【手続補正書】
【提出日】令和3年11月8日(2021.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】電動スピンドルの一定温度制御のための方法及びシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動スピンドルの一定温度制御のためのシステム方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動スピンドルは、ステータ及びロータがスピンドルの一体部品である電気モータにより駆動される。通常、スピンドルは予測できない速度及びトルク負荷の環境で使用され、モータの損失を変化させ、結果として温度変化を引き起こす。その結果、電動スピンドルには、ワークピースの寸法を変化させる寸法変動が生じる。高い公差レベル（即ち、ミクロン及びサブミクロンレベル）で精度が必要な場合、温度による非常に小さな寸法変化でも、正確に機械加工された部品の製造に影響を与える可能性がある。電動スピンドルでのこのような熱影響は、未解決の問題である。
【０００３】
熱による効果の影響を軽減するための既存のアプローチの１つは、機械加工作業が始まる前に電動スピンドルを動作温度まで「ウォームアップ」し、この動作温度を維持することである。
【０００４】
動作温度を制御する１つの方法は、モータの損失が放熱とほぼ同じになるように、負荷（即ち、モータ速度とモータの負荷）を注意深く制御することである。
【０００５】
動作温度を維持する別の方法は、冷却剤の温度をアクティブに制御することである。これには、通常、冷却剤の温度を測定して、機械加工が行われる前に寸法変化（温度による）が起きるように冷却剤を加熱又は／及び冷却することができる温度制御システムが必要である。しかしながら、この処置の問題は、それがセットアップ時間／ダウン時間を増加させることであり、これは望ましくなく、さらなる温度変化があり、そのために機械加工中にさらなる寸法変化がある場合に問題となる。
【０００６】
したがって、上記の１つ以上の問題を改善又は少なくとも軽減するシステム方法及び装置を提供することが望まれる。
【０００７】
本発明の概要に移る前に、本発明の背景の考察が本発明の状況を説明するために含まれていることが理解されよう。これは、参照された資料のいずれかが、公開されている、既知である、又は、共通の一般知識の一部であることを認めるものではない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、モータドライブに組み込まれた温度コントローラでモータ温度を能動的に制御するように、モータ能力を活用する方法を提供する。この方法は、埋め込み軸ドライブ及び様々なモータタイプに適用でき、回転モータ、リニアモータ、電動スピンドル、永久磁石スピンドルモータを含む同期モータ、及び、誘導モータを含む非同期モータを含むが、これらに限定されない。モータがスピンドルなどの大きな構成要素の不可欠な部分である用途では、熱損失は、スピンドルの他の構成要素に伝達され、比例した寸法変化を引き起こす可能性がある。わずかな寸法の変化でさえ、正確に機械加工されたワークピースの生産に大きな影響を与える可能性がある。熱は、モータからモータの近くにある他の機械部品に放散することもある。これは、モータの近くに熱に敏感な構成要素を備えた高精密機械では特に問題になる。高精密機械では、機械の精度と再現性における熱の影響が重要になることがある。本発明は、これらの構成要素における熱の影響を低減するため、又は、より予測可能な方法で構成要素に影響を与えるために適用することができる。
【０００９】
「負荷」という用語は、モータの速度と共にモータの負荷を指すため、必要な負荷には、モータに必要な負荷とモータの必要な速度の両方が含まれることがある。これは、モータの形式により、例えば、回転式又はリニア式にしてもよい。
【００１０】
第１の態様では、本発明は、誘導電動スピンドルの電気損失を調整することにより、誘導電動スピンドルの温度を制御する方法であって、（ａ）前記誘導電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、（ｂ）前記誘導電動スピンドルのための所定の温度設定点を与えること、（ｃ）前記誘導電動スピンドルの温度を判断すること、（ｄ）前記誘導電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、（ｅ）前記誘導電動スピンドルの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定すること、（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、モータ電圧を調整することのステップを含む、方法を提供する。
【００１１】
本発明は、モータに必要な負荷を決定して、必要な負荷を満たすように第１電圧を調整する。温度が閾値温度を下回る場合、第２電圧をモータに印加して、所定の温度設定点に向けて温度を上昇させることができる。有利には、何らかのモータ効率は犠牲になるが、モータは一定の温度で動作し、ＣＮＣシステムなどの用途では、機械加工中の温度による寸法変化の可能性を低減することができる。
【００１２】
ステップ（ｆ）は、温度が所定の温度未満である場合、第２モータ電圧を上げることを含めてもよい。代わりに、ステップ（ｆ）は、温度が所定の温度設定点を超える場合、第２モータ電圧を下げることを含めてもよい。
