CN112398285A - 电动致动器、控制方法以及载荷传感器单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动致动器、控制方法以及载荷传感器单元，以使用了通用马达的简单的结构实现多功能。电动致动器具备：载荷传感器，其设置于通过作为通用马达的驱动马达而旋转的滚珠丝杆或梯形丝杆，输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号；以及控制单元，其输入从该载荷传感器输出的信号，所述控制单元根据所述信号确定载荷检测值，基于所确定的载荷检测值与所存储的阈值的比较，向所述驱动马达的驱动电路输出控制信号。

Description

电动致动器、控制方法以及载荷传感器单元

技术领域

本发明涉及以简单的结构实现多功能的电动致动器、电动致动器的控制方法以及载荷传感器单元。

背景技术

将马达的旋转转换成直线运动而进行驱动的电动致动器应用于输送工件的电动滑块、臂机构的升降、盖或门的开闭、设备的倾动、冲压加工、挤出机所使用的电动缸等多种应用。电动致动器在杆或滑块碰到障碍物而无法移动的情况下或被过度加压的情况下，在包括马达在内的各部位发生故障。

需要进行控制，以便在过度地施加妨碍直线运动的载荷的情况下紧急停止或释放。在专利文献1中公开了在电动缸的突出端设置载荷检测器，使用从载荷检测器输出的载荷检测信号来控制伺服马达的发明。在专利文献2中公开了使用步进马达，根据向步进马达输入的电流值来检测过负载状态，在成为了过负载状态的情况下执行中止电力供给而使其停止等的控制。在专利文献3中公开了在使动臂升降的电动缸中，在成为过负载的情况下使制动器滑动而释放的控制。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2012-006048号公报

【专利文献2】日本特开2014-128082号公报

【专利文献3】日本特开2013-224216号公报

发明内容

电动致动器应用于多种应用，有时需要多个。伺服马达如果为高精度，则特别是在与通用马达相比时价格非常高。筛选出能够进行使用了伺服马达的控制的电动致动器的用途。希望实现不需要伺服马达而能够发挥多种功能的致动器。

本发明目的在于提供一种以简单的结构实现多功能的电动致动器、控制方法以及载荷传感器单元。

本公开的一实施方式的电动致动器具备：载荷传感器，其设置于通过驱动马达而旋转的滚珠丝杆或梯形丝杆，输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号；控制单元，其输入从该载荷传感器输出的信号，所述控制单元根据所述信号确定载荷检测值，基于所确定的载荷检测值与所存储的阈值的比较，向所述驱动马达的驱动电路输出控制信号。

本公开的一实施方式的电动致动器的控制方法为，使用设置于通过驱动马达而旋转的电动致动器的滚珠丝杆或梯形丝杆，输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号的载荷传感器，根据所述信号确定载荷检测值，基于所确定的载荷检测值与所存储的阈值的比较，向所述驱动马达的驱动电路输出控制信号。

在本公开的电动致动器中，能够进行使用了相当于沿着滚珠丝杆或梯形丝杆的轴向施加的推入的力或拉出的力的轴向的载荷的检测值的控制。即便驱动马达不使用伺服马达而使用通用马达，也能够进行与载荷相应的制动、释放、加减速等。

本公开的一实施方式的电动致动器可以为，所述载荷传感器相对于所述滚珠丝杆或梯形丝杆沿着轴向设置一对。

在本公开的电动致动器中，一对载荷传感器沿着滚珠丝杆或梯形丝杆的轴向以对置的方式设置，由此能够消除对滚珠丝杆或梯形丝杆进行支承的轴承中的预压，能够区分推拉的方向地检测载荷。

本公开的一实施方式的电动致动器向所述驱动马达、所述丝杠轴或螺母、或者固定于该丝杠轴或螺母的构件的制动机构输出基于所述载荷检测值与所存储的阈值的比较的控制信号。

在本公开的电动致动器中，在使用制动机构的情况下，能够使用载荷检测值进行制动器的控制。在载荷变得过大的情况下，能够施加制动或进行释放控制而发挥电动致动器的保护功能。

在本公开的一实施方式的电动致动器中，所述驱动电路具备使所述驱动马达加减速的逆变器，所述控制单元基于所述载荷检测值与所存储的阈值的比较，向所述驱动电路输出指示所述驱动马达的加减速的信号。

在本公开的电动致动器中，通过使用与驱动马达对应的逆变器，能够使用载荷检测值进行加减速。能够进行在载荷成为规定值的情况下减速而推入或者在载荷减小的情况下加速这样的逆变器控制。

在本公开的一实施方式的电动致动器中，所述驱动电路具备检测向所述驱动马达的电力值的电力检测器，所述控制单元基于所述载荷检测值与所存储的阈值的比较结果以及从所述电力检测器取得的电力值与所存储的其他的阈值的比较结果，诊断该电动致动器的内部以及外部的任一处的异常的有无。

在本公开的电动致动器中，通过使用与驱动马达中的负载对应的电力检测器，尽管载荷检测值恒定而向滚珠丝杆或梯形丝杆施加的载荷在正常范围内，但是在驱动马达的负载大的情况下也能够诊断为存在发生内部损伤的可能性。反之，在载荷检测值、驱动马达的负载都过大的情况下，能够判别施加制动等的内外的负载状况进行诊断。

在本公开的一实施方式的电动致动器中，所述控制单元基于所述载荷检测值的时间分布，诊断该电动致动器的内部以及外部的任一处的异常的有无。

在本公开的电动致动器中，不是仅通过一个时刻的载荷检测值来判断，能够进行与其变动、即时间分布相应的控制。将电动致动器沿着铅垂方向布局，在抬起工件或使臂立起的情况下，载荷检测值增大是正常的。能够发挥基于载荷检测值的变动的准确的诊断功能。

在本公开的一实施方式的电动致动器中，所述控制单元预先存储有使所述驱动马达工作的情况下的所述载荷检测值的时间分布，每当所述驱动马达工作时，基于在工作中对来自载荷传感器的信号进行采样而确定的载荷检测值的时间分布与预先存储的载荷检测值的时间分布的比较，来诊断所述异常。

