(57)【要約】【課題】モータの非線形制御領域を含めて全モータ速度範囲でリアルタイムで正確にモータの負荷状態を表すようにロードメータを計算し、計算値を用いてモータを制御する又は表示装置で表示する。【解決手段】モータの負荷情報を演算又は出力するモータ制御装置３０は、予め負荷情報の演算に用いる変数とモータ出力又はモータトルクの実測値から関数又はテーブルを求め、その関数又はテーブルを格納する記憶部３１３と、記憶部３１３に格納した関数又はテーブルと負荷情報の演算に用いる変数を用いて負荷情報の演算を行うロードメータ演算部３１１とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの負荷情報を演算又は出力するモータ制御装置において、
予め前記負荷情報の演算に用いる変数とモータ出力又はモータトルクの実測値から求めた関数又はテーブルを格納する記憶部と、
その記憶部に格納した関数又はテーブルと負荷情報の演算に用いる変数を用いて負荷情報の演算を行うロードメータ演算部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記負荷情報の演算に用いる変数は、モータの実測速度、トルク指令又は電流指令である、
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
モータの負荷情報を演算又は出力するモータ制御装置において、
モータの「実測速度−トルク指令−トルクの特性」の実測速度と実測トルクから、補正前の第１トルク指令と実測トルクが常に一致するように補正して第２トルク指令を算出する関数又はテーブルを予め求め、その関数又はテーブルを用いて前記第２トルク指令を駆動部に入力してモータを駆動制御する、
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
モータの負荷情報を補正前の第１トルク指令から演算する、請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
モータの温度、電源電圧またはこれら両方に応じて前記関数又はテーブルを変更する、
請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸モータの稼動状態（負荷状態）を表す装置であるロードメータへの表示出力を算出し表示するモータ制御装置およびその表示出力を用いてモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械等の主軸モータの稼動状況を監視するため、モータの負荷情報が算出又は検出される。従来、モータの負荷情報は、モータ制御装置（アンプとも称する）の出力パワーとモータの効率、モータのトルク指令（又は電流指令）などモータの出力を左右するファクタを使って算出されている。
【０００３】
また、工作機械の主軸に使われる主軸モータは、高速度、高出力が要求されるため、モータの非線形制御領域でも運転される場合がある。その時、トルク指令通りにトルクが出なくなり、そのトルク指令に基づいて算出したロードメータ値は正確な値からずれてしまう。一方、工具磨耗などの監視や工作機械の切削条件を決めるため、ロードメータ値の正確な表示がユーザからますます厳しく要求されている。
【０００４】
特許文献１にはモータの稼働状況をリアルタイムで即座に把握できるロードメータの視覚的表示方法が開示されている。従来技術のロードメータは、一般にモータの稼働状況を把握するため以下のようにロードメータ値を算出し表示している。
【０００５】
図１は従来技術によるモータ制御装置の第１具体例のブロック構成図である。図１〜図４において同一参照番号は同一のものを示す。図１においてモータ制御装置１０はモータ１を除く全てを含む。図１に示すようにモータ１の速度制御器１２は速度指令とモータ１の実速度Ｖとの偏差を算出する加算器１３からの出力を受けトルク指令ＴC を出力する。
【０００６】
図１に示すように、従来技術のモータ制御装置１０内のロードメータ１１は、ロードメータ演算部１１１とロードメータ表示部１１２と記憶部１１３を有する。記憶部１１３には予め設定された一定値の効率ηが格納される。ロードメータ１１は駆動部１５からの出力を監視し、駆動部１５の出力パワーＷとモータ１の効率ηとからモータ１の出力パワーを算出してロードメータ値としてロードメータ表示部１１２の表示器に表示し、又は算出したモータ１の出力パワーとその回転数に対応する最大出力パワーの比をロードメータ値としてロードメータ表示部１１２の表示器に表示する。
【０００７】
図１のロードメータ演算部１１１に示すＬM=ｆｌ(W,V,η) 中のＬM、Ｗ、Ｖおよびηは、それぞれ下記の通りである。
ＬM:ロードメータ値、Ｗ:アンプの出力パワー、Ｖ:モータ実速度、η:モータ効率
