JP2019140798A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のモータを用いることなく回転出力部の始動および回転駆動を行うことのできるモータ制御装置を提供する。【解決手段】この装置は、起動モータ２４の回転軸２４Ａと運転モータ２５の回転軸２５Ａとが並列に連結されてそれら起動モータ２４および運転モータ２５によって回転駆動される回転出力部２６や、起動モータ２４の回転軸２４Ａと回転出力部２６との間に介設されるワンウェイクラッチ２２、運転モータ２５の作動制御と起動モータ２４の作動制御とを実行するモータ制御部３０を有する。回転出力部２６を始動させるときにはワンウェイクラッチ２２が連結状態になるとともに回転出力部２６が起動モータ２４によって回転駆動される状態になる。回転出力部２６の始動が完了して同回転出力部２６が回転しているときには、ワンウェイクラッチ２２が解除状態になるとともに、回転出力部２６が運転モータ２５によって回転駆動された状態になる。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの作動を制御するモータ制御装置に関するものである。

近年、回転駆動される回転出力部を有する装置に、駆動源として電動機（以下、モータ）を設けることが多用されている。特許文献１には、検査対象機器としてのベアリングが回転出力部に取り付けられる検査装置であって、ベアリングの検査に際して同ベアリング（詳しくは、回転出力部）を回転駆動するためのモータが設けられた検査装置が開示されている。

特許第６０９１７０号公報

ここで、モータによって回転出力部を回転駆動する装置では、回転出力部を始動させるべくモータを起動するときに、同装置における可動部位に静止摩擦力が作用するため、大きなトルク（起動トルク）が必要になる場合がある。

また、モータの起動後において回転出力部が回転しているときには、上記可動部位に動摩擦力が作用するために、比較的小さいトルクでモータを運転することが可能になるものの、回転出力部を適正に回転駆動するためには、ある程度のトルク（運転トルク）が必要になる。

こうしたことから、上記静止摩擦力が大きい装置など、起動トルクと運転トルクとの差が大きい装置では、次のような理由でモータの選定が困難になる。すなわち、上記装置において起動トルクに合わせてモータを選定すると、大型のモータ（例えば、電源電圧が高圧のものや、モータ容量が大きいものなど）が必要になってしまう。その一方で、運転トルクに合わせてモータを選定すると、モータの起動に際してトルクが不足して同モータを起動できなくなるなど、モータを適正に起動することができなくなるおそれがある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型のモータを用いることなく回転出力部の始動および回転駆動を行うことのできるモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するためのモータ制御装置は、低回転領域において大きいトルクを出力可能なタイプの起動モータと、前記起動モータと比べて高い回転速度での運転に適したタイプの運転モータと、前記起動モータの回転軸と前記運転モータの回転軸とが並列に連結されて、それら前記起動モータおよび前記運転モータによって回転駆動される回転出力部と、前記起動モータの回転軸と前記回転出力部との間に介設されて、前記起動モータの回転軸および前記回転出力部を連結する連結状態と同連結を解除する解除状態とを切り替えるクラッチ部と、前記起動モータの作動制御と前記運転モータの作動制御とを実行するモータ制御部と、を有するモータ制御装置であって、前記回転出力部を始動させるときには前記クラッチ部が前記連結状態になるとともに前記回転出力部が前記起動モータによって回転駆動される状態になり、前記回転出力部の始動が完了して同回転出力部が回転しているときには、前記クラッチ部が前記解除状態になるとともに、前記回転出力部が前記運転モータによって回転駆動された状態になる。

上記構成によれば、静止摩擦力が作用するために大きなトルクが必要になる回転出力部の始動時には、低回転領域において大きいトルクを出力可能な起動モータによって回転出力部を回転駆動することができる。しかも、回転出力部の始動が完了して同回転出力部の回転速度が高くなったときには、比較的高い回転速度での運転に適した運転モータによって回転出力部を回転駆動することができる。このように上記構成によれば、タイプの異なる２つのモータ（起動モータおよび運転モータ）を状況に応じて使い分けつつ回転出力部を回転駆動することができるため、１つのモータによって回転出力部を回転駆動する装置と比較して、個々のモータ（起動モータおよび運転モータ）をその運転状況（始動時および始動完了後）に特化した小型なものにすることができる。したがって、大型のモータを用いることなく回転出力部の始動および回転駆動を行うことができる。

上記モータ制御装置において、前記クラッチ部は、前記起動モータに連結された第１回転体と、前記回転出力部に連結された第２回転体と、前記第１回転体から前記第２回転体への回転力の伝達を許容する一方で前記第２回転体から前記第１回転体への回転力の伝達を遮断する断接機構と、を有するワンウェイクラッチであり、前記モータ制御部は、前記起動モータの作動制御および前記運転モータの作動制御を、前記回転出力部を始動させるときには前記第１回転体の回転速度と前記第２回転体の回転速度とが同一になる態様で実行し、前記回転出力部の始動が完了して同回転出力部が回転しているときには前記第１回転体の回転速度よりも前記第２回転体の回転速度が高くなる態様で実行する。

上記構成によれば、回転出力部の始動時には起動モータによって回転出力部を回転駆動する一方で、回転出力部の始動完了時には運転モータによって回転出力部を回転駆動するといった回転出力部の駆動態様の切り替えを、ワンウェイクラッチの機能を通じて自動的に行うことができる。

