JP2024078589A - 作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機において、モータのロータの回転位置を正確に把握できるようにする。【解決手段】作業機１０は、複数のコイルからなるステータ（固定子１９）と、永久磁石からなるロータ（回転子１８）と、を有するモータ１６と、前記モータの駆動力によって往復動するピストンと、前記ピストンを往復動可能に収容するシリンダと、前記ロータの回転位置が複数の回転位置パターンのいずれに該当するかを検出する位置パターン検出部（回転子位置検出回路６６）と、前記ステータに流れる電流値を検出する電流検出部（モータ電流検出回路６８）と、前記ステータの通電パターンを制御する制御部（コントローラ６２）と、を備え、前記制御部は、前記位置パターン検出部が検出した前記回転位置パターンと前記電流検出部が検出した前記電流値に基づいて前記回転位置を推定する回転位置推定処理を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、作業機に関する。

建築現場等の作業現場においては、釘打ちやねじ打ち等の作業を行うために、可搬型の空気圧縮機から供給される圧縮空気を駆動エネルギーとした空気工具（釘打機やねじ打機等）が広く使用されている。特許文献１には、作業機の一例として、モータの動力によってシリンダ内でピストンを往復動させることで空気を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構によって圧縮された高圧空気を貯留する空気タンクと、それらを支持する複数の脚部と、を備える、可搬型の空気圧縮機が記載されている。

特開２０１０－１８５４４７号公報

特許文献１に記載されるような、ピストンが往復動するレシプロ型の空気圧縮機では、モータを停止しても、レシプロ機構の慣性やシリンダ内の残圧によって、ピストンの移動方向に力が作用するため、空気圧縮機自体の移動（自走）が生じる。自走した空気圧縮機は、人手により所定位置に戻す必要があるため、作業効率が低下するという課題があった。一方、モータのロータを特定の回転位置で停止させると、自走を減少できることが知られているので、該特定の回転位置で停止させるために、回転位置を正確に把握することが求められる。

上記課題を鑑み、本発明の目的は、作業機において、モータのロータの回転位置を正確に把握できるようにすることにある。

本発明の一実施形態に係る作業機は、複数のコイルからなるステータと、永久磁石からなるロータと、を有するモータと、前記モータの駆動力によって往復動するピストンと、前記ピストンを往復動可能に収容するシリンダと、前記ロータの回転位置が複数の回転位置パターンのいずれに該当するかを検出する位置パターン検出部と、前記ステータに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記ステータの通電パターンを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記位置パターン検出部が検出した前記回転位置パターンと前記電流検出部が検出した前記電流値に基づいて前記回転位置を推定する回転位置推定処理を行う。

本発明の一実施形態に係る作業機によれば、位置パターン検出部が検出した回転位置パターンと、電流検出部が検出した電流値に基づいて、ロータの回転位置を正確に把握できる。

第１実施形態に係る作業機の外観を示す斜視図である。 第１実施形態に係る作業機の内部構造を示す平面断面図である。 第１実施形態に係る作業機の回路ブロック図である。 第１実施形態に係る作業機の制御部のブロック図である。 第１実施形態に係る作業機におけるモータの始動から停止を示すフローチャートである。 高圧側ピストン位置に対する、モータ回転軸にかかる軸トルクと、シリンダの内部にかかるシリンダ内圧力とを示す図である。 高圧側ピストンの位置に対する、（Ａ）トルク、（Ｂ）ホールセンサパターン、（Ｃ）電流を示す図である。 第２実施形態に係る作業機の制御部のブロック図である。 第２実施形態に係る作業機におけるモータの始動から停止を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る作業機のモータ通電停止位置におけるニューラルネットワークの構造を示すネットワーク構成図である。

本発明の実施形態に係る作業機を、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一部には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図２，図３，及び図８に示すように、作業機１０は、一例として、ステータ（固定子１９）とロータ（回転子１８）とを有するモータ１６と、モータ１６の駆動力よって往復動するピストン２２ａ，２２ｂと、ピストン２２ａ，２２ｂを往復動可能に収容するシリンダ２１ａ，２１ｂと、モータ１６の駆動を制御する制御部（コントローラ６２）と、を備え、ピストン２２ａ，２２ｂの往復動によりシリンダ２１ａ，２１ｂ内で圧縮された空気を貯留タンク（空気タンク１２ａ，１２ｂ）に貯留する、空気圧縮機（コンプレッサ）である。