【００１３】
代替案では、モータは誘導モータでもよく、その場合、ステップ（ｆ）は、モータ電圧を変化させることによりモータの磁束を変化させることを含む。
【００１４】
所定の温度は、温度範囲でもよいし、特定の温度でもよい。好ましくは、ステップ（ｄ）において、モータの温度は、所定時間に渡り所定の温度設定点と比較される。所定時間は、１２０ｍｓでもよい。
【００１５】
第２の態様では、本発明は、磁束生成電流を変化させることにより変化する損失を修正し、負荷と速度の要件を満たす同期電動スピンドルの温度を制御する方法であって、（ａ）前記同期電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、（ｂ）前記同期電動スピンドルのための所定の温度設定点を与えること、（ｃ）前記同期電動スピンドルの温度を判断すること、（ｄ）前記同期電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、（ｅ）前記モータ磁束生成電流を調整して、負荷と速度の要件を満たすこと、のステップを含む方法を提供する。
【００１６】
第３の態様では、本発明は、誘導電動スピンドルの電気損失を調整することにより、前記誘導電動スピンドルの温度を制御するシステムであって、前記システムは、１以上のドライブユニット、次に１以上の誘導電動スピンドルを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースを含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、（ａ）前記誘導電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、（ｂ）前記誘導電動スピンドルのための所定の温度設定点を与え、（ｃ）前記誘導電動スピンドルの温度を判断し、（ｄ）前記誘導電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、（ｅ）前記誘導電動スピンドルの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定し、（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、前記モータ電圧を調整し、（ｇ）測定されたモータ速度及び実際のモータ電圧に基づいて、モータ負荷測定を調整する、ようにプログラムされる、システムを提供する。
【００１７】
好ましくは、ステップ（ｂ）のモータための所定の温度設定点は、所望の負荷シーケンスによって、オペレータにより設定される。
【００１８】
好ましくは、ステップ（ｇ）は、モータ負荷測定を調整する場合、モータに関連するモータデータシートを組み込むことを含む。例えば、通常のモータ速度制御は、モータデータシートからの通常のＶ／Ｆを用いて適用してもよい。
【００１９】
第４の態様では、本発明は、同期電動スピンドルの温度を制御するシステムであって、損失は、磁束生成電流を変化させることにより修正され、負荷と速度の要件を満たし、前記システムは、１以上のドライブユニット、次に１以上の同期電動スピンドルを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースをさらに含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、（ａ）前記同期電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、（ｂ）前記同期電動スピンドルのための所定の温度設定点を与え、（ｃ）前記同期電動スピンドルの温度を判断し、（ｄ）前記同期電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、（ｅ）前記モータ磁束生成電流を調整して、負荷と速度の要件を満たす、ようにプログラムされる、システムを提供する。
【００２０】
第５の態様では、本発明は、特定の速度とトルクを維持しながらモータの端子電圧を調整することにより、１以上のモータの温度を調節する１以上のドライブユニットに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースを含み、前記モータは、機械工具スピンドルに組み込まれる、電気モータ制御システムを提供する。
【００２１】
好ましくは、モータは、機械工具スピンドルに組み込まれる。モータは、同期モータ又は誘導モータでもよく、その損失は、モータ磁束と同相の電圧を変化させることにより修正されることが理解される。
【００２２】
第６の態様では、本発明は、電動スピンドル及び一定温度コントローラを有する電気モータの温度を制御する方法であって、（ａ）電動スピンドルための所望の温度設定点を与えることと、（ｂ）一定温度コントローラの状態に応じて、（ｉ）一定温度コントローラが無効である場合、モータの速度を制御するための一定の電圧／周波数、そうでなければ、（ｉｉ）所定の速度及び負荷でモータを回転させるのに十分な電力があり、一定温度コントローラを介して温度を調節するようにモータへの制御された電圧、を選択的に印加すること、のステップを含む、を提供する。
【００２３】
