(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械に使用されるモータと該モータを駆動するアンプを備えたサーボシステムの選定を行うサーボシステム選定装置において、
機械情報、機械運転情報、および選定対象となる複数のサーボシステムのサーボシステム情報を入力する入力部と、
前記入力部に入力された機械運転情報に基づいて機械を運転したときの前記サーボシステムの消費電力を前記機械情報および前記サーボシステム情報を用いて、前記入力部に入力されたサーボシステム毎に全消費電力量、全損失、あるいは電力効率の少なくとも一つを計算する計算部と、
前記計算部により計算した全消費電力量、全損失、あるいは電力効率に基づいて、最も消費電力の少ないサーボシステムあるいは最も電力効率の良いサーボシステムを選択する選択部と、
前記選択部により選択されたサーボシステムを表示または出力する出力部と、
を備えたことを特徴とするサーボシステム選定装置。
【請求項２】
前記機械情報は、機械の各駆動軸毎の負荷イナーシャ値および負荷トルク値、モータ１回転あたりの移動量であることを特徴とする請求項１に記載のサーボシステム選定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械を駆動する複数のモータおよび各モータを駆動するモータ駆動装置を備えたサーボシステムの消費電力計算機能を有するサーボシステム選定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の情報（各軸の慣性モーメント値、負荷トルク値、移動距離、速度、加速度など）を元に、所定の動作が可能なモータおよびアンプを選定する必要がある。この選定作業は計算項目が多いため、専用のサーボシステム選定装置を用いて行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、機械の電力効率向上・消費電力削減の要求が高まってきており、これらの要求に応えるサーボシステム選定装置も必要とされてきた。しかしながら、現在のサーボシステム選定装置には、消費電力を計算するための機械の情報（機械情報）や機械の運転条件（機械動作情報）はすべて入力されていたが、サーボシステムの消費電力および電力効率を計算する機能は備えていなく、近年の要求に応えることができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、機械を駆動する複数のモータおよび各モータを駆動するモータ駆動装置を備えたサーボシステムの消費電力計算機能を有するサーボシステム選定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の請求項１に係る発明は、機械に使用されるモータと該モータを駆動するアンプを備えたサーボシステムの選定を行うサーボシステム選定装置において、機械情報、機械運転情報、および選定対象となる複数のサーボシステムのサーボシステム情報を入力する入力部と、前記入力部に入力された機械運転情報に基づいて機械を運転したときの前記サーボシステムの消費電力を前記機械情報および前記サーボシステム情報を用いて、前記入力部に入力されたサーボシステム毎に全消費電力量、全損失、あるいは電力効率の少なくとも一つを計算する計算部と、前記計算部により計算した全消費電力量、全損失、あるいは電力効率に基づいて、最も消費電力の少ないサーボシステムあるいは最も電力効率の良いサーボシステムを選択する選択部と、前記選択部により選択されたサーボシステムを表示または出力する出力部と、を備えたことを特徴とするサーボシステム選定装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記機械情報は、機械の各駆動軸毎の負荷イナーシャ値および負荷トルク値、モータ１回転あたりの移動量であることを特徴とする請求項１に記載のサーボシステム選定装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、機械を駆動する複数のモータおよび各モータを駆動するモータ駆動装置を備えたサーボシステムの消費電力計算機能を有するサーボシステム選定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】機械を駆動するサーボシステムの消費電力計算機能を有するサーボシステム選定装置である。