そして作業機１０は、ロータの回転位置を正確に推定できる点に特徴があり、この作業機１０には、いわゆるルールベースで推定を行う第１実施形態と、人工知能（ＡＩ）による機械学習で推定を行う第２実施形態とが含まれる。以下、各実施形態について説明する。

（第1実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る作業機１０は、平行となって基台１１に取り付けられる２つの空気タンク１２ａ，１２ｂを有しており、それぞれの空気タンク１２ａ，１２ｂの両端部の下面には、脚部１３が取り付けられている。

また、作業機１０は脚部１３の部分で所定の設置箇所に配置され、基台１１の両端部にはハンドル部１４ａ，１４ｂが設けられており、作業機１０はハンドル部１４ａ，１４ｂを作業者が把持して持ち運ぶことができる。すなわち、作業機１０は、可搬型のコンプレッサである。

基台１１には、図２に示すように、駆動ボックス１５が取り付けられており、この駆動ボックス１５にはモータ１６が取り付けられている。このモータ１６は、永久磁石からなるロータつまり回転子１８と、複数のコイルからなる円筒形のステータつまり固定子１９とを有しており、電源からの電力の供給によって駆動されるものである。この作業機１０で用いられるモータ１６は、例えば三相交流ブラシレスモータである。

回転子１８にはモータ回転軸１７が取り付けられ、モータ回転軸１７を介して被駆動部材としての圧縮空気生成部３０を駆動する。圧縮空気生成部３０は、モータ１６の駆動により圧縮空気を生成するものである。

また、固定子１９には複数の界磁巻線つまり巻線が回転子１８に対向して設けられている。回転子１８は固定子１９の内部に組み込まれており、このモータ１６はインナーロータ型となっている。固定子１９はモータ１６を収容するハウジングとしての駆動ボックス１５に取り付けられる。

モータ回転軸１７は駆動ボックス１５に回転自在に支持されている。駆動ボックス１５には、モータ回転軸１７の回転方向に１８０度の位相をずらして２つのシリンダ２１ａ，２１ｂが取り付けられており、それぞれのシリンダ２１ａ，２１ｂにはピストン２２ａ，２２ｂが軸方向に往復動自在に組み込まれている。

モータ回転軸１７の回転運動をピストン２２ａ，２２ｂの軸方向の往復運動に変換するために、それぞれのピストン２２ａ，２２ｂには、コネクティングロッド２３ａ，２３ｂの一端部がピン結合されている。コネクティングロッド２３ａ，２３ｂの他端部には、モータ回転軸１７に装着される偏心カム２４ａ，２４ｂが設けられており、それぞれの偏心カム２４ａ，２４ｂはピストン２２ａ，２２ｂの往復動方向に、互いに逆向き（相補的）な位置となるように偏心している。

これにより、一方のピストン２２ａが駆動室２５ａ，２５ｂを圧縮する方向に駆動されると、他方のピストン２２ｂは駆動室２５ａ，２５ｂの容量を拡大させる方向に駆動される。

それぞれのシリンダ２１ａ，２１ｂに設けられたシリンダヘッド２６ａ，２６ｂには、逆止弁２７ａ，２７ｂが設けられている。ピストン２２ａ，２２ｂが駆動室２５ａ，２５ｂを圧縮させる方向に駆動されると、吐出室２８ａ，２８ｂから配管２９ａ，２９ｂを介して圧縮空気が供給される。

シリンダ２１ａ，２１ｂ、及びピストン２２ａ，２２ｂ等は、圧縮空気生成部３０を構成しており、モータ１６の回転子１８は、モータ回転軸１７を介して圧縮空気生成部３０に連結される。モータ１６により圧縮空気生成部３０が駆動されると、圧縮空気が空気タンク１２ａ，１２ｂに溜められる。

