(57)【要約】【課題】許容値を超えるスラスト荷重が発生しても、歯車の着脱や装置の停止を行うことなく電動機を適切に保護することができ、かつ省スペースの歯車電動機装置の提供。【解決手段】歯車電動機装置１０は、電動機１２と、トルク伝達時に電動機１２にスラスト荷重が作用するように構成された歯車１６と、電動機１２を制御する制御部１８とを有し、制御部１８は、電動機１２に作用するスラスト荷重を所定のタイミング又は時間周期で取得するスラスト荷重取得部２０と、電動機１２の限界スラスト荷重を記憶する限界スラスト荷重記憶部２２と、スラスト荷重取得部２０が取得したスラスト荷重が、限界スラスト荷重記憶部２２に記憶された限界スラスト荷重を超えたときに、電動機１２のトルクを電気的に制限するトルク制限部２４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
前記電動機に接続され、トルク伝達時に前記電動機にスラスト荷重が作用するように構成された歯車と、
前記電動機を制御する制御部と、を有する歯車電動機装置において、
前記制御部は、
前記電動機のスラスト荷重を取得するスラスト荷重取得部と、
前記電動機の限界スラスト荷重を記憶する限界スラスト荷重記憶部と、
前記スラスト荷重取得部が取得した前記電動機のスラスト荷重が前記限界スラスト荷重記憶部に記憶された前記電動機の限界スラスト荷重を超えたときに、前記電動機のトルクを電気的に制限するトルク制限部と、を有する、
歯車電動機装置。
【請求項２】
前記スラスト荷重取得部は、前記制御部が取得した前記電動機のトルクと、前記歯車の寸法に関する情報とに基づいて前記電動機のスラスト荷重を算出する、請求項１に記載の歯車電動機装置。
【請求項３】
前記スラスト荷重取得部は、前記電動機のスラスト荷重を検出するスラスト荷重検出器の検出値を、前記電動機のスラスト荷重として取得する、請求項１に記載の歯車電動機装置。
【請求項４】
前記限界スラスト荷重記憶部は、前記電動機の種類に応じて予め定められた限界スラスト荷重の値を記憶する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯車電動機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車を介したトルク伝達時に電動機に作用するスラスト荷重を抑制する機能を備えた歯車電動機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子を支持する軸受に一定の予圧をかける構造の電動機において、該予圧がかからなくなった場合、回転子が振動し、電動機の故障や破壊に至る可能性がある。また電動機に歯車が取り付けられた歯車装置の場合、歯車の種類によっては、回転に起因して、予圧を打ち消す方向のスラスト荷重が発生する。ここで許容トルク以上のスラスト荷重が発生した場合、電動機の剛性が低下し、外乱により電動機が振動して、電動機が破損する可能性がある。
【０００３】
そこで従来、許容トルク以上のスラスト荷重から歯車装置を保護する技術が提唱されている。例えば特許文献１には、はすば歯車の軸孔の内周面に設けた環状突起と、該はすば歯車が取り付けられる駆動軸の外周面に設けた溝とが係合した歯車装置が開示されており、軸方向推力が所定の限界値を超えたときは上記係合が解除される旨が記載されている。
【０００４】
また特許文献２には、はすば歯車の噛み合いによってトルクを伝達する歯車変速機が開示されており、過大トルクに伴う過大スラスト力を検知して運転停止信号を送信するロードセルが該歯車変速機に組み込まれる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２２２２３号公報
【特許文献２】特開昭６０−１２９４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の歯車装置では、はすば歯車と駆動軸との嵌合が外れることによって歯車装置の破損を防止することを企図しているので、はすば歯車を再度駆動軸に嵌合させる作業が必要となり、面倒である。また特許文献２の歯車装置では、許容トルクを超えるスラスト力が発生する度に、機械の運転が停止してしまうことになるので、運転効率が悪い。
【０００７】
一方、トルクリミッターを用いて、許容トルク以上の荷重にならないように、電動機のトルクを制限する歯車装置も考えられる。しかしこの場合は、トルクリミッターを電動機と変速機との間、あるいは変速機と被駆動体との間に設置するスペースが必要であり、装置が大型化する。
【０００８】