在本公开的电动致动器中，在进行基于载荷检测值的时间分布的判断的情况下，以实际使用电动致动器的布局存储正常的载荷检测值的时间分布，根据将之后以同一布局动作时的载荷检测值的时间分布与所存储的时间分布进行了比较的结果来控制。能够发挥与实际的电动致动器的布局相应的准确的诊断功能。

本公开的一实施方式的载荷传感器单元与设置于通过电动致动器的驱动马达而旋转的滚珠丝杆或梯形丝杆，输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号的载荷传感器连接，所述载荷传感器单元具备：对来自所述载荷传感器的信号进行采样而确定载荷检测值的机构；将所确定的载荷检测值输出的机构；取得向所述驱动马达的电力值的机构；基于所述载荷检测值以及所述电力值进行诊断的机构；输出诊断结果的机构。

本公开的载荷传感器单元在安装于电动致动器的情况下，能够进行基于载荷检测值恒定而向滚珠丝杆或梯形丝杆施加的载荷的电动致动器的状态的诊断。在载荷传感器单元中，也能够使用来自单元外的驱动马达的电力检测器的电力值判别内外的负载状况地诊断。

发明效果

根据本公开，在使用了驱动马达和滚珠丝杆或梯形丝杆的电动致动器中，对于驱动马达以及其他的电动致动器的机构，能够进行与沿着滚珠丝杆或梯形丝杆的轴向施加的载荷相应的控制。即使是以往需要伺服马达的控制，通过沿着轴向具备一对载荷传感器并使用从它们得到的检测值也能够实现。

附图说明

图1是实施方式1的电动致动器的一例的示意图。

图2是控制单元的框图。

图3是表示控制单元的保护功能涉及的处理步骤的一例的流程图。

图4是实施方式1的电动致动器的保护功能的概要图。

图5是发挥追加功能的电动致动器的控制单元的框图。

图6是表示控制单元的逆变器控制功能的处理步骤的一例的流程图。

图7是实施方式3的发挥追加功能的电动致动器的控制单元的框图。

图8是表示控制单元的诊断功能的处理步骤的一例的流程图。

图9是表示电动致动器的使用例的概要图。

图10是表示与图9的概要图对应的载荷检测值的时间分布的曲线图。

图11是表示学习正常时的载荷检测值的处理步骤的一例的流程图。

图12是表示实施方式4的控制单元的诊断功能涉及的处理步骤的一例的流程图。

图13是载荷检测值成为异常的情况下的曲线图。

图14是表示学习模型的内容例的图。

图15是表示学习模型的另一内容例的图。

图16是实施方式5的电动致动器的例子的示意图。

图17是实施方式6的载荷传感器单元的示意图。

图18是表示载荷传感器单元的检査处理步骤的一例的流程图。

符号说明

1、3：电动致动器；5：载荷传感器单元；11、31：驱动马达；13、33：丝杠轴；15、35：螺母；16：杆；17a、17b、37a、37b、51a、51b：载荷传感器；18、38、88：外筒；2、4：控制单元；20、50：控制部；21：存储部；22：输入输出部；2P：控制程序；8：电动缸。

具体实施方式

关于本公开，参照表示其实施方式的附图进行具体说明。

(实施方式1)

图1是实施方式1的电动致动器1的一例的示意图。实施方式1的电动致动器1具有杆16，杆16使用滚珠丝杆，安装于通过驱动马达11而旋转的丝杠轴13并固定于沿着轴向移动的螺母15。

电动致动器1的驱动马达11不是伺服马达而是通用马达。需要说明的是，并未排除使用伺服马达作为驱动马达11的情况。在具有与驱动马达11的旋转轴平行的轴而并列设置的丝杠轴13的一端，为了对驱动马达11的旋转进行传动而设置有包括滑轮、传送带或齿轮等的传动部12。丝杠轴13的一端侧以与驱动马达11并列设置的方式由一对轴承14a、14b进行轴支承。轴承14a、14b例如为圆锥滚子轴承。轴承14a、14b被定位于电动致动器1的外筒18。

丝杠轴13具有与轴承14a、14b的外侧的面抵接的凸缘部，相对于在外筒18固定的轴承14a、14b在轴向上被定位。轴承14a、14b的内圈与丝杠轴13一起旋转。

在丝杠轴13的另一端侧经由滚珠保持架嵌入有螺母15。由此，通过驱动马达11的旋转而螺母15以及固定于螺母15的杆16沿着轴向移动。

在一对轴承14a、14b的内侧，沿着丝杠轴13的轴向成对地设置有环状的载荷传感器17a、17b。载荷传感器17a、17b是负载传感器。

向丝杠轴13施加的轴向的载荷作为轴载荷向轴承14a、14b的外侧的面传递，以与轴承14a、14b的所述外侧的面的相反面抵接的方式设置的载荷传感器17a、17b输出与向该轴承14a、14b施加的轴载荷对应的信号电平的信号。

作为圆锥滚子轴承的轴承14a、14b以对置的方式设置。向一端侧的轴承14a施加相当于拉出丝杠轴13的力的载荷，向螺母15侧的轴承14b施加相当于推入丝杠轴13的力的载荷。从与轴承14a抵接设置的载荷传感器17a输出将丝杠轴13拉出的方向的轴载荷，从与轴承14b抵接设置的载荷传感器17b输出将丝杠轴13推入的方向的载荷。载荷传感器17a、17b可以单独使用任一方，但是通过设置一对，能够进行预压的消除，也容易区分载荷的方向。

载荷传感器17a、17b经由信号线与控制单元2连接。由此，从载荷传感器17a、17b向控制单元2输出与推拉丝杠轴13的轴载荷对应的信号。控制单元2相对于对设置有载荷传感器17a、17b的轴承14a、14b进行定位的外筒18被固定。因此，载荷传感器17a、17b与控制单元2之间的相对位置不变化，信号线可以利用尽可能短的信号线，也不存在断线的可能性。假设在杆16的前端设置载荷传感器并将控制单元固定于外筒18的情况下，载荷传感器与控制单元之间的距离伸缩，因此需要加长包含信号线的线缆。在加长线缆的情况下，有可能线缆卷缠在一起或因反复弯曲伸长而导致信号线断线。

