JP2003315205A

JP2003315205A - 衝突検知装置及びその方法

Info

Publication number: JP2003315205A
Application number: JP2002126244A
Authority: JP
Inventors: Ikuya Sato; 以久也佐藤; Junichi Ito; 淳一伊東; Hitoshi Hamanaka; 仁浜中
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンダ等の非可動部へのピストンの衝突を
位置センサを用いずに検知する。【解決手段】駆動システムは、モータ６５への駆動電
流を検出する電流検出部５１と、電流検出部５１が検出
した駆動電流の変動に基づいてシリンダ６２へのピスト
ン６３の衝突を検知する衝突検知部２０とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータによって駆
動される可動部の非可動部への衝突を検知するための衝
突検知装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、従来の駆動システムの構成を
示す。この駆動システムは、電源１０１、駆動部１１
０、位置センサ１０２、位置検出部１０３及び衝突検知
部１０４を備えている。駆動部１１０は、シリンダ１１
２内に往復運動可能とされてピストン１１３，１１４が
それぞれ収納されている。そして、駆動部１１０では、
第１及び第２のモータ１１５，１１６によりピストン１
１３，１１４を駆動するようになっている。ここで、第
１及び第２のモータ１１５，１１６はリニアモータであ
る。そして、駆動部１１０のこれら構成要素は、ケース
１１７内に収納されている。

【０００３】この駆動システムでは、同一の電源１０１
からの駆動電流を第１及び第２のモータ１１５，１１６
に供給することで各ピストン１１３，１１４を駆動し、
シリンダ１１２内を往復運動させることで、ケース１１
７外に圧縮空気を供給している。この駆動システムで
は、このようにシリンダ１１２内をピストン１１３，１
１４が往復運動してケース１１７外に圧縮空気を供給す
る一方で、シリンダ１１２内に取り付けられた位置セン
サ１０２からの信号により位置検出部１０３が各ピスト
ン１１３，１１４の位置を検出している。そして、位置
検出部１０３の検出結果から衝突検知部１０４がピスト
ン１１３，１１４の衝突を検知している。

【０００４】ここで、衝突検知部１０４は、位置検出部
１０３のピストン１１３，１１４の現在位置示す位置検
出部１０３の検出結果と、所定の閾値として設定されて
いる衝突の基準値とを比較しており、現在の位置が衝突
の基準値を超えた場合を衝突とみなしている。例えば、
可動部であるピストン１１３，１１４と非可動部である
シリンダ１１２との間の接触面の傷等によりそのピスト
ン１１３，１１４とシリンダ１１２との間の摩擦抵抗が
増加してしまう場合があり、この場合、正常な位置制御
できなくなったピストン１１３，１１４がシリンダ１１
２と衝突してしまうときがある。例えば、ピストン１１
４が戻る際（いわゆる下死点方向にいくとき）、ピスト
ン１１４の背面部位１１４ａがシリンダ１１２における
対向部位１１２ａに衝突してしまう場合がある。衝突検
知部１０４は、このようなピストン１１３，１１４の衝
突を検知することができる。

【０００５】そして、駆動システムでは、衝突検知部１
０４からの衝突検知信号に基づいて電源１０１からの駆
動電流の供給を停止して第１及び第２のモータ１１５，
１１６の運転を停止する等の処理を行う。このような停
止処理により、駆動システムでは、ピストン１１３，１
１４を可動部として備えているモータ１１５，１１６の
破損を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、位置センサ
１０２を取り付けるにはケース１１７内に設置スペース
が必要になり、これは、装置の小型化という点で問題が
ある。さらに、シリンダ１１２内は高圧で密閉されてお
り、このことから位置センサ１０２は高圧に耐えるもの
である必要があり、例えば装置コストが高くなるといっ
た問題がある。また、位置センサ１０２の配線をケース
１１７外に引き出す必要があるが、この場合、圧力を維
持するうえでケース１１７の密閉度を保つような処理を
施す必要がある。これでは、装置コストが高くなるとい
った問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなさ
れたものであり、シリンダ等の非可動部へのピストンの
衝突を位置センサを用いずに検知することができる衝突
検知装置及びその方法の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
に、請求項１記載の発明に係る衝突検知装置は、同一の
電源からの各駆動電流によって複数のモータが駆動さ
れ、この複数のモータの駆動により対応される各可動部
が動作し、前記可動部の非可動部への衝突を検知する衝
突検知装置において、前記複数のモータへの各駆動電流
を検出する駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段
が検出した各駆動電流間の相違に基づいて前記非可動部
への前記可動部の衝突を検知する検知手段と、を備えて
いることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明に係る衝突検知
装置は、電源からの駆動電流によってモータが駆動さ
れ、このモータの駆動により可動部が動作し、この可動
部の非可動部への衝突を検知する衝突検知装置におい
て、前記モータへの駆動電流を検出する駆動電流検出手
段と、前記可動部が前記非可動部に衝突する際に前記駆
動電流内に発生する特定の周波数成分に基づいて前記非
可動部への前記可動部の衝突を検知する検知手段と、を
備えていることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明に係る衝突検知
装置は、請求項１記載の発明に係る衝突検知装置におい
て、前記検知手段が、前記可動部が前記非可動部に衝突
する際に前記駆動電流内に発生する特定の周波数成分に
基づいて前記非可動部への前記可動部の衝突を検知する
ことを特徴としている。また、請求項４記載の発明に係
る衝突検知装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の
発明に係る衝突検知装置において、前記モータがリニア
モータであることを特徴としている。

【００１１】また、請求項５記載の発明に係る衝突検知
装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明に係る
衝突検知装置において、前記可動部と非可動部とは密閉
空間内に配置されていることを特徴としている。また、
請求項６記載の発明に係る衝突検知方法は、同一の電源
からの各駆動電流によって複数のモータが駆動され、こ
の複数のモータの駆動により対応される各可動部が動作
し、前記可動部の非可動部への衝突を検知する衝突検知
方法において、前記複数のモータへの各駆動電流間の相
違に基づいて前記非可動部への前記可動部の衝突を検知
することを特徴としている。

