JP7185718B2 - 電磁動力制御装置 - Google Patents

Description

本願は、電磁動力制御装置に関するものである。

複写機、プリンタ等における紙搬送機構には、動力の伝達及び制動を行うために、電磁クラッチ及び電磁ブレーキを備えた動力制御装置が設けられている。電磁クラッチは、動力源に接続された入力軸と、ローラ等の機械的な負荷に接続された出力軸との間を係合又は解放する。電磁ブレーキは、出力軸と非回転部材との間を係合又は解放する。しかし、動力制御装置を構成する部品及び負荷のバラツキ、経年変化などにより、負荷の駆動及び制動が安定しない問題があった。

特許文献１の技術は、ロボットマニピュレータの動力制御装置であるが、動力制御装置では、モータの駆動力を、減速機及びクラッチを介してマニピュレータに伝達している。減速機等の潤滑剤は、粘性変化を持つ。特許文献１の段落００２９から段落００３１に記載されているように、駆動制御部２１３は、外乱推定部２３８で推定される粘性係数の値を予め決められた特性パラメータに基づいて計算する。モータの駆動開始後から粘性係数が一定の範囲に収まった後に、クラッチの動力伝達を行わせる。これにより、動力伝達機構に粘性変化を持つ場合でも、時間経過に応じた粘性変化を考慮し、外乱推定の精度を極力向上させている。

特開２０１８－０５８１６４号公報

ところで、電磁クラッチ又は電磁ブレーキを係合する際に、過渡的に、２つの摩擦板の間に速度差が生じ、滑り係合状態になる。しかしながら、特許文献１の技術では、減速機等の潤滑剤の粘性変化が考慮されているだけで、動力制御装置に設けられた電磁クラッチ又は電磁ブレーキを滑り係合状態に係合し、電磁クラッチ又は電磁ブレーキを介して負荷にトルクを伝達することは考慮されていない。

滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキを伝達する伝達トルクは、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などの変動要因により変動しやすい。例えば、摩擦板の摩擦係数は、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などにより変動しやすい。また、電磁コイルの通電電流及び電磁力は、温度などにより変動し易い。そのため、電磁クラッチ又は電磁ブレーキへの供給電流を同様に操作しても、変動要因により電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動し、伝達トルクの変動により、出力軸の回転加速度が変動し、出力軸の回転加速度の変動により、出力軸の回転速度が変動する。また、電磁クラッチ又は電磁ブレーキに設けられた電磁コイルのインダクタンス等により、電流操作に対して、電磁クラッチ又は電磁ブレーキを実際に流れる電流値の変化には応答遅れが生じる。従って、電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクの変動要因により、出力軸の回転速度の制御精度が悪化する。そのため、計画的に、目標タイミングで、出力軸の回転速度を目標回転速度に一致させ、電磁クラッチ又は電磁ブレーキの係合を完了させようとした場合に、制御精度が悪化する。

そこで、変動要因により滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動した場合でも、応答性良く、供給電流を変化させ、目標タイミングにおける回転速度の制御精度を向上できる電磁動力制御装置を提供する。