【図２】モータ・アンプ選定情報を計算する装置の機能ブロック図である。
【図３】複数のモータ・アンプのセットから最も電力効率の良いものを選ぶ装置の機能ブロック図である。
【図４】モータ回転速度Ｎと時間との関係を説明する図である。
【図５】必要トルクＴと時間との関係を説明する図である。
【図６】仕事量Ｐ１と時間との関係を説明する図である。
【図７】必要電流ＩＱと時間との関係を説明する図である。
【図８】無効電流ＩＤと時間との関係を説明する図である。
【図９】全モータ電流ＩＡと時間との関係を説明する図である。
【図１０】モータ損失Ｐ２と時間との関係を説明する図である。
【図１１】アンプ損失Ｐ３と時間との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図１は、機械を駆動するサーボシステムの消費電力計算機能を有するサーボシステム選定装置であり、入力装置１０１、計算機本体１０２、および表示装置１０３により構成される。さらには、計算機本体１０２で計算された結果を印刷する印刷装置１０４や、メモリや通信回線を経由してコンピュータなどの外部機器に出力してもよい。
【００１１】
計算機本体１０２は、図示省略したプロセッサ（ＣＰＵ）、ＲＯＭやＲＡＭを含む記憶装置を備えている。前記記憶装置内には、本発明に係るサーボシステムの消費電力計算機能を実現するためのプログラムが格納されている。入力装置１０１は、例えばキーボードあるいは外部メモリなどを用いることができる。入力装置１０１から入力されたモータ・アンプ情報などの各種データは、計算機本体１０２に備わったインタフェースを介して前記記憶装置に格納される。
【００１２】
次に、図２を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。図２は、モータ・アンプ選定情報を計算するサーボシステム選定装置の機能ブロック図である。機械情報１０、機械動作情報１２、およびサーボシステム情報１４を入力部１６に入力する。入力部１６に入力された機械情報１０、機械動作情報１２、およびサーボシステム情報１４は、演算部１８に送られる。
【００１３】
そして、入力部１６に入力された機械情報１０、機械動作情報１２、およびサーボシステム情報１４は、演算部１８においてモータ・アンプ選定計算を行い、トルクＴ、電流ＩＱ，ＩＡ、仕事量Ｐ１、モータ損失Ｐ２、アンプ損失Ｐ３、全消費電力量ΣＰ、全損失Ｌｏｓｓ、および電力効率ηの各値を算出する。前記各値の計算方法は後述する。
【００１４】
第１の出力部２０には、演算部１８で計算された全消費電力量ΣＰ、全損失Ｌｏｓｓ、あるいは電力効率ηのうちの少なくとも一つがモータ・アンプ選定情報として出力される。そして、第１の出力部２０に出力されたモータ・アンプ選定情報を用いて、入力部１６から入力されたサーボシステムが最適なシステムであるか否かを判断することができる。つまり、本発明の第１の実施形態により、機械を駆動するサーボシステムとして、電力効率あるいは消費電力量の少ないものを選定段階で検討することができる。
【００１５】
なお、図２では、サーボシステム情報として１つのサーボシステムに関する情報が入力部１６から入力されるように図示されている。入力部１６からは１つのサーボシステムに限定されることはなく、選定対象となる複数のサーボシステムの情報を入力し、各システムに関する情報を入力し、各システムについて、モータ・アンプ選定情報を計算するようにしてもよい。
