(57)【要約】【課題】簡単な装置構成及び演算方法によりモータ軸毎の消費電力を算出することが可能な電力算出装置を提供する。【解決手段】電力算出装置２は、コンバータ部２０に入力される交流電力を測定することで測定電力Ｐを取得する電力測定手段６０と、モータ４０−１〜４０−Ｎに関するパラメータを用いてモータ軸の消費電力をそれぞれ推定することでモータ軸毎の推定電力｛Ｑｉ｝を取得する消費電力推定手段５０−１〜５０−Ｎと、測定により得られた測定電力Ｐを、推定により得られた推定電力｛Ｑｉ｝に応じた比率で分配することで、モータ軸毎の消費電力｛Ｐｉ｝を算出する消費電力算出手段７０と、を備える。【選択図】図１
2020102948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部にて変換された直流電力を交流電力に変換する複数のアンプと、前記アンプにて変換された交流電力によりそれぞれ駆動する複数のモータとを有し、前記アンプ及び前記モータがモータ軸毎に設けられる工作機械駆動部の消費電力を算出する電力算出装置であって、
前記コンバータ部に入力される交流電力を測定することで測定電力を取得する電力測定手段と、
前記モータに関するパラメータを用いてモータ軸の消費電力をそれぞれ推定することでモータ軸毎の推定電力を取得する消費電力推定手段と、
前記電力測定手段での測定により得られた前記測定電力を、前記消費電力推定手段での推定により得られた前記推定電力に応じた比率で分配することで、モータ軸毎の消費電力を算出する消費電力算出手段と、
を備えることを特徴とする電力算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械駆動部の消費電力を算出する電力算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動して対象物を加工する工作機械では、消費電力改善等の目的で、消費電力の情報が求められる。通常、モータの消費電力を得るためには、電力計等の測定器を使用する必要がある。しかし、工作機械には多数のモータ軸があるため、モータ軸数と同じ数の測定器を設けた場合に消費電力測定システムが高価となる。そこで、測定器の個数を減らしつつ消費電力の算出精度を維持するための様々な技術が提案されている。
【０００３】
特許文献1には、コンバータ出力のみを測定し、各モータ軸のアンプ損失及びモータ損失を算出して各モータ軸の出力計算値に加算することで、消費電力を得る方法が開示されている。この方法により、電力計等の機器にかかるコストを最小限に抑えつつ正確に各モータ軸の消費電力を算出することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示される算出方法では、モータ出力を算出する際に電力測定値を使用していないため、その算出した値が実際の出力値と乖離する可能性がある。また、この算出方法では、コンバータ部からの出力を測定して用いるため、コンバータ部が複数ある場合にはコンバータ部の個数と同じ数の測定器が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡単な装置構成及び演算方法によりモータ軸毎の消費電力を算出することが可能な電力算出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における電力算出装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部にて変換された直流電力を交流電力に変換する複数のアンプと、前記アンプにて変換された交流電力によりそれぞれ駆動する複数のモータとを有し、前記アンプ及び前記モータがモータ軸毎に設けられる工作機械駆動部の消費電力を算出する装置であって、前記コンバータ部に入力される交流電力を測定することで測定電力を取得する電力測定手段と、前記モータに関するパラメータを用いてモータ軸の消費電力をそれぞれ推定することでモータ軸毎の推定電力を取得する消費電力推定手段と、前記電力測定手段での測定により得られた前記測定電力を、前記消費電力推定手段での推定により得られた前記推定電力に応じた比率で分配することで、モータ軸毎の消費電力を算出する消費電力算出手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な装置構成及び演算方法によりモータ軸毎の消費電力を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における電力算出装置が組み込まれた工作機械システムの第１構成図である。
【図２】工作機械システムの別の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態における電力算出装置について、図１及び図２を用いて説明する。なお、図中の実線は電力供給経路を示すとともに、破線矢印は信号伝達経路を示す。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態における電力算出装置２が組み込まれた工作機械システムの構成図である。このシステムは、工作機械駆動部１と、工作機械駆動部１の消費電力を算出する電力算出装置２と、を含んで構成される。
【００１２】
工作機械駆動部１は、少なくとも１個のコンバータ部２０と、コンバータ部２０の出力側に並列接続されるＮ個（Ｎ≧２）のサーボアンプ（以下、単に、アンプ３０−１〜３０−Ｎという）と、Ｎ個のモータ４０−１〜４０−Ｎと、を含む。以下、参照符号３０，４０，５０におけるハイフン（−）の直後の文字は、モータ軸の識別番号（以下、軸番号ともいう）に対応する。
【００１３】