本願に係る電磁動力制御装置は、
動力源に接続された入力軸と、負荷に接続された出力軸との間を係合又は解放する電磁クラッチ、及び前記出力軸と非回転部材との間を係合又は解放する電磁ブレーキの一方又は双方を有する電磁動力制御機構と、
前記電磁クラッチへの供給電流及び前記電磁ブレーキへの供給電流の一方又は双方を制御する制御器と、
前記出力軸の回転を検出する回転センサと、
前記電磁クラッチへの供給電流及び前記電磁ブレーキへの供給電流を検出する電流センサと、
前記出力軸から前記負荷に伝達される出力トルクを検出するトルクセンサと、を備え、
前記制御器は、
制御周期毎に、
前記回転センサの出力信号に基づいて、前記出力軸の回転速度を検出し、前記電流センサの出力信号に基づいて、前記電磁クラッチへの供給電流、及び前記電磁ブレーキへの供給電流の一方又は双方を検出し、前記トルクセンサの出力信号に基づいて、前記出力トルクを検出し、
前記制御周期毎に、
現在の前記制御周期よりも先の時点に仮想の目標タイミングを設定し、前記目標タイミングにおける目標回転速度を設定し、前記目標タイミングにおける前記目標回転速度と現在の前記制御周期において前記回転センサの出力信号に基づいて検出された前記出力軸の回転速度の検出値との間の速度差を、前記目標タイミングの時点と現在の前記制御周期の時点との間の時間差で除算して、目標回転加速度を算出し、前記目標回転加速度に基づいて、目標出力トルクを算出し、前記目標出力トルク、及び現在の前記制御周期において前記電流センサの出力信号に基づいて検出された、滑り係合状態の前記電磁クラッチへの供給電流の検出値又は滑り係合状態の前記電磁ブレーキへの供給電流の検出値と、現在の前記制御周期において前記トルクセンサの出力信号に基づいて検出された前記出力トルクの検出値との比である実電流実トルク比に基づいて、滑り係合状態の前記電磁クラッチへの供給電流又は滑り係合状態の前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させるものである。

本願に係る電磁動力制御装置によれば、目標回転速度及び現在の回転速度の検出値に基づいて、目標回転加速度が算出されるので、目標タイミングにおいて目標回転速度を達成するために、現在必要な目標回転加速度を算出することができる。そして、目標回転加速度に基づいて、目標出力トルクを算出することができる。電流の検出値と出力トルクの検出値との実電流実トルク比により、実電流と、滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキの実伝達トルクとの比に対応する情報を検出できる。実電流を用いているので、電磁コイルのインダクタンス等による電流操作に対する実電流の応答遅れの影響を受けることなく、実電流と実伝達トルクとの状態を検出できる。すなわち、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報を、遅れなく検出できる。そして、実電流実トルク比、及び目標出力トルクに基づいて、供給電流が変化される。そのため、目標出力トルクを達成するための電流操作を、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報に基づいて、遅れなく、フィードフォワード的に行うことができる。従って、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などの変動要因により、摩擦板及び電磁コイルの特性が変動し、滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動した場合でも、電磁コイルのインダクタンス等による電流の応答遅れの影響を低減し、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報を検出し、フィードフォワード的に、供給電流を変化させることができる。

実施の形態１に係る電磁動力制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電磁動力制御装置の模式図である。 実施の形態１に係る制御器の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る制御器のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電磁クラッチの係合時の伝達トルクを説明するための模式図である。 実施の形態１に係る電磁ブレーキの係合時の伝達トルクを説明するための模式図である。 実施の形態１に係る電磁クラッチの係合時の制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る電磁ブレーキの係合時の制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る制御器の処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る制御器のハードウェア構成図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る電磁動力制御装置１について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電磁動力制御装置１の概略構成図である。電磁動力制御装置１は、電磁動力制御機構１０、制御器２０、電流センサ３０、トルクセンサ４０、及び回転センサ５０を備えている。制御器２０は、外部装置１００と通信可能に接続されている。外部装置１００は、電磁動力制御装置１が設けられたシステム全体の動作を監視、制御する上位の装置である。

＜電磁動力制御装置１＞
図２に模式図を示すように、電磁動力制御装置１は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２を有している。なお、電磁動力制御装置１は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２の一方を有していてもよい。電磁クラッチ１１は、入力軸ＳＩと出力軸ＳＯとの間を係合又は解放する。電磁ブレーキ１２は、出力軸ＳＯと非回転部材１７との間を係合又は解放する。非回転部材１７は、筐体などに固定されている。なお、図２は、模式図であり、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２等の実際の構造を限定するものではなく、さまざまな構造のものが用いられる。