上記モータ制御装置において、前記起動モータと前記回転出力部との間に減速機が設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、減速機が設けられない場合と比較して、低回転領域において回転出力部を回転駆動するトルクを大きくすることができるため、小型の起動モータを用いて回転出力部を始動させることができる。

上記モータ制御装置において、前記モータ制御装置は、前記回転出力部の回転駆動に伴い同回転出力部に負荷が作用する態様で試験対象機器が取り付けられて、前記回転出力部の間欠駆動を実行する耐久試験装置である。

上記構成によれば、静止摩擦力が作用するために大きなトルクが必要になる「回転出力部の始動」と動摩擦力が作用するようになる「回転出力部の運転」とを交互に繰り返し実行する耐久試験装置を、大型のモータを用いることなく運転することができる。

上記モータ制御装置において、前記試験対象機器はスラストベアリングである。
試験対象機器がスラストベアリングである耐久試験装置では、同スラストベアリングの静止摩擦力が大きいため、スラストベアリングの作動（摺動）を開始させるためのモータのトルク（起動トルク）とスラストベアリングの作動中においてその作動を維持するためのモータのトルク（運転トルク）との差が大きくなり易い。上記構成によれば、そうした耐久試験装置を、大型のモータを用いることなく適正に運転することができる。

本発明によれば、大型のモータを用いることなく回転出力部の始動および回転駆動を行うことができる。

一実施形態のモータ制御装置の構造を示す正面図。 スラスト負荷部およびその周辺の分解斜視図。 耐久試験時における回転出力部の回転態様を示すタイミングチャート。 運転サイクル初期における（ａ）は起動モータの回転速度の推移を示し、（ｂ）は運転モータの回転速度の推移を示し、（ｃ）はワンウェイクラッチの作動状態の推移を示す。 他の実施形態のモータ制御装置の概略構造を示すブロック図。

以下、モータ制御装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、装置本体１０の下部ベース１１には、ギアボックス２１が固定されている。このギアボックス２１は、水平方向（図１の左右方向）に延びる２本の入力軸（第１入力軸２１Ａおよび第２入力軸２１Ｂ）と、上下方向（図１の上下方向）に延びて各入力軸２１Ａ，２１Ｂに常時連結された１本の出力軸２１Ｃとを有している。

ギアボックス２１の第１入力軸２１Ａには、同第１入力軸２１Ａに近い側から順に、ワンウェイクラッチ２２、減速機２３、および起動モータ２４が直列に連結されている。これらワンウェイクラッチ２２、減速機２３、および起動モータ２４も下部ベース１１に固定されている。

起動モータ２４は低回転領域において大きいトルクを出力可能なタイプの交流モータである。この起動モータ２４としては、具体的には、電源電圧が「４４０ボルト」、極数が「４」、モータ容量が「１３２キロワット」のものが採用されている。

減速機２３は、減速比が「１６」のものであり、起動モータ２４の回転軸２４Ａの回転速度を減速しつつギアボックス２１の第１入力軸２１Ａ（詳しくは、ワンウェイクラッチ２２）に伝達するものである。

ワンウェイクラッチ２２は、減速機２３に連結される第１回転体としての内輪部２２Ａと、ギアボックス２１の第１入力軸２１Ａに連結される第２回転体としての外輪部２２Ｂと、それら内輪部２２Ａおよび外輪部２２Ｂの間に設けられた断接機構２２Ｃとからなる。この断接機構２２Ｃは、内輪部２２Ａから外輪部２２Ｂへの回転力の伝達を許容する一方で、外輪部２２Ｂから内輪部２２Ａへの回転力の伝達を遮断するものである。本実施形態では、ワンウェイクラッチ２２が、起動モータ２４の回転軸２４Ａおよび回転出力部２６（後に詳述する）を連結する連結状態と同連結を解除する解除状態とを切り替えるクラッチ部に相当する。

ギアボックス２１の第２入力軸２１Ｂには運転モータ２５の回転軸２５Ａが連結されている。運転モータ２５は起動モータ２４と比べて高い回転速度での運転に適したタイプの交流モータである。この運転モータ２５としては、具体的には、電源電圧「４４０ボルト」、極数が「４」、モータ容量が「３７５キロワット」のものが採用されている。運転モータ２５は下部ベース１１に固定されている。

本実施形態の装置は、起動モータ２４の作動制御や運転モータ２５の作動制御を実行するモータ制御部３０を有している。モータ制御部３０は、起動モータ２４に接続されたインバータ３１と、運転モータ２５に接続されたインバータ３２と、それらインバータ３１，３２の作動を制御する電子制御装置３３とを有している。各インバータ３１，３２は低圧（本実施形態では４４０ボルト）の交流電源装置（図示略）に接続されている。電子制御装置３３には、本実施形態の装置の運転開始や運転停止などに際して操作される操作盤３４が接続されている。

本実施形態では、運転を開始するべく操作盤３４が操作されると、電子制御装置３３による起動モータ２４（詳しくは、インバータ３１）の作動制御と運転モータ２５（詳しくは、インバータ３２）の作動制御とが実行されて、それら起動モータ２４および運転モータ２５が予め定められた所定パターンで運転される。

