(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動プーリ、従動プーリ及び前記従動プーリと前記駆動プーリに巻きかけられたベルトで構成されるベルト駆動部、前記従動プーリに機械的に接続された負荷機械、前記駆動プーリに機械的に接続された電動機を含む電動機システムの前記電動機を駆動する信号である駆動指令信号を出力する駆動制御部と、
前記電動機システムの回転動作の角度、角速度又は角加速度を検出した駆動検出信号の周波数特性と、前記駆動指令信号、前記電動機の電流の検出値、前記電動機のトルクの検出値のいずれかひとつの周波数特性との比に基づき前記ベルトのベルト張力の状態を示すベルト張力状態値を出力するベルト張力状態値算出部と
を備える電動機制御装置。
【請求項２】
前記ベルト張力状態値算出部は、前記ベルト駆動部のねじり振動の状態を検出した検出結果に基づき前記ベルト張力状態値を出力することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
電動機の動作の指令であり前記駆動指令信号を生成する際の目標となる動作指令信号を出力する動作指令生成部をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記動作指令信号及び前記駆動検出信号に基づいて前記電動機を前記動作指令信号に追従させる前記駆動指令信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
あらかじめ定めた基準値と前記ベルト張力状態値とを比較し、比較した結果に基づいて前記ベルトのベルト張力の状態が正常であるか異常であるかを示すベルト張力異常判定値を出力するベルト張力異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記ベルト駆動部のねじり振動の状態に関する機械諸元である第一の機械諸元を記憶する第一の機械諸元記憶部から出力された前記第一の機械諸元に基づいて前記駆動指令信号を出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記ベルト張力状態値算出部は、前記ベルト駆動部のねじり振動の状態に関する機械諸元である第二の機械諸元を記憶する第二の機械諸元記憶部から出力された前記第二の機械諸元に基づいて前記駆動検出信号に対して周波数領域フィルタリング又はデータサンプリングである第一の信号処理を施し、さらに、前記駆動検出信号に前記第一の信号処理を施して得た信号に基づいて前記ベルト張力状態値を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記駆動制御部は、前記ベルト張力状態値を第一のベルト張力状態値記憶としてあらかじめ記憶する第一のベルト張力状態値記憶部から出力された前記第一のベルト張力状態値記憶に基づいて前記駆動指令信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記ベルト張力状態値算出部は、前記ベルト張力状態値を第二のベルト張力状態値記憶としてあらかじめ記憶する第二のベルト張力状態値記憶部から出力された前記第二のベルト張力状態値記憶に基づいて前記駆動検出信号に対して周波数領域フィルタリング又はデータサンプリングである第二の信号処理を施し、さらに、前記駆動検出信号に前記第二の信号処理を施して得た信号に基づいて前記ベルト張力状態値を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
負荷機械、前記負荷機械に機械的に接続された従動プーリ、前記従動プーリに巻きかけられたベルト、前記ベルトが巻きかけられた駆動プーリ、前記駆動プーリに機械的に接続され駆動制御部から出力された駆動指令信号によって駆動される電動機を含む電動機システムの回転動作の角度、角速度又は角加速度を検出した駆動検出信号の周波数特性と、前記駆動指令信号、前記電動機の電流の検出値、前記電動機のトルクの検出値のいずれかひとつの周波数特性との比に基づき前記ベルトのベルト張力の状態を示すベルト張力状態値を出力するベルト張力状態値算出部を備えるベルト張力状態検出装置。
【請求項１０】
前記ベルト張力状態値及び前記ベルト張力異常判定値を含む状態変数を観測する状態観測部と、
前記状態変数に基づいて作成される訓練データセットに従って、前記基準値を学習する学習部と、
を有する機械学習装置をさらに備える請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記学習部は、
前記基準値及び前記状態変数に基づいて報酬を計算する報酬計算部と、
前記状態変数及び前記報酬に基づいて、前記基準値を計算するための行動価値関数を更新する行動価値関数更新部と、
を備える請求項１０に記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記機械学習装置は、
前記行動価値関数に基づいて前記基準値を決定する意思決定部、
を備える請求項１１に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリ及びプーリに巻きかけられたベルトで構成されるベルト駆動部のベルト張力を検出する電動機制御装置及びベルト張力状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルトを有する駆動機構では、ベルトの取り付け張力（以下、ベルト張力とよぶ。）が低下すると、滑り、歯飛び（ベルトの歯とプーリの歯がずれる現象）等が発生する場合がある。滑り及び歯飛びの発生を抑制し、駆動機構の動作精度及び動力伝達効率を維持するため、ベルト張力の状態を検出する装置が求められている。【０００３】
特許文献１に記載の電力倍力装置は、ベルト張力がラジアル荷重として作用するベアリングの支持部に歪センサを取り付け、計測した支持部の弾性変形に基づいてベルト張力を推定する。特許文献２に記載のベルト張力測定装置は、ベルトの振動の振幅レベルを圧力検出装置によって検出し、検出した振幅レベルから固有振動数を算出し、算出した固有振動数からベルト張力を求める。【０００４】
特許文献３に記載の張力測定装置は、ベルトの振動によって発生した音波をトランスデューサによって受信してベルトの振動を検出する。そして、ベルトの振動の波形信号に基づいて固有振動数を求め、求めた固有振動数からベルト張力を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７１５３６号公報
【特許文献２】特開平０８−３２７４７７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３１１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、ベルトを備える装置においてベルト張力を検出するために、歪センサ、圧力検出装置、トランスデューサ等の検出装置を設ける必要があった。そして、トランスデューサ等の検出装置の設置スペース、配線等によって、ベルト張力を検出する装置が、大型化又は複雑化するという課題があった。【０００７】
本発明は、以上述べたような事情を鑑みてなされたものであり、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御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】
【０００８】
本発明に係る電動機制御装置は、駆動プーリ、従動プーリ及び従動プーリと駆動プーリに巻きかけられたベルトで構成されるベルト駆動部、従動プーリに機械的に接続された負荷機械、駆動プーリに機械的に接続された電動機を含む電動機システムの電動機を駆動する信号である駆動指令信号を出力する駆動制御部と、電動機システムの回転動作の角度、角速度又は角加速度を検出した駆動検出信号の周波数特性と、駆動指令信号、電動機の電流の検出値、電動機のトルクの検出値のいずれかひとつの周波数特性との比に基づきベルトのベルト張力の状態を示すベルト張力状態値を出力するベルト張力状態値算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電動機システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるベルトの伸び量と引張剛性の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるベルトの伸び量とベルト張力の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態５における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態６における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態７における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態８における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態９における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態９における電動機制御装置が備える機械学習装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態は例示であって、以下に説明する実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における電動機制御装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、電動機システム１０００は、電動機１、電動機１に機械的に接続されたベルト駆動部２及びベルト駆動部２と機械的に接続された負荷機械５を有している。図２は、本発明の実施の形態１の電動機システム１０００の構成を示す図である。
【００１３】
図２に示すように、駆動側連結部２０４は電動機１に接続され、駆動プーリ２０１は駆動側連結部２０４に接続されている。また、駆動プーリ２０１及び従動プーリ２０２の外周には、ベルト２０３が環状に巻きかけられている。従動側連結部２０５は従動プーリ２０２に接続され、従動側連結部２０５は負荷機械５に接続されている。
【００１４】
ベルト駆動部２は、駆動プーリ２０１、ベルト２０３及び従動プーリ２０２で構成される。電動機１の発生するトルク（単位はニュートンメートル［Ｎｍ］、本発明の実施の形態に示す単位はすべて例示である。）は、ベルト駆動部２を介して負荷機械５へと伝達される。負荷機械５はこのトルクによって駆動される機械装置である。
【００１５】
電動機１の回転又はトルクは、駆動側連結部２０４によって駆動プーリ２０１に伝達され、駆動プーリ２０１の回転又はトルクは、ベルト２０３によって従動プーリ２０２に伝達される。さらに、従動プーリ２０２の回転又はトルクは、従動側連結部２０５によって負荷機械５に伝達される。
【００１６】
なお、ベルト２０３、駆動プーリ２０１及び従動プーリ２０２は、歯を有し歯がかみ合うことによってトルクを伝達してもよい。また、ベルト２０３、駆動プーリ２０１及び従動プーリ２０２は、歯を有さず摩擦力によってトルクを伝達してもよい。また、図２には、電動機１と駆動検出部３の間の駆動検出部３による検出を示す部分を図示してもよい。また、電動機１と駆動制御部４の間の駆動指令信号５１を図示してもよい。
【００１７】
また、電動機１とベルト駆動部２を直接接続することによって駆動側連結部２０４を有しない構造としてもよい。また、ベルト駆動部２と負荷機械５を直接接続することによって従動側連結部２０５を有しない構造としてもよい。また、駆動側連結部２０４及び従動側連結部２０５は、ベルト、プーリ等を含んでもよい。
【００１８】
