JP6599942B2 - 電源電圧の電圧低下量に応じてモータを制御するモータ制御装置及び工作機械システム - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧の電圧低下量に応じてモータを制御するモータ制御装置及び工作機械システムに関する。

工作機械において、モータは、工具やワークが取り付けられた軸を駆動するための駆動源として用いられる。送り軸及び主軸の駆動用にそれぞれ設けられた各モータを制御するモータ制御装置を有する工作機械においては、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このような工作機械においては、モータ制御装置の主回路として、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器と、ＤＣリンクに設けられたＤＣリンクコンデンサに蓄積された直流電力を、各モータの駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続された各モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。主軸や送り軸の加速時にはモータの消費電力が大きくなるので、交流電源に対して大きな交流電力の出力が要求される。

例えば、送り軸駆動用モータの消費電力を算出する第１の消費電力算出手段と、一定電力にて動作する機器の消費電力を算出する第２の消費電力算出手段と、前記第１の消費電力算出手段により算出された電力と前記第２の消費電力算出手段により算出された電力との総和に基づき、前記送り軸駆動用モータの加速時間および減速時間の少なくとも一方と相対関係を有する時定数を決定し、この時定数に基づき前記送り軸駆動用モータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする工作機械の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、商用電源から入力される交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する電源供給部と、動作指令を生成するモーション指令生成部と、前記モーション指令生成部にて生成される動作指令に対し加減速処理を行ってサーボ指令を出力する加減速処理部と、前記電源供給部が前記直流母線に出力する直流電力を、前記サーボ指令の通りにモータを動作させるのに必要な交流電力に変換し前記モータに出力するサーボ制御部と、前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する電力の不足分を前記サーボ制御部へ供給し、また前記モータの回生電力のうち前記電源供給部の回生処理能力を超える分の回生電力を吸収するために設けられる蓄電装置と、前記直流母線と前記蓄電装置との間に設けられる充放電回路と、前記モーション指令生成部から出力される動作指令に基づいて充放電指令を生成する充放電指令生成部と、前記直流母線の電力と、前記蓄電装置の蓄電量と、前記充放電指令とに基づき、前記充放電回路に、前記蓄電装置から前記直流母線への放電動作と、前記直流母線から前記蓄電装置への充電動作とを行わせる充放電回路制御部とを備えていることを特徴とするモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置であって、交流電源側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換する順変換器と、前記ＤＣリンクにおける直流電圧と送り軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、送り軸モータへ駆動電力を供給する送り軸モータ用逆変換器と、前記ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、主軸モータへ駆動電力を供給する主軸モータ用逆変換器と、前記順変換器の交流電源側の停電発生の有無を検出する停電検出手段と、前記ＤＣリンクにおける直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記停電検出手段が停電を検出したとき、送り軸モータを減速させるよう前記送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する制御手段であって、前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出したとき、前記電圧検出手段が検出した直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータを加速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を、前記電圧検出手段が検出した直流電圧が前記所定の上限値よりも低い所定の下限値より小さい場合は主軸モータを減速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を、出力する制御手段と、を備えることを特徴とする制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１０−２５０６９７号公報 特開２０１３−１５３６０５号公報 特開２０１４−９６９２９号公報

主軸や送り軸の加速時などモータの消費電力が大きくなる場合において、モータ制御装置により要求される交流電力に対し交流電源の電源容量が不足すると、モータ制御装置内の整流器の交流入力側の交流電圧が低下する。整流器の交流入力側の交流電圧が低下すると、整流器は、逆変換器がモータ駆動のための交流電力を生成するのに必要な直流電力をＤＣリンクコンデンサに供給することができない。その結果、逆変換器は、ＤＣリンクコンデンサに蓄積された不足する直流電力では、モータを駆動するのに必要な交流電力を生成することができず、モータ制御装置及びこれを含む工作機械が、不用意にアラーム停止してしまう可能性がある。したがって、交流電源の電源容量が不足することに起因するモータ制御装置のアラーム停止を抑制し、機械稼働率を向上させる技術が望まれている。

本開示の一態様は、複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを制御するモータ制御装置であって、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器と、ＤＣリンクの直流電力を、各モータの駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する逆変換器と、整流器の交流入力側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部と、交流電圧値が予め定めた規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定し、交流電圧値が規定電圧以上の場合は正常状態と判定する状態判定部と、状態判定部が電圧低下状態と判定した場合、交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じて各モータを制御する出力制御部と、を備える。