ギアボックス２１の出力軸２１Ｃには、連結部４１を介して、前記回転出力部２６が接続されている。このギアボックス２１により、回転出力部２６が起動モータ２４の回転軸２４Ａと運転モータ２５の回転軸２５Ａとに並列に連結されて、同回転出力部２６がそれら起動モータ２４および運転モータ２５によって回転駆動される構造になっている。

装置本体１０は、下部ベース１１よりも上方において水平方向に延びる略平板状の中央ベース１２と、中央ベース１２よりも上方において水平方向に延びる略平板状の上部ベース１３とを有している。回転出力部２６は、上下方向に延びる略円柱状をなしており、中央ベース１２の上面に固定された略筒状の固定筒部４３と上部ベース１３に設けられた貫通孔（支持孔１３Ａ）とに挿通された状態で配置されている。これにより、回転出力部２６は上下方向に相対移動可能な状態、且つ中心線周りに回転可能な状態で装置本体１０に支持されている。

上記連結部４１は上下方向に延びる外面円柱状をなしている。連結部４１の下端部はギアボックス２１の出力軸２１Ｃに固定されている。連結部４１の上部は略筒状をなしており、その内面には上下方向に延びるスプラインが形成されている。また、回転出力部２６の下部の外面にも上下方向に延びるスプラインが形成されている。そして、それらスプラインが係合する態様で、連結部４１の上部には回転出力部２６の下端部が挿入されている。これにより、連結部４１と回転出力部２６とが一体回転可能な状態、且つ上下方向に相対移動可能な状態になっている。連結部４１の内部には、ギアボックス２１の出力軸２１Ｃから回転出力部２６に伝達されるトルクを検出するためのトルクセンサ４２が設けられている。トルクセンサ４２の検出信号は電子制御装置３３に取り込まれている。

本実施形態の装置は、試験対象機器（スラストベアリング１４）にスラスト方向の荷重（スラスト荷重）やラジアル方向の荷重（ラジアル荷重）を付与した状態で、同スラストベアリング１４を作動（摺動）させるための回転出力部２６の始動（回転駆動）と停止とを繰り返し実行する耐久試験装置である。

回転出力部２６の周辺には、スラストベアリング１４を保持するベアリング保持部４４と、回転出力部２６と一体回転してスラストベアリング１４に摺動する摺動体４５と、上記ラジアル荷重を付与するためのラジアル負荷部５０と、上記スラスト荷重を付与するためのスラスト負荷部６０とが設けられている。

ベアリング保持部４４は水平方向に延びる板状をなしており、その上部に円環板状のスラストベアリング１４を着脱可能な構造になっている。装置本体１０の中央ベース１２には上方に向けて筒状で突出する固定筒部４３が固定されている。上記ベアリング保持部４４は、この固定筒部４３の上部に変位吸収機構４７を介して支持されている。なお、前記回転出力部２６は、固定筒部４３の内部と中央ベース１２の貫通孔１２Ａとに挿通された状態になっている。また、ベアリング保持部４４にスラストベアリング１４を取り付けた状態（図１に示す状態）では、同スラストベアリング１４にも上記回転出力部２６が挿通された状態になる。

上記変位吸収機構４７は、固定筒部４３の上端に固定される平板状の第１固定部４７Ａと、ベアリング保持部４４の下面に固定される平板状の第２固定部４７Ｂと、それら固定部４７Ａ，４７Ｂの間に設けられたスライド機構４７Ｃとを有している。この変位吸収機構４７により、装置本体１０に支持された回転出力部２６とベアリング保持部４４に取り付けられたスラストベアリング１４との水平方向における相対移動が可能になっている。これにより、スラストベアリング１４（詳しくは、ベアリング保持部４４）にラジアル荷重を付与する際に、回転出力部２６をラジアル方向に移動させない態様でベアリング保持部４４を移動させることが可能になるため、回転出力部２６の回転中心がラジアル方向にずれることが抑えられる。

上記摺動体４５は円環板状をなしている。摺動体４５は、その下面とベアリング保持部４４に保持されたスラストベアリング１４の上面とが摺動する態様で、ベアリング保持部４４の上方に設けられている。摺動体４５の中央の貫通孔の内面と回転出力部２６の外面における同貫通孔に対向する部分とにはそれぞれ、上下方向に延びるスプラインが形成されている。そして、それらスプラインが係合する態様で、摺動体４５の貫通孔に回転出力部２６が挿入されている。これにより、摺動体４５と回転出力部２６とが一体回転するようになっている。

また回転出力部２６には、摺動体４５の上方において同摺動体４５に隣接する位置に、円筒状をなす押さえ部４８が固定されている。本実施形態では、この押さえ部４８の下端に摺動体４５の上面が当接しているため、同押さえ部４８によって回転出力部２６に対する摺動体４５の上方への相対移動が規制されている。

上記ラジアル負荷部５０はベアリング保持部４４の上方に設けられている。具体的には、ベアリング保持部４４の上部には上下方向に延びる筒状の周壁５１が固定されており、周壁５１の上端には同周壁５１の上部開口を塞ぐ形状の上壁５２が固定されている。本実施形態では、上記ベアリング保持部４４、周壁５１、および上壁５２が外形円柱の容器状になっており、同容器状の部分（容器部５３）の内部にスラストベアリング１４が固定される構造になっている。また本実施形態では、こうした容器部５３が前記変位吸収機構４７を介して装置本体１０に支持された構造になっている。