好ましくは、この方法は、さらに、電動スピンドルの速度を決定すること、及び、電動スピンドルの速度がゼロに等しいことに応じて、（ｉ）ゼロ速度での一定温度制御を介して電動スピンドルを制御すること、そうでなければ、速度がゼロでない場合、（ｉｉ）所定の速度及び負荷でモータを回転させるのに十分な電力があり、一定温度コントローラを介して温度を調節するように、モータへの制御された電圧を印加すること、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】図１ａは、本発明が動作することができるＣＮＣ制御される電動スピンドルシステムにおける標準的な要素の概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、電動スピンドルにより駆動される多軸を含む、ＣＮＣ制御される電動スピンドルシステムにおける標準的な要素の概略図である。
【図２ａ】図２ａは、電気損失を調節することにより電気モータの温度を制御するための本発明の方法を説明する流れ図である。
【図２ｂ】図２ｂは、損失がモータ磁束と同相の同期電圧を変化させることにより修正される、同期モータの温度を制御するための本発明の方法を説明する流れ図である。
【図２ｃ】図２ｃは、動作中の一定温度制御のためのステップの詳細を含む、本発明の方法を説明する流れ図である。
【図３ａ】図３ａは、誘導モータの一定の電圧／周波数の速度制御の動作を説明する概略図である。
【図３ｂ】図３ｂは、一定温度制御を伴う誘導モータのＶ／Ｆ制御を説明する概略図である。
【図４】図４は、図３ｂの一定温度コントローラの動作を説明する概略図である。
【図５】図５は、一定温度制御のためのステップの詳細を含む、本発明の方法のさらなる実施形態を説明する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ａは、１以上のモータ及び／又は１以上の電動スピンドルを制御するために使用されるＣＮＣ（コンピュータ数値制御）システム１００における標準的な要素の概略図である。本発明は、ＣＮＣ環境及び機械工具を伴うモータを参照して説明されるが、それに限定される必要はない。本発明は、一定温度が必要とされる任意の用途における異なるタイプのモータを制御するために適用されてもよい。好ましい実施形態では、ＣＮＣシステム１００は、複雑な部品をミクロンレベルの公差に機械加工することができる。
【００２６】
この明細書で使用される用語「電動スピンドル」は、モータ、スピンドル、又は、電動スピンドルでもよい。理解されるように、モータ１３５は、回転型又はリニア型である必要はなく、例えば、永久磁石スピンドルを含む任意の形態を取ることができる。第１の実施形態では、モータ１３５は、誘導モータである。この実施形態では、誘導モータにより生成される磁束は、誘導モータに印加される電圧に比例することが理解される。
【００２７】
この実施形態では、モータの負荷（即ち、その速度及び負荷）が主な関心事であり、温度が第２の関心事である。温度変化は、最小範囲に制限される。
【００２８】
ＣＮＣシステム１００は、ＣＮＣシステム１００に関する様々なパラメータを入力することができるユーザインタフェース１０５を含む。パラメータの１つは、モータが維持される所望の設定温度でもよい。ユーザインタフェース１０５は、パートプログラムインタプリタ、プログラマブルロジックコントローラ、及び、サーボコマンドインタポレータなど（図示せず）のようないくつかのコンポーネントを有してもよい。好ましい実施形態では、ＣＮＣコンポーネント１１０は、位置及び／又は速度指令をドライブユニット１１５に送信して、モータ又は電動スピンドル１３５を制御してもよい。図１ａに示されるように、サーミスタ１４０がモータ巻線に埋め込まれ、モータ温度を測定し、読み取られた温度をドライブにフィードバックすることに留意されたい。
【００２９】
さらに、モータからドライブ１１５への位置及び速度フィードバックを得て、受け取るために、エンコーダ又はプロキシスイッチ１３０が提供される。システム１００により制御される１以上のモータ１３５を有してもよいことが理解されよう。
【００３０】
また、ＣＮＣシステム１００は、図１ｂに示されるように、それぞれが別々のモータ１２５及びそのドライブ１１２に関連したいくつかの可動軸を含めてもよい。各モータ１３５は、関連するドライブ１１５により供給される電圧により制御される。モータ１３５が動作しているとき、それは電気エネルギーを回転運動又は直線運動に変換する。
【００３１】
また、図１ｂに示されるように、ＣＮＣシステム１００は、複数の電動スピンドル１１５を含めてもよく、これらの各々は、本発明の方法により制御することができることを理解されよう。明確にするために、図１ｂは、１つの電動スピンドル１１５のみを示す。モータ１３５は、必要な変化をする速度及び負荷の要件を満たすように動作するので、その温度は、熱損失に従って上昇及び下降する。
【００３２】
本発明は、追加の温度コントローラを必要とせずに、モータ温度を能動的に維持するようにモータ能力を探索する方法を含む。モータの温度は、モータを制御するドライブに組み込まれたソフトウェアメソッドにより制御される。有利なことに、これは追加のハードウェアを必要としない。
【００３３】
図３ａは、Ｖ／Ｆカーブとして知られ、モータ１３５の速度を制御するための一定の電圧／周波数アプローチを示す図３００である。図３ａ及び図３ｂに共通するいくつかのコンポーネント３０５が提供され、Ｖ／Ｆカーブ３２０、コミュテーション(commutation)コンポーネント３２５、計算コンポーネント３３０、誘導モータ３３５、及び、スピンドル負荷アップデートコンポーネント３４０を含む。
