(57)【要約】【課題】工作機械の電力制御装置および電力制御方法において、２つまたはそれ以上のモータのうちの１つのモータが休止状態にあるとき、複数のアンプを用いて、１つのモータを高出力で駆動する。【解決手段】電力制御装置は、第１モータおよび第２モータと、第１アンプおよび第２アンプと、前記第１モータのインピーダンスを高値（Ｈ）と低値（Ｌ）との間で切替可能な第１切替部と、前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態（ＯＦＦ）と、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態（ＯＮ）との間で切替可能な第２切替部と、を備える。【選択図】図１
2020201830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モータおよび第２モータと、
第１アンプおよび第２アンプと、
前記第１モータのインピーダンスを高値（Ｈ）と低値（Ｌ）との間で切替可能な第１切替部と、
前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態（ＯＦＦ）と、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態（ＯＮ）との間で切替可能な第２切替部と、を備えた工作機械の電力制御装置。
【請求項２】
前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２モータが休止しているとき、前記高値から前記低値に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるように（ＯＦＦ→ＯＮ）前記第２切替部を制御する、請求項１に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令がないと判断したとき、前記第２モータが休止していると判断する、請求項２に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替えるように（Ｌ→Ｈ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第２状態から前記第１状態に切り替えるように（ＯＮ→ＯＦＦ）前記第２切替部を制御する、請求項２または３に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があると判断したとき、前記第２モータが回転すると判断する、請求項４に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項６】
前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２モータが駆動しているとき、前記高値（Ｈ）から前記低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態（ＯＦＦ）を維持するように前記第２切替部を制御する、請求項１に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項７】
第１モータおよび第２モータと第１アンプおよび第２アンプとを備えた工作機械の電力制御方法であって、
前記第１モータのインピーダンスを高値から低値に切り替える第１切替工程と（Ｈ→Ｌ）、
前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態から、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態に切り替える第２切替工程と（ＯＦＦ→ＯＮ）、を備えた工作機械の電力制御方法。
【請求項８】
前記第１切替工程および前記第２切替工程は、前記第２モータが休止しているときに行われる、請求項７に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項９】
前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、
前記第１切替工程および前記第２切替工程は、先読みしたブロックに第２モータの回転指令がないときに行われる、請求項８に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項１０】
前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替える第３切替工程と（Ｌ→Ｈ）、
前記第２状態から前記第１状態に切り替える第４切替工程と（ＯＮ→ＯＦＦ）と、をさらに備えた請求項８または９に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項１１】
前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、
第３切替工程および第４切替工程は、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があるときに行われる、請求項１０に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項１２】
第１モータと第１アンプとを備えた工作機械の電力制御方法であって、
