(57)【要約】【課題】減速機構軸の減速後軸の回転角度を検出する必要がある場合、角度検出器の選定は減速機構の構造、被回転体により左右される。その結果角度検出器の大型化、重量化により位置決め装置全体が高額となる。【解決手段】減速機構２の減速前軸４の角度より減速後軸３の角度を推定計算するようにすることで、減速機構２、被回転体の構造に左右されずに角度検出器７を選定できるようになり、位置決め装置全体の軽量化、低価格化を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速機構の減速前軸を回転させる回転発生手段と、減速前軸の回転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段の角度情報を入力とし演算処理を行う制御手段と、前記回転発生手段の回転を調整する回転調整手段を備え、減速前軸の角度情報より、減速後軸の軸角度を計算推定し、減速後軸の角度を制御することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記角度検出手段の角度情報を時系列に比較することで、減速後軸の回転方向を判断することを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記角度検出手段の角度情報のサンプリング周期を、減速前軸の最大回転速度の２倍以上に設定したことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
減速後軸の角度推定計算方法として、減速前軸の周回数が減速比の数値に達した時点で減速後軸が１周した、とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
電源電圧断を検知する電源電圧断検知手段を備え、前記電源電圧断検知手段の検知信号を制御手段に取り込んだ時点で、計算した減速後軸の推定角度を制御手段に記憶することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
計算した推定角度を制御手段に記憶するのは、電源電圧断後一定時間経過後であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
計算した推定角度を制御手段に記憶するための一定時間の時間間隔を、外部より任意に設定できることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項８】
計算した角度を制御手段に記憶するにあたり、電源電圧断直後から一定時間間隔で連続的に記憶することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項９】
減速前軸に設置する角度検出手段はパルス積算型であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項１０】
減速前軸に設置する角度検出手段は絶対値検出型であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項１１】
減速比が整数でない場合、減速比の打切り誤差により発生する推定角度と実際角度の差異を予め見越して、あるタイミングで角度の差異を補正することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項１２】
請求項１から１１にいずれかに記載の位置決め制御装置を搭載し、ノズル部を減速機構軸により首振り制御する空調空気吹出しノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大空間において冷房暖房を行う場合に使用される風向制御、風量制御などの気流角度の変位を誘導電動機の位相制御により行う、位置決め制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の位置決め制御装置には誘導電動機の回転軸に回転速度検出器と減速機構軸の角度検出器を備え、制御器により減速機構軸の回転速度と軸角度をフィードバックして位置決め制御する物が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下、特許文献１に記載されているこの種の位置決め制御装置について、図３を参照しながら説明する。
【０００４】
図３に示すように、誘導電動機１０１の軸に減速機構１０２が設置されており、減速機構軸１０３にはこの減速機構軸１０３の角度を検出するための角度検出器１０４と、減速機構軸１０３の回転速度を検出するための回転速度検出器１０５が設置されている。角度検出器１０４と回転速度検出器１０５の情報を入力し処理するマイクロコンピュータ１０６があり、誘導電動機１０１の回転速度を調整するための位相制御回路１０７がある。なお、角度検出器１０４は実際に制御される減速機構軸１０３の減速後軸に設置されており、減速後軸の角度を直接検出する構成となっている。
【０００５】