控制单元2是微型控制器，与载荷传感器17a、17b和驱动马达11的驱动电路110连接。图2是控制单元2的框图。控制单元2具备控制部20、存储部21以及输入输出部22。

控制部20包括CPU(Central Processing Unit)、内置的ROM(Read Only Memory)或RAM(Random Access Memory)的存储器、时钟等，对控制单元2的构成部进行控制。控制部20基于内置的ROM或存储部21中存储的控制程序2P，执行与后述的保护功能对应的处理。

存储部21使用闪存器等非易失性存储介质，能够改写地存储有从控制部20写入的信息或者控制部20读出的信息。存储部21存储控制部20参照的设定信息，并存储与从载荷传感器17a、17b输出的载荷相关的信息。存储部21可以是控制部20所包含的存储器。

输入输出部22是微型控制器的输入输出接口。输入输出部22分别输入从载荷传感器17a、17b输出的信号，并向驱动马达11的驱动电路110输出指示信号。输入输出部22与电动致动器1的制动机构19连接，将制动信号向制动机构19输出。输入输出部22可以具有A/D转换功能。

这样构成的电动致动器1能够通过控制单元2而在丝杠轴13的轴载荷变得过大的情况下发挥保护功能。具体而言，控制单元2在起动中始终如以下所示，监视轴载荷的大小，在施加有过度的载荷的情况下通过制动机构19施加制动或释放制动机构19。

图3是表示控制单元2的保护功能涉及的处理步骤的一例的流程图。控制单元2的控制部20基于存储部21中存储的控制程序2P，在起动中持续反复执行图3的流程图所示的处理步骤。

控制部20根据从载荷传感器17a、17b输出的信号对轴载荷进行采样(步骤S101)。控制部20对从载荷传感器17a、17b分别采样的信号值执行规定的运算，确定为载荷检测值(步骤S102)。步骤S102中的规定的运算例如可以根据载荷传感器17a、17b的设置方向进行减法运算或加法运算，也可以计算绝对值。优选消除轴承14a、14b的预压成分。

控制部20判断是否为过载荷且处于释放中的状态(步骤S103)。在判断为不处于释放中的状态的情况下(S103：否)，控制部20判断载荷检测值是否处于超过第一阈值而增加中的监视中状态(步骤S104)。第一阈值以及后述的第二、第三阈值包含于存储部21中存储的设定信息。

在步骤S104中判断为不处于监视中状态的情况下(S104：否)，控制部20判断在步骤S102中确定的载荷检测值是否在正常范围内(步骤S105)。在步骤S105中，控制部20判断载荷检测值是否为第一阈值以下。

在步骤S105中判断为在正常范围内的情况下(S105：是)，控制部20直接结束处理。在该情况下，控制部20在规定的等待时间后再次从S101开始执行处理。在载荷检测值在正常范围内的期间，控制部20反复执行步骤S101-S105的处理。

在步骤S105中判断为不在正常范围内(超过第一阈值)的情况下(S105：否)，控制部20经由输入输出部22向驱动电路110输出使驱动马达11停止的指示信号和向制动机构19输出使制动器工作的指示(步骤S106)。控制部20根据之后的载荷检测值如何进行控制，因此使处理返回步骤S101。

控制部20在载荷检测值暂时超过了第一阈值的情况下，再次判断为相对于在步骤S102中确定的载荷检测值处于监视中状态(S104：是)，判断载荷检测值是否在未释放的监视范围内(步骤S107)。在步骤S107中，控制部20判断载荷检测值是否超过比第一阈值高的第二阈值。

在判断为在监视范围内的情况下(S107：是)，控制部20使处理返回步骤S101。

在载荷检测值上升的过程中，多次在步骤S104中处于监视中状态(S104：是)，在判断为在监视范围内之后(S107：是)，进一步判断为在下一时刻确定的载荷检测值超过第二阈值且在监视范围外(S107：否)。在该情况下，如果处于制动器进一步工作的状态，则包括杆16在内的缸整体危险，因此，控制部20向制动机构19输出使制动器释放的指示(释放指示)(步骤S108)，使处理返回步骤S101。

在步骤S108中，控制部20将释放指示作为制动器的释放进行了指示，但是并不限定于此。控制部20也可以以使制动器反转并使驱动马达11反向旋转的方式进行控制。

控制部20之后在步骤S103中判断为处于释放中(S103：是)，判断通过释放而载荷检测值是否处于即便使制动器恢复也不会损伤的制动恢复范围(步骤S109)。在步骤S109中，控制部20判断载荷检测值是否为比第一阈值高且比第二阈值低的第三阈值以下。

在步骤S109中判断为载荷检测值未处于制动恢复范围的情况下(S109：否)，控制部20判断杆16(螺母15)的行程是否达到上限或下限(步骤S110)。在步骤S110中，例如，电动致动器1在丝杠轴13以及螺母15之间具备在达到上限或下限的情况下输出信号的限位开关，控制部20根据来自限位开关的输出判断是否达到上限或下限。电动致动器1可以在驱动马达11的输出端安装编码器，控制部20对来自编码器的脉冲输出进行计数来确定螺母15在丝杠轴13上的位置，判断是否达到上限或下限、或者比上限或下限稍微靠前的位置。

在步骤S110中判断为行程未达到上限或下限的情况下(S110：否)，控制部20使处理返回步骤S101。

在步骤S109中判断为处于制动恢复范围的情况下(S109：是)，控制部20向制动机构19发送使制动器工作的指示(步骤S111)，结束处理。由此，在通过释放而载荷检测值处于从第一阈值至第二阈值之间的范围后，制动器发挥功能，杆16停止。

在步骤S110中判断为处于制动恢复范围外且杆16(螺母15)的行程达到上限或下限的情况下(S110：是)，控制部20使电动致动器1停止(步骤S112)，结束处理。这是为了进行保护以免过度施加载荷。

图4是实施方式1的电动致动器1的保护功能的概要图。图4的概要图示出表示载荷检测值的时间经过的曲线图和与曲线图对应的控制内容。曲线图的横轴表示时间经过，曲线图的纵轴表示载荷检测值的大小。纵轴示出第一～第三阈值的标准。