【００３４】
図３ｂは、本発明の方法による、誘導モータの一定の電圧／周波数制御を示す図である。
【００３５】
本例は、閉ループシステムにおけるモータの一定温度を達成するためにスカラー制御（Ｖ／Ｆ）の形でモータ３３５を制御するための制御戦略を説明するが、ベクトル制御及び直接トルク制御などの他の方法が提供されてもよいことが理解されよう。
【００３６】
図３ｂに示すように、電圧Ｖ２は、Ｖ／Ｆカーブに適用される調整可能なパラメータである。
【００３７】
図１ａに示すように、これは、電動スピンドル１３５に必要な負荷を測定し、一定の温度を維持し、必要な負荷／速度を満たすようにドライブ１１５を介してモータ電圧を調整することにより達成される。温度が閾値温度設定点を下回る場合、モータの電圧は、所定の温度設定点に向けて温度を上昇させる可能性がある第２電圧（図４を参照してさらに説明されるＶ２ｂ）を印加することにより上昇させてもよい。
【００３８】
いくつかのモータ効率は犠牲になるが、モータ１３５は、一定の温度で動作し、それはＣＮＣシステム１００などの用途では、温度による寸法変化の可能性の低減し、機械工具の好ましい実施形態における正確に機械加工されたワークピースの生産に結果として生じる効果を有利に可能にする。
【００３９】
図２ａは、電気損失を調整することにより電気モータの温度を制御するための本発明の方法２００ａを説明する流れ図である。この方法は、ＣＮＣシステム１００上のハードウェア内のソフトウェア又はファームウェアで実行してもよいし、電動スピンドル１３５の動作を制御するシステムに関連するコンピュータに常駐させてもよい。
【００４０】
方法２００ａは、ステップ２０５ａで始まり、モータに必要な負荷が決定され、必要な負荷を満たすために第１モータ電圧が供給される。次に、制御は、ステップ２１０ａに移り、所定の温度設定点がモータに与えられる。次に、制御は、ステップ２１５ａに移り、モータの温度が決定され、その後、ステップ２２０ａに制御が移り、モータの温度が所定の温度設定点と比較される。次に、制御は、ステップ２２５ａに移り、モータの温度、所定の温度設定点、及び、第２モータ電圧に基づいて決定され、その後、２３０ａに制御が移り、ステップ２０５ａ及びステップ２２５ａで計算された電圧に基づいて、モータ電圧が調整される。次に、制御は、ステップ２３５ａに移り、測定されたモータ速度及び実際のモータ電圧に基づいて、モータ負荷測定が調整される。
【００４１】
図２ｂは、同期モータの温度を制御するための本発明の方法２００ｂを説明する流れ図であり、損失は、モータ磁束と同相の同期電圧を変化させることにより修正される。この方法は、ＣＮＣシステム１００上のハードウェア内のソフトウェア又はファームウェアで実行してもよいし、電動スピンドル１３５の動作を制御するシステムに関連するコンピュータに常駐させてもよい。
【００４２】
方法２００ｂは、ステップ２０５ｂで始まり、モータに必要な負荷が決定され、必要な負荷を満たすように第１モータ電圧が供給される。次に、制御は、ステップ２１０ｂに移り、モータための所定の温度設定点が与えられる。次に、制御は、ステップ２１５ｃに移り、モータの温度が決定され、その後、制御は、ステップ２２０ｂに移り、モータの温度が所定の温度設定点と比較される。次に、制御は、ステップ２２５ｂに移り、モータ同期電圧がモータ磁束と同相で調整される。
【００４３】
図２ｃは、本発明の実施形態の方法２００ｃを説明する流れ図であり、これは、ＣＮＣシステム１００上のハードウェア内のソフトウェア又はファームウェアにあってもよいし、電動スピンドル１３５の動作を制御するシステムに関連するコンピュータに常駐させてもよい。
【００４４】
方法２００ｃは、ステップ２０５ｃで始まり、ユーザは、図１ａのユーザインタフェース１０５を介して、電動スピンドル１３５の所望の温度設定点を入力してもよい。
【００４５】
次に、制御は、ステップ２１０ｃに移り、電動スピンドルが（例えば、ユーザインタフェース１０５を介してユーザにより）作動されたかどうかが判断される。
【００４６】
電動スピンドル１３５が作動している場合、制御は、ステップ２１５ｃに移り、一定温度コントローラ３１０が有効であるかどうかが判断され、そうでなければ、ステップ２１０ｃでモータスピンドルが作動していない場合、制御は、ステップ２０５に戻る。
【００４７】
ステップ２１５ｃで一定温度コントローラ３１０が有効であると判断した場合、制御は、ステップ２２０ｃに移り、図１ａのように電動スピンドル用ドライブ１１５から供給される電圧を介して、電動スピンドル１３５が制御される。電動スピンドル１３５は、図１ａのように、電動スピンドル１３５の位置又は速度、及び、サーミスタ１４０による温度についてのフィードバック信号を供給するために、エンコーダ／プロキシスイッチ１３０を備える。上記のように、ドライブ１１５は、電動スピンドル１３５の位置及び速度を制御し、電動スピンドル１３５が動作している間に生成されたデータを格納してもよい。
【００４８】
図２ｃに戻ると、次に、制御は、ステップ２２０ｃに移り、所定の速度及び負荷に対してモータを回転させるのに十分な電力があり、温度も調整されるように、モータへの制御電圧が調整される。
【００４９】
一定温度コントローラ３１０は、図３ｂ及び図４を参照してさらに説明される。ステップ２２０ｃで実行される計算は、図３ｂの一定温度コントローラ３１０により実行される。
