(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＣモータの出力回転をトラクション減速機によって減速する構成において、前記ＤＣモータの回転速度をより安定して制御可能な構成を実現する。【解決手段】トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置１は、ＤＣモータ２と、ＤＣモータ２の回転を変速して出力軸から出力するトラクション減速機３と、ＤＣモータ２の駆動を制御する制御部４と、を備える。制御部４は、トラクション減速機３の出力軸の回転角度に基づいて、ＤＣモータ２の速度指令値を生成する速度指令生成部１１と、ＤＣモータ２の回転速度を算出し、該回転速度を速度演算値として出力する速度演算部２０と、前記速度指令値及び前記速度演算値を用いて、ＤＣモータ２を駆動させる駆動制御部１２と、を有する。【選択図】図１
2018143028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣモータと、
前記ＤＣモータから出力される回転を減速させて出力軸を回転させるトラクション減速機と、
前記ＤＣモータの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記トラクション減速機の出力回転または前記トラクション減速機の前記出力軸に接続された回転負荷の回転のいずれか一方に基づいて、前記ＤＣモータの速度指令値を生成する速度指令生成部と、
前記ＤＣモータの回転速度を算出し、該回転速度を速度演算値として出力する速度演算部と、
前記速度指令値及び前記速度演算値を用いて、前記ＤＣモータを駆動させる駆動制御部と、
を有する、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置において、
前記速度演算部は、
前記ＤＣモータに供給される電流と前記ＤＣモータの巻線抵抗とを用いて、前記ＤＣモータに作用する駆動電圧を算出する駆動電圧算出部と、
前記ＤＣモータの電圧から前記駆動電圧を減算することにより、前記逆起電圧を算出する逆起電圧算出部と、
前記逆起電圧から前記ＤＣモータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
を有する、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置において、
前記ＤＣモータは、コアレスモータである、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置において、
前記トラクション減速機の出力軸の回転角度を検出する回転検出センサと、
前記回転検出センサによって検出された回転角度毎に、前記駆動制御部で生成される信号から学習制御値を取得する学習モードと、前記学習制御値を用いて前記駆動制御部で生成される信号を修正する運転モードとを実行可能な学習制御部と、
をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記運転モードにおいて、前記学習制御部によって修正された信号を用いて、前記ＤＣモータを駆動させる、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置において、
前記学習制御部は、前記学習モードにおいて、前記出力軸の複数回転でそれぞれ得られた回転角度毎の前記信号を平均化処理することにより、回転角度毎に前記学習制御値を得る、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置において、
前記トラクション減速機は、
回転軸を中心として回転する太陽ローラと、
前記太陽ローラの周囲に配置された複数の遊星ローラと、
前記複数の遊星ローラに接触する円環状のインタナルリングと、
前記遊星ローラを保持しつつ前記回転軸を中心として回転するキャリアと、
を有し、
前記複数の遊星ローラは、それぞれ、前記太陽ローラおよび前記インタナルリングの双方に接触しつつ、前記太陽ローラから動力を受けることによって、自転しながら前記回転軸を中心として公転し、
前記キャリアは、前記遊星ローラの外周面に対向する接触面を有し、
前記遊星ローラの外周面と、前記接触面とが、前記キャリアの周方向に接触する、
トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローラ同士の間に発生させたトラクションを利用することによって入力軸の回転速度を減速して出力軸を回転させるトラクション減速機が知られている。このようなトラクション減速機として、例えば特許文献１には、太陽ローラと、該太陽ローラの周面に沿って回転自在に配置された複数の遊星ローラとを備えたトラクション動力伝達装置が開示されている。
【０００３】