【００１６】
入力部１６、演算部１８、および第１の出力部２０は、それぞれ、図１に示される入力装置１０１、計算機本体１０２、表示装置１０３に対応する。また、第１の出力部２０は、印刷装置１０４、あるいは外部機器１０５を用いることができる。
【００１７】
次に、図３を用いて第２の実施形態を説明する。図３は、複数のモータ・アンプのセットから最も電力効率の良いものを選ぶサーボシステム選定装置の機能ブロック図である。第２の実施形態では、入力部１６に２つ以上のサーボシステムに関するサーボシステム情報が入力される。そして、各サーボシステムについて電力効率ηを算出し、選択部１９において電力効率ηの最も高いサーボシステムを選択し、選択されたサーボシステムの候補を第２の出力部２１に出力する。なお、演算部１８および選択部１９は、図１に示される計算機本体１０２に相当する。第２の出力部２１は、図１に示される表示装置１０３に対応する。なお、表示装置１０３に替えて印刷装置１０４あるいは外部機器１０５を用いてもよい。
【００１８】
次に、本発明のサーボシステム選定装置で実行される全消費電力量ΣＰなどの計算方法を説明する。  
機械の駆動軸の機械情報１０である、サーボモータ１回転あたりの移動量ｐ［ｍｍ／ｒｅｖ］、負荷イナーシャＪL［ｋｇｍ2］、負荷トルクＴL［Ｎｍ］を入力部１６に入力する。  
また、機械動作情報１２である、移動距離Ｄ［ｍｍ］、サーボモータの最高回転速度Ｎ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、停止から最高回転速度Ｎに達するまでの時間ｔ１［ｓｅｃ］を入力部１６に入力する。  
距離Ｄを最高回転速度Ｎで移動する間のサーボモータの必要トルクＴは、数１式により表される。  
Ｔ＝ＴL          （数１式）
加減速中の必要トルクＴは、数２式により表される。  
Ｔ＝（ＪL+Ｊm）＊（Ｎ／ｔ１）＋ＴL      （数２式）
ここで、Ｊmはモータのロータイナーシャである。  
そして、サーボモータの仕事量Ｐ１［Ｗ］を数３式により単位時間毎に算出する。  
Ｐ１＝Ｔ＊Ｎ      （数３式）
また、必要電流ＩＱ（ｄ−ｑ変換における有効電流あるいはトルク成分電流）は、サーボモータのトルクＴに対して数４式により求めることができる。
ＩＱ＝Ｔ／Ｋｔ      （数４式）
ここで、Ｋｔはトルク定数［Ｎｍ／Ａｐｅａｋ］である。  
また、この必要電流ＩＱに、サーボシステム情報として入力されている（ｄ−ｑ変換における）無効電流ＩＤをベクトル加算することで、全モータ電流ＩＡを数５式により求める。
ＩＡ＝√（ＩＱ2＋ＩＤ2）        （数５式）
また、単位時間あたりのモータ損失Ｐ２［Ｗ］を数６式により算出する。
Ｐ２＝ＩＡ2＊Ｒ＊３＋Ａ＊Ｎ＋Ｂ＊Ｎ2      （数６式）
ここでＲは、モータ巻線の１相あたりの抵抗値［Ω］である。また、Ａは、モータ鉄損の速度一次比例項である。また、Ｂは、モータ鉄損の速度二次比例項である。
また、単位時間あたりのアンプ損失Ｐ３［Ｗ］を数７式により算出する。
Ｐ３＝Ｃ＋Ｄ＊ＩＡ          （数７式）
ここでＣは、アンプ損失の定数項である。Ｄは、アンプ損失の電流一次比例項である。
なお、上述した、トルク定数Ｋｔ、抵抗値Ｒ、モータ鉄損の速度一次比例項Ａ、およびモータ鉄損の速度二次比例項Ｂは、アンプ損失Ｃおよびアンプ損失の電流一次比例項Ｄは、サーボシステム情報として予め計算機本体１０２に入力しておく。
すべての動作を計算し終えた後、全消費電力量ΣＰ［Ｗ・ｓ］は、数８式に示されるようにＰ１、Ｐ２、およびＰ３を積算したものを加算して求める。
ΣＰ＝ΣＰ１＋ΣＰ２＋ΣＰ３        （数８式）
また、全損失Ｌｏｓｓ［Ｗ・ｓ］は、数９式に示されるようにモータ損失Ｐ２［Ｗ］およびアンプ損失Ｐ３［Ｗ］を積算して求めたものである。
