JP2003199378A - 工作機械用主軸モータ制御装置 - Google Patents
工作機械用主軸モータ制御装置Info
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- JP2003199378A JP2003199378A JP2001391855A JP2001391855A JP2003199378A JP 2003199378 A JP2003199378 A JP 2003199378A JP 2001391855 A JP2001391855 A JP 2001391855A JP 2001391855 A JP2001391855 A JP 2001391855A JP 2003199378 A JP2003199378 A JP 2003199378A
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- Motor And Converter Starters (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】暖気運転時間を短縮することにある。特にモー
タの回転子を静止した状態で、暖気運転を短時間ででき
るようにする。 【解決手段】熱変位が加工精度および位置決め精度など
に影響を及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運
転を行なう暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モ
ードで制御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転
モードにおいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調
波電圧をモータに重畳して与えることを特徴とする工作
機械用主軸モータ制御装置。
タの回転子を静止した状態で、暖気運転を短時間ででき
るようにする。 【解決手段】熱変位が加工精度および位置決め精度など
に影響を及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運
転を行なう暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モ
ードで制御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転
モードにおいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調
波電圧をモータに重畳して与えることを特徴とする工作
機械用主軸モータ制御装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの制御装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、研削盤などの加工精度を要する工
作機械においては機械が冷えた状態から加工を始める
と、主軸モータの温度が上がるにつれて、シャフトに熱
変位が生じ加工精度が悪くなっていた。そのために実際
の加工作業に取り掛かる前に機械の温度が飽和するまで
予め通常の運転を繰り返して暖気運転を行ない温度を一
定にする必要があった。近年、機械の小型化のために主
軸にモータを埋め込むビルトインモータが主流になりモ
ータの発熱がシャフトに伝わり熱変位の大きな要因とな
っている。そこで熱変位や省エネのために、誘導電動機
ではなく、回転子鉄心中に永久磁石を埋め込んだ構造で
あるＩＰＭ（Interior permanent magnet）同期電動機
が使用され始めている。
作機械においては機械が冷えた状態から加工を始める
と、主軸モータの温度が上がるにつれて、シャフトに熱
変位が生じ加工精度が悪くなっていた。そのために実際
の加工作業に取り掛かる前に機械の温度が飽和するまで
予め通常の運転を繰り返して暖気運転を行ない温度を一
定にする必要があった。近年、機械の小型化のために主
軸にモータを埋め込むビルトインモータが主流になりモ
ータの発熱がシャフトに伝わり熱変位の大きな要因とな
っている。そこで熱変位や省エネのために、誘導電動機
ではなく、回転子鉄心中に永久磁石を埋め込んだ構造で
あるＩＰＭ（Interior permanent magnet）同期電動機
が使用され始めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、ツール交換時間
の短縮や位置決め時間などの短縮などを行ない非加工時
間の短縮が進んでおり、加工前の暖気運転時間は機械の
効率化の妨げとなる。特に前記ＩＰＭ同期電動機では、
誘導電動機と比較すると２次銅損がないためモータ発生
損失が小さいので加工時の発生損失が小さくできる利点
がある。しかし、加工前の暖気運転時は逆に発生損失が
小さいため、暖気運転時間が長くなるという問題点があ
った。本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は暖気運転時間を短縮すること
にある。また、通常の加工を行う前に機械を動かすこと
ができない場合（即ちモータを回転させることができな
い場合）であっても、モータの回転子を静止した状態
で、暖気運転を短時間でできるようにすることを第２の