前記特許文献１に開示されているトラクション動力伝達装置は、前記太陽ローラの周面に対して前記複数の遊星ローラを押し付け、前記太陽ローラと前記遊星ローラとの間にてトラクションによる動力伝達を可能にする押圧部材（アウタリング）を有する。この押圧部材は、前記遊星ローラを、前記太陽ローラに対して径方向に押圧することにより、前記遊星ローラを前記太陽ローラに近接する方向に移動させる。これにより、前記遊星ローラと前記太陽ローラとの隙間に超高圧圧力がかかる。よって、その隙間内のグリスが弾塑性体としての性質を発揮して、前記太陽ローラの回転時に良好なトラクションを発生させることができる。前記遊星ローラの回転を出力軸から取り出すことにより、前記太陽ローラに入力されたトルクを所定の減速比で前記出力軸に伝達することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８９２４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、前記特許文献１のトラクション動力伝達装置では、複数の遊星ローラが太陽ローラの周りを回転し、その回転を出力軸から取り出す。そのため、軸方向から見て、前記出力軸の中心（複数の遊星ローラの回転中心）と、前記複数の遊星ローラを径方向に押圧する押圧部材の中心とがずれている場合、前記複数の遊星ローラと前記押圧部材との隙間にばらつきが生じる可能性がある。
【０００６】
上述のように前記出力軸の中心と前記押圧部材の中心とがずれている場合、軸方向から見て、前記押圧部材の内周面と前記出力軸の中心との距離が相対的に狭い部分を、前記遊星ローラが通過する毎に、トラクション減速機の内部に生じるトルク損失が増大する。すなわち、トラクション減速機の内部に生じるトルク損失は、トラクション減速機の出力軸の回転に応じて周期的に変化する。
【０００７】
ＤＣモータの出力トルクには、負荷トルク及び加減速トルクが含まれる。ＤＣモータの出力トルクが一定の場合、負荷トルクが変動すると、加減速トルクも変動する。よって、上述のようにトラクション減速機の内部に生じるトルク損失が変化した場合、ＤＣモータの負荷トルクが変化するため、ＤＣモータの加減速トルクも変化する。そうすると、ＤＣモータの出力軸の回転速度も変化する。
【０００８】
ところで、上述のトラクション動力伝達装置を、ＤＣモータの出力回転を減速する減速機として用いた場合、バックラッシがほとんどないうえに、駆動音がほとんど発生しない。そのため、近年では、前記トラクション減速機を、低い回転速度で静かに回転負荷を回転させる駆動装置に適用することが考えられている。
【０００９】
上述のようにＤＣモータの出力回転を減速させるためにトラクション減速機を用いた場合に、前記ＤＣモータを低い回転速度で回転させると、既述のようなトラクション減速機の内部に生じるトルク損失の変化が、前記ＤＣモータの回転に影響する。すなわち、前記トラクション減速機の内部に生じるトルク損失の変化によって、前記ＤＣモータの回転速度が変化するため、前記ＤＣモータを低い回転速度で安定して駆動できない可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、ＤＣモータの出力回転をトラクション減速機によって減速する構成において、前記ＤＣモータの回転速度をより安定して制御可能な構成を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置は、ＤＣモータと、前記ＤＣモータから出力される回転を減速して出力軸を回転させるトラクション減速機と、前記ＤＣモータの駆動を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記トラクション減速機の出力回転または前記トラクション減速機の前記出力軸に接続された回転負荷の回転のいずれか一方に基づいて、前記ＤＣモータの速度指令値を生成する速度指令生成部と、前記ＤＣモータの回転速度を算出し、該回転速度を速度演算値として出力する速度演算部と、前記速度指令値及び前記速度演算値を用いて、前記ＤＣモータを駆動させる駆動制御部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置によれば、ＤＣモータの回転速度をより安定して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、制御部の検出部の概略構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、トラクション減速機の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図５は、図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６は、図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図７は、出力軸の中心とインタナルリングの中心とがずれている場合を模式的に示す図である。
【図８】図８は、出力軸の中心とインタナルリングの中心とがずれている場合を模式的に示す図である。
【図９】図９は、回転角度と、トラクション減速機の内部で発生するトルクの損失及びトラクション減速機の出力軸の回転速度との関係を、それぞれ示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態２に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置の図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１５】
なお、以下の説明では、モータの回転軸と平行な方向を「軸方向」、モータの径方向（軸方向に直交する方向）を「径方向」とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は略平行な方向も含むものとする。また、上記の「直交する方向」は略直交する方向も含むものとする。
【００１６】