【００１２】また、請求項７記載の発明に係る衝突検知
方法は、電源からの駆動電流によってモータが駆動さ
れ、このモータの駆動により可動部が動作し、この可動
部の非可動部への衝突を検知する衝突検知方法におい
て、前記可動部が前記非可動部に衝突する際に前記駆動
電流内に発生する特定の周波数成分に基づいて前記非可
動部への前記可動部の衝突を検知することを特徴として
いる。

【００１３】また、請求項８記載の発明に係る衝突検知
方法は、請求項６記載の発明に係る衝突検知方法におい
て、前記可動部が前記非可動部に衝突する際に前記駆動
電流内に発生する特定の周波数成分に基づいて前記非可
動部への前記可動部の衝突を検知することを特徴として
いる。また、請求項９記載の発明に係る衝突検知方法
は、請求項６乃至８のいずれかに記載の発明に係る衝突
検知方法において、前記モータがリニアモータであるこ
とを特徴としている。

【００１４】また、請求項１０記載の発明に係る衝突検
知方法は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明に係
る衝突検知方法において、前記可動部と非可動部とは密
閉空間内に配置されていることを特徴としている。ここ
で、可動部が非可動部に衝突した場合、その影響は、可
動部を動作させるモータへの駆動電流の変化として現れ
る。請求項１及び６に記載の発明では、可動部が非可動
部に衝突した際に現れる駆動電流の変化を、他のモータ
に供給されている駆動電流と比較して、非可動部への可
動部の衝突を検知している。

【００１５】また、可動部が非可動部に衝突した際に現
れる駆動電流の変化は、駆動電流内に特定の周波数成分
の変化として現れる。請求項２、３、７及び８に記載の
発明では、可動部が非可動部に衝突した際の駆動電流内
の特定の周波数成分をその衝突検知に利用するものであ
って、その駆動電流内の特定の周波数成分に基づいて非
可動部への可動部の衝突を検知している。特に、請求項
４及び９に記載の発明では、モータがニリアモータであ
る場合をいっている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施の形態
を図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、図１乃至
図６を用いて第１の実施の形態について説明する。図１
は、第１の実施の形態の駆動システムの構成を示す。こ
の駆動システムは、電源１、第１及び第２の電流検出部
１１，１２、駆動部２０及び衝突検知部３０を備えてい
る。

【００１７】駆動部２０は、シリンダ２２内に往復運動
可能とされて第１及び第２のピストン２３，２４が対向
して収納されており、各ピストン２３，２４が第１及び
第２のモータ２５，２６によりそれぞれ駆動されるよう
になっている。ここで、第１及び第２のモータ２５，２
６はリニアモータである。そして、駆動部２０のこれら
構成要素は、ケース２７に収納されている。

【００１８】この駆動システムでは、電源１から電流
が、第１の電流検出部１１を介して第１のモータ２５に
供給され、また、第２の電流検出部１２を介して第２の
モータ２６に供給され、これにより、各ピストン２３，
２４が駆動される。この駆動システムでは、シリンダ２
２内で各ピストン２３，２４が互いに接離する方向に往
復運動することにより、ケース２７外に圧縮空気を供給
している。

【００１９】第１及び第２の電流検出部１１，１２は、
各モータ２５，２６への各駆動電流を検出する駆動電流
検出手段を構成している。すなわち、第１の電流検出部
１１は、電源１から第１のモータ２５に供給される駆動
電流を電流情報として検出し、検出した駆動電流の電流
値を衝突検知部３０に出力している。同様に、第２の電
流検出部１２は、電源１から第２のモータ２６に供給さ
れる駆動電流を電流情報として検出し、検出した駆動電
流の電流値を衝突検知部３０に出力している。

【００２０】衝突検知部３０は、第１及び第２の電流検
出部１１，１２が検出した各駆動電流間の相違に基づい
て非可動部であるシリンダ２２への可動部でありピスト
ン２３，２４の衝突を検知する検知手段を構成してい
る。図２は、衝突検知部３０の構成を示す。衝突検知部
３０は、減算部３１、直流化フィルタ部３２及び比較器
３５を備えている。

【００２１】減算部３１には、第１の電流検出部１１か
らの信号Ｓ１、すなわち電源１から第１のモータ２５に
対して供給される駆動電流の電流値と、第２の電流検出
部１２からの信号Ｓ２、すなわち電源１から第２のモー
タ２６に対して供給される駆動電流の電流値とが入力さ
れる。例えば、第１の電流検出部１１からの駆動電流に
相当する信号Ｓ１が図３中（Ａ）に示すような信号であ
り、第２の電流検出部１２からの駆動電流に相当する信
号Ｓ２が図３中（Ｂ）に示すような信号である場合、こ
れら信号が入力された減算部３１は、図３中（Ｃ）に示
すような減算結果の信号Ｓ３を出力する。減算部３１
は、このような減算結果の信号Ｓ３を直流化フィルタ部
３２に出力している。

【００２２】直流化フィルタ部３２は、ＡＢＳ（全波整
流手段）３３及びＬＰＦ（ローパスフィルタ）３４を備
えている。このような構成からなる直流化フィルタ部３
２は、減算部３１からの信号Ｓ３が入力されると、ＡＢ
Ｓ３３及びＬＰＦ３４にてフィルタ処理して、図３中
（Ｄ）に示すように平均化した信号Ｓ４を出力する。こ
のように、直流化フィルタ部３２では、全波整流を行う
ことで、交流から直流平均値にフィルタ処理している。
直流化フィルタ部３２は、このようにフィルタ処理した
信号Ｓ４を比較器３５に出力している。

