(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターによって駆動される被駆動物体の速度を制御する装置であって、モーターと被駆動物体を直接又は間接的に結合する電磁流体継手と、被駆動物体の速度を検出する速度検出器と、検出された被駆動物体の速度と被駆動物体の設定速度が一致するように、電磁流体継手に流す電流を調節する速度調節器とを有してなる速度制御装置であって、モーターの回転速度を制御するモーター制御装置を有してなり、モーター制御装置は、被駆動物体の設定速度が所定値以上のとき、モーターの回転数が当該設定速度に対応する回転数になるようにモーターを制御し、被駆動物体の設定速度が所定値未満のとき、モーターの回転数が当該所定値に対応する値になるようにモータを制御するものであり、前記速度調節器は、被駆動物体の設定速度が所定値以上のとき、最大電流を電磁流体継手に流し、被駆動物体の設定速度が所定値未満のとき、検出された被駆動物体の速度と被駆動物体の設定速度が一致するように、電磁流体継手に流す電流を調節するものであることを特徴とする被駆動物体の速度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の被駆動物体の速度制御装置であって、モーターの回転数を検出する手段を有し、前記速度調節器のゲインが、電磁流体軸受けに加える電流値と出力トルクとの関係に従って変化し、その結果、ループゲインが変化しないようになることを特徴とする被駆動物体の速度制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載被駆動体の速度制御装置であって、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合され、第２の電磁流体継手に流す電流を調節する制御装置が設けられていることを特徴とする被駆動物体の速度制御装置。
【請求項４】
モーターによって駆動される被駆動物体に、モーターから与えられるトルクを制御する装置であって、モーターと被駆動物体を直接又は間接的に結合する電磁流体継手と、モーターの回転数を検出する手段と、電磁流体継手に流す電流を調節するトルク調節器とを有してなり、トルク調節器は、モーターの回転数と電磁流体継手から出力されるトルクとに応じて電磁流体継手に流すべき電流を算出する手段を有し、検出されたモーターの回転数と、被駆動物体にモーターから与えられるトルクの設定値とに応じて電磁流体継手に流す電流を調節するものであることを特徴とする被駆動物体のトルク制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載被駆動体のトルク制御装置であって、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合され、第２の電磁流体継手に流す電流を調節する制御装置が設けられていることを特徴とする被駆動物体のトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターによって駆動される機械品等の被駆動物体の速度（回転数を含む）やトルクを制御する装置に関するものであり、特に、小型モーターを使用して被駆動物体を駆動する場合に適当な装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モーターによって駆動される機械品等の速度やトルクを制御する方法としては、モーターの回転数、出力トルクを制御する方法が一般的であった。直流モータの場合は、界磁電流や電機子電流を調節することによってこれらの制御を行い、交流モーターの場合は、ベクトル制御、ＰＷＭ制御等によって入力電圧の周波数を変えてこれらの制御を行っている。特に、小型のモーターの場合は、簡易なＰＷＭ制御により、モーターの回転数制御、出力トルク制御制御を行うことが広く行われている。
【０００３】
また、回転数制御、トルク制御を行わない場合には、一般に、モーターのオンオフ、モータと機械品等とを結合するクラッチのオンオフにより、駆動の制御を行っている。たとえば、これらの機械品がストロークエンドに達した場合、リミットスイッチ等の検出器によりそれを検出し、モータの駆動を停止したり、クラッチを切ることにより、モーターが過負荷となることを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モーターのオンオフ、クラッチのオンオフ等で制御を行う場合、たとえばリミットスイッチが故障したときには、モーターを停止することができず、モーターが過負荷のために焼損する可能性がある。また、オンオフ制御であるため、スロースタート・ストップ等、スムースな動作の実現は不可能である。
【０００５】