また、本態様の一態様は、工作機械システムは、上記モータ制御装置を有する工作機械と、工作機械に対応して設けられて当該工作機械を制御する数値制御装置であって、当該工作機械、当該工作機械の周辺機器、及び当該数値制御装置の消費電力量を計算する消費電力計算部を有する数値制御装置と、複数の数値制御装置内の消費電力計算部から消費電力量を取得し、その総和を算出する上位コントローラと、複数の数値制御装置と上位コントローラとを通信可能に接続する通信ネットワークと、を備え、出力制御部は、状態判定部が電圧低下状態と判定し、かつ、上位コントローラにより計算された総消費電力量の総和が、工作機械、工作機械の周辺機器及び前記数値制御装置に駆動電力を供給する交流電源の電源容量を超えた場合、交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各モータを制御する。

本開示の一態様によれば、交流電源の電源容量が不足することに起因するモータ制御装置のアラーム停止を抑制し、機械稼働率を向上させることができる。

一実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。 一実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 出力制御部を数値制御装置内に設けた実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。 図１の実施形態において停電判定部を設けた形態を示すブロック図である。 図３の実施形態において停電判定部を設けた形態を示すブロック図である。 図４及び図５の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 一実施形態によるモータ制御装置を複数備える工作機械システムのブロック図である。

以下図面を参照して、電源電圧の電圧低下量に応じてモータを制御するモータ制御装置及び工作機械システムについて説明する。しかしながら、本発明は、図面又は以下に説明される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、モータの回転角速度については単に「速度」または「回転速度」と称する。

図１は、一実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。モータ制御装置１は、複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを制御する。一般に工作機械においては、工具やワークが取り付けられた軸ごとに、駆動源としてのモータが設けられる。図１に示す実施形態では、一例として、モータ３のうちモータ３−１を工作機械の主軸を駆動するためのモータとし、モータ３−２、３−３及び３−４を工作機械の送り軸を駆動するためのモータとする。ここでは、一例として、交流電源２に接続されたモータ制御装置１により４個のモータ３を制御する場合について説明する。ただし、モータ３の個数は本実施形態を特に限定するものではなくこれ以外の個数であってもよい。また、電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。なお、図１に示す実施形態では、交流電源２を三相交流電源とし、モータ３を三相交流モータとした。また、モータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。

工作機械の軸に対する駆動指令は、数値制御装置２００内の数値制御部３０によって生成される。数値制御部３０は、所定の加工プログラムに基づき、主軸に取り付けられた工具により、送り軸によって移動されるワークを加工するための駆動指令を生成する。加工プログラムは、工作機械が所定の作業を行うためのコマンド処理をプログラミングした情報である。例えば、送り軸によりワークを移動させるための動作コマンド、主軸に取り付けられた工具を回転させるための動作コマンド、任意の信号を外部に通知するコマンド、任意の信号の状態を読取るコマンド、などの情報が加工プログラムに含まれる。また、加工プログラムには、ワークに対する工具の位置情報や、操作する信号の番号も含まれてもよい。もちろん、プログラム上に登録可能なコマンドであれば何でもよい。つまり、ここに例示したプログラミング情報に本実施形態は限定されない。数値制御部３０によって生成された駆動指令は、逆変換器１２へ送られ、逆変換器１２は、受信した駆動指令に基づき電力変換動作を実行する。

一実施形態によるモータ制御装置１は、整流器１１と、逆変換器１２と、交流電圧検出部１３と、状態判定部１４と、出力制御部１５とを備える。状態判定部１４及び出力制御部１５は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築され、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築され、各部の機能を実現するソフトウェアプログラム媒体を書き込んだ半導体集積回路として構築される。図１に示す実施形態では、状態判定部１４及び出力制御部１５の機能を実現するソフトウェアプログラム媒体に従って動作するコンピュータが、数値制御装置２００とは別個に設けられる。特に、本実施形態では、出力制御部１５は、各逆変換器１２内にそれぞれ設けられる。

整流器１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンク４へ出力する。図１に示す実施形態では、交流電源２を三相交流電源としたので、整流器１１は三相のブリッジ回路として構成されるが、交流電源２が単相である場合は単相のブリッジ回路で構成される。整流器１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、あるいは内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。整流器１１がダイオード整流回路である場合は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンク４へ出力する。整流器１１が１２０度通電型整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、整流器１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンク４へ出力するとともに、ＤＣリンク４の直流電力を交流電力に変換して交流電源２側へ戻す、交直双方向に変換可能である電力変換器として実現することができる。例えば、整流器１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、上位制御装置（図示せず）から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

逆変換器１２は、ＤＣリンク４の直流電力を、各モータ３の駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する。逆変換器１２は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、例えば三角波比較方式のＰＷＭスイッチング制御に基づいて各スイッチング素子がオンオフ制御される。逆変換器１２は、モータ３が三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、モータ３が単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