【００２３】比較器３５は、直流化フィルタ部３２から
の信号Ｓ４のレベルと、所定の閾値として設定されてい
る基準値（一定基準レベル）とを比較し、その比較結果
としての衝突検知信号を出力するように構成されてい
る。ここで、基準値は、第１のピストン２３或いは第２
のピストン２４がシリンダ２２に衝突していることを判
断するのに足りる閾値として設定されている。

【００２４】以上のように、衝突検知部３０は、第１及
び第２の電流検出部１１，１２からの駆動電流の電流値
に相当する信号に対し直流化フィルタ部３２により所定
のフィルタ処理を施して、そのフィルタ処理して得た信
号Ｓ６を比較器３５にて基準値と比較して、衝突検知信
号を得ている。衝突検知部３０は、この衝突検知信号に
基づいて電源１の駆動電流供給のオン及びオフを制御し
ている。

【００２５】なお、衝突検知部３０からの衝突検知信号
により直接電源１の制御がなされてることに限定される
ものではなく、図示しない制御部が衝突検知部３０から
の衝突検知信号に基づいて電源１の駆動電流供給のオン
及びオフを制御するような構成であってもよい。以上の
ように構成されている駆動システムにおいて、第１のピ
ストン２３がシリンダ２２に衝突したときの動作を説明
する。

【００２６】例えば、第１のピストン２３とシリンダ２
２との間の接触面に傷が発生することにより、位置制御
が正常にできなくなることで第１のピストン２３がシリ
ンダ２２に衝突したときの動作である。この場合、衝突
は、第１のピストン２３が戻る際（いわゆる下死点方向
にいくとき）、第１のピストン２３の背面部位２３ａが
シリンダ２２における対向部位２２ａに接触するといっ
たものである。

【００２７】先ず、第１及び第２の電流検出部１１，１
２で検出される第１及び第２のモータ２５，２６それぞ
れの駆動電流の電流値（信号Ｓ３，Ｓ４）については次
のような関係がある。図４中（Ａ）及び（Ｂ）は、第１
及び第２の電流検出部１１，１２で検出される第１及び
第２のモータ２５，２６の駆動電流の電流値（信号Ｓ
１，Ｓ２）と、衝突検知部３０の減算部３１で得られる
第１及び第２のモータ２５，２６の駆動電流の電流値の
差分値、すなわち駆動電流の横流成分である横流値（信
号Ｓ３）を示す。そして、図４中（Ａ）に示す信号は、
第１及び第２のピストン２３，２４のいずれもがシリン
ダ２２に衝突していない場合に得られる信号である。ま
た、図４中（Ｂ）に示す信号は、第１のピストン２３が
シリンダ２２に衝突する場合に得られる信号波形であ
る。

【００２８】この関係からわかるように、衝突が生じて
いない場合、図４中（Ａ）に示すように横流値の変動は
小さいが、衝突が生じている場合、図４中（Ｂ）に示す
ように横流値の変動が大きくなっている。これは、衝突
により、第１のモータ２５の速度が減少し、その影響に
より速度に比例した逆起電力が発生するからであり、こ
れにより第１のモータ２５に供給される駆動電流が増加
するからである。

【００２９】ここで具体例を挙げて説明する。ピストン
がシリンダに衝突する場合は、ピストンの速度が０付近
での衝突であるので、衝突による反発力を受けてピスト
ンの速度が瞬時に上昇する。一方で、リニアモータの方
程式は下記（１）として与えることができる。Ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋α・ｖ・・・（１）ここで、Ｖは電圧であり、Ｒはモータ抵抗であり、Ｌは
モータインダクタンスであり、ｉは電流値であり、αは
常数であり、ｖはモータの速度（ピストンの速度）であ
る。

【００３０】この（１）式において、モータ回路定数が
変動しなければ、前述した衝突によるピストンの速度の
瞬時の変化はモータ電流への歪となって現れる。このよ
うな原理から、ピストンがシリンダに衝突した場合、モ
ータ１５に供給される駆動電流の電流値が増加するので
ある。そして、いずれかのピストン２５，２６がシリン
ダ２２に衝突している場合、このように衝突している側
のピストンを駆動するための駆動電流の電流値が増加す
るため、第１のモータ２５への駆動電流と第２のモータ
２６への駆動電流との差分である横流値は大きくなる。

【００３１】衝突検知部３０は、このように衝突してい
る場合に得られる横流値である信号Ｓ３をＡＢＳ３３と
ＬＰＦ３４とからなる直流化フィルタ部３２でフィルタ
処理することで、図３中（Ｄ）に示すような信号（以
下、衝突時信号という。）Ｓ４ｂを得て、この衝突時信
号Ｓ４ｂを比較器３５にて基準値と比較する。例えば、
衝突が生じていない通常運転状態では、直流化フィルタ
部３２のフィルタ処理後の信号は、図３中（Ｄ）に示す
前記衝突時信号Ｓ４ｂよりもレベルが小さい信号Ｓ４ａ
として得られるのである。

【００３２】このように、直流化フィルタ部３２から出
力される信号Ｓ４ｂは、第１のピストン２３がシリンダ
２２に衝突している場合には、通常運転状態のレベルよ
りも大きいレベルとなっているので、比較器３５では、
その結果、信号Ｓ４ｂが基準値を超える結果となり、衝
突していることを示す衝突検知信号が得られる。そし
て、衝突検知信号から衝突しているとみなされた場合
に、電源１は、各モータ２５，２６への駆動電流の供給
を停止する処理が行われる。駆動システムは、このよう
な停止処理により、ピストン２３，２４を可動部として
備えているモータ２５，２６の破損を防止している。

【００３３】以上のように第１のピストン２３がシリン
ダ２２に衝突したとき駆動システムは動作している。前
述したように、第１のピストン２３がシリンダ２２に衝
突すると、第１のモータ２５の速度が減少し、その影響
により速度に比例した逆起電力が発生し、これにより第
１のモータ２５に供給される駆動電流の電流値が増加す
る。なお、第２のピストン２４がシリンダ２２に衝突し
た場合には、第２のモータ２６に供給される駆動電流の
電流値が増加するという現象として得られる。

