(57)【要約】【課題】回転速度を検出しながらスラスト方向への回転体のずれを解消する。【解決手段】モータ駆動装置１０は、モータ１２の回転軸１２Ａに取り付けられる回転体２４の径方向の外側に配置され、回転体２４の回転速度を検出可能なメインセンサ１４と、メインセンサ１４よりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向ＳＤへずらして配置され、スラスト方向ＳＤへ変位した回転体２４の回転速度を検出可能なサブセンサ１６と、メインセンサ１４およびサブセンサ１６の少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位の有無を判定する変位判定部２０Ａと、メインセンサ１４の出力に基づいてモータ１２の回転速度を制御するものであって、スラスト方向ＳＤへの変位があると判定されている場合にはモータ１２のトルクを制限するモータ制御部２０Ｂと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの回転軸に取り付けられる回転体の径方向の外側に配置され、前記回転体の回転速度を検出可能なメインセンサと、
前記メインセンサよりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向へずらして配置され、前記スラスト方向へ変位した前記回転体の回転速度を検出可能なサブセンサと、
前記メインセンサおよび前記サブセンサの少なくとも一方の出力に基づいて、前記スラスト方向への前記回転体の変位の有無を判定する変位判定部と、
前記メインセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御するものであって、前記スラスト方向への変位があると判定されている場合には前記モータのトルクを制限するモータ制御部と、
を備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
前記モータ制御部は、前記スラスト方向への変位があると判定されている場合には、前記サブセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御する、モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ駆動装置であって、
前記モータ制御部は、所定のトルク限界値を設定し、設定した前記トルク限界値を超えないように前記モータのトルクを制限する、モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ駆動装置であって、
前記モータ制御部は、現在設定している前記トルク限界値を設定したときから所定時間を経過しても前記スラスト方向への変位があると判定されている場合には、前記所定時間を経過したときに、現在設定している前記トルク限界値よりも低い前記トルク限界値を設定する、モータ駆動装置。
【請求項５】
モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記モータの回転軸に取り付けられる回転体の径方向の外側に配置され、前記回転体の回転速度を検出可能なメインセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御する制御ステップと、
前記メインセンサよりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向へずらして配置され、前記スラスト方向へ変位した前記回転体の回転速度を検出可能なサブセンサと、前記メインセンサとの少なくとも一方の出力に基づいて、前記スラスト方向への前記回転体の変位の有無を判定する変位判定ステップと、
前記スラスト方向への変位があると判定されている場合に前記モータのトルクを制限する制限ステップと、
を有する、モータ駆動装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ駆動装置の制御方法であって、
前記制限ステップは、前記スラスト方向への変位があると判定されている場合に、前記サブセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御する、モータ駆動装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のモータ駆動装置の制御方法であって、
前記制限ステップは、所定のトルク限界値を設定し、設定したトルク限界値を超えないように前記モータのトルクを制限する、モータ駆動装置の制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ駆動装置の制御方法であって、
現在設定している前記トルク限界値を設定したときから所定時間を経過しても前記スラスト方向への変位があると判定されている場合には、前記所定時間を経過したときに、現在設定している前記トルク限界値よりも低い前記トルク限界値を設定する設定ステップを有する、モータ駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸を支持する軸受には一定の与圧がかかっている。しかし、この与圧を打ち消す方向にスラスト荷重が作用する場合がある。スラスト荷重が作用して与圧がかからなくなると、回転軸が不安定になり、この結果、軸受やモータが破損するなどといったことが懸念される。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１では、スラスト荷重を抑制するようにモータのトルクを制御する制御方法が提案されている。