またラジアル負荷部５０は、容器部５３をラジアル方向（回転出力部２６の回転中心と直交する方向）に付勢するための油圧式のシリンダ５４を有している。シリンダ５４のピストン部５４Ａの先端が容器部５３（詳しくは、周壁５１）の外面に固定されるとともに、同シリンダ５４のシリンダ部５４Ｂが装置本体１０に支持されている。このシリンダ５４は、ピストン部５４Ａが水平方向に移動する態様で配置されている。

本実施形態の装置は、油圧ポンプ３５と、同油圧ポンプ３５および上記シリンダ５４を接続する油路３６と、同油路３６の途中に設けられた切替弁３７とを有している。この切替弁３７は前記電子制御装置３３に接続されている。電子制御装置３３は切替弁３７の作動制御を実行する。

本実施形態の装置では、油圧ポンプ３５を作動させた状態で切替弁３７を作動させて、シリンダ５４に対する油圧の給排を行うことにより、同シリンダ５４の作動状態を変更することができる。そして、このシリンダ５４を伸張させることにより、容器部５３（スラストベアリング１４）がラジアル方向（図１における左側）に付勢されるようになる。このように本実施形態の装置では、切替弁３７の作動制御を通じてシリンダ５４への供給油圧を調整することにより、容器部５３をラジアル方向に付勢する付勢力、ひいてはスラストベアリング１４に作用するラジアル荷重を所定範囲（本実施形態では、０〜２００キロニュートン）で調節可能になっている。

前記スラスト負荷部６０は中央ベース１２の下部に取り付けられている。具体的には、回転出力部２６の上下方向における中間部分には、保持ベアリング２７を介して保持筒部２８が取り付けられている。この保持筒部２８は、上下方向に延びる略円筒状をなしており、回転出力部２６が挿通された状態になっている。保持ベアリング２７は、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることが可能なアンギュラベアリングであり、保持筒部２８の内面と回転出力部２６の外面との間に介設されている。この保持ベアリング２７により、保持筒部２８が回転出力部２６に対して上下方向に相対移動不能、且つ、同回転出力部２６の中心線周りに相対回転可能になっている。また、保持筒部２８には周囲全周にわたって環状で突出するフランジ２９が一体に設けられている。そして、このフランジ２９の上面と中央ベース１２の下面とが対向するように、保持筒部２８は配置されている。

また図１および図２に示すように、上記スラスト負荷部６０は、前記摺動体４５（具体的には、フランジ２９）をスラスト方向（回転出力部２６の回転中心が延びる方向）に付勢するための油圧式のシリンダ６１を複数（本実施形態では、４つ）有している。各シリンダ６１のピストン部６１Ａの先端が中央ベース１２の下面に固定されるとともに、各シリンダ６１のシリンダ部６１Ｂが保持筒部２８のフランジ２９に固定されている。各シリンダ６１は、ピストン部６１Ａが上下方向に移動する態様で配置されている。

本実施形態の装置は、上記油圧ポンプ３５（図１）を各シリンダ６１に接続する油路３８と、同油路３８の途中に設けられた切替弁３９とを有している。切替弁３９は前記電子制御装置３３に接続されている。電子制御装置３３は切替弁３９の作動制御を実行する。なお図１には、便宜上、切替弁３９に複数のシリンダ６１のうちの１つのみが接続された構造を示しているが、実際には切替弁３９に対して全てのシリンダ６１が並列に接続されている。

本実施形態の装置では、油圧ポンプ３５を作動させた状態で切替弁３９を作動させて、各シリンダ６１に対する油圧の給排を行うことにより、それらシリンダ６１の作動状態を変更することができる。そして、各シリンダ６１を伸張させることにより、保持筒部２８のフランジ２９がスラスト方向（図１における下方）に付勢されるようになる。このときには保持筒部２８ともども、保持ベアリング２７、回転出力部２６、および摺動体４５が下方に付勢されて、同摺動体４５の下面がスラストベアリング１４の上面に押し付けられるようになる。本実施形態の装置では、切替弁３９の作動制御を通じて各シリンダ６１への供給油圧を調整することにより、回転出力部２６を下方に付勢する付勢力、ひいてはスラストベアリング１４に作用するスラスト荷重を所定範囲（本実施形態では、０〜３００キロニュートンの範囲）で調節可能になっている。

さらに図１および図２に示すように、中央ベース１２の下面には、上下方向に延びる案内軸６２が複数（本実施形態では４つ）固定されている。また保持筒部２８のフランジ２９には、複数（本実施形態では４つ）の貫通孔（案内孔６３）が設けられている。これら案内孔６３は上記案内軸６２に対応する位置に設けられており、各案内孔６３にはそれぞれ案内軸６２の先端が挿通された状態になっている。そして、各シリンダ６１（図１参照）が作動して保持筒部２８および回転出力部２６が上下方向に付勢されたときには、中央ベース１２に固定された案内軸６２と保持筒部２８のフランジ２９に設けられた案内孔６３との係合を通じて、同保持筒部２８が摺動体４５ともども上下方向に案内されるようになる。