【００３４】第１の実施の形態の駆動システムでは、こ
のようにピストンがシリンダに衝突にする際の信号Ｓ４
と基準値とを比較して、衝突の有無を示す衝突検知信号
を得ている。このように、第１の実施の形態の駆動シス
テムは、ピストンがシリンダに衝突することでモータに
供給される電流が増加することを利用して、シリンダへ
のピストンの衝突を検知している。すなわち、第２の実
施の形態の駆動システムは、モータに供給される電流を
直接監視してシリンダへのピストンの衝突を検知してい
る。

【００３５】これにより、第１の実施の形態の駆動シス
テムは、従来のようにケース２７内に位置センサを設け
ることなく、シリンダ２２へのピストン２３，２４の衝
突を検知することができる。よって、第１の実施の形態
の駆動システムは、位置センサを設けるための設置スペ
ースも要しないので、設計自由度を高くすることがで
き、装置の小型化が実現されたものになる。

【００３６】また、駆動部２０は、シリンダ２２内を各
ピストン２３，２４を往復運動させて高圧気体をケース
４７外に供給するものであり、そのケース４７には高い
密閉度が要求される。しかし、第１の実施の形態の駆動
システムでは、シリンダ２２へのピストン２３，２４の
衝突を駆動電流を直接監視することで検知しているの
で、ケース４７の密閉度を高く保ちつつその衝突検知を
実現し、さらに、高圧に耐える位置センサも要しないの
で、装置コストを抑えることができる。

【００３７】また、第１の実施の形態の駆動システム
は、第１のモータ２５の駆動電流と第２のモータの駆動
電流との横流成分から衝突検知をしており、これが衝突
検知に有効に作用している。これは以下の理由からであ
る。駆動部２０は、前述したように高圧気体の供給を２
つのピストン２３，２４を互いに接離する方向に往復運
動させて行っている。このようなことから、２つの第１
のピストン２３と第２のピストン２４とが互いに衝突す
る確率は低いといえる。例えば、第１のピストン２３と
第２のピストン２４との衝突が想定される第１のピスト
ン２３と第２のピストン２４との接近時でも、常にその
間には、高圧気体が存在すので、その高圧気体の作用に
より第１のピストン２３と第２のピストン２４との衝突
は回避される。

【００３８】よって、第１のピストン２３や第２のピス
トン２４が衝突する場合とは、前述しているようにほと
んどがシリンダ２２に対するものになる。そして、第１
の実施の形態の駆動システムでは、第１のモータ２５の
駆動電流と第２のモータの駆動電流との横流成分から衝
突を検知しているので、相対的な確率として絶対的に高
いシリンダ２２への第１のピストン２３或いは第２のピ
ストン２４の衝突を検知することができるようになり、
このようなことから、有効に衝突検知しているといえ
る。

【００３９】また、第１の実施の形態の駆動システム
は、比較器３５における基準値との比較対象に直流化フ
ィルタ部３２により平均化した信号を用いているので、
衝突に対して駆動電流供給のオン及びオフ制御が過渡的
に反応してしまうことを防止することもできる。ここ
で、このようにシリンダへのピストンの衝突を検知した
結果を利用した制御について説明する。

【００４０】すなわち、前述した説明では、シリンダへ
のピストンの衝突を検知した結果に基づいて第１及び第
２のモータ２５，２６への駆動電流の供給を停止する処
理を行っているが、これに限定されるものではなく、検
知結果に応じて第１及び第２のモータ２５，２６への駆
動電流の供給を調整して、各ピストン２３，２４の駆動
を適宜制御することもできる。

【００４１】図５は、その制御のための構成を示す。こ
の図５に示すような構成により、衝突検知部３０が衝突
を検知して、その衝突検知結果に基づいて第１のモータ
２５や第２のモータ２６の駆動を適宜制御するようにす
る。駆動の制御については、例えば、制御部４０が、電
源１からの第１のモータ２５や第２のモータ２６への駆
動電流の供給量を調整することで行う。

【００４２】例えば、第１のピストン２３がシリンダ２
２に衝突していることを検知したような場合には、制御
部４０が第１のモータ２５に供給する駆動電流にバイア
スを加えるようにする。このようにすることで、シリン
ダ２２への第１のピストン２３の衝突が解消される。一
方、この駆動システムでは、駆動部２０がシリンダ２２
内を２つのピストン２３，２４を駆動させる構成になっ
ているのであるが、駆動システム或いは前記制御部４０
が、第１及び第２のピストン２３，２４のどのピストン
がシリンダ２２に衝突しているか判断できないような場
合もある。図６は、そのような場合でも衝突を解消する
ことができる処理手順を示す。

【００４３】先ず、ステップＳＴ１において、衝突を検
知したか否かを判別する。このステップＳ１で衝突を検
知した場合、ステップＳ２に進み、先ず第１のモータ２
５への駆動電流にバイアスを加える。そして、ステップ
ＳＴ３において、再び衝突の検知の判別を実施する。こ
こで、衝突が検知されなくなった場合、当該処理を終了
し、また、衝突を検知した場合、今度は第２のモータ２
６への駆動電流にバイアスを加えてから当該処理を終了
する。

【００４４】このような処理では、衝突を検知した場
合、先ず第１のモータ２５への駆動電流にバイアスを加
え、これにより衝突が検知されなくなった場合に当該処
理を終了し、また、第１のモータ２５への駆動電流にバ
イアスを加えても衝突がまだ検知されている場合に、今
度は第２のモータ２６への駆動電流にバイアスを加えて
から当該処理を終了している。