この制御方法は、具体的には、工作機械の主軸とギア結合するためにモータの回転軸に設けられた歯車の情報と、モータのトルクの情報とからスラスト荷重を推定し、推定したスラスト荷重を抑制するようにモータのトルクを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２３１２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータの回転速度を検出するための回転体がモータの回転軸に取り付けられ、その回転体の径方向に回転速度センサが配置される場合がある。この場合、過度のスラスト荷重が作用することで、そのスラスト荷重が作用するスラスト方向へ回転体がずれて回転速度センサが回転速度を検出できなくなることが懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、回転速度を検出しながらスラスト方向への回転体のずれを解消し得るモータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法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】
本発明の第１の態様は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記モータの回転軸に取り付けられる回転体の径方向の外側に配置され、前記回転体の回転速度を検出可能なメインセンサと、前記メインセンサよりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向へずらして配置され、前記スラスト方向へ変位した前記回転体の回転速度を検出可能なサブセンサと、前記メインセンサおよび前記サブセンサの少なくとも一方の出力に基づいて、前記スラスト方向への前記回転体の変位の有無を判定する変位判定部と、前記メインセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御するものであって、前記スラスト方向への変位があると判定されている場合には前記モータのトルクを制限するモータ制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の第２の態様は、モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、前記モータの回転軸に取り付けられる回転体の径方向の外側に配置され、前記回転体の回転速度を検出可能なメインセンサの出力に基づいて前記モータの回転速度を制御する制御ステップと、前記メインセンサよりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向へずらして配置され、前記スラスト方向へ変位した前記回転体の回転速度を検出可能なサブセンサと、前記メインセンサとの少なくとも一方の出力に基づいて、前記スラスト方向への前記回転体の変位の有無を判定する変位判定ステップと、前記スラスト方向への変位があると判定されている場合に前記モータのトルクを制限する制限ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転速度を検出しながらスラスト方向への回転体のずれを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態におけるモータ駆動装置の構成を示す模式図である。
【図２】定常状態の回転体の様子を示す模式図である。
【図３】変位状態の回転体の様子を示す模式図である。
【図４】制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００１２】
［実施の形態］
図１は、実施の形態におけるモータ駆動装置１０の構成を示す模式図である。モータ駆動装置１０は、モータ１２、メインセンサ１４、サブセンサ１６および制御部２０を主に備える。
【００１３】
モータ１２は、例えば工作機械の主軸を駆動する駆動源であり、回転軸１２Ａを有する。この回転軸１２Ａには、スラスト方向ＳＤに作用するスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受２２が設けられている。なお、スラスト方向ＳＤは、回転軸１２Ａの軸方向であり、具体的には回転軸１２Ａに沿って回転軸１２Ａの先端側に回転軸１２Ａを推しすすめる方向である。
【００１４】
また回転軸１２Ａには、回転軸１２Ａの回転に伴って回転する回転体２４が設けられている。この回転体２４は、回転軸１２Ａの回転速度を検出するためのセンサターゲットである。
【００１５】
図２は定常状態の回転体２４の様子を示す模式図であり、図３は変位状態の回転体２４の様子を示す模式図である。回転体２４は、スラスト方向ＳＤに作用するスラスト荷重が所定値以下である場合には、基準位置を含む所定の範囲内に位置する（図２参照）。この位置に回転体２４がある状態が定常状態である。一方、回転体２４は、スラスト方向ＳＤに作用するスラスト荷重が所定値を超えると、定常状態からスラスト方向ＳＤへ変位した位置になる（図３参照）。この位置に回転体２４がある状態が変位状態である。
【００１６】
メインセンサ１４は、回転体２４の回転速度を検出可能なものであり、当該回転速度を示す信号を制御部２０に出力する。このメインセンサ１４は、磁気式であってもよく、光学式であってもよい。具体的には、例えば、磁束に応じて抵抗値が可変する非接触型回転検出器などが挙げられる。
【００１７】