在使驱动马达11动作后的时间t1的时刻，例如在冲压加工中杆16的前端碰到工件而载荷检测值成为第一阈值以上时，通过控制部20的控制，制动器工作而使驱动马达11停止(S106)。之后，在时间t2的时刻，在即使这样而载荷检测值仍然达到第二阈值以上的情况下，通过控制部20的控制将制动器释放(S108)。在通过制动器的释放而在时间t3的时刻载荷检测值返回到第三阈值以下时，通过控制部20的控制，制动器再次工作(S111)。

以往，使用在步骤S中的到杆16的前端为止的行程的上限或下限跟前成为ON的限位开关，进行了根据来自限位开关的输出而减速或停止来进行保护等的控制。在以往的控制中，即使在上限或下限跟前制动机构19仍工作的情况下，载荷变得过大，杆16有可能损伤。如图4那样，通过成对地设置载荷传感器17a、17b的简单的结构，能够实现与使用了伺服马达的保护功能同样的功能。

这样，利用载荷传感器17a、17b输出轴载荷的情况，控制单元2除了上述的保护功能之外，也能够实现以下说明的实施方式2～4那样的追加功能。

(实施方式2)

图5是发挥追加功能的电动致动器1的控制单元2的框图。在实施方式2中，驱动电路110包括逆变器111。包括逆变器111这点以及逆变器控制的处理内容以外的结构与实施方式1同样，因此对共同的结构标注同一符号并省略详细的说明。

图6是表示控制单元2的逆变器控制功能涉及的处理步骤的一例的流程图。控制单元2的控制部20基于存储部21中存储的控制程序2P，在选择了特定的动作指示(包含逆变器控制的动作)的情况下，执行以下所示的处理步骤。

控制部20为了使处于初始位置(原始位置)的杆16突出而向驱动电路110输出驱动马达11的工作开始指示(步骤S201)。通过步骤S201工作的驱动马达11的频率可以是初始值。

控制部20根据从载荷传感器17a、17b输出的信号，对轴载荷进行采样(步骤S202)。控制部20对从载荷传感器17a、17b分别采样的信号值执行规定的运算，确定为载荷检测值(步骤S203)。步骤S203中的规定的运算例如根据载荷传感器17a、17b的设置方向进行减法运算或加法运算，也可以计算绝对值。

控制部20判断在步骤S203中确定的载荷检测值是否达到第四阈值(步骤S204)。在判断为未达到第四阈值的情况下(S204：否)，控制部20使处理返回步骤S202。第四阈值包含于存储部21中存储的设定信息。

当杆16的突出端抵碰到工件或者与推压构件接触时，向杆16即丝杠轴13的轴向的载荷增大。在步骤S204中判断为载荷检测值达到第四阈值(S204：是)，在能够判断为突出端与工件或其他的构件接触的情况下，控制部20向驱动电路110的逆变器111指示向规定的速度(频率)减速(步骤S205)。

控制部20对从载荷传感器17a、17b输出的信号进行采样(步骤S206)，确定为载荷检测值(步骤S207)，判断在步骤S207中确定的载荷检测值是否达到比第四阈值高的第五阈值(步骤S208)。在步骤S208中判断为未达到的情况下(S208：否)，控制部20使处理返回步骤S206。

在步骤S208中判断为达到的情况下(S208：是)，能够判断为向工件或推压构件的充分的推压完成，因此控制部20使驱动电路110停止驱动马达11，利用制动机构19使制动器工作(步骤S209)。控制部20向驱动电路110指示以规定的速度(初始值)向初始位置的恢复即反向旋转(步骤S210)。控制部20在经过了规定的时间之后等检测到返回初始位置的跟前的情况时，向驱动电路110的逆变器111指示向规定的速度(频率)减速(步骤S211)。

当检测到螺母15恢复到初始位置时，控制部20使驱动电路110停止驱动马达11，利用制动机构19使制动器工作(步骤S212)，结束处理。

需要说明的是，电动致动器1可以使用检测驱动马达11的旋转的编码器或者检测螺母15的位置的位置传感器，控制单元2更可靠地取得旋转频率或螺母15的位置来进行控制。

通过根据控制的内容来变更初始速度、减速速度、第四阈值以及第五阈值以及次数等，能够实现驱动马达11中的逆变器控制。

由此，电动致动器1不使用伺服马达就能够进行与载荷相应的杆16的伸缩控制。冲压加工机中的推压控制需要在与工件抵接而载荷增大之后进一步推入这样的处理。通过使用实施方式2中的电动致动器1，能够以不使用伺服马达的简单的结构进行逆变器控制。而且，通过使用实施方式2的电动致动器1作为用于门的开闭的电动缸，能够使用作为通用马达的驱动马达11来实现为了防止门与止挡件碰撞而进行减速这样的控制。

(实施方式3)

图7是实施方式3的发挥追加功能的电动致动器1的控制单元2的框图。在实施方式3中，控制单元2利用载荷传感器17a、17b输出轴载荷的情况，发挥使用其对电动致动器1的状态进行诊断的诊断功能。在实施方式3中，控制单元2不仅向驱动电路110输出驱动马达11的控制指示，而且从驱动电路110所包含的检测向驱动马达11的电力的电力检测器112输入表示电力的信号。而且，在实施方式3中，载荷传感器17a、17b内置有热敏电阻171a、171b，控制单元2也输入表示滚珠丝杆的温度的信号。需要说明的是，实施方式3的从热敏电阻171a、171b输出的信号与收纳轴承13a、13b以及载荷传感器17a、17b的托架的温度对应。在存储部21中，除了设定信息之外，还存储有诊断用所参照的诊断用数据。在实施方式3中，为了输出诊断结果，控制单元2具备显示器23。

实施方式3的控制单元2的结构除了驱动电路110包含电力检测器112并发挥使用了电力检测器112的诊断功能作为追加功能这点、将诊断结果向显示器23输出这点以外，与实施方式1同样。因此，对实施方式3的结构中的与实施方式1共同的结构标注同一符号并省略详细的说明。

控制单元2的显示器23使用灯、7段显示器、LED或液晶显示器，根据控制部20的控制使文本或警告灯点亮。

根据能够从电力检测器112取得的向驱动马达11的电力量，能够检测对驱动马达11施加的负载。因此，在实施方式3中，能够使用由电力检测器112检测的电力量，判别是处于负载施加于电动致动器1整体的状态还是处于负载仅施加于驱动马达11或丝杠轴13的状态等来进行处理。