ピストン２２ｂは外気を導入して圧縮する第１段目の低圧側のピストンであり、ピストン２２ａは低圧側のピストンにより圧縮された空気をさらに圧縮する第２段目の高圧側のピストンである。低圧側のピストン２２ｂにより圧縮された外気は、シリンダ２１ｂ内から配管２９ａを介してシリンダ２１ａ内に供給され、高圧側のピストン２２ａによりさらに圧縮され、圧縮空気となって、配管２９ｂを介して空気タンク１２ａ，１２ｂ内に供給される。

すなわち、圧縮空気生成部３０では、モータ１６の回転によるピストン２２ａ，２２ｂの往復運動で圧縮空気が生成され、この圧縮空気生成部３０で生成された圧縮空気は、空気タンク（貯留タンク）１２ａ，１２ｂに溜められる。空気タンク１２ａと空気タンク１２ｂの内部は連通しており、両空気タンク内の空気の圧力は均一に保たれる。

ここで図６は、モータ回転軸１７の回転角度（°）で表される高圧側ピストン位置に対する、モータ回転軸１７にかかる軸トルクと、シリンダ２１ａ，２１ｂの内部にかかるシリンダ内圧力とを示す図である。図６（Ａ）は、高圧側のピストン２２ａの駆動によってモータ回転軸１７にかかる軸トルクＴＨと、高圧側のシリンダ２１ａ内にかかる圧力ＰＨとを、高圧下死点（０°）から高圧上死点（１８０°）を経て高圧下死点（３６０°）に到るまで示している。図６（Ｂ）は、低圧側のピストン２２ｂの駆動によってモータ回転軸１７にかかる軸トルクＴＬと、低圧側のシリンダ２１ｂ内にかかる圧力ＰＬとを、低圧上死点（０°）から低圧下死点（１８０°）を経て低圧上死点（３６０°）に到るまで示している。高圧側のピストン２２ａと低圧側のピストン２２ｂとは、互いに逆向きの位置となるよう往復動するため、概ね、高圧側の軸トルクＴＨが増加すると低圧側の軸トルクＴＬは減少し、高圧側のシリンダ内圧力ＰＨが増加すると低圧側のシリンダ内圧力ＰＬは減少する。

この高圧側の軸トルクＴＨと低圧側の軸トルクＴＬとを合算した、高圧側ピストン位置に対する軸トルクを示すと、図７（Ａ）のようになる。

モータ回転軸１７の一端部には、モータ１６の外側に位置させて冷却ファン３１ａが取り付けられており、モータ回転軸１７の他端部には冷却ファン３１ｂが取り付けられている。冷却ファン３１ｂの外側には制御基板（制御部、制御部材、メイン基板）３２が配置されている。

また、冷却ファン３１ａにより生成される冷却風はモータ１６に吹き付けられ、一方、冷却ファン３１ｂにより生成される冷却風は制御基板３２に吹き付けられる。基台１１にはカバー３３が装着されており、圧縮空気生成部３０、モータ１６及び空気タンク１２ａ，１２ｂ等はカバー３３によって覆われている。

それぞれの空気タンク１２ａ，１２ｂに溜められた圧縮空気を外部に供給するために、図１に示すように、空気タンク１２ａ，１２ｂの端部上方にはカプラ３４ａ，３４ｂが設けられている。それぞれのカプラ３４ａ，３４ｂから外部に排出される圧縮空気の圧力を調整するために、減圧弁３５ａ，３５ｂが空気タンク１２ａ，１２ｂに設けられており、減圧された空気の圧力は圧力計３６ａ，３６ｂ及び表示部３７に表示される。

制御基板３２では、主に、モータ１６の駆動や圧縮空気生成部３０における空気の圧縮動作を制御している。これらの制御は、制御基板３２に設けられる制御用のマイコンチップである、後述する図３，４に示すコントローラ６２によって行われる。

制御基板３２は、カバー３３の内側（作業機１０本体の内部）の奥まった位置に配置されており、表示部３７は、作業機１０本体のカバー３３に取り付けられている。また、表示部３７には、表示面がカバー３３から露出するように配置されている。

