速モーション時においては、クランクモーション時と同様に、スライド１９は１サイクル運転毎に必ず上死点を通過する。このため、１サイクル時間ｔｃは、スライド位置が上死点にある時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、クランクエンコーダ１３からクランクエンコーダＦＢ信号を入力してクランク角度を求める。そして、１サイクル時間判定部４０は、クランク角度に基づいて、スライド位置が上死点にあることを判断して繰り返しポイントｔ１ａ（３．３秒）及びｔ１ｂ（６．６秒）を特定する。１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ１（ｔ１ａ－ｔ１ｂ＝３．３秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

また、前述のとおり、１サイクル時間ｔｃは、モータトルクＴの最大値の時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴの最大値の繰り返しポイントｔ２ａ（１．８秒）及びｔ２ｂ（５．１秒）を特定する。そして、１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ２（ｔ２ａ－ｔ２ｂ＝３．３秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

クランク減速モーション時のモータトルクＴはプレス加工時に最大となるが、モータ出力Ｐは、前記式（４）のとおり、モータの角速度ωにモータトルクＴを乗算した値であるため、プレス加工終了後の下死点過ぎの加速時に最大値を迎える。

このため、前述のとおり、１サイクル時間ｔｃは、モータ出力Ｐの最大値の時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、モータ出力Ｐの最大値の繰り返しポイントｔ３ａ（２．５秒）及びｔ３ｂ（５．８秒）を特定する。そして、１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ３（ｔ３ａ－ｔ３ｂ＝３．３秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

（振り子モーション）
次に、振り子モーション時における１サイクル時間ｔｃを判定する処理について説明する。振り子モーションとは、電動プレス１０のスライド位置がある一定位置（後述する図１１では４００ｍｍ）以下になるように、クランクシャフト１７の動作角度範囲を定めて、サーボモータ１１の正転と逆転を繰り返しながら運転する動作をいう。

図１１は、振り子モーション時のスライド位置等の特性を表す図である。振り子モーションは、スライド位置を、プレス加工に最低限必要なスライドストロークとすることで、クランクモーションよりも生産性を向上させることができる特徴を有する。

図１１の例では、下死点のスライド位置０ｍｍに対して上死点のスライド位置は８００ｍｍであるが、振り子モーションにより制限された上死点（仮想上死点）のスライド位置は４００ｍｍとなっている。

振り子モーション時においては、スライド１９は、１サイクル運転毎に上死点を通過しないで、予め設定された仮想上死点と下死点との間の運転となる。このため、１サイクル時間ｔｃは、スライド位置が仮想上死点にある時間位置を利用して求めることができる。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、クランクエンコーダ１３からクランクエンコーダＦＢ信号を入力してクランク角度を求める。そして、１サイクル時間判定部４０は、クランク角度に基づいて、スライド位置が仮想上死点にあることを判断して繰り返しポイントｔ１ａ（１．４秒）及びｔ１ｂ（２．８秒）を特定する。１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ１（ｔ１ａ－ｔ１ｂ＝１．４秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

しかしながら、スライド位置が仮想上死点にあることを判断するのは、現実的に容易ではない。なぜならば、サーボモータ１１とスライド１９との間には減速機構及びクランク機構が設けられており、機械の駆動機構を全て理解した上でスライド位置を求めるための複雑な演算を行わなければならないからである。

そこで、１サイクル時間ｔｃは、スライド位置の代わりに、モータトルクＴまたはモータ出力Ｐの最大値の時間位置を利用することが妥当であると想定される。

まず、点線で示したモータトルクＴの特性を参照して、モータトルクＴが最大となるのは、正転運転におけるスライド加速時ｔ２ａ（０．２秒）である。スライド１９は、下死点を通過後の１．０秒後から減速し、減速停止した時点ｔ１ａ（１．４秒）で正転運転から逆転運転に切り替わる。逆転運転におけるスライド加速時のモータトルクＴはマイナス値となるため、モータトルクＴは最大値であると判断されない。スライド１９が逆転運転における下死点を通過した後のスライド減速時ｔ２ｂ（２．４秒）に、モータトルクＴが最大値となる。