【００５０】
一定温度コントローラ３１０の第１の実施形態の動作は、図４に示されるように、処理コンポーネント１，２，３で構成される。
【００５１】
流れ図２００ｃのステップ２２５ｃで使用されるＶ２の計算が図４に示される。
【００５２】
電圧Ｖ２は、処理コンポーネント１，２の出力の合計である。処理コンポーネント１の入力は、エンコーダから供給されたスピンドル負荷パーセンテージであるスピンドル負荷パーセンテージＬｓｄである。処理コンポーネント１の出力は、電圧Ｖ２ａであり、これは、図３ａのＶ／Ｆカーブ上のＶ２の最小値であり、それは、所定のスピンドル負荷Ｌｓｄに対してスピンドルを回転させるのに十分なパワーをモータが供給するようなものである。
【００５３】
さらに、処理コンポーネント２は、電圧Ｖ２を調整し、磁束が調整されるときに温度を調整できるようにする。
【００５４】
図４に示されるように、処理コンポーネント２は、度単位の実際のモータ温度である入力としてＴｍｅａｓｕｒｅｄ、及び、度単位でオペレータにより設定された所望のモータ温度であるＴｓｅｔを受け取る。これらの温度の差は、処理コンポーネント２に入力される。処理コンポーネント２は、ボルト単位で測定される一定温度制御のための追加のブレークポイント２電圧である出力電圧Ｖ２ｂを供給する。
【００５５】
出力Ｖ２ｂ，Ｖ２ａは合流点で合計され、ボルト単位で測定されたブレークポイント２（Ｐ２）での電圧であるＶ２を供給する。次に、Ｖ２は、図３ｂのコンポーネント３２０に入力される。コンポーネント３２０は、電圧Ｖを出力し、その電圧の大きさは、図３ｂに示されるスピンドル速度ωＣＭＤについて決定される。
【００５６】
図３ｂに示すように、一定温度コントローラの出力であるＶ２は、誘導モータのＶ／Ｆカーブに適用される。
【００５７】
図４に示すように、図５を参照してさらに説明する一実施形態では、処理コンポーネント３は、度単位の実際のモータ温度である入力としてＴｍｅａｓｕｒｅｄ、及び、度単位でオペレータにより設定される所望のモータ温度であるＴｓｅｔを受け取る。これらの温度の差は、処理コンポーネント３の入力である。処理コンポーネント３は、ゼロ速度のスピンドルに出力電圧の大きさ（Ｖ）を供給する。
【００５８】
図２ｃに戻ると、次に、制御は、ステップ２２５ｃに移り、サイクルが終了したかどうかがさらに判断され、終了した場合、制御はステップ２３５ｃに移り、そうでない場合、制御は、ステップ２０５ｃに戻る。ステップ２１５ｃで一定温度制御が有効でなかった場合、図２ｃに示すように、制御は、単にステップ２３０ｃに移る。図３ｂのＶ／Ｆ開ループカーブブロックの出力は、モータへの電圧の大きさのみであることに注意されたい。これは、モータの回転電気角θを考慮して、三相電圧に変換される。
【００５９】
図３ａに示すように、オペレーションコンポーネント３２０は、ＲＰＭでブレークポイント１（Ｐ１）でのω１スピンドル速度に加えてＲＰＭ（分当たりの回転数）でのスピンドル速度指令ωＣＭＤ、ボルト（Ｖ）でブレークポイント1（Ｐ１）でのＶ１電圧、ＲＰＭでブレークポイント２（Ｐ２）でのω２スピンドル速度、ボルト（Ｖ）でブレークポイント２（Ｐ２）での電圧であるＶ２、ω３即ち、ＲＰＭでブレークポイント３（Ｐ３）でのスピンドル速度、及び、ボルト（Ｖ）でブレークポイント３（Ｐ３）でのＶ３電圧、を入力として受け取ることが理解されよう。
【００６０】
図３ａ及び図３ｂに示されるＶ２値（ブレークポイント２（Ｐ２）での電圧）は、図４に示されるように、一定温度コントローラからの出力の合計により決定される。
【００６１】
図５は、本発明の方法５００のさらなる実施形態を説明する流れ図であり、これは、ＣＮＣシステム１００上のハードウェア内のソフトウェア又はファームウェアにあってもよいし、電動スピンドル１３５の動作を制御するシステムに関連するコンピュータに常駐させてもよい。本発明のこの実施形態は、スピンドル速度がゼロである場合（即ち、スピンドルが静止している場合）、一定の温度が維持される事例を可能にする。この状況は、ワークピースが機械に取り込まれていて、（例えば）研削が行われていない場合に発生する可能性がある。本実施形態は、処理コンポーネント３（図４）と共に、取り込まれている段階と研削段階との間のウォームアップの必要性を低減する。
【００６２】
方法５００は、ステップ５０５で始まり、ユーザは、図１ａのユーザインタフェース１０５を介して、電動スピンドル１３５の所望の温度設定点を入力してもよい。
【００６３】
次に、制御はステップ５１０に移り、電動スピンドルが（例えば、ユーザインタフェース１０５を介してユーザにより）作動されたかどうかが判断される。
【００６４】
電動スピンドル１３５が作動している場合、制御は、ステップ５１５に移り、一定温度コントローラ３１０が有効になっているかどうかが判断され、そうでなければ、制御は、ステップ５０５に戻る。
【００６５】
ステップ５１５で一定温度コントローラ３１０が有効であると判断した場合、次に、制御は、ステップ５２０に移り、スピンドル速度がゼロに等しいかどうかが判断される。スピンドル速度がゼロに等しくない場合、次に、制御は、ステップ５２５に移り、図１ａのように電動スピンドル用ドライブ１１５から供給される電圧を介して、電動スピンドル１３５が制御される。電動スピンドル１３５は、図１ａのように、電動スピンドル１３５の位置又は速度、及び、サーミスタ１４０による温度についてのフィードバック信号を供給するために、エンコーダ／プロキシスイッチ１３０を備える。上記のように、ドライブ１１５は、電動スピンドル１３５の位置及び速度を制御し、電動スピンドル１３５が動作している間に生成されたデータを格納してもよい。