第１モータのインピーダンスを高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替える切替工程（Ｈ→Ｌ）、を備えた工作機械の電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の電力制御装置および電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数のサーボモータと、各サーボモータを駆動する複数のサーボアンプとを備えた工作機械が知られていた。例えば特許文献１には、２つのモータ（例えば工具主軸用モータおよび（ワークが載置された）テーブル駆動用モータ）と、各モータを同期して駆動するサーボアンプ（例えば工具軸アンプおよびワーク軸アンプ）を備えた工作機械において、電力制御装置が故障した場合または電力制御装置と２つのモータとの間の通信路に異常が生じた場合に、２つの軸を同期して制御する電力制御装置（同期制御装置）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、工作機械に実装された２つまたはそれ以上のアンプは、異なるモータを必ずしも同期して駆動させる必要はなく、互いに独立して駆動させる場合がある。例えば一方のアンプがテーブル駆動用モータを駆動させて、ワークを移動させ、所定位置に配置して、テーブル駆動用モータを静止させた（ワークを固定させた）後、他方のアンプが工具主軸用モータを駆動させて、ワークを切削加工等の機械加工を行う場合がある。
【０００５】
すなわちテーブル駆動用モータを休止させた状態でワークを機械加工するとき、通常、テーブル駆動用モータを駆動するワーク軸アンプは休止状態にあり、工具軸アンプのみが工具主軸用モータを駆動し、むしろワーク軸アンプおよび工具軸アンプがともに各モータを駆動することは稀である。
【０００６】
また工具軸アンプは、工具主軸用モータがより大きなトルクで（より高速で）ワークを機械加工するためには、より大きな電力を工具主軸用モータに供給する必要がある。すなわちワーク軸アンプが休止状態にあるとき、工具軸アンプから工具主軸用モータへより大きな電力を供給して、より大きなトルクで機械加工を実現するために、工具軸アンプおよびワーク軸アンプの両方が工具主軸用モータに電力を供給することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明に係る第１の態様は、工作機械の電力制御装置に関し、この電力制御装置は、第１モータおよび第２モータと、第１アンプおよび第２アンプと、前記第１モータのインピーダンスを高値（Ｈ）と低値（Ｌ）との間で切替可能な第１切替部と、前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態（ＯＦＦ）と、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態（ＯＮ）との間で切替可能な第２切替部と、を備える。
【０００８】
また電力制御装置は、前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備える。前記制御部は、前記第２モータが休止しているとき、前記高値から前記低値に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるように（ＯＦＦ→ＯＮ）前記第２切替部を制御するように構成されている。
【０００９】
また前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令がないと判断したとき、前記第２モータが休止していると判断してもよい。
【００１０】
さらに前記制御部は、前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替えるように（Ｌ→Ｈ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第２状態から前記第１状態に切り替えるように（ＯＮ→ＯＦＦ）前記第２切替部を制御してもよい。
【００１１】
また前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があると判断したとき、前記第２モータが回転すると判断することが好ましい。
【００１２】
択一的には、前記電力制御装置は、前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記第２モータが駆動しているとき、前記高値（Ｈ）から前記低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態（ＯＦＦ）を維持するように前記第２切替部を制御してもよい。
【００１３】
本発明に係る第２の態様は、工作機械の電力制御方法に関し、とりわけ第１モータおよび第２モータと第１アンプおよび第２アンプとを備えた工作機械の電力制御方法に関し、この電力制御方法は、前記第１モータのインピーダンスを高値から低値に切り替える第１切替工程と（Ｈ→Ｌ）、前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態から、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態に切り替える第２切替工程と（ＯＦＦ→ＯＮ）、を備える。
【００１４】
好適には、前記電力制御方法において、前記第１切替工程および前記第２切替工程は、前記第２モータが休止しているときに行われる。