減速機構軸１０３の回転指令に対し、マイクロコンピュータ１０６において角度検出器１０４と回転速度検出器１０５の現在値と指令値を比較し、指令値と現在値の偏差に応じて位相制御回路１０７の位相角を変更することで、誘導電動機１０１の回転速度を制御するサーボ機構を実現したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８９７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特許文献１に記載されている図３に示す従来の位置決め制御装置は、通常は位置決め制御を行う実際の軸＝減速機構の減速後軸に直接角度検出器を設置する構成とし、制御する軸の角度を直接検出して位置決め制御を行っている。よって角度検出器の選定は減速機構の構造や減速機構に接続された回転体の構造に左右される。
【０００８】
上記の構成において、位置決め制御される減速機構の減速後軸の一端は、減速機構の歯車に接続され、残りの一端は実際に制御される回転体に接続されるため、制御される回転体の構造によっては減速後軸そのものに角度検出器をつけるしか選択肢がなく、その場合角度検出器は中空タイプという軸を貫通させるタイプの物に限定されてしまう。また中空タイプの角度検出器は軸を貫通させる構造上、角度検出器自体の外形が大きくなり、その大きさは軸の太さに左右される。また角度検出器の外形が大きくなると重量も増加し、検出器自体の固定、取り付けも大がかりとなる。角度検出器自体が大きくなり、取り付け固定が大がかりとなるとコストが増加する。中空タイプ以外の角度検出器を設置しようとすると、減速後軸の軸方向を垂直に変換する軸回転の変換機構や、あるいは別途専用の減速機構とシャフト類を用意しなければならず、中空タイプの角度検出器そのものと比較してトータルでさらに高額となる可能性がある。
【０００９】
そこでこのような中空タイプの角度検出器しか使用できない構造の物において、減速前軸に角度検出器を設置し、減速後軸の角度を減速前軸の角度情報より推定することを考える。減速前軸に関しては一端は歯車に接続され、残りの一端は減速機構を回転させる回転器の回転軸に接続される。軸の両端が塞がる点については減速後軸と同じだが、回転器側の回転軸は回転と同期した軸を取り出すことは比較的容易である。例えば回転器をモータとした場合、シャフトを回転軸側と反対側に貫通させて両軸として取り出すことは構造上容易であり、回転軸を取り出す分のコストの増加は比較的小額で済む。
【００１０】
そこで減速機構、回転体の構造に左右されず、安価で小型な角度検出器を採用でき、位置決め装置全体を安価にできることが要求されている。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、減速機構の減速前軸に角度検出器を設置して減速後軸の角度を推定するようにすることで、角度検出器に関連するコストを抑え、コストダウンを実現した位置決め制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
減速機構の減速前軸の回転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段の角度情報を入力とし演算処理を行う制御手段を備え、減速前軸の角度情報より減速後軸の軸角度を計算推定することを特徴としたものである。
【００１３】
この手段により減速機構の減速前軸に角度検出器を設置して減速後軸の角度を推定するようにすることで、角度検出器に関連するコストを抑えて、減速機構が組み込まれるシステム全体のコスト削減を実現するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば減速機構、回転体の構造に左右されることなく、減速前軸に安価な角度検出器を設置して減速後軸の角度を推定するようにすることで、位置決め装置のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２の構成を示す図
【図３】従来の構成を示す簡略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の請求項１記載の発明は、減速機構の減速前軸を回転させる回転発生手段と、減速前軸の回転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段の角度情報を入力とし演算処理を行う制御手段と、前記回転発生手段の回転を調整する回転調整手段を備え、減速前軸の角度情報より、減速後軸の軸角度を計算推定し、減速後軸の角度を制御することを特徴としたものであり、この手段により減速機構の構造に左右されず減速前軸に安価な角度検出器を採用することができ、安価な位置決め制御装置を提供できる、という効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項２記載の発明は前記角度検出手段の角度情報を時系列に比較することで、減速後軸の回転方向を判断することを特徴としたものであり、この手段により減速後軸の軸角度を直接検出せずとも減速後軸の回転方向を判断することができる、という効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項３記載の発明は前記角度検出手段の角度情報のサンプリング周期を、減速前軸の最大回転速度の２倍以上に設定したことを特徴としたものであり、この手段により減速前軸の角度情報抜けを防止し、減速前軸の角度情報を確実に把握することができるという効果を奏する。