图8是表示控制单元2的诊断功能涉及的处理步骤的一例的流程图。控制单元2的控制部20基于存储部21中存储的控制程序2P，在任意的控制实施中执行以下的处理。

控制部20开始控制(步骤S301)，在通过驱动马达11使螺母15相对于丝杠轴13移动的期间，根据从载荷传感器17a、17b输出的信号，对轴载荷进行采样(步骤S302)。控制部20对从载荷传感器17a、17b分别采样的信号值执行规定的运算，确认为载荷检测值(步骤S303)。步骤S303中的规定的运算例如可以根据载荷传感器17a、17b的设置的方向进行减法运算或加法运算，也可以计算绝对值。

控制部20从驱动电路110的电力检测器112取得向驱动马达11的电力值(步骤S304)。控制部20从载荷传感器17a、17b的热敏电阻171a、171b取得温度(步骤S305)。所取得的温度相当于轴承14a、14b的温度。

控制部20将载荷检测值与电力值进行比较(步骤S306)，判断驱动效率是否存在异常(步骤S307)。在步骤S307中，具体而言，控制部20基于预先在存储部21中作为诊断用数据存储的条件，判断是否处于电力值相对于载荷异常地高或者尽管载荷大但是电力值异常地低的状态。

在判断为驱动效率不存在异常的情况下(S307：否)，控制部20使处理进入步骤S308。

控制部20判断控制是否结束(步骤S308)。在判断为控制尚未结束的情况下(S308：否)，控制部20继续进行与控制相关的处理(步骤S309)，使处理返回步骤S302

在步骤S308中判断为控制结束的情况下(S308：是)，控制部20结束处理。

在步骤S307中判断为驱动效率存在异常的情况下(S307：是)，控制部20向显示器23输出表示在电动致动器1的内部检测到损伤等异常的意思的警告(步骤S310)。控制部20在存储部21中作为日志而存储所确定的载荷检测值以及所取得的电力值(步骤S311)，使控制结束(步骤S312)，结束处理。

在判断为驱动效率存在异常的情况下(S307：是)，控制部20有可能基于在步骤S305中取得的温度能够判别预压量或润滑剂是否存在异常等的内部的异常的原因。

图8的流程图所示的处理步骤中的控制的内容可以为，驱动电路110具有逆变器111，包含实施方式2所示的逆变器控制。

在图8的流程图中，在判断为步骤异常而停止的情况下，向显示器23输出警告，但是并不限定于此，也可以代替显示器23而使用通信设备，向外部通信输出警告。

电动致动器1的使用者通过在用于执行所希望的控制的程序中编入图8的流程图所示的处理步骤的诊断功能，从而在所希望的控制中容易区分是电动致动器1侧的异常还是其他的部分的异常。将在存储部21中作为日志存储的数据作为维护信息提交给电动致动器1的制造者，从而能够在将电动致动器1自身送给制造者并委托维护之前进行简单的诊断。在控制单元2包含能够朝向制造者的网络进行通信的通信设备的情况下，也可以由制造者自动地诊断诊断内容。

(实施方式4)

诊断功能不仅能够通过实施方式3的图8的流程图所示那样的驱动马达11的电力与施加于丝杠轴13的载荷的比较来实现，而且能够如以下那样通过是否进行使载荷检测值正常的变动来实现。实施方式4的控制单元2的结构除了诊断功能的详细内容以外，与实施方式1以及3同样。因此，对实施方式4的结构中的与实施方式1以及3同样的结构标注同一符号并省略详细的说明。

图9是表示电动致动器1的使用例的概要图，图10是表示与图9的概要图对应的载荷检测值的时间分布的曲线图。在图9的概要图中，作为电动缸的电动致动器1以杆16成为铅垂方向下方的方式被轴支承，沿着铅垂方向伸缩，以将该伸缩通过图9所示以支点为基准的连杆机构7转换成在臂71的前端轴支承的笼72的摆动的方式使用。图9的左部示出在动作开始时刻t0笼72存在于下端的状态，图9的右部示出在从动作开始起的经过时间t1笼72旋转上升90度而存在于上端的状态。

在图10的曲线图中，横轴表示时间经过，纵轴表示载荷检测值的大小。动作开始时刻t0以及时刻t1对应于图9所示的笼72的状态。在图10中，实线所示的曲线图表示通过后述的处理记录的正常时的载荷检测值。在图10中，虚线所示的曲线图是正常范围的上限以及下限，通过阴影表示正常范围。

在如图9那样使用电动致动器1的情况下，如图10所示，随着从动作开始时刻t0起杆16突出并通过连杆机构7而前端的部分上升，即使在没有任何障碍的情况下，施加于杆16的载荷也增大。这样，在电动致动器1以轴向沿着铅垂方向那样的方向使用的情况下，特别是即使在正常的范围内，载荷检测值也大地变动。

因此，在诊断功能中，预先存储正常的动作中的载荷检测值的变动，进行诊断。图11是表示学习正常时的载荷检测值的处理步骤的一例的流程图。控制单元2的控制部20当接收到正常时的学习开始指示时，开始以下的处理。学习开始指示通过设置于控制单元2的特定的按钮按下或者通过从外部经由通信介质的指示来接收。例如可以在使用电动致动器1的环境下组装到装置的状态下，在开始实际运转之前执行学习开始指示。而且，可以每月一次、一周一次等，在确认到正常动作的状态下定期执行。

控制部20开始计时(步骤S401)，使电动致动器1的控制程序2P中包含的规定的控制、例如经由连杆机构7使零件升降的1个周期量的动作开始(步骤S402)。

控制部20在动作中，根据从载荷传感器17a、17b输出的信号，对轴载荷进行采样(步骤S403)。控制部20对从载荷传感器17a、17b分别采样的信号值执行规定的运算，确认为载荷检测值(步骤S404)。

控制部20将所确定的载荷检测值与经过时间建立对应地存储于存储部21(步骤S405)，判断控制是否结束(步骤S406)。在判断为控制未结束的情况下(S406：否)，控制部20继续进行与控制相关的处理(步骤S407)，使处理返回步骤S403。