表示部３７は、例えばタッチパネルが該当する。そして、表示部３７は、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力や作業機１０の運転状態、運転モードを作業者に報知し、さらに、操作スイッチ６４としても機能する。操作スイッチ６４には、運転状態（すなわち、モータ１６のオンオフ）を切り替える電源スイッチや、運転モードを通常モードか静音モードに切り替えるモードスイッチが含まれる。また、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力、運転状態、及び運転モードは、コントローラ６２が、表示部３７に表示する。なお、表示部３７に替えて圧力表示用ＬＥＤ、運転状態表示用ＬＥＤ、運転モード表示用ＬＥＤ等を適用するようにしても良い。

図３に示すように、 作業機１０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各巻線に対する駆動電流を制御するためのインバータ回路５１を有している。インバータ回路５１には、商用電源５２の交流を直流に整流するための整流回路５４と、整流された直流電圧を昇圧してインバータ回路５１に供給するための力率改善回路（ＰＦＣ）５５とを介して電力が供給される。力率改善回路５５は、ＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴrにＰＷＭ制御信号を出力するＩＣ５６を有しており、インバータ回路５１のスイッチング素子で発生する高調波電流を制限値以下に抑える。なお、商用電源５２と整流回路５４との間には、インバータ回路５１等で生じたノイズを商用電源５２側に伝えないようにするために、雑音対策回路５３が設けられている。

インバータ回路５１は、３相フルブリッジインバータ回路であり、それぞれ直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2と、２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4と、２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6とを有し、それぞれは、力率改善回路５５の正極と負極の出力端子に接続される。正極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr3、Ｔr5は、ハイサイド側となっており、負極側に接続される３つのスイッチング素子Ｔr2、Ｔr4、Ｔr6は、ロウサイド側となっている。２つのスイッチング素子Ｔr1、Ｔr2の間には、Ｕ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr3、Ｔr4の間には、Ｖ相の巻線の一方の接続端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔr5、Ｔr6の間には、Ｗ相の巻線の一方の接続端子が接続される。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの巻線の他方の接続端子は、相互に接続されており、各巻線はスター結線となっている。なお、結線方式としては、デルタ結線としても良い。それぞれのスイッチング素子Ｔr1～Ｔr6としては、ＭＯＳＦＥＴが使用されている。

例えば、ハイサイド側のスイッチング素子Ｔr1と、ロウサイド側のスイッチング素子Ｔr4のゲートに制御信号が通電されると、Ｕ相とＶ相の巻線に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子に供給される制御信号のタイミングを調整することにより、各巻線に対する転流動作が制御される。

作業機１０のインバータ回路５１に制御信号を演算して出力するモータ制御ユニット６１は、コントローラ６２を有しており、コントローラ６２は図２に示した制御基板３２に設けられている。

コントローラ６２からは制御信号出力回路６３を介してインバータ回路５１に制御信号が送られる。操作スイッチ６４が作業者による操作を受け付けることにより、モータ１６のオンオフの信号や運転モードの切替信号が操作スイッチ検出回路６５を介してコントローラ６２に送られる。

回転位置検出センサとしてのホール素子Ｓ１～Ｓ３の検出信号は、回転子位置検出回路６６に送られる。回転子位置検出回路６６は、位置パターン検出部の一例であって、回転子位置検出回路６６では、回転子１８（ロータ）の回転位置が複数の回転位置パターン（以下、「ホールセンサパターン」ともいう）のいずれに該当するかが検出される。回転子位置検出回路６６の検出値は、図７（Ｂ）のように、モータ回転軸１７の回転角度（°）で表される高圧側ピストン位置に対する、ホールセンサパターンで示される。本例においては、回転子１８と一体的に回転する永久磁石がＳ極とＮ極のそれぞれ５個ずつ設けられており、それらを３個のホール素子Ｓ１～Ｓ３で検出する（図３は一部省略により、永久磁石の個数を少なく記載している）。本例でのホールセンサパターンは、「０」「１」「２」「３」「４」「５」の６パターンである。また、ホールセンサパターンは、ピストン２２ａ，２２ｂの１往復中（すなわちモータ回転軸１７の１回転中）に、同じホールセンサパターンが複数回出現する。本例では、Ｂ１～Ｂ２（１回目）、Ｂ２～Ｂ３（２回目）、Ｂ３～Ｂ４（３回目）、Ｂ４～Ｂ５（４回目）、及びＢ５～Ｂ１（５回目）の５回、同じホールセンサパターンが出現する。回転子位置検出回路６６からは、コントローラ６２に、ホールセンサパターンに応じた検出信号が送られる。