ＰＷＭを使用して回転数制御やトルク制御を行った場合には、このような問題は解決できる。しかしながら、ＰＷＭ制御の場合、回転数を低くすると、モーターに流す電流パルスのオフ時間が長くなり、電流値が低下して発生トルクが低くなるという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な機構の付加により、モーターによって駆動される被駆動品の速度が低い場合でも、速度やトルクの制御を行うことができ、モータが過負荷のために焼損したりすることがなく、かつ、スムースな始動、停止が可能な、被駆動物体の速度制御装置及びトルク制御装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、モーターによって駆動される被駆動物体の速度を制御する装置であって、モーターと被駆動物体を直接又は間接的に結合する電磁流体継手と、被駆動物体の速度を検出する速度検出器と、検出された被駆動物体の速度と被駆動物体の設定速度が一致するように、電磁流体継手に流す電流を調節する速度調節器とを有してなる速度制御装置であって、モーターの回転速度を制御するモーター制御装置を有してなり、モーター制御装置は、被駆動物体の設定速度が所定値以上のとき、モーターの回転数が当該設定速度に対応する回転数になるようにモーターを制御し、被駆動物体の設定速度が所定値未満のとき、モーターの回転数が当該所定値に対応する値になるようにモータを制御するものであり、前記速度調節器は、被駆動物体の設定速度が所定値以上のとき、最大電流を電磁流体継手に流し、被駆動物体の設定速度が所定値未満のとき、検出された被駆動物体の速度と被駆動物体の設定速度が一致するように、電磁流体継手に流す電流を調節するものであることを特徴とする被駆動物体の速度制御装置（請求項１）である。
【０００８】
本手段においては、被駆動物体の速度を速度検出器で検出し、速度調節器が、この速度を設定速度に一致させるように、電磁流体継手に流す電流を調節する。電磁流体継手は、電磁流体を媒体とした継手であり、加える電流値によって伝達されるトルクを変化させることができる。速度調節器は、検出された速度が設定速度より小さいときには、電磁流体継手に流す電流を増加させる。これによって、被駆動物体に伝達されるトルクが増加し、その結果被駆動物体の速度が上昇する。検出された速度が設定速度より大きいときには、電磁流体継手に流す電流を減少させる。これによって、被駆動物体に伝達されるトルクが減少し、その結果被駆動物体の速度が低下する。このようにして、被駆動物の目標速度が小さく、トルクが大きい場合でも、被駆動物体の速度を目標値に保つことができる。本手段においては、モーターは、必要とされる被駆動物体の最大速度に合わせた回転数にしておけばよいので、モーターの制御は簡単となる。
又、モーター自身の回転数制御が安定である高回転数域では、モーターの回転数制御によって被駆動物体の速度制御を行い、電磁流体継手には最大電流を流してロック状態とする。これにより、電磁流体継手で失われるトルクが無くなり、効率のよい制御が可能となる。被駆動物体の設定速度が低くなって、電磁流体継手をロックした状態にしておくと、モーター自身の回転数制御が不安定になったり必要なトルクが得られなくなる低速回転域に入る場合には、モーター自身の回転数は、この回転数域以上の一定回転数としておき、前記速度調節器により被駆動物体の速度制御を行う。これにより、低速度領域においても、安定な速度制御を行うことができる。
【０００９】
なお、本手段を含め、本明細書において、「モーターと被駆動物体を間接的に結合する」とは、モーターと被駆動物体が電磁流体継手で直接結合されず、ギアーやベルト等、別の機械品を介して結合されていることを意味する。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、モーターの回転数を検出する手段を有し、前記速度調節器のゲインが、電磁流体軸受けに加える電流値と出力トルクとの関係に従って変化し、その結果、ループゲインが変化しないようになることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１１】
電磁流体継手に加える電流値と出力トルクの関係は、モーターの回転数によっても変化する。本手段においては、モーターの回転数を検出し、それに応じて速度調節器のゲインを変化させているので、モーターの回転数が変化する場合であっても、速度制御のループゲインがあまり変化しないようにすることができ、安定な速度制御を行うことができる。
【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のいずれかであって、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合され、第２の電磁流体継手に流す電流を調節する制御装置が設けられていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１５】
本手段においては、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合されているので、第２の電磁流体継手に流す電流に応じた制動を、モーターに与えることができる。特に、被制御物体を停止させておきたいときは、両方の電磁流体継手に十分な電流を流し、電磁流体継手の伝達トルクを大きくすることにより、モーター及び被制御物体が固定物に固定されたことになり、被制御物体の動きを抑えることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、モーターによって駆動される被駆動物体に、モーターから与えられるトルクを制御する装置であって、モーターと被駆動物体を直接又は間接的に結合する電磁流体継手と、モーターの回転数を検出する手段と、電磁流体継手に流す電流を調節するトルク調節器とを有してなり、トルク調節器は、モーターの回転数と電磁流体継手から出力されるトルクとに応じて電磁流体継手に流すべき電流を算出する手段を有し、検出されたモーターの回転数と、被駆動物体にモーターから与えられるトルクの設定値とに応じて電磁流体継手に流す電流を調節するものであることを特徴とする被駆動物体のトルク制御装置（請求項４）である。