この場合、１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴの最大値の繰り返しポイントｔ２ａ（０．２秒）及びｔ２ｂ（２．４秒）を特定する。そして、１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ２（ｔ２ａ－ｔ２ｂ＝２．２秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。しかし、この１サイクル時間ｔｃは誤りである。

１サイクル時間判定部４０は、サーボモータ１１の回転方向を条件に追加して象限を切り替えることにより、正しい１サイクル時間ｔｃを求めることができるものと考えられる。しかし、モータトルクＴの最大値の時間位置を利用する手法では、本例のように、正転運転におけるスライド加速時ｔ２ａ（０．２秒）のモータトルクＴと、プレス加工時ｔ３ａ（０．７秒）のモータトルクＴとが近い値をとる場合には、モータトルクＴの最大値の繰り返しポイントを正しく特定できないことがあり得る。

このため、モータトルクＴの最大値の時間位置を利用して１サイクル時間ｔｃを求める手法は妥当ではない。

そこで、１サイクル時間ｔｃは、モータ出力Ｐの最大値の時間位置を利用することで、正確に求める。

具体的には、１サイクル時間判定部４０は、モータ出力Ｐの最大値の繰り返しポイントｔ３ａ（０．７秒）及びｔ３ｂ（２．１秒）を特定する。そして、１サイクル時間判定部４０は、繰り返しポイントの時間差Ｃ３（ｔ３ａ－ｔ３ｂ＝１．４秒）を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

このように、１サイクル時間ｔｃを用いて常に最新の実効トルク現在値Ｔrmsを求めることができるため、実効トルク正常値ＴＳとの比較判断により、経年変化による電動プレス１０の機械負荷の僅かな変化を捉えて電動プレス１０を停止することができる。そして、電動プレス１０のダメージを最小限に抑えることが可能となる。

以上、クランクモーション時、クランク減速モーション時及び振り子モーション時における１サイクル時間ｔｃの判定手法について説明した。これらのモーションの種別は、作業者の操作により設定される。具体的には、モータ制御装置２の運転条件設定部３１は、作業者の操作に従い、モーションの種別を入力し、当該モーションの種別を負荷監視部３９の１サイクル時間判定部４０に出力する。

１サイクル時間判定部４０は、運転条件設定部３１からモーションの種別を入力する。そして、１サイクル時間判定部４０は、モーションの種別がクランクモーションまたはクランク減速モーションである場合、スライド位置、モータトルクＴ及びモータ出力Ｐのうちのいずれかを用いて、１サイクル時間ｔｃを判定する。また、１サイクル時間判定部４０は、モーションの種別が振り子モーションである場合、モータ出力Ｐを用いて１サイクル時間ｔｃを判定する。

尚、クランクモーション、クランク減速モーション及び振り子モーションは、モーションの一例であり、他の種別のモーションで動作することもあり得る。

また、クランクモーション時、クランク減速モーション時及び振り子モーション時において、１サイクル時間ｔｃを判定するために、スライド位置のような機械稼働部の位置を利用する手法では、制御対象となる機械が変わる度に、機械構造を理解した上で運転条件と付き合わせしながら演算を行う必要があるため、処理が複雑になる。

そこで、１サイクル時間判定部４０は、モータトルクＴまたはモータ出力Ｐを用いて、１サイクル時間ｔｃを判定するのが好適である。

以上のように、本発明の実施形態のモータ制御装置２によれば、負荷監視部３９の１サイクル時間判定部４０は、時間軸上におけるモータ電流ｉ等の最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、繰り返しポイントの時間差を求め、当該時間差を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