図１では、一例として、主軸を駆動するためのモータ３−１には逆変換器１２−１が接続され、送り軸を駆動するためのモータ３−２、３−３及び３−４には逆変換器１２−２、１２−３及び１２−４がそれぞれ接続される。以下、「逆変換器１２」と記載した場合は、「逆変換器１２−１、１２−２、１２−３及び／または１２−４」の意味を含むことがある。

逆変換器１２は、数値制御装置２００内の数値制御部３０から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、ＤＣリンク４の直流電力とモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。より詳細には、逆変換器１２は、数値制御部３０から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンク４を介して整流器１１から供給される直流電力を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ３は、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ３の例えば減速時などで回生電力が発生することがあるが、数値制御部３０から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して直流リンクへ戻す（順変換動作）。

また、本実施形態では、後述する出力制御部１５によっても、逆変換器１２の電力変換動作が制御される。

整流器１１の直流出力側と逆変換器１２の直流入力側とを接続するＤＣリンク４には、ＤＣリンクコンデンサ（平滑コンデンサとも称する）５が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ５は、ＤＣリンク４において直流電力を蓄積する機能及び整流器１１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。なお、図１に示す実施形態では、ＤＣリンクコンデンサ５を整流器１１の直流出力側に１個設けたが、各逆変換器１２の直流入力側のそれぞれにＤＣリンクコンデンサ５を設けてもよい。

交流電圧検出部１３は、整流器１１の交流入力側の交流電圧値を検出する。交流電圧検出方法として、例えば、整流器１１の交流電源２側の三相座標上の交流電圧を三相二相変換して得られる二相座標上のベクトルノルムを交流電圧値とする方法、整流器１１の交流電源２側の三相座標上の交流電圧の電圧波高値を交流電圧値とする方法などがある。交流電圧検出部１３によって検出された交流電圧値は、状態判定部１４へ送られる。

状態判定部１４は、交流電圧検出部１３により検出された交流電圧値が、規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定し、規定電圧以上の場合は正常状態と判定する。状態判定部１４による判定結果は、出力制御部１５へ送られる。電圧低下状態であるか正常状態であるかの判定処理に用いられる規定電圧は、例えば次のような値に設定される。上述のように逆変換器１２はＤＣリンク４の直流電力を各モータ３の駆動電力として供給される交流電力に変換して出力するが、整流器１１の交流入力側の交流電圧の低下により交流電源２からＤＣリンク４に供給されるエネルギーが減少すると、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力に基づき逆変換器１２により生成された交流電力では、モータ３が駆動できなくなる。この結果、モータ制御装置１及びこれを含む工作機械がアラーム停止する。したがって、本実施形態では、モータ制御装置１及びこれを含む工作機械が不用意にアラーム停止することがないような整流器１１の交流入力側の交流電圧の下限値に、安全性を考慮して多少のマージンを上乗せして得られる値を、電圧低下状態であるか正常状態であるかの判定処理に用いられる規定電圧として設定する。なお、状態判定部１４の判定処理に用いられる規定電圧については、例えば実験もしくは実際の運用によりモータ制御装置１を動作させたり、またはコンピュータによるシミュレーションにより、整流器１１の交流入力側の交流電圧値とモータ制御装置１及びこれを含む機械がアラーム停止との関係性を求めたりし、その上で適宜設定すればよい。

出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じて各モータ３を制御する。なお、出力制御部１５は、各モータ３の動作を制御するものであるが、各モータ３は、逆変換器１２から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルク、もしくは回転子の位置が制御されるので、結局のところ、出力制御部１５による各モータ３の制御は、逆変換器１２の電力変換動作を制御することで実現される。

また、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した後、再び正常状態に戻ったと判定した場合、電圧低下状態時に行っていた交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた各モータ３に対する制御を解除する。すなわちこの場合、逆変換器１２は、数値制御装置２００内の数値制御部３０によって生成された通常の駆動指令にて電力変換を行うことになり、交流電圧値が正常状態にあるときのものとして設定されていた通常の制御内容にて各モータ３が制御される。

つまり、本実施形態によれば、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合は、再び正常状態に戻るまでの間、出力制御部１５により各モータ３を制御してＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費を抑制し、モータ制御装置１及びこれを含む工作機械が不用意にアラーム停止することを回避する。そして、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した後、再び正常状態に戻ったと判定した場合は、電圧低下状態時に行っていた出力制御部１５による各モータ３に対する制御を解除し、数値制御装置２００内の数値制御部３０による通常のモータ制御に復帰する。このように、本実施形態によれば、交流電源２の電源容量が不足することに起因するモータ制御装置１のアラーム停止を抑制し、機械稼働率を向上させることができる。