【００１９】
本発明の請求項４記載の発明は減速後軸の角度推定計算方法として、減速前軸の周回数が減速比の数値に達した時点で減速後軸が１周した、とすることを特徴としたものであり、この手段により減速前軸の角度情報より減速後軸が一周したことを確認できるという効果を奏する。
【００２０】
本発明の請求項５記載の発明は電源電圧断を検知する電源電圧断検知手段を備え、前記電源電圧断検知手段の検知信号を制御手段に取り込んだ時点で、計算した減速後軸の推定角度を制御手段に記憶することを特徴としたものであり、この手段により電源電圧復帰後に停止時の角度情報を復帰することができる、という効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項６記載の発明は計算した推定角度を制御手段に記憶するのは、電源電圧断後一定時間経過後であることを特徴としたものであり、この手段により電源電圧断直後に一時的に回転動作を継続する減速機構、回転体に対して減速後軸が完全に停止した後の角度情報を記憶することができる、という効果を奏する。
【００２２】
本発明の請求項７記載の発明は計算した推定角度を制御手段に記憶するための一定時間の時間間隔を、外部より任意に設定できることを特徴としたものであり、この手段により大小様々な減速機構、回転体に対処することができる、という効果を奏する。
【００２３】
本発明の請求項８記載の発明は計算した推定角度を制御手段に記憶するにあたり、電源電圧断直後から一定時間間隔で連続的に記憶することを特徴としたものであり、この手段により電源断初期から完全停止寸前まで記憶することで、完全停止に極力近い角度情報を記憶することができる、という効果を奏する。
【００２４】
本発明の請求項９載の発明は減速前軸に設置する角度検出手段はパルス積算型であることを特徴としたものであり、この手段により絶対値検出型と比較して簡易で安価な角度検出器を使用できるという効果を奏する。
【００２５】
本発明の請求項１０記載の発明は減速前軸に設置する角度検出手段は絶対値検出型であることを特徴としたものであり、この手段により中空タイプでないタイプの絶対値検出の角度検出器を使用できるという効果を奏する。
【００２６】
本発明の請求項１１記載の発明は減速比が整数でない場合、減速比の打切り誤差により発生する推定角度と実際角度の差異を予め見越して、あるタイミングで角度の差異を補正することを特徴としたものであり、この手段により都度減速比の打ち切り誤差により発生する角度ズレを未然に防ぐことができる。
【００２７】
本発明の請求項１２記載の発明は、請求項１から１１にいずれかに記載の位置決め制御装置を搭載し、ノズル部を減速機構軸により首振り制御する空調空気吹出しノズルであり、この手段により減速機構軸の構造によらず、安価で小型な角度検出器を採用することができ位置決め装置全体のコストを削減することができる、という効果を奏する。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に示すように、被回転体１には減速機構２を介して減速後軸３が接続されており、減速前軸４には減速前軸４を回転させるための回転発生手段としての回転発生器５が接続されている。回転発生器５は両軸タイプとし、減速前軸４と同期して回転する減速前同期軸６に角度検出手段としての角度検出器７が接続され、角度検出器７の信号が入力される制御手段としてのマイクロコンピュータ８、回転発生器５の回転数を調整するための回転調整手段としての回転調整器９がマイクロコンピュータ８と接続されている構成となっている。
【００３０】
まず角度検出器７に絶対値検出型を使用する場合を考える。角度検出器７は１回転あたりｎｂｉｔの分解能を持つものとし、角度検出器７の出力はゼロから２ｎ−１まで間をデジタルで変化するものとする。
【００３１】
角度検出器７の出力はサンプリング周期毎にマイクロコンピュータ８が取り込む。マイクロコンピュータ８がある時間に読み込んだ値（以下現在角度データ）と、ある時間からサンプリング周期の間隔さかのぼった時間に読み込んだ値（以下前回角度データ）はそれぞれ保存するようにし、サンプリングする都度現在角度データ、前回角度データをそれぞれ更新処理していく。ここでは現在角度データから前回角度データを引いた値が正であった場合の回転方向を正回転とし、負である場合は逆回転と定義する。角度検出器７の出力変化によってマイクロコンピュータ８は減速前同期軸６の回転方向を判断する。減速前同期軸６は減速前軸４、減速機構２を介して減速後軸３と接続されているので、減速前同期軸６の回転方向が判断できれば減速後軸３の回転方向を判断することができる。つまり、角度検出器７の角度情報を時系列に比較することで、減速後軸の回転方向を判断するものである。減速前同期軸６を回転させると、角度検出器７の出力は回転方向に応じて増加あるいは減少する。角度検出器７の現在角度データと前回角度データの数値差は、減速前同期軸６の回転速度とマイクロコンピュータ８のサンプリング周期に応じて数値変化の幅が異なるが、減速前同期軸６の回転方向を正確に判断するためには、少なくともサンプリング周期の間隔において減速前同期軸６が一回転以上することがないようにする必要がある。よってサンプリング周期は減速前同期軸６に設定されている最大回転速度の２倍以上の周波数に設定する必要がある。