また、以下の説明において、「軸方向の入力側」は、モータの回転軸と平行な方向において、トラクション減速機の入力側（モータ側）を意味し、「軸方向の出力側」は、モータの回転軸と平行な方向において、トラクション減速機の出力側を意味する。
【００１７】
［実施形態１］
（全体構成）
図１に、本発明の実施形態１に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置１の概略構成を示す。駆動装置１は、ＤＣモータ２と、トラクション減速機３と、制御部４とを備える。ＤＣモータ２の出力回転は、トラクション減速機３の後述する太陽ローラ１２０に伝達される。トラクション減速機３の出力軸１９０（図３参照）は、回転負荷５に接続されている。制御部４は、ＤＣモータ２の駆動を制御する。
【００１８】
本実施形態では、ＤＣモータ２は、回転子にコア（鉄心）がないコアレスモータである。ＤＣモータ２は、一般的なコアレスモータのＤＣモータと同様の構成を有するため、詳しい説明を省略する。なお、ＤＣモータ２は、ブラシレスモータを含む。
【００１９】
（トラクション減速機）
まず、本実施形態のトラクション減速機３の構成を、図３から図６を用いて説明する。図３は、モータ２に接続されたトラクション減速機３の断面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００２０】
トラクション減速機３は、歯車を用いることなく、モータ２の回転を減速させて出力軸１９０に伝達する装置である。このトラクション減速機３には、太陽ローラ１２０の外周面と複数の遊星ローラ１３０の外周面とを、互いに接触させながら回転させることで動力を伝達する、いわゆるトラクション型の遊星減速機構が用いられている。
【００２１】
図３に示すように、本実施形態のトラクション減速機３は、１つの太陽ローラ１２０と、複数の遊星ローラ１３０と、インタナルリング１４０と、キャリア１５０と、キャリア軸受１６０と、弾性部材１７０と、ハウジング１８０と、出力軸１９０とを有する。
【００２２】
太陽ローラ１２０は、ＤＣモータ２の回転中心である回転軸Ｐと同軸に配置された円柱状の部材である。太陽ローラ１２０は、ＤＣモータ２の出力回転に応じて回転可能である。本実施形態では、太陽ローラ１２０は、ＤＣモータ２の出力シャフトによって構成されている。よって、太陽ローラ１２０は、ＤＣモータ２が駆動すると、第１回転数で回転する。なお、太陽ローラとＤＣモータの出力シャフトとは、別部材であってもよい。図３において、符号１１２は、取付板である。
【００２３】
図４に示すように、複数の遊星ローラ１３０は、太陽ローラ１２０の周囲に配置されている。本実施形態では、３個の遊星ローラ１３０が、太陽ローラ１２０の周りに周方向に等間隔に配置されている。
【００２４】
複数の遊星ローラ１３０は、それぞれ、円板状の円板部１３１と、一対の軸部１３２とを有する。
【００２５】
円板部１３１は、太陽ローラ１２０の周りに、軸方向の入力側から見た中心と軸方向の出力側から見た中心とを結ぶ線が、回転軸Ｐに対して平行になるように配置されている。図３及び図４に示すように、円板部１３１の外周部は、太陽ローラ１２０の外周部と接触する。なお、円板部１３１は、軸方向から見て円形状の外形を有していれば、板状以外であってもよい。
【００２６】
図３に示すように、一対の軸部１３２は、円板部１３１の平面視で中央部分から軸方向の入力側及び出力側に、回転軸Ｐと平行に延びている。本実施形態では、円板部１３１及び一対の軸部１３２は、一体で形成されている。
【００２７】
各軸部１３２は、先端側（軸方向において円板部１３１とは反対側）の端部に円環状の傾斜面１３３を有する。傾斜面１３３は、軸部１３２が先端に向かうほど径が小さくなるように、軸方向に対して傾斜した面である。
【００２８】
インタナルリング１４０は、複数の遊星ローラ１３０に接触する円環状の部材である。本実施形態のインタナルリング１４０は、固定インタナルリング１４１と、可動インタナルリング１４２とを含む。
【００２９】
図３に示すように、本実施形態の固定インタナルリング１４１は、遊星ローラ１３０の円板部１３１よりも軸方向の入力側に位置し、且つ、軸方向の位置が固定されている。本実施形態の可動インタナルリング１４２は、円板部１３１よりも軸方向の出力側に位置し、且つ、軸方向に移動可能である。なお、可動インタナルリング１４２が円板部１３１よりも軸方向の入力側に位置し、固定インタナルリング１４１が円板部１３１よりも軸方向の出力側に位置していてもよい。
【００３０】
図５に示すように、複数の遊星ローラ１３０は、太陽ローラ１２０及びインタナルリング１４０によって、太陽ローラ１２０の周りに回転可能に支持されている。複数の遊星ローラ１３０の外周部は、インタナルリング１４０の内周部と接触する。本実施形態では、図３に示すように、インタナルリング１４０は、遊星ローラ１３０の軸部１３２の傾斜面１３３と接触する。
【００３１】
よって、太陽ローラ１２０が回転軸Ｐを中心に回転すると、複数の遊星ローラ１３０には、太陽ローラ１２０から回転方向の動力が伝達される。これにより、複数の遊星ローラ１３０は、太陽ローラ１２０の周りで、自転しつつ回転軸Ｐを中心として公転する。
【００３２】
図６に示すように、キャリア１５０は、複数の遊星ローラ１３０を保持しつつ回転軸Ｐを中心として回転する。キャリア１５０は、遊星ローラ１３０の軸部１３２の外周面と対向する接触面１５４を有する。軸部１３２の外周面のうち、遊星ローラ１３０の公転の回転方向前側に位置する面の少なくとも一部と、接触面１５４とは、周方向に接触する。すなわち、軸部１３２の外周面の少なくとも一部と、接触面１５４とは、回転軸Ｐを中心とする周方向に接触している。これにより、遊星ローラ１３０の軸部１３２は、キャリア１５０によって支持されている。よって、遊星ローラ１３０は、太陽ローラ１２０の周りに自転可能に支持されている。