トルク記憶部４１は、モータ電流ｉに所定のトルク定数ｋを乗算してモータトルクＴを求め、モータトルクＴを二乗し、二乗した結果にモータ電流ｉのサンプリング時間Δｔを乗算し、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを求める。そして、トルク記憶部４１は、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを記憶する。これにより、トルク記憶部４１には、単位時間毎に、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴが記憶される。

実効トルク算出部４２は、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを１サイクル時間ｔｃだけ加算し、加算結果を１サイクル時間ｔｃで除算し、除算結果の平方根を求めることで、モータトルクＴの二乗平均平方根を算出し、これを実効トルク現在値Ｔrmsとする。

実効トルク比較部４３は、実効トルク現在値Ｔrmsが実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定する。実効トルク比較部４３は、実効トルク現在値Ｔrmsが所定範囲内にあると判定した場合、電動プレス１０の機械負荷は正常であると判断する。一方、実効トルク比較部４３は、実効トルク現在値Ｔrmsが所定範囲内にないと判定した場合、電動プレス１０の機械負荷は異常であると判断し、負荷異常信号を出力する。

これにより、負荷異常信号に基づいて、ブレーキ電磁弁２６を介して、電動プレス１０のブレーキ１６が作動し、サーボモータ１１が停止状態となり、動力遮断器２５は遮断状態となり、インバータ２４からサーボモータ１１への電力供給が停止する。つまり、実効トルク現在値Ｔrmsが実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にない場合、電動プレス１０の機械負荷は異常であると判断され、電動プレス１０が停止する。

従来技術では、モータ電流ｉのピーク値等を監視することで、電動プレス１０の機械負荷の異常を判断していたが、電動プレス１０の機械負荷の僅かな変化を捉えることができなかった。また、従来は、電動プレス１０の機械負荷の僅かな変化を捉えるために、モータ電流ｉ等を収集して解析するための外部記憶装置が必要であり、コスト及び労力が必要であった。

本発明の実施形態では、モータ制御装置２が、インバータ２４によりサーボモータ１１を制御するために必要なモータ電流ｉ等を利用し、１サイクル時間ｔｃを判定すると共に、モータトルクＴの二乗平均平方根を算出してこれを実効トルク現在値Ｔrmsとし、そして、実効トルク現在値Ｔrmsが実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にない場合、電動プレス１０の機械負荷は異常であると判断し、電動プレス１０を停止するようにした。

これにより、電動プレス１０の種類または構造に関わることなく、予め設定された運転条件下で実効トルク現在値Ｔrmsを常に算出し、機械負荷の異常を判断することができる。また、モータトルクＴの二乗平均平方根を算出することで、電動プレス１０の機械負荷の異常を判断することができるため、簡易な処理にて機械負荷の僅かな変化を捉えることができ、精度の高い異常判断が可能となる。

例えば設備機械への給油が不足したり、設備機械のベアリングが欠けたりした場合に、負荷トルクが極端に大きく増加する前の状態、すなわち負荷トルクが徐々に増加する状態を捉えることができる。

また、機械負荷の僅かな変化を捉えて電動プレス１０を停止することができるため、電動プレス１０のダメージを最小限に抑えることが可能となる。さらに、機械負荷の僅かな変化は、モータ制御装置２におけるモータ電流ｉ等の内部データを利用して捉えることができるため、新たなセンサが不要となり、また、必要なデータを収集する外部記憶装置も不要となり、コスト及び労力を低減することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

前記実施形態では、インバータ２４は、当該インバータ２４内に設けられた図示しない電流センサ等からモータ電流ｉ等を検出し、負荷監視部３９は、当該モータ電流ｉ等を用いて１サイクル時間ｔｃを判定し、実効トルク現在値Ｔrmsを算出するようにした。