【００３２】
また減速前同期軸６が正回転している場合、角度検出器７の出力が徐々に増加し、２ｎ−１を超えてまたゼロからの変化となる。この時正回転しているにも関わらず、現在角度データと前回角度データの差は負となってしまう。この場合の処理としては、マイクロコンピュータ８のサンプリング周期と減速前同期軸６の最大回転速度より、サンプリング間で変化する最大数値を把握しておき、その最大数値以上の数値の変化があった場合は正回転している、という判断をするものとする。逆に逆回転の場合も同様で、２ｎ−１から１に変化した場合は現在角度データと前回角度データの差が正となってしまうが、上記と同じように１サンプリング期間の最大数値より変化数値が大きい場合は、回転方向を逆回転と判断するようにする。
【００３３】
減速前同期軸６の角度情報より減速後軸３の角度を計算するにあたり、以下のように考える。減速前同期軸６と減速後軸３の角度の間には、減速比をｍとした場合、減速前同期軸６がｍ回転すると減速後軸３が一回転するという関係がある。よって減速後軸３の軸角度を角度検出器７の出力から計算する場合には、減速後軸３の一回転は角度検出器７によってｍ×２ｎに分割される、すなわち減速後軸３の一回転はｍ×２ｎの分解能を持って検出することができる。ただしこの場合、減速前同期軸６の周回数を正確にカウントする必要があり、正回転している場合は周回カウントを増加させ、逆回転している場合には周回カウントを減少させる必要がある。
【００３４】
この周回カウント数の管理はマイクロコンピュータ８で行い、減速前同期軸６の周回カウントは常にマイクロコンピュータで把握できるようにする。減速前同期軸６の周回カウントが徐々に増加し、周回カウントがｍに達した時点で周回カウントをゼロリセットする。また周回カウントが徐々に減少し、ゼロに到達した時点で周回カウントをｍにセットする。この処理により減速後軸３の軸角度を矛盾なく計算をすることができる。
【００３５】
実際の角度の演算としては、例えば減速前同期軸６が３周しかつ角度検出器７の出力が１０であった場合（ただし条件として、３＜ｍ、１０＜２ｎ−１）、減速後軸３の角度は（（３×２ｎ＋１０）／（ｍ×２ｎ））×３６０°で計算することができる。ここではわかりやすいように角度の概念（３６０°）で扱っているが、演算上では減速後軸３の制御上必要とされる分解能単位に分割して計算すればよい。
【００３６】
減速前同期軸６の角度情報より減速後軸３の角度を推定計算することで、減速後軸３の軸角度を直接検出しなくても、減速後軸３の角度検出と同じ効果を得ることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図２に示すように、被回転体１から回転調整器９までは図１と同じ構成であり、電源電圧断検知手段としての分圧抵抗１０がマイクロコンピュータ８に接続される構成となっている。
【００３８】
今回発明は減速前同期軸６の角度情報より減速後軸３の角度を推定している都合上、停止時以外は常に角度推定の演算が必要であり、常に通電が必要となる。よって電源電圧断の瞬間にマイクロコンピュータ８に計算した減速後軸３の推定角度を記憶する必要がある。マイクロコンピュータ８に記憶した減速後軸３の推定角度は電源復帰時に減速後軸３の現在角度として復帰され、電源復帰後はその角度を始点に再び減速前同期軸６の角度情報より減速後軸３の角度を推定計算することになる。
【００３９】
ところが電源電圧が遮断された状態で減速前同期軸６が回転すると、その回転分は別途機構的な手段を設ける等対策しない限り知る術がない。被回転体１の種類、構造によっては、回転動作中に電源電圧を遮断されると被回転体１、減速機構２の慣性等により、被回転体１の回転動作が継続することがある。このような場合の対処としては、被回転体１の回転動作が完全に停止してから演算した推定角度を記憶する必要がある。よって電源電圧断後の減速前同期軸６の回転動作継続時間を見極め、電源電圧断検知後、回転動作継続時間としての一定時間経過後に推定角度をマイクロコンピュータ８に記憶する必要がある。具体的には分圧抵抗１０の電圧をマイクロコンピュータ８が常に監視していて、ある電圧値以下となった場合にマイクロコンピュータ８は電源電圧が遮断されたと判断する。その瞬間から予め見極められ、設定されている一定時間（回転動作継続時間＋α）が経過した時点で推定角度計算をマイクロコンピュータ８が記憶するようにする。
【００４０】
また減速機構の大きさ、構造、種類によって電源電圧断後の慣性動作の継続時間は様々な時間幅を持つ。そこで電源電圧断検知後からマイクロコンピュータ８に書き込むまでの時間を調整可能とすることでさまざまな機種に対応することができる。