【００３３】
図３、図５及び図６に示すように、キャリア１５０は、複数の収容部１５６を有する。複数の収容部１５６は、回転軸Ｐを中心とした周方向に並んで設けられている。各収容部１５６は、径方向外側に向かって開口している。複数の収容部１５６内には、複数の遊星ローラ１３０の軸部１３２が収容されている。
【００３４】
キャリア軸受１６０は、キャリア１５０を、回転軸Ｐを中心に回転可能に支持している。図３に示すように、キャリア軸受１６０は、キャリア１５０の外周面の少なくとも一部と接触する。キャリア軸受１６０は、キャリア１５０の軸方向の出力側の端面と接触している。
【００３５】
弾性部材１７０は、軸方向に伸縮する円環状の部材である。弾性部材１７０は、可動インタナルリング１４２を軸方向の入力側に押圧する。弾性部材１７０には、例えば、ウェーブばねが用いられる。弾性部材１７０は、キャリア軸受と可動インタナルリング１４２との間に、自然長よりも軸方向に圧縮された状態で配置されている。これにより、可動インタナルリング１４２は、弾性部材１７０の弾性復元力によって、軸方向の入力側に押圧される。
【００３６】
上述のように、固定インタナルリング１４１及び可動インタナルリング１４２は、遊星ローラ１３０の軸部１３２の傾斜面１３３と接触する。よって、遊星ローラ１３０の軸部１３２は、可動インタナルリング１４２が上述のように軸方向の入力側に押圧されると、傾斜面１３３を介して径方向内側に向かう押圧力を受ける。すなわち、複数の遊星ローラ１３０は、固定インタナルリング１４１及び可動インタナルリング１４２によって、径方向内側に押圧される。
【００３７】
ハウジング１８０は、円筒状の部材である、ハウジング１８０には、太陽ローラ１２０と、複数の遊星ローラ１３０と、一対のインタナルリング１４０と、キャリア１５０と、キャリア軸受１６０とが収容される。
【００３８】
図３に示すように、ハウジング１８０は、内周面から径方向内側に向かって延びる爪部１８１を有する。爪部１８１は、例えば、ハウジング１８０の軸方向の出力側の端部において、周方向の一部をかしめることによって形成される。爪部１８１は、キャリア軸受１６０に対して軸方向で接触する。また、爪部１８１は、キャリア軸受１６０に対して回転軸Ｐを中心とする周方向で接触する。これにより、ハウジング１８０に対するキャリア軸受１６０の相対回転を防止できる。
【００３９】
図５に示すように、インタナルリング１４０は、外周面の一部に、径方向内側に凹んだ複数の第１回り止め部１４３を有する。各第１回り止め部１４３は、平面を有する。第１回り止め部１４３は、インタナルリング１４０の外周面上に回転軸Ｐを中心とする周方向に等間隔に設けられている。
【００４０】
ハウジング１８０は、内周面上に、径方向内側に突出した複数の第２回り止め部１８２を有する。各第２回り止め部１８２は、突出端部に平面を有する。第２回り止め部１８２は、ハウジング１８０の外周面上に回転軸Ｐを中心とする周方向に等間隔に位置する。
【００４１】
第１回り止め部１４３の平面は、第２回り止め部１８２の平面に接触する。これにより、ハウジング１８０に対するインタナルリング１４０の相対回転を防止できる。
【００４２】
図３に示すように、出力軸１９０は、回転軸Ｐに沿って軸方向の出力側に延びる円柱状の部材である。出力軸１９０は、キャリア１５０の軸方向の出力側の端部において、軸方向の入力側に向かって凹んだ凹部１５５に、圧入等によって固定されている。これにより、出力軸１９０は、キャリア５０とともに回転軸Ｐを中心に回転する。
【００４３】
以上の構成により、複数の遊星ローラ１３０は、それぞれ、太陽ローラ１２０、固定インタナルリング１４１及び可動インタナルリング１４２に常に接触する。太陽ローラ１２０と遊星ローラ１３０との間には、図示しない潤滑剤が配置されている。これにより、太陽ローラ１２０と遊星ローラ１３０との間にはトラクションが発生する。一方、遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との間にも、図示しない潤滑剤が配置されている。これにより、遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との間にもトラクションが発生する。
【００４４】
ＤＣモータ２の回転駆動力によって、太陽ローラ１２０が回転すると、複数の遊星ローラ１３０は、太陽ローラ１２０から回転方向の動力を受けて、太陽ローラ１２０との間に生じるトラクションによって自転する。また、複数の遊星ローラ１３０は、インタナルリング１４０との間に生じるトラクションによって、インタナルリング１４０に沿って、回転軸Ｐの周りを公転する。この場合、遊星ローラ１３０の公転の回転数は、太陽ローラ１２０の第１回転数よりも低い第２回転数である。
【００４５】
複数の遊星ローラ１３０が第１回転数よりも減速された第２回転数で公転すると、キャリア１５０も、回転軸Ｐを中心として第２回転数で回転する。また、キャリア１５０が回転すると、キャリア１５０に固定された出力軸１９０も、回転軸Ｐを中心として、第２回転数で回転する。これにより、モータ２から出力された回転は、トラクション減速機３によって、第１回転数よりも低い第２回転数に減速されて出力軸１９０から出力される。
【００４６】
（トラクション減速機によるトルク変動）