【００２１】
電磁流体継手においては、入力側の回転数と、印加される電流とに応じて出力されるトルクが決定される。よって、入力側（モーター）の回転数と電磁流体継手から出力されるべきトルクが分かれば、電磁流体継手に流すべき電流値が決まる。本手段においては、トルク調節器内に、これらの関係が表、数式等の形式で記憶されている。トルク調節器は、検出されたモーターの回転数と被駆動物体にモーターから与えられるトルクの設定値とを入力とし、これらの関係を利用して電磁流体継手に流す電流を調節する。本手段においては、トルク検出器が不要となる。その代わり、モーターの回転数検出器が必要となるが、これはモーターの制御装置に付属しているか、モータの制御装置の出力から計算できる場合が多いので、必ずしも特別の装置を付加する必要がない。
【００２２】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合され、第２の電磁流体継手に流す電流を調節する制御装置が設けられていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２３】
本手段においては、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合されているので、第２の電磁流体継手に流す電流に応じた制動を、モーターに与えることができる。特に、被制御物体を停止させて起きたいときは、両方の電磁流体継手に十分な電流を流し、電磁流体継手の伝達トルクを大きくすることにより、モーター及び被制御物体が固定物に固定されたことになり、被制御物体の動きを抑えることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である被駆動物体の速度制御装置を示す概略ブロック図である。図１において、１はモーター、２は被駆動装置である負荷、３は電磁流体継手、４は回転数（速度）検出器であるパルスジェネレーター、５は制御装置、６は回転数調節器、７はモーター制御装置である。
【００２５】
モーター１と負荷３は、電磁流体継手３を介して結合されている。図１においては、モーター１と負荷３は直結されているが、これらの間にギアーやベルト等の動力伝達装置が介在してもよい。負荷２の回転数は、負荷２に結合されたパルスジェネレータ４によって検出され、制御装置５内の回転数調節器６に入力される。回転数調節器６には、負荷２の目標回転数が設定値として与えられている。この設定値は設定器によって設定された固定の値でもよく、時間と共に変化するようにして、たとえばスロースタート、スローストップが実現されるようにすることもできる。
【００２６】
回転数調節器６は、回転数の設定値と検出値の偏差を求め、この偏差にたとえばＰＩＤ演算を実施して、その結果に対応する電流を電磁流体継手３に流す。電磁流体継手３に加えられる電流値と電磁流体継手３の出力トルクの関係は、たとえば図２のようになっており、加えられる電流値にほぼ比例して出力トルクが増加するようになっている。回転数調節器６は、検出された回転数が設定回転数より小さいときには、電磁流体継手３に流す電流を増加させる。これによって、負荷２に伝達されるトルクが増加し、その結果負荷２の回転数が上昇する。検出された回転数が設定回転数より大きいときには、電磁流体継手３に流す電流を減少させる。これによって、負荷２に伝達されるトルクが減少し、その結果負荷２の回転数が低下する。このようにして、負荷２の回転数は設定回転数に一致するように制御される。
【００２７】
モーター制御装置７は、モーター１の正逆転の制御を実施すると共に、モーター１の回転数を一定に制御する。この回転数は、負荷２を、要求される最大回転数で回転させるのに必要な回転数とされるのが普通であるが、場合によっては、負荷２に要求される回転数の変化の状況に応じて、段階的に切り替えてもよい。
【００２８】
電磁流体継手３の出力トルクは、電磁流体継手３に与えられる電流値の他に、モーター１の回転数（電磁流体継手３の入力軸の回転数）によっても変化する。よって、モーター１の回転数が切り替えられる場合は、モーター制御装置７内にあるモーター回転数検出器から、回転数調節器６にモーター回転数の情報が与えられる。回転数調節器６は、この情報に応じて、制御ゲインを変える。このことによって回転数制御のループゲインをほぼ一定に保つことができる。もちろん、制御ゲインは変化しても制御は可能であるので、この制御ゲインの切り替えは必ずしも必要ではないが、あった方が制御の安定性上好ましい。
【００２９】
電磁流体継手３で伝達トルクの低減を行った場合、その伝達エネルギーの一部が摩擦熱となって失われる。よって、可能な限り電磁流体継手３はロック状態とし、入力軸と出力軸の回転数が一致するようにしておくことが好ましい。そのため、負荷２の目標回転数が所定値以上であり、モーター制御装置７の回転数制御で制御が可能である場合には、電磁流体継手３に流す電流を最大値（電磁流体継手３をロックするだけの電流値）として、入力軸と出力軸が固結したような状態とし、モーター制御装置７でモーター１の回転数制御を行い、負荷２の回転数を制御する。このため、パルスジェネレーター４からの出力と、回転数設定値がモーター制御装置７に与えられる。
【００３０】
