(57)【要約】【課題】モータ制御に使用されるモータ電流検出器、または、モータ駆動装置の入力電流検出器から得られる情報をもとに、放熱器やモータ駆動装置内部の発熱量を求めることで温度を推定し、ファンモータの回転数制御を行うことが可能なモータ駆動装置を提供すること。【解決手段】工作機械に取り付けられたモータ２０を駆動するモータ駆動装置１０の内部を冷却するための冷却用ファン（図示せず）を駆動するファンモータ１２と、モータ２０のモータ電流制御に使用される電流を検出するモータ電流検出部１４を備え、モータ電流検出部１４から得られる電流情報を基にモータ駆動装置１０の内部の推定発熱量を計算する推定発熱量計算部１３と、前記推定発熱量に応じてファンモータ１２の回転数を制御するためのファンモータ電源電圧調整部１１と、を有することを特徴とするファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置。【選択図】図１
2011088268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に取り付けられたモータを駆動するモータ駆動装置の発熱部の熱を放熱する放熱器あるいは該モータ駆動装置の内部を冷却するための冷却用ファンを駆動するファンモータと、該工作機械に取り付けられたモータのモータ電流制御に使用される電流を検出するモータ電流検出部を備えたファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置において、
前記モータ電流検出部から得られる電流情報、または、前記モータ駆動装置の入力電流検出部を備える場合には該入力電流検出部あるいは該モータ電流検出部から得られる電流情報を基に、前記発熱部あるいは前記モータ駆動装置の内部の推定発熱量を計算する推定発熱量計算部と、
前記推定発熱量に応じて前記ファンモータの回転数を制御するためのファンモータ電源電圧調整部と、
を有することを特徴とするファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置。
【請求項２】
前記ファンモータ電源電圧調整部は、前記推定発熱量に対するファンモータの回転数との対応関係を予め設定された対応関係表に基づいて前記ファンモータの電源電圧を調整し前記ファンモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載のファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置。
【請求項３】
前記ファンモータの始動時は、前記ファンモータの回転数が制御される回転数範囲より高い予め決められた回転数に対応する電源電圧が前記ファンモータ電源電圧調整部から前記ファンモータに供給され、前記ファンモータの始動後所定の時間経過後に前記ファンモータの回転数制御を開始することを特徴とする請求項２に記載のファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置に関し、特に、ファンモータの回転数制御機能を有する工作機械用モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置の発熱部の熱を放熱する放熱器やモータ駆動装置内部を冷却する冷却用ファンを駆動するファンモータを有するモータ駆動装置において、前記ファンモータは、電源投入後から同一の条件で回り続ける。前記放熱器や前記モータ駆動装置内部の温度が低く、冷却用ファンによる冷却が不要な場合においては、無駄に電力を消費してしまう。
【０００３】
このような無駄な消費電力が生じないようにするため、一般的には、サーモスタットなどの温度センサを用いて前記放熱器や前記モータ駆動装置内部の温度を監視し、ファンモータを停止させたり、電源電圧を低下してファンモータの回転数を低減させたりしている。
【０００４】
特許文献１には、温度センサによるフィードバックによって温度を監視しファンモータの制御を行い、かつ、時間軸の制御としてポーリング時にはファンモータを停止させることにより、回転ノイズを低減することができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６０１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
背景技術で説明した温度センサを用いる技術では、温度センサを追加することによってコストアップになり不利である。また、温度センサの設置場所を考慮する必要がある。    そこで本発明は、温度センサを追加することによるコストアップをなくすため、モータ制御に使用されるモータ電流検出器、または、モータ駆動装置の入力電流検出器から得られる情報をもとに、放熱器やモータ駆動装置内部の発熱量を求めることで温度を推定し、ファンモータの回転数制御を行うことが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、工作機械に取り付けられたモータを駆動するモータ駆動装置の発熱部の熱を放熱する放熱器あるいは該モータ駆動装置の内部を冷却するための冷却用ファンを駆動するファンモータと、該工作機械に取り付けられたモータのモータ電流制御に使用される電流を検出するモータ電流検出部を備えたファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置において、前記モータ電流検出部から得られる電流情報、または、前記モータ駆動装置の入力電流検出部を備える場合には該入力電流検出部あるいは該モータ電流検出部から得られる電流情報を基に、前記発熱部あるいは前記モータ駆動装置の内部の推定発熱量を計算する推定発熱量計算部と、前記推定発熱量に応じて前記ファンモータの回転数を制御するためのファンモータ電源電圧調整部と、を有することを特徴とするファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置である。