目的とする。
の短縮や位置決め時間などの短縮などを行ない非加工時
間の短縮が進んでおり、加工前の暖気運転時間は機械の
効率化の妨げとなる。特に前記ＩＰＭ同期電動機では、
誘導電動機と比較すると２次銅損がないためモータ発生
損失が小さいので加工時の発生損失が小さくできる利点
がある。しかし、加工前の暖気運転時は逆に発生損失が
小さいため、暖気運転時間が長くなるという問題点があ
った。本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は暖気運転時間を短縮すること
にある。また、通常の加工を行う前に機械を動かすこと
ができない場合（即ちモータを回転させることができな
い場合）であっても、モータの回転子を静止した状態
で、暖気運転を短時間でできるようにすることを第２の
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明においては加工前に温度を上昇させる暖気運
転モードと通常の加工を行なう通常運転モードを切り替
え、暖気運転モードにおいては高周波の電流または電圧
をモータに印加して銅損および鉄損を増加させ、温度上
昇を促せる制御を行ない、通常モードにおいては高周波
指令を切離し通常制御を行なう。請求項１記載の発明
は、熱変位が加工精度および位置決め精度などに影響を
及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運転を行な
う暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モードで制
御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転モードに
おいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調波電圧を
モータに重畳して与えることを特徴とする工作機械用主
軸モータ制御装置である。また、請求項２記載の発明
は、熱変位が加工精度および位置決め精度などに影響を
及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運転を行な
う暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モードで制
御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転モードに
おいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調波電流を
モータに重畳して与えることを特徴とする工作機械用主
軸モータ制御装置である。また、請求項３記載の発明
は、モータまたは機械の温度を測定する手段と、測定温
度により暖気運転を行なう暖気運転モードを判定する手
段と、暖気運転モードと通常モードで制御を切り替える
切替制御回路を備え、暖気運転モードにおいては駆動周
波数に比べて高い周波数の高調波電流をモータに重畳し
て与えることを特徴とする請求項１または２記載の工作
機械用主軸モータ制御装置である。また、請求項４記載
の発明は、前記モータを回転子鉄中に永久磁石を埋め込
んだ構造であるＩＰＭ同期電動機としたものである請求
項１ないし３のいずれか一項に記載の工作機械用主軸モ
ータ制御装置である。
め、本発明においては加工前に温度を上昇させる暖気運
転モードと通常の加工を行なう通常運転モードを切り替
え、暖気運転モードにおいては高周波の電流または電圧
をモータに印加して銅損および鉄損を増加させ、温度上
昇を促せる制御を行ない、通常モードにおいては高周波
指令を切離し通常制御を行なう。請求項１記載の発明
は、熱変位が加工精度および位置決め精度などに影響を
及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運転を行な
う暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モードで制
御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転モードに
おいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調波電圧を
モータに重畳して与えることを特徴とする工作機械用主
軸モータ制御装置である。また、請求項２記載の発明
は、熱変位が加工精度および位置決め精度などに影響を
及ぼす機械のモータ制御装置において、暖気運転を行な
う暖気運転モードと通常の加工を行なう通常モードで制
御を切り替える切替制御回路を備え、暖気運転モードに
おいては駆動周波数に比べて高い周波数の高調波電流を
モータに重畳して与えることを特徴とする工作機械用主
軸モータ制御装置である。また、請求項３記載の発明
は、モータまたは機械の温度を測定する手段と、測定温
度により暖気運転を行なう暖気運転モードを判定する手
段と、暖気運転モードと通常モードで制御を切り替える
切替制御回路を備え、暖気運転モードにおいては駆動周
波数に比べて高い周波数の高調波電流をモータに重畳し
て与えることを特徴とする請求項１または２記載の工作
機械用主軸モータ制御装置である。また、請求項４記載
の発明は、前記モータを回転子鉄中に永久磁石を埋め込