メインセンサ１４は、回転体２４を収容する筐体２６内の第１センサ台２８に載置されており、定常状態の回転体２４における径方向の外側に配置される。つまり、メインセンサ１４は、定常状態の回転体２４において回転軸１２Ａに対して直交する方向の外周面と隙間を隔てて対向している。
【００１８】
サブセンサ１６は、スラスト方向ＳＤに変位した回転体２４の回転速度を検出可能なものであり、当該回転速度を示す信号を制御部２０に出力する。このサブセンサ１６は、磁気式であってもよく、光学式であってもよく、メインセンサ１４と同じ構成のセンサであってもよく、メインセンサ１４と異なる構成のセンサであってもよい。
【００１９】
サブセンサ１６は、筐体２６内の第２センサ台３０に載置されており、メインセンサ１４よりもスラスト方向ＳＤにずらして配置される。図１〜図３に示す例では、サブセンサ１６は、メインセンサ１４の配置位置に対して回転軸１２Ａの回転方向へ概ね１８０度となる位置からスラスト方向ＳＤにずらして配置されている。ただし、サブセンサ１６は、メインセンサ１４の配置位置からスラスト方向ＳＤにずらして配置されてもよい。つまり、サブセンサ１６は、メインセンサ１４よりもスラスト方向ＳＤにずらして配置されていれば、メインセンサ１４の配置位置から回転軸１２Ａの回転方向へずれていてもずれていなくてもよい。
【００２０】
制御部２０は、プロセッサおよびメモリを有しており、メモリに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することで、制御部２０が変位判定部２０Ａおよびモータ制御部２０Ｂとして機能する。
【００２１】
変位判定部２０Ａは、メインセンサ１４およびサブセンサ１６の少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位の有無を判定するものである。具体的には、変位判定部２０Ａは、例えば、メインセンサ１４からの出力がないときに、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位があると判定し、当該メインセンサ１４からの出力があるときに、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位がないと判定する。なお、変位判定部２０Ａは、サブセンサ１６からの出力があるときに変位があると判定し、当該サブセンサ１６からの出力がないときに変位がないと判定してもよい。また、変位判定部２０Ａは、メインセンサ１４からの出力がなく且つサブセンサ１６からの出力があるときに変位があると判定し、メインセンサ１４からの出力があり且つサブセンサ１６からの出力がないときに変位がないと判定してもよい。
【００２２】
変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位があると判定した場合には異常信号を生成する。この場合、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位がないと判定するまで（変位が解消されたと判定するまで）、異常信号をモータ制御部２０Ｂに出力する。なお、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位がないと判定している場合には異常信号を生成しない。したがって、モータ制御部２０Ｂには異常信号が出力されない。
【００２３】
モータ制御部２０Ｂは、モータ１２の回転速度を制御するものである。具体的には、モータ制御部２０Ｂは、メインセンサ１４から出力される回転速度に基づいて、予め決められた回転速度となるようにアンプ３２を介してモータ１２に電流を供給することで、モータ１２の回転速度を制御する。
【００２４】
モータ制御部２０Ｂは、スラスト方向ＳＤへの変位があると判定されている場合には、モータ１２のトルクを制限する。具体的には、モータ制御部２０Ｂは、変位判定部２０Ａから異常信号が出力されているときには、モータ１２の制御に用いるセンサをメインセンサ１４からサブセンサ１６に切り替えるとともに、所定のトルク限界値を設定する。この場合、モータ制御部２０Ｂは、設定したトルク限界値を超えないようにモータ１２のトルクを制限した状態で、モータ１２の回転速度を制御する。これにより、スラスト荷重が低減し、スラスト方向ＳＤへ変位している回転体２４が回転しながらスラスト方向ＳＤとは逆方向に変位し始め、やがて定常状態に復帰する。したがって、モータ制御部２０Ｂは、モータ１２を急停止させることなく、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【００２５】
なお、モータ１２のトルクが制限されるとモータ１２の回転数が低くなり易い傾向がある。そこで、モータ制御部２０Ｂは、現在設定しているトルク限界値を設定したときから所定時間を経過してもスラスト方向ＳＤへの変位があると判定されている場合、所定時間を経過したときに、現在設定しているトルク限界値よりも低いトルク限界値を設定する。これにより、モータ制御部２０Ｂは、モータ１２の回転数が低くなることを極力抑えながら、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【００２６】
次に、制御部２０の制御方法について説明する。図４は、制御部２０の処理手順を示すフローチャートである。例えば、ユーザの操作またはプログラムに基づくモータ１２の駆動指令があると、ステップＳ１において、モータ制御部２０Ｂは、所定の時間周期でトルク指令をアンプ３２に出力することと、メインセンサ１４から出力される回転速度とを用いてモータ１２を制御し、ステップＳ２に進む。