電動機制御装置１００について説明する。図１に示すように、電動機制御装置１００は、駆動検出部３、駆動制御部４及びベルト張力状態値算出部６を有している。なお、駆動制御部４及びベルト張力状態値算出部６として、電子計算機又は電子計算機に回路を組み合わせたものを用いてもよい。
【００１９】
また、電動機制御装置１００の構成要素である駆動検出部３、駆動制御部４及びベルト張力状態値算出部６の間は、直接接続してもよく配線を介して接続してもよい。また、イントラネット、インターネット等のネットワークを介して接続してもよい。また、例えば、駆動制御部４、ベルト張力状態値算出部６等の構成要素については、複数の異なるソフトウエアを用いて、一つの電子計算機を、複数の構成要素として機能させてもよい。
【００２０】
電動機制御装置１００の動作について説明する。駆動制御部４は電動機１が発生するトルクを指示して電動機１を制御し駆動する駆動指令信号５１を出力する。駆動制御部４は、駆動指令信号５１として、電動機１のトルクに代えて電動機システム１０００の回転動作の角度（単位はラジアン［ｒａｄ］）又は角速度（単位はラジアン毎秒［ｒａｄ／ｓ］）を出力してもよい。
【００２１】
電動機システム１０００の回転動作とは、電動機１のトルクが伝達されることによる回転動作であって電動機システム１０００の構成要素の回転動作である。角度とは、例えば、電動機１については、電動機１の回転子の回転動作における角度である。駆動指令信号５１の例としては、電動機１、駆動プーリ２０１、従動プーリ２０２、負荷機械５、駆動側連結部２０４の有するプーリ、従動側連結部２０５の有するプーリのいずれか一つの回転動作の角度又は角速度を挙げることができる。
【００２２】
電動機１は駆動指令信号５１に基づいてトルクを発生する。駆動検出部３は、電動機１の角度を検出し、検出結果を駆動検出信号５２として出力する。なお、駆動検出部３として、例えばエンコーダを用いることができる。また、駆動検出部３は、電動機システム１０００の回転動作の角度、角速度又は角加速度（単位はラジアン毎秒毎秒［ｒａｄ／ｓ２］）を検出し、検出結果を駆動検出信号５２として出力することもできる。
【００２３】
駆動検出信号５２の例としては、電動機１、駆動プーリ２０１、従動プーリ２０２、負荷機械５、駆動側連結部２０４の有するプーリ、従動側連結部２０５の有するプーリのいずれか一つの回転動作の角度、角速度又は角加速度の検出値を挙げることができる。ここで、負荷機械５が、電動機１のトルクによって回転する構成要素を有しない場合、上記例示に負荷機械５は含まれない。
【００２４】
なお、角速度を検出する場合、駆動検出部３を速度センサとしてもよい。また、角加速度を検出する場合、駆動検出部３を加速度センサとしてもよい。また、角度を検出するエンコーダと時間微分演算器を組み合わせて駆動検出部３を構成し、角速度又は角加速度を検出してもよい。
【００２５】
ベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。図１のベルト張力状態値５３は、ベルト張力（単位はニュートン［Ｎ］）である。以下ではベルト張力をＳとする。なお、ベルト張力状態値算出部６は、ベルト張力Ｓと相関関係を有しその信号の変化からベルト張力Ｓの変化を検出することができる信号をベルト張力状態値５３として出力することもできる。
【００２６】
また、ベルト張力状態値算出部６は、ベルト張力Ｓの状態を示す信号をベルト張力状態値５３として出力することもできる。ベルト張力状態値５３の例としては、ベルト張力Ｓの値があらかじめ定めた正常な範囲の中にあるかどうかを示す信号、ベルト張力Ｓの時間変動の振幅、ベルト張力Ｓの時間変動における最大値又は最小値、ベルト２０３を取り付けた直後の検出結果からのベルト張力Ｓの変化量等を挙げることができる。
【００２７】
また、ベルト張力状態値５３として、ねじり振動の共振周波数ｆｒ、ねじり振動の共振周波数ｆｒの時間変動の振幅、ベルト２０３を取り付けた直後のねじり振動の共振周波数ｆｒの検出結果からのねじり振動の共振周波数ｆｒの変化量等を出力することもできる。なお、ねじり振動の共振周波数ｆｒの値の変化からベルト張力Ｓの変化を検知し、異常発生の有無を監視することもできる。
【００２８】
以下に、ベルト張力状態値算出部６の動作について説明する。ベルト２０３は、駆動プーリ２０１と従動プーリ２０２の間に接続されたバネとして機能する特性（バネ特性）を有する。このバネ特性にあらわれるねじり剛性によって共振現象が発生する。この共振現象が発生する周波数を、ねじり振動の共振周波数（単位はヘルツ［Ｈｚ］）とよぶ。以下では、ねじり振動の共振周波数をｆｒとする。
【００２９】
図１のベルト張力状態値算出部６は、ねじり振動の共振周波数ｆｒを算出し、ねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓを算出する。まず、ベルト張力状態値算出部６がねじり振動の共振周波数ｆｒを算出する動作について説明する。ベルト張力状態値算出部６は、駆動検出部３が検出した電動機１の角度を駆動検出信号５２として取得する。この角度をＡ（ｔ）とする。ｔは時間（単位は秒［ｓ］）である。
【００３０】
ベルト張力状態値算出部６は、角度（Ａ（ｔ））に対して周波数解析（例えば、フーリエ変換）を行い、駆動検出信号５２の周波数特性を算出する。具体的には、フーリエ変換によって算出された駆動検出信号５２の周波数特性をＡ（ｆ）とする。
【００３１】
ｆは周波数（単位はヘルツ［Ｈｚ］）である。ベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２の周波数特性（Ａ（ｆ））の極大値を与える周波数ｆを、ねじり振動の共振周波数ｆｒとする。以上に説明した動作によって、ベルト張力状態値算出部６は、ねじり振動の共振周波数ｆｒを算出する。（１）式は駆動検出信号５２の周波数特性を示す。
【００３２】
【数１】
0006742559.tif 000002
【００３３】
次に、ベルト張力状態値算出部６が、ねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓを算出する動作について説明する。ベルト駆動部２のねじり剛性のバネ定数を、Ｋｔｏｒ（単位はニュートンメートル毎ラジアン［Ｎｍ／ｒａｄ］）とする。電動機側イナーシャ（単位はキログラム平方メートル［ｋｇｍ２］）をＪ１とする。電動機側イナーシャＪ１は、駆動プーリ２０１、駆動側連結部２０４及び電動機１が全体として有するイナーシャである。
【００３４】
負荷機械側イナーシャ（単位はキログラム平方メートル［ｋｇｍ２］）をＪ２とする。負荷機械側イナーシャＪ２は、従動プーリ２０２、従動側連結部２０５及び負荷機械５が全体として有するイナーシャである。ベルト張力状態値算出部６は、次の（２）式を用いてねじり振動の共振周波数ｆｒから、バネ定数Ｋｔｏｒを算出することができる。
【００３５】
【数２】
0006742559.tif 000003
【００３６】
次に、駆動プーリ２０１と従動プーリ２０２の間に生じるベルト２０３の引張剛性を、Ｋｔｅｎ（単位はニュートン毎メートル［Ｎ／ｍ］）とする。駆動プーリ２０１の半径をＲ１（単位はメートル［ｍ］）、従動プーリ２０２の半径をＲ２（単位はメートル［ｍ］）とする。
【００３７】
ベルト張力状態値算出部６は、次の（３）式を用いることによって、（２）式を用いて求めたねじり剛性のバネ定数Ｋｔｏｒ及び駆動プーリ２０１の半径Ｒ１、従動プーリ２０２の半径Ｒ２から、引張剛性Ｋｔｅｎを求めることができる。
【００３８】
【数３】
0006742559.tif 000004
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１のベルト２０３の伸び量ΔＬと引張剛性Ｋｔｅｎの関係を示す図である。ここで、ベルト２０３の長手方向の伸び量をΔＬ（単位はメートル［ｍ］）とする。図１のベルト駆動部２では、伸び量ΔＬと引張剛性Ｋｔｅｎの間に、線形関係があるとする。ここで、一方が他方の一次式で表される関係を、線形関係とよんでいる。
【００４０】
ベルト張力状態値算出部６は、（３）式を用いて求めた引張剛性Ｋｔｅｎから、ベルト２０３の長手方向の伸び量ΔＬと引張剛性Ｋｔｅｎとの関係である線形関係を用いて伸び量ΔＬを求めることができる。図４は、本発明の実施の形態１のベルト２０３の伸び量ΔＬとベルト張力Ｓの関係を示す図である。図４の関係は、ベルト２０３の材料、サイズから計算によって求めてもよい。
【００４１】
図４に示すように、図１のベルト駆動部２では、ベルト張力Ｓと伸び量ΔＬの間に、ベルト張力Ｓが伸び量ΔＬの２次式で表される関係があるとする。ベルト張力状態値算出部６は、図４に示す関係であるベルト張力Ｓと伸び量ΔＬとの関係式を用いて、図３によって求めた伸び量ΔＬからベルト張力Ｓを求めることができる。
【００４２】
ベルト張力Ｓと伸び量ΔＬとの関係は、テーブルで関係を記述しておき、間を補間するようにしても良い。以上のように、（２）式、（３）式、図３及び図４を用いて、ねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓを算出することができる。
【００４３】
以上説明したように、電動機側イナーシャＪ１と負荷機械側イナーシャＪ２とで表現されるベルト２０３のねじり剛性のバネ定数Ｋｔｏｒとベルト２０３のねじり振動の共振周波数ｆｒとの関係式に、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒを代入してねじり剛性のバネ定数Ｋｔｏｒを求める。
【００４４】
そして、ベルト駆動部２の幾何的寸法によって表現されるベルトの引張剛性Ｋｔｅｎとねじり剛性のバネ定数Ｋｔｏｒとの関係から、ベルトの引張剛性Ｋｔｅｎを求める。そして、引張剛性Ｋｔｅｎと伸び量ΔＬの関係から伸び量ΔＬを求める。そして、伸び量ΔＬとベルト張力Ｓの関係からベルト張力Ｓを求めることができる。
【００４５】
以上が図１のベルト張力状態値算出部６の動作の一例である。次に、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に含まれる信号成分について述べる。以下で信号成分といった場合、周波数の成分を意味する。例えば、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分とは、周波数がねじり振動の共振周波数ｆｒである信号成分を意味する。
【００４６】
図１の駆動指令信号５１がねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む場合、駆動検出部３は、より確実にねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動検出信号５２を出力することができる。そして、ベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２に含まれるねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を用いて精度よくベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【００４７】
ねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値等の目安となる値がない場合、図１を用いて説明した実施の形態のように、駆動制御部４が、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む程度に広い周波数帯域をもつ駆動指令信号５１を出力し、駆動検出信号５２の周波数特性を算出してねじり振動の共振周波数ｆｒを求めてもよい。
【００４８】
また、駆動制御部４が周波数帯域の異なる複数の駆動指令信号５１を出力することによって、ベルト張力状態値算出部６が駆動検出信号５２の周波数特性を算出せずに、ねじり振動の共振周波数ｆｒを求めることもできる。以下に、駆動制御部４が、周波数帯域の異なる複数の駆動指令信号５１を出力する場合の動作例を示す。