入力軸ＳＩには、動力源２００が接続されている。動力源２００は、モータなどとされる。入力軸ＳＩは、動力源２００に直接、連結されてもよいし、ギヤ、ベルト等の動力伝達機構を介して接続されてもよい。動力源２００は、動力源の制御器（不図示）により制御される。

出力軸ＳＯには、負荷３００が接続されている。負荷３００は、出力軸ＳＯから伝達された出力トルクＴｏを用いて、機械的な仕事を行う。この仕事のために負荷３００において発生するトルクを負荷トルクＴＬと称す。例えば、電磁動力制御装置１が、複写機、プリンタ等に用いられる場合は、負荷３００は、ギヤ、ローラなどにより構成される。

電磁クラッチ１１は、対向する２つの摩擦板１３、１４、及び２つの摩擦板１３、１４を相互に押し付ける押し付け力を発生する電磁アクチュエータ１５を有している。各摩擦板１３、１４は、円環板状に形成される。２つの摩擦板１３、１４の間に生じる摩擦力は、電磁アクチュエータ１５の押し付け力に比例する。電磁アクチュエータ１５の押し付け力は、電磁アクチュエータ１５に供給されている電流に比例する。電磁アクチュエータ１５は、電磁コイルを有しており、電流に比例する電磁コイルの電磁力により押し付け力を発生する。電磁コイルへの電流供給が停止されると、押し付け力がなくなり、リターンスプリング１６により、２つの摩擦板の間の接触がなくなり、電磁クラッチ１１が解放状態になる。電磁ブレーキ１２も、電磁クラッチ１１と同様に構成されている。

２つの摩擦板１３、１４との間に速度差がある状態で、電磁アクチュエータ１５の押し付け力により２つの摩擦板１３、１４が係合している場合は、２つの摩擦板１３、１４の間を、摩擦力に比例したトルクが伝達する。この２つの摩擦板１３、１４の間に速度差を有して、滑りながら係合している状態を、滑り係合状態と称す。従って、滑り係合状態では、２つの摩擦板１３、１４の間を、電流に比例したトルクが伝達する。

＜電流センサ３０＞
電流センサ３０は、電磁クラッチ１１に供給される電流及び電磁ブレーキ１２に供給される電流の一方又は双方（本例では、双方）を検出する。本実施の形態では、電磁クラッチ１１への供給電流を検出する第１電流センサ３０ａ、及び電磁ブレーキ１２への供給電流を検出する第２電流センサ３０ｂが設けられている。各電流センサ３０ａ、３０ｂには、ホール素子、シャント抵抗等が用いられる。各電流センサ３０ａ、３０ｂの出力信号は、制御器２０に入力される。

＜トルクセンサ４０＞
トルクセンサ４０は、出力軸ＳＯから負荷３００に伝達される出力トルクＴｏを検出する。トルクセンサ４０は、出力軸ＳＯから負荷３００への動力伝達経路に設けられている。トルクセンサ４０には、磁歪式のトルクセンサ等が用いられる。磁歪式のトルクセンサは、軸体の周囲に配置され、軸体のねじれを磁気で検出し、検出したねじれ量によりトルクを検出する。トルクセンサ４０の出力信号は、制御器２０に入力される。なお、磁歪式以外のトルクセンサが用いられてもよい。

＜回転センサ５０＞
回転センサ５０は、出力軸ＳＯの回転を検出する。例えば、回転センサ５０には、ＭＲ素子を用いた磁気検出式の回転センサが用いられる。回転センサ５０は、検出した回転速度に係る情報（例えば、回転周期に係る情報）を出力する。回転センサ５０の出力信号は、制御器２０に入力される。なお、磁気検出式以外の回転センサが用いられてもよい。