【０００８】
図２は従来技術によるモータ制御装置の第２具体例のブロック構成図である。図２に示すロードメータ２１は、ロードメータ演算部２１１とロードメータ表示部２１２を有する。ロードメータ２１は、速度制御器１２の出力であるトルク指令(又はモータに供給する電流を制御する駆動部の出力である電流指令)ＴC を監視し、そのときのモータの回転数（モータ速度Ｖ）に対応する最大トルク指令(電流指令)とトルク指令（電流指令）ＴC との比（％表示）を（ロードメータ値として）表示するものである。
【０００９】
図２のロードメータ演算部２１１に示すＬM=ｆ２(V,Tc) 中のＬM、ＶおよびＴC は、それぞれ下記の通りである。
ＬM ：ロードメータ、Ｖ：モータ速度、ＴC：トルクコマンド
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−９００１１号公報（特許請求の範囲の［請求項１］、明細書の段落番号［０００２］〜［０００４］および図２参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２に示すロードメータは、モータ制御に使われるトルク指令（電流指令）などモータの出力を左右するファクタがモータの負荷計算に利用された場合に、（モータの励磁電圧飽和、アンプの出力電圧飽和などの原因で）モータが非線形領域に入るとトルク指令などのファクタとモータ出力との比例関係がなくなる。それゆえ、これらのファクタから計算した負荷情報算出（ロードメータ）値が所望値から大きく外れ、大きな誤差が生じるという問題がある。
【００１２】
一方、図１に示すロードメータの算出方法は、ロードメータの算出値はアンプ出力パワーとモータの効率に依存するため、モータ速度と負荷状況によって変わるモータの効率が正確に分からないとロードメータを正確に算出することはできないという問題がある。
【００１３】
それゆえ、本発明は、上記問題を解決するため、モータの非線形制御領域を含めて全モータ速度範囲で、リアルタイムで正確にモータの負荷状態を表すようにロードメータを計算し、計算値を用いてモータを制御するモータ制御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】
【００１４】
上記目的を達成する本発明によるモータ制御装置は、モータ速度とモータの出力とモータの出力を左右するファクタの関係を実測した結果から関数（又はテーブル）を求め、上記関数（又はテーブル）を用いて任意のモータ速度で、出力を左右するファクタに対応する負荷情報を正確に算出することを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する本発明による第１形態のモータ制御装置は、モータの負荷情報を演算又は出力するモータ制御装置において、予め前記負荷情報の演算に用いる変数とモータ出力又はモータトルクの実測値から求めた関数又はテーブルを格納する記憶部と、その関数又はテーブルと負荷情報の演算に用いる変数を用いて負荷情報の演算を行うロードメータ演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記本発明による第１形態のモータ制御装置において、前記負荷情報の演算に用いる変数は、モータの実測速度、トルク指令又は電流指令である。
【００１７】
上記目的を達成する本発明による第２形態のモータ制御装置は、モータの負荷情報を演算又は出力するモータ制御装置において、モータの「実測速度−トルク指令−トルクの特性」の実測速度と実測トルクから、補正前の第１トルク指令と実測トルクが常に一致するように補正して第２トルク指令を算出する関数又はテーブルを予め求め、その関数又はテーブルを用いて前記第２トルク指令を駆動部に入力してモータを駆動制御する、ことを特徴とする。
【００１８】
上記本発明による第２形態のモータ制御装置において、モータの負荷情報を補正前の第１トルク指令から演算する。
【００１９】
上記本発明による第１および第２形態のモータ制御装置において、モータの温度、電源電圧またはこれら両方に応じて前記関数又はテーブルを変更する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のモータ制御装置によれば、モータの非線形制御領域を含めて全モータ速度範囲で、リアルタイムで正確にモータの負荷状態を表すようにロードメータを計算し、計算値を用いてモータを制御するモータ制御装置を提供できる。
【００２１】