【０００８】
請求項２は、前記ファンモータ電源電圧調整部は、前記推定発熱量に対するファンモータの回転数との対応関係を予め設定された対応関係表に基づいて前記ファンモータの電源電圧を調整し前記ファンモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載のファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記ファンモータの始動時は、前記ファンモータの回転数が制御される回転数範囲より高い予め決められた回転数に対応する電源電圧が前記ファンモータ電源電圧調整部から前記ファンモータに供給され、前記ファンモータの始動後所定の時間経過後に前記ファンモータの回転数制御を開始することを特徴とする請求項２に記載のファンモータを有する工作機械用モータ駆動装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、温度センサを追加することによるコストアップをなくし、モータ制御に使用されるモータ電流検出器、または、モータ駆動装置の入力電流検出器から得られる情報をもとに、放熱器やモータ駆動装置内部の発熱量を求めることで温度を推定し、ファンモータの回転数制御を行うことが可能なモータ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モータ電流に応じたファンモータの回転数制御を行う本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図２】第１の実施形態におけるファンモータの電源電圧とファンモータの回転数との関係を説明する図である。
【図３】第１の実施形態におけるモータ電流とファンモータの回転数の対応関係を説明する表である。
【図４】第１の実施形態におけるモータ電流、ファンモータの電源電圧、およびファンモータの回転数の関係を説明する図である。
【図５】モータ駆動装置への入力電流に応じたファンモータの回転数制御を行う本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図６】第２の実施形態におけるファンモータの電源電圧とファンモータの回転数との関係を説明する図である。
【図７】第２の実施形態における入力電流、ファンモータの電源電圧、およびファンモータの回転数の関係を説明する表である。
【図８】第２の実施形態における入力電流、ファンモータの電源電圧、およびファンモータの回転数の関係を説明する図である。
【図９】ファンモータの始動時は、ファンモータの電源電圧を回転数制御される電源電圧より高い電圧で駆動し、ファンモータの始動後所定の時間経過後にファンモータの回転数制御を開始することを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
まず、本発明の概略を図１および図５を用いて説明する。本発明は、モータ駆動装置１０の発熱部の熱を放熱する放熱器（図示せず）やモータ駆動装置１０の内部の温度を監視する方法として、温度センサの代わりにモータ制御に使用されているモータ電流検出部１４またはモータ駆動装置１０の入力電流検出部１６から得られる情報を基に、放熱器やモータ駆動装置１０の内部の発熱量を、第１の推定発熱量計算部１３または第２の推定発熱量計算部１７により求め、前記放熱器やモータ駆動装置１０の内部の温度を推定する。なお、モータ駆動装置１０には、モータ２０を制御するための電流を検出するモータ電流検出部１４を本来的に備えている。一方、入力電流検出部１６は、必要に応じて取り付けられる。
【００１３】
モータ電流あるいは入力電流が減少した場合、放熱器やモータ駆動装置１０の内部の温度上昇は小さくなるため、ファンモータの電源電圧を下げ、ファンモータの回転数を下げる制御を行う。これにより、ファンモータによる冷却が不要な期間における無駄な消費電力が低減される。
【００１４】
また、工作機械用途のモータ駆動装置１０では、使用環境によりファンモータに回転を阻害するゴミや油などが付着するため、始動時に大きなトルクが必要となる。そのため、ファンモータ始動時はファンモータの電源電圧を上げ、必要なトルクを確保し、定常回転数に達したところから、ファンモータの電源電圧を下げる回転数制御を行うことで、必要な始動トルクを確保しつつ省エネが可能となる。
【００１５】