モータ１６の回転数は、回転子１８の位置に基づいて、コントローラ６２内で算出可能である。

モータ電流検出回路６８は、電流検出部の一例であって、モータ１６の固定子１９（ステータ）に流れる電流値が検出される。モータ電流検出回路６８の検出値は、図７（Ｃ）のように、モータ回転軸１７の回転角度（°）で表される高圧側ピストン位置に対する電流値で示される。軸トルク（すなわち負荷）が増加すると電流値も増加するので、電流値が増加から減少に転ずる変曲点を結んだ波形は、図７（Ａ）に示される軸トルクの波形と、概ね一致する。モータ電流検出回路６８からは、コントローラ６２に、ステータに流れる電流値に応じた検出信号が送られる。

圧力センサであるタンク圧センサ３９からは、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力の検出値がコントローラ６２に送られる。

コントローラ６２は、制御信号に基づく演算を行うマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式、及びデータなどが格納されるメモリとを有しており、コントローラ６２は、巻線に対する通電タイミングを制御する通電相切替制御部と、ホール素子Ｓ１～Ｓ３の検出信号に基づいて通電タイミングを進めるための進角制御部とを構成している。

モータ回転数は、各巻線に供給される実効電圧を調整することにより制御される。巻線に対する実効電圧制御は、例えば、スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、インバータ回路５１の各スイッチング素子Ｔr1～Ｔr6のゲートに印加されるオン信号のデューティ比を調整することにより行われる。例えば、デューティ比を１０％に設定すると、力率改善回路５５からの出力電圧の１０％の電圧が各巻線に供給され、デューティ比を１００％に設定すると、モータ回転数は最大回転数となる。このように、作業機１０のコントローラ６２は電圧制御部を構成している。

電圧検出回路５７は、検出した電圧を本体情報としてコントローラ６２に入力する。

次に、コントローラ６２について説明する。コントローラ６２は、図４に示すように、データ記憶部６２ａ、ロータ回転位置演算部６２ｂ、モータ駆動停止制御部６２ｃ、本体モード管理部６２ｄ、及びモータ制御部６２ｅを有する。

コントローラ６２において、モータ電流検出回路６８の検出値（図７（Ｃ）に示される電流値）データ、回転子位置検出回路６６の検出値（図７（Ｂ）に示されるホールセンサパターン）データ、及びタンク圧センサ３９の検出値データは、データ記憶部６２ａに記憶される。データ記憶部６２ａで記憶された電流値データ及びホールセンサパターンデータは、ロータ回転位置演算部６２ｂに入力される。ロータ回転位置演算部６２ｂでは、入力されたホールセンサパターンデータと電流値データに基づいて、ロータの回転位置を推定（演算）する回転位置推定処理が行われる。この回転位置推定処理の詳細については後述する。回転位置推定処理により演算されたロータの回転位置のデータは、モータ駆動停止制御部６２ｃに入力される。

操作スイッチ検出回路６５が検出した、モータ１６のオン（始動）とオフ（停止）を切り替える信号及び運転モードを切り替える信号は、本体モード管理部６２ｄに入力される。電圧検出回路５７が検出した電圧のデータも、本体モード管理部６２ｄに入力される。本体モード管理部６２ｄからは、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力、運転状態、及び運転モードの表示データが、表示部３７に入力される。

モータ１６を停止する信号が、本体モード管理部６２ｄからモータ駆動停止制御部６２ｃに入力されると、ロータ回転位置演算部６２ｂからモータ駆動停止制御部６２ｃに入力されたロータ回転位置データに基づいて、該モータ駆動停止制御部６２ｃにより、ロータを停止させる所定の回転位置が決定される。該所定の回転位置でのロータの停止を要求する信号が、モータ駆動停止制御部６２ｃからモータ制御部６２ｅに入力されると、該モータ制御部６２ｅからモータ１６に、モータ制御信号が入力されて、モータ１６のロータが所定の回転位置で停止される。

