(57)【要約】【課題】本発明の課題は、機械システム内で発生する各種トルクを高精度に推定するトルク推定システム及びその方法を提供することにある。【解決手段】機械システム内に設置した電動機用センサ，機構用センサおよびその計測データを分析するモデル推定器により達成される。すなわち、電動機用センサにより角速度などの電動機の状態量、機構用センサにより荷重などの機構の状態量を計測し、そのデータに基づいて多変量解析やシステム同定などの手法で機械システムのモデルを推定することにより、機械システム内で発生する各種トルクを推定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機で機構部を駆動する機械システムのトルク推定システムにおいて、
前記機械システム内の前記電動機の状態量を計測する電動機用センサと、
前記機械システム内の前記機構部の状態量を計測する機構用センサと、
前記電動機用センサと前記機構用センサの計測データを分析し、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築し、構築した数式モデルに前記計測データを入力することで各種トルクを演算するモデル推定器とを備え、
該モデル推定器により演算した各種トルクを出力することを特徴とするトルク推定システム。
【請求項２】
請求項１のトルク推定システムにおいて、
前記電動機用センサは前記電動機の状態量として、角速度、又はモータトルクを計測し、
前記機構用センサは前記機構部の状態量として、変位、又は荷重を計測することを特徴とするトルク推定システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記モデル推定器は、演算プログラムであり、前記機械システム動作中の前記計測データを用いて多変量解析やシステム同定などの演算を行い、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築する
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記モデル推定器は、前記計測データを取得するたび、もしくは制御部から指令を送信するたびに前記数式モデルを再構築する
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記モデル推定器は、前記電動機用センサの角速度データのみで各種トルクを推定する数式モデルを構築する
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項６】
請求項１において、
前記出力システムは、前記各種トルクのデータを出力する出力端子や前記各種トルクの数値，グラフなどを表示するディスプレイを備える
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項７】
請求項１において、
前記電動機用センサとして、機械システム動作中の前記電動機の角速度を計測する角度センサ，角速度センサ、又は前記電動機のモータトルクを計測する電流センサ，トルクセンサを用いて、
前記機構用センサとして、機械システム動作中の前記機構部の変位を計測する変位センサ、又は、荷重を計測するひずみセンサを用いて、
前記電動機用センサおよび前記機構用センサは、前記機械システム内部あるいは筺体表面に設置される
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項８】
請求項１において、
前記各種トルクとして、前記電動機の加減速、又は粘性によるトルク、前記機構部の加減速，粘性，負荷、又は外乱によるトルクが該当し、これらを前記機械システム内の制御部にフィードバックする
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御部は、フィードバックされた前記各種トルクにより前記機械システム内で発生した異常を検知する
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記制御部は、異常を検知した際、前記電動機に指令を送信し、前記機械システムの動作を停止、又は正常状態に回復する
ことを特徴とするトルク推定システム。
【請求項１１】
電動機で機構部を駆動する機械システムのトルク推定方法において、
前記機械システム内の前記電動機の状態量を計測すること、
前記機械システム内の前記機構部の状態量を計測すること、
前記電動機の状態量と前記機構部の状態量の計測データを分析し、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築し、構築した数式モデルに前記計測データを入力することで各種トルクを演算することを備え、
演算した各種トルクを出力することを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記電動機の状態量として、角速度、又はモータトルクを計測すること、
前記機構部の状態量として、変位、又は荷重を計測することを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記機械システム動作中の前記計測データを用いて多変量解析やシステム同定などの演算を行い、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記計測データを取得するたび、もしくは制御部から指令を送信するたびに前記数式モデルを再構築する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記電動機用センサの角速度データのみで各種トルクを推定する数式モデルを構築する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１６】
請求項１１において、
前記各種トルクのデータを出力する出力端子や前記各種トルクの数値，グラフなどを表示する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１７】