【００６６】
ステップ５１５で一定温度コントローラ３１０が有効であると判断され、ステップ５２０でスピンドル速度がゼロであると判断された場合、制御は、ステップ５４０に移り、図３ａに示されるようにゼロ速度（Ｖ）での一定温度制御、及び、図４の処理コンポーネント３を介して、電動スピンドルが制御される。
【００６７】
ステップ５２５及びステップ５３０は、図２ｃの対応するステップ２３０ｃ及びステップ２２０ｃと同じ方法で実行される。
【００６８】
図４に示すように、処理コンポーネント３は、度単位の実際のモータ温度である入力としてＴｍｅａｓｕｒｅｄ、及び、度単位でオペレータにより設定される所望のモータ温度であるＴｓｅｔを受け取る。これらの温度の差は、処理コンポーネント３の入力である。処理コンポーネント３は、ゼロ速度のスピンドルに出力電圧（Ｖ）を供給する。
【００６９】
図５に戻ると、次に、制御は、ステップ５３５に移り、サイクルが終了したかどうかが判断され、終了した場合、制御はステップ５４５に移り、そうでない場合、制御は、ステップ５０５に戻る。ステップ５１５で一定温度制御が有効でなかった場合、制御は、単にステップ５３０に移る。図３ｂのＶ／Ｆ開ループカーブブロックの出力は、モータへの電圧の大きさのみであることに注意されたい。これは、モータの回転電気角θを考慮して、三相電圧に変換される。
【００７０】
この提案された方法の単純化のために、モータの温度は現在の値から上げることしかできないかもしれないことに注意されたい。軽負荷時の温度制御性は、重負荷時より優れている。モータが既に全負荷状態で動作している場合、提案された方法の温度制御性は、適用できない。
【００７１】
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
モータの電気損失を調整することにより、電気モータの温度を制御する方法。
［２］
（ａ）前記モータに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、
（ｂ）前記モータのための所定の温度設定点を与えること、
（ｃ）前記モータの温度を判断すること、
（ｄ）前記モータの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、
（ｅ）前記モータの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定すること、
（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、モータ電圧を調整すること、及び、
（ｇ）測定されたモータ速度及び実際のモータ電圧に基づいて、モータ負荷測定を調整すること
のステップを含む［１］の方法。
［３］
前記ステップ（ｆ）は、前記温度が前記所定の温度設定点を下回る場合、前記第２モータ電圧を上げることを含む、
［１］の方法。
［４］
前記ステップ（ｆ）は、前記温度が前記所定の温度設定点を上回る場合、前記第２モータ電圧を下げることを含む、
［１］の方法。
［５］
前記電気モータは、誘導モータであり、ステップ（ｆ）は、前記モータ電圧を変化させることにより、前記モータの磁束を変化させることを含む、
［１］の方法。
［６］
前記所定の温度設定点は、温度範囲である、
［１］の方法。
［７］
前記ステップ（ｄ）において、前記モータの前記温度を前記所定の温度設定点と比較することは、所定の期間にわたり判断される、
［２］の方法。
［８］
同期モータの温度を制御する方法であって、損失は、モータ磁束と同相の同期電圧を変化させることにより修正される。
［９］
（ａ）前記モータに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、
（ｂ）前記モータのための所定の温度設定点を与えること、
（ｃ）前記モータの温度を判断すること、
（ｄ）前記モータの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、
（ｅ）前記モータ磁束と同相のモータ同期電圧を調整すること、
のステップを含む［８］の方法。
［１０］
モータの電気損失を調整することにより、電気モータの温度を制御するシステム。
［１１］
１以上のドライブユニット、次に１以上のモータを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースを含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、
（ａ）前記モータに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、
（ｂ）前記モータのための所定の温度設定点を与え、
（ｃ）前記モータの温度を判断し、
（ｄ）前記モータの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、
（ｅ）前記モータの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定し、
（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、モータ電圧を調整し、