１－１．制御器２０
制御器２０は、電磁クラッチ１１への供給電流及び電磁ブレーキ１２への供給電流の一方又は双方を制御する。図３に示すように、制御器２０は、運転状態検出部２１、目標タイミング速度設定部２２、及び電流制御部２３を備えている。制御器２０の各機能は、制御器２０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器２０は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置１００等とデータ通信を行う通信装置９４等を備えている。ＣＰＵ及び記憶装置９１等が一体化された、マイクロプロセッサが用いられてもよい。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、トルクセンサ４０、回転センサ５０、第１電流センサ３０ａ、及び第２電流センサ３０ｂ等の各種のセンサが接続され、これらセンサの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電磁クラッチ１１への供給電流及び電磁ブレーキ１２への供給電流をオンオフするスイッチング素子９５などの駆動回路等を備えている。通信装置９４は、外部装置１００等と通信を行う。スイッチング素子９５には、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等が用いられる。

そして、制御器２０が備える図３の各機能部２１～２３等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、出力回路９３、及び通信装置９４等の制御器２０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部２１～２３等が用いる目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ、目標回転速度ωｏｔｒ、慣性モーメントＪ、負荷トルクＴＬ、換算係数Ｋｉｄ、初期値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御器２０の各機能について詳細に説明する。

１－１－１．運転状態検出部２１
運転状態検出部２１は、回転センサ５０の出力信号に基づいて、出力軸ＳＯの回転速度ωｏｄｅｔを検出する。運転状態検出部２１は、第１電流センサ３０ａの出力信号に基づいて、電磁クラッチ１１への供給電流Ｉｃｌｄｅｔを検出し、第２電流センサ３０ｂの出力信号に基づいて、電磁ブレーキ１２への供給電流Ｉｂｋｄｅｔを検出する。運転状態検出部２１は、トルクセンサ４０の出力信号に基づいて、出力トルクＴｏｄｅｔを検出する。運転状態検出部２１は、少なくとも制御周期ΔＴｃｎｔ毎に各検出値を検出する。

１－１－２．目標タイミング速度設定部２２
目標タイミング速度設定部２２は、現在よりも先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定する。本実施の形態では、詳細は後述するが、図７に示すように、電磁クラッチ１１を係合する場合は、目標タイミング速度設定部２２は、電磁クラッチ１１の係合開始時点Ｔｐｓｔから、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定する。また、図８に示すように、電磁ブレーキ１２を係合する場合は、目標タイミング速度設定部２２は、電磁ブレーキ１２の係合開始時点Ｔｐｓｔから、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定する。例えば、目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒは、要求性能などに基づいて、予め設定される。

目標タイミング速度設定部２２は、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを設定する。本実施の形態では、詳細は後述するが、電磁クラッチ１１を係合する場合は、目標タイミング速度設定部２２は、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを入力軸の回転速度に設定する。電磁クラッチ１１を係合する場合の動力源２００（本例では、モータ）の回転速度が、動力源２００の制御器により予め規定されている場合は、目標回転速度ωｏｔｒは、規定された動力源２００の回転速度に対応する値に予め設定されている。動力源２００の回転速度が規定されていない場合は、目標タイミング速度設定部２２は、動力源の制御器又は外部装置１００から伝達された回転速度、又は入力軸ＳＩの回転を検出する回転センサの出力信号に基づいて検出した回転速度に、目標回転速度ωｏｔｒを設定してもよい。或いは、目標タイミング速度設定部２２は、目標回転速度ωｏｔｒを、負荷３００の目標の回転速度に設定してもよい。

また、詳細は後述するが、電磁ブレーキ１２を係合する場合は、目標タイミング速度設定部２２は、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを、０に設定する。或いは、目標タイミング速度設定部２２は、目標回転速度ωｏｔｒを、負荷３００の目標の回転速度に設定してもよい。

１－１－３．電流制御部２３
電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、回転速度の検出値ωｏｄｅｔが目標回転速度ωｏｔｒに近づくように、電磁クラッチ１１への供給電流、又は電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。