本実施形態の装置は、前述したようにスラストベアリング１４の耐久試験を実行する耐久試験装置である。この耐久試験は以下のように実行される。
まず、ベアリング保持部４４にスラストベアリング１４が取り付けられる。次に、油圧ポンプ３５が作動した状態で各シリンダ５４，６１の作動制御が実行されて、スラストベアリング１４に所定のラジアル荷重と所定のスラスト荷重とが作用する状態にされる。そして、耐久試験装置の運転を開始するべく運転者によって操作盤３４が操作されると、同耐久試験装置の運転が開始される。

図３に示すように、耐久試験装置の運転では、以下に記載する運転サイクル（時刻ｔ１０〜ｔ１４）での回転出力部２６の回転駆動が複数回（本実施形態では、３０００回）だけ繰り返し実行される。なお図３には上記運転サイクルを２回分だけ示している。

上記運転サイクルでは、先ず、回転出力部２６を始動させるとともに（時刻ｔ１０）、同回転出力部２６の回転速度を、所定時間ＴＡ（本実施形態では、１０秒）で所定速度ＶＡ（同１８００回転毎分）まで上昇するように一定の加速度で加速させる（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。その後、回転出力部２６の回転速度が所定時間ＴＢ（同１０秒）にわたって所定速度ＶＡ一定に維持される（時刻ｔ１１〜ｔ１２）。その後、回転出力部２６の回転を所定時間ＴＣ（同２０秒）で停止させる態様で、同回転出力部２６の回転速度を一定の加速度で減速させる（時刻ｔ１２〜ｔ１３）。その後、回転出力部２６は所定時間ＴＤ（同１０秒）にわたって回転停止状態のままで維持される（時刻ｔ１３〜ｔ１４）。

本実施形態では、上述した運転サイクルでの回転出力部２６の回転駆動を、起動モータ２４および運転モータ２５をそれぞれ予め定められた所定の作動サイクルで繰り返し作動させることによって実現している。

図３および図４（ａ）に示すように、起動モータ２４（図４（ａ））の作動サイクルでは、先ず、回転出力部２６を始動するべく、起動モータ２４を起動させる（図３の時刻ｔ１０、図４の時刻ｔ２０）。そして、起動モータ２４の回転速度を所定速度ＶＢ（本実施形態では、１６００回転毎分）になるまでの所定時間ＴＥにわたって一定の加速度で加速させる（図４の時刻ｔ２０〜ｔ２１）。なお、このときの加速度は、起動モータ２４の回転速度を減速機２３の減速比で除算した値（＝回転速度／減速比）の推移と、回転出力部２６（図３）の回転速度の推移とが一致するようになる値が定められている。

その後、起動モータ２４の回転速度が所定時間ＴＦ（本実施形態では、数百ミリ秒）にわたって所定速度ＶＢ一定に維持される（図４の時刻ｔ２１〜ｔ２２）。その後、起動モータ２４の回転を所定時間ＴＧで停止させる態様で、同起動モータ２４の回転速度を一定の加速度で減速させる（時刻ｔ２２〜ｔ２３）。その後、起動モータ２４は、次回の運転サイクル（図３参照）が開始されるまでの間（図３における時刻ｔ１４までの間）、停止状態のままで維持される（図４の時刻ｔ２３以降）。

図４（ｂ）に示すように、運転モータ２５の作動サイクルでは、先ず、起動モータ２４が起動されてから同起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢになるまでの所定時間ＴＥにおいて、運転モータ２５が空転状態にされる（時刻ｔ２０〜ｔ２１）。

そして、起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢになるタイミングで（時刻ｔ２１）、運転モータ２５の作動が開始されるとともに、同運転モータ２５の回転速度が前記運転サイクル（図３参照）における回転出力部２６の回転速度と同一態様で推移するように同運転モータ２５は運転される（時刻ｔ２１以降）。すなわち、運転モータ２５の回転速度は、所定速度ＶＡになるまで一定の加速度で加速された後に、同所定速度ＶＡのままで所定時間ＴＢにわたり維持される（図３の時刻ｔ１１〜ｔ１２）。そして、所定時間ＴＣで停止させるように一定の加速度で減速された後（時刻ｔ１２〜ｔ１３）、所定時間ＴＤにわたって停止状態のままで維持される（時刻ｔ１３〜ｔ１４）。

以下、耐久試験の実行時における本実施形態の装置の具体的な作動態様について説明する。
耐久試験が開始されると、先ずは、初回の運転サイクルでの回転出力部２６の回転駆動が実行される。具体的には、起動モータ２４が起動される。起動モータ２４を起動する際には運転モータ２５は空転状態で停止しているため、同起動モータ２４が起動されて回転を開始すると（図４の時刻ｔ２０）、ワンウェイクラッチ２２（図４（ｃ））が自動的に伝達状態になる。そのため、このとき起動モータ２４によって回転出力部２６が始動（回転駆動）されるようになる。なお本実施形態の装置では、このとき起動モータ２４から出力されて回転出力部２６に作用する回転トルク（起動トルク）のピーク値が最大で「１５０００Ｎ・ｍ」になる。

