(57)【要約】本発明による駆動構造は、第１の連結部材５により連結された第１のモータ３および第２のモータ１１を含んでいる。第１のモータは一様な低周波の運動を生成する役目をするものであり、第２のモータは重ね合わされるべき高い周波数の交番運動を担当する。運動全体は第２のモータ１１から第２の連結部材７を介して、連結されるべき機械コンポーネントへと伝達される。第１の連結部材５は、第１のモータ３の一様な低周波の運動が第２のモータ１１へ伝達されるが、第１のモータ３への第２のモータ１１の高い周波数の交番運動の伝達は抑圧されるように設計されている。
2010512138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動構造（１）において、
前記駆動構造（１）に連結可能な機械コンポーネント（９）の一様な低周波の運動を生成するための第１のモータ（３）と、
前記駆動構造（１）に連結可能な前記機械コンポーネント（９）の高い周波数の交番運動を生成するための第２のモータ（１１）と、
前記第１のモータ（３）を前記第２のモータ（１１）と連結するための第１の連結部材（５）であって、前記第１の連結部材（５）は前記第１のモータ（３）の一様な低周波の運動の前記第２のモータ（１１）への伝達が可能になるとともに前記第２のモータ（１１）の高い周波数の交番運動の前記第１のモータ（３）への伝達が抑圧されるように構成されているものと、
連結可能な前記機械コンポーネント（９）を前記第２のモータ（１１）へ連結するための第２の連結部材（７）とを有している駆動構造。
【請求項２】
前記第１の連結部材（５）は低域通過特性または帯域通過特性を有している、請求項１に記載の駆動構造（１）。
【請求項３】
前記第１の連結部材（５）は歯付きベルトである、請求項１または２に記載の駆動構造（１）。
【請求項４】
高い周波数の交番運動は一定の基本周波数をもつ周期的な運動パターンを含んでいる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動構造（１）。
【請求項５】
前記第１の連結部材（３）は前記第１のモータ（３）と前記第２のモータ（１１）との間の柔軟な連結部を具体化しており、前記第２の連結部材（７）は前記第２のモータ（１１）と前記機械コンポーネント（９）との間の剛直な連結部を具体化している、請求項４に記載の駆動構造（１）。
【請求項６】
前記第１のモータ（３）と前記第２のモータ（１１）、前記第１の連結部材（５）と前記第２の連結部材（７）、ならびに前記第２の連結部材（７）によって前記第２のモータ（１１）に連結された前記機械コンポーネント（９）を含めたシステムの共振周波数が、周期的な運動パターンの基本周波数に合わせて調節されている、請求項５に記載の駆動構造（１）。
【請求項７】
共振周波数は前記第１の連結部材（５）によって調節可能である、請求項６に記載の駆動構造（１）。
【請求項８】
前記第１の連結部材（５）は、前記第２のモータ（１１）のロータ（２１）への前記第１のモータ（３）のロータ（１９）の連結部を含んでいる、請求項７に記載の駆動構造（１）。
【請求項９】
前記第２のモータ（１１）の駆動制御部（２３）をさらに含んでおり、該駆動制御部により前記第２のモータの前記ロータ（２１）への前記第１のモータの前記ロータ（１９）の連結が具体化されている、請求項８に記載の駆動構造（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つのモータを含む駆動構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
広い周波数領域での運動生成が必要となる一連の技術プロセスが存在している。例えば製造工学には、Ｄｉｓｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ法（例えば押出成形の場合）が適用されるプラスチック射出成形機がある。その場合、一様な基本運動を準備するだけでなく、これよりも高い周波数の交番運動を準備することも必要である。
【０００３】
公知のモータは、特定の周波数領域の運動生成に照準を定めているのが普通である。例えば低周波で一様な運動を生成するためのモータは、高い自己慣性とインダクタンスをもつことを特徴としている。こうした特性は、そのモータがそのために設計されている低周波運動の品質をサポートする。しかし、このような種類のモータは高い周波数の運動を満足のいくように行うことはできない。高い自己慣性は、場合により要求される動的な運動で高いトルクを必要とすることになり、それゆえに、高い周波数の運動はこの種のモータによっては小さい振幅でしか実現可能でないからである。しかも、このようなモータの高いインダクタンスは、トルクを変更し、それによって動的な運動を具体化するために、電流フローを変更するための高い電圧を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の課題は、低周波で一様な運動だけでなく、高い周波数の交番運動も効率的に生成可能である駆動構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は本発明によると、駆動構造に連結可能な機械コンポーネントの一様な低周波の運動を生成するための第１のモータと、