Ｌｏｓｓ＝ΣＰ２＋ΣＰ３        （数９式）
電力効率ηは、数１０式で求めることができる。
η＝ΣＰ１／ΣＰ        （数１０式）
この全消費電力量ΣＰ、全損失Ｌｏｓｓ、および電力効率ηをモータ選定時にサーボシステム選定装置１００を用いて計算し、表示装置１０３に表示することで、サーボシステムの選定を検討する際に役立てることができる。
【００１９】
次に、具体的な数値を用いてサーボシステム選定装置１００で実行される計算の一例を説明する。  
機械の駆動軸の機械情報１０の機械情報を以下とし、これらの値をサーボシステム選定装置１００に入力する。  
サーボモータ１回転あたりの移動量ｐ＝１０［ｍｍ／ｒｅｖ］  
負荷イナーシャＪL＝０．０１［ｋｇｍ2］
負荷トルクＴL＝１［Ｎｍ］
また、機械動作情報１２を以下の値とし、これらの値をサーボシステム選定装置１００に入力する。  
移動距離Ｄ＝１［ｍｍ］
モータ最高回転速度Ｎ＝３１４［ｒａｄ／ｓｅｃ］
停止から最高回転速度Ｎに達するまでの時間ｔ１＝１［ｓｅｃ］
移動後の停止時間＝１［ｓｅｃ］
また、サーボシステム情報１４を下記の値として、事前にサーボシステム選定装置１００に入力しておく。  
トルク定数Ｋｔ＝１［Ｎｍ／Ａｒｍｓ］
無効電流ＩＤは、回転数０ｒｅｖ／ｍｉｎから２０００ｒｅｖ／ｍｉｎの場合は流さず、２０００ｒｅｖ／ｍｉｎから３０００ｒｅｖ／ｍｉｎの場合は数１１式で求める。
ＩＤ＝０．００２Ａｒｍｓ［／ｍｉｎ］＊（回転数［／ｍｉｎ］−２０００［／ｍｉｎ］）      （数１１式）
抵抗Ｒ＝０．５［Ω］
損失係数Ａ＝０．０１［Ｗ／ｍｉｎ］
損失係数Ｂ＝０［Ｗ／ｍｉｎ2］
損失係数Ｃ＝１０［Ｗ／ｍｉｎ］
損失係数Ｄ＝１０［Ｗ／ｍｉｎ］
この時、モータ最高回転速度Ｎは、図４のように変化する。また、必要トルクＴは図５のように変化する。そして、仕事量Ｐ１は図６のように変化する。また、必要電流ＩＱは図７のように変化する。また、無効電流ＩＤは図８のように変化する。そして、全モータ電流ＩＡは図９のように変化する。よって、モータ損失Ｐ２は図１０に示されるように変化する。また、アンプ損失Ｐ３は図１１に示されるように変化する。
【００２０】
そして、仕事量Ｐ１の積算値ΣＰ１＝１３００Ｗ・ｓであることが計算できる。また、
モータ損失Ｐ２の積算値ΣＰ２＝１０２Ｗ・ｓであることが計算できる。また、アンプ損失Ｐ３の積算値ΣＰ３＝１３５Ｗ・ｓであることが計算できる。よって、全損失Ｌｏｓｓは、２３７Ｗ・ｓであり、電力効率ηは８５％と求めることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  機械情報
１２  機械動作情報
１４  サーボシステム情報
１４−１  サーボシステム情報（候補１）
１４−２  サーボシステム情報（候補２）
１４−３  サーボシステム情報（候補３）
１４−ｎ  サーボシステム情報（候補ｎ）
１６  入力部
１８  演算部
１９  選択部
２０  第１の出力部
２１  第２の出力部
１００  サーボシステム選定装置
１０１  入力装置
１０２  計算機本体
１０３  表示装置
１０４  印刷装置
１０５  外部機器
【図１】
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【図２】
0005535675.tif 000003
【図３】
0005535675.tif 000004
【図４】
0005535675.tif 000005
【図５】
0005535675.tif 000006
【図６】
0005535675.tif 000007
【図７】
0005535675.tif 000008
【図８】
0005535675.tif 000009
【図９】
0005535675.tif 000010
【図１０】
0005535675.tif 000011
【図１１】
0005535675.tif 000012