【００４５】このような処理により、任意のモータへの
駆動電流にバイアスを加えて衝突を解消することができ
るようになり、第１及び第２のピストン２３，２４のう
ちのどのピストンがシリンダ２２に衝突しているかを判
断できないような場合でも、その衝突を解消することが
できるようになる。次に第２の実施の形態について説明
する。この第２の実施の形態は、モータへの駆動電流内
の特定の周波数を抽出することでシリンダへのピストン
の衝突を検知するように構成された駆動システムであ
る。図７乃至図１２を用いて第２の実施の形態について
説明する。図７は、第２の実施の形態の駆動システムの
構成を示す。

【００４６】この駆動システムは、電源１、電流検出部
５１、駆動部６０及び衝突検知部７０を備えている。駆
動部６０は、シリンダ６２内に往復運動可能とされてピ
ストン６３が収納されている。そして、駆動部６０で
は、モータ６５によりピストン６３を駆動するようにな
っている。ここで、モータ６５はリニアモータである。
そして、駆動部６０のこれら構成要素は、ケース６７内
に収納されている。

【００４７】この駆動システムでは、電源１からの駆動
電流が電流検出部５１を介してモータ６５に供給され、
ピストン６３が駆動されるように構成されている。この
駆動システムでは、このシリンダ６２内のピストン６３
の往復運動により、ケース６７外に圧縮空気を供給して
いる。電流検出部５１は、駆動電流検出手段であり、電
源１からモータ６５に供給される駆動電流の電流値を電
流情報として検出するように構成されている。この電流
検出部５１は、検出した駆動電流の電流値を衝突検知部
７０に出力している。

【００４８】衝突検知部７０は、可動部であるピストン
６３が非可動部であるシリンダ６２に衝突する際に駆動
電流内に発生する特定の周波数成分に基づいてシリンダ
６２へのピストン６３の衝突を検知する検知手段を構成
している。図８は、この衝突検知部７０の構成を示す。
この衝突検知部７０は、電流検出部５１からの駆動電流
に基づいて衝突検出するように構成されており、ＢＰＦ
（バンドパスフィルタ）７１、直流化フィルタ部７２及
び比較器７５を備えている。

【００４９】ＢＰＦ７１は、電源１からの駆動電流の電
流値である図９中（Ａ）に示すような信号Ｓ５が入力さ
れると、特定の周波数成分を抽出して、図９中（Ｂ）に
示すような信号Ｓ６を得る。そして、ＢＰＦ７１は、抽
出した信号Ｓ６を直流化フィルタ部７２に出力してい
る。そして、直流化フィルタ部７２以降の処理では、前
記第１の実施の形態の場合と同様な処理を行っている。

【００５０】すなわち、直流化フィルタ部７２は、ＢＰ
Ｆ７１からの信号Ｓ６が入力されると、ＡＢＳ７２及び
ＬＰＦ７３にて、全波整流を行うことで、交流から直流
平均値にフィルタ処理して、図９中（Ｃ）に示すように
平均化した信号Ｓ７を出力する。そして、比較器７５で
は、直流化フィルタ部７２からの信号Ｓ７のレベルと、
所定の閾値として設定されている基準値とを比較し、そ
の比較結果としての衝突検知信号を出力する。ここで、
基準値は、ピストン６３がシリンダ６２に衝突している
ことを判断するのに足りる閾値として設定されている。

【００５１】以上のように、衝突検知部７０は、ＢＰＦ
７１により電流検出部５１からの駆動電流の電流値に相
当する信号から特定の周波数成分を抽出して、さらに直
流化フィルタ部７２により所定のフィルタ処理を施し
て、そのフィルタ処理して得た信号Ｓ７を比較器７５に
て基準値と比較して、衝突検知信号を得ている。衝突検
知部７０は、この衝突検知信号に基づいて電源１の駆動
電流供給のオン及びオフを制御している。

【００５２】以上のように構成されている駆動システム
において、ピストン６３がシリンダ６２に衝突したとき
の動作を説明する。先ず、電流検出部５１が検出する駆
動電流について、衝突が生じていない場合及び衝突が生
じている場合の周波数特性を説明する。図１０は、その
説明に用いる図であり、衝突の有無の各駆動電流に相当
する信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析結果を示
す。

【００５３】衝突が生じていない場合、図１０中（Ｂ）
に結果として示すように、駆動電流成分を基本波成分と
して得ることができるが、衝突が生じている場合、図１
０中（Ａ）に結果として示すように、その基本波成分の
他に顕著に現れる周波数成分を得ることができるように
なる。これは、衝突が生じている場合、前述したよう
に、モータ６５の速度が減少し、その影響により速度に
比例した逆起電力が発生し、これによりモータ６５に供
給される電流が増加するからである。すなわち、正弦波
信号とされる駆動電流に衝突の影響により固有の周波数
成分が重畳されており、この固有の周波数成分が顕著に
現れるのである。

【００５４】一方、ＢＰＦ７１によりフィルタ処理した
信号のＦＦＴ解析結果は次のようになる。衝突が生じて
いる場合、図１０中（Ｃ）に結果として示すように、図
１０中（Ａ）に示した顕著に現れる周波数成分のみを得
ることができるようになり、衝突が生じていない場合、
図１０中（Ｄ）に結果として示すように、基本波成分を
含めて前記顕著に現れる周波数成分も得られなくなる。

【００５５】このような関係から、ＢＰＦ７１によりフ
ィルタ処理することで、衝突が生じている場合には、衝
突の影響により顕著に現れる周波数成分からなる信号が
後段の直流化フィルタ部７２に出力されるようになる。
直流化フィルタ部７２では、フィルタ処理により図９中
（Ｃ）に示すような衝突時信号Ｓ７ｂを得ることができ
る。

【００５６】一方、衝突が生じていない通常運転状態で
は、直流化フィルタ部７２のフィルタ処理後の信号は、
図９中（Ｃ）に示すように、前記衝突時信号Ｓ７ｂより
もレベルが小さい信号Ｓ７ａとして得られるのである。
よって、直流化フィルタ部７２から出力される信号Ｓ７
ｂは、ピストン６３がシリンダ６２に衝突している場合
には、通常運転状態のレベルよりも大きいレベルとなっ
ているので、比較器７５では、その結果、信号Ｓ７ｂが
基準値を超える結果となり、衝突していることを示す衝
突検知信号が得られる。