【００４９】
駆動制御部４は、時系列に、順次周波数帯域を変えて複数の駆動指令信号５１を出力する。その結果、駆動検出部３から、周波数帯域の異なる駆動検出信号５２が時系列に、順次出力される。ベルト張力状態値算出部６は、取得した複数の駆動検出信号５２の信号強度を比較し、信号強度が最も高い駆動検出信号５２を選択する。
【００５０】
さらに、ベルト張力状態値算出部６は、駆動制御部４から、駆動指令信号５１の出力された時刻と周波数帯域を対応づけるデータを取得し、このデータを参照して信号強度が最も高い駆動検出信号５２の周波数帯域を求める。ベルト張力状態値算出部６は、求めた周波数帯域を、ねじり振動の共振周波数ｆｒの含まれる周波数帯域とする。
【００５１】
さらに、（２）式、（３）式、図３及び図４を用いてベルト張力Ｓを求める。さらに、求めたベルト張力Ｓに対応する周波数帯域を、ベルト張力状態値５３として出力することができる。
【００５２】
このように、電動機システム１０００の回転動作の検出結果である駆動検出信号５２から、ベルト駆動部２のねじり振動の状態として、ねじり振動の共振周波数ｆｒの含まれる周波数帯域を検出した結果に基づいてベルト張力状態値５３を出力してもよい。なお、図１に示す本実施の形態において、ねじり振動の状態は、駆動検出信号５２から取得され、ベルト張力状態値５３を算出する際に用いられる信号又はデータである。
【００５３】
本実施の形態のねじり振動の状態の例としては、駆動検出信号５２の時間波形、駆動検出信号５２のフーリエ変換による周波数特性、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒ、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒの含まれる周波数帯域の上限値又は下限値等を挙げることができる。
【００５４】
また、ベルト張力状態値算出部６は、フーリエ変換を用いずに、駆動検出信号５２の周波数特性を得ることもできる。フーリエ変換を用いずに周波数特性を算出する動作の例としては、あらかじめ定めた周波数範囲の信号成分を抽出する、あらかじめ定めた周波数の信号成分をサンプリングする等を挙げることができる。上記のあらかじめ定めた信号成分を抽出する場合のベルト張力状態値算出部６の動作の一例を挙げる。
【００５５】
駆動検出信号５２から、ベルト駆動部２のねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む信号を抽出し、抽出した信号の強度を検出する。この信号の強度が、あらかじめ定めた値を下回った場合に、ベルト張力Ｓに異常が発生したことを示す信号をベルト張力状態値５３として出力する。このようにして、ベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２の周波数特性を取得しベルト張力状態値５３を出力してもよい。
【００５６】
また、図１において、電動機制御装置１００の構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６を含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６を含む装置の外部に設けた構成としても、電動機制御装置１００と同様に、ベルト張力Ｓの状態を検出することができる。構成要素の一部を外部に設けた構成の例としては、図１の駆動検出部３を外部に設けた電動機制御装置、図１の駆動制御部４を外部に設けた装置等を挙げることができる。以下では、駆動制御部４を外部に設けた装置を、ベルト張力状態検出装置とよぶ。
【００５７】
また、ベルト張力状態値５３の算出に用いられる駆動検出信号５２を、駆動検出部３が出力している時と出力していない時とで、駆動指令信号５１の周波数帯域を変化させてもよい。駆動検出部３が駆動検出信号５２を出力する時は、ベルト張力状態値算出部６がベルト張力状態値５３を出力するために、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１を駆動制御部４が出力することが望ましい。一方、駆動検出部３が駆動検出信号５２を出力しない時は、ベルト張力状態値算出部６がベルト張力状態値５３を算出する必要がないため、駆動制御部４は制約を受けずに駆動指令信号５１の周波数帯域を選択できる。
【００５８】
そこで、駆動検出信号５２を駆動検出部３が出力していない時、電動機１の動作に適した周波数帯域を有する駆動指令信号５１を駆動制御部４が出力して駆動検出信号５２の非検出時の電動機１のエネルギー効率を向上させてもよい。そして、エネルギー効率を向上することによって、電動機１の動作時間を短縮してもよい。
【００５９】
例えば、電動機システム１０００が所望の動作をするのに、ねじり振動の共振周波数ｆｒより低い周波数で動作させた場合に、エネルギー効率が最も高くなるとする。このような場合、駆動制御部４は、駆動検出部３が駆動検出信号５２を出力する時のみ、ねじり振動の共振周波数ｆｒを含む駆動指令信号５１を出力し、駆動検出部３が駆動検出信号５２を出力しない時は、ねじり振動の共振周波数ｆｒを含まない、低い周波数の駆動指令信号５１を出力してもよい。
【００６０】
特許文献２、特許文献３は、ベルトの横振動（ベルト２０３の進行方向に対して垂直方向の振動）の共振現象を検出してベルト張力を検出している。一方、本実施の形態の電動機制御装置１００は、縦振動（ベルト２０３の進行方向に平行な方向の振動）における共振現象を用いてベルト張力状態値５３を算出する。縦振動における共振周波数は、横振動における共振周波数に比べて周波数が高い。そのため、横振動における共振現象を利用して検出をおこなう装置に比べて、周囲の雑音の影響を受けにくく、誤検出が発生しにくい。
【００６１】
図１の電動機制御装置１００によれば、電動機システム１０００の回転動作の検出結果からベルト張力Ｓの状態を検出することができる。そのため、ベルト張力Ｓの状態を検出するために、回転動作を検出する装置に加えて、新たに、歪センサ、圧力検出装置、トランスデューサ等の検出装置を設ける必要がない。
【００６２】
歪センサ、圧力検出装置、トランスデューサ等を設置すると、電動機システムに、これらの検出装置の配線、設置スペース等による制約が生じる。一方、電動機制御装置１００が適用される電動機システムには、トランスデューサ等の検出装置を設ける必要がなく、上記の制約が生じない。そのため、電動機制御装置１００によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、ベルト張力の状態を検出することができる。
【００６３】
また、電動機制御装置１００によれば、電動機システム１０００の構成要素の回転動作を検出すればよいため、ベルト２０３から離れた位置に検出装置を設けることも可能となる。そのため、小型又は簡単な構成の装置を用いて、ベルト張力の状態を検出することができる。
【００６４】
また、電動機システム１０００の回転動作を検出する装置が電動機１を制御する目的で設けられている場合には、制御のために設けた検出装置を、駆動検出部３として使用することができる。そして、ベルト張力の状態を検出するための検出装置を、新たに設ける必要がない。そのため、電動機制御装置１００によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、ベルト張力の状態を検出することができる。
【００６５】
また、図１の電動機制御装置１００によれば、横振動を発生させる加振手段を新たに設けることなく、ベルト張力Ｓの状態を検出することができる。そのため、小型又は簡単な構成の装置を用いて、ベルト張力の状態を検出することができる。
【００６６】
以上説明したように、電動機制御装置１００は、電動機システム１０００の電動機１を駆動する信号である駆動指令信号５１を出力する駆動制御部４を備える。電動機システム１０００は、負荷機械５、負荷機械５に機械的に接続された従動プーリ２０２、従動プーリ２０２に巻きかけられたベルト２０３、ベルト２０３が巻きかけられた駆動プーリ２０１及び駆動プーリ２０１に機械的に接続された電動機１を含む。
【００６７】
さらに、電動機制御装置１００は、ベルト張力状態値算出部６を備える。ベルト張力状態値算出部６は、電動機システム１０００の回転動作の角度、角速度又は角加速度を検出した駆動検出信号５２に基づきベルト２０３のベルト張力の状態を示すベルト張力状態値５３を出力する。
【００６８】
図１に示すベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２にあらわれるねじり振動の状態を検出した検出結果に基づいてベルト張力状態値５３を出力してもよい。また、駆動検出信号５２の周波数特性に基づいてベルト張力状態値５３を出力してもよい。また、駆動検出信号５２にあらわれるねじり振動の共振周波数ｆｒを検出した結果からベルト張力状態値５３を出力してもよい。
【００６９】
また、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む周波数帯域を求め、求めた周波数帯域からベルト張力Ｓの取りうる値の範囲を求め、この範囲をベルト張力状態値５３として出力してもよい。また、ねじり振動の共振周波数ｆｒを求め、求めたねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓの値を算出し、算出したベルト張力Ｓの値をベルト張力状態値５３として出力してもよい。
【００７０】
また、図１に示すベルト張力状態値算出部６は、ねじり振動の状態の変化、周波数特性の変化、ねじり振動の共振周波数ｆｒの変化のいずれかひとつからベルト張力Ｓの状態の変化を検知してもよい。
【００７１】
本実施の形態によれば、電動機等の回転動作を検出するセンサの検出結果からベルト張力を求めることができる。そのため、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。
【００７２】
実施の形態２．
図５は、本発明を実施するための実施の形態２における電動機制御装置１００ａの構成を示すブロック図である。電動機制御装置１００ａは、ベルト張力状態値算出部６に代えてベルト張力状態値算出部６ａを備える点が、実施の形態１の図１に示す電動機制御装置１００と異なる。
【００７３】
図１のベルト張力状態値算出部６は、駆動検出信号５２に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。一方、図５に示すベルト張力状態値算出部６ａは、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。
【００７４】
図５に示す電動機制御装置１００ａの説明において、図１に示す実施の形態１の電動機制御装置１００の構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。図５を参照して電動機制御装置１００ａの動作について説明する。
【００７５】
ベルト張力状態値算出部６ａは、図１のベルト張力状態値算出部６と同様に、駆動検出信号５２を取得し駆動検出信号５２の周波数特性である（１）式のＡ（ｆ）を算出する。さらに、ベルト張力状態値算出部６ａは、電動機１の発生するトルクを指示して電動機１を制御し駆動する駆動指令信号５１を取得する。このトルクをＴ（ｔ）とする。
【００７６】
ベルト張力状態値算出部６ａは、駆動指令信号５１についてフーリエ変換による周波数解析を行い、トルクであるＴ（ｔ）から（４）式を得る。（４）式のＴ（ｆ）は、フーリエ変換によって得られた駆動指令信号５１の周波数特性である。ベルト張力状態値算出部６ａは、駆動検出信号５２の周波数特性を駆動指令信号５１の周波数特性で除すことによって（５）式を得る。
【００７７】