んだ構造であるＩＰＭ同期電動機としたものである請求
項１ないし３のいずれか一項に記載の工作機械用主軸モ
ータ制御装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】上記手段を使用して、暖気運転に
おいては高調波分の電圧または電流を重畳することによ
り、鉄損および銅損を増加させ温度上昇を促すことがで
きるため、暖気運転時間を短縮することができる。ま
た、通常の加工などを行なう前に機械を動かすことがで
きない場合は高調波または直流の電圧または電流を印加
することにより暖機運転を行なうことができる。以下、
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１の実施
例を図１に示す。１は上位コントローラから与えられる
速度指令、２は与えられた速度指令に対して速度を一定
にしようとする速度制御器、３は上位コントローラから
与えられる通常運転モードと暖気運転モードのモードを
切替えるモード切替え指令、４は高調波信号発生回路、
５は３の指令に従いオン・オフするスイッチ、６は高調
波信号発生回路から出力される高周波電流指令Ｉｃｏｍ
ｐ、７は速度制御器から出力される電流指令Ｉｒｅｆ、
８は加算計算を行なう加算器、１０は電流指令通りに電
流を制御する電流制御器、１１は電流制御器から出力さ
れる電圧指令Ｖｒｅｆ、１２は電圧指令Ｖｒｅｆに従っ
てパワー変換回路のパワー素子に与えるＰＷＭ信号を作
成するＰＷＭ発生回路、１３はＰＷＭ発生回路から与え
られる信号に従ってモータに可変周波数の可変電圧・電
流を供給するパワー変換回路である。１７は１３により
駆動されるモータである。
おいては高調波分の電圧または電流を重畳することによ
り、鉄損および銅損を増加させ温度上昇を促すことがで
きるため、暖気運転時間を短縮することができる。ま
た、通常の加工などを行なう前に機械を動かすことがで
きない場合は高調波または直流の電圧または電流を印加
することにより暖機運転を行なうことができる。以下、
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１の実施
例を図１に示す。１は上位コントローラから与えられる
速度指令、２は与えられた速度指令に対して速度を一定
にしようとする速度制御器、３は上位コントローラから
与えられる通常運転モードと暖気運転モードのモードを
切替えるモード切替え指令、４は高調波信号発生回路、
５は３の指令に従いオン・オフするスイッチ、６は高調
波信号発生回路から出力される高周波電流指令Ｉｃｏｍ
ｐ、７は速度制御器から出力される電流指令Ｉｒｅｆ、
８は加算計算を行なう加算器、１０は電流指令通りに電
流を制御する電流制御器、１１は電流制御器から出力さ
れる電圧指令Ｖｒｅｆ、１２は電圧指令Ｖｒｅｆに従っ
てパワー変換回路のパワー素子に与えるＰＷＭ信号を作
成するＰＷＭ発生回路、１３はＰＷＭ発生回路から与え
られる信号に従ってモータに可変周波数の可変電圧・電
流を供給するパワー変換回路である。１７は１３により
駆動されるモータである。
【０００６】作業者は加工前に温度を上げておく必要が
ある場合は、ＮＣ制御装置などの上位コントローラを介
して３のモード切替え信号をオンにしてＳＷ１を接続状
態にする。速度指令には従来と同じ通常の加工プログラ
ムの速度指令を与える。ＳＷ１がオン（接続状態）にな
ると速度制御器から得られる７の電流指令（Ｉｒｅｆ）
に４の高周波発生回路から出力される６高周波電流指令
（Ｉｃｏｍｐ）が８の加算器によって加算されて電流制
御器に与えられる。４の高周波信号発生回路はモータが
追従出来ない程度の高周波の信号をテーブルからの呼び
出し、または演算により、ＳＩＮ波形または矩形波など
の正負を繰り返す信号を発生する。１０の電流制御器に
は８で加算された高調波を含んだ電流指令である（Ｉｒ
ｅｆ＋Ｉｃｏｍｐ）が与えられ、これに応じて１０の電
流制御器が必要な電圧を計算し１１のＶｒｅｆを１２の
ＰＷＭ発生回路へ渡し、最終的に１３のパワー変換回路
がモータへ高調波を含んだ電流を出力する。暖気運転モ
ードにて一定時間高調波を含んだ電流がモータに流れる
と通常の運転による発熱に加えて高調波分でモータ１４
の鉄損および銅損が増加してモータ温度の上昇が早ま
る。そして所定の温度まで上昇すると上位コントローラ
を介してモード切替えスイッチＳＷ１を通常モードに切
替え、高周波信号（Ｉｃｏｍｐ）は切離され通常の制御
に戻る。
ある場合は、ＮＣ制御装置などの上位コントローラを介
して３のモード切替え信号をオンにしてＳＷ１を接続状
態にする。速度指令には従来と同じ通常の加工プログラ
ムの速度指令を与える。ＳＷ１がオン（接続状態）にな
ると速度制御器から得られる７の電流指令（Ｉｒｅｆ）
に４の高周波発生回路から出力される６高周波電流指令
（Ｉｃｏｍｐ）が８の加算器によって加算されて電流制
御器に与えられる。４の高周波信号発生回路はモータが
追従出来ない程度の高周波の信号をテーブルからの呼び
出し、または演算により、ＳＩＮ波形または矩形波など
の正負を繰り返す信号を発生する。１０の電流制御器に
は８で加算された高調波を含んだ電流指令である（Ｉｒ
ｅｆ＋Ｉｃｏｍｐ）が与えられ、これに応じて１０の電
流制御器が必要な電圧を計算し１１のＶｒｅｆを１２の
ＰＷＭ発生回路へ渡し、最終的に１３のパワー変換回路
がモータへ高調波を含んだ電流を出力する。暖気運転モ