在步骤S406中判断为控制结束的情况下(S406：是)，控制部20结束计时(步骤S408)，结束处理。

通过图11的流程图，将图10所示的曲线图的代表点或近似函数存储于存储部21。控制单元2的控制部20使用其如以下那样实现诊断功能。图12是表示实施方式4的控制单元2的诊断功能涉及的处理步骤的一例的流程图。

控制部20当与图10所示那样的曲线图对应的控制开始时，执行以下的处理。控制部20读出存储部21中存储的诊断用数据所包含的正常时的载荷检测值的时间分布(步骤S501)，开始计时(步骤S502)。

控制部20在动作中，根据从载荷传感器17a、17b输出的信号，对轴载荷进行采样(步骤S503)，对从载荷传感器17a、17b分别采样的信号值执行规定的运算，确认为载荷检测值(步骤S504)。

控制部20在步骤S501中读出的时间分布中，参照与在步骤S502中开始计测的经过时间对应的载荷检测值(步骤S505)。控制部20判断在步骤S504中确定的载荷检测值是否处于以参照的载荷检测值为基准的正常范围内(步骤S506)。在步骤S506中，控制部20判断是否进入图10的曲线图中的同一经过时间及其前后的规定时间的载荷检测值的下限以及上限的范围内。

在步骤S506中判断为处于正常范围内的情况下(S506：是)，控制部20判断控制是否结束(步骤S507)。在判断为控制未结束的情况下(S507：否)，控制部20继续进行控制(步骤S508)，使处理返回步骤S503。

在判断为控制结束的情况下(S507：是)，控制部20结束计时(步骤S509)，结束处理。

在步骤S506中判断为处于正常范围外的情况下(S506：否)，控制部20向显示器23输出表示在电动致动器1的动作中检测到异常的意思的警告(步骤S510)。控制部20在存储部21中作为日志而存储所确定的载荷检测值以及电力值(步骤S511)，使控制结束(步骤S512)，结束处理。

也可以在步骤S506中判断是否处于正常范围内的同时，从实施方式3所示的检测向驱动马达11的电力的电力检测器112取得电力值，区分诊断是因内部的损伤引起的异常还是外部的异常。

图13是载荷检测值成为异常时的曲线图。图13上部的横轴以及纵轴与图10同样。如图13所示，在时刻tE，例如在笼72卡挂有障碍物而妨碍上升的情况下，载荷检测值超过正常范围而变得过大，电动致动器1停止控制。

图12的流程图的处理只不过为一例。在图12的流程图所示的处理步骤中，对于与经过时间对应的载荷检测值分别判断是否处于正常范围内，但是并不限定于此，也可以在控制结束之前与图11的学习时的流程图同样地取得载荷检测值的分布，在载荷检测值的时间分布彼此之间进行比较，判断是否正常。

基于载荷检测值的电动致动器1自身以及包含电动致动器1作为部件的装置的异常诊断可以使用从载荷传感器17a、17b输出的信号而通过其他的方法实现。例如，在被输入了载荷检测值的情况下，也可以使用通过深层学习生成的学习模型进行诊断，以输出异常的准确度。

图14是表示学习模型2M的内容例的图。图14的学习模型2M在被输入了载荷检测值的情况下，输出异常的准确度。学习模型2M是针对按时间序列输入载荷检测值的循环神经网络，将已知是否异常的载荷检测值的时间序列数据作为示教数据，以高精度地输出异常的准确度的方式学习而生成的。优选按照电动致动器1的动作、是铅垂方向推拉的类型、还是沿着水平方向推拉的类型、又或是用于冲压加工的电动致动器1等的、电动致动器1的各应用来学习。图14的学习模型2M可以除了载荷检测值之外，还输入能够从电力检测器112取得的电力值，以输出异常的种类(电动致动器1的内部损伤、对杆16的过载荷)以及各个异常的准确度的方式生成。

图15是表示学习模型2M的另一内容例的图。图15的学习模型2M在被输入将载荷检测值的时间分布的曲线图进行了图像化的图像数据的情况下，以输出异常部位或异常原因的辨别信息以及准确度的方式学习。学习模型2M针对输出图像数据的特征量的卷积神经网络，将已知异常部位或异常的原因的图像数据作为示教数据来学习。图15的学习模型2M在被输入了图13所示的时间分布的曲线图的图像数据的情况下，将障碍物引起的阻碍、电动致动器1等的位置偏移、连杆机构7的异常等原因中的与障碍物引起的阻碍对应的辨别信息的准确度最高地输出。在图15的学习模型2M的情况下，也可以除了载荷检测值之外，还输入将能够从电力检测器112取得的电力值的时间分布的曲线图进行了图像化的图像数据，以输出能够确定哪个部位异常的信息的方式学习。

在实施方式1～4中，说明了电动致动器1是相对于定位在外筒18的丝杠轴13沿着轴向推拉螺母15的电动缸的情况。然而，使用载荷传感器17a、17b的电动致动器1也可以通过其他的方式实施。

(实施方式5)

图16是实施方式5的电动致动器3的例子的示意图。实施方式5的电动致动器3是使用滚珠丝杆的电动缸，丝杠轴33相对于以通过驱动马达31旋转的方式固定于外筒38的螺母35沿着轴向移动。需要说明的是，电动致动器3并不限定于滚珠丝杆，也可以使用梯形丝杆。

在实施方式5中，在作为通用马达的驱动马达31的输出端安装有作为蜗轮的传动部32。传动部32使具有与驱动马达31的旋转轴正交的旋转轴的螺母35旋转。螺母35相对于大致有底圆筒状的外筒38经由沿着轴向成对地配置的轴承34a、34b以及环状的载荷传感器37a、37b在轴向上定位。轴承34a、34b的内圈与螺母35一起旋转。

在螺母35经由滚珠嵌入有丝杠轴33。由此，当通过驱动马达31的旋转而螺母35旋转时，丝杠轴33相对于外筒38沿着轴向移动。

如图16所示，载荷传感器37a、37b设置在外筒38的底部与轴承34a、34b之间。载荷传感器37a、37b是负载传感器。从丝杠轴33施加于螺母35的轴向的载荷作为轴载荷向轴承34a、34b的内侧的面传递。夹设在轴承34a、34b和外筒38的与轴向垂直的底面之间的载荷传感器37a、37b输出与施加于该轴承34a、34b的轴载荷对应的信号电平的信号。