コンバータ部２０は、交流電源１０から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をアンプ３０−１〜３０−Ｎにそれぞれ供給する。
【００１４】
本図の例では、１個のコンバータ部２０に対してＮ個のアンプ３０が並列接続されているが、アンプ３０及びモータ４０がモータ軸毎に設けられる構成であれば、様々な接続形態を採用することができる。例えば、図２に示すように、工作機械駆動部１は、Ｎ個のコンバータ部２０−１〜２０−Ｎを備えており、コンバータ部２０とアンプ３０が１対１で接続されてもよい。
【００１５】
モータ４０−１〜４０−Ｎは、例えばＡＣサーボモータで構成され、図示しない工作機械の主軸に接続される。モータ４０−１〜４０−Ｎには、回転速度に相関する検出信号を出力する検出器４１−１〜４１−Ｎがそれぞれ設けられている。
【００１６】
アンプ３０−１〜３０−Ｎは、コンバータ部２０からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を用いてモータ４０−１〜４０−Ｎの駆動制御を行う。具体的には、アンプ３０−１〜３０−Ｎは、検出器４１−１〜４１−Ｎからの検出信号に基づいてトルク指令値を生成し、このトルク指令値に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。
【００１７】
電力算出装置２は、Ｎ個の消費電力推定手段５０−１〜５０−Ｎと、電力測定手段６０と、消費電力算出手段７０と、出力手段８０と、を含む。なお、これらの構成要素は、工作機械駆動部１と別体の装置構成であってもよいし、工作機械駆動部１の機能を部分的に利用した装置構成であってもよい。
【００１８】
消費電力推定手段５０−１〜５０−Ｎは、モータ４０−１〜４０−Ｎに関するパラメータ（例えば、回転数、トルク、損失係数等）をアンプ３０−１〜３０−Ｎから取得し、モータ軸毎の消費電力（以下、推定電力｛Ｑｉ｝という）を推定する。具体的には、消費電力推定手段５０−ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、次の式（１）を用いて、軸番号ｉにおける推定電力Ｑｉを推定する。
Ｑｉ＝Ｔｉ・（２πＮｉ／６０)・ηｉ    ・・・（１）
【００１９】
ここで、Ｎｉは、モータ４０−ｉの回転数（単位：ｒｐｍ）であり、検出器４１−ｉによる検出値が用いられる。また、Ｔｉは、モータ４０−ｉのトルク（単位：Ｎ・ｍ）であり、アンプ３０−ｉの指令値が用いられる。また、ηｉは、モータ４０−ｉの損失係数（単位：なし）であり、図示しないメモリに格納された固有値である。
【００２０】
電力測定手段６０は、交流電源１０とコンバータ部２０の間における電力（以下、測定電力Ｐという）を測定する。この測定電力Ｐは、工作機械駆動部１におけるモータ駆動時に消費される有効電力（電圧、電流及び力率の積）に相当する。
【００２１】
消費電力算出手段７０は、消費電力推定手段５０−１〜５０−Ｎからの推定電力｛Ｑｉ｝及び電力測定手段６０からの測定電力Ｐを用いて、モータ軸毎の消費電力｛Ｐｎ｝を算出する。具体的には、消費電力算出手段７０は、次の式（２）を用いて、軸番号ｉにおける消費電力Ｐｉを算出する。
Ｐｉ＝Ｐ・（Ｑｉ／ΣＱｊ）    ・・・（２）
【００２２】
ここで、ΣＱｊは、Ｎ個の推定電力Ｑｊ（ｊ＝１，・・・，Ｎ）の総和を示している。つまり、消費電力算出手段７０は、測定電力Ｐを推定電力｛Ｑｉ｝に応じた比率で分配している。
【００２３】
出力手段８０は、消費電力算出手段７０により算出された消費電力｛Ｐｉ｝又は消費電力｛Ｐｉ｝に関連する情報を出力する。例えば、出力手段８０は、ディスプレイ又はスピーカで構成されており、消費電力｛Ｐｉ｝の算出結果のみならず、工作機械駆動部１の動作状態に関する判定結果を出力してもよい。
【００２４】
以上のように、電力算出装置２は、コンバータ部２０に入力される交流電力を測定することで測定電力Ｐを取得する電力測定手段６０と、モータ４０−１〜４０−Ｎに関するパラメータを用いてモータ軸の消費電力をそれぞれ推定することでモータ軸毎の推定電力｛Ｑｉ｝を取得する消費電力推定手段５０−１〜５０−Ｎと、測定により得られた測定電力Ｐを、推定により得られたモータ軸毎の推定電力｛Ｑｉ｝に応じた比率で分配することで、モータ軸毎の消費電力｛Ｐｉ｝を算出する消費電力算出手段７０と、を備える。
【００２５】
このように、測定電力Ｐを推定電力｛Ｑｉ｝に応じた比率で分配してモータ軸毎の消費電力｛Ｐｉ｝を算出することで、コンバータ部２０に入力される交流電力の実測値（つまり、測定電力Ｐ）との整合性が常に保たれる。これにより、簡単な装置構成及び演算方法によりモータ軸毎の消費電力｛Ｐｉ｝を算出することができる。
【００２６】
特に、図２に示すように、１個の交流電源１０に複数（ここでは、Ｎ個）のコンバータ部２０−１〜２０−Ｎが並列接続されている場合、交流電源１０と最上流のコンバータ部２０−１の間にある箇所に１個の電力測定手段６０を設ければよい。これにより、コンバータ部２０−１〜２０−Ｎの出力側に１個ずつ電力測定手段６０を設ける場合と比べて、きわめて簡単な装置構成で済む。
【符号の説明】
【００２７】
１  工作機械駆動部、２  電力算出装置、１０  交流電源、２０，２０−１〜２０−Ｎ  コンバータ部、３０，３０−１〜３０−Ｎ  アンプ、４０，４０−１〜４０−Ｎ  モータ、４１−１〜４１−Ｎ  検出器、５０−１〜５０−Ｎ  消費電力推定手段、６０  電力測定手段、７０  消費電力算出手段、８０  出力手段。
【図１】
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【図２】
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