ードにて一定時間高調波を含んだ電流がモータに流れる
と通常の運転による発熱に加えて高調波分でモータ１４
の鉄損および銅損が増加してモータ温度の上昇が早ま
る。そして所定の温度まで上昇すると上位コントローラ
を介してモード切替えスイッチＳＷ１を通常モードに切
替え、高周波信号（Ｉｃｏｍｐ）は切離され通常の制御
に戻る。
【０００７】次に第２の実施例を図２に示す。図１と同
一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。図１
では電流指令に高調波信号を加算したのに対し、図２で
は電圧指令に高調波信号を加算した点が異なる。図１と
の差異は切替スイッチ（ＳＷ１）を電流制御器から出力
される電圧指令（Ｖｒｅｆ）に接続した実施例で高周波
指令も電圧換算の高調波電圧指令（Ｖｃｏｍｐ）が加え
られる。切替えについては図１と同様に上位コントロー
ラからのモード切替え指令でＳＷ１が行ない、暖気モー
ドにおいてはオン（接続）、通常モードにおいてはオフ
（切断）とする。
一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。図１
では電流指令に高調波信号を加算したのに対し、図２で
は電圧指令に高調波信号を加算した点が異なる。図１と
の差異は切替スイッチ（ＳＷ１）を電流制御器から出力
される電圧指令（Ｖｒｅｆ）に接続した実施例で高周波
指令も電圧換算の高調波電圧指令（Ｖｃｏｍｐ）が加え
られる。切替えについては図１と同様に上位コントロー
ラからのモード切替え指令でＳＷ１が行ない、暖気モー
ドにおいてはオン（接続）、通常モードにおいてはオフ
（切断）とする。
【０００８】次に第３の実施例を図３に示す。図３が図
２と異なる部分は図３は上位コントローラからモード切
替え指令をもらうのではなく、モータまたは機械に取り
付けられたサーマルなどの温度検出器からの温度検出信
号１５を取り込み、検出温度が一定の値より低い場合は
暖気モード、高い場合は通常モードと判定する判定回路
である暖気モード判定手段１６を備えＳＷ１を切替える
部分である。また、図３では高調波電圧指令を重畳して
いるが、高調波電流指令を重畳する場合も同様に考えら
れる。さらに、高調波発生回路と加算器を使用して高調
波指令を作成する例を示したが、ソフトウェアでテーブ
ルなどを利用して、基本指令に高調波成分を加えるよう
にすることもできる。高調波発生回路から出力される高
調波信号はモータが回転、追従できない程度の周波数に
しているため、モータが回転することはない。特に本発
明はＩＰＭモータに用いると、暖気運転時間を短縮する
ことができる。
２と異なる部分は図３は上位コントローラからモード切
替え指令をもらうのではなく、モータまたは機械に取り
付けられたサーマルなどの温度検出器からの温度検出信
号１５を取り込み、検出温度が一定の値より低い場合は
暖気モード、高い場合は通常モードと判定する判定回路
である暖気モード判定手段１６を備えＳＷ１を切替える
部分である。また、図３では高調波電圧指令を重畳して
いるが、高調波電流指令を重畳する場合も同様に考えら
れる。さらに、高調波発生回路と加算器を使用して高調
波指令を作成する例を示したが、ソフトウェアでテーブ
ルなどを利用して、基本指令に高調波成分を加えるよう
にすることもできる。高調波発生回路から出力される高
調波信号はモータが回転、追従できない程度の周波数に
しているため、モータが回転することはない。特に本発
明はＩＰＭモータに用いると、暖気運転時間を短縮する
ことができる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いれば、
暖気運転においては高調波の電圧または電流を重畳する
ことにより、モータの鉄損および銅損を増加させモータ
の温度上昇を促すことができるため、暖気運転時間を短
縮することができる。また、通常の加工などを行なう前
に機械を動かすことができない場合は高調波の電圧また
は電流を印加することによりモータの回転子を静止した
状態で暖機運転を行なうことができる。
暖気運転においては高調波の電圧または電流を重畳する
ことにより、モータの鉄損および銅損を増加させモータ
の温度上昇を促すことができるため、暖気運転時間を短
縮することができる。また、通常の加工などを行なう前
に機械を動かすことができない場合は高調波の電圧また
は電流を印加することによりモータの回転子を静止した
状態で暖機運転を行なうことができる。
【図１】高調波電流指令を重畳した本発明の第１実施例
の構成図
の構成図
【図２】高調波電圧指令を重畳した本発明の第２実施例
の構成図
の構成図
【図３】高調波電圧指令を重畳した本発明の第３実施例
の構成図
の構成図
１ 速度指令
２ 速度制御器
３ モード切替え指令
４ 高調波信号発生回路
５ スイッチ
６ 高周波電流指令
７ 電流指令
８ 加算器
１０ 電流制御器
１１ 電圧指令
１２ ＰＷＭ発生回路
１３ パワー変換回路
１４ 高調波電圧指令
１５ 温度検出信号
１６ 暖気モード判定回路
１７ モータ
Ｉｒｅｆ 速度制御器にて演算された電流指令
Ｉｃｏｍｐ 高周波電流指令
Ｖｒｅｆ 電流制御器にてにて演算された電圧指令
Ｖｃｏｍｐ 高周波電圧指令
ＳＷ１ モード切替えスイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H001 AA02 AB11 AC02 AD05 AE02