請求項１１において、
機械システム動作中の前記電動機の角速度を計測する角度センサ，角速度センサ、前記電動機のモータトルクを計測する電流センサ、又は、トルクセンサ、
機械システム動作中の前記機構部の変位を計測する変位センサ、又は、荷重を計測するひずみセンサを前記機械システム内部あるいは筺体表面に設置する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１８】
請求項１１において、
前記各種トルクとして、前記電動機の加減速、又は粘性によるトルク、前記機構部の加減速，粘性，負荷、又は外乱によるトルクが該当し、これらをフィードバックする
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
フィードバックされた前記各種トルクにより前記機械システム内で発生した異常を検知する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
異常を検知した際、前記電動機に指令を送信し、前記機械システムの動作を停止、又は正常状態に回復する
ことを特徴とするトルク推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械システム動作中に電動機に作用する各種トルクを推定するトルク推定システム及びその推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機や射出成型機など産業機械分野において、省エネルギー化や高精度制御を実現するために、油圧駆動部の電動化が進められている。電動化された機械システムは、電動機，機構部から構成され、このシステムを正常状態で連続運転させるためには、電動機と機構部を接続している電動機の軸トルクの状態を常時監視し、異常を検知する技術が必要である。これを実現するためには、機械システム内部に設置したセンサの計測値からトルクを推定する技術、あるいは、機械システムのモデリングで構築した数式モデルからトルクを推定する技術が必要である。
【０００３】
上記に関連する技術として、〔特許文献１〕では電動機の固定ベースにひずみゲージを設置し、トルクの反力を検出することにより、そのトルクを推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８３２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によれば、トルクは電動機の軸上に設置したトルクセンサにより直接計測されるか、電動機のハウジングや固定ベースに発生するトルク反力から換算されていた。しかしながら、この方法では、推定しているトルクは、電動機側，機構側で発生したトルクの合計値であり、そのトルクが機械システム内のどのような要因で発生しているか分析できないという課題があった。その他の方法として、インバータから電動機への供給電流をトルクに換算する方法があるが、上記同様の課題とともに、電動機内部での磁気飽和現象により、供給電流とトルクとの関係が非線形になる領域では、トルクの推定精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記実情に鑑み、機械システム内で発生する各種トルクを高精度に推定するトルク推定システム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明は電動機で機構部を駆動する機械システムのトルク推定システムにおいて、前記機械システム内の前記電動機の状態量を計測する電動機用センサと、前記機械システム内の前記機構部の状態量を計測する機構用センサと、前記電動機用センサと前記機構用センサの計測データを分析し、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築し、構築した数式モデルに前記計測データを入力することで各種トルクを演算するモデル推定器とを備え、該モデル推定器により演算した各種トルクを出力することを特徴とするものである。
【０００８】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記電動機用センサは前記電動機の状態量として、角速度、又はモータトルクを計測し、前記機構用センサは前記機構部の状態量として、変位、又は荷重を計測することを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記モデル推定器は、演算プログラムであり、前記機械システム動作中の前記計測データを用いて多変量解析やシステム同定などの演算を行い、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築することを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記モデル推定器は、前記計測データを取得するたび、もしくは制御部から指令を送信するたびに前記数式モデルを再構築することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記モデル推定器は、前記電動機用センサの角速度データのみで各種トルクを推定する数式モデルを構築することを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記出力システムは、前記各種トルクのデータを出力する出力端子や前記各種トルクの数値，グラフなどを表示するディスプレイを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記電動機用センサとして、機械システム動作中の前記電動機の角速度を計測する角度センサ，角速度センサ、又は前記電動機のモータトルクを計測する電流センサ，トルクセンサを用いて、前記機構用センサとして、機械システム動作中の前記機構部の変位を計測する変位センサ、又は、荷重を計測するひずみセンサを用いて、前記電動機用センサおよび前記機構用センサは、前記機械システム内部あるいは筺体表面に設置されることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、