この場合にも、負荷２の目標回転数がある値未満となり、モーター制御装置７の回転数制御ではモーター１の出力トルクが不足して、負荷２の回転数制御が不可能となる場合には、モーター１の回転数は前記ある値以上の所定値に以下に下がらないようにして、モーター１の回転数が当該所定値に固定されている間、前述のような電磁流体継手３による負荷２の回転数制御を行う。このようにすれば、効率よく、負荷２の回転数制御を行うことができる。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態の第２の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。以下の図面において、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。図３において、８はトルク検出器、９はトルク調節器である。
【００３２】
モーター１と負荷３は、電磁流体継手３を介して結合されている。図３においても、モーター１と負荷３は直結されているが、これらの間にギアーやベルト等の動力伝達装置が介在してもよい。負荷２に伝達されるトルクは、負荷２の入力軸に結合されたトルク検出器８によって検出され、制御装置５内のトルク調節器９に入力される。トルク調節器９には、負荷２の目標トルクが設定値として与えられている。この設定値は設定器によって設定された固定の値でもよく、時間と共に変化するようにしてもよい。
【００３３】
トルク調節器９は、トルクの設定値と検出値の偏差を求め、この偏差にたとえばＰＩＤ演算を実施して、その結果に対応する電流を電磁流体継手３に流す。トルク調節器９は、検出されたトルクが設定トルクより小さいときには、電磁流体継手３に流す電流を増加させる。これによって、負荷２に伝達されるトルクが増加する。検出されたトルクが設定トルクより大きいときには、電磁流体継手３に流す電流を減少させる。これによって、負荷２に伝達されるトルクが減少しする。このようにして、負荷２のトルクは設定トルクに一致するように制御される。
【００３４】
モーター制御装置７は、モーター１の正逆転の制御を実施すると共に、モーター１の回転数を一定に制御する。この回転数は、負荷２を、要求される最大回転数で回転させるのに必要な回転数とされるのが普通であるが、場合によっては、負荷２に要求される回転数の変化の状況に応じて、段階的に切り替えてもよい。
【００３５】
モーター１の回転数が切り替えられる場合は、モーター制御装置７内にあるモーター回転数検出器から、トルク調節器９にモーター回転数の情報が与えられる。トルク調節器９は、この情報に応じて、制御ゲインを変える。このことによってトルク制御のループゲインをほぼ一定に保つことができる。もちろん、制御ゲインは変化しても制御は可能であるので、この制御ゲインの切り替えは必ずしも必要ではないが、あった方が制御の安定性上好ましい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態の第３の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。図４に示す実施の形態は、トルク検出器８が設けられていない他は図３に示した実施の形態と構成的には同じであるので、異なる部分のみを説明する。
【００３７】
前述したように、電磁流体継手３の出力トルクは、モーター１すなわち電磁流体継手３の入力軸の回転数と、電磁流体継手３に印加される電流値によって決定される。そして、それが負荷２に与えられるトルクとなる。よって、逆に、負荷２に与えるべき目標トルクと、モーター１の回転数が分かれば、目標トルクを得るために電磁流体継手３に流すべき電流値を決定することができる。
【００３８】
モーター制御装置７内にあるモーター回転数検出器から、トルク調節器９にモーター回転数の情報が与えられる。トルク調節器９は、与えられたトルク設定値とモーター１の回転数とから、電磁流体継手３に流すべき電流値を算出し、当該電流値を電磁流体継手３に流す。この制御方法はオープンループ制御であるため、制御精度は悪いが、特別のトルク検出器を必要としないので、機器構成が簡単となる。電磁流体継手３に流すべき電流値を算出する方法としては、トルク設定値とモーター１の回転速度との組み合わせに対する電流値の対応表を持ち、これから求めてもよいし、電流値を、トルク設定値とモーター１の回転速度との関数として持ち、これから計算して求めてもよい。電磁流体継手３と負荷２の間に、動力伝達系が介在し、それらによりトルク損失がある場合は、電磁流体継手３の出力するトルクの目標値を、これらのトルク損失を見込んだものとすることはいうまでもない。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態の第４の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。図５において、１０は固定端、１１は第２の電磁流体継手、１２は制動制御装置である。図５に示す実施の形態は、これらが設けられている他は図４に示した実施の形態と構成的には同じであるので、異なる部分のみを説明する。
【００４０】
図５における実施の形態においては、モーター軸が第２の電磁流体継手１１を介して固定端１０に結合されている。そして、制御装置内に制動制御装置１２が設けられ、その出力が第２の電磁流体継手１２に与えられると共に、トルク制御装置９にも与えられている。第２の電磁流体継手１１は、負荷２及びモーター１に制動をかけるときに用いられる。