ここで、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合における、出力制御部１５による各モータ３の制御手法についていくつか列記する。

出力制御部１５により各モータ３を制御する手法の第１形態では、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１の出力を、正常状態の場合よりも制限する。すなわち、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１の出力が、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が正常状態にあるときに設定されていた出力よりも小さい値に制限されるように制御する。一般にモータの出力は、「トルク×回転速度」によって定まるので、例えば、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１に対するトルク指令や速度指令を、正常状態のときよりも小さい値にすることで、モータ３−１の出力（すなわちモータ３−１の駆動に必要な交流電力）をより小さくすることができる。この結果、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費（すなわちＤＣリンクコンデンサ５の両端電圧の急激な低下）を抑制することができる。なお、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合において設定される「制限された出力」は、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が正常状態にあるときに設定されていた出力よりも小さい値であればよく、例えば定数として設定してもよく、あるいは、交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた可変数として設定してもよい。いずれも場合も、電圧低下状態用のトルク指令及び／または速度指令が、「制限された出力」のために新たに設定されることになる。

出力制御部１５により各モータ３を制御する手法の第２形態では、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１の加速度時定数及び減速度時定数を、正常状態の場合よりも制限する。すなわち、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が正常状態にあるときに設定されていた加速度時定数及び減速度時定数よりも小さい値に制限された加速度時定数及び減速度時定数にて、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１の加速制御及び減速制御を行う。加速度時定数及び減速度時定数は、数値制御装置２００が工作機械を制御するために用いられる加工プログラム中にパラメータとして規定されており、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、加工プログラム中の加速度時定数及び減速度時定数を、正常状態にあるときに設定されていたものよりも小さい値に変更する。より小さい値に制限された加速度時定数及び減速度時定数にてモータ３−１の加減速制御を行うと、モータ３−１の加速度及び減速度がより小さくなる。この結果、モータ３−１の速度変化が緩やかになり、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費を抑制することができる。

出力制御部１５により各モータ３を制御する手法の第３形態では、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１のうち、加速中のモータについては減速を行い、減速中のモータについては減速を維持するように制御する。加速中のモータに対して減速制御を行うと、交流の回生電力が発生し、逆変換器１２はこれを直流電力に変換してリンク４に戻すので、ＤＣリンク４に直流電力が蓄積される。また、減速中のモータは、交流の回生電力を発生させるので、ＤＣリンク４に直流電力が蓄積される。このように第３形態によれば、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合は、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１は必ず減速動作を行うので回生電力が発生し、逆変換器１２はこれを直流電力に変換してリンク４に戻すので、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力の低下は発生せず、あるいは直流電力の低下が発生したとしても、その低下の傾向は緩やかになる。

出力制御部１５により各モータ３を制御する手法の第４形態では、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１に対する励磁をオフする制御を実行する。モータ３−１に対する励磁をオフすることで、モータ３−１は、惰性で回転して負荷や摩擦により停止するいわゆる「フリーラン停止（フリーランストップ）」にて停止する。これにより、ＤＣリンク４に蓄積されたエネルギー（直流電力）の急激な消費を抑制することができる。上述のように、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した後、再び正常状態に戻ったと判定した場合は交流電圧値が正常状態にあるときのものとして設定されていた通常の制御内容にて各モータ３を制御するが、第４形態によれば、交流電圧値が電圧低下状態から正常状態に戻ったときは、フリーラン停止していたモータ３−１に対して通常の制御を開始することになるので、通常のモータ動作への復帰が早い。

なお、第１〜第４形態による出力制御部１５が行う主軸の駆動用に設けられたモータに対する制御は、主軸の駆動用のモータが複数ある場合は、全てのモータに対して実行してもよく、あるいは、複数のモータの中から当該制御が実行されるモータをいくつか選択してもよい。例えば、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が電圧低下状態にある場合であっても第１〜第４形態のような制御を実行したくないモータがあるのであれば、そのモータを避けて、出力制御部１５による制御を行えばよい。