本発明の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。モータ駆動装置１０に入力した電源からの入力電流はモータ駆動回路１５に入力し、モータ２０を駆動するための電流に変換される。そして、モータ電流検出部１４から得られるモータ電流情報を基に、放熱器（図示せず）やモータ駆動装置１０の内部の発熱量を推定し（以下、推定された発熱量を「推定発熱量」という）、モータ電流が減少した場合、必要最小限の冷却効果が得られるよう、ファンモータ１２に対する電源電圧を下げ、ファンモータ１２の単位時間あたりの回転数を下げる制御を行う。
【００１６】
図２は、第１の実施形態におけるファンモータ１２の電源電圧とファンモータ１２の回転数との関係を説明する図である。ファンモータ１２の電源電圧（Ｖ）を増加するとともにその回転数（ｍｉｎ-1）は増加する。
【００１７】
一例として、ファンモータ１２の電源電圧は、前記推定発熱量に対するファンモータ１２の回転数との対応関係を予め設定した対応関係表（図３参照）に基づいて調整される。図３に示される対応関係表では、モータ電流を０％〜２０％、２０％〜５０％、５０％〜１００％の３段階に区分して、電源電圧が調整されている。なお、１００％はモータ２０の定格電流が流れた場合を意味する。
【００１８】
モータ電流が０％〜２０％未満では推定発熱量は２０Ｗ〜６０Ｗ未満となり、ファンモータ１２の電源電圧を８Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は１０００回転／分となる。モータ電流が２０％〜５０％未満では推定発熱量は６０Ｗ〜１２０Ｗ未満となり、ファンモータ１２の電源電圧を１５Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は２０００回転／分となる。モータ電流が５０％〜１００％では推定発熱量は１２０Ｗ〜２２０Ｗとなり、ファンモータ１２の電源電圧を２４Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は３０００回転／分となる。
【００１９】
ここで、放熱器やモータ駆動装置１０の推定発熱量と推定温度の計算例を示す。  
Ｐ＝ａ＋Ｋａ＊Ｉ
Ｐは放熱器やモータ駆動装置１０の推定発熱量（Ｗ）、ａはモータ電流が流れていないときの定常発熱量（Ｗ）、Ｋａは比例定数（Ｗ／Ａｒｍｓ）、Ｉはモータ電流（Ａｒｍｓ）をそれぞれ意味する。
【００２０】
推定発熱量Ｐ（Ｗ）に対する放熱器やモータ駆動装置１０の推定温度Ｔは以下の計算式で求められる。  
Ｔ＝Ｋｂ＊Ｐ＋Ｔａ  
Ｔは放熱器やモータ駆動装置１０の内部の推定温度、Ｋｂは比例定数（℃／Ｗ）、Ｔａは周囲温度を意味する。
【００２１】
本発明においては、モータ２０に供給されるモータ電流あるいはモータ駆動装置１０に入力する入力電流を用いて、放熱器あるいはモータ駆動装置１０の内部の推定発熱量を計算し、計算により求められた推定発熱量に基づいてファンモータ１２の回転数を制御する。推定発熱量の計算には周囲温度Ｔａを考慮したものではない。周囲温度Ｔａの影響を加味する手法としては、図３の対応関係表を周囲温度Ｔａに応じて作成しておき、モータ駆動装置１０の周囲温度Ｔａに対応する対応関係表を選択するようにしておいてもよい。
【００２２】
図４は、第１の実施形態におけるモータ電流、ファンモータの電源電圧、およびファンモータの回転数の関係を説明する図である。図３に示されるようにモータ電流に応じてファンモータ１２の電源電圧は調整され、モータ電流が増大するとファンモータ１２の電源電圧が１５Ｖから２４Ｖに昇圧される。電源電圧が昇圧されるのに応じてファンモータ１２の単位時間あたりの回転数も増える。
【００２３】
図４（ａ）はモータ電流検出部１４で検出されたモータ電流の時間軸に対する変動を表したグラフである。モータ電流Ｉ１を超える時ｔ１、モータ電流Ｉ２を超える時ｔ２、モータ電流Ｉ２を下回る時ｔ３、モータ電流Ｉ１を下回る時ｔ４とする。
【００２４】
モータ電流が増大しても放熱器やモータ駆動装置１０の内部の温度が急激に上昇するのではなく、遅効性をもって温度上昇がある。そこで、冷却用ファンの回転数も所定時間の遅れをもって回転数を増大させればよい。反対に、モータ電流が減少する場合には、モータ電流が減少しても放熱器やモータ駆動装置１０の内部の温度は急激に低下するわけではない。
【００２５】
そこで、モータ電流が増大する場合には、冷却用ファンを回転させるファンモータ１２の回転数を増加させる時の温度をＩ２の時とし、逆に、モータ電流が減少する場合には、ファンモータ１２の回転数を低下させる時の温度をＩ１の時としている。これにより、図４（ｂ）に示されるように、ファンモータ１２には時刻ｔ２〜時刻ｔ４の区間で２４Ｖの電圧が印加される。また、図４（ｃ）はファンモータ１２の回転数を表している。ファンモータには回転モーメントがあるから、回転数はある時定数にしたがって回転数が変化する。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態を、図５を用いて説明する。モータ駆動装置１０に入力した電源からの入力電流はモータ駆動回路１５に入力し、モータ２０を駆動するための電流に変換される。そして、入力電流検出部１６から得られる入力電流情報を基に、放熱器（図示せず）やモータ駆動装置１０の内部の発熱量を推定し、入力電流が減少した場合、必要最小限の冷却効果が得られるよう、ファンモータ１２に対する電源電圧を下げ、ファンモータ１２の単位時間あたりの回転数を下げる制御を行う。なお、第１の実施形態における「推定発熱量」と第２の実施形態における「推定発熱量」は、モータ駆動回路１５での変換効率がほぼ１００％とするとほぼ同じ値と考えられる。