【００４１】
また同一機種であっても電源電圧断後の回転継続動作時間のバラツキが大きい場合は、電源電圧断直後から一定時間間隔で連続的に計算した推定角度を書き込むことにより、バックアップ電源が切れる直前まで角度情報を更新することができ、完全停止とはいかないまでも完全停止に非常に近い状況の推定角度をマイクロコンピュータ８に記憶することができる。
【００４２】
上記では角度検出器７に絶対値検知型を使用したが、パルス積算型を使用しても同様の効果を得ることができる。角度検出器７からのパルス信号は分解能に応じて出力される。
【００４３】
角度検出器７の分解能数値がＬである場合、マイクロコンピュータ８では角度検出器７のパルス信号を積算し、パルス信号の積算数がＬに達した時点で減速前同期軸６が一周したと判断する。回転方向の判断に関しては、角度検出器７に用意されている２本の信号より判断する。この２本はそれぞれ信号出力に位相差があり、２本の信号それぞれの立ち上がり、立下りを同時に関しすることで、減速前同期軸６の正回転、逆回転を判断することができる。また高機能のタイプにはさらに１本のＺ相出力を用意しているものがあり、常にある軸角度で一回パルスを出力できるものである。この信号をマイクロコンピュータ８に取り込んで使用することで、都度減速前同期軸６の原点を確認することができるので、マイクロコンピュータ８においてパルス信号の積算結果とＺ相出力の信号を相互確認することで、精度の高い減速機構２の角度制御を行うことができる。
【００４４】
また減速比ｍが整数でなく小数で、マイクロコンピュータ８では扱いきれない有効桁数であった場合、演算上減速比ｍの数値の端数が打ち切られることで、減速後軸３の実際の角度と減速前同期軸６の推定角度の間に誤差が発生する。演算上で扱う端数を打ち切った減速比の数値をＭとすると、演算上では減速前同期軸６の周回数がＭに達した時点で減速後軸３が一周したとみなし減速前同期軸６の周回カウントをゼロにリセットするが、実際はｍ−Ｍの数値の差の分の角度がズレとなり残ってしまう。これは同一回転方向に回転を継続すると周回を重ねる度に積み重なる誤差であり、打ち切られる端数の大きさによっては使用上無視できない角度ズレとなる場合がある。打ち切られる減速比の端数はわかっているので、減速後軸３が一周した時点で角度ズレが何°になるかは計算することができる。この減速後軸３の角度ズレの情報を予めマイクロコンピュータ８に記憶しておき、また減速後軸３の周回数及び回転方向も記憶するようにしておく。減速後軸３の周回数に応じて予めマイクロコンピュータ８に記憶された角度ズレ分を演算した推定角度に補正することにより、減速比の打ち切り誤差の影響を排除することができる。つまり減速比が整数でない場合、減速比の打切り誤差により発生する推定角度と実際角度の差異を予め見越して、減速後軸３が一周下時点で角度の差異を補正することにより減速比の打ち切り誤差の影響を排除することができる。本発明では減速前同期軸６の角度情報より、マイクロコンピュータ８で減速後軸３の角度を推定計算し、回転調整器９を制御することで減速後軸３の回転角度、回転速度を調整することができる。
【００４５】
また空調空気吹き出しノズルとして、回転発生器にインダクションモータ、被回転体に空調空気吹き出しノズル部、インダクションモータとノズル部の間に減速機構を介する構成とする。ノズル部が重量物である場合はノズル部の回転に必要な駆動トルクが大きくなるが、インダクションモータは小型化したいため減速機構を適用する。インダクションモータは両軸構造とし、その両軸において減速機構と接続されない側の軸に角度検出器を接続する。実際に制御が必要となる軸はノズル部に接続される軸＝減速後軸であるが、今回インダクションモータの減速機構と接続しない軸に角度検出記を接続する構成とすることで本発明を適用することができる。従来波は減速後軸の角度情報によりノズル部の角度制御、速度制御を行ってきたものを、本発明により減速前軸の角度より減速後軸の角度をインダクションモータの回転と同期する軸＝減速前軸の角度より減速後軸の角度を制御するようにすることで、ノズル部、減速機構の構造による角度検出器の制約をなくし、安価な角度検出器を採用することができるようになり、空調空気吹き出しノズル部のコストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、大空間において冷房暖房を行う場合に使用される風向制御、風量制御などの気流角度の変位を誘導電動機の位相制御により行う空調空気吹き出し口の等の位置決め制御に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１    被回転体
２    減速機構
３    減速後軸
４    減速前軸
５    回転発生器
６    減速前同期軸
７    角度検出器
８    マイクロコンピュータ
９    回転調整器
１０  分圧抵抗
【図１】
2011108078.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011108078.tif 000005