出力制御部１５により各モータ３を制御する手法の第５形態では、送り軸の駆動用に設けられたモータ３−２、３−３及び３−４に対して出力制御部１５による制御を行う。すなわち、第５形態よれば、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、少なくとも１つの送り軸の駆動用に設けられたモータ３−２、３−３及び３−４の速度指令に対するオーバーライドを、正常状態の場合よりも制限する。一般に、数値制御装置２００においては、モータ３に対する速度指令に対して「オーバーライド」と称される倍率をかけて回転速度を修正することができる。速度指令に対して例えば０〜２００％のオーバーライドを設定することができ、数値制御装置２００にはオーバーライドを設定するためのダイヤルが設けられているのが一般的である。第５形態では、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、送り軸の駆動用に設けられたモータ３−２、３−３及び３−４の速度指令に対するオーバーライドを、ダイヤルの設定によらずに、交流電圧値が正常状態にあるときに設定されていた値よりも小さい値に変更する。オーバーライドを下げると、モータ３−２、３−３及び３−４の回転速度が全体として低下する。また、オーバーライドを下げるとモータ３−２、３−３及び３−４の目標回転速度が下がるので、目標回転速度に実際の回転速度が達するまでの加速度及び減速度も減少し、加速時及び減速時のトルクも低下する。この結果、モータ３−２、３−３及び３−４の出力（すなわちモータ３−２、３−３及び３−４の駆動に必要な交流電力）も低下する。したがって、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費を抑制することができる。なお、送り軸の駆動用に設けられたモータ３−２、３−３及び３−４の速度指令に対して個別にオーバーライドを変更すると、位置決めされた送り軸の制御を維持できなくなる問題がある。そこで、送り軸が複数ある場合は、各送り軸に対して設定された位置決めを維持するために、速度指令に対するオーバーライドの変更は、送り軸の駆動用として設けられた各モータに対して同期が維持されるようにしながら実行される。

以上説明した各形態によればＤＣリンク４に蓄積されたエネルギー（直流電力）の急激な消費を抑制することができ、従来あったようなモータ制御装置１及びこれを含む工作機械のアラーム停止を回避することができる。

なお、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、出力制御部１５による交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた各モータ３に対する制御に加えて、モータ３、モータ制御装置１及びこれを含む工作機械の、各種周辺機器の出力を制限してもよい。この場合、例えば、状態判定部１４の判定結果を数値制御装置２００に通知し、数値制御装置２００により各種周辺機器の出力の制限（例えばライトの消灯）を行う。

図２は、一実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

交流電源２に接続されたモータ制御装置１により４個のモータ３の動作を制御している場合において、ステップＳ１０１では、交流電圧検出部１３は、整流器１１の交流入力側の交流電圧値を検出する。交流電圧検出部１３によって検出された交流電圧値は、状態判定部１４へ送られる。

ステップＳ１０２において、状態判定部１４は、交流電圧検出部１３により検出された交流電圧値が、規定電圧未満であるか否かを判別する。交流電圧検出部１３により検出された交流電圧値が、規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定してステップＳ１０３へ進み、規定電圧以上の場合は正常状態と判定してステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０３では、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じて各モータ３を制御する。図２のフローチャートでは、出力制御部１５により各モータ３を制御する手法として、上述の第１形態を採用した場合を示している。すなわち、ステップＳ１０３では、出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合、主軸の駆動用に設けられたモータ３−１の出力が、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が正常状態にあるときに設定されていた出力よりも小さい値に制限されるように制御する。なお、出力制御部１５により各モータ３を制御する手法として、上述の第２〜第５形態のいずれかを採用した場合は、ステップＳ１０３では、各形態について説明したＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費が抑制される処理が実行される。ステップＳ１０３の処理の後は、ステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０４では、交流電圧値が正常状態にあるときのものとして設定されていた通常の制御内容にて各モータ３が制御される。ここで、電圧低下状態時に行っていた交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた各モータ３に対する制御を行っていた場合にステップＳ１０３において状態判定部１４が正常状態に戻ったと判定された上でステップＳ１０４の処理が実行されるとき、出力制御部１５が電圧低下状態時に行っていた交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた各モータ３に対する制御が解除され、数値制御装置２００内の数値制御部３０の制御が復帰する。すなわちこの場合、逆変換器１２は、数値制御装置２００内の数値制御部３０によって生成された通常の駆動指令にて電力変換を行うことになり、交流電圧値が正常状態にあるときのものとして設定されていた通常の制御内容にて各モータ３が制御される。また、交流電圧値が正常状態にあり通常の制御内容にて数値制御装置２００内の数値制御部３０により各モータ３に対する制御を行っていた場合にステップＳ１０３において状態判定部１４が依然として正常状態にあると判定された上でステップＳ１０４の処理が実行されるときは、引き続き数値制御部３０による制御が実行される。ステップＳ１０４の処理の後は、ステップＳ１０１へ戻る。

上述の実施形態では、出力制御部１５を各逆変換器１２内にそれぞれ設けたが、数値制御装置２００内に設けてもよい。図３は、出力制御部を数値制御装置内に設けた実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。