その後、一定の加速度で起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢまで加速され、これに伴って回転出力部２６の回転速度が所定速度ＶＣ（＝所定速度ＶＢ／減速比）まで加速される。なお、このとき空転状態の運転モータ２５の回転軸２５Ａは、ギアボックス２１を介して回転出力部２６に連結されているために、同回転出力部２６と同期回転している。

そして、回転出力部２６の回転速度が所定速度ＶＣになると、起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢのままで保持される一方で、運転モータ２５の作動が開始されて、その回転速度が所定速度ＶＣから所定速度ＶＡまで一定の加速度で加速される。これにより、ワンウェイクラッチ２２の内輪部２２Ａ（起動モータ２４側）の回転速度よりも外輪部２２Ｂ（回転出力部２６側）の回転速度が高くなるため、同ワンウェイクラッチ２２が自動的に解除状態になる（図４の時刻ｔ２１）。

このようにしてワンウェイクラッチ２２が解除状態になった後においては、上記回転出力部２６は起動モータ２４によっては回転駆動されず、運転モータ２５のみによって回転駆動されるようになる。なお本実施形態の耐久試験では、ワンウェイクラッチ２２が解除状態になっている期間、すなわち起動モータ２４の出力トルクが回転出力部２６および運転モータ２５に伝わらないために回転出力部２６や運転モータ２５の作動に悪影響を与えることのない期間において起動モータ２４が減速されて停止される。

そして、その後においても回転出力部２６は運転モータ２５によって回転駆動される。具体的には、回転出力部２６の回転速度は、所定時間ＴＢにわたって所定速度ＶＡ一定で保持された後（図３の時刻ｔ１１〜ｔ１２）、一定の加速度で減速させて停止されるようになる（同時刻ｔ１２〜ｔ１３）。なお本実施形態では、運転モータ２５によって回転出力部２６を所定速度ＶＡ一定で回転駆動しているときには、同運転モータ２５の出力トルク（運転トルク）が「２０００Ｎ・ｍ」になる。

運転モータ２５の駆動が停止されてから次回の運転サイクルが開始されるまでの期間においては、同運転モータ２５および起動モータ２４が共に回転停止状態になる（同時刻ｔ１３〜ｔ１４）。そのため、回転出力部２６は回転停止状態で保持される。

本実施形態では、こうした運転サイクルでの回転出力部２６の回転駆動が繰り返し実行される。
以下、本実施形態の装置による作用効果について説明する。

本実施形態の装置は、スラストベアリング１４の耐久試験装置であり、回転出力部２６の運転（回転）に際して同回転出力部２６に取り付けられた摺動体４５とスラストベアリング１４とが摺動する構造になっている。そして、スラストベアリング１４の耐久試験では回転出力部２６が間欠駆動されることから、スラストベアリング１４と摺動体４５との摺動面に静止摩擦力が作用するために大きなトルクが必要になる「回転出力部２６の始動」と、同摺動面に動摩擦力が作用するようになる「回転出力部２６の運転」とが交互に繰り返し実行されるようになる。スラストベアリング１４は静止摩擦力が大きいため、スラストベアリング１４の作動（詳しくは、回転出力部２６と一体の摺動体４５の回転）を開始させるためのモータのトルク（起動トルク）と同スラストベアリング１４の回転中においてその回転を維持するためのモータのトルク（運転トルク）との差が大きくなり易いと云える。

ここで、一般的なモータは、一瞬であれば定格トルクの３倍程度のトルクを出力可能なことが知られている。本実施形態の装置では、起動トルクが「最大１５０００Ｎ・ｍ」であり運転トルクが「２０００Ｎ・ｍ」であるため、起動トルクと運転トルクとの比（＝起動トルク／運転トルク）が「７．５」になる。したがって、１つのモータで回転出力部２６を回転駆動する構造を採用すると、起動トルク（最大１５０００Ｎ・ｍ）に合わせてモータを選定せざるをえなくなるため、モータが大型な特殊品になってしまう。詳しくは、電源電圧が低圧（２００ボルト級、４００ボルト級）のモータは「３７５キロワット」以下の容量のものが多いため、「３７５キロワット」よりも大きい容量のモータが必要になる場合には、電源電圧が高圧（３０００ボルト級）のモータを採用したり、モータ容量の大きい特殊仕様のモータを採用したりすることになる。そして、そうした大容量のモータや電源電圧の高いモータを採用する場合には、そのモータ容量や電源電圧に見合う電源ライン（または発電機）を用意したり、高い電源電圧に対応する受電設備を設置したりするなど、多大な費用が発生してしまう。

この点、本実施形態では、回転出力部２６を回転駆動するためのモータとして、タイプの異なる２つのモータ（起動モータ２４、運転モータ２５）が設けられている。
そして、回転出力部２６を始動させるときには、ワンウェイクラッチ２２が連結状態になって、同回転出力部２６が起動モータ２４によって回転駆動される状態になる。これにより、静止摩擦力が作用するために大きなトルクが必要になる回転出力部２６の始動時には、低回転領域において大きいトルクを出力可能なタイプの起動モータ２４によって回転出力部２６が回転駆動されるようになる。また、本実施形態では、起動モータ２４と回転出力部２６との間に減速機２３が設けられているため、減速機２３が設けられない場合と比較して、低回転領域において回転出力部２６を回転駆動するトルクを大きくすることができ、小型の起動モータ２４を用いて回転出力部２６を始動させることができるようになる。