駆動構造に連結可能な機械コンポーネントの高い周波数の交番運動を生成するための第２のモータと、
第１のモータを第２のモータと連結するための第１の連結部材であって、第１の連結部材は第１のモータの一様な低周波の運動の第２のモータへの伝達が可能になるとともに第２のモータの高い周波数の交番運動の第１のモータへの伝達が抑圧されるように構成されているものと、
連結可能な機械コンポーネントを第２のモータへ連結するための第２の連結部材とを有する駆動構造によって解決される。
【０００６】
このとき本発明は、それぞれ異なる種類の運動用として設計された少なくとも２つのモータを、作動中にそれぞれの希望される作動領域に関して妨害的な影響を及ぼしあうことなく、別々に設計することができるという考察を前提としている。その帰結として、モータ間の望ましくない反作用が回避されるように、連結部材を構成する必要性が生じる。
【０００７】
本発明による駆動構造は、第１のモータによって低周波の周波数領域をカバーし、一様な運動が生成されることが意図される。これに加えて第２のモータは、第１のモータの運動に重ね合わされる高い周波数の交番運動を実現する。
【０００８】
第１および第２のモータを連結する第１の連結部材は、第１のモータの一様な低周波の運動の第２のモータへの伝達が可能であるが、第２のモータの高い周波数の交番運動の第１のモータへの戻り伝達は抑圧されるようにセットアップされている。
【０００９】
つまり、このとき第１の連結部材は第１および第２のモータの間の剛直で固定的な連結を具体化するのではなく、いわゆる「柔軟な連結」を具体化する。
【００１０】
柔軟な連結は周波数選択的かつ動的な特性を示すので、いわゆる「剛直な連結」とは対照的に、両方のモータがそれぞれの運動を単に相互に強制することはあり得ない。
【００１１】
このとき第１の連結部材は、低域通過特性または帯域通過特性を、場合により遅延特性とともに有しているのが好ましい。連結部材のこれらの特性を選択することで、第１および第２のモータの間の反作用を調整可能である。例えば第１の連結部材が低域通過特性を有するとき、第１のモータの低周波の一様な運動は第２のモータへ伝達されるのに対して、第２のモータの高い周波数の運動は、第１の連結部材の低域通過特性により、第１のモータへ反作用することがあり得ない。第２の連結部材によって第２のモータに結合されている機械コンポーネントに、第１のモータにより第２のモータを通じて引き起こされる一様な低周波の運動を印加するとともに、第２のモータによって高い周波数の交番運動を重ね合わせることが可能である。
【００１２】
第２の連結部材は、好ましい実施形態では、機械コンポーネントと第２のモータとの間で固定的で剛直な連結を具体化する。この剛直で固定的な連結は、第２のモータによって機械コンポーネントに伝達される一様な低周波の運動だけでなく交番運動もほぼ変質させることなく、かつ遅延なしに、機械コンポーネントへ伝達できることを保証するためのものである。
【００１３】
別の好ましい実施形態では、第１の連結部材は第１のモータを第２のモータと結合するベルトまたは歯付きベルトによって具体化される。
【００１４】
歯付きベルトは、第１および第２のモータの間の柔軟な連結を実現する。歯付きベルトの遅延をさせる周波数選択的な特性は、例えばベルトの張力、使用するベルトの材料、ベルトの歯の形状と配置、ベルトの異なる形状付与などによって調整することができる。
【００１５】
別の好ましい実施形態では、連結された機械コンポーネントへ第２のモータによって伝達されるべき高い周波数の交番運動は、一定の基本周波数をもつ周期的な運動パターンを含んでいる。
【００１６】
希望される運動パターンの周期性は、構造の消費エネルギーを最低限に抑えるために、共振特性を利用することを可能にする。このとき、第２のモータおよびこれに連結された機械コンポーネントを含めたシステムの運動によって第１のモータに対して規定される共振周波数は、周期的な運動パターンの基本周波数に相当しているのがよい。このことは、第１の連結部材の相応の設計によって行われる。そうすれば構造が定常状態にあるとき、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの間で恒常的な変換プロセスが行われ、それによって所望の交番運動が維持される。減衰や摩擦によって発生するエネルギー損失分を供給するだけでよい。それにより、駆動構造が特別にエネルギー効率的になる。
【００１７】
第１の連結部材は、第１および第２のモータの間で柔軟な連結を具体化するのが好ましく、第２の連結部材は第２のモータと機械コンポーネントの間で剛直な連結を具体化する。
【００１８】
それにより、前述したとおり、適切に選択された第１の連結部材によって、駆動構造の共振現象をエネルギー節減のために活用することが可能である。第２のモータと機械コンポーネントの間の剛直な連結は、連結された機械コンポーネントへ第２のモータを介して伝達されるべき運動の品質を促進する。