図３に示すように、交流電圧検出部１３、状態判定部１４及び出力制御部１５は、数値制御装置２００内に設けられる。このうち、状態判定部１４及び出力制御部１５は、ソフトウェアプログラム形式で構築され、数値制御装置２００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現している。逆変換器１２の電力変換制御は、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が正常状態にある場合は、数値制御部３０によって生成された駆動指令により制御され、整流器１１の交流入力側の交流電圧値が電圧低下状態にある場合（すなわち状態判定部１４が電圧低下状態と判定した場合）は、出力制御部１５によって制御される。なお、これ以外の構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。また、図３に示す実施形態によるモータ制御装置１についても、図２に示すフローチャートに基づいて動作する。

以上説明した実施形態において、整流器１１の交流入力側の交流電圧の低下が著しく、出力制御部１５による電圧低下状態の各モータ３に対する制御によっても、ＤＣリンク４に蓄積された直流電力の急激な消費を抑制することができないときは、停電と判定して保護動作を行うようにしてもよい。図４は、図１の実施形態において停電判定部を設けた形態を示すブロック図である。また、図５は、図３の実施形態において停電判定部を設けた形態を示すブロック図である。図４において、停電判定部１６は、数値制御装置２００とは別個に設けられる。また、図５において、停電判定部１６は、数値制御装置２００内に設けられ、この場合は、停電判定部１６はソフトウェアプログラム形式で構築され、数値制御装置２００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させることで停電判定部１６の機能を実現する。停電判定部１６による停電判定基準には、モータ制御装置１の交流電源２側の交流電圧値の停電判断基準となる停電電圧閾値と、モータ制御装置１の交流電源２側の交流電圧値が停電電圧閾値未満である状態の継続時間である停電時間閾値とが含まれる。停電電圧閾値は、状態判定部１４による状態判定処理に用いられる基準電圧よりも低い値に設定されるのが好ましい。停電判定部１６は、交流電圧検出部１３が検出した交流電圧値が停電電圧閾値未満である状態が停電時間閾値以上にわたって継続した場合に、停電が発生したと判定する。停電判定部１６が停電が発生したと判定した場合、出力制御部１５は、逆変換器１２に対してＤＣリンク４に蓄積された直流電力を交流電力に変換してモータ３へ供給するよう制御し、モータ３に対してモータ制御装置１およびその周辺機器を保護するための各種保護動作を行わせ、その後モータ３の動作を停止させる。保護動作には、例えば、モータ制御装置１が設けられた工作機械、当該工作機械に設けられた工具及び当該工具により加工されるワークの損傷を防ぐための退避動作などがある。

図６は、図４及び図５の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であるので詳細な説明は省略する。ステップＳ１０２において状態判定部１４により電圧低下状態と判定され、ステップＳ１０３において交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じた各モータ３に対する制御が行われる場合、ステップＳ１０５において、停電判定部１６は、モータ制御装置１の交流電源２側（すなわち整流器１１の交流入力側）に停電が発生したか否かを判定する。ステップＳ１０５において停電判定部１６が停電が発生したと判定した場合、ステップＳ１０６において、出力制御部１５は、逆変換器１２に対してＤＣリンク４に蓄積された直流電力を交流電力に変換してモータ３へ供給するよう制御し、モータ３に対してモータ制御装置１およびその周辺機器を保護するための各種保護動作を行わせ、その後モータ３の動作を停止させる。

続いて、複数個のモータ制御装置１が通信ネットワークを介して接続された工作機械システムについて説明する。図７は、一実施形態によるモータ制御装置を複数備える工作機械システムのブロック図である。図７に示す実施形態では、一例として、図１に示したモータ制御装置１を複数備える工作機械システム１０００について説明するが、図３〜図５に示したモータ制御装置１を複数備える場合についても同様に適用可能である。

工作機械システム１０００は、モータ制御装置１を有する工作機械１００と、工作機械１００に対応して設けられて当該工作機械１００を制御する数値制御装置２００と、複数の数値制御装置２００と通信する上位コントローラ４００と、上位コントローラ４００と各数値制御装置２００とを通信可能に接続する通信ネットワーク３００とを備える。各数値制御装置２００は、当該数値制御装置２００が制御する工作機械１００、当該工作機械１００の周辺機器及び当該数値制御装置２００の消費電力量を計算する消費電力計算部２０を有する。工作機械１００の周辺機器には、例えば、ライト、スピーカなどがある。上位コントローラ４００は、各数値制御装置２００内の消費電力計算部２０で計算された消費電力の総和を求める総消費電力計算部２１を有する。上位コントローラ４００内の総消費電力計算部２１は、通信ネットワーク３００を介して複数の数値制御装置２００と通信することで全ての消費電力計算部２０から消費電力量を取得し、その総和を算出する。