【００２７】
ステップＳ２において、変位判定部２０Ａは、メインセンサ１４およびサブセンサ１６の少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が生じたか否かを判定する。
【００２８】
ここで、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が生じていないと判定した場合には異常信号を生成しない。この場合はステップＳ１に戻る。一方、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が生じたと判定した場合には異常信号を生成し、生成した異常信号をモータ制御部２０Ｂに出力する。この場合はステップＳ３に進む。
【００２９】
ステップＳ３において、モータ制御部２０Ｂは、変位判定部２０Ａから出力される異常信号を受けると、モータ１２のトルクを制限した状態でモータ１２を制御する。すなわち、モータ制御部２０Ｂは、モータ１２の制御に用いるセンサをメインセンサ１４からサブセンサ１６に切り替えるとともに、所定のトルク限界値を設定する。またモータ制御部２０Ｂは、トルク限界値を設定した時点から時間を計測し始めるとともに、サブセンサ１６の出力に基づいて、トルク限界値を超えないようにトルクを制限したトルク指令をアンプ３２に出力することでモータ１２のトルクを電気的に制御し、ステップＳ４に進む。
【００３０】
ステップＳ４において、変位判定部２０Ａは、メインセンサ１４およびサブセンサ１６の少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が解消したか否かを判定する。
【００３１】
ここで、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が解消していないと判定した場合には、モータ制御部２０Ｂに対して異常信号の出力を継続する。この場合はステップＳ５に進む。ステップＳ５において、モータ制御部２０Ｂは、現在設定しているトルク制限値を設定したときから所定時間を経過したか否かを判定する。モータ制御部２０Ｂは、所定時間を経過していないと判定した場合には、トルク限界値を変更することなくステップＳ３に戻る。これに対し、モータ制御部２０Ｂは、所定時間を経過していると判定した場合には、ステップＳ６に進んで、現在設定しているトルク制限値よりも低いトルク限界値を設定するとともに、その設定した時点から時間を計測し始め、ステップＳ３に戻る。
【００３２】
一方、変位判定部２０Ａは、スラスト方向ＳＤへの回転体２４の変位が解消していると判定した場合には、モータ制御部２０Ｂに対して異常信号の出力を停止する。この場合はステップＳ７に進む。ステップＳ７において、モータ制御部２０Ｂは、変位判定部２０Ａから異常信号が出力されなくなると、モータ１２のトルクの制限を解除する。すなわち、モータ制御部２０Ｂは、モータ１２の制御に用いるセンサをサブセンサ１６からメインセンサ１４に切り替えるとともにトルク限界値の設定を解除し、ステップＳ１に戻る。
【００３３】
［変形例］
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３４】
＜変形例１＞
上記実施の形態では、モータ制御部２０Ｂは、現在設定しているトルク限界値を設定したときから所定時間を経過してもスラスト方向への変位があると判定されている場合には、所定時間を経過したときにトルク限界値を設定し直した。しかし、モータ制御部２０Ｂは、トルク限界値を一定で設定してもよい。ただし、モータ１２の回転数が低くなることを極力抑えながら、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制するためには、上記実施の形態のようにトルク限界値を設定し直すことが好ましい。
【００３５】
＜変形例２＞
上記実施の形態では、スラスト方向ＳＤに作用するスラスト荷重に応じて回転体２４が定常状態からスラスト方向ＳＤへ変位しているときには、モータ１２のトルクが制限された状態で、サブセンサ１６を用いてモータ１２が制御される。これによりスラスト荷重が低減して回転体２４が定常状態に復帰できる。したがって、スラスト方向ＳＤに作用するスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受２２は、なくてもよい。
【００３６】
［技術的思想］
上記実施の形態および変形例から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
【００３７】
＜第１の技術的思想＞
モータ駆動装置（１０）は、モータ（１２）を駆動するものであり、メインセンサ（１４）、サブセンサ（１６）、変位判定部（２０Ａ）およびモータ制御部（２０Ｂ）を備える。メインセンサ（１４）は、モータ（１２）の回転軸（１２Ａ）に取り付けられる回転体（２４）の径方向の外側に配置され、当該回転体（２４）の回転速度を検出可能なものである。サブセンサ（１６）は、メインセンサ（１４）よりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向（ＳＤ）へずらして配置され、当該スラスト方向（ＳＤ）へ変位した回転体（２４）の回転速度を検出可能なものである。変位判定部（２０Ａ）は、メインセンサ（１４）およびサブセンサ（１６）の少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向（ＳＤ）への回転体（２４）の変位の有無を判定する。モータ制御部（２０Ｂ）は、メインセンサ（１４）の出力に基づいてモータ（１２）の回転速度を制御するものであって、スラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合にはモータ（１２）のトルクを制限する。