【００１５】
また好適には、前記電力制御方法は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、前記第１切替工程および前記第２切替工程は、先読みしたブロックに第２モータの回転指令がないときに行われる。
【００１６】
また好適には、前記電力制御方法は、前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替える第３切替工程と（Ｌ→Ｈ）、前記第２状態から前記第１状態に切り替える第４切替工程と（ＯＮ→ＯＦＦ）と、をさらに備える。
【００１７】
また前記電力制御方法は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、第３切替工程および第４切替工程は、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があるときに行われる。
【００１８】
択一的には、第１モータと第１アンプとを備えた工作機械の電力制御方法は、インピーダンスを高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替える切替工程（Ｈ→Ｌ）を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る態様によれば、工作機械の電力制御装置および電力制御方法において、２つまたはそれ以上のモータのうちの１つのモータが休止状態にあるとき、複数のアンプを用いて、１つのモータを高出力で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の電力制御装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るインピーダンス切替部の具体的構成を示す概略的な回路図である。
【図３】回転速度に対する第１モータの出力およびトルクを示すグラフである。
【図４】回転速度に対する第１モータの出力およびトルクを示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る電力制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付図面を参照して、本発明に係る工作機械の電力制御装置および電力制御方法の実施形態を以下説明する。なお、各図面において電力制御装置の同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る工作機械の電力制御装置の概略的構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力制御装置１は、概略、第１モータ１０および第２モータ２０と、第１アンプ３０および第２アンプ４０と、インピーダンス切替部５０（第１切替部ともいう）と、アンプ切替部６０（第２切替部ともいう）と、制御部７０とを備える。制御部７０は、第１アンプ３０ならびに第２アンプ４０、およびインピーダンス切替部５０ならびにアンプ切替部６０を制御するように構成されている。第１モータ１０および第２モータ２０は、エンコーダを有し、回転速度および／または回転位置を示す信号をそれぞれ第１アンプ３０および第２アンプ４０に出力して速度制御および／または位置制御を行うサーボモータであってもよい。
【００２３】
インピーダンス切替部５０は、制御部７０からの第１切替信号を受けて（図１の破線）、第１モータ１０のインピーダンスを高値（Ｈ）と低値（Ｌ）との間で切り替えることができるように構成されている。
【００２４】
一方、アンプ切替部６０は、第１状態（ＯＦＦ）と第２状態（ＯＮ）との間で切り替えることができるように構成されている。本願において、第１状態（ＯＦＦ）とは、第１アンプ３０からの第１電力を第１モータ１０に供給するとともに第２アンプ４０からの第２電力を第２モータ２０に供給する状態をいい、第２状態（ＯＮ）とは、第１電力および第２電力を第１モータ１０にのみ供給する状態をいう。
【００２５】
図２は、インピーダンス切替部５０の具体的構成を示す概略的な回路図である。第１モータ１０は、例えば線間電圧が２００Ｖ（図２の＋と−の間の電圧）の三相誘導電動機であって、巻線を複数ターン（Ｎターン、例えば２０ターン）巻回して構成されたＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１３、およびＷ相コイル１５を備え、これらは第１アンプ３０のインバータ回路３２に接続されている。またＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１３、およびＷ相コイル１５はそれぞれ、図２に示すように、２つのサブコイル（Ｕ１サブコイル１２ａとＵ２サブコイル１２ｂ、Ｖ１サブコイル１４ａとＶ２サブコイル１４ｂ、およびＷ１サブコイル１６ａとＷ２サブコイル１６ｂ）で構成されている。
【００２６】