从设置在丝杠轴33的前端侧的载荷传感器37a向拉出丝杠轴33的方向输出轴承34a承受的轴载荷。从设置在丝杠轴33的另一端的载荷传感器37b向推入丝杠轴33的方向输出轴承34b承受的轴载荷。

载荷传感器37a、37b经由信号线与控制单元4连接。由此，从载荷传感器37a、37b向控制单元4输出与推拉丝杠轴33的轴载荷对应的信号。

控制单元4是微型控制器，与载荷传感器37a、37b以及驱动马达31的驱动电路连接，具备使用了CPU的控制部、存储部、输入输出部，对电动致动器3进行控制。

在实施方式5的电动致动器3中，也能够适用实施方式1～4所示的控制。电动致动器3也通过控制单元4，在丝杠轴33的轴载荷变得过大的情况下发挥保护功能，通过制动机构使制动器工作或释放。电动致动器3在驱动马达31的驱动电路具备逆变器，能够进行与轴载荷相应的减速、推入控制。进而，电动致动器3通过使用驱动马达31的电力检测器，能够发挥区别诊断电动致动器3的内部损伤与外部的异常的诊断功能。电动致动器3还能够学习载荷检测值的时间分布，在异常的载荷检测值的变动一致的情况下对其进行检测。

(实施方式6)

在实施方式1～5所示的电动致动器1(3)中，载荷传感器17a、17b(37a、37b)组装到外筒18(38)内侧进行使用。通过在作为通用马达的驱动马达组合载荷传感器而发挥上述那样的多个功能，因此能够将两个载荷传感器作为能够安装于与直线运动相关的部分的载荷传感器单元来实现。

图17是实施方式6的载荷传感器单元5的示意图。载荷传感器单元5包括环状的载荷传感器51a、51b、与载荷传感器51a、51b连接的控制部50、以及壳体52。

在图17的例子中，在杆86从驱动马达81和轴与驱动马达81平行地配置的外筒88伸缩的电动缸8的杆86的前端部，沿着杆86的轴向安装载荷传感器51a、51b。在杆86的前端与安装于前端的配件之间夹持壳体52地安装载荷传感器51a、51b。

载荷传感器51a夹持在杆86的前端与壳体52的内壁之间，从载荷传感器51a输出将杆86拉出的方向的轴载荷。载荷传感器52a夹持在前端配件与壳体52的内壁之间，从载荷传感器52a输出将杆86推入的方向的轴载荷。

这样构成的能够后安装的载荷传感器单元5向电动缸8的控制单元输出根据来自载荷传感器51a、51b的输出而得到的载荷检测值。载荷传感器单元5的控制部50内置有CPU、时钟、非易失性存储器，并具备将从载荷传感器51a、51b输出的信号向外部输出的端子、以及通过规定的运算而作为载荷检测值输出的端子。控制部50可以具有如后述那样向外部输出诊断结果的端子、输入来自外部的信号的端子。由此，能够发挥电动缸8的控制单元产生的与轴载荷相应的保护功能。同样地，也能够进行实施方式2的逆变器控制。

载荷传感器单元5单独也能够发挥检査功能。图18是表示载荷传感器单元5的检査处理步骤的一例的流程图。载荷传感器单元5的控制部50在起动中持续地反复执行图18的流程图所示的处理步骤。

控制部50根据从载荷传感器51a、51b输出的信号，对轴载荷进行采样(步骤S601)。控制部50对从载荷传感器51a、51b分别采样的信号值执行规定的运算，确认为载荷检测值(步骤S602)。控制部50将在步骤S602中确定的载荷检测值朝向外部输出(步骤S603)，并存储于内置的非易失性存储器(步骤S604)。

控制部50判断在步骤S602中确定的载荷检测值是否在所存储的正常范围内(步骤S605)。在步骤S605中，控制部50判断载荷检测值是否为例如基于电动缸8的规格的第一阈值以下。

在判断为在正常范围内的情况下(S605：是)，控制部50直接结束处理。在该情况下，控制部50在规定的等待时间后再次从S601起执行处理。在载荷检测值在正常范围内的期间，控制部50反复执行步骤S601-S605的处理。

控制部50在判断为不在正常范围内的情况下(S605：否)，从诊断用端子输出异常通知(步骤S606)，结束处理。在该情况下，也在规定的等待时间后再次从S601起开始处理，在异常的情况下持续输出异常通知。

需要说明的是，也可以在载荷传感器单元5具备显示器而将步骤S603的载荷检测值的输出设为向显示器的输出。

也可以向控制部50所具有的输入来自外部的信号的端子赋予来自检测向电动缸8的驱动马达81的电力的电力检测器的信号，控制部50执行将电力值与载荷检测值进行比较来判别是内部损伤还是外部的过度的负载的处理。由此，能够进行与实施方式3同样的处理。

也可以使用载荷传感器单元5，学习正常时的载荷检测值的时间分布并存储于内置存储器，根据与之后学习的时间分布之间的差异，控制部50与实施方式4同样地执行与诊断功能相关的处理来发挥诊断功能。

为了执行这样的处理而编入有程序的载荷传感器单元5例如用于电动缸8的维护。不是将电动缸8自身向维护从业者寄送，而是从维护从业者将载荷传感器单元5向使用者寄送，使用者将载荷传感器单元5安装于电动缸8而使其动作。根据从载荷传感器单元5输出的载荷检测值，使用者能够掌握是电动缸8的异常还是电动缸8以外的部分的装置的异常。当使用者送还载荷传感器单元5时，维护从业者也可以使用载荷传感器单元5的控制部50内置的存储器中存储的信息，推定电动缸8的异常，提供部件、维护的方法等来应对。

在实施方式1～6中，将电动致动器1、3作为电动缸进行了说明。但是，只要是利用驱动马达使滚珠丝杆动作的装置就能适用电动致动器1、3。当然能够应用于电动滑块等直线工作机。