上述のような構成を有するトラクション減速機３では、部品の寸法誤差や組み立て誤差等によって、軸方向から見て、インタナルリング１４０の中心が出力軸１９０の中心と一致しない場合がある。図７に、軸方向から見て、インタナルリング１４０の中心Ｑと出力軸１９０の中心Ｓとが一致していない状態を模式的に示す。図８に、図７の状態から、遊星ローラ１３０が時計周りに６０度公転した状態を模式的に示す。なお、図７及び図８において、説明のために、遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との隙間を、実際の隙間よりも誇張して記載している。
【００４７】
図７に示すように、出力軸１９０に直交する断面において、インタナルリング１４０の中心Ｑと出力軸１９０の中心Ｓとが一致していない場合には、出力軸１９０の中心Ｓを挟んでインタナルリング１４０の中心Ｑとは反対側に位置する遊星ローラ１３０に対し、インタナルリング１４０の内周部による押圧力は増加する（白抜き矢印参照）。これにより、前記反対側に位置する遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との接触部分に生じるトルク損失が増大する。
【００４８】
一方、図７の状態から遊星ローラ１３０が時計周りに６０度公転した場合には、図８に示すように、軸方向に直交する断面において、出力軸１９０の中心Ｓよりもインタナルリング１４０の中心Ｑに近い遊星ローラ１３０に対し、インタナルリング１４０の内周部の押圧力が低下する（白抜き矢印参照）。これにより、インタナルリング１４０の中心Ｑに近い遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との接触部分に生じるトルク損失は低下する。
【００４９】
既述のように、遊星ローラ１３０は、インタナルリング１４０に対して回転軸Ｐを中心として公転している。そのため、本実施形態のように周方向に１２０度の間隔で遊星ローラ１３０が配置されている構成では、１２０度ごとにトルク損失が増大する。よって、図９に示すように、トラクション減速機３ではトルク損失（ロストルク）が変動する。これにより、ＤＣモータ２の負荷が変動して、ＤＣモータ２の回転速度が変動する。
【００５０】
特に、本実施形態のＤＣモータ２は、慣性力が小さいコアレスモータであるため、トラクション減速機３の上述のようなトルク損失の変動の影響を受けて、回転速度が変化しやすい。
【００５１】
（制御部）
次に、本実施形態の制御部４の構成を、図１及び図２を用いて説明する。図２は、制御部４の検出部１３の概略構成を模式的に示す図である。
【００５２】
制御部４は、ＤＣモータ２の速度設定値と、トラクション減速機３の出力軸１９０の現在の回転角度とに基づいて、ＤＣモータ２の駆動を制御する。具体的には、制御部４は、速度指令生成部１１と、駆動制御部１２と、検出部１３と、速度演算部２０とを備える。
【００５３】
速度指令生成部１１は、制御部４に入力される速度設定値と、トラクション減速機３の出力軸１９０で検出される回転角度信号とを用いて、ＤＣモータ２を駆動させるための速度指令値を生成する。前記速度設定値は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転速度の目標値であり、図示しない上位のコントローラ等から入力される値である。前記現在の回転角度信号は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度を検出するエンコーダ等の回転検出センサ６から出力される信号である。すなわち、前記現在の回転角度信号は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度に関する信号である。
【００５４】
詳しくは、速度指令生成部１１は、前記速度設定値と、トラクション減速機３の出力軸１９０で検出される回転角度信号から得られる現在の回転速度との差を用いて、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転速度が前記速度設定値に近づくように、ＤＣモータ２を駆動させる速度指令値を生成する。速度指令生成部１１は、生成した速度指令値を出力する。
【００５５】
駆動制御部１２は、速度指令生成部１１から出力された速度指令値と、後述の速度演算部２０から出力された速度演算値とを用いて、ＤＣモータ２の駆動信号を生成する。すなわち、駆動制御部１２は、ＤＣモータ２に対する速度指令値と、ＤＣモータ２の現在の回転速度とを考慮して、ＤＣモータ２を駆動させる。
【００５６】
具体的には、駆動制御部１２は、演算部１５と、出力調整回路１６とを有する。演算部１５は、速度指令生成部１１から出力された速度指令値と、後述の速度演算部２０から出力された速度演算値とを用いて、電圧指令値を生成する。演算部１５は、前記速度指令値から前記速度演算値を減算した値、すなわち、設定された回転速度と現在の回転速度との差を用いて、前記電圧指令値を生成する。
【００５７】
出力調整回路１６は、演算部１５から出力された電圧指令値（駆動制御部で生成される信号）を用いて、ＤＣモータ２を駆動させるための駆動信号を生成する。
【００５８】
検出部１３は、ＤＣモータ２の端子間電圧（モータの電圧）及びＤＣモータ２に流れる電流を検出する。図２に検出部１３の詳しい構成を示す。検出部１３は、ＤＣモータ２の端子間電圧Ｖを検出する電圧検出部１３ａと、ＤＣモータ２に流れる電流ｉを検出する電流検出部１３ｂとを有する。
【００５９】