次に、モータ１６の始動から停止について説明する。コントローラ６２は、図５に示すように、電源スイッチがオン（始動）操作されると、ステップＳ１１で、モータ１６を駆動するモータ制御を行って、ステップＳ１２で、一定時間が経過したか否かを判定する。この一定時間とは、所定のサンプリング期間であり、例えばモータ１６が数回転する期間である。ステップＳ１２の判定を行うのは、ロータ回転位置を判別するためには、モータ１６の数回転分の電流波形を見る必要があるからである。

コントローラ６２は、ステップＳ１２で一定時間を経過していない（ＮＯ）と判定した場合に、ステップＳ１３で、電流値データと回転子位置（ホールセンサパターン）データをデータ記憶部６２ａにて記録・記憶して、ステップＳ１５に進む。一方、コントローラ６２は、ステップＳ１２で一定時間を経過している（ＹＥＳ）と判定した場合に、ステップＳ１４で、データ記憶部６２ａで記憶している電流値データと回転子位置データに基づいて、ロータ回転位置演算部６２ｂにてロータ回転位置を決定（推定）する回転位置推定処理を行う。

具体的には、図７（Ｂ）に示すように、モータ回転軸１７の１回転中に、ホールセンサパターン「５」はＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，及びＢ５の５回検出されるため、ホールセンサパターン「５」が検出されただけではモータ回転軸１７の回転角度、すなわちロータ回転位置を決定するには至らない。一方、図７（Ｃ）に示すように、ホールセンサパターン「５」の前記Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，及びＢ５に対応する電流値はＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，及びＣ５で、それぞれ異なる。よって、ホールセンサパターン「５」が検出された場合における電流値がＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，又はＣ５のいずれであるかを判別することにより、ロータ回転位置を決定（推定）することができる。

ここで、回転位置推定処理での電流値として、波形が上昇から下降に転ずる変曲点Ｐの電流値を用いれば、該変曲点Ｐの電流値は一義的であるため、上昇途中あるいは下降途中の電流値を用いる場合に比べて、より正確にロータ回転位置を決定することができる。具体的には、該変曲点Ｐは高圧側ピストン位置が約１４０°のときに現れるため、該変曲点Ｐが検出された際のホールセンサパターンを基準として、ホールセンサパターンとモータ回転軸１７の回転角度を紐づけすることで、ロータ回転位置を決定（推定）することができる。

図５に戻り、コントローラ６２は、ステップＳ１５で、モータ停止指令があるか否か、すなわち電源スイッチがオフ（停止）操作されたか否かを判定する。コントローラ６２は、ステップＳ１５でモータ停止指令がない（ＮＯ）と判定した場合に、前記ステップＳ１１の処理を行う。一方、コントローラ６２は、ステップＳ１５でモータ停止指令がある（ＹＥＳ）と判定した場合に、ステップＳ１６で、モータ駆動停止制御部６２ｃにてモータ通電停止条件をロータ回転位置より決定する。具体的には、モータ１６のロータを特定の回転位置で停止させると、作業機１０の自走を減少できることが知られているので、現在のロータ回転位置に基づいて、所定のロータ回転位置で停止するように決定する。

例えば、モータ回転軸１７の回転角度が３００°でモータ１６を停止させると、高圧側のピストン２２ａが慣性で動き続けても、高圧上死点（１８０°）を超えることができず、シリンダ２１ａの内圧により大きく跳ね返されるので、作業機１０の自走距離が長くなる。一方、モータ回転軸１７の回転角度が１２０°でモータ１６を停止させると、高圧側のピストン２２ａが慣性で動き続けて、高圧上死点（１８０°）を超えることができて、シリンダ２１ａの内圧による跳ね返りは少ないので、作業機１０の自走距離が短くて済む。よって、モータ回転軸１７の回転角度が１２０°で停止するように決定するのが好ましい。