ベルト張力状態値算出部６ａは、（５）式の極大値を与える周波数ｆを、ねじり振動の共振周波数ｆｒとすることによって、ねじり振動の共振周波数ｆｒを求める。すなわち、駆動検出信号５２の周波数特性の駆動指令信号５１の周波数特性に対する比をとる。そして、上記の比の極大値を与える周波数ｆを、ねじり振動の共振周波数ｆｒとする。
【００７８】
【数４】
0006742559.tif 000005
【００７９】
【数５】
0006742559.tif 000006
【００８０】
さらに、図５のベルト張力状態値算出部６ａは、図１のベルト張力状態値算出部６と同様に、（２）式、（３）式、図３及び図４に示す関係を用いてねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓを算出する。そして、算出した結果をベルト張力状態値５３として出力する。以上が、図５のベルト張力状態値算出部６ａの動作である。
【００８１】
駆動検出信号５２の周波数特性は、駆動指令信号５１の周波数特性に依存して変化する。図５のベルト張力状態値算出部６ａによれば、（５）式の極大値を与える周波数ｆをねじり振動の共振周波数ｆｒとすることによって、駆動指令信号５１の周波数特性の変動が、ねじり振動の共振周波数ｆｒの算出結果におよぼす影響を低減することができる。
【００８２】
そのため、ねじり振動の共振周波数ｆｒを精度よく算出することが可能となる。そして、精度よくベルト張力Ｓを算出することができる。特に、ねじり振動の共振周波数ｆｒにおいて駆動指令信号５１の周波数特性が、周波数に依存して大きく変化する場合、図５の電動機制御装置１００ａは顕著な効果を奏する。
【００８３】
なお、ベルト張力状態値算出部６ａは、駆動指令信号５１に代えて、電動機１に流れる電流の検出値又は電動機１の発生するトルクの検出値を用いても、精度よくベルト張力状態値５３を算出することができる。
【００８４】
また、電動機制御装置１００ａの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成としても、電動機制御装置１００ａと同様に、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出することができる。構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成の例としては、図５の駆動検出部３を電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、図５の駆動制御部４をベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【００８５】
また、ベルト張力状態値算出部６ａは、実施の形態１のベルト張力状態値算出部６と同様に、ベルト張力Ｓの値に代えて、ベルト張力Ｓの状態を示す信号を、適宜、ベルト張力状態値５３として出力することができる。また、ベルト張力状態値算出部６ａは、ベルト張力Ｓと相関関係を有しその信号の変化からベルト張力Ｓの変化を検出することができる信号をベルト張力状態値５３として出力することもできる。
【００８６】
ベルト張力状態値５３の例としては、ベルト張力Ｓの値があらかじめ定めた正常な範囲の中にあるかどうかを示す信号、ベルト張力Ｓの時間変動の振幅、ベルト張力Ｓの時間変動における最大値又は最小値、ベルト２０３を取り付けた直後の検出結果からのベルト張力Ｓの変化量等を挙げることができる。
【００８７】
また、ベルト張力状態値５３として、ねじり振動の共振周波数ｆｒ、ねじり振動の共振周波数ｆｒの時間変動の振幅、ベルト２０３を取り付けた直後のねじり振動の共振周波数ｆｒの検出結果からのねじり振動の共振周波数ｆｒの変化量等を出力することもできる。そして、ねじり振動の共振周波数ｆｒの値の変化からベルト張力Ｓの変化を検知し、異常発生の有無を監視してもよい。
【００８８】
また、電動機制御装置１００ａにおいても、実施の形態１において説明した電動機制御装置１００の動作と同様に、周波数帯域の異なる複数の駆動指令信号５１を、出力する時刻を変えて出力するように、図５の駆動制御部４を動作させることができる。そして、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２の周波数特性を利用せずに、ベルト張力状態値５３を精度よく出力することができる。
【００８９】
以上説明したように、ベルト張力状態値算出部６ａは、駆動指令信号５１および駆動検出信号５２に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。または、ベルト張力状態値算出部６ａは、駆動指令信号５１と、電動機１の電流の検出値又は電動機１のトルクの検出値とに基づいてベルト張力状態値５３を出力する。
【００９０】
また、図５に示すベルト張力状態値算出部６ａは、駆動検出信号５２の周波数特性と、駆動指令信号５１、電動機１の電流の検出値、電動機１のトルクの検出値のいずれかひとつの周波数特性との比をとる。そして、この比からベルト張力状態値５３を出力してもよい。また、この比にあらわれるねじり振動の状態を検出した検出結果に基づきベルト張力状態値５３を出力してもよい。
【００９１】
図５に示す本実施の形態において、ねじり振動の状態は、駆動検出信号５２及び駆動指令信号５１から取得され、ベルト張力状態値５３を算出する際に用いられる信号又はデータである。
【００９２】
本実施の形態のねじり振動の状態の例としては、駆動検出信号５２、駆動指令信号５１、電動機１のトルクの検出値、電動機１の電流の検出値のいずれかひとつについての時間波形又はフーリエ変換による周波数特性を挙げることができる。さらに、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒ、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒの含まれる周波数帯域の上限値又は下限値等を挙げることができる。
【００９３】
なお、この比の極大値を与える周波数を、ねじり振動の共振周波数ｆｒとすることによってねじり振動の共振周波数ｆｒを求め、さらに、求めたねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓを求め、ベルト張力状態値５３を出力してもよい。
【００９４】
また、この比から、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む周波数帯域を求め、求めた周波数帯域からベルト張力Ｓの取りうる値の範囲を求め、この範囲をベルト張力状態値５３として出力してもよい。また、この比から、ねじり振動の共振周波数ｆｒを求め、求めたねじり振動の共振周波数ｆｒからベルト張力Ｓの値を算出し、算出したベルト張力Ｓの値をベルト張力状態値５３として出力してもよい。
【００９５】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、ベルト張力の状態を精度よく検出することができるという効果を奏する。
【００９６】
実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３における電動機制御装置１００ｂの構成を示すブロック図である。図６の電動機制御装置１００ｂは、動作指令生成部９を備える点が、実施の形態２の図５に示す電動機制御装置１００ａと異なる。さらに、駆動制御部４に代えて駆動制御部４ａを備える点が、図５の電動機制御装置１００ａと異なる。
【００９７】
図６の駆動制御部４ａは、駆動検出信号５２と動作指令生成部９の出力する動作指令信号５４に基づいて駆動指令信号５１を出力し、電動機１の動作を動作指令信号５４に追従させ、フィードバック制御を行う。
【００９８】
図６に示す実施の形態３の電動機制御装置１００ｂの説明において、図５に示す実施の形態２の電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。図６を参照して電動機制御装置１００ｂの動作について説明する。動作指令生成部９は、電動機１の動作の指令値であり、駆動指令信号５１を生成する際の目標となる動作指令信号５４を出力する。動作指令生成部９として、例えば電子計算機を用いることができる。
【００９９】
図６の動作指令信号５４は、電動機１の回転動作のトルクの指令値である。駆動制御部４ａは、動作指令信号５４及び駆動検出信号５２に基づいて電動機１の動作を指示する駆動指令信号５１を出力し、電動機１の発生するトルクを動作指令信号５４に追従させる。すなわち、駆動指令信号５１を出力することによって、動作指令信号５４と電動機１のトルクの差異が小さくなるように電動機１を動作させる。図６のベルト張力状態値算出部６ａは、図５に示す実施の形態２のベルト張力状態値算出部６ａと同様にベルト張力状態値５３を出力する。
【０１００】
図６の電動機制御装置１００ｂによれば、電動機システム１０００に対するフィードバック制御を行い、かつ、ベルト張力Ｓの状態を検出することができる。そして、電動機システム１０００がフィードバック制御を行うことが必要となる場合に、顕著な効果を奏する。フィードバック制御を行うことが必要となる場合の例としては、電動機システム１０００の動作が外乱の影響を強く受ける場合、電動機システム１０００の動作が高精度である場合等を挙げることができる。
【０１０１】
なお、動作指令信号５４は、電動機１の発生するトルクの指令値に限定されるものではない。動作指令信号５４を、電動機システム１０００の回転動作の角度又は角速度の指令値としてもよい。動作指令信号５４の例としては、電動機１、駆動プーリ２０１、従動プーリ２０２、負荷機械５、駆動側連結部２０４の有するプーリ、従動側連結部２０５の有するプーリのいずれか一つの回転動作の角度又は角速度の指令値を挙げることができる。
【０１０２】
また、動作指令信号５４が、電動機１以外の構成要素の回転動作の角度又は角速度の指令値である場合、駆動制御部４ａは、動作指令信号５４を、電動機１の回転動作の指令値に換算してもよい。そして、換算した指令値に電動機１を追従させることによって、電動機１の回転動作を動作指令信号５４に追従させてもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態で、電動機１の動作は動作指令信号５４に追従するが、電動機１の動作は、すべての時刻において電動機１の動作が動作指令信号５４に一致するものに限定されるものではない。例えば、動作中は両者の間に誤差が発生し、停止時にはこの誤差がなくなるように動作させてもよい。また、実施の形態１に説明した駆動制御部４の動作例と同様に、駆動指令信号５１の周波数帯域が時間に依存して切り替わるように図６の駆動制御部４ａを動作させ、電動機１の動作効率を向上してもよい。
【０１０４】
また、図６の駆動制御部４ａは、実施の形態１の駆動制御部４と同様に、電動機システム１０００の回転動作における角度又は角速度を、駆動指令信号５１として出力することができる。また、実施の形態１の電動機制御装置１００の構成に動作指令生成部９を加え、図６の電動機制御装置１００ｂと同様に、フィードバック制御系を構成し、かつ、ベルト張力Ｓの状態を検出することができる電動機制御装置を構成してもよい。
【０１０５】
また、図６の電動機制御装置１００ｂの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成でも、電動機制御装置１００ｂと同様に、フィードバック制御系を構成する電動機制御装置において、ベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【０１０６】
構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成の例としては、駆動検出部３を電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、駆動制御部４ａ又は動作指令生成部９をベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１０７】