前記各種トルクとして、前記電動機の加減速、又は粘性によるトルク、前記機構部の加減速，粘性，負荷、又は外乱によるトルクが該当し、これらを前記機械システム内の制御部にフィードバックすることを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、  
前記制御部は、フィードバックされた前記各種トルクにより前記機械システム内で発生した異常を検知することを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明はトルク推定システムにおいて、  
前記制御部は、異常を検知した際、前記電動機に指令を送信し、前記機械システムの動作を停止、又は正常状態に回復することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記課題を達成するために、本発明は電動機で機構部を駆動する機械システムのトルク推定方法において、前記機械システム内の前記電動機の状態量を計測すること、前記機械システム内の前記機構部の状態量を計測すること、前記電動機の状態量と前記機構部の状態量の計測データを分析し、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築し、構築した数式モデルに前記計測データを入力することで各種トルクを演算することを備え、演算した各種トルクを出力することを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
前記電動機の状態量として、角速度、又はモータトルクを計測すること、前記機構部の状態量として、変位、又は荷重を計測することを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
前記機械システム動作中の前記計測データを用いて多変量解析やシステム同定などの演算を行い、前記機械システム内で発生する各種トルクを推定する数式モデルを構築することを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
前記計測データを取得するたび、もしくは制御部から指令を送信するたびに前記数式モデルを再構築することを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
前記電動機用センサの角速度データのみで各種トルクを推定する数式モデルを構築することを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
前記各種トルクのデータを出力する出力端子や前記各種トルクの数値，グラフなどを表示することを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
機械システム動作中の前記電動機の角速度を計測する角度センサ，角速度センサ、前記電動機のモータトルクを計測する電流センサ、又は、トルクセンサ，機械システム動作中の前記機構部の変位を計測する変位センサ、又は、荷重を計測するひずみセンサを前記機械システム内部あるいは筺体表面に設置することを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明はトルク推定方法において、
前記各種トルクとして、前記電動機の加減速、又は粘性によるトルク、前記機構部の加減速，粘性，負荷、又は外乱によるトルクが該当し、これらをフィードバックすることを特徴とするものである。
【００２５】
更に、本発明はトルク推定方法において、  
フィードバックされた前記各種トルクにより前記機械システム内で発生した異常を検知することを特徴とするものである。
【００２６】
更に、本発明はトルク推定方法において、
異常を検知した際、前記電動機に指令を送信し、前記機械システムの動作を停止、又は正常状態に回復することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電動機用センサ，機構用センサ，演算プログラムからなるモデル推定器により高精度のトルク推定が可能である。また、モデル推定器は計測データを取得するたびに数式モデルを再構築するため、常時高精度なトルク推定が可能である。さらに、推定したモデルにより各種トルクを分析することができ、それらのデータを活用して最適な機械システムの設計，制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるトルク推定システムの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるモデル推定器の内部構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるモデル推定器の内部構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるモデル推定器の処理工程のフローチャート。
【図５】本発明の第１の実施の形態であるディスプレイ上の表示例。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるディスプレイ上の表示例。
【図７】本発明の第１の実施の形態の例を示すプレス機の内部構造図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の例を示す射出成形機の内部構造図。