速度演算部２０は、検出部１３で検出されたＤＣモータ２の端子間電圧ＶとＤＣモータ２に流れる電流ｉとを用いて、ＤＣモータ２の回転速度に関する信号である速度演算値を生成する。
【００６０】
速度演算部２０は、ＤＣモータ２に流れる電流ｉとＤＣモータ２の巻線抵抗ＲとからＤＣモータ２の駆動電圧ＶＤＣ（＝ｉ×Ｒ）を算出し、ＤＣモータ２の端子間電圧Ｖから駆動電圧ＶＤＣを減算することにより、ＤＣモータ２の逆起電圧を算出する。一般的に、ＤＣモータ２の逆起電圧は、ＤＣモータ２の回転速度に対して比例関係を有する。速度演算部２０は、この比例関係を利用して、ＤＣモータ２の逆起電圧からＤＣモータ２の回転速度を求める。
【００６１】
具体的には、速度演算部２０は、駆動電圧算出部２１と、逆起電圧算出部２２と、回転速度算出部２３とを有する。駆動電圧算出部２１は、検出部１３で検出されたＤＣモータ２に流れる電流ｉに、ＤＣモータ２の巻線抵抗Ｒを乗算することにより、ＤＣモータ２の駆動電圧ＶＤＣを算出する。逆起電圧算出部２２は、検出部１３で検出されたＤＣモータ２の端子間電圧Ｖから前記駆動電圧ＶＤＣを減算することにより、ＤＣモータ２の逆起電圧を算出する。回転速度算出部２３は、ＤＣモータ２の逆起電圧がＤＣモータ２の回転速度と比例していることから、ＤＣモータ２の逆起電圧からＤＣモータ２の回転速度を求める。なお、ＤＣモータ２の逆起電圧とＤＣモータ２の回転速度との関係は、図示しない記憶装置に予め記憶されている。
【００６２】
速度演算部２０は、上述のように求めたモータ２の回転速度を、速度演算値として出力する。
【００６３】
速度演算部２０から出力された速度演算値は、速度指令生成部１１から出力された速度指令値とともに、演算部１５に入力される。演算部１５では、前記速度指令補正値及び前記速度演算値を用いて、電圧指令値を生成する。この電圧指令値に基づいて、出力調整回路１６は、ＤＣモータ２を駆動させるための駆動信号を生成する。
【００６４】
以上の構成により、駆動制御部１２からＤＣモータ２に出力される駆動信号には、ＤＣモータ２の回転速度がフィードバックされているため、ＤＣモータ２の回転速度を精度良く制御することができる。
【００６５】
以上より、本実施形態では、ＤＣモータ２と、ＤＣモータ２から出力される回転を減速して出力軸１９０を回転させるトラクション減速機３と、ＤＣモータ２の駆動を制御する制御部４と、を備える。制御部４は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度に基づいて、ＤＣモータ２の速度指令値を生成する速度指令生成部１１と、ＤＣモータ２の回転速度を算出し、該回転速度を速度演算値として出力する速度演算部２０と、前記速度指令値及び前記速度演算値を用いて、ＤＣモータ２を駆動させる駆動制御部１２と、を有する。
【００６６】
このように、ＤＣモータ２の回転速度を用いてＤＣモータ２に対する速度指令値を補正することにより、ＤＣモータ２の速度制御が可能になる。これにより、ＤＣモータ２を精度良く駆動制御することが可能になる。
【００６７】
トラクション減速機３は、太陽ローラ１２０と遊星ローラ１３０とが潤滑剤を介して押し付けられることにより回転を伝達する。そのため、トラクション減速機３の出力軸１９０の中心とインタナルリング１４０の中心とが一致していない場合、遊星ローラ１３０の回転位置によっては、トラクション減速機３内で遊星ローラ１３０とインタナルリング１４０との間隔が狭くなる可能性がある。そうすると、ＤＣモータ２の加減速トルクが低下する可能性がある。特に、ＤＣモータ２を低い回転速度で回転させる場合には、ＤＣモータ２の回転数が変動しやすくなる。
【００６８】
これに対し、上述のように、ＤＣモータ２の回転速度を用いて速度指令値を補正することにより、ＤＣモータ２の回転駆動を精度良く制御することができる。よって、ＤＣモータ２及びトラクション減速機３を用いた駆動系において、低い回転速度であっても、精度良く回転速度を制御することが可能になる。
【００６９】
したがって、上述の構成により、ＤＣモータ２及びトラクション減速機３を用いた駆動系において、ＤＣモータ２を精度良く駆動制御することができる。
【００７０】
上述の構成では、速度演算部２０は、ＤＣモータ２に供給される電流とＤＣモータ２の巻線抵抗とを用いて、ＤＣモータ２に作用する駆動電圧を算出する駆動電圧算出部２１と、ＤＣモータ２の端子間電圧から前記駆動電圧を減算することにより、逆起電圧を算出する逆起電圧算出部２２と、前記逆起電圧からＤＣモータ２の回転速度を算出する回転速度算出部２３と、を有する。
【００７１】
ＤＣモータ２で計測される端子間電圧には、ＤＣモータ２の回転に起因する逆起電圧と、ＤＣモータ２に作用する駆動電圧とが含まれる。そのため、上述のように、ＤＣモータ２で計測される端子間電圧から前記駆動電圧を減算して、前記逆起電圧を求めることにより、ＤＣモータ２の回転速度を精度良く求めることができる。これにより、エンコーダを設けて回転位置を検出する構成に比べて小型化しつつ、ＤＣモータ２を精度良く駆動制御することが可能になる。
【００７２】
上述の構成では、ＤＣモータ２は、コアレスモータである。ＤＣモータ２がコアレスモータの場合、慣性力が小さいため、負荷の影響を受けやすい。そのため、ＤＣモータ２の出力側にトラクション減速機３が接続されている構成の場合、トラクション減速機３の内部に生じるトルク損失が変動すると、ＤＣモータ２の回転速度は、その影響を受けやすい。
【００７３】