5H576 AA17 DD07 EE11 FF01 GG02
GG04 GG07
Claims (4)
- 【請求項１】 熱変位が加工精度および位置決め精度な
どに影響を及ぼす機械のモータ制御装置において、 暖気運転を行なう暖気運転モードと通常の加工を行なう
通常モードで制御を切り替える切替制御回路を備え、暖
気運転モードにおいては駆動周波数に比べて高い周波数
の高調波電圧をモータに重畳して与えることを特徴とす
る工作機械用主軸モータ制御装置。 - 【請求項２】 熱変位が加工精度および位置決め精度な
どに影響を及ぼす機械のモータ制御装置において、 暖気運転を行なう暖気運転モードと通常の加工を行なう
通常モードで制御を切り替える切替制御回路を備え、暖
気運転モードにおいては駆動周波数に比べて高い周波数
の高調波電流をモータに重畳して与えることを特徴とす
る工作機械用主軸モータ制御装置。 - 【請求項３】 モータまたは機械の温度を測定する手段
と、測定温度により暖気運転を行なう暖気運転モードを
判定する手段と、暖気運転モードと通常モードで制御を
切り替える切替制御回路を備え、暖気運転モードにおい
ては駆動周波数に比べて高い周波数の高調波電流をモー
タに重畳して与えることを特徴とする請求項１または２
記載の工作機械用主軸モータ制御装置。 - 【請求項４】 前記モータを回転子鉄中に永久磁石を埋
め込んだ構造であるＩＰＭ同期電動機としたものである
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の工作機械用主
軸モータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391855A JP2003199378A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 工作機械用主軸モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391855A JP2003199378A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 工作機械用主軸モータ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003199378A true JP2003199378A (ja) | 2003-07-11 |
Family
ID=27599324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001391855A Pending JP2003199378A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 工作機械用主軸モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003199378A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010193667A (ja) * | 2009-02-19 | 2010-09-02 | Aisin Seiki Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2011089625A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Honda Motor Co Ltd | 電気自動車の油温上昇制御方法及びその装置、並びに電気自動車 |
| JP2013099220A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Daikin Ind Ltd | 予熱装置 |
| JP2015188972A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット装置の制御方法 |
-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001391855A patent/JP2003199378A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010193667A (ja) * | 2009-02-19 | 2010-09-02 | Aisin Seiki Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2011089625A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Honda Motor Co Ltd | 電気自動車の油温上昇制御方法及びその装置、並びに電気自動車 |
| JP2013099220A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Daikin Ind Ltd | 予熱装置 |
| JP2015188972A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット装置の制御方法 |
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