なお、通信ネットワークに接続される数値制御装置２００の個数並びにモータ制御装置１により制御されるモータ３（図７では、参照符号３−１、３−２、３−３及び３−４で示す）の個数は一例であり、これ以外の個数であってもよい。また、図７において、モータ制御装置１により制御される、工作機械１００の主軸を駆動するためのモータ３−１並びに工作機械１００の送り軸を駆動するためのモータ３−２、３−３及び３−４を、「Ｍ」で表している。また、図７において、各工作機械１００内のモータ制御装置１が接続される共通の交流電源２については図示を省略している。

消費電力計算部２０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築され、数値制御装置２００内の演算処理装置にてこのソフトウェアプログラムが実行されることで当該機能が実現される。総消費電力計算部２１は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築され、上位コントローラ４００内の演算処理装置にてこのソフトウェアプログラムが実行されることで当該機能が実現される。この代替例として、総消費電力計算部２１の機能を実現するソフトウェアプログラム媒体に従って動作するコンピュータが、上位コントローラ４００とは別個に設けられてもよい。

消費電力計算部２０は、当該消費電力計算部２０が設けられた数値制御装置２００が制御する工作機械１００、当該工作機械１００の周辺機器及び数値制御装置２００の全ての消費電力の総和を、消費電力量として計算する。工作機械１００の消費電力は、モータ制御装置１の消費電力とモータ３の消費電力とで構成される。モータ制御装置１の消費電力は、例えば整流器１１における損失と逆変換器１２における損失の和として得られ、モータ３の消費電力は、例えばモータ３の出力と巻線損失との和として得られる。あるいは、消費電力計算部２０は、モータ制御装置１の消費電力を、モータ制御装置１の交流電源２側の接続端子において検出された交流電圧及び交流電流に基づいて計算してもよい。また、消費電力計算部２０は、工作機械１００の消費電力を、工作機械１００の交流電源２側の接続端子において検出された交流電圧及び交流電流に基づいて計算してもよい。またあるいは、消費電力計算部２０は、各所に設置された電力量計（図示せず）によって検出された電力量に基づいて、モータ制御装置１の消費電力、モータ３の消費電力、工作機械１００の消費電力、周辺機器及び／または数値制御装置２００の消費電力のデータを取得してもよい。

上位コントローラ４００内の総消費電力計算部２１は、通信ネットワーク３００を介して複数の数値制御装置２００と通信することで全ての消費電力計算部２０から消費電力量を取得し、その総和を算出する。

各工作機械１００内のモータ駆動装置１に設けられた出力制御部１５は、状態判定部１４が電圧低下状態と判定し、かつ、上位コントローラ４００内の総消費電力計算部２１により計算された総消費電力量が、交流電源２の電源容量を超えた場合、交流電圧値の規定電圧に対する電圧低下量に応じて、第１形態〜第５形態のいずれかに従って、各モータ３を制御する。なお、交流電源２の電源容量は、一般に固定値であるので、その値を上位コントローラ４００内に予め記憶させておき、出力制御部１５は、上位コントローラ４００内に記憶された交流電源２の電源容量の値を用いて、第１形態〜第５形態のいずれかに従って、各モータ３を制御する。

工作機械１００の動作は、数値制御装置２００またはその上位コントローラ４００によって通信ネットワーク３００を介して制御されるので、様々な制御が実現可能である。

例えば、消費電力計算部２０により計算された総消費電力量の交流電源２の電源容量に対する超過量が、少ない場合（例えば０％より大きく５％よりも小さい場合）には工作機械１００による加工のサイクルタイムに直結しない周辺機器（ライト等）の出力を制限し、多い場合（例えば５％より大きく１０％よりも小さい場合）には工作機械１００による加工のサイクルタイムへの影響は大きくはなるが第１形態〜第５形態のいずれかに従ってモータ３を制御する、といった対応を取ることができる。ここで電力超過量は、例えば「（総消費電力−電源容量）／電源容量」との式に従って計算することができる。これにより、工作機械１００のラインのサイクルタイムを考慮して、出力が制限される軸を選択することができる。

また例えば、上位コントローラ４００は、通信ネットワーク３００を介して数値制御装置２００の加工プログラムなどを監視することで、工作機械１００が加工したワークの個数を把握できるので、この情報を上位コントローラ４００に転送し、タクトが進んでいるラインの軸から優先して制限をかける、とった対応を取ることもできる。これにより、工作機械１００の全体のラインとしてのサイクルタイムを考慮して、出力が制限される軸を選択することができる。