なお、タンク圧センサ３９で検出されデータ記憶部６２ａで記憶しているタンク圧データに基づいて、停止するロータ回転位置を異ならせてもよい。例えば、タンク圧が高い場合には、シリンダ２１ａの内圧も高いので、ピストン２２ａが高圧上死点を超えられるように、前記１２０°よりも高圧上死点に近い回転位置でロータが停止するように決定する。

ステップＳ１６で決定されたモータ通電停止条件は、停止制御要求信号として、モータ制御部６２ｅに出力され、ステップＳ１７で、該モータ通電停止条件の回転角度でロータが停止するようにモータ制御部６２ｅからモータ制御信号が出力されて、モータ１６が停止される。

（第２実施形態）
第２実施形態は、前記回転位置推定処理を、人工知能（ＡＩ）により行うものである。例えば、モータ１６の電流値及びホールセンサパターンのデータを予め人工知能に機械学習させ、機械学習によって得られたデータ（学習モデル）を基に、モータ１６のロータの回転位置に応じてステータへの通電パターンを制御する。一例として、第２実施形態は、コントローラ６２によって、ニューラルネットワーク（以下、「ＮＮ」ともいう）を用いた制御を行う。

図８は、第２実施形態に係る作業機１０の制御部（コントローラ６２）のブロック図である。第２実施形態のコントローラ６２は、第１実施形態のコントローラ６２のロータ回転位置演算部６２ｂを、学習済みモデル６２ｆ及びＮＮ演算部６２ｇに置き換えた構成となっている。学習済みモデル６２ｆは、学習モデルの一例であって、電流値の変化に基づいて回転位置を推定する際に用いられるデータである。また、ＮＮ演算部６２ｇは、演算部の一例であって、学習済みモデル６２ｆに基づいて推定された回転位置に応じてステータへの通電パターンを制御する演算回路である。

図９は、第２実施形態に係る作業機１０におけるモータ１６の始動から停止を示すフローチャートである。第１実施形態のコントローラ６２は、ステップＳ１４で、データ記憶部６２ａで記憶している電流値データと回転子位置データに基づいて、ロータ回転位置演算部６２ｂにてロータ回転位置を決定（推定）する回転位置推定処理を行っていたが、第２実施形態のコントローラ６２は、該ステップＳ１４に代えて、ステップＳ１４ａ及びステップＳ１４ｂの処理をＮＮ演算部６２ｇにて行う。

ステップＳ１４ａでは、データ記憶部６２ａで記憶している電流値データの変化と回転子位置データ、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力（タンク圧）に基づいて、学習済みモデル６２ｆによりＮＮ演算を行い、ステップＳ１４ｂでは、該ＮＮ演算の結果により、ロータ回転位置を決定（推定）する。

図１０は、第２実施形態に係る作業機１０の所定のモータ通電停止位置におけるニューラルネットワークの構造を示すネットワーク構成図である。ＮＮ演算部６２ｇは、所定のサンプル数の電流値、モータ１６の回転数、及び空気タンク１２ａ，１２ｂ内の空気圧力（タンク圧）を入力データ１１１とし、モータ通電停止位置を出力データ１１２としたＮＮによって、ロータ回転位置の推定を行う。

図１０に示されるＮＮを用いた推定制御では、一例として、機械学習により複数の入力データ１１１を第１次絞り込みデータ１１３に絞り込み、さらに、第２次絞り込みデータ１１４に絞り込む等して、モータ通電停止位置の出力データ１１２を算出する。機械学習による複数の入力データ１１１の絞り込みは、因子の影響や関係性の高さ等によって行われる。すなわち、１次、２次と進むにつれて、影響の小さいものを、係数を小さくすること等で取り除いていき、最終的にモータ通電停止位置の出力データ１１２を算出する。なお、複数の入力データ１１１の絞り込みを行う回数は、２回に限定されることはなく、３回以上行ってもよい。

この第２実施形態に係る作業機１０によれば、電流値の波形が複雑で変曲点の検出が困難な場合にも精度よくロータ回転位置の推定を行うことが可能になるため、安価に作業機１０を提供することができる。