【００５７】そして、衝突検知信号から衝突していると
みなされた場合に、電源１は、モータ６５への駆動電流
の供給を停止する処理が行われる。駆動システムは、こ
のような停止処理により、ピストン６３を可動部として
備えているモータ６５の破損を防止している。以上のよ
うにピストン６３がシリンダ６２に衝突したとき駆動シ
ステムは動作している。

【００５８】前述したように、ピストン６３がシリンダ
６２に衝突すると、モータ６５の速度が減少し、その影
響により速度に比例した逆起電力が発生し、これによ
り、正弦波信号とされる駆動電流に衝突の影響による固
有の周波数成分が重畳される。第２の実施の形態の駆動
システムでは、この固有の周波数成分からなる信号を抽
出して、その信号と基準値とを比較して、衝突の有無を
示す衝突検知信号を得ている。

【００５９】このように、第３の実施の形態の駆動シス
テムは、ピストン６３がシリンダ６２に衝突の影響によ
り固有の周波数成分が現れることを利用して、シリンダ
６２へのピストン６３の衝突を検知している。すなわ
ち、第２の実施の形態の駆動システムは、モータ６５に
供給される電流を直接監視してシリンダ６２へのピスト
ン６３の衝突を検知している。

【００６０】これにより、第２の実施の形態の駆動シス
テムは、前述の第１の実施の形態の駆動システムと同様
な効果を得ることができる。すなわち、第２の実施の形
態の駆動システムは、従来のようにケース６７内に位置
センサを設けることなく、シリンダ６２へのピストン６
３の衝突を検知することができる。よって、第２の実施
の形態の駆動システムは、位置センサを設けるための設
置スペースも要しないので、設計自由度を高くすること
ができ、装置の小型化が実現されたものになる。また、
高圧に耐える位置センサも必要なく、さらに、ケース６
７の密閉度を高く保つことができるので、装置コストを
抑えて構成されたものになる。

【００６１】また、衝突時の電流に発生する歪成分は、
固有の周波数成分となるが様々な周波数成分として現れ
る。それは、衝突の仕方が常に同一とはいえないからで
あり、これは例えば、ピストンの形状や衝突する非可動
部の箇所の違いによる。よって、この第２の実施の形態
の駆動システムのように、通常運転時にも発生するよう
な運転周波数成分を基本波成分として、その基本波成分
以外の特定の周波数成分に着目し、その特定の周波数成
分の変動に基づいて衝突を検知することで精度良くその
検知ができるようになる。

【００６２】また、前記第２の実施の形態の駆動システ
ムでは、衝突検知部７０のＢＰＦ７１に換えてＢＥＦ
（バンドエリミネーションフィルタ、或いは帯域阻止フ
ィルタ）を備えてもよい。図１１は、ＢＥＦ７１を備え
ている衝突検知部７０の構成を示す。この衝突検知部７
０では、ＢＥＦ７１により電源１からの信号Ｓ５内の基
本波成分を除去或いは基本波の帯域を阻止し、基本波成
分を除去して得た信号Ｓ６を直流化フィルタ部７２に出
力している。

【００６３】このようにＢＥＦ７１を備えて衝突検知部
７０を構成した場合、ピストン６３がシリンダ６２に衝
突したとき次のように動作する。先ず、電流検出部５１
が検出する電流信号について、衝突が生じていない場合
及び衝突が生じている場合の周波数特性を説明する。図
１２は、その説明に用いる図であり、衝突の有無の各電
流信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析結果を示す。

【００６４】図１２中（Ｂ）には、衝突が生じていない
場合の結果を示すが、前記図１０中（Ｂ）に示した結果
と同様に、駆動電流成分を基本波成分として得ることが
できる。また、図１２中（Ａ）には、衝突が生じている
場合の結果を示すが、前記図１０中（Ａ）に示した結果
と同様に、前記基本波成分の他に顕著に現れる周波数成
分を得ることができる。

【００６５】一方、ＢＥＦ７１によりフィルタ処理した
信号のＦＦＴ解析結果は次のようになる。衝突が生じて
いる場合、図１２中（Ｃ）に結果として示すように、図
１２中（Ａ）に示した基本波成分のみを除去した信号を
得ることができるようになり、衝突が生じていない場
合、図１２中（Ｄ）に結果として示すように、基本波成
分を含めて顕著なものとしての周波数成分は得られな
い。

【００６６】このような関係から、ＢＥＦ７１によりフ
ィルタ処理することで、衝突が生じている場合には、衝
突の影響により顕著に現れる周波数成からなる信号が後
段の直流化フィルタ部７２に出力されるようになる。直
流化フィルタ部７２では、フィルタ処理により図９中
（Ｃ）に示すような衝突時信号Ｓ７ｂを得ることができ
る。

【００６７】一方、衝突が生じていない通常運転状態で
は、直流化フィルタ部７２のフィルタ処理後の信号は、
図９中（Ｃ）に示すように、前記衝突時信号Ｓ７ｂより
もレベルが小さい信号Ｓ７ａとして得られるのである。
このように、直流化フィルタ部７２から出力される信号
Ｓ７ｂは、ピストン６３がシリンダ６２に衝突している
場合には、通常運転状態のレベルよりも大きいレベルと
なっているので、比較器７５では、その結果、信号Ｓ７
ｂが基準値を超える結果となり、衝突していることを示
す衝突検知信号が得られる。

【００６８】そして、衝突検知信号から衝突していると
みなされた場合に、電源１は、モータ６５への駆動電流
の供給を停止する処理が行われる。以上のように、駆動
システムは、前記ＢＰＦ７１を用いた場合と同様にピス
トン６３がシリンダ６２に衝突の影響により固有の周波
数成分が現れることを利用して、シリンダ６２へのピス
トン６３の衝突を検知している。これにより、駆動シス
テムは、前記ＢＰＦ７１を用いた場合と同様な効果を得
ることができる。