【図９】本発明の第１の実施の形態の例を示すスクリュー圧縮機の内部構造図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の例を示すエレベータの内部構造図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の例を示す自動車の内部構造図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の例を示す建設機械の内部構造図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態であるトルク推定システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。本実施例は、機械システムのトルクモニタリング装置に本発明によるトルク推定システム及びその推定方法を適用した例である。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態であるトルク推定システムの構成図である。図１に示すトルク推定システムは電動機１０１内の電動機用センサ１０２，機構１０３内の機構用センサ１０４，モデル推定器１０５，出力システム１０６を備えている。
【００３１】
例として、電動機用センサ１０２は電動機１０１の状態量であるトルクＴ１２０や角速度ω１２２を計測し、機構用センサ１０４は、機構１０３の状態量である変位ｚ１２４や荷重Ｆ１２６を計測する。これらの計測データ１０７は機械システムの起動中，運転中，事前運転中などにある一定時間で連続的にサンプリングされる。サンプリングされた計測データ１０７はモデル推定器１０５に連続的に送信され、重回帰分析やシステム同定の演算プログラムにより、各種トルク１０８を推定する数式モデル１０９を構築する。
【００３２】
数式モデル１０９は、モデル推定器１０５に計測データ１０７が送信されるたび、もしくは制御部から指令を与えるたびに、再構築される。構築された数式モデル１０９に計測した状態量を入力することにより、推定したモータトルクＴM１１０，慣性トルクＴ1１１２，負荷トルクＴ2１１４を出力する。モデル推定器１０５から出力された各種トルク１０８は、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示される。
【００３３】
機械システム内の数式モデルの構造を予めモデル推定器内の演算プログラムに記述しておくことで、トルク推定の演算が高速化する。機械システムのエネルギー保存則から下記（式（１）の数式モデルを構築した場合を考える。
【００３４】
Ｔ＝Ａ1・ｆ1(ω)＋Ａ2・ｆ2(ω，ｚ，Ｆ)＋Ａ3・ｆ3(ω，ｚ)      ・・・式（１）
この場合、まず、式（１）内に含まれる状態量のトルクＴ、角速度ωをモータ用センサで、変位ｚ、荷重Ｆを機構用センサでそれぞれ計測し、モデル推定器でこの計測データに基づいた重回帰分析を行うことにより、式（１）中の未知の係数Ａ1，Ａ2，Ａ3を推定する。推定したＡ1，Ａ2，Ａ3と状態量の角速度ω，変位ｚ，荷重Ｆを式（１）に入力することによりトルクＴが推定できる。式（１）の場合、第一項目Ａ1・ｆ1(ω)が電動機の慣性トルクおよび粘性トルク、第二項目Ａ2・ｆ2(ω，ｚ，Ｆ)が機構の負荷トルク、第三項目Ａ3・ｆ3(ω，ｚ)が機構の慣性トルクを示しており、それらを合計したトルクＴだけでなく、各種トルクも推定することができる。なお、数式モデルが式（２）のように電動機の状態量であるトルクＴ、角速度ωのみで記述される場合は、機構側の状態量を計測せずに、電動機の状態量のみで、式（２）中の未知の係数Ａ4，Ａ5を推定することができる。推定したＡ4，Ａ5と状態量の角速度ωを式（２）に入力することによりトルクＴが推定できる。
【００３５】
Ｔ＝Ａ4・ｆ4(ω)＋Ａ5      ・・・式（２）
上記に挙げた例では、モデル構造ｆ1(ω)，ｆ2(ω，ｚ，Ｆ)などが予め把握できているため、モデル推定器が演算するのは、未知の係数Ａ1，Ａ2などを推定するための重回帰分析および各種トルクの計算のみとなる。つまり、モデルの構造推定の演算が省略され、トルク推定までの算出時間が短縮される。
【００３６】
一方、機械システム内部が完全にブラックボックスでモデル構造が把握できていない場合においても、各状態量データをシステム同定により分析することで、モデル構造を構築することができる。モデル構造構築後、重回帰分析により未知の係数を推定し、各状態量データをモデルに入力することで各種トルクを推定できる。ただし、前段例の場合と比較して、モデルの構造推定の演算が加わるため、トルク推定までの算出時間は増大する。
【００３７】
図２は、計測データの演算を行うモデル推定器１０５の内部構成図である。モデル推定器は、計測データ１０７を入力端子２０１を経てＩ／Ｏ部２０３を介して取り入れ、メモリ２０６に記憶された前述の数式データ，計測データ，演算プログラムによりＣＰＵ２０７が各種トルク推定演算を行い、演算した結果がＩ／Ｏ部２０４を介して出力端子２０５から出力システム１０６へ出力される。
【００３８】
図３のように、モデル推定器を複数有し、モデル推定器１０５Ａの通信部Ａ（３０４）から、モデル推定器１０５Ｂの通信部Ｂ（３０８）にデータを送信し、各モデル推定器で順次もしくは並列に演算を実施することもできる。
【００３９】
図４は、モデル推定器の処理工程を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップ４０１として、電動機用センサ１０２により電動機１０１の状態量であるトルクＴ１２０や角速度ω１２２を計測し、機構用センサ１０４により機構１０３の状態量である変位ｚ１２４や荷重Ｆ１２６を計測する。
【００４１】
ステップ４０２として、各種計測データをＩ／Ｏ部に送信する。
【００４２】
ステップ４０３として、これらの計測データはメモリに格納される。
【００４３】
ステップ４０４として、格納されたデータはＣＰＵに送信され、ＣＰＵ内で重回帰分析，システム同定の演算が行われる。
【００４４】
ステップ４０５として、演算により導出した各種トルクをＩ／Ｏ部に送信する。
【００４５】
ステップ４０６として、演算により導出した各種トルクは出力システムに送信され、ディスプレイ上に表示される。そして、この一連の処理工程はデータが取得されるたびに実施される。
【００４６】