インピーダンス切替部５０は、第１モータ１０のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１３、およびＷ相コイル１５のそれぞれに接続された３つの直列並列スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有する。直列並列スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はそれぞれ、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１３、およびＷ相コイル１５の各サブコイル１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂを直列接続または並列接続に同期して切り替えることができる。図２は、各サブコイル１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂが直列に接続された状態（Ｈ）を示す。
【００２７】
一般に、コイルのインピーダンスＺはベクトルとして表され、その大きさは［数１］で表される。
［数１］
Ｚ＝［Ｒ２＋（ωＬ）２］１／２
ここでＲはコイルの抵抗、Ｌはコイルのリアクタンス、ωは角周波数を示す。
【００２８】
例えばＵ相コイル１１のサブコイル１２ａ，１２ｂが直列に接続されているときのＵ相コイル１１の合成インピーダンスＺｓは、サブコイル１２ａ，１２ｂのインピーダンスＺ１，Ｚ２を用いて［数２］で表され、直列並列スイッチＳＷ１の切替により、サブコイル１２ａ，１２ｂが並列に接続されているときのＵ相コイル１１の合成インピーダンスＺｐは、［数３］で表される。
［数２］
Ｚｓ＝Ｚ１＋Ｚ２
［数３］
Ｚｐ＝（Ｚ１−１＋Ｚ２−１）−１
【００２９】
Ｕ相コイル１１のサブコイル１２ａ，１２ｂのインピーダンスＺ１（抵抗値ＲおよびリアクタンスＬ）が同一である場合、直列接続時の合成インピーダンスＺｓおよび並列接続時の合成インピーダンスＺｐは、次のように表される。
［数４］
Ｚｓ＝２Ｚ１
［数５］
Ｚｐ＝Ｚ１／２
【００３０】
Ｖ相コイル１３およびＷ相コイル１５のサブコイル１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂの直列接続時または並列接続時の合成インピーダンスＺも同様に表される。このようにインピーダンス切替部５０は、第１モータ１０全体の合成インピーダンスＺを直列接続時の高値（Ｈ）と並列接続時の低値（Ｌ）との間で切り替えることができる。そして［数４］および［数５］から明らかなように、合成インピーダンスＺの高値（Ｈ）は、低値（Ｌ）の４倍となる。換言すると、インピーダンス切替部５０は、第１モータ１０のインピーダンスＺを高値（Ｈ）から、その１／４倍の低値（Ｌ）に切り替え（Ｈ→Ｌ）、または低値（Ｌ）からその４倍の高値（Ｈ）に切り替えることができる（Ｌ→Ｈ）。
【００３１】
一方、直列接続されたサブコイル１２ａ，１２ｂを並列接続にすると、Ｕ相コイル１１の巻数（ターン数）は、例えば２０ターンから１０ターンに半減する（１／２倍になる）。Ｖ相コイル１３およびＷ相コイル１５も同様である。図３は、回転速度Ｎに対する第１モータ１０の出力Ｗ（実線）およびトルクＴ（破線）を示すグラフであって、インピーダンスＺが高値（Ｈ）および低値（Ｌ）である場合（ただし第１モータ１０に供給する電力（例えば１０ｋＷ）は同一）を示す。
【００３２】
第１モータ１０のインピーダンスＺが高値（Ｈ）である場合、第１モータ１０に供給する電流Ｉをゼロから（例えば１００Ａまで）徐々に増大させて第１モータ１０を始動させると、トルクＴ１は一定で（図３の短い破線で示す。）、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ１に達したとき、一定の定格出力Ｗ１が出力される。
【００３３】
一般に、出力ＷはトルクＴと回転速度Ｎに線形比例し（Ｗ＝Ｔ×Ｎ）、トルクＴはトルク定数Ｋと電流Ｉに線形比例するので（Ｔ∝Ｋ×Ｉ）、回転速度Ｎがゼロから定格回転速度Ｎ１に至るまでの出力Ｗ（実線）を示すグラフの傾きは、インピーダンスＺが高値（Ｈ）であるときの第１モータ１０のトルク定数Ｋ１に対応する。また、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ１を超えて増大すると、定格出力Ｗ１が一定であるため、図３の短い破線で示すように、トルクＴ１が回転速度Ｎに反比例するように小さくなる。
【００３４】
第１モータ１０のインピーダンスＺが低値（Ｌ）である場合、第１モータ１０に供給する電流Ｉをゼロから徐々に増大させて第１モータ１０を始動させると、トルクＴ２は一定で（図３の長い破線で示す。）、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ２に達したとき、一定の定格出力Ｗ１が出力される。
【００３５】
同様に、回転速度Ｎがゼロから定格回転速度Ｎ２に至るまでの出力Ｗ（実線）を示すグラフの傾きは、インピーダンスＺが低値（Ｌ）であるとき、すなわちサブコイル１２ａ，１２ｂが並列接続されて巻数（ターン数）が半減したときの第１モータ１０のトルク定数Ｋ２に対応する。
【００３６】
したがって、第１モータ１０に流れる電流Ｉが同じ（例えば１００Ａ）であるとき、巻数（ターン数）が半減したことに起因して、第１モータ１０のトルク定数Ｋ２は、トルク定数Ｋ１の１／２倍（傾きが半分）となる。また、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ２を超えて増大すると、定格出力Ｗ１が一定であるため、同様に図３の短い破線で示すように、トルクＴ２が回転速度Ｎに反比例するように小さくなる。すなわち、トルクＴ１およびトルクＴ２は、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ２を超えるとき、同一の軌跡上を推移する（長い破線と短い破線が重なり合う）。