在实施方式1～6中，将载荷传感器17a、17b(37a、37b、51a、51b)设为负载传感器。但是，只要是检测施加于滚珠丝杆的力的设备即可，并不限定于此，也可以使用其他的传感器。

如上所述公开的实施方式在全部方面都是例示性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。

Claims (19)

1.一种电动致动器，其具备：

载荷传感器，其设置于通过驱动马达而旋转的滚珠丝杆或梯形丝杆，输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号；以及

控制单元，其输入从该载荷传感器输出的信号，

所述控制单元根据所述信号确定载荷检测值，

所述控制单元基于所确定的载荷检测值与所存储的阈值之间的比较，向所述驱动马达的驱动电路输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的电动致动器，其中，

所述载荷传感器相对于所述滚珠丝杆或梯形丝杆沿着轴向设置一对。

3.根据权利要求2所述的电动致动器，其中，

由以对置的方式配置的一对轴承对所述丝杠轴进行轴支承，

设置一对的所述载荷传感器分别是环状的负载传感器，设置在所述一对轴承的内侧。

4.根据权利要求1所述的电动致动器，其中，

所述螺母借助沿着轴向配置的一对轴承以及所述载荷传感器相对于大致有底圆筒状的外筒在轴向上被定位，

所述载荷传感器分别是环状的负载传感器，设置在所述外筒的底部与所述轴承之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电动致动器，其中，

向所述驱动马达、所述丝杠轴或螺母、或者固定于该丝杠轴或螺母的构件的制动机构输出基于所述载荷检测值与所存储的阈值的比较的控制信号。

6.根据权利要求5所述的电动致动器，其中，

所述控制单元进行如下动作：

判断所述载荷检测值是否超过了第一阈值，

在判断为超过了第一阈值的情况下转移到监视状态，

在转移到监视状态后，判断所述载荷检测值是否超过了比所述第一阈值高的第二阈值，

在判断为超过了第二阈值的情况下，指示制动器的释放，

在释放中，判断所述载荷检测值是否为比所述第一阈值高且比所述第二阈值低的第三阈值以下，

在判断为第三阈值以下的情况下，使制动器工作。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电动致动器，其中，

所述驱动电路具备使所述驱动马达加减速的逆变器，

所述控制单元基于所述载荷检测值与所存储的阈值之间的比较，向所述驱动电路输出指示所述驱动马达的加减速的信号。

8.根据权利要求7所述的电动致动器，其中，

所述控制单元进行如下动作：

判断所述载荷检测值是否达到了第四阈值，

在判断为达到了第四阈值的情况下，向所述逆变器指示减速，

在指示减速后，判断所述载荷检测值是否达到了比所述第四阈值高的第五阈值，

在判断为达到了所述第五阈值的情况下，使所述驱动马达停止。

9.根据权利要求7或8所述的电动致动器，其中，

所述电动致动器具备检测所述驱动马达的旋转的编码器或检测所述螺母的位置的位置传感器，

所述控制单元基于根据来自所述编码器或位置传感器的信号而确定的所述螺母的位置或旋转频率，来指示所述驱动马达的减速。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的电动致动器，其中，

所述驱动电路具备检测提供给所述驱动马达的电力值的电力检测器，

所述控制单元基于所述载荷检测值与所存储的阈值的比较结果以及基于从所述电力检测器取得的电力值与所存储的其他的阈值的比较结果，诊断该电动致动器的内部以及外部的任一处有无异常。

11.根据权利要求10所述的电动致动器，其中，

控制单元基于预先存储的诊断用的条件，根据是否尽管所述载荷检测值为规定值以下但由所述电力检测器检测到的电力值为第二规定值以上，或者尽管所述载荷检测值超过第三规定值但由所述电力检测器检测到的电力值为第四规定值以下，来判断有无异常。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的电动致动器，其中，

所述控制单元基于所述载荷检测值的时间分布，诊断该电动致动器的内部以及外部的任一处有无异常。

13.根据权利要求12所述的电动致动器，其中，

所述控制单元预先存储有使所述驱动马达工作的情况下的所述载荷检测值的时间分布，

所述控制单元每当所述驱动马达工作时，基于在工作中对来自载荷传感器的信号进行采样而确定的载荷检测值的时间分布与预先存储的载荷检测值的时间分布之间的比较，来诊断所述异常。

14.根据权利要求13所述的电动致动器，其中，

所述控制单元在接收到学习开始指示的情况下，存储正常时的载荷检测值的时间分布，作为与基于采样的信号的载荷检测值的时间分布的比较对象使用。

15.根据权利要求14所述的电动致动器，其中，

将正常时的载荷检测值的时间分布作为以相对于时间的载荷检测值为标绘的曲线图的代表点或近似函数进行存储。

16.根据权利要求13所述的电动致动器，其中，

所述控制单元存储学习模型，该学习模型将已知是否异常的载荷检测值的时间序列数据作为示教数据，并以高精度地输出异常的准确度的方式学习而生成，

所述控制单元将每当所述驱动马达工作时确定的载荷检测值的时间分布向所述学习模型输入，

所述控制单元基于从所述学习模型输出的异常的准确度来诊断异常。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的电动致动器，其中，

控制单元具备显示器，

控制单元将诊断结果向显示器输出。

18.一种电动致动器的控制方法，其中，

使用设置于通过驱动马达而旋转的电动致动器的滚珠丝杆或梯形丝杆的载荷传感器，其中该载荷传感器输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号，

根据所述信号确定载荷检测值，

基于所确定的载荷检测值与所存储的阈值之间的比较，向所述驱动马达的驱动电路输出控制信号。

19.一种载荷传感器单元，其与设置于通过电动致动器的驱动马达而旋转的滚珠丝杆或梯形丝杆的载荷传感器连接，该载荷传感器输出与向所述滚珠丝杆或梯形丝杆的丝杠轴或螺母施加的轴向的载荷对应的信号，

所述载荷传感器单元具备：

对来自所述载荷传感器的信号进行采样而确定载荷检测值的机构；

将所确定的载荷检测值输出的机构；

取得提供给所述驱动马达的电力值的机构；

基于所述载荷检测值以及所述电力值进行诊断的机构；以及

输出诊断结果的机构。

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