【００６９】次に第３の実施の形態について説明する。
この第３の実施の形態は、前記第２の実施の形態の駆動
システムの駆動部が２つのピストンを備えた場合として
構成されている駆動システムである。図１３及び図１４
を用いて第３の実施の形態について説明する。ここで、
第３の実施の形態の駆動システムは、前記図１に示した
第１の実施の形態の駆動システムと同じ構成となってお
り、衝突検知部の構成のみが第１の実施の形態の駆動シ
ステムが備えている衝突検知部３０の構成を異なってい
る。図１３は、第３の実施の形態の駆動システムが備え
ている衝突検知部８０の構成を示す。

【００７０】衝突検知部８０は、減算部８１、ＢＥＦ
（バンドエリミネーションフィルタ、或いは帯域阻止
フィルタ）８２、直流化フィルタ部８３及び比較器８６
を備えている。減算部８１には、前記第１の実施の形態
の場合と同様に、図１４中（Ａ）に示すような第１の電
流検出部１１からの信号Ｓ８と、図１４中（Ｂ）に示す
ような第２の電流検出部１２からの信号Ｓ９とが入力さ
れ、減算部８１は、図１４中（Ｃ）に示すような減算結
果の信号Ｓ１０を出力する。減算部８１は、このような
減算結果の信号Ｓ１０をＢＥＦ８２に出力している。

【００７１】ＢＥＦ８２は、減算部８１からの信号Ｓ１
０が入力されると、基本波成分を除去して、図１４中
（Ｄ）に示すような信号Ｓ１１を出力する。ＢＥＦ８２
は、基本波成分を除去した信号Ｓ１１を直流化フィルタ
部８３に出力している。そして、直流化フィルタ部８３
以降の処理では、前記第１及び第２の実施の形態の場合
と同様な処理を行っている。

【００７２】すなわち、直流化フィルタ部８３は、ＢＥ
Ｆ８２からの信号Ｓ１１が入力されると、ＡＢＳ８２及
びＬＰＦ８３にて、全波整流を行うことで、交流から直
流平均値にフィルタ処理して、図１４中（Ｅ）に示すよ
うに平均化した信号Ｓ１２を出力する。そして、比較器
８６では、直流化フィルタ部８３からの信号Ｓ１２のレ
ベルと、所定の閾値として設定されている基準値とを比
較し、その比較結果としての衝突検知信号を出力する。

【００７３】以上のように構成されている駆動システム
において、第１のピストン２３がシリンダ２２に衝突し
たときの動作を説明する。先ず、前記図４中（Ａ）及び
（Ｂ）を用いて前述したように、衝突の有無により、第
１の電流検出部１１及び第２の電流検出部１２で検出さ
れるモータ２５，２６の駆動電流の電流値（信号Ｓ１，
Ｓ２）は互いに異なるものとなり、この結果、減算部８
１で得られる第１及び第２のモータ２５，２６の駆動電
流の電流値の差分値を示す横流値（信号Ｓ５）も衝突の
有無で異なるものになる。

【００７４】そして、衝突検知部８０では、前記図１２
を用いて説明したような原理により、衝突している場合
に得られる横流値を示す信号からＢＥＦ８２で先ず基本
波成分を除去している。そして、衝突検知部８０では、
その基本波成分を除去した信号を直流化フィルタ部８３
でフィルタ処理することで、図１４中（Ｅ）における衝
突時信号Ｓ１２ｂを得て、この衝突時信号Ｓ１２ｂを比
較器８６にて基準値と比較している。

【００７５】例えば、衝突が生じていない通常運転状態
では、直流化フィルタ部８３のフィルタ処理後の信号
は、図１４中（Ｅ）に示す前記衝突時信号Ｓ１２ｂより
もレベルが小さい信号Ｓ１２ａとして得られるのであ
る。このように、直流化フィルタ部８３から出力される
信号Ｓ１２ｂは、第１のピストン２３がシリンダ２２に
衝突している場合には、通常運転状態のレベルよりも大
きいレベルとなっているので、比較器８６では、その結
果、信号Ｓ１５ｂが基準値を超える結果となり、衝突し
ていることを示す衝突検知信号が得られる。

【００７６】そして、衝突検知信号から衝突していると
みなされた場合に、電源１は、各モータ２５，２６への
駆動電流の供給を停止する処理が行われる。駆動システ
ムは、このような停止処理により、ピストンを可動部と
して備えているモータの破損を防止している。以上のよ
うに第１のピストン２３がシリンダ２２に衝突したとき
駆動システムは動作している。

【００７７】このように、第３の実施の形態の駆動シス
テムは、ピストンがシリンダに衝突することでモータに
供給される駆動電流が増加することを利用し、シリンダ
へのピストンの衝突を検知している。また、衝突時には
駆動電流に固有の周波数成分の信号が含まれるようにな
ることから、第３の実施の形態の駆動システムは、横流
値中から基本波成分を除去することで衝突の影響により
発生した固有の周波数成分からなる信号を取り出し、こ
の取り出した信号を利用して、シリンダへのピストンの
衝突を検知している。

【００７８】これにより、シリンダへのピストンの衝突
の検知を、単に横流値を利用する場合よりも精度を向上
させて行うことができるようになる。なお、前記第３の
実施の形態の駆動システムでは、衝突検知部８０のＢＥ
Ｆ８２に換えてＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を備えて
もよい。この場合、図１０を用いて説明したのと同様な
原理により、衝突の影響により現れる固有の周波数成分
からなる信号をＢＰＦにより抽出して、その抽出した信
号を直流化フィルタ部８３でフィルタ処理することで、
図１４中（Ｅ）における衝突時信号Ｓ１２ｂを得て、こ
の衝突時信号Ｓ１２ｂを比較器８６にて基準値と比較す
る。比較器８６では、第１のピストン２３がシリンダ２
２に衝突している場合には、通常運転状態のレベルより
も大きいレベルとなった信号Ｓ１５ｂと、基準値とを比
較し、その比較結果として衝突検知信号を得ている。そ
して、衝突検知信号により衝突しているとみなされた場
合、電源１は、各モータ４５，４６への駆動電流の供給
を停止する処理が行われる。