＜電流制御の課題＞
上述したように、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２が、滑り係合状態である場合は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２を伝達する伝達トルクは、供給電流に比例して変化する。しかし、滑り係合状態の伝達トルクは、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などの変動要因により変動しやすい。例えば、摩擦板の摩擦係数は、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などにより変動しやすい。また、電磁コイルの通電電流及び電磁力は、温度などにより変動し易い。そのため、同じ制御器２０の電流操作を行っても、変動要因により電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動し、伝達トルクの変動により、出力軸ＳＯの回転加速度αｏが変動し、出力軸ＳＯの回転加速度αｏの変動により、出力軸ＳＯの回転速度ωｏが変動する。また、電磁コイルのインダクタンス、及び制御器２０内の処理遅れにより、制御器２０の電流操作に対して、電磁クラッチ又は電磁ブレーキを実際に流れる電流値の変化には応答遅れが生じる。従って、電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクの変動要因により、目標タイミングＴｐｔｒにおける回転速度の制御精度が悪化する。

これに対して、回転速度の検出値ωｏｄｅｔ又は出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔを用いて、回転速度のフィードバック制御又は出力トルクのフィードバック制御を行うことが考えられる。しかし、フィードバック制御では、電流操作に対する実電流の応答遅れ、フィードバック制御器の応答遅れにより、安定性を考慮すると、制御の応答性をあまり高められない。そのため、変動要因により、電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動した場合に、フィードバック制御の応答遅れにより、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、目標回転速度ωｏｔｒに対する回転速度のアンダーシュート又はオーバーシュートが発生する場合があり、目標タイミングＴｐｔｒにおける回転速度の制御精度の向上には限界があった。

従って、変動要因により電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動した場合でも、応答性良く、供給電流を変化させ、目標タイミングＴｐｔｒにおける回転速度の制御精度を向上することが求められる。

＜電流制御部２３の構成＞
そこで、電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒ及び現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔに基づいて、目標回転加速度αｏｔｒを算出し、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出し、目標出力トルクＴｏｔｒ、及び電流の検出値Ｉｄｅｔと出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔとの比である実電流実トルク比に基づいて、滑り係合状態の電磁クラッチ１１への供給電流又は滑り係合状態の電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。

この構成によれば、目標回転速度ωｏｔｒ及び現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔに基づいて、目標回転加速度αｏｔｒが算出されるので、目標タイミングＴｐｔｒにおいて目標回転速度ωｏｔｒを達成するために、現在必要な目標回転加速度αｏｔｒを算出することができる。そして、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出することができる。

電流の検出値Ｉｄｅｔと出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔとの実電流実トルク比により、実電流と、滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキの実伝達トルクとの比に対応する情報を検出できる。実電流を用いているので、電磁コイルのインダクタンス等による電流操作に対する実電流の応答遅れの影響を受けることなく、実電流と実伝達トルクとの状態を検出できる。すなわち、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報を、遅れなく検出できる。

そして、実電流実トルク比、及び目標出力トルクＴｏｔｒに基づいて、供給電流が変化される。そのため、目標出力トルクＴｏｔｒを達成するための電流操作を、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報に基づいて、遅れなく、フィードフォワード的に行うことができる。

従って、経年変化、生産バラツキ、温度、２つの摩擦板の速度差などの変動要因により、摩擦板及び電磁コイルの特性が変動し、滑り係合状態の電磁クラッチ又は電磁ブレーキの伝達トルクが変動した場合でも、電磁コイルのインダクタンス等による電流の応答遅れの影響を低減し、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報を検出し、フィードフォワード的に、供給電流を変化させることができる。

電流制御部２３は、制御周期ΔＴｃｎｔ毎に、電磁クラッチ１１への供給電流、又は電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。

＜目標回転加速度αｏｔｒの算出＞
電流制御部２３は、次式に示すように、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差を、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐで除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出する。時間差ΔＴｐの算出には、演算処理装置９０の有するタイマー機能等が用いられる。
αｏｔｒ＝（ωｏｔｒ－ωｏｄｅｔ）／（Ｔｐｔｒ－Ｔｐｐｒ） ・・・（１）