図５，図６は、出力結果を表示する出力システム１０６のディスプレイ５０１上の表示例である。図５の表示例では、ディスプレイ５０１上にモデル推定器１０５により推定した各種トルクの数値およびモータトルクＴMに占める割合を表示している。各数値はモデル推定器１０５からデータが送信され次第、即更新され、機械システム運転中でもリアルタイムに各種トルクおよび割合を確認できる。モデル推定器１０５から送信された各種トルクおよび割合はメモリ５０３に格納され、出力端子５０２からそのデータを出力することができる。
【００４７】
図６では、ディスプレイ５０４上にモデル推定器１０５により推定した各種トルクの時間波形を表示している。各種トルクの波形は同一グラフ軸上もしくはそれぞれのグラフ軸上に同時に表示される。グラフの横軸は時間以外にもモータ回転数，モータ角速度などを選択することができる。各種トルクの波形はモデル推定器１０５からデータが送信され次第、即更新され、機械システム運転中でもリアルタイムに各種トルクの波形を確認できる。
【００４８】
本発明のトルク推定システム及びその方法は、図７に示すプレス機、図８に示す射出成形機、図９に示す圧縮機、図１０に示すエレベータ、図１１に示す自動車、図１２に示す建設機械など電動化した機械全般に適用できる。
【００４９】
図７は、プレス機の内部構造図で、プレス機にトルク推定システムを適用した例を示している。プレス機内の電動機６０１がピニオンギア６０２を駆動し、減速機のリングギア６０３がクランク６０４を回転させることで、スライド６０５が上下に運動しプレス加工を行う。
【００５０】
プレス機内には、電動機６０１のトルクＴを計測するための電流センサ６０６，角速度ωを計測するためのエンコーダ６０７，スライド６０５の変位ｚを計測するための変位センサ６０８，スライド６０５に負荷されるプレス荷重Ｆを計測するためのロードセル６０９を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。なお、プレス荷重は、直接ロードセル６０９で計測する方法の他にも、プレス機筺体６１０にひずみゲージ６１１を設置して、プレス荷重の反力による筺体ひずみから算出する方法がある。
【００５１】
各状態量の計測データ６１２をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク６１４を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ６１２が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク６１４が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示される。
【００５２】
図８は、射出成形機の内部構造図で、射出成形機にトルク推定システムを適用した例を示している。射出成形機内の電動機７０１が減速機のベルト７０２を駆動し、ボールねじ７０３を回転させることで、射出ユニット７０４が左右に動作し射出成形を行う。
【００５３】
射出成形機内には、電動機７０１のトルクＴを計測するための電流センサ７０５，角速度ωを計測するためのエンコーダ７０６，射出ユニット７０４に負荷される射出荷重Ｆを計測するためのロードセル７０７を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。駆動伝達機構がボールねじの場合、機構の変位は、電動機の回転角度、すなわち、角速度の積分値にボールねじに関する定数を乗じた単純な式に変換することができる。よって、数式モデル内に含まれる状態量は、トルクＴ，角速度ω，射出荷重Ｆで、この３種類の状態量を計測すれば、重回帰分析により数式モデルを構築することができる。
【００５４】
各状態量の計測データ７０９をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク７１１を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ７０９が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク７１１が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示される。
【００５５】
図９は、スクリュー圧縮機の内部構造図で、スクリュー圧縮機にトルク推定システムを適用した例を示している。スクリュー圧縮機内の電動機８０１がスクリュー８０２を回転させることで、吸入ポート８０３より吸入した気体を圧縮し、エアレシーバー８０４を経由して吐出ポート８０５より吐出する。
【００５６】
スクリュー圧縮機内には、電動機８０１のトルクＴを計測するための電流センサ８２０，角速度ωを計測するためのエンコーダ８０６，スクリュー８０２から吐出した直後の気体の圧力Ｐcを計測するための圧力センサ８０７，温度Ｔcを計測するための温度センサ８０８を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。
【００５７】
各状態量の計測データ８１０をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク８１２を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ８１０が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク８１２が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示される。
【００５８】
図１０はエレベータ、図１１は自動車、図１２は建設機械で、それぞれに本発明のトルク推定システムを適用した例を示している。これらの機械は、電動機が入力したエネルギーが主に移動体の運動エネルギーとして機械内部に蓄えられ、機構部が外部にする仕事は無い。よって、電動機のトルクを推定する数式モデルは、電動機の状態量のトルクＴ，角速度ωのみで表わすことができ、この２種類の状態量を計測すれば、数式モデルを構築することができる。
【００５９】