本発明のモータ制御装置におけるロードメータによれば、主軸のロードメータ値により実際の負荷状況を正確に表示することができ、工具磨耗監視の活用、切削条件を決める際などに対し非常に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明は図１および図２に示す従来技術のロードメータ算出方法を想定し、速度毎のトルク指令（又は電流指令）とモータ出力の関係を実測した結果から、関数（又はテーブル）を求める。その関数（又はテーブル）を使って、モータの実出力（トルク）に等しいロードメータ値を算出する、又はロードメータ値の表示に等しいモータ出力（トルク）を算出する。
【００２３】
図３は本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置のブロック構成図である。図３においてモータ制御装置３０はモータ１を除く全てを含む。図３に示すようにモータ１の速度制御器１２は速度指令とモータ１の実速度Ｖとの偏差を算出する加算器１３からの出力を受けトルク指令(又はモータに供給する電流を制御する駆動部の出力である電流指令)ＴC を出力する。図３に示すように、モータ制御装置３０内のロードメータ３１は、ロードメータ演算部３１１とロードメータ表示部３１２と記憶部３１３とを有する。記憶部３１３には予め求められた関数又はテーブルが格納される。
【００２４】
モータ制御装置３０に対し、全モータ速度領域のトルク指令とモータ出力の関係データを実測し、関数（又はテーブル）ＴＣ１＝ｆ３(V,Tc) （ ＴC ：補正前トルク指令、ＴC1：補正後トルク指令、Ｖ：モータ速度）を求め、ロードメータ演算部３１１でリアルタイムに使えるように記憶部３１３に保存する。
【００２５】
図３に示すように、ロードメータ演算部３１１でまずトルク指令の補正計算を行い、正確なトルク指令（Ｔc1）を算出する。その後算出したトルク指令Ｔc1をロードメータの算出用関数又はテーブル（ＬM ＝ｆ２(V,Tc1) ）に代入すると正確（実トルクに合う理想上）なロードメータ値を得ることができる。ロードメータ表示部は正確なロードメータ値を表示できる。
【００２６】
図４は本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置のブロック構成図である。図４に示すように、モータに補正後のトルク指令Ｔc1を入力すると正確な（ロードメータ表示に合う）トルク値を出すことができる。図４においてモータ制御装置４０はモータ１を除く全てを含む。図４に示すようにモータ１の速度制御器１２は速度指令とモータ１の実速度Ｖとの偏差を算出する加算器１３からの出力を受けトルク指令(又はモータに供給する電流を制御する駆動部の出力である電流指令)ＴC を出力する。図４に示すロードメータ４１は、ロードメータ演算部４１１とロードメータ表示部４１２を有する。図４に示すトルク指令補正演算部４４は、トルク指令演算部４４１と記憶部４４２を有する。
【００２７】
図４に示すモータ制御装置４０に対し、全モータ速度領域のトルク指令とモータ出力の関係データを実測し、関数（又はテーブル）ＴＣ１＝ｆ３(V,Tc) （ ＴC ：補正前トルク指令、ＴC1：補正後トルク指令、Ｖ：モータ速度)を求め、トルク指令演算部４４１でリアルタイムに使えるように記憶部４４２内に保存する。上記関数又はテーブルは、モータの温度、電源電圧またはこれら両方に応じて変更できる。
【００２８】
図５はモータの回転数と最大トルク指令時の出力トルクとの関係を示す図である。図５は一般的なモータの最大トルク指令時の出力トルクカーブを示す。最大トルク指令時の出力トルクは基底回転数（基底速度）Ｖｂまで一定値であり、基底回転数Ｖｂを越えると減衰する。回転数Ｖａ（＞Ｖｂ）での最大トルク指令時の出力トルクは基底回転数Ｖｂでの最大トルク指令時の出力トルクの約(Va/Vb)×100％である。
【００２９】
図６はモータへのトルク指令と実測トルクの関係を示す図であり、図７は本発明による補正前後のロードメータの表示例を示す図である。図６、７において、理想ラインを一点鎖線で示し、モータトルクの実測カーブを実線で示す。理想ラインはモータの定格トルクが出力されたものとして求めたものである。図６において横軸はモータへのトルク指令を示し、縦軸はモータに要求される出力トルクを示す。図７において横軸はモータへのトルク指令補正前後のロードメータの％表示を示し、縦軸はモータに要求される出力トルクを示す。
【００３０】
図６はモータの電圧が最大値に到達する基底速度Ｖb 以上の速度、例えば速度Ｖaにおけるトルク指令−トルクの特性を示す実測カーブと理想ラインの具体例を示す。所定の速度において図６に示すようなトルク指令−トルクの特性を仮定すると、その場合のトルク指令補正前後のロードメータの表示は図７に示すようになる。補正前はロードメータ−トルクの特性カーブが線形になっておらず、また実測最大トルクＴM3がロードメータ最大値（１１０％）と一致していないため、ロードメータの表示値（％単位）から正確な実出力トルクを把握することができない。
【００３１】