（ｇ）測定されたモータ速度及び実際のモータ電圧に基づいて、モータ負荷測定を調整する、ようにプログラムされた、
［１０］のシステム。
［１２］
ステップ（ｂ）の前記モータのための前記所定の温度設定点は、所望の負荷シーケンスによって、オペレータにより設定される、
［１１］のシステム。
［１３］
前記ステップ（ｇ）は、前記モータ負荷測定を調整する場合、前記モータに関連するモータデータシートを組み込む、
［１１］のシステム。
［１４］
同期モータの温度を制御するシステムであって、損失は、モータ磁束と同相の同期電圧を変化させることにより修正される。
［１５］
１以上のドライブユニット、次に１以上のモータを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースをさらに含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、
（ａ）前記モータに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、
（ｂ）前記モータのための所定の温度設定点を与え、
（ｃ）前記モータの温度を判断し、
（ｄ）前記モータの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、
（ｅ）前記モータ磁束と同相のモータ同期電圧を調整する、ようにプログラムされた、
［１４］のシステム。
［１６］
特定の速度とトルクを維持しながらモータの端子電圧を調整することにより、１以上の前記モータの温度を調節する１以上のドライブユニットに１以上のパラメータを与えるためのインタフェース、を含む電気モータ制御システム。
［１７］
前記モータは、機械工具スピンドルに組み込まれる、
［１６］の電気モータ制御システム。
［１８］
前記モータは、誘導モータである、
［１７］の電気モータ制御システム。
［１９］
モータ磁束が供給され、前記モータ磁束は、永久磁石により供給される、
［１７］の電気モータ制御システム。
［２０］
前記モータは、同期モータである、
［１１］の電気モータ制御システム。
［２１］
［９］の方法を使用する、
［１１］の電気モータ制御システム。
［２２］
電動スピンドル及び一定温度コントローラを有する電気モータの温度を制御する方法であって、
（ａ）前記電動スピンドルための所望の温度設定点を与えることと、
（ｂ）前記一定温度コントローラの状態に応じて、
（ｉ）前記一定温度コントローラが無効である場合、モータの速度を制御するための一定の電圧／周波数、そうでなければ、
（ｉｉ）所定の速度及び負荷で前記モータを回転させるのに十分な電力があり、前記一定温度コントローラを介して前記温度を調節するように前記モータへの制御された電圧、
を選択的に印加すること、
のステップを含む。
［２３］
前記電動スピンドルの速度を決定すること、及び、前記電動スピンドルの速度がゼロに等しいことに応じて、
（ｉ）ゼロ速度での一定温度制御を介して前記電動スピンドルを制御すること、そうでなければ、前記速度がゼロでない場合、
（ｉｉ）所定の速度及び負荷で前記モータを回転させるのに十分な電力があり、前記一定温度コントローラを介して前記温度を調節するように、前記モータへの制御された電圧を印加すること、
をさらに含む［２２］の方法。
【手続補正２】
【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】
誘導電動スピンドルの電気損失を調整することにより、前記誘導電動スピンドルの温度を制御する方法であって、
（ａ）前記誘導電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、
（ｂ）前記誘導電動スピンドルのための所定の温度設定点を与えること、
（ｃ）前記誘導電動スピンドルの温度を判断すること、
（ｄ）前記誘導電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、
（ｅ）前記誘導電動スピンドルの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定すること、
（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、モータ電圧を調整すること
のステップを含む。
【請求項２】
前記ステップ（ｆ）は、前記温度が前記所定の温度設定点を下回る場合、前記第２モータ電圧を上げることを含む、
請求項１の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｆ）は、前記温度が前記所定の温度設定点を上回る場合、前記第２モータ電圧を下げることを含む、
請求項１の方法。
【請求項４】
前記誘導電動スピンドルは、誘導モータであり、ステップ（ｆ）は、前記モータ電圧を変化させることにより、前記モータの磁束を変化させることを含む、
請求項１の方法。
【請求項５】
前記所定の温度設定点は、温度範囲である、
請求項１の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）において、前記誘導電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較することは、所定の期間にわたり判断される、
請求項１の方法。
【請求項７】