【００３８】
これにより、モータ（１２）の回転速度を検出しながらスラスト方向への回転体（２４）のずれを解消することができる。
【００３９】
モータ制御部（２０Ｂ）は、スラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合には、サブセンサ（１６）の出力に基づいてモータ（１２）の回転速度を制御するようにしてもよい。サブセンサ（１６）は、回転体（２４）の径方向よりもスラスト方向（ＳＤ）へずらして配置されているため、当該径方向に配置される場合に比べてスラスト方向（ＳＤ）へ相対的に大きく変位する回転体（２４）を検出可能である。このサブセンサ（１６）を用いてモータ（１２）がフィードバック制御されることで、スラスト方向（ＳＤ）へ回転体（２４）が変位してもモータ（１２）を停止させることなく、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【００４０】
モータ制御部（２０Ｂ）は、所定のトルク限界値を設定し、設定したトルク限界値を超えないようにモータ（１２）のトルクを制限するようにしてもよい。これにより、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを適切に抑制することができる。
【００４１】
モータ制御部（２０Ｂ）は、現在設定しているトルク限界値を設定したときから所定時間を経過してもスラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合には、所定時間を経過したときに、現在設定しているトルク限界値よりも低いトルク限界値を設定するようにしてもよい。これにより、モータ（１２）の回転数が低くなることを極力抑えながら、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【００４２】
＜第２の技術的思想＞
制御方法は、モータ（１２）を駆動するモータ駆動装置（１０）の制御方法である。この制御方法は、モータ（１２）の回転軸（１２Ａ）に取り付けられる回転体（２４）の径方向の外側に配置され、回転体（２４）の回転速度を検出可能なメインセンサ（１４）の出力に基づいてモータ（１２）の回転速度を制御する制御ステップ（Ｓ１）と、メインセンサ（１４）よりも、スラスト荷重が作用するスラスト方向（ＳＤ）へずらして配置され、スラスト方向（ＳＤ）へ変位した回転体（２４）の回転速度を検出可能なサブセンサ（１６）と、メインセンサ（１４）との少なくとも一方の出力に基づいて、スラスト方向（ＳＤ）への回転体（２４）の変位の有無を判定する変位判定ステップ（Ｓ２）と、スラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合にモータ（１２）のトルクを制限する制限ステップ（Ｓ３）と、を有する。
【００４３】
これにより、モータ（１２）の回転速度を検出しながらスラスト方向への回転体（２４）のずれを解消することができる。
【００４４】
制限ステップ（Ｓ３）は、スラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合に、サブセンサ（１６）の出力に基づいてモータ（１２）の回転速度を制御するようにしてもよい。サブセンサ（１６）は、回転体（２４）の径方向よりもスラスト方向（ＳＤ）へずらして配置されているため、当該径方向に配置される場合に比べてスラスト方向（ＳＤ）へ相対的に大きく変位する回転体（２４）を検出可能である。このサブセンサ（１６）を用いてモータ（１２）がフィードバック制御されることで、スラスト方向（ＳＤ）へ回転体（２４）が変位してもモータ（１２）を停止させることなく、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【００４５】
制限ステップ（Ｓ３）は、所定のトルク限界値を設定し、設定したトルク限界値を超えないようにモータ（１２）のトルクを制限するようにしてもよい。これにより、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを適切に抑制することができる。
【００４６】
制御方法は、現在設定しているトルク限界値を設定したときから所定時間を経過してもスラスト方向（ＳＤ）への変位があると判定されている場合には、所定時間を経過したときに、現在設定しているトルク限界値よりも低いトルク限界値を設定する設定ステップ（Ｓ６）、を有するようにしてもよい。これにより、モータ（１２）の回転数が低くなることを極力抑えながら、許容値を超えるスラスト荷重が作用することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…モータ駆動装置                    １２…モータ
１４…メインセンサ                      １６…サブセンサ
２０…制御部                            ２０Ａ…変位判定部
２０Ｂ…モータ制御部                    ２４…回転体
３２…アンプ
【図１】
2020043705.tif 000003
【図２】
2020043705.tif 000004
【図３】
2020043705.tif 000005
【図４】
2020043705.tif 000006