【００２７】
図６は、第２の実施形態におけるファンモータ１２の電源電圧とファンモータ１２の回転数との関係を説明する図である。ファンモータ１２の電源電圧（Ｖ）を増加するとともにその回転数（ｍｉｎ―1）は増加する。
【００２８】
一例として、ファンモータ１２の電源電圧は、前記推定発熱量に対するファンモータ１２の回転数との対応関係を予め設定した対応関係表（図７参照）に基づいて調整される。図７に示される対応関係表では、入力電流を０％〜２０％、２０％〜５０％、５０％〜１００％の３段階に区分して、電源電圧が調整されている。なお、１００％はモータ２０の定格電流が流れた場合を意味する。
【００２９】
入力電流が０％〜２０％未満では推定発熱量は２０Ｗ〜６０Ｗ未満となり、ファンモータ１２の電源電圧を８Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は１０００回転／分となる。入力電流が２０％〜５０％未満では推定発熱量は６０Ｗ〜１２０Ｗ未満となり、ファンモータ１２の電源電圧を１５Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は２０００回転／分となる。入力電流が５０％〜１００％では推定発熱量は１２０Ｗ〜２２０Ｗとなり、ファンモータ１２の電源電圧を２４Ｖとすると、ファンモータ１２の回転数は３０００回転／分となる。
【００３０】
ここで、放熱器やモータ駆動装置１０の推定発熱量と推定温度の計算例を示す。  
Ｐ＝ａ＋Ｋａ＊Ｉ
Ｐは放熱器やモータ駆動装置１０の推定発熱量（Ｗ）、ａは入力電流が流れていないときの定常発熱量（Ｗ）、Ｋａは比例定数（Ｗ／Ａｒｍｓ）、Ｉは入力電流（Ａｒｍｓ）をそれぞれ意味する。
【００３１】
推定発熱量Ｐ（Ｗ）に対する放熱器やモータ駆動装置１０の推定温度Ｔは以下の計算式で求められる。  
Ｔ＝Ｋｂ＊Ｐ＋Ｔａ  
Ｔは放熱器やモータ駆動装置１０の内部の推定温度、Ｋｂは比例定数（℃／Ｗ）、Ｔａは周囲温度を意味する。
【００３２】
前述したように、本発明においては、モータ２０に供給されるモータ電流あるいはモータ駆動装置１０に入力する入力電流を用いて、放熱器あるいはモータ駆動装置１０の内部の推定発熱量を計算し、計算により求められた推定発熱量に基づいてファンモータ１２の回転数を制御する。推定発熱量の計算には周囲温度Ｔａを考慮したものではない。周囲温度Ｔａの影響を加味する手法としては、図３や図７の対応関係表を周囲温度Ｔａに応じて作成しておき、モータ駆動装置１０の周囲温度Ｔａに対応する対応関係表を選択するようにしておいてもよい。
【００３３】
図８は、第２の実施形態における入力電流、ファンモータ１２の電源電圧、およびファンモータ１２の回転数の関係を説明する図である。図７に示されるように入力電流に応じてファンモータ１２の電源電圧は調整され、入力電流が増大するとファンモータ１２の電源電圧が１５Ｖから２４Ｖに昇圧される。電源電圧が昇圧されるのに応じてファンモータ１２の単位時間あたりの回転数も増える。ファンモータ１２の回転数の制御は図４について説明したのと同様であるので、記載を省略する。
【００３４】
次に、第３の実施形態を、図９を用いて説明する。図９は、ファンモータの始動時は、ファンモータの電源電圧を回転数制御される電源電圧より高い電圧で駆動し、ファンモータの始動後所定の時間経過後にファンモータの回転数制御を開始することを説明する図である。図９は、回転数制御を行う電源電圧範囲０〜１５（Ｖ）、ファンモータ１２の始動時の電圧２４（Ｖ）に設定した場合の例を示している。
【００３５】
また、工作機械用途のモータ駆動装置１０では、使用環境によりファンモータ１２に回転を阻害するゴミや油などが付着するため、始動時に大きなトルクが必要となる。そのため、ファンモータ１２の始動時はファンモータ１２の電源電圧を上げ、必要なトルクを確保し、定常回転数に達したところから、ファンモータ１２の電源電圧を下げる回転数制御を行うことで、必要な始動トルクを確保しつつ省エネが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  モータ駆動装置
１１  ファンモータ電源電圧調整部
１２  ファンモータ
１３  第１の推定発熱量計算部
１４  モータ電流検出部
１５  モータ駆動回路
１６  入力電流検出部
１７  第２の推定発熱量計算部
２０  モータ
【図１】
2011088268.tif 000003
【図２】
2011088268.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011088268.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011088268.tif 000008
【図７】
2011088268.tif 000009
【図８】
2011088268.tif 000010
【図９】
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