このような構成においても、本実施形態のようなＤＣモータ２の駆動制御を用いることにより、ＤＣモータ２の回転速度を精度良く制御することができる。よって、ＤＣモータ２及びトラクション減速機３を用いた駆動系において、ＤＣモータ２を精度良く駆動制御することができる。
【００７４】
［実施形態２］
図１０に、実施形態２に係るトラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置２０１の概略構成を示す。この実施形態２の構成は、学習制御値を用いてＤＣモータ２の駆動信号を生成する点で、実施形態１の構成とは異なる。以下では、実施形態１の構成と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１の構成と異なる点についてのみ説明する。
【００７５】
本実施形態の制御部２０４は、ＤＣモータ２の速度設定値と、トラクション減速機３の出力軸１９０の現在の回転角度と、予め得られた学習制御値とに基づいて、ＤＣモータ２の駆動を制御する。具体的には、制御部２０４は、速度指令生成部１１と、駆動制御部２１２と、検出部１３と、速度演算部２０と、学習制御部３０とを備える。
【００７６】
駆動制御部２１２は、速度指令生成部１１から出力された速度指令値と、速度演算部２０から出力された速度演算値と、後述の学習制御部３０から出力された学習制御値とを用いて、ＤＣモータ２の駆動信号を生成する。すなわち、駆動制御部２１２は、ＤＣモータ２に対する速度指令値と、ＤＣモータ２の現在の回転速度と、所定の学習制御値とを考慮して、ＤＣモータ２を駆動させる。
【００７７】
駆動制御部２１２の出力調整回路１６は、実施形態１と同様に前記速度指令値及び前記速度演算値を用いて演算部１５から出力された電圧指令値（駆動制御部で生成される信号）と、後述する学習制御部３０から出力された学習制御値とを用いて、ＤＣモータ２を駆動させるための駆動信号を生成する。出力調整回路１６は、前記電圧指令値に前記学習制御値を加算した値、すなわち、前記電圧指令値を予め得られた値で修正した値を用いて、駆動信号を生成する。
【００７８】
なお、速度指令生成部１１、検出部１３、速度演算部２０は、実施形態１と同様の機能を有するため、説明を省略する。
【００７９】
学習制御部３０は、後述するようにトラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度に応じて変動する駆動制御部２１２の演算部１５の出力（電圧指令値、信号）を学習するとともに、その学習結果を、駆動制御部２１２に出力する。
【００８０】
詳しくは、学習制御部３０は、学習モードと運転モードとに切替可能である。学習制御部３０は、学習モードの際に、駆動制御部２１２の演算部１５から出力される電圧指令値を、回転検出センサ６から出力される回転角度信号と関連付けるとともに、前記電圧指令値から学習制御値を求めて、該学習制御置値を記憶する。学習制御部３０は、運転モードの際に、前記学習モードの際に記憶された前記学習制御値を、演算部１５から出力される電圧指令値に対して加算する。なお、学習制御部３０は、学習モードの際に、回転角度信号と関連付けられた電圧指令値から求められた学習制御値を記憶する。
【００８１】
前記学習モードでは、学習制御部３０は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度と演算部１５から出力される電圧指令値との関係を学習する。具体的には、制御部２０４によって、ＤＣモータ２を一定速度で１回転以上回転させた際に、学習制御部３０は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度毎（回転検出センサ６から出力される回転角度信号の所定間隔毎）に、駆動制御部２１２の演算部１５から出力される電圧指令値から学習制御値を求め、該学習制御値を記憶する。前記学習モードは、例えば、駆動装置２０１を出荷する際に実行される。なお、前記学習モードは、駆動装置２０１の出荷時に限らず、運転モードの合間等に定期的もしくは不定期に実行されてもよい。
【００８２】
これにより、学習制御部３０は、既述のようにトラクション減速機３の内部で生じるトルク損失が回転角度に応じて増減した場合の電圧指令値の変動を学習することができる。
【００８３】
前記学習制御値は、トラクション減速機３の内部で生じるトルク損失が回転角度に応じて増減した場合でも、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転速度が一定になるように、演算部１５から出力される電圧指令値を補正する値である。
【００８４】
なお、学習制御部３０は、前記電圧指令値及び前記回転角度信号をＤＣモータ２の複数回の回転でそれぞれ得た場合、回転角度毎に前記電圧指令値の平均化処理を行う。学習制御部３０は、平均化処理によって得られた値を、前記学習制御値の算出に用いる。これにより、回転検出センサ６の検出誤差等の影響を小さくすることができる。
【００８５】
前記運転モードでは、演算部１５から出力される電圧指令値（信号）に対し、学習制御部３０に記憶されている学習制御値を加算した値が、出力調整回路１６に入力される。これにより、既述のようにトラクション減速機３の内部で生じるトルク損失が回転角度に応じて増減した場合でも、前記学習制御値によって、ＤＣモータ２を駆動させる前記電圧指令値を修正することができる。よって、既述のようにトラクション減速機３に機械的な誤差による損失が生じている場合でも、ＤＣモータ２の駆動を制御することにより、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転速度を安定させることができる。前記運転モードでは、駆動制御部２１２は、学習制御部３０によって修正された前記電圧指令値を用いて、ＤＣモータ２を駆動させる。