以上説明したように、電動機制御装置１００ｂは、電動機１の動作の指令であり駆動指令信号５１を生成する際の目標となる動作指令信号５４を出力する動作指令生成部９をさらに備える。そして、駆動制御部４ａは、動作指令信号５４及び駆動検出信号５２に基づいて電動機１を動作指令信号５４に追従させる駆動指令信号５１を出力する。
【０１０８】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、電動機制御装置がフィードバック制御系を構成する場合においても、ベルト張力の状態を検出することができるという効果を奏する。
【０１０９】
実施の形態４．
図７は、この発明を実施するための実施の形態４における電動機制御装置１００ｃの構成を示すブロック図である。電動機制御装置１００ｃは、ベルト張力異常判定部１０を備える点が実施の形態２の図５に示す電動機制御装置１００ａと異なる。ベルト張力異常判定部１０は、ベルト張力状態値５３と基準値を比較し、比較した結果に基づいてベルト張力の状態が正常であるか異常であるかを示す信号を出力する。図７に示す電動機制御装置１００ｃの説明において、電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。
【０１１０】
ベルト張力異常判定部１０として、比較回路と比較回路の出力に応じて信号を出力する信号出力回路を用いてもよい。また、電子計算機を用いてもよい。図７を参照して電動機制御装置１００ｃの動作について説明する。ベルト張力異常判定部１０は、ベルト張力状態値５３をあらかじめ定めた基準値と比較し、比較した結果に基づいてベルト張力Ｓの状態が正常であるか異常であるかを示すベルト張力異常判定値５５を出力する。
【０１１１】
この基準値として、下限判定値又は上限判定値を定めてもよい。また、下限判定値及び上限判定値の両方を定めてもよい。下限判定値はベルト張力状態値５３の正常範囲の下限である。上限判定値はベルト張力状態値５３の正常範囲の上限である。これらの基準値は、実験に基づいて定めてもよく、計算に基づいて定めてもよい。実施の形態１と同様に、本実施の形態のベルト張力状態値５３を、ベルト張力Ｓ以外のベルト張力Ｓの状態を示す値としてもよい。
【０１１２】
下限判定値を定めた場合のベルト張力異常判定部１０の動作を例示する。ベルト張力状態値５３が下限判定値より小さい場合異常であることを示す信号を出力し、ベルト張力状態値５３が下限判定値と同じであるか又は下限判定値より大きい場合、正常であることを示す信号を出力してもよい。
【０１１３】
上限判定値を定めた場合のベルト張力異常判定部１０の動作を例示する。ベルト張力状態値５３が上限判定値より大きい場合異常であることを示す信号を出力し、ベルト張力状態値５３が上限判定値と同じである場合又は上限判定値より小さい場合、正常であることを示す信号を出力してもよい。
【０１１４】
下限判定値と上限判定値の両方を定めた場合のベルト張力異常判定部１０の動作を例示する。ベルト張力異常判定部１０は、ベルト張力状態値５３が、上限判定値より大きい場合に正常範囲の上限より大きいことを示す信号を出力してもよい。そして、ベルト張力状態値５３が下限判定値より小さい場合に、正常範囲の下限より小さいことを示す信号を出力してもよい。
【０１１５】
そして、ベルト張力状態値５３が、下限判定値もしくは上限判定値と同じ値である場合又は下限判定値と上限判定値の間の値である場合には、ベルト張力状態値５３が正常範囲の中にあることを示す信号を出力してもよい。以上が下限判定値と上限判定値の両方を定めた場合のベルト張力異常判定部１０の動作例である。
【０１１６】
電動機制御装置１００ｃによれば、ベルト張力Ｓの状態が正常であるか異常であるかを示すベルト張力異常判定値５５を出力するため、より確実に又は容易に、ベルト張力Ｓに異常が発生したことを検知することができる。なお、電動機制御装置１００又は電動機制御装置１００ｂに、図７のベルト張力異常判定部１０を追加し、より確実に又は容易に、ベルト張力Ｓの状態に異常が発生したことを検知してもよい。
【０１１７】
また、電動機制御装置１００ｃの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成としても、より確実に又は容易に、ベルト張力Ｓの状態に異常が発生したことを検知することができる。構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成の例としては、図７の駆動制御部４をベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１１８】
以上説明したように、電動機制御装置１００ｃは、ベルト張力異常判定部１０をさらに備える。ベルト張力異常判定部１０は、あらかじめ定めた基準値とベルト張力状態値５３とを比較し、比較した結果に基づいてベルト２０３のベルト張力Ｓの状態が正常であるか異常であるかを示すベルト張力異常判定値５５を出力する。
【０１１９】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、より確実に又は容易にベルト張力の状態に異常が発生したことを検知することができるという効果を奏する。
【０１２０】
実施の形態５．
図８は、この発明を実施するための実施の形態５における電動機制御装置１００ｄの構成を示すブロック図である。図８に示す電動機制御装置１００ｄは、機械諸元記憶部１１（第一の機械諸元記憶部）を備える点が、図５に示す実施の形態２の電動機制御装置１００ａと異なる。さらに、駆動制御部４に代えて、駆動制御部４ｂを備える点が電動機制御装置１００ａと異なる。駆動制御部４ｂは、電動機システム１０００の機械諸元である機械諸元５６に基づいて駆動指令信号５１を出力する。
【０１２１】
図８に示す電動機制御装置１００ｄの説明において、実施の形態２の電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。機械諸元記憶部１１は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体としてもよい。また、記憶装置を有する計算機としてもよい。図８を参照して電動機制御装置１００ｄの動作について説明する。
【０１２２】
機械諸元記憶部１１は、ベルト２０３を取り付けた時（初期）のベルト張力Ｓ、ベルト２０３の特性、駆動プーリ２０１の半径、従動プーリ２０２の半径、電動機側イナーシャＪ１、負荷機械側イナーシャＪ２等を機械諸元５６（第一の機械諸元）として記憶する。機械諸元５６は、ベルト２０３に発生するねじり振動の状態に関する電動機システム１０００の機械的特性値である。駆動制御部４ｂは、機械諸元記憶部１１から出力された機械諸元５６に基づいて駆動指令信号５１を出力する。
【０１２３】
駆動制御部４ｂの動作について説明する。駆動制御部４ｂは、ベルト駆動部２が有するねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である予測共振周波数５８（第一の予測共振周波数）を算出する。さらに、駆動制御部４ｂは、予測共振周波数５８の信号成分を含む駆動指令信号５１を出力することによって、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１をより確実に出力することができる。
【０１２４】
そのため、図８のベルト張力状態値算出部６ａが取得する駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２には、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分がより確実に含まれることとなる。そのため、電動機制御装置１００ｄによれば、より確実にねじり振動の状態を検出することができる。そして、より確実にベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【０１２５】
また、駆動制御部４ｂは、予測共振周波数５８を用いて駆動指令信号５１の周波数帯域を設定し、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１の周波数帯域をより狭くすることができる。そして、ベルト張力状態値５３を算出する際の駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に含まれる雑音の量を減らすことができる。そのため、電動機制御装置１００ｄによれば、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【０１２６】
なお、電動機制御装置１００、電動機制御装置１００ｂ、電動機制御装置１００ｃのいずれか一つに、機械諸元記憶部１１を追加した構成を用いて、電動機制御装置１００ｄを用いた場合と同様に、より確実に又は精度よくベルト張力Ｓの状態を検出してもよい。
【０１２７】
また、機械諸元記憶部１１が記憶する機械諸元５６は、初期の値に限定されるものではなく、ベルト２０３を取り付けた時から時間が経過した後の値でもよい。また、一定の時間が経過するごとに、機械諸元５６を更新してもよい。また、異なる時点の機械諸元５６の値を複数記憶し、記憶した値の平均値を用いてもよい。
【０１２８】
また、駆動制御部４ｂは、駆動指令信号５１について、周波数帯域の幅、データ間隔、単位時間あたりのデータ数、信号出力期間等の信号の仕様を機械諸元５６に基づいて決定してもよい。例えば、駆動制御部４ｂは、機械諸元５６を用いて、ベルト張力状態値５３に求められる精度から駆動指令信号５１の信号仕様を決定してもよい。以下に、駆動制御部４ｂの駆動指令信号５１の信号仕様を決定する具体的な動作について説明する。
【０１２９】
ベルト張力Ｓの値が、あらかじめ設けたベルト張力Ｓの許容範囲内にあるか否かを検知する場合に、あらかじめ設けたベルト張力Ｓの許容範囲から、機械諸元５６を用いてねじり振動の共振周波数ｆｒの許容範囲を算出する。さらに、ねじり振動の共振周波数ｆｒの許容範囲の幅から、駆動指令信号５１の信号仕様を決定する。
【０１３０】
駆動指令信号５１の信号仕様を決定する際には、実測したねじり振動の共振周波数ｆｒが許容範囲の中にはいっているかどうかを判断できるように、駆動指令信号５１の単位時間あたりのデータ数、周波数帯域の幅等の信号仕様を決定する。このように、駆動制御部４ｂは、予測共振周波数５８を算出せずに駆動指令信号５１を出力してもよい。
【０１３１】
駆動制御部４ｂは、上記に例示した動作によって、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１の周波数帯域を狭くしてもよい。また、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１を、より確実に出力してもよい。そして、電動機制御装置１００ｄと同様に、より確実に又は精度よくベルト張力Ｓの状態を検出してもよい。
【０１３２】
なお、実施の形態１の駆動制御部４と同様に、本実施の形態の駆動制御部４ｂは、電動機１の発生するトルクに代えて、電動機システム１０００の回転動作の角度又は角速度を駆動指令信号５１として出力することもできる。
【０１３３】
また、電動機制御装置１００ｄの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置とは別に設けても、電動機制御装置１００ｄを用いた場合と同様に、ベルト張力Ｓの状態を、精度よく又はより確実に検出することができる。
【０１３４】
構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成の例としては、図８の駆動検出部３又は機械諸元記憶部１１を電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、図８の駆動制御部４ｂをベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１３５】