そこで本発明は、許容値を超えるスラスト荷重が発生しても、歯車の着脱や装置の停止を行うことなく電動機を適切に保護することができ、かつ省スペースの歯車電動機装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、電動機と、前記電動機に接続され、トルク伝達時に前記電動機にスラスト荷重が作用するように構成された歯車と、前記電動機を制御する制御部と、を有する歯車電動機装置において、前記制御部は、前記電動機のスラスト荷重を取得するスラスト荷重取得部と、前記電動機の限界スラスト荷重を記憶する限界スラスト荷重記憶部と、前記スラスト荷重取得部が取得した前記電動機のスラスト荷重が前記限界スラスト荷重記憶部に記憶された前記電動機の限界スラスト荷重を超えたときに、前記電動機のトルクを電気的に制限するトルク制限部と、を有する、歯車電動機装置を提供する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記スラスト荷重取得部は、前記制御部が取得した前記電動機のトルクと、前記歯車の寸法に関する情報とに基づいて前記電動機のスラスト荷重を算出する、歯車電動機装置を提供する。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記スラスト荷重取得部は、前記電動機のスラスト荷重を検出するスラスト荷重検出器の検出値を、前記電動機のスラスト荷重として取得する、歯車電動機装置を提供する。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記限界スラスト荷重記憶部は、前記電動機の種類に応じて予め定められた限界スラスト荷重の値を記憶する、歯車電動機装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、過大なスラスト力による破損を防止するために特定の部材間の係合を解除する必要がないので、復帰作業を行う必要もない。また、限界スラスト荷重を超えないように電動機のトルクを制限するので、装置（電動機）を停止させる必要もない。従って、電動機装置の連続運転が可能になり、生産性が向上する。さらに、トルクリミッター等を使用せずに電動機のトルクを電気的に制限できるので、装置の部品数を少なくできるとともに、省スペース化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る歯車電動機装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の歯車電動機装置に使用可能な種々の電動機を、それぞれの電動機の種類に応じた限界スラスト荷重を示す表とともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る歯車電動機装置１０の概略構成を示す図である。歯車電動機装置１０は、電動機１２と、電動機１２の駆動軸１４に接続された歯車１６とを有し、歯車１６は、はすば歯車、すぐばかさ歯車、ウォームギヤ、ねじ歯車等の、歯車１６に係合する被駆動体（図示せず）に電動機１２のトルクを伝達するときに電動機１２に軸方向の力（スラスト荷重）が作用するように構成された歯車である。
【００１６】
また歯車電動機装置１０は、電動機１２を制御する制御部１８を有し、制御部１８は、電動機１２に作用するスラスト荷重を所定のタイミング又は時間周期で取得するスラスト荷重取得部２０と、電動機１２の限界スラスト荷重を記憶する限界スラスト荷重記憶部２２と、スラスト荷重取得部２０が取得した電動機１２のスラスト荷重が、限界スラスト荷重記憶部２２に記憶された電動機１２の限界スラスト荷重を超えたときに、電動機１２のトルクを電気的に制限するトルク制限部２４とを有する。図１の例では、トルク制限部２４は、電動機１２のアンプ２６に所定の時間周期でトルク指令を送るが、限界スラスト荷重記憶部２２に記憶された電動機１２の限界スラスト荷重を超えたときは、制限されたトルク指令をアンプ２６に送る。
【００１７】
また歯車電動機装置１０は、キーボードやタッチパネル等の操作者が操作可能な入力部２８を有してもよく、その場合操作者は入力部２８を介して、後述する電動機の種類等の種々の情報や指令を制御部１８に対して入力することができる。
【００１８】
次に、スラスト荷重取得部２０が電動機１２のスラスト荷重を取得する具体例について説明する。図１に示すように、電動機１２のスラスト荷重を測定するスラスト荷重検出器３０（図示例では駆動軸１４に取り付けられる）を用いることにより、スラスト荷重検出器３０の検出値（出力）を、スラスト荷重取得部２０がスラスト荷重として取得することができる。なおスラスト荷重検出器３０としては、一般に市販されているものが使用可能である。
【００１９】
或いは、スラスト荷重取得部２０は、歯車１６の寸法に関する情報（固有の値）と、制御部１８が取得した電動機１２のトルクＴとに基づいて、スラスト荷重Ｆｘを算出し、算出されたスラスト荷重Ｆｘを電動機１２のスラスト荷重として取得することができる。なお歯車１６の情報には、歯車の種類や各部の寸法等の固有値が含まれ、上述のはすば歯車、すぐばかさ歯車、ウォームギヤ、ねじ歯車については、それぞれ、以下の式（１）〜（４）からスラスト荷重Ｆｘを算出することができる。またトルクＴについては、電動機１２の制御に使用するフィードバック値（トルク検出値）を用いてもよいし、電動機１２の電流値、回転数、すべりの中から必要な情報を用いて算出した値を用いてもよいし、アンプ２６へのトルク指令値を用いてもよい。