【００４１】
すなわち、制動をかけないときは、制動制御装置１２から第２の電磁流体継手１１に与えられる電流は０となっており、第２の電磁流体継手１１は、ほとんどトルクを伝達せず、モーター１及び負荷３はフリーになっている。負荷２及びモーター１に制動をかけるときは、制動制御装置１２は、十分大きな電流を第２の電磁流体継手１１に流す。すると、第２の電磁流体継手１１がトルクを伝達するようになり、モーター１が固定端１０に拘束されて制動がかかる。制動の強さは、第２の電磁流体継手１１に流す電流によって調節することができる。
【００４２】
モーター１と共に、負荷２にも制動をかけたいときは、制動制御装置１２が、トルク制御装置９に指令を与え、電磁流体継手３にも十分大きな電流を流す。これにより、負荷２は、２つの電磁流体継手３、１１を介して固定端１０に拘束され、制動がかけられる。特に、負荷２を停止状態に保っておきたい場合には、このような方法を採用することにより目的を達成することができる。
【００４３】
なお、このように、第２の電磁流体継手を介してモーター軸を固定端に結合することにより制動を与えることは、たとえば図１に示した速度制御装置、図３に示したトルク制御装置のような制御系においても適用が可能であることはいうまでもない。
【００４４】
以上の説明においては、回転数調節器６、トルク調節器９、モーター制御装置７を単体機器のとして説明してきたが、これらは制御装置５を構成するマイクロコンピュータの機能の一部として実現してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明においては、被駆動物体の速度を速度検出器で検出し、速度調節器が、この速度を設定速度に一致させるように、電磁流体継手に流す電流を調節するようにしているので、被駆動物の目標速度が小さく、トルクが大きい場合でも、被駆動物体の速度を目標値に保つことができる。
【００４６】
請求項２に係る発明においては、モーターの回転数を検出し、それに応じて速度調節器のゲインを変化させているので、モーターの回転数が変化する場合であっても、速度制御のループゲインがあまり変化しないようにすることができ、安定な速度制御を行うことができる。
【００４７】
請求項３に係る発明においては、モーター自身の回転数制御が安定である高回転数域では、モーターの回転数制御によって被駆動物体の速度制御を行い、モーター自身の回転数制御が不安定になったり必要なトルクが得られなくなる低速回転域に入る場合には、モーター自身の回転数は、この回転数域以上の一定回転数としておき、前記速度調節器により被駆動物体の速度制御を行うので、エネルギー効率のよい制御が実現できる。
【００４８】
請求項４に係る発明においては、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合されているので、第２の電磁流体継手に流す電流に応じた制動を、モーターに与えることができる。
【００４９】
請求項５に係る発明においては、被駆動物体に与えられるトルクをトルク検出器で検出し、トルク調節器が、このトルクをトルク設定値に一致させるように、電磁流体継手に流す電流を調節するので、被駆動物の目標速度が小さく、トルクが大きい場合でも、被駆動物体のトルクを目標値に保つことができる。
【００５０】
請求項６に係る発明においては、モーターの回転数を検出し、それに応じてトルク調節器のゲインを変化させているので、モーターの回転数が変化する場合であっても、トルク制御のループゲインがあまり変化しないようにすることができ、安定な速度制御を行うことができる。
【００５１】
請求項７に係る発明においては、トルク調節器は、検出されたモーターの回転数と被駆動物体にモーターから与えられるトルクの設定値とを入力とし、これらの関係を利用して電磁流体継手に流す電流を調節しているので、トルク検出器が不要となる。
【００５２】
請求項８に係る発明においては、モーター軸が、第２の電磁流体継手を介して固定物に直接又は間接的に結合されているので、第２の電磁流体継手に流す電流に応じた制動を、モーターに与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である被駆動物体の速度制御装置を示す概略ブロック図である。
【図２】電磁流体継手に加えられる電流値と電磁流体継手の出力トルクの関係の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態の第３の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態の第４の例である被駆動物体のトルク制御装置を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１…モーター
２…負荷
３…電磁流体継手
４…パルスジェネレーター
５…制御装置
６…回転数調節器
７…モーター制御装置
８…トルク検出器
９…トルク調節器
１０…固定端
１１…第２の電磁流体継手
１２…制動制御装置
【図１】
0003861211.tif 000002
【図２】
0003861211.tif 000003
【図３】
0003861211.tif 000004
【図４】
0003861211.tif 000005
【図５】
0003861211.tif 000006