【００１９】
別の好ましい実施形態では、第１および第２のモータ、第１および第２の連結部材、ならびに第２の連結部材によって第２のモータに連結された機械コンポーネントを含めたシステム全体の共振周波数は、希望される周期的な運動パターンの基本周波数に合わせて調節されている。このとき第１の連結部材は、この調節を可能にするための手段である。
【００２０】
このとき第１の連結部材によって、第２のモータのロータへの第１のモータのロータの連結が行われるのが好ましい。
【００２１】
この場合、第１の連結部材によって、第１および第２のモータの間で電気機械的な結合を成立させることができ、第１および第２のモータの間の希望される相互作用と希望されない相互作用とを、第１の連結部材の特性によって規定することができる。
【００２２】
このとき、第２のモータのロータへの第１のモータのロータの連結は、第２のモータの駆動制御部によって具体化されるのが特別に好ましい。
【００２３】
このとき第２のモータの駆動制御部は、機械コンポーネントである第１のモータのロータおよび第２のモータのロータが相互に連結される第１の連結部材であり、第２のモータの駆動コントローラのパラメータ化によって駆動構造の駆動ダイナミクスを調整可能であり、最新の要求事項に合わせて適合化可能である。
【００２４】
以上を要約すると、本発明の駆動構造によって少なくとも２つのモータが設けられており、その一方は、連結されるべき機械コンポーネントに関する基本荷重のために設計されており、少なくとも１つの別のモータが交番荷重のために設計されていると言うことができる。このとき交番荷重は基本荷重に重ね合わされる。第２の連結部材によって第２のモータに連結された機械コンポーネントへの運動の伝達は、第２のモータを介して行われる。第１のモータの運動は第１の連結部材によって第２のモータへ伝達され、第２のモータによって、第１のモータから第２のモータへ伝達される基本荷重運動に交番荷重が重ね合わされる。第１の連結部材の設計は周波数選択的に、かつ場合により遅延をさせるように行われ、それにより、第２のモータへの基本荷重運動（低周波で一様な運動）の重ね合わせが可能となるが、ただし、第２のモータから第１のモータへの交番運動の戻り伝達は抑圧される（柔軟な連結）。
【００２５】
第１の連結部材によって駆動構造の駆動ダイナミクスに影響が及ぼされる共振現象を活用することで、駆動構造のエネルギー消費量を最低限に抑えることができる。
【００２６】
次に、本発明の３通りの実施例について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による駆動構造の模式図である。
【図２】本発明による駆動構造の一例の実施形態としての押出機である。
【図３】第１の連結部材として駆動コントローラを備える、本発明による駆動構造のさらに別の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
同一または対応する構成部品またはコンポーネントには、同じ符号が付されている。
【００２９】
図１には、本発明による駆動構造１の模式図が示されている。ここでは機械コンポーネント９は回転運動を行うのが好ましく、一様な低周波の基本荷重と、高い周波数の交番荷重が機械コンポーネント９へ伝達され得る。
【００３０】
低周波の一様な運動（基本荷重）を具体化するために、第１のモータ３が設けられている。高い周波数の交番運動のために、第２のモータ１１が利用される。本発明による駆動構造は、第１のモータ３と、第２のモータ１１と、第１のモータ３を第２のモータ１１と連結するための第１の連結部材５と、第２の連結部材７とを含んでいる。第２の連結部材７は機械コンポーネント９を連結するために設けられており、機械コンポーネントへの基本運動と交番運動の伝達の品質を保証するために、剛直な連結を具体化するのが好ましい。第２のモータ１１を通じて、低周波の基本運動だけでなく高い周波数の交番運動も、第２の連結部材７によって機械コンポーネント９へ伝達される。そのために、第１のモータ３によって生成される低周波の基本運動を、第２のモータ１１へ伝達することが必要である。そのために第１の連結部材５が設けられており、これにより第２のモータ１１への低周波の基本運動の伝達が保証されているが、第２のモータ１１によって生成されるべき交番運動が、第１のモータ３へ反作用することはないようになっている。したがって、第１の連結部材５は周波数選択的に設計されており、例えば低域通過特性または帯域通過特性を有するように設計されている。第１の連結部材５は、ばねダンパ部材を含み、これは第２のモータ１１、第２の連結部材７、および荷重としての機械コンポーネント９等の慣性とともに、的確に動的に調節された低域通過特性と共振周波数位置とを有するシステムを生成する。
【００３１】
図２には、押出機としての特徴を有する、本発明による駆動構造１の別の実施形態が示されている。
【００３２】