【００３７】
再び図１を参照して、制御部７０は、インピーダンスＺの高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）インピーダンス切替部５０を制御する一方、第１状態（ＯＦＦ）を維持するようにアンプ切替部６０を制御すると、第１モータ１０の出力Ｗ１およびトルクＴ１,Ｔ２は、図３を参照して上記説明したように推移する。インピーダンスＺが高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に低減しても、第１モータ１０のコイルの銅損（＝インピーダンスＺと電流Ｉの二乗の積）と、モータの鉄損（回転数Ｎの二乗に比例）の合計許容値は変わらない。したがって、銅損が減少した分、鉄損の上限値を大きくすることができるので、回転数の上限値を大きくすることができる。結果として、アンプ切替部６０が通常状態にあって、インピーダンス切替部５０のみを高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替えたとき、通常の最大回転速度ＮＭＡＸより高い回転速度ＮＳＵＰで第１モータ１０を回転させることができる。
【００３８】
さらに換言すると、上述のようにインピーダンス切替部５０（Ｈ→Ｌ）およびアンプ切替部６０（ＯＦＦを維持）を制御すると、第１モータ１０の最大回転速度を増大させることができる。この電力制御装置および電力制御方法は、工作機械で用いられる工具主軸用モータのトルクは小さくても、大きな回転速度を必要とする場合に有用である。
【００３９】
［本実施形態に係る電力制御方法］
次に、本実施形態に係る電力制御方法において、第２モータ２０が休止しているとき、インピーダンスＺの高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）インピーダンス切替部５０を制御するとともに、第１状態から第２状態に切り替えるように（ＯＦＦ→ＯＮ）アンプ切替部６０を制御する場合について詳細に以下説明する。
【００４０】
このとき、インピーダンス切替部５０は、第１モータ１０のインピーダンスＺを高値（Ｈ）から、その１／４倍の低値（Ｌ）に切り替える（Ｈ→Ｌ）とともに、第１モータ１０の巻数（ターン数）を例えば２０ターンから１０ターンに切り替える。
【００４１】
一方、アンプ切替部６０は、第２モータ２０が休止しているとき、第１アンプ３０および第２アンプ４０から供給される第１電力および第２電力を第１モータ１０にのみ供給するように切り替える。一例として、線間電圧が２００Ｖで、第１状態では第１アンプ３０から１０ｋＷの第１電力（Ｉ＝１００Ａの電流）が第１モータ１０に供給されていたところ、第２状態では第１アンプ３０および第２アンプ４０から第１電力および第２電力（合計２０ｋＷ＝１０ｋＷ×２）が第１モータ１０にのみ供給される。
【００４２】
図４は、回転速度Ｎに対する第１モータ１０の出力Ｗ（実線）およびトルクＴ（破線）を示すグラフであって、高値（Ｈ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０から第１電力が供給される場合と、低値（Ｌ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０および第２アンプ４０から電力が供給される場合を示す。
【００４３】
高値（Ｈ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０から第１電力（１０ｋＷ）が供給される場合において、回転速度Ｎに対する第１モータ１０の出力Ｗ（実線）およびトルクＴ（破線）は、図３で説明したとおりである。すなわち、第１モータ１０に供給する電流Ｉをゼロから（例えば１００Ａまで）徐々に増大させて第１モータ１０を始動させると、トルクＴ１は一定で（図４の短い破線で示す。）、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ１に達したとき、一定の定格出力Ｗ１が出力される。
【００４４】
一方、インピーダンス切替部５０は、第１モータ１０のインピーダンスＺを高値（Ｈ）から、その１／４倍の低値（Ｌ）に切り替えた（Ｈ→Ｌ）とき、トルク定数Ｋはコイルの巻数に線形比例するので、第１モータ１０のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１３、およびＷ相コイル１５のサブコイル１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂが並列接続されて巻数（ターン数）が半減すると、第１モータ１０のトルク定数Ｋも切替前の１／２倍になる。
【００４５】
ただし第１モータ１０は、第１アンプ３０および第２アンプ４０の両方から電力供給（例えば２０ｋＷ）を受けて２倍の電流Ｉが供給される。トルクＴはトルク定数Ｋと電流Ｉに線形比例するので（Ｔ∝Ｋ×Ｉ）、トルク定数Ｋが半減しても電流Ｉが２倍になるので、低速時のトルクＴ３はトルクＴ１に等しく（図４の短い破線で示す）、定格回転速度Ｎ３で一定の定格出力Ｗ３が出力されるまでの出力Ｗ（実線）を示すグラフの傾きは、高値（Ｈ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０から第１電力（１０ｋＷ）が供給される場合と一致する。すなわち、回転速度Ｎに対する第１モータ１０の出力Ｗ（実線）を示すグラフは、回転速度ＮがゼロとＮ１の間にあるとき、高値（Ｈ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０から第１電力（１０ｋＷ）が供給される場合と、低値（Ｌ）のインピーダンスＺに第１アンプ３０から第１電力および第２電力（２０ｋＷ）が供給される場合とで重なり合っている。