【００２０】
以下の式（１）〜（４）における各記号の意味は、以下の通りである。なおスラスト荷重の符号（方向）は、歯車のねじれ方向によって決まる。
摩擦係数：μ
基準円直径：d [mm]
歯幅：b [mm]
歯数：z
圧力角：α
ねじれ角：β
歯直角圧力角：αn
モジュール：m [mm]
トルク：T [N・m]
【００２１】
歯車１６がはすば歯車の場合
Fx = (2000×T÷d)×tanβ      （１）
【００２２】
歯車１６がすぐばかさ歯車の場合
Fx = (2000×T÷(d−b×sin(tan-1(z1÷z2)))×tanα×sin(tan-1(z1÷z2))      (２)
但し、z1は駆動側の歯車（電動機１２に取り付けられている歯車１６）の歯数を意味し、z2は被駆動側の歯車（図示せず）の歯数を意味する。
【００２３】
歯車１６がウォームギヤの場合
Fx = (2000×T÷d)×(cosαn×cos(tan-1(m×z÷d))−μsin(tan-1(m×z÷d))÷(cosαn×sin(tan-1(m×z÷d))−μcos(tan-1(m×z÷d)))      （３）
【００２４】
歯車１６がねじ歯車の場合
Fx = (2000×T÷d)×(cosαn×sinβ−μcosβ)÷(cosαn×cosβ+μsinβ)    （４）
【００２５】
以上のように、スラスト荷重取得部２０は、歯車１６の情報及び電動機１２のトルクに基づいて、図１に示したようなスラスト荷重検出器３０を使用しなくても、電動機１２のスラスト荷重を取得（算出）することができる。なお歯車１６の情報は、上述の入力部２８等を介して操作者が制御部１８に入力できるようにしてもよいし、歯車１６の情報を適当なメモリ等の記憶装置に予め記憶しておき、操作者が歯車の種類を指定（入力）することにより、指定された種類に応じた情報をスラスト荷重取得部２０が該記憶装置から読み出してスラスト荷重を算出するようにしてもよい。
【００２６】
限界スラスト荷重記憶部２２が記憶する限界スラスト荷重とは、これを超えるスラスト荷重が電動機に作用したときに電動機１２に故障・破損等の不具合が生じる虞がある荷重を意味し、電動機１２の種類に応じて予め定められる。例えば図２に示すように、図１の電動機１２に相当し得る電動機として４つのモータ３２、３４、３６及び３８がある場合、それぞれのモータについて、その種類に応じた機種名（「Ａモデル」、「Ｂモデル」等）と、パラメータ番号と、限界スラスト荷重とを関連付けて表４０のような形態として限界スラスト荷重記憶部２２に記憶させることができる。このようにしておけば、操作者が上述の入力部２８等を用いて電動機の種類（機種名又はパラメータ番号）を選択して制御部１８に入力すると、選択された電動機の種類に対応した限界スラスト荷重の値を自動で設定できる（例えば「Ｂモデル」又は「２」番が選択（入力）されれば、限界スラスト荷重は１０[N]に自動的に設定される）。
【００２７】
このように、電動機の種類の選択に際しては、「Ａモデル」又は「Ｂモデル」等の電動機の機種名を選択するようにしてもよいし、電動機の種類毎に機種番号（パラメータ番号）を割り当てて、この機種番号を設定（選択）して電動機の種類を選択するようにしてもよい。無論、操作者が限界スラスト荷重の値を直接入力し、限界スラスト荷重記憶部に記憶させるようにすることも可能である。
【００２８】
トルク制限部２４は、スラスト荷重取得部２０が取得した電動機１２のスラスト荷重と、限界スラスト荷重記憶部２２に記憶された電動機１２の限界スラスト荷重とを所定のタイミング又は時間周期で比較し、取得されたスラスト荷重が限界スラスト荷重を超えたときに、電動機１２のトルクを電気的に制限し（図示例では、アンプ２６に対し、電動機１２のトルクを制限するトルク指令を送り）、取得されたスラスト荷重が限界スラスト荷重を超えないようにする。またトルク制限部２４は、制御部１８の一部として構成可能であり、トルクリミッター等を使用しなくとも、迅速に電動機１２のトルクを低下させることができる。従って本発明によれば、歯車１６と駆動軸１４との係合を解除したり、電動機１２を停止させたりすることなく、電動機１２を過負荷から適切に保護することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０    歯車電動機装置
１２、３２、３４、３６、３８    電動機
１４    駆動軸
１６    歯車
１８    制御部
２０    スラスト荷重取得部
２２    限界スラスト荷重記憶部
２４    トルク制限部
２６    アンプ
２８    入力部
３０    スラスト荷重検出器
【図１】
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【図２】
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