押出機では、一様な低周波の運動を生成し、これに高い周波数の交番運動を重ね合わせることが必要である。低周波の一様な運動を生成するために、非同期機として設計されているのが好ましい第１のモータ３が設けられている。この第１のモータ３は、歯付きベルトとして具体化されている第１の連結部材５によって、第２のモータ１１に連結されている。このとき歯付きベルトとして具体化された第１の連結部材５は、第１のモータ３と第２のモータ１１の間の柔軟な連結を具体化するものである。それにより、第２のモータ１１の交番運動の第１のモータ３に対する反作用を抑圧する第１の伝達関数１３が具体化される。それに対して、第１のモータ３から第１の連結部材５を介して第２のモータ１１への、およびこれに伴なって第２の連結部材７を介して機械コンポーネント９への、一様な低周波の運動の伝達は可能であり、それによって第２の伝達関数１５は、第１のモータ３の一様な低周波の運動の機械コンポーネント９への伝達が可能になるように具体化される。
【００３３】
高い周波数の交番運動は第２のモータによって生成され、第２の連結部材による剛直な連結部を介して機械コンポーネント９へ伝達される。したがって、第２のモータ１１と機械コンポーネント９の間の伝達特性を表す第３の伝達関数１７は、第２のモータ１１の高い周波数の交番運動に関して機械コンポーネント９への通過特性を示す。
【００３４】
本実施例では、上述したように第１のモータは、できるだけ一定のトルクを生産プロセスに供給し、したがって所望の低周波の一様な運動のために作用する非同期機として設計されている。第２のモータ１１は、高い周波数の動的なトルク生成を可能にする同期機として設計されるのが好ましい。それにより、重ね合わされるべき高い周波数の交番運動が生成される。第１の連結部材５は、第１のモータ３と第２のモータ１１の間の適合化された柔軟な連結を具体化するものであり、第２のモータ１１から第１のモータ３への高い周波数の運動の伝達はほぼ抑圧される。それによってのみ、第２のモータ１１によって引き起こされる第１のモータ３の加速を効果的に防ぐことができる。したがって、このような第１の連結部材５は、第１のモータ３と第２のモータ１１をこれらに要求される課題範囲に対して、事前にそれぞれ別々に計画できるようにすることを可能にする。このとき特に、第１のモータ３の慣性を考慮することなく第２のモータ１１を設計することができる。
【００３５】
第２のモータ１１によって具体化されるべき高い周波数の交番運動が、一定の基本周波数をもつ周期的な運動パターンであれば、第１の連結部材５を適宜設計することで、エネルギー消費量を最低限に抑えるために、運動生成のときの共振現象を活用することができる。このとき、第２のモータ１１および機械コンポーネント９（好ましくは押出機ロータ）を含めたシステムの運動によって第１のモータ３に対して特徴づけられる共振周波数は、周期的な運動パターンの基本周波数に呼応していなくてはならない。それにより、実質的に減衰と摩擦によって生じる損失分だけが、モータによって供給されればよいようにすることができる。定常状態にあるときには、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの間で継続的な変換プロセスが行われ、所望の振動運動が維持される。
【００３６】
図３には、本発明による駆動構造１のさらに別の実施形態が示されており、ここでは第１の連結部材は第２のモータ１１の駆動コントローラとして施工されている。
【００３７】
この場合、第１の連結部材５が適切に設計されていれば、取り扱われるべき生産プロセスのそれぞれの要求事項に合わせた共振周波数の適合化が可能であるという考察が前提となっている。図２において第１の連結部材５は、第１のモータ３と第２のモータ１１の間の連結を具体化するための機械式の解決法である。これとは対照的に図３では、第１のモータ３のロータと第２のモータ１１のロータとの間の電気機械式の連結部が設けられている。ここでは第１のモータ３のロータ１９は、第１の連結部材５によって第２のモータ１１のロータ２１に連結されている。第１の連結部材５は、ここでは第２のモータ１１の駆動コントローラ２３であるのが好ましい。すなわち、機械部品であるロータ１９およびロータ２１は、ここでは駆動コントローラ２３によって連結される。通常、駆動コントローラはデジタル式に施工されており、自由にパラメータ化可能である。したがって、図３における第１の連結部材５はパラメータ化可能な連結部材であり、その特性を、特に周波数選択的に、駆動コントローラ２３のパラメータ化によって調整することができる。例えば、駆動構造１の駆動ダイナミクスを駆動コントローラ２３のパラメータ化によって変更し、最新の要求事項に合わせて適合化することが可能である。第１のモータ３および第２のモータ１１のロータの連結部の減衰と剛性は、構造に関する最新の要求事項に即して、Ｍμ2＝ｆ（Ｋp，Ｔn，Ｋv，Δφ，Δω）の関係に基づいてフレキシブルに適合化可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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