この構成によれば、目標タイミングＴｐｔｒにおいて目標回転速度ωｏｔｒを達成するための目標回転加速度αｏｔｒを精度よく演算することができる。

＜目標出力トルクＴｏｔｒの算出＞
図２に示すように、出力軸ＳＯから負荷３００に伝達される出力トルクＴｏは、出力軸ＳＯの回転加速度αｏに、出力軸ＳＯと一体的に回転する部材（本例では、出力軸ＳＯ及び負荷３００）の慣性モーメントＪを乗算した慣性トルクＴｊと、負荷３００にかかる負荷トルクＴＬの絶対値とを合計したトルクに一致する。負荷トルクＴＬは、負の値になる。

そこで、電流制御部２３は、次式に示すように、目標回転加速度αｏｔｒに、出力軸ＳＯと一体的に回転する部材の慣性モーメントＪを乗算した目標慣性トルクと、負荷３００にかかる負荷トルクＴＬの絶対値と、を合計したトルクを、目標出力トルクＴｏｔｒとして設定する。
Ｔｏｔｒ＝Ｊ×αｏｔｒ＋｜ＴＬ｜ ・・・（２）

この構成によれば、慣性モーメントＪ、及び負荷トルクＴＬを考慮して、目標回転加速度αｏｔｒを達成するための目標出力トルクＴｏｔｒを精度よく算出することができる。

負荷トルクＴＬが定格値になる場合は、負荷トルクＴＬは、定格値に予め設定される。負荷トルクＴＬが変動する場合は、電流制御部２３は、負荷３００の制御器又は外部装置１００から伝達された負荷３００の動作状態に応じて、負荷トルクＴＬを変化させてもよい。或いは、電流制御部２３は、負荷３００の動作状態を検出し、検出した負荷３００の動作状態に応じて、負荷トルクＴＬを変化させてもよい。この際、動作状態と負荷トルクＴＬとの関係が予め設定されたデータが用いられるとよい。

電磁クラッチ１１を係合させる場合は、基本的に、目標回転加速度αｏｔｒは正の値になり、目標出力トルクＴｏｔｒは正の値になる。なお、出力軸ＳＯの回転速度が、入力軸ＳＩの回転速度よりも高く、目標回転加速度αｏｔｒが負の値になり、目標出力トルクＴｏｔｒが負の値になってもよい。電磁ブレーキ１２を係合させる場合は、基本的に、目標回転加速度αｏｔｒは負の値になり、目標出力トルクＴｏｔｒは負の値になる。なお、回転方向のトルクを正とし、回転反対方向のトルクを負とする。

＜実電流実トルク比＞
図５及び次式に示すように、電磁クラッチ１１を滑り係合状態で係合させる場合は、出力トルクＴｏは、出力軸ＳＯに伝達される電磁クラッチ１１の伝達トルクＴｃｌに等しくなり、正の値になる。よって、トルクセンサ４０による出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔにより、電磁クラッチ１１の伝達トルクＴｃｌを検出することができる。電磁クラッチ１１の伝達トルクＴｃｌは、電磁クラッチの電流Ｉｃｌに比例するが、その比例係数Ｋｃｌが、変動要因により変動する。電磁クラッチの電流の検出値Ｉｃｌｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの比により、変動要因により変動した電流に対する伝達トルクの比例係数Ｋｃｌを求めることができる。
Ｔｏ＝Ｔｃｌ
Ｔｃｌ＝Ｔｏｄｅｔ
Ｔｃｌ＝Ｋｃｌ×Ｉｃｌ ・・・（３）
Ｋｃｌ＝Ｔｏｄｅｔ／Ｉｃｌｄｅｔ