しかも、回転出力部２６の始動が完了して同回転出力部２６が回転しているとき、詳しくは回転出力部２６の回転速度が前記所定速度ＶＣ（図４参照）よりも高くなった後においては、ワンウェイクラッチ２２が解除状態になって、回転出力部２６が運転モータ２５によって回転駆動される状態になる。これにより、回転出力部２６の始動が完了して同回転出力部２６の回転速度が高くなったときには、比較的高い回転速度での運転に適した運転モータ２５によって回転出力部２６が回転駆動されるようになる。

このように本実施形態によれば、タイプの異なる２つのモータ（起動モータ２４および運転モータ２５）を状況（始動時や始動完了後）に応じて使い分けつつ回転出力部２６を回転駆動することができる。そのため、起動モータ２４を始動時に特化した小型なものにするとともに運転モータ２５を始動完了後に特化した小型なものにするといったように、１つのモータによって回転出力部２６を回転駆動する装置と比較して、個々のモータをその運転状況に特化した小型なものにすることができる。したがって、大型のモータを用いることなく回転出力部２６の始動および回転駆動を行うことができる。

また本実施形態の装置では、減速機２３と回転出力部２６との間にワンウェイクラッチ２２が設けられている。そのため、起動モータ２４のみが作動する回転出力部２６の始動時においては、ワンウェイクラッチ２２が自動的に連結状態になり、同起動モータ２４によって回転出力部２６が回転駆動されるようになる。その一方で、回転出力部２６の始動完了後に運転モータ２５の作動が開始されると、ワンウェイクラッチ２２が自動的に解除状態になって、運転モータ２５によって回転出力部２６が回転駆動されるようになる。このように本実施形態によれば、回転出力部２６の始動時から始動完了時への回転出力部２６の駆動態様の切り替えを、ワンウェイクラッチ２２の機能を通じて自動的に行うことができる。これにより、起動モータ２４から回転出力部２６に伝達される回転力と運転モータ２５から回転出力部２６に伝達される回転力とが不要に干渉して、それらモータ２４，２５の運転効率が低下することが抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）回転出力部２６を始動させるときには、ワンウェイクラッチ２２が連結状態になるとともに、同回転出力部２６が起動モータ２４によって回転駆動される状態になる。しかも、回転出力部２６の始動が完了して同回転出力部２６が回転しているときには、ワンウェイクラッチ２２が解除状態になるとともに、回転出力部２６が運転モータ２５によって回転駆動された状態になる。これにより、大型のモータを用いることなく回転出力部２６の始動および回転駆動を行うことができるようになる。

（２）減速機２３と回転出力部２６との間にはワンウェイクラッチ２２が設けられている。そのため、回転出力部２６の始動時から始動完了時への回転出力部２６の駆動態様の切り替えを、ワンウェイクラッチ２２の機能を通じて自動的に行うことができる。

（３）起動モータ２４と回転出力部２６との間に減速機２３が設けられているために、減速機２３が設けられていない場合と比較して小型の起動モータ２４を用いて回転出力部２６を始動させることができる。

（４）静止摩擦力が作用するために大きなトルクが必要になる「回転出力部２６の始動」と動摩擦力が作用するようになる「回転出力部２６の運転」とを交互に繰り返し実行する耐久試験装置を、大型のモータを用いることなく運転することができる。

（５）試験対象機器がスラストベアリング１４である耐久試験装置を、大型のモータを用いることなく適正に運転することができる。
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・起動モータ２４として低回転領域において大きいトルクを出力可能なタイプのモータが採用されるとともに、運転モータ２５として上記起動モータ２４と比べて高い回転速度での運転に適したタイプのモータが採用されるのであれば、各モータ２４，２５の特性は任意に変更可能である。

・トルクセンサ４２を省略することができる。
・回転出力部２６の始動のために必要なトルクが得られるのであれば、減速機２３を省略してもよい。

・耐久試験に際してスラストベアリング１４に付与するスラスト荷重の大きさやラジアル荷重の大きさは任意に変更可能である。また、スラスト荷重およびラジアル荷重のうちの一方のみを付与するようにしてもよい。その他、耐久試験の実行中に、シリンダ６１（切替弁３９）の作動制御を通じてスラスト荷重を変更したり、シリンダ５４（切替弁３７）の作動制御を通じてラジアル荷重を変更したりすることも可能である。

・運転モータ２５の作動開始時におけるインバータ３２の作動制御において、同インバータ３２の連れ回り引き込み機能を使用してもよい。
・ワンウェイクラッチ２２に代えてクラッチ部としての電磁クラッチを設けるようにしてもよい。この場合には、回転出力部２６を始動するときに電磁クラッチを連結状態にするとともに、回転出力部２６の始動後において起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢになったときに、運転モータ２５の作動を開始することに合わせて、電磁クラッチを解除状態にすればよい。