（変形例）
本発明は、上記の第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上記の第１実施形態では、図７（Ｂ）に示すように、同じ回転位置パターン（ホールセンサパターン）がピストン２２ａ，２２ｂの一往復中に複数回出現する例について説明したが、該ホールセンサパターンは、ピストン２２ａ，２２ｂの一往復中に１回のみ出現するものであってもよい。この場合であっても、本発明によれば、該ホールセンサパターンと、ステータに流れる電流値とにより、ロータ回転位置を正確に把握することができる。

上記の第１実施形態では、図７（Ｃ）に示す電流値の変曲点を用いて回転位置推定処理を行う例について説明したが、上昇途中あるいは下降途中の電流値を用いて回転位置推定処理を行ってもよい。

上記の第２実施形態では、学習モデルとして、予め学習させた学習済みモデル６２ｆを搭載する例について説明したが、該学習モデルは、検出された電流値データやホールセンサパターンデータに基づいてさらに学習を重ねることによりロータ回転位置を推定する精度の向上に資するものであってもよい。

上記の実施形態では、図５及び図９のステップＳ１６において、モータ回転軸１７の回転角度が１２０°でモータ１６への電力供給を停止するのが好ましい旨を説明したが、他のタイミングでモータ１６への電力供給を停止してもよい。一例として、モータ１６への電力供給を停止するタイミングによって作業機１０の移動方向が異なる場合は、各タイミングによって移動する量と方向をベクトルで表したときに、該ベクトルの大きさの平均が最小となるように停止タイミングを制御することで、多数回停止させたときの総移動量を減少させることができる。

１０…作業機、１２ａ，１２ｂ…空気タンク、１６…モータ、１７…モータ回転軸、１８…回転子（ロータ）、１９…固定子（ステータ）、２１ａ，２１ｂ…シリンダ、２２ａ，２２ｂ…ピストン、３２…制御基板、３９…タンク圧センサ、５１…インバータ回路、５２…商用電源、５７…電圧検出回路、６１…モータ制御ユニット、６２…コントローラ、６２ａ…データ記憶部、６２ｂ…ロータ回転位置演算部、６２ｃ…モータ駆動停止制御部、６２ｄ…本体モード管理部、６２ｅ…モータ制御部、６２ｆ…学習済みモデル、６２ｇ…ＮＮ演算部、６６…回転子位置検出回路、６８…モータ電流検出回路

Claims (6)

1. 複数のコイルからなるステータと、永久磁石からなるロータと、を有するモータと、
   前記モータの駆動力によって往復動するピストンと、
   前記ピストンを往復動可能に収容するシリンダと、
   前記ロータの回転位置が複数の回転位置パターンのいずれに該当するかを検出する位置パターン検出部と、
   前記ステータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記ステータの通電パターンを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記位置パターン検出部が検出した前記回転位置パターンと前記電流検出部が検出した前記電流値に基づいて前記回転位置を推定する回転位置推定処理を行う、作業機。
2. 前記位置パターン検出部は、前記ピストンの１往復中に複数回出現する同じ前記回転位置パターンを検出する、請求項１に記載の作業機。
3. 前記制御部は、前記電流検出部が検出した前記電流値の変曲点に基づいて、前記回転位置推定処理を行う、請求項１に記載の作業機。
4. 前記制御部は、前記回転位置推定処理により推定した前記回転位置に基づいて、所定の回転位置で前記ロータが停止するように前記通電パターンを制御する、請求項１に記載の作業機。
5. 前記ピストンの往復動により前記シリンダ内で圧縮された空気を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンク内の空気圧力を検出する圧力センサと、を備え、
   前記制御部は、前記圧力センサの検出値に応じて異なる前記回転位置で前記ロータが停止するように前記通電パターンを制御する、請求項４に記載の作業機。
6. 前記制御部は、前記電流検出部が検出した前記電流値の変化に基づいて前記回転位置を推定する学習モデルと、前記学習モデルによって推定された前記回転位置に応じて前記通電パターンを制御する演算部と、を含む、請求項１に記載の作業機。

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