以上説明したように、駆動制御部４ｂは、電動機システム１０００の機械諸元であってベルト２０３に発生するねじり振動の状態に関する機械諸元５６を記憶する機械諸元記憶部１１から出力された機械諸元５６に基づいて駆動指令信号５１を出力する。
【０１３６】
駆動制御部４ｂは、機械諸元５６からねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である予測共振周波数５８を算出し、予測共振周波数５８の信号成分を含む駆動指令信号５１を出力してもよい。また、駆動指令信号５１について、周波数帯域の幅、データ間隔、単位時間あたりのデータ数、信号出力期間等の信号仕様を機械諸元５６に基づいて決定し、決定した信号仕様に従って駆動指令信号５１を出力してもよい。
【０１３７】
駆動制御部４ｂが信号仕様を決定する際、機械諸元５６に基づいて、機械諸元５６を用いてねじり振動の状態とベルト張力Ｓの状態とを関係づけてもよい。
【０１３８】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、精度よく又はより確実に、ベルト張力の状態を検出することができるという効果を奏する。
【０１３９】
実施の形態６．
図９は、この発明を実施するための実施の形態６における電動機制御装置１００ｅの構成を示すブロック図である。図９に示す電動機制御装置１００ｅは、機械諸元記憶部１１ａ（第二の機械諸元記憶部）を備える点が、図５に示す実施の形態２の電動機制御装置１００ａと異なる。さらに、ベルト張力状態値算出部６ａに代えて、ベルト張力状態値算出部６ｂを備える点が、電動機制御装置１００ａと異なる。
【０１４０】
図９に示すベルト張力状態値算出部６ｂは、機械諸元５６ａに基づいて駆動指令信号５１号及び駆動検出信号５２に信号処理ＳＰを施す。そして、ベルト張力状態値算出部６ａは、信号処理ＳＰを施した信号を用いてベルト張力状態値５３を出力する。
【０１４１】
図９に示す電動機制御装置１００ｅの説明において、図５に示す電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。図９を参照して電動機制御装置１００ｅの動作について説明する。機械諸元記憶部１１ａは、機械諸元記憶部１１と同様に、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体としてもよく、記憶装置を有する計算機としてもよい。
【０１４２】
機械諸元記憶部１１ａは、ベルト取り付け時（初期）のベルト張力Ｓ、ベルト２０３の特性、駆動プーリ２０１の半径、従動プーリ２０２の半径、電動機側イナーシャＪ１、負荷機械側イナーシャＪ２等を機械諸元５６ａ（第二の機械諸元）として記憶する。機械諸元５６ａは、電動機システム１０００の機械特性であって、ベルト２０３に発生するねじり振動の状態に関する数値である。実施の形態５の機械諸元５６と同様に、初期の値に限定されるものではない。
【０１４３】
ベルト張力状態値算出部６ｂは、機械諸元５６ａに基づいて、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に信号処理ＳＰ（第一の信号処理）を施す。そして、信号処理ＳＰを施して得た信号に基づいてベルト張力状態値５３を算出する。ベルト張力状態値算出部６ｂが信号処理ＳＰを施して得た信号からベルト張力状態値５３を算出する動作は、ベルト張力状態値算出部６ａが駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２からベルト張力状態値５３を算出する動作と同様である。以下に、信号処理ＳＰについて説明する。
【０１４４】
ベルト張力状態値算出部６ｂは、機械諸元記憶部１１ａから出力された機械諸元５６ａに基づいてねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である予測共振周波数５８ａ（第二の予測共振周波数）を算出する。そして、あらかじめ定めた周波数範囲の信号成分のみを通過させるフィルタを構成する。上記周波数範囲には、予測共振周波数５８ａが含まれている。また、用いるフィルタの種類は、信号に含まれる外乱成分の特性を考慮し、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等から選択してもよい。
【０１４５】
駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２はこのフィルタを通過する。ベルト張力状態値算出部６ｂは、このフィルタを通過した信号を、ベルト張力状態値５３を算出する際に用いる。以上が信号処理ＳＰの一例である。ベルト張力状態値算出部６ｂは、信号処理ＳＰを施すことによって雑音の量を低減し、ベルト張力状態値５３を精度よく算出することができる。ここで、フィルタを通過した信号には、予測共振周波数５８ａの信号成分が含まれている。
【０１４６】
なお、電動機制御装置１００ｅに、実施の形態４において説明したベルト張力異常判定部１０を追加し、より確実に又は容易に、ベルト張力Ｓに異常が発生したことを検出してもよい。また、電動機制御装置１００ａに代えて、電動機制御装置１００、電動機制御装置１００ｂ、電動機制御装置１００ｃ、電動機制御装置１００ｄのいずれか一つに機械諸元記憶部１１ａを追加してもよい。そして、各構成において、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出してもよい。
【０１４７】
また、図５のベルト張力状態値算出部６ａと同様に、ベルト張力状態値算出部６ｂは、駆動指令信号５１に代えて、電動機１の電流の検出値又は電動機１の発生するトルクの検出値を用いることもできる。電動機制御装置１００ｅにおいて、駆動指令信号５１に代えて、電動機１の電流又はトルクを用いた場合には、電流の検出値又はトルクの検出値に信号処理ＳＰを施して、ベルト張力Ｓの状態を精度よく検出してもよい。
【０１４８】
また、予測共振周波数５８ａを算出しない信号処理ＳＰによって、ベルト張力Ｓの状態を、精度よく検出することもできる。予測共振周波数５８ａを算出しない信号処理ＳＰの例としては、駆動指令信号５１又は駆動検出信号５２からデータを取得する際のデータサンプリングを挙げることができる。ベルト張力状態値算出部６ｂは、データサンプリング周期、データサンプリング期間等の条件を、機械諸元５６ａに基づいて決定してもよい。
【０１４９】
そして、決定した条件に従って駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対してデータサンプリングをおこない、雑音の量を低減した信号を用いて、ベルト張力状態値５３を精度よく出力してもよい。また、ベルト張力状態値算出部６ｂは、駆動指令信号５１と駆動検出信号５２のいずれか一方に信号処理ＳＰを施し、信号処理ＳＰを施した信号と信号処理ＳＰを施していない信号に基づいてベルト張力状態値５３を精度よく出力してもよい。
【０１５０】
また、電動機制御装置１００ｅの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ｂを含む装置の外部に、ベルト張力状態値算出部６ｂを含む装置とは別に設けても、ベルト張力Ｓの状態を精度よく検出することができる。構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ｂを含む装置の外部に設けた構成の例としては、駆動検出部３又は機械諸元記憶部１１ａを電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、駆動制御部４ｂをベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１５１】
ベルト張力状態値算出部６ｂは、機械諸元５６ａに基づいてねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である予測共振周波数５８ａを算出する。そして、予測共振周波数５８ａの信号成分を含む周波数範囲のみを通過させるフィルタを構成する。そして、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対してこのフィルタを通過させることにより、周波数領域でのフィルタリングによる信号処理ＳＰを行ってもよい。
【０１５２】
また、データサンプリング周期、データサンプリング期間等のデータサンプリングの条件を、機械諸元５６ａに基づいて決定してもよい。そして、決定した条件に従って駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対してデータサンプリングをおこなってもよい。さらに、データサンプリングを行う際、ベルト張力状態値５３に必要とされる精度からデータサンプリングの条件を決定するために機械諸元５６ａを用いてもよい。
【０１５３】
例えば、ベルト張力Ｓの値の正常範囲をあらかじめ決定し、ベルト張力Ｓの値がその正常範囲内にあるか否かを検知する場合、ベルト張力Ｓの正常範囲から機械諸元５６ａを用いてねじり振動の共振周波数ｆｒの正常範囲を算出する。
【０１５４】
そして、ねじり振動の共振周波数ｆｒの検出値がねじり振動の共振周波数ｆｒの正常範囲にあるか否かを判断するのに、必要十分なデータ間隔となるようにデータサンプリングの条件を決定する。このようにして、計算時間を短縮し、かつ、ベルト張力Ｓの値がその正常範囲内にあるか否かを検知してもよい。
【０１５５】
以上説明したように、ベルト張力状態値算出部６ｂは、電動機システム１０００の機械諸元であってベルト２０３に発生するねじり振動の状態に関する機械諸元５６ａを記憶する機械諸元記憶部１１ａから出力された機械諸元５６ａに基づいて、駆動検出信号５２に対して信号処理ＳＰを施す。信号処理ＳＰは、周波数領域でのフィルタリング又はデータサンプリングである。さらに、ベルト張力状態値算出部６ｂは、駆動検出信号５２に信号処理ＳＰを施して得た信号に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。
【０１５６】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、ベルト張力の状態を精度よく検出できるという効果を奏する。
【０１５７】
実施の形態７．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態７における電動機制御装置１００ｆの構成を示すブロック図である。図１０に示す電動機制御装置１００ｆは、ベルト張力状態値記憶部１２（第一のベルト張力状態値記憶部）を備える点が、図５に示す実施の形態２の電動機制御装置１００ａと異なる。さらに、駆動制御部４に代えて駆動制御部４ｃを備える点が、電動機制御装置１００ａと異なる。駆動制御部４ｃは、ベルト張力状態値記憶５７に基づいて駆動指令信号５１を出力する。
【０１５８】
図１０に示す電動機制御装置１００ｆの説明において、図５に示す電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素には、同一の符号を付す。図１０を参照して、電動機制御装置１００ｆの動作について説明する。ベルト張力状態値記憶部１２は、ベルト張力状態値５３をベルト張力状態値記憶５７（第一のベルト張力状態値記憶）としてあらかじめ記憶する。
【０１５９】
ベルト張力状態値記憶部１２を、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体としてもよい。また、記憶装置を有する計算機としてもよい。駆動制御部４ｃは、ベルト張力状態値記憶部１２から出力されたベルト張力状態値記憶５７に基づいて、ねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値を算出する。算出した予測値を、共振周波数計算値５９（第一の共振周波数計算値）とする。