一方、図６及び次式に示すように、電磁ブレーキ１２を係合させる場合は、出力トルクＴｏは、出力軸ＳＯに伝達される電磁ブレーキ１２の伝達トルクＴｂｋに等しくなり、負の値になる。よって、トルクセンサ４０による出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔにより、電磁ブレーキ１２の伝達トルクＴｂｋを検出することができる。電磁ブレーキ１２の伝達トルクＴｂｋは、電磁ブレーキの電流Ｉｂｋの正負反転値に比例するが、その比例係数Ｋｂｋが、変動要因により変動する。電磁ブレーキの電流の検出値Ｉｂｋｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの比により、変動要因により変動した電流に対する伝達トルクの比例係数Ｋｂｋの正負反転値を求めることができる。
Ｔｏ＝Ｔｂｋ＜０
Ｔｂｋ＝Ｔｏｄｅｔ
Ｔｂｋ＝－Ｋｂｋ×Ｉｂｋ ・・・（４）
－Ｋｂｋ＝Ｔｏｄｅｔ／Ｉｂｋｄｅｔ

そこで、電流制御部２３は、次式に示すように、出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔを、電流の検出値Ｉｄｅｔで除算して、実電流実トルク比を算出し、目標出力トルクＴｏｔｒを、実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出する。そして、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいて、電磁クラッチ１１への供給電流又は電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。
Ｉｔｒ＝Ｔｏｔｒ／（Ｔｏｄｅｔ／Ｉｄｅｔ） ・・・（５）

この構成によれば、上述したように、実電流を用いているので、電磁コイルのインダクタンス等による電流操作に対する実電流の応答遅れの影響を受けることなく、実電流と実伝達トルクとの状態を検出できる。すなわち、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報を、遅れなく検出できる。

そして、目標出力トルクＴｏｔｒを、実電流実トルク比で除算することにより、目標出力トルクＴｏｔｒを達成するための目標電流Ｉｔｒを算出することができる。従って、目標出力トルクＴｏｔｒを達成するための電流操作を、変動要因により変動した実電流に対する実伝達トルクの特性に係る情報に基づいて、遅れなく、フィードフォワード的に行うことができる。

なお、上述したように、電磁クラッチ１１を係合させる場合は、目標出力トルクＴｏｔｒは、正の値になり、実電流実トルク比は正の値になる。よって、算出される目標電流Ｉｔｒは、正の値になる。電磁ブレーキ１２を係合させる場合は、目標出力トルクＴｏｔｒは、負の値になり、実電流実トルク比は負の値になる。よって、算出される目標電流Ｉｔｒは、正の値になる。

リターンスプリング１６の力に打ち勝つために必要なオフセット電流量ΔＩｏｆｆが無視できないほど大きい場合は、実電流実トルク比の算出に、オフセット電流量ΔＩｏｆｆを考慮してもよい。すなわち、電流制御部２３は、次式に示すように、出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔを、電流の検出値Ｉｄｅｔからオフセット電流量ΔＩｏｆｆを減算した電流量で除算して、実電流実トルク比を算出し、目標出力トルクＴｏｔｒを実電流実トルク比で除算した値に、オフセット電流量ΔＩｏｆｆを加算して、目標電流Ｉｔｒを算出してもよい。オフセット電流量ΔＩｏｆｆは、予め設定される。或いは、電流制御部２３は、電流の検出値Ｉｄｅｔと出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔとの関係に基づいて、オフセット電流量ΔＩｏｆｆを、出力トルクが生じ始める電流に設定してもよい。
Ｉｔｒ＝Ｔｏｔｒ／｛Ｔｏｄｅｔ／（Ｉｄｅｔ－ΔＩｏｆｆ）｝＋ΔＩｏｆｆ
・・・（６）

＜電流制御＞
電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいてオンデューティ比Ｄｏｎを算出し、オンデューティ比Ｄｏｎに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２への通電をオンオフする。