・回転出力部２６の始動に際して起動モータ２４の回転速度が所定速度ＶＢ未満であるときに、起動モータ２４の回転速度を減速機２３の減速比で除算した値（＝回転速度／減速比）と運転モータ２５の回転速度とが同一になるように、同運転モータ２５をごく小さいトルクで作動させるようにしてもよい。こうした構成によれば、起動モータ２４による回転駆動から運転モータ２５による回転駆動への切り替えに際して、運転モータ２５（インバータ３２）を作動状態で待機させておくことができるため、同インバータ３２の制御ラグ（回転速度の検出遅れや、作動制御の実行周期分の作動遅れ）による影響を抑えることができる。そのため、回転出力部２６の回転速度に段差状の急変が生じることを抑えて、同回転出力部２６の回転速度を円滑に推移するように制御することができる。

・上記実施形態のモータ制御装置は、スラストベアリング１４の耐久試験装置に適用することに限らず、モータ駆動式の超重量車両（例えば、最大で数百トンの荷物を運ぶ車両）の駆動装置や、巻き上げ用のモータや移動用のモータを有する超重量物クレーン（例えば最大で数百トンの荷物を取り扱うクレーン）の駆動装置、モータ駆動式のロールクラッシャーの駆動装置などにも適用することができる。こうした構成では、図５に示すように、回転出力部２６を駆動対象（超重量車両の車軸や、超重量物クレーンの駆動軸、ロールクラッシャーのロールなど）に接続するようにすればよい。なお、ロールクラッシャーのロールを回転駆動する駆動装置では、破砕物（例えば岩石）が噛み込むなどしてロールの回転が停止したときに、同ロールを一時的に大きいトルクで回転駆動する場合が想定される。こうした装置では、起動トルクと運転トルクとの差が大きくなりやすいために駆動用のモータが大型化しやすい。こうした駆動装置において、大型のモータを用いることなく回転出力部２６の始動および回転駆動を行うことが可能になる。

１０…装置本体、１１…下部ベース、１２…中央ベース、１２Ａ…貫通孔、１３…上部ベース、１３Ａ…支持孔、１４…スラストベアリング、２１…ギアボックス、２１Ａ…第１入力軸、２１Ｂ…第２入力軸、２１Ｃ…出力軸、２２…ワンウェイクラッチ、２２Ａ…内輪部、２２Ｂ…外輪部、２２Ｃ…断接機構、２３…減速機、２４…起動モータ、２４Ａ…回転軸、２５…運転モータ、２５Ａ…回転軸、２６…回転出力部、２７…保持ベアリング、２８…保持筒部、２９…フランジ、３０…モータ制御部、３１…インバータ、３２…インバータ、３３…電子制御装置、３４…操作盤、３５…油圧ポンプ、３６，３８…油路、３７，３９…切替弁、４１…連結部、４２…トルクセンサ、４３…固定筒部、４４…ベアリング保持部、４５…摺動体、４７…変位吸収機構、４７Ａ…第１固定部、４７Ｂ…第２固定部、４７Ｃ…スライド機構、４８…押さえ部、５０…ラジアル負荷部、５１…周壁、５２…上壁、５３…容器部、５４，６１…シリンダ、５４Ａ，６１Ａ…ピストン部、５４Ｂ，６１Ｂ…シリンダ部、６０…スラスト負荷部、６２…案内軸、６３…案内孔。

Claims (5)

1. 低回転領域において大きいトルクを出力可能なタイプの起動モータと、
   前記起動モータと比べて高い回転速度での運転に適したタイプの運転モータと、
   前記起動モータの回転軸と前記運転モータの回転軸とが並列に連結されて、それら前記起動モータおよび前記運転モータによって回転駆動される回転出力部と、
   前記起動モータの回転軸と前記回転出力部との間に介設されて、前記起動モータの回転軸および前記回転出力部を連結する連結状態と同連結を解除する解除状態とを切り替えるクラッチ部と、
   前記起動モータの作動制御と前記運転モータの作動制御とを実行するモータ制御部と、
   を有するモータ制御装置であって、
   前記回転出力部を始動させるときには前記クラッチ部が前記連結状態になるとともに前記回転出力部が前記起動モータによって回転駆動される状態になり、前記回転出力部の始動が完了して同回転出力部が回転しているときには、前記クラッチ部が前記解除状態になるとともに、前記回転出力部が前記運転モータによって回転駆動された状態になる、モータ制御装置。
2. 前記クラッチ部は、前記起動モータに連結された第１回転体と、前記回転出力部に連結された第２回転体と、前記第１回転体から前記第２回転体への回転力の伝達を許容する一方で前記第２回転体から前記第１回転体への回転力の伝達を遮断する断接機構と、を有するワンウェイクラッチであり、
   前記モータ制御部は、前記起動モータの作動制御および前記運転モータの作動制御を、前記回転出力部を始動させるときには前記第１回転体の回転速度と前記第２回転体の回転速度とが同一になる態様で実行し、前記回転出力部の始動が完了して同回転出力部が回転しているときには前記第１回転体の回転速度よりも前記第２回転体の回転速度が高くなる態様で実行する
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記起動モータと前記回転出力部との間に減速機が設けられている
   請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータ制御装置は、前記回転出力部の回転駆動に伴い同回転出力部に負荷が作用する態様で試験対象機器が取り付けられて、前記回転出力部の間欠駆動を実行する耐久試験装置である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記試験対象機器はスラストベアリングである
   請求項４に記載のモータ制御装置。