これに対し、インバータ２４は、入力側に接続された直流母線２２ａの箇所に設けられた電圧センサから直流母線電圧を検出し、負荷監視部３９は、当該直流母線電圧を用いて１サイクル時間ｔｃを判定し、実効トルク現在値Ｔrmsを算出するようにしてもよい。具体的には、負荷監視部３９の１サイクル時間判定部４０は、時間軸上における直流母線電圧の最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、繰り返しポイントの時間差を求め、当該時間差を１サイクル時間ｔｃとして判定する。

また、モータ制御装置２に備えた負荷監視部３９は、インバータ２４内の電流センサ等により検出されたモータ電流ｉ等を監視している。このため、モータ制御装置２が負荷監視部３９を備える代わりに、インバータ２４が負荷監視部３９を備えるようにしてもよい。この場合、インバータ２４に備えた負荷監視部３９は、モータ制御装置２の運転条件設定部３１から実効トルク正常値ＴＳを入力する。そして、負荷監視部３９は、実効トルク現在値Ｔrmsと実効トルク正常値ＴＳとを比較することで負荷異常を検出し、負荷異常信号をモータ制御装置２の運転条件設定部３１及びブレーキ制御部３８へ出力する。

インバータ２４が負荷監視部３９を備えることにより、インバータ２４内部にて検出されたモータ電流ｉ等を直接使用して負荷監視を行うことができ、モータ電流ｉ等を負荷監視のためにモータ制御装置２へ出力する必要がないため、処理及び構成が簡易になる。

また、電動プレス１０のようにプレス加工に応じてモータ負荷が変化する場合は、実効トルク現在値Ｔrmsを、不良品の検出のために用いるようにしてもよい。具体的には、モータ制御装置２は、良品加工時の実効トルク現在値Ｔrmsを良品加工時実効トルク正常値として設定し、プレス加工時の実効トルク現在値Ｔrmsと良品加工時実効トルク正常値とを比較する。モータ制御装置２は、例えばプレス加工時の実効トルク現在値Ｔrmsが良品加工時実効トルク正常値を基準とした所定範囲内にない場合、不良品が発生したものと判断する。

また、モータ制御装置２の負荷監視部３９は、実効トルク現在値Ｔrmsと、サーボモータ１１の定格トルクまたはインバータ２４等の定格電流との間の比率を算出し、これを負荷率として表すようにしてもよい。これにより、サーボモータ１１及びインバータ２４の定格仕様（負荷率１００％）に対して余裕のある運転状態であるか、または余裕のない運転状態であるかを判断することができる。また、運転条件が機械側で固定化され、実際の動作パターンの内容が不明である状況においても、機械負荷の正常時から異常時へ変化した状態を容易に捉えることが可能となる。

１ モータ制御システム
２ モータ制御装置
１０ 電動プレス
１１ サーボモータ
１２ モータエンコーダ
１３ クランクエンコーダ
１４ ピニオンギヤ
１５ メインギヤ
１６ ブレーキ
１７ クランクシャフト
１８ コネクティングロッド
１９ スライド
２１ 交流電源
２２ 電源コンバータ
２２ａ 直流母線
２３ エネルギー蓄電装置
２４ インバータ
２５ 動力遮断器
２６ ブレーキ電磁弁
３１ 運転条件設定部
３２ 運転選択部
３３ 両手操作部
３４ 安全防護部
３５ プレス制御部
３６ モーション指令部
３７ モーション制御部
３８ ブレーキ制御部
３９ 負荷監視部
４０ １サイクル時間判定部
４１ トルク記憶部
４２ 実効トルク算出部
４３ 実効トルク比較部
ｉ モータ電流
ｔｃ １サイクル時間
ｋ トルク定数
Ｔ モータトルク
Δｔ サンプリング時間
ＴＴ トルク二乗値
Ｔrms 実効トルク現在値
ＴＳ 実効トルク正常値
ΔＳ 許容幅
Ｐ モータ出力
ω 角速度

Claims (4)