ロードメータの表示を正確にする(理想ラインに合わせる)ために、検出したトルク指令ＴC に対応する実測カーブ上の点（ＴC ，ＴM1）を理想ライン上に乗せるように下式の補正計算を行う。
【００３２】
Ｔc1＝ＴM1／ＴM2＊ＴCM
ここで、ＴC ：補正前トルク指令、ＴC1：補正後トルク指令、ＴCM：最大トルク指令、
ＴM1：実測トルク、ＴM2：理想最大トルク、ＴM3：実測最大トルクである。
図６から判るように上記実測カーブ上の点（ＴC ，ＴM1）を理想ライン上に乗せた点は（ＴC1，ＴM1）であるので、モータのトルク指令と出力トルクの関係は上式で表される。
【００３３】
図８は本発明によるトルク指令補正前の負荷表示値（ＬM ）−回転速度（Ｖ）−正規化トルク（ＴN ）特性を示し、図９はトルク指令補正後の同特性を示す図である。図８および図９は主軸モータへのトルク指令補正実施前（図８）および同実施後（図９）の全モータ速度領域のロードメータ−速度−正規化トルクの特性曲面状況を示す。
【００３４】
図８および９において、負荷表示値（ＬM ）および正規化トルク（ＴN ）は下式により算出する。
負荷表示値（ＬM ）＝ＴC ／ＴCM×１００％
正規化トルク（ＴN ）＝ＴM1／TD （理想正規化トルク（ＴN ）＝１）
ここで、ＴC：トルク指令、ＴCM：最大トルク指令、ＴM1：実測トルク、ＴD ：ＬM に対応するトルク値（図７の理想ラインの値）である。
【００３５】
図９においてトルク指令補正結果が完全に理想平面(理想正規化トルク＝１の平面)になっていない理由は計算精度が依存する補正用関数の次数（又はテーブルのサイズ）が低いことにある。補正関数の次数は高いほど計算精度がよくなる。関数の係数を無限に高くすれば、補正結果が平面になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術によるモータ制御装置の第１具体例のブロック構成図である。
【図２】従来技術によるモータ制御装置の第２具体例のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置のブロック構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置のブロック構成図である。
【図５】モータの回転数と最大トルク指令時の出力トルクとの関係を示す図である。
【図６】モータへのトルク指令と実測トルクの関係を示す図である。
【図７】本発明による補正前後のロードメータの表示例を示す図である。
【図８】本発明によるトルク指令補正前の負荷表示値（ＬM ）−回転速度（Ｖ）−正規化トルク（ＴN ）特性を示す図である。
【図９】本発明によるトルク指令補正後の負荷表示値（ＬM ）−回転速度（Ｖ）−正規化トルク（ＴN ）特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    モータ
１０、２０、３０、４０    モータ制御装置
１１、２１、３１、４１    ロードメータ
１２    速度制御器
１３    加算器
１５    駆動部
１１１、２１１、３１１、４１１    ロードメータ演算部
１１２    ロードメータ表示部
１１３、３１３、４１３、４４２    記憶部
４４    トルク指令補正演算部
４４１    トルク指令演算部
【図１】
2008131729.tif 000003
【図２】
2008131729.tif 000004
【図３】
2008131729.tif 000005
【図４】
2008131729.tif 000006
【図５】
2008131729.tif 000007
【図６】
2008131729.tif 000008
【図７】
2008131729.tif 000009
【図８】
2008131729.tif 000010
【図９】
2008131729.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図５はモータの回転数と最大トルク指令時の出力トルクとの関係を示す図である。図５は一般的なモータの最大トルク指令時の出力トルクカーブを示す。最大トルク指令時の出力トルクは基底回転数（基底速度）Ｖｂまで一定値であり、基底回転数Ｖｂを超えると減衰する。回転数Ｖａ（＞Ｖｂ）での最大トルク指令時の出力トルクは基底回転数Ｖｂでの最大トルク指令時の出力トルクの約（Ｖｂ／Ｖａ）×１００％である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008131729.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008131729.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008131729.tif 000014