【００８６】
以上の構成により、前記駆動信号には、学習制御部３０の学習モードで得られた学習制御値も考慮されているため、既述のようにトラクション減速機３の回転角度に応じて内部で生じるトルク損失が変動した場合でも、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転速度を安定させることができる。
【００８７】
上述の構成では、駆動装置２０１は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度を検出する回転検出センサ６と、回転検出センサ６によって検出された回転角度毎に、駆動制御部２１２で生成される電圧指令値から学習制御値を取得する学習モードと、前記学習制御値を用いて、駆動制御部２１２で生成される電圧指令値を修正する運転モードとを実行可能な学習制御部３０と、をさらに備える。駆動制御部２１２は、前記運転モードにおいて、学習制御部３０によって修正された電圧指令値を用いて、ＤＣモータ２を駆動させる。
【００８８】
これにより、トラクション減速機３の内部のトルク損失が出力軸１９０の回転角度に応じて変動している場合でも、ＤＣモータ２を一定の回転速度で駆動させることが可能になる。すなわち、学習制御部３０によって、学習モード時に駆動制御部２１２で生成される電圧指令値から学習制御値を取得し、運転モード時に前記学習制御値を用いて電圧指令値を修正することにより、ＤＣモータ２の回転速度を精度良く制御することができる。
【００８９】
上述の構成では、学習制御部３０は、学習モードにおいて、出力軸１９０の複数回転でそれぞれ得られた回転角度毎の電圧指令値を平均化処理することにより、回転角度毎に学習制御値を得る。これにより、回転検出センサ６による回転角度の検出誤差等が生じた場合でも、誤差による影響を少なくすることができる。よって、ＤＣモータ２の回転速度を精度良く制御することができる。
【００９０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００９１】
前記各実施形態では、トラクション減速機３のキャリア１５０は、複数の遊星ローラ１３０の軸部１３２が収容される複数の収容部１５６を有する。しかしながら、トラクション減速機の構成は、キャリアから延びる軸によって遊星ローラを回転可能に支持する構成など、遊星ローラ及び太陽ローラを有する構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００９２】
前記各実施形態では、速度指令生成部１１は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度を用いて、速度指令値を生成している。しかしながら、モータ２の速度指令値を生成可能な値であれば、トラクション減速機３の回転角度以外の出力値を用いて速度指令値を生成してもよい。
【００９３】
前記各実施形態では、回転検出センサ６は、トラクション減速機３の出力軸１９０の回転角度を検出する。しかしながら、回転検出センサは、回転負荷の回転軸の角度を検出してもよい。
【００９４】
前記各実施形態では、制御部４，２０４の速度演算部２０は、モータ２に流れる電流ｉとモータ２の巻線抵抗Ｒとを用いて駆動電圧ＶＤＣを求め、モータ２の端子間電圧Ｖから駆動電圧ＶＤＣを減算することにより、逆起電圧を求めている。そして、速度演算部２０は、前記逆起電圧からモータ２の回転速度を求めている。しかしながら、速度演算部２０は、モータ２の回転速度を別の方法によって求めてもよい。
【００９５】
前記各実施形態では、ＤＣモータ２は、コアレスモータである。しかしながら、ＤＣモータは、回転子がコアを有するモータなど、他の構成を有するモータであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、トラクション減速機付きＤＣモータの駆動装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１、２０１  駆動装置
２  ＤＣモータ
３  トラクション減速機
４、２０４  制御部
５  回転負荷
６  回転検出センサ
１１  速度指令生成部
１２、２１２  駆動制御部
１３  検出部
１５  演算部
１６  出力調整回路
２０  速度演算部
２１  駆動電圧算出部
２２  逆起電圧算出部
２３  回転速度算出部
３０  学習制御部
１２０  太陽ローラ
１３０  遊星ローラ
１４０  インタナルリング
１４１  固定インタナルリング
１４２  可動インタナルリング
１５０  キャリア
１５４  接触面
１８０  ハウジング
１９０  出力軸
Ｐ      回転軸
【図１】
2018143028.tif 000003
【図２】
2018143028.tif 000004
【図３】
2018143028.tif 000005
【図４】
2018143028.tif 000006
【図５】
2018143028.tif 000007
【図６】
2018143028.tif 000008
【図７】
2018143028.tif 000009
【図８】
2018143028.tif 000010
【図９】
2018143028.tif 000011
【図１０】
2018143028.tif 000012