【０１６０】
駆動制御部４ｃは、共振周波数計算値５９の信号成分を含む駆動指令信号５１を出力する。その結果、図１０のベルト張力状態値算出部６ａは、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２を、より確実に取得することができる。そして、電動機制御装置１００ｆによれば、より確実にベルト張力の状態を検出することができる。
【０１６１】
さらに、駆動制御部４ｃは、共振周波数計算値５９を用いて、駆動指令信号５１の周波数帯域をより狭く設定することができる。これにより、図１０のベルト張力状態値算出部６ａは、雑音の量が低減され共振周波数計算値５９の信号成分を含む信号を、ベルト張力状態値５３の算出に用いることができる。その結果、電動機制御装置１００ｆによれば、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【０１６２】
駆動制御部４ｃは、共振周波数計算値５９を算出せずに駆動指令信号５１を出力することもできる。共振周波数計算値５９を算出しない動作の例としては、駆動指令信号５１について、周波数帯域の幅、データ間隔、単位時間あたりのデータ数等の信号仕様を、ベルト張力状態値記憶５７に基づいて決定する動作を挙げることができる。
【０１６３】
上記に例示した動作によって、ねじり振動の共振周波数ｆｒの信号成分を含む駆動指令信号５１をより確実に出力してもよい。また、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に含まれる雑音の量を低減させてもよい。駆動指令信号５１の信号仕様を決定する駆動制御部４ｃの動作をさらに例示する。
【０１６４】
例えば、ベルト張力Ｓの値が、あらかじめ定めた正常範囲内にあるかどうかを検知する場合に、ベルト張力状態値記憶５７を用いて、正常時のベルト張力Ｓのばらつきの範囲を求める。さらに、求めたばらつきの範囲を参照して、ベルト張力Ｓの正常範囲を決定し、ベルト張力Ｓの正常範囲から、ねじり振動の共振周波数ｆｒの正常範囲を求める。駆動制御部４ｃは、この正常範囲の幅から、駆動指令信号５１の信号仕様を決定してもよい。
【０１６５】
ベルト張力状態値５３が一度も出力されていない場合、ベルト張力状態値記憶部１２がベルト張力状態値記憶５７を記憶していないため、駆動制御部４ｃがベルト張力状態値記憶５７を使用できない状態が発生し得る。このような場合、ベルト張力状態値５３の予測値を算出し、この予測値をベルト張力状態値記憶５７に代えて用いてもよい。予測値を算出する際に用いる数値データの例としては、実施の形態５の図８の機械諸元５６等の数値データ、電動機システム１０００の周波数応答特性等を挙げることができる。
【０１６６】
なお、電動機制御装置１００、電動機制御装置１００ｂ、電動機制御装置１００ｃ、電動機制御装置１００ｅのいずれか一つにベルト張力状態値記憶部１２を追加し、ベルト張力Ｓの状態を精度よく又はより確実に検出してもよい。また、本実施の形態の駆動制御部４ｃは、駆動制御部４と同様に、電動機１の発生するトルクに代えて、電動機システム１０００の回転動作の角度又は角速度を出力することができる。
【０１６７】
また、図１０の電動機制御装置１００ｆの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けても、ベルト張力Ｓの状態を精度よく又はより確実に検出することができる。構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ａを含む装置の外部に設けた構成の例としては、図１０の駆動検出部３又はベルト張力状態値記憶部１２を、電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、図１０の駆動制御部４ｃをベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１６８】
以上説明したように、駆動制御部４ｃは、ベルト張力状態値５３をベルト張力状態値記憶５７としてあらかじめ記憶するベルト張力状態値記憶部１２から出力されたベルト張力状態値記憶５７に基づいて駆動指令信号５１を出力する。
【０１６９】
また、駆動制御部４ｃは、ねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である共振周波数計算値５９を算出し、共振周波数計算値５９の信号成分を含む駆動指令信号５１を出力してもよい。また、駆動制御部４ｃは、駆動指令信号５１について、周波数帯域の幅、データ間隔、単位時間あたりのデータ数等の信号仕様をベルト張力状態値記憶５７に基づいて決定し、決定した信号仕様を有する駆動指令信号５１を出力してもよい。
【０１７０】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、ベルト張力の状態を、精度よく又はより確実に検出することができるという効果を奏する。
【０１７１】
実施の形態８．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態８における電動機制御装置１００ｇの構成を示すブロック図である。図１１に示す電動機制御装置１００ｇは、ベルト張力状態値記憶部１２ａ（第二のベルト張力状態値記憶部）を備える点が、図５に示す実施の形態２の電動機制御装置１００ａと異なる。さらに、ベルト張力状態値算出部６ａに代えてベルト張力状態値算出部６ｃを備える点が、図５に示す電動機制御装置１００ａと異なる。
【０１７２】
図１１のベルト張力状態値算出部６ｃは、あらかじめベルト張力状態値５３を記憶したベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対して信号処理ＳＰ１を施し、信号処理ＳＰ１を施して得た信号に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。
【０１７３】
図１１に示す電動機制御装置１００ｇの説明において、図５に示す電動機制御装置１００ａの構成要素と同じ又は対応する構成要素については、同一の符号を付す。以下に、図１１を参照して電動機制御装置１００ｇの動作について説明する。
【０１７４】
ベルト張力状態値記憶部１２ａは、ベルト張力状態値５３をベルト張力状態値記憶５７ａ（第二のベルト張力状態値記憶）としてあらかじめ記憶する。ベルト張力状態値算出部６ｃは、ベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対して信号処理ＳＰ１を施す。
【０１７５】
さらに、ベルト張力状態値算出部６ｃは、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に信号処理ＳＰ１を施して得た信号に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。ベルト張力状態値算出部６ｃが信号処理ＳＰ１を施して得た信号からベルト張力状態値５３を算出する動作は、ベルト張力状態値算出部６ａが駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２からベルト張力状態値５３を算出する動作と同様である。
【０１７６】
以下に、信号処理ＳＰ１について説明する。ベルト張力状態値算出部６ｃは、ベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて、共振周波数計算値５９ａ（第二の共振周波数計算値）を算出する。共振周波数計算値５９ａは、ベルト駆動部２のねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である。ベルト張力状態値算出部６ｃは、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２から、共振周波数計算値５９ａの信号成分を含む信号をそれぞれ抽出する。
【０１７７】
ベルト張力状態値算出部６ｃは、共振周波数計算値５９ａを用いることによって、共振周波数計算値５９ａの信号成分を含み、周波数帯域が狭く雑音の量が低減された信号をベルト張力状態値５３の算出に用いることができる。その結果、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出することができる。
【０１７８】
また、ベルト張力状態値算出部６ｃがベルト張力状態値記憶５７ａを利用できない場合、実施の形態７のベルト張力状態値記憶部１２と同様に、計算によって求めたベルト張力状態値５３の予測値を、ベルト張力状態値記憶５７ａに代えて用いてもよい。
【０１７９】
また、信号処理ＳＰ１を、共振周波数計算値５９ａを算出しない信号処理としてもよい。共振周波数計算値５９ａを算出しない信号処理ＳＰ１の例としては、データサンプリングを挙げることができる。このデータサンプリングの際に、データサンプリング周期、データサンプリング期間等のデータサンプリングの条件を、ベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて決定してもよい。
【０１８０】
上記に例示したデータサンプリングによる信号処理ＳＰ１を、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に施すことによって、ベルト張力状態値算出部６ｃがベルト張力状態値５３を算出する際に用いる信号の雑音の量を低減させてもよい。そして、ベルト張力Ｓの状態を検出する精度を向上させてもよい。さらに、ベルト張力状態値算出部６ｃがデータサンプリングの条件を決定する動作を例示する。
【０１８１】
ベルト張力Ｓの値が、ベルト張力Ｓの正常範囲の中にあるかどうかを検知する場合に、ベルト張力状態値記憶５７ａを用いて正常時のベルト張力Ｓのばらつきの範囲を決定する。さらに、決定したベルト張力Ｓの正常時のばらつきの範囲からベルト張力Ｓの正常範囲を設定し、ベルト張力Ｓの正常範囲からねじり振動の共振周波数ｆｒの正常範囲を算出する。そして、算出されたねじり振動の共振周波数ｆｒの正常範囲の幅から、データサンプリングの条件を決定する。
【０１８２】
また、電動機制御装置１００、電動機制御装置１００ｂ、電動機制御装置１００ｃ、電動機制御装置１００ｄ、電動機制御装置１００ｆのいずれか一つに、ベルト張力状態値記憶部１２ａを追加し、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出してもよい。また、図１１のベルト張力状態値算出部６ｃは、駆動指令信号５１と駆動検出信号５２の両方に信号処理ＳＰ１を施すが、駆動指令信号５１と駆動検出信号５２のいずれか一方に、信号処理ＳＰ１を施してもよい。
【０１８３】
また、図１１のベルト張力状態値算出部６ｃは、図５に示すベルト張力状態値算出部６ａと同様に、駆動指令信号５１に代えて、電動機１に流れる電流の検出値又は電動機１の発生するトルクの検出値を用いることもできる。電動機１の電流の検出値又はトルクの検出値を用いた場合には、電流の検出値又はトルクの検出値に信号処理ＳＰ１を施し、ベルト張力Ｓの状態を精度よく検出してもよい。
【０１８４】
また、図１１に示す電動機制御装置１００ｇの構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ｃを含む装置とは別に、ベルト張力状態値算出部６ｃを含む装置の外部に設け、電動機制御装置１００ｇと同様に、精度よくベルト張力Ｓの状態を検出してもよい。構成要素の一部を、ベルト張力状態値算出部６ｃを含む装置の外部に設けた構成の例としては、駆動検出部３又はベルト張力状態値記憶部１２ａを電動機制御装置の外部に設けた電動機制御装置、駆動制御部４をベルト張力状態検出装置の外部に設けたベルト張力状態検出装置等を挙げることができる。
【０１８５】