１ モータ制御装置
２ 交流電源
３、３−１、３−２、３−３、３−４ モータ
４ ＤＣリンク
５ ＤＣリンクコンデンサ
１１ 整流器
１２、１２−１、１２−２、１２−３、１２−４ 逆変換器
１３ 交流電圧検出部
１４ 状態判定部
１５ 出力制御部
１６ 停電判定部
２０ 消費電力計算部
２１ 総消費電力計算部
３０ 数値制御部
１００ 工作機械
２００ 数値制御装置
３００ 通信ネットワーク
４００ 上位コントローラ
１０００ 工作機械システム

Claims (9)

1. 複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを制御するモータ制御装置であって、
   交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器と、
   前記ＤＣリンクの直流電力を、各前記モータの駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する逆変換器と、
   前記整流器の交流入力側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部と、
   前記交流電圧値が予め定めた規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定し、前記交流電圧値が前記規定電圧以上の場合は正常状態と判定する状態判定部と、
   前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各前記モータを制御する出力制御部と、
   を備え、
   前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記軸のうちの主軸の駆動用に設けられた加速中の前記モータが減速するよう制御する、モータ制御装置。
2. 前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記主軸の駆動用に設けられた減速中の前記モータが減速を維持するよう制御する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを制御するモータ制御装置であって、
   交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器と、
   前記ＤＣリンクの直流電力を、各前記モータの駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する逆変換器と、
   前記整流器の交流入力側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部と、
   前記交流電圧値が予め定めた規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定し、前記交流電圧値が前記規定電圧以上の場合は正常状態と判定する状態判定部と、
   前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各前記モータを制御する出力制御部と、
   を備え、
   前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記軸のうちの主軸の駆動用に設けられた前記モータに対する励磁をオフする制御を実行する、モータ制御装置。
4. 前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記軸のうちの少なくとも１つの送り軸の駆動用に設けられた前記モータの速度指令に対するオーバーライドを、前記交流電圧値が前記正常状態にあるときに設定されていた値よりも小さい値に変更する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した際の速度指令に対する前記オーバーライドの変更を、前記送り軸の駆動用として設けられた各前記モータに対して同期維持しながら実行する、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した後に前記正常状態に戻ったと判定した場合、前記交流電圧値が前記正常状態にあるときのものとして設定されていた制御内容にて各前記モータを制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記出力制御部は、前記逆変換器の電力変換動作を制御することで、各前記モータを制御する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ制御装置を有する工作機械と、
   前記工作機械に対応して設けられて当該工作機械を制御する数値制御装置であって、当該工作機械、当該工作機械の周辺機器、及び当該数値制御装置の消費電力量を計算する消費電力計算部を有する数値制御装置と、
   複数の前記数値制御装置内の前記消費電力計算部から消費電力量を取得し、その総和を算出する上位コントローラと、
   複数の前記数値制御装置と前記上位コントローラとを通信可能に接続する通信ネットワークと、
   を備え、
   前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定し、かつ、前記上位コントローラにより計算された前記総消費電力量の総和が、前記工作機械、前記工作機械の周辺機器及び前記数値制御装置に駆動電力を供給する交流電源の電源容量を超えた場合、前記交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各前記モータを制御する、工作機械システム。
9. 複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを制御するモータ制御装置であって、
   交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器と、
   前記ＤＣリンクの直流電力を、各前記モータの駆動電力として供給される交流電力に変換して出力する逆変換器と、
   前記整流器の交流入力側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部と、
   前記交流電圧値が予め定めた規定電圧未満の場合は電圧低下状態と判定し、前記交流電圧値が前記規定電圧以上の場合は正常状態と判定する状態判定部と、
   前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定した場合、前記交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各前記モータを制御する出力制御部と、
   を有するモータ制御装置を有する工作機械と、
   前記工作機械に対応して設けられて当該工作機械を制御する数値制御装置であって、当該工作機械、当該工作機械の周辺機器、及び当該数値制御装置の消費電力量を計算する消費電力計算部を有する数値制御装置と、
   複数の前記数値制御装置内の前記消費電力計算部から消費電力量を取得し、その総和を算出する上位コントローラと、
   複数の前記数値制御装置と前記上位コントローラとを通信可能に接続する通信ネットワークと、
   を備え、
   前記出力制御部は、前記状態判定部が前記電圧低下状態と判定し、かつ、前記上位コントローラにより計算された前記総消費電力量の総和が、前記工作機械、前記工作機械の周辺機器及び前記数値制御装置に駆動電力を供給する交流電源の電源容量を超えた場合、前記交流電圧値の前記規定電圧に対する電圧低下量に応じて各前記モータを制御する、工作機械システム。

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