【００４６】
第１モータ１０のコイルの巻数が半減すると、定格回転速度Ｎ３は定格回転速度Ｎ１の２倍になり、定格出力Ｗ３は定格出力Ｗ１の２倍になるので、回転速度Ｎが定格回転速度Ｎ３を超えて増大するとき、同様に図４の長い破線で示すように、トルクＴ３は回転速度Ｎに反比例するように小さくなる。すなわちトルクＴ３は、同じ回転速度Ｎに対して、トルクＴ１の２倍となる。
【００４７】
このように構成された工作機械の電力制御装置および電力制御方法によれば、第２モータ２０および第２アンプ４０が休止状態にあるとき、第１アンプ３０からの第１電力に加えて、第２アンプ４０からの第２電力を第１モータ１０に供給することにより、第１モータ１０の高速回転時のトルクＴ３および出力Ｗ３を倍増させることができる。これは、工作機械に搭載可能なアンプの数に制約がある場合であっても、休止している第１アンプ３０を有効活用することにより、大きなトルクおよび出力で工具主軸用モータ（第１モータ１０）を駆動することができる。これにより、例えば加工時間の短縮や、高速回転を要する加工を容易に実現することができる。
【００４８】
なお、第１電力および第２電力はともに例えば１０ｋＷであり、第１モータ１０のインピーダンスＺの高値（Ｈ）が低値（Ｌ）の４倍であるとして上記説明したが、これに限定されるものではなく、第１電力および第２電力は互いに異なる任意の値であってもよいし、高値（Ｈ）と低値（Ｌ）の比率も任意の値であってもよい。
【００４９】
（制御プログラムの先読み）
ところで工作機械の制御部７０は、一般に、数値制御装置で構成され、制御プログラムに従ってアンプ等の構成部品の駆動または処理を制御する。また制御プログラムとは、制御部７０による処理が円滑かつ能率よく実行されるよう補助する機能をもつ管理プログラムであり、ＮＣ（数値制御）プログラムとも呼ばれている。制御部７０は、ＮＣプログラムに特別の指令がなければ、順次１ブロックずつ読み込むように構成されているが、複数のブロックを事前に読み込む（プログラムを先読みする）ことにより、例えばＮＣプログラム指令により実現されるワークの指令形状を判定し、ワークの機械特性に最適な工具ツール（モータ）の速度や加速度を決定することができる。すなわち制御部７０は、例えば高速で高品位の機械加工のためにＮＣプログラムを先読みすることができる。
【００５０】
図５は、本実施形態に係る電力制御方法を示すフローチャートである。
まず制御部７０は、第１アンプ３０および第２アンプ４０の制御手順を示す制御プログラムを先読みする（ステップＳＴ０１）。制御部７０は、先読みした複数のブロックの中に第２モータ２０の回転指令があるか否かを判定し（ステップＳＴ０２）、回転指令がある場合（ＹＥＳの場合）には第２モータ２０は回転していると判断してステップＳＴ０３に進み、回転指令がない場合（ＮＯの場合）には第２モータ２０は休止していると判断してステップＳＴ０４に進む。
【００５１】
制御部７０は、ステップＳＴ０３において、第１モータ１０のインピーダンスＺを高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）インピーダンス切替部５０を制御するとともに、第１状態から第２状態に切り替えるように（ＯＦＦ→ＯＮ）アンプ切替部６０を制御する。こうして、第１アンプ３０からの第１電力に加えて、第２アンプ４０からの第２電力を第１モータ１０に供給して、第１モータ１０の高速回転時のトルクＴ３および出力Ｗ３を倍増させることができる。したがって、第２モータ２０に電力供給することなく休止している第２アンプ４０を有効活用することにより、大きなトルクおよび出力で工具主軸用モータ（第１モータ１０）を駆動することができる。よって本実施形態に係る電力制御方法によれば、加工時間を短縮し、高速回転を要する加工を容易に実現することができる。
【００５２】
制御プログラムの先読み（ステップＳＴ０１〜ＳＴ０３）は、反復して行われる。制御部７０は、先読みした複数のブロックの中に第２モータ２０の回転指令がないと判定したとき（ステップＳＴ０２）、第２モータ２０が休止した後、再び回転すると判断し、ステップＳＴ０４において、第１モータ１０のインピーダンスＺを低値（Ｌ）から高値（Ｈ）に切り替えるように（Ｌ→Ｈ）インピーダンス切替部５０を制御するとともに、第２状態から第１状態に切り替えるように（ＯＮ→ＯＦＦ）アンプ切替部６０を制御する。こうして通常状態に戻し、第１モータ１０は第１アンプ３０から給電され、第２モータ２０は第２アンプ４０から給電される。
【００５３】
図示しないが、第２モータ２０（第２アンプ４０）の駆動／停止に拘わらず、制御部７０は、図３で上記説明したように、インピーダンスＺの高値（Ｈ）から低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）インピーダンス切替部５０を制御する一方、アンプ切替部６０は第１状態（ＯＦＦ）を維持するように制御してもよい。このとき、通常の最大回転速度ＮＭＡＸより高い回転速度ＮＳＵＰで第１モータ１０を回転させることができる。上記制御方法は、小さいトルクで大きな回転速度を必要とする工具主軸用モータに特に有利である。