磁束生成電流を変化させることにより変化する損失を修正し、負荷と速度の要件を満たす同期電動スピンドルの温度を制御する方法であって、
（ａ）前記同期電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給すること、
（ｂ）前記同期電動スピンドルのための所定の温度設定点を与えること、
（ｃ）前記同期電動スピンドルの温度を判断すること、
（ｄ）前記同期電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較すること、
（ｅ）前記モータ磁束生成電流を調整して、負荷と速度の要件を満たすこと、
のステップを含む方法。
【請求項８】
誘導電動スピンドルの電気損失を調整することにより、前記誘導電動スピンドルの温度を制御するシステムであって、前記システムは、１以上のドライブユニット、次に１以上の誘導電動スピンドルを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースを含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、
（ａ）前記誘導電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、
（ｂ）前記誘導電動スピンドルのための所定の温度設定点を与え、
（ｃ）前記誘導電動スピンドルの温度を判断し、
（ｄ）前記誘導電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、
（ｅ）前記誘導電動スピンドルの前記温度及び前記所定の温度設定点に基づいて、第２モータ電圧を決定し、
（ｆ）ステップ（ａ）及びステップ（ｅ）で計算された前記電圧に基づいて、前記モータ電圧を調整し、
（ｇ）測定されたモータ速度及び実際のモータ電圧に基づいて、モータ負荷測定を調整する、ようにプログラムされる。
【請求項９】
ステップ（ｂ）の前記誘導電動スピンドルのための前記所定の温度設定点は、所望の負荷シーケンスによって、オペレータにより設定される、
請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記ステップ（ｇ）は、前記モータ負荷測定を調整する場合、前記誘導電動スピンドルに関連するモータデータシートを組み込む、
請求項８のシステム。
【請求項１１】
同期電動スピンドルの温度を制御するシステムであって、損失は、磁束生成電流を変化させることにより修正され、負荷と速度の要件を満たし、前記システムは、１以上のドライブユニット、次に１以上の同期電動スピンドルを制御するＣＮＣコンポーネントに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースをさらに含み、前記ＣＮＣコンポーネントは、
（ａ）前記同期電動スピンドルに必要な負荷を決定して、前記必要な負荷を満たすように第１モータ電圧を供給し、
（ｂ）前記同期電動スピンドルのための所定の温度設定点を与え、
（ｃ）前記同期電動スピンドルの温度を判断し、
（ｄ）前記同期電動スピンドルの前記温度を前記所定の温度設定点と比較し、
（ｅ）前記モータ磁束生成電流を調整して、負荷と速度の要件を満たす、ようにプログラムされる。
【請求項１２】
特定の速度とトルクを維持しながらモータの端子電圧を調整することにより、１以上の前記モータの温度を調節する１以上のドライブユニットに１以上のパラメータを与えるためのインタフェースを含み、前記モータは、機械工具スピンドルに組み込まれる、電気モータ制御システム。
【請求項１３】
前記モータは、誘導モータである、
請求項１２の電気モータ制御システム。
【請求項１４】
モータ磁束が供給され、前記モータ磁束は、永久磁石により供給される、
請求項１２の電気モータ制御システム。
【請求項１５】
前記モータは、同期モータである、
請求項８の電気モータ制御システム。
【請求項１６】
請求項７の方法を使用する、
請求項８の電気モータ制御システム。
【請求項１７】
電動スピンドル及び一定温度コントローラを有する電気モータの温度を制御する方法であって、
（ａ）前記電動スピンドルための所望の温度設定点を与えることと、
（ｂ）前記一定温度コントローラの状態に応じて、
（ｉ）前記一定温度コントローラが無効である場合、モータの速度を制御するための一定の電圧／周波数、そうでなければ、
（ｉｉ）所定の速度及び負荷で前記モータを回転させるのに十分な電力があり、前記一定温度コントローラを介して前記温度を調節するように前記モータへの制御された電圧、
を選択的に印加すること、
のステップを含む。
【請求項１８】
前記電動スピンドルの速度を決定すること、及び、前記電動スピンドルの速度がゼロに等しいことに応じて、
（ｉ）ゼロ速度での一定温度制御を介して前記電動スピンドルを制御すること、そうでなければ、前記速度がゼロでない場合、
（ｉｉ）所定の速度及び負荷で前記モータを回転させるのに十分な電力があり、前記一定温度コントローラを介して前記温度を調節するように、前記モータへの制御された電圧を印加すること、
をさらに含む請求項１７の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３ａ】
2021503273.tif 000001
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３ｂ】
2021503273.tif 000002