図１０にエレベータに適用した場合を示す。電動機９０１、のトルクＴを計測するための電流センサ９０２，角速度ωを計測するためのエンコーダ９０３を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。
【００６０】
各状態量の計測データ９０５をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク９０７を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ９０５が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク９０７が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示される。
【００６１】
図１１に自動車に適用した場合を示す。
【００６２】
電動機９１１のトルクＴを計測するための電流センサ９１２，角速度ωを計測するためのエンコーダ９１３を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。
【００６３】
各状態量の計測データ９１４をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク９１６を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ９１４が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク９１６が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示、又は、外部に出力される。
【００６４】
なお、自動車は移動体であるため、標高差のある場所を走行している場合は、その位置エネルギーが数式モデルに含まれるため、自動車が移動した高さも計測する必要がある。
【００６５】
図１２に建設機械に適用した場合を示す。
【００６６】
電動機９２１のトルクＴを計測するための電流センサ９２２，角速度ωを計測するためのエンコーダ９２３を設置し、モデル構築に必要な各状態量を計測する。
【００６７】
各状態量の計測データ９２４をモデル推定器１０５に送信し、重回帰分析を行うことで各種トルク９２６を推定する数式モデルが構築される。数式モデルは、モデル推定器１０５に計測データ９２４が送信されるたびに再構築される。構築された数式モデルに計測した状態量を入力することにより、各種トルク９２６が出力され、出力システム１０６のディスプレイ上に、数値やグラフとして表示、又は、外部に出力される。
【００６８】
なお、建設機械は自動車と同様に移動体であるため、標高差のある場所を走行している場合は、その位置エネルギーが数式モデルに含まれるため、自動車が移動した高さも計測する必要がある。更に、建設機械のアーム９２８を駆動する電動機のトルクを推定する際には、アームが外部にする仕事の影響が数式モデルに含まれるため、掘削荷重などの負荷荷重を計測する必要がある。
【実施例２】
【００６９】
図１３は、本発明の第２の実施の形態であるトルク推定システムの構成図である。図１３に示すトルク推定システムは電動機１００１内の電動機用センサ１００２，機構１００３内の機構用センサ１００４，モデル推定器１００５，出力システム１００６，制御部１００７から構成される。
【００７０】
第１の実施例の形態同様に、電動機用センサ１００２，機構用センサ１００４で計測した計測データ１００８は、モデル推定器１００５に送信され、モデル推定器１００５は演算プログラムにより各種トルク１００９を推定する数式モデルを構築する。各種トルク１００９は出力システム１００６に送信されるとともに、機械システム内の制御部１００７にフィードバックされ、機械システムの動作制御や異常検知を行う。定格トルクを超えるなどの異常が発生した場合は、制御部１００７より、運転を停止する指令１０１０を電動機１００１に与えることにより、過負荷を防止し機械の破損を防ぐことができる。また、フィードバックされた各種トルク１００９を分析することにより、異常トルクがどのような要因で発生したか究明でき、機械システムの最適設計に活用できるようになる。
【符号の説明】
【００７１】
１０１，６０１，７０１，８０１，９０１，９１１，９２１，１００１  電動機
１０２，１００２  電動機用センサ
１０３，１００３  機構
１０４，１００４  機構用センサ
１０５，１００５  モデル推定器
１０６，１００６  出力システム
１０７，６１２，７０９，８１０，９０５，９１４，９２４，１００８  計測データ
１０８，６１４，７１１，８１２，９０７，９１６，９２６，１００９  各種トルク
１０９  数式モデル
２０１，３０１  入力端子
２０３，２０４，３０３，３０９  Ｉ／Ｏ部
２０５，３１０，５０２，５０５  出力端子
２０６，３０５，３１１，５０３，５０６  メモリ
２０７，３０６，３１２  ＣＰＵ
３０４  通信部Ａ
３０８  通信部Ｂ
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６  処理工程
５０１，５０４  ディスプレイ
６０２  ピニオンギア
６０３  リングギア
６０４  クランク
６０５  スライド
６０６，７０５，８２０，９０２，９１２，９２２  電流センサ
６０７，７０６，８０６，９０３，９１３，９２３  エンコーダ
６０８  変位センサ
６０９，７０７  ロードセル
６１０  プレス機筺体
６１１  ひずみゲージ
７０２  ベルト
７０３  ボールねじ
７０４  射出ユニット
７０８  射出成形機筺体
８０２  スクリュー
８０３  吸入ポート
８０４  エアレシーバー
８０５  吐出ポート
８０７  圧力センサ
８０８  温度センサ
８０９  圧縮機筺体
９０４  エレベータかご
９２８  アーム
１００７  制御部
１０１０  指令
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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