1. モータを制御すると共に、前記モータの駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視するモータ制御装置において、
   前記同一パターンの動作を繰り返す際の１サイクル時間ｔｃを判定し、当該１サイクル時間ｔｃ及び前記モータに流れるモータ電流ｉに基づいて、前記１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出し、
   前記機械の負荷が正常であるときの前記実効トルク現在値Ｔrmsを実効トルク正常値ＴＳとして、前記実効トルク現在値Ｔrms及び前記実効トルク正常値ＴＳに基づいて、前記機械の負荷を監視する負荷監視部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記負荷監視部は、
   時間軸上における前記モータ電流ｉ、当該モータ電流ｉに予め設定された前記モータのトルク定数ｋを乗算して得られる前記モータトルクＴ、及び前記モータの角速度に前記モータトルクＴを乗算して得られるモータ出力Ｐのうちのいずれかの最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、当該繰り返しポイントの時間差を前記１サイクル時間ｔｃとして判定する１サイクル時間判定部と、
   前記モータトルクＴを二乗して所定のサンプリング時間Δｔを乗算することで、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを求め、当該トルク二乗値ＴＴを記憶するトルク記憶部と、
   前記トルク記憶部から前記トルク二乗値ＴＴを読み出し、前記１サイクル時間判定部により判定された前記１サイクル時間ｔｃに対応する前記トルク二乗値ＴＴを加算し、加算結果を前記１サイクル時間ｔｃで除算して平方根を算出することで、前記実効トルク現在値Ｔrmsを求める実効トルク算出部と、
   前記実効トルク算出部により求めた前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にあると判定した場合、前記機械の負荷は正常であると判断し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にないと判定した場合、前記機械の負荷は異常であると判断する実効トルク比較部と、
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
3. モータを制御すると共に、前記モータの駆動により同一パターンの動作を繰り返す機械の負荷を監視するモータ制御装置による監視方法において、
   前記同一パターンの動作を繰り返す際の１サイクル時間ｔｃを判定する第１ステップと、
   前記１サイクル時間ｔｃ及び前記モータに流れるモータ電流ｉに基づいて、前記１サイクル時間ｔｃにおけるモータトルクＴの二乗平均平方根を実効トルク現在値Ｔrmsとして算出する第２ステップと、
   前記機械の負荷が正常であるときの前記実効トルク現在値Ｔrmsを実効トルク正常値ＴＳとして、前記実効トルク現在値Ｔrms及び前記実効トルク正常値ＴＳに基づいて、前記機械の負荷を監視する第３ステップと、
   を有することを特徴とする監視方法。
4. 請求項３に記載の監視方法において、
   前記第１ステップは、
   時間軸上における前記モータ電流ｉ、当該モータ電流ｉに予め設定された前記モータのトルク定数ｋを乗算して得られる前記モータトルクＴ、及び前記モータの角速度に前記モータトルクＴを乗算して得られるモータ出力Ｐのうちのいずれかの最大値または最小値の繰り返しポイントを特定し、当該繰り返しポイントの時間差を前記１サイクル時間ｔｃとして判定し、
   前記第２ステップは、
   前記モータトルクＴを二乗して所定のサンプリング時間Δｔを乗算することで、単位時間あたりのトルク二乗値ＴＴを求め、前記第１ステップにて判定した前記１サイクル時間ｔｃに対応する前記トルク二乗値ＴＴを加算し、加算結果を前記１サイクル時間ｔｃで除算して平方根を算出することで、前記実効トルク現在値Ｔrmsを求め、
   前記第３ステップは、
   前記第２ステップにて求めた前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記実効トルク正常値ＴＳを基準とした所定範囲内にあるか否かを判定し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にあると判定した場合、前記機械の負荷は正常であると判断し、前記実効トルク現在値Ｔrmsが前記所定範囲内にないと判定した場合、前記機械の負荷は異常であると判断する、ことを特徴とする監視方法。

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