【００７９】なお、本発明は前述の実施の形態に限定さ
れるものではない。すなわち、前述の実施の形態では、
モータがリニアモータである場合について説明したが、
モータが回転モータにより構成されていてもよい。ま
た、前述の実施の形態では、可動部をピストンとし、非
可動部をシリンダとして説明しているが、モータによっ
て駆動される可動部やこの可動部が衝突する非可動部は
これらに限定されないことはいうまでもない。また、衝
突部位についても具体例を挙げて説明しているが、これ
に限定されないことはいうまでもない。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び６に
記載の発明によれば、可動部が非可動部に衝突した際に
現れる駆動電流の変化を、他のモータに供給されている
駆動電流と比較して、非可動部への可動部の衝突を検知
することで、例えば位置センサを用いることなくその衝
突の検知を行うことができるようになる。また、請求項
２、３、７及び８に記載の発明によれば、駆動電流内の
特定の周波数成分に基づいて非可動部への可動部の衝突
を検知することで、例えば位置センサを用いることなく
その衝突の検知を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の駆動システムの構
成を示す図である。

【図２】前記第１の実施の形態における衝突検知部の構
成を示すブロック図である。

【図３】前記第１の実施の形態における衝突検知部の各
構成部に入力される、或いは各構成部から出力した信号
を示す図である。

【図４】横流成分の説明に使用した図である。

【図５】衝突検知に基づいて第１のモータや第２のモー
タの駆動状態を制御するための構成を示す図である。

【図６】衝突検知に基づいて第１のモータや第２のモー
タの駆動状態を制御するための処理手順を示す図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施の形態の駆動システムの構
成を示す図である。

【図８】前記第２の実施の形態における衝突検知部の構
成を示すブロック図である。

【図９】前記第３の実施の形態における衝突検知部の各
構成部に入力される、或いは各構成部から出力した信号
を示す図である。

【図１０】特定の周波数成分の信号を抽出して衝突検知
をする場合の説明に使用した図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態の駆動システムの
衝突検知部がＢＥＦを備えた構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】基本波成分を除去して衝突検知をする場合の
説明に使用した図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態の駆動システムの
衝突検知部の構成を示すブロック図である。

【図１４】前記第３の実施の形態における衝突検知部の
各構成部に入力される、或いは各構成部から出力した信
号を示す図である。

【図１５】従来の駆動システムの構成を示す図である。

【符号の説明】

１電源１１，１２，５１電流検出部２０，６０駆動部２２，６２シリンダ２３，２４，６３ピストン２５，２６，６５モータ２７，６７ケース３０，７０衝突検知部３１，８１減算部３２，７２，８３直流化フィルタ部３３，７３，８４ＡＢＳ（全波整流手段）３４，７４，８５ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３５，７５，８６比較器４０制御部７１，８２ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）７６ＢＥＦ（バンドエリミネーションフィルタ、帯域
阻止フィルタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜中仁神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一の電源からの各駆動電流によって複
数のモータが駆動され、この複数のモータの駆動により
対応される各可動部が動作し、前記可動部の非可動部へ
の衝突を検知する衝突検知装置において、前記複数のモータへの各駆動電流を検出する駆動電流検
出手段と、前記駆動電流検出手段が検出した各駆動電流間の相違に
基づいて前記非可動部への前記可動部の衝突を検知する
検知手段と、を備えていることを特徴とする衝突検知装置。
【請求項２】電源からの駆動電流によってモータが駆
動され、このモータの駆動により可動部が動作し、この
可動部の非可動部への衝突を検知する衝突検知装置にお
いて、前記モータへの駆動電流を検出する駆動電流検出手段
と、前記可動部が前記非可動部に衝突する際に前記駆動電流
内に発生する特定の周波数成分に基づいて前記非可動部
への前記可動部の衝突を検知する検知手段と、を備えていることを特徴とする衝突検知装置。
【請求項３】前記検知手段は、前記可動部が前記非可
動部に衝突する際に前記駆動電流内に発生する特定の周
波数成分に基づいて前記非可動部への前記可動部の衝突
を検知することを特徴とする請求項１記載の衝突検知装
置。
【請求項４】前記モータはリニアモータであることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の衝突検知
装置。
【請求項５】前記可動部と非可動部とは密閉空間内に
配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の衝突検知装置。
【請求項６】同一の電源からの各駆動電流によって複
数のモータが駆動され、この複数のモータの駆動により
対応される各可動部が動作し、前記可動部の非可動部へ
の衝突を検知する衝突検知方法において、前記複数のモータへの各駆動電流間の相違に基づいて前
記非可動部への前記可動部の衝突を検知することを特徴
とする衝突検知方法。
【請求項７】電源からの駆動電流によってモータが駆
動され、このモータの駆動により可動部が動作し、この
可動部の非可動部への衝突を検知する衝突検知方法にお
いて、前記可動部が前記非可動部に衝突する際に前記駆動電流
内に発生する特定の周波数成分に基づいて前記非可動部
への前記可動部の衝突を検知することを特徴とする衝突
検知方法。
【請求項８】前記可動部が前記非可動部に衝突する際
に前記駆動電流内に発生する特定の周波数成分に基づい
て前記非可動部への前記可動部の衝突を検知することを
特徴とする請求項６記載の衝突検知方法。
【請求項９】前記モータはリニアモータであることを
特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の衝突検知
方法。
【請求項１０】前記可動部と非可動部とは密閉空間内
に配置されていることを特徴とする請求項６乃至９のい
ずれかに記載の衝突検知方法。