ベルト張力状態値算出部６ｃは、ベルト張力状態値５３をベルト張力状態値記憶５７ａとしてあらかじめ記憶するベルト張力状態値記憶部１２ａから出力されたベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて駆動検出信号５２に対して信号処理ＳＰ１を施す。さらに、駆動検出信号５２に信号処理ＳＰ１を施して得た信号に基づいてベルト張力状態値５３を出力する。
【０１８６】
また、ベルト張力状態値算出部６ｃは、ベルト張力状態値記憶５７ａに基づいてねじり振動の共振周波数ｆｒの予測値である共振周波数計算値５９ａを算出し、駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２から、共振周波数計算値５９ａの信号成分を含む信号をそれぞれ抽出してもよい。
【０１８７】
また、ベルト張力状態値算出部６ｃは、データサンプリング周期、データサンプリング期間等のデータサンプリングの条件を、ベルト張力状態値記憶５７ａに基づいて決定し、決定した条件に従って駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２に対してデータサンプリングを施してもよい。
【０１８８】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、ベルト張力の状態を、精度よく検出することができるという効果を奏する。
【０１８９】
実施の形態９．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態９における電動機制御装置１００ｈの構成を示すブロック図である。電動機制御装置１００ｈは、実施の形態４の図７に示す電動機制御装置１００ｃのベルト張力異常判定部１０に代えて、ベルト張力異常判定部１０ａを備える。さらに、図７に示す電動機制御装置１００ｃの構成要素に加えて、機械学習装置１３を備える。本実施の形態において、実施の形態４の図７と同じ又は対応する構成要素については、同一の符合を付す。
【０１９０】
ベルト張力異常判定部１０ａは、ベルト張力異常判定部１０と同様に、ベルト張力状態値５３と基準値を比較し、比較した結果に基づいてベルト張力Ｓの状態が正常であるか異常であるかを示す値を、ベルト張力異常判定値５５として出力する。ベルト張力異常判定部１０ａは、判断に用いる基準値を、機械学習装置１３から取得する。以下では、ベルト張力異常判定部１０ａが判断に用いる基準値をｒｖとする。機械学習装置１３は、状態変数ｓｖに基づいて作成される訓練データセットに従って、基準値ｒｖを学習する。そして、学習した結果に基づき上記の基準値ｒｖを決定する。
【０１９１】
図１３は、実施の形態９における電動機制御装置１００ｈが備える機械学習装置１３の構成を示すブロック図である。
【０１９２】
機械学習装置１３は、状態観測部２１、データ記憶部２２、学習部２３及び意思決定部２４を備える。また、学習部２３は、報酬計算部２３１及び行動価値関数更新部２３２を備える。状態観測部２１は、駆動指令信号５１、駆動検出信号５２、ベルト張力状態値５３、ベルト張力異常判定値５５及び基準値ｒｖを取得し、状態変数ｓｖを決定する。ここで、状態観測部２１は駆動指令信号５１及び駆動検出信号５２を取得しない構成としてもよい。
【０１９３】
データ記憶部２２は、状態観測部２１が取得した、駆動指令信号５１、駆動検出信号５２、ベルト張力状態値５３、ベルト張力異常判定値５５及び基準値ｒｖと、決定した状態変数ｓｖとを記憶する。状態観測部２１は、データ記憶部２２を利用して、取得した信号の情報を、時間ごとに区分する、関連のあるデータごとにまとめる、等のデータ処理を行った後、状態変数ｓｖとして学習部２３へ出力してもよい。また、データ記憶部２２は、必要に応じて設ければよく、省いてもよい。また、データ記憶部２２は、機械学習装置１３の外部、電動機制御装置１００ｈの外部等に設けることもできる。
【０１９４】
学習部２３は、状態変数ｓｖに基づいて作成される訓練データセットに従って、基準値ｒｖを学習する。換言すれば、学習部２３は、状態変数ｓｖと関連付けて、基準値ｒｖを学習する。本実施の形態では、一例として強化学習（Reinforcement  Learning）を適用した場合を説明するが、本実施の形態の学習部２３が使用する学習アルゴリズムは、強化学習に限定されるものではない。学習部２３は、様々な学習アルゴリズムを用いて学習を実行することができる。教師あり学習、教師なし学習、半教師あり学習等の学習アルゴリズムを適用することも可能である。また、上述した学習アルゴリズムとして、特徴量そのものの抽出を学習する深層学習（Deep  Learning）を用いてもよい。また、他の方法、例えば、ニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシン、ベイズ最適化等に従って機械学習を実行してもよい。
【０１９５】
強化学習は、ある環境内におけるエージェント（行動主体）が現在の状態を観測し、取るべき行動を決定するというものである。エージェントは行動を選択し、環境から報酬を得る。そして、エージェントは、一連の行動を通じて報酬が最も多く得られるような方策を学習する。強化学習の代表的な手法として、Ｑ学習（Q-Learning）、ＴＤ学習（TD-Learning）等が知られている。例えばＱ学習の場合、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）の一般的な更新式は、（６）式で表される。更新式は、行動価値テーブルで表記してもよい。
【０１９６】
【数６】
0006742559.tif 000007
【０１９７】
（６）式において、ｓｔは時刻ｔにおける環境を表し、ａｔは時刻ｔにおける行動を表す。行動ａｔによって環境はｓｔ+１に変わる。ｒｔ+１はその環境の変化によってもらえる報酬を表し、γは割引率を表し、αは学習係数を表す。なお、割引率γは０より大きく１以下の範囲（０＜γ≦１）、学習係数αは０より大きく１以下の範囲（０＜α≦１）とする。本実施の形態にＱ学習を適用した場合、行動ａｔは、基準値ｒｖの決定である。
【０１９８】
報酬計算部２３１の動作例を示す。報酬計算部２３１は、ベルト張力状態値５３、基準値ｒｖ、ベルト張力異常判定値５５及び実際の異常発生の有無から構成される組を、複数組生成する。ここで、実際の異常発生の有無は、駆動指令信号５１、駆動検出信号５２、ベルト張力状態値５３等に基づく状態変数ｓｖから判定する。そして、報酬計算部２３１は、ベルト張力異常判定値５５の示す異常の有無と、実際の異常発生の有無を照合し、両者が一致した回数を、照合を実行した全回数で除して得た値を報酬ｒとしてもよい。このようにすれば、ベルト張力異常判定部１０ａの判断と、実際に発生した異常の有無とが一致する回数が多いほど、高い報酬を与えることができるため、より正しい判断結果を得ることができる基準値ｒｖを学習することができる。
【０１９９】
なお、ベルト張力異常判定値５５が異常の種類を示す場合、報酬計算部２３１は、ベルト張力異常判定値５５の示す異常の種類と、実際に発生した異常の種類を照合してもよい。そして、異常の有無及び種類が一致した場合、最も高い報酬を与え、異常の有無は一致して異常の種類は一致しなかった場合、中程度の報酬を与え、異常の有無が一致しなかった場合は小さい報酬又はマイナスの報酬を与えるとしてもよい。このようにすれば、異常の有無及び異常の種類を、より正確に検出できる基準値ｒｖを学習することができる。
【０２００】
行動価値関数更新部２３２は、報酬計算部２３１で計算された報酬ｒと状態変数ｓｖとに基づき、基準値ｒｖを計算するための行動価値関数Ｑを更新する。意思決定部２４は、行動価値関数Ｑに基づいて基準値ｒｖを決定する。具体的には、意思決定部２４は、更新された行動価値関数Ｑが最も大きくなる行動ａｔ、すなわち基準値ｒｖを決定する。このようにして、基準値ｒｖを更新することにより、異常についてより正確な判断を実施することができる基準値ｒｖについて学習を進めることができる。
【０２０１】
なお、電動機システム１０００と同様の電動機システムを複数設け、複数の電動機システムによる判断を並行して実行し、効率よく学習を進めてもよい。また、電動機システム１０００から取得したデータを用いて学習を行った電動機制御装置１００ｈを、別の電動機システムに接続し、別の電動機システムから取得したデータを用いて、さらに学習を実行してもよい。
【０２０２】
また、本実施の形態の学習の結果を搭載した学習済み学習器を用いて、電動機制御装置を構成してもよい。上記の学習済み学習器は、本実施の形態の学習によって更新済の行動価値関数Ｑを用いて基準値ｒｖを決定する学習済プログラムによって実現してもよい。また、本実施の形態の学習による基準値ｒｖの調整の結果を記憶させた学習済みデータによって上記の学習済み学習器を実現してもよい。このようにすれば、学習済プログラム、学習済みデータ等を、電動機制御装置に追加することによって、学習結果を利用することができる電動機制御装置を、短時間で提供することができる。また、本実施の形態に説明した方法によって、基準値ｒｖの自動調整、電動機制御装置の製造等を実行してもよい。
【０２０３】
本実施の形態によれば、小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置又はベルト張力状態検出装置を提供することができる。さらに、ベルト張力に発生する異常の有無の判断に用いる基準値ｒｖを学習することができる。これにより、より正確に異常の有無を判断することのできる電動機制御装置を提供できるという効果を奏する。
【０２０４】
以上に説明した実施の形態は、適宜組み合わせて使用することができる。また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０２０５】
１  電動機、２  ベルト駆動部、３  駆動検出部、４，４ａ，４ｂ，４ｃ  駆動制御部、５  負荷機械、６，６ａ，６ｂ，６ｃ  ベルト張力状態値算出部、９  動作指令生成部、１０，１０ａ  ベルト張力異常判定部、１１，１１ａ  機械諸元記憶部、１２，１２ａ  ベルト張力状態値記憶部、１３  機械学習装置、２１  状態観測部、２２  データ記憶部、２３  学習部、２４  意思決定部、５１  駆動指令信号、５２  駆動検出信号、５３  ベルト張力状態値、５４  動作指令信号、５５  ベルト張力異常判定値、５６，５６ａ  機械諸元、５７，５７ａ  ベルト張力状態値記憶、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ  電動機制御装置、２０１  駆動プーリ、２０２  従動プーリ、２０３  ベルト、２３１  報酬計算部、２３２  行動価値関数更新部、１０００  電動機システム、Ｑ  行動価値関数、Ｓ  ベルト張力、ＳＰ，ＳＰ１  信号処理、ｓｖ  状態変数、ｒ  報酬、ｒｖ  基準値、ｆｒ  ねじり振動の共振周波数。
【要約】
小型又は簡単な構成の装置を用いて、電動機システムが有する電動機のトルクを伝達するベルトのベルト張力の状態を検出することが可能な電動機制御装置を提供するために、電動機制御装置（１００）は、負荷機械（５）、負荷機械に機械的に接続された従動プーリ（２０２）、従動プーリに巻きかけられたベルト（２０３）、ベルトが巻きかけられた駆動プーリ（２０１）及び駆動プーリに機械的に接続された電動機（１）を含む電動機システム（１０００）の電動機を駆動する信号である駆動指令信号（５１）を出力する駆動制御部（４）と、電動機システムの回転動作の角度、角速度又は角加速度を検出した駆動検出信号（５２）に基づきベルトのベルト張力の状態を示すベルト張力状態値（５３）を出力するベルト張力状態値算出部（６）とを備える。【図１】
0006742559.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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