【００５４】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、工作機械の電力制御装置および電力制御方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…電力制御装置、１０…第１モータ、１１…Ｕ相コイル、１３…Ｖ相コイル、１５…Ｗ相コイル、１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂ…サブコイル、２０…第２モータ、３０…第１アンプ、４０…第２アンプ、５０…インピーダンス切替部５０（第１切替部）、６０…アンプ切替部（第２切替部）、７０…制御部
【図１】
2020201830.tif 000003
【図２】
2020201830.tif 000004
【図３】
2020201830.tif 000005
【図４】
2020201830.tif 000006
【図５】
2020201830.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月2日(2020.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モータおよび第２モータと、
第１アンプおよび第２アンプと、
前記第１モータのインピーダンスを高値（Ｈ）と低値（Ｌ）との間で切替可能な第１切替部と、
前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態（ＯＦＦ）と、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態（ＯＮ）との間で切替可能な第２切替部と、を備えた工作機械の電力制御装置。
【請求項２】
前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２モータが休止しているとき、前記高値から前記低値に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるように（ＯＦＦ→ＯＮ）前記第２切替部を制御する、請求項１に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令がないと判断したとき、前記第２モータが休止していると判断する、請求項２に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替えるように（Ｌ→Ｈ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第２状態から前記第１状態に切り替えるように（ＯＮ→ＯＦＦ）前記第２切替部を制御する、請求項２または３に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みし、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があると判断したとき、前記第２モータが回転すると判断する、請求項４に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項６】
前記第１アンプならびに前記第２アンプ、および前記第１切替部ならびに前記第２切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２モータが駆動しているとき、前記高値（Ｈ）から前記低値（Ｌ）に切り替えるように（Ｈ→Ｌ）前記第１切替部を制御するとともに、前記第１状態（ＯＦＦ）を維持するように前記第２切替部を制御する、請求項１に記載の工作機械の電力制御装置。
【請求項７】
第１モータおよび第２モータと第１アンプおよび第２アンプとを備えた工作機械の電力制御方法であって、
前記第１モータのインピーダンスを高値から低値に切り替える第１切替工程と（Ｈ→Ｌ）、
前記第１アンプからの第１電力を前記第１モータに供給するとともに前記第２アンプからの第２電力を前記第２モータに供給する第１状態から、前記第１電力および前記第２電力を前記第１モータに供給する第２状態に切り替える第２切替工程と（ＯＦＦ→ＯＮ）、を備えた工作機械の電力制御方法。
【請求項８】
前記第１切替工程および前記第２切替工程は、前記第２モータが休止しているときに行われる、請求項７に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項９】
前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、
前記第１切替工程および前記第２切替工程は、先読みしたブロックに第２モータの回転指令がないときに行われる、請求項８に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項１０】
前記第２モータが休止した後、再び回転するとき、前記低値から前記高値に切り替える第３切替工程と（Ｌ→Ｈ）、
前記第２状態から前記第１状態に切り替える第４切替工程と（ＯＮ→ＯＦＦ）と、をさらに備えた請求項８または９に記載の工作機械の電力制御方法。
【請求項１１】
前記第１アンプおよび前記第２アンプの制御手順を示す制御プログラムを先読みする先読工程をさらに備え、
第３切替工程および第４切替工程は、先読みしたブロックに前記第２モータの回転指令があるときに行われる、請求項１０に記載の工作機械の電力制御方法。