例えば、電流制御部２３は、次式に示すように、目標電流Ｉｔｒに、換算係数Ｋｉｄを乗算して、オンデューティ比Ｄｏｎを算出する。換算係数Ｋｉｄに、温度特性等が考慮されてもよい。
Ｄｏｎ＝Ｋｉｄ×Ｉｔｒ ・・・（７）

この構成によれば、目標電流Ｉｔｒに基づいて、遅れなく、オンデューティ比Ｄｏｎを変化させることができ、制御応答を高めることができる。

なお、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒと電流の検出値Ｉｄｅｔとの偏差を、積分演算等によりフィードバック的にオンデューティ比Ｄｏｎに反映させてもよい。

電流制御部２３は、ＰＷＭ周期において、オンデューティ比Ｄｏｎでオンになるパルス波を生成し、パルス波により電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２への通電をオンオフするスイッチング素子９５をオンオフさせる。なお、パルス波がオンになると、スイッチング素子９５がオンになり、通電がオンになり、パルス波がオフになると、スイッチング素子９５がオフになり、通電がオフになる。

電磁クラッチ１１を係合させる場合は、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいて、電磁クラッチ１１のオンデューティ比Ｄｏｎを算出する。そして、電流制御部２３は、オンデューティ比Ｄｏｎのパルス波を生成し、パルス波により、電磁クラッチ１１への通電をオンオフするスイッチング素子９５をオンオフさせる。

電磁ブレーキ１２を係合させる場合は、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいて、電磁ブレーキ１２のオンデューティ比Ｄｏｎを算出する。そして、電流制御部２３は、オンデューティ比Ｄｏｎのパルス波を生成し、パルス波により、電磁ブレーキ１２への通電をオンオフするスイッチング素子９５をオンオフさせる。

＜電磁クラッチ１１の係合時の制御挙動＞
電流制御部２３は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２が解放され、入力軸ＳＩの回転速度と出力軸ＳＯの回転速度との間に差がある状態において、電磁クラッチ１１の係合を開始する。例えば、電流制御部２３は、外部装置１００から、電磁クラッチ１１の係合開始指令が伝達された場合に、電磁クラッチ１１の係合を開始する。

そして、目標タイミング速度設定部２２は、電磁クラッチ１１の係合開始時点Ｔｐｓｔから、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定し、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを設定する。例えば、目標回転速度ωｏｔｒは、入力軸ＳＩの回転速度に設定される。そして、上述したように、電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、回転速度の検出値ωｏｄｅｔが目標回転速度ωｏｔｒに近づくように、電磁クラッチ１１への供給電流を変化させる。なお、電流制御部２３は、電磁ブレーキ１２への供給電流を０に設定する。

電磁クラッチ１１の係合時の制御挙動の例を、図７のタイムチャートに示す。時刻ｔ０１までは、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２が解放され、入力軸ＳＩが回転し、出力軸ＳＯが回転停止している。時刻ｔ０１で、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１の係合を開始すると判定している。そして、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１の係合開始時点Ｔｐｓｔ（本例では、時刻ｔ０１）から、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点（本例では、時刻ｔ０５）に目標タイミングＴｐｔｒを設定し、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを設定している。本例では、目標回転速度ωｏｔｒは、入力軸ＳＩの回転速度に設定されている。

そして、時刻ｔ０１以降、電流制御部２３は、制御周期ΔＴｃｎｔ毎に、目標電流Ｉｔｒを更新し、電磁クラッチ１１への供給電流を変化させている。具体的には、時刻ｔ０１で、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒを初期値（例えば、オンデューティ比１００％に対応する値）に設定し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。或いは、時刻ｔ０１で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔ（本例では、０）との間の速度差Δωｏを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ０５－ｔ０１）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出し、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出し、目標出力トルクＴｏｔｒを、実電流実トルク比の初期値で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出してもよい。時刻ｔ０１から時刻ｔ０２までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ０１で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁クラッチ１１への供給電流を制御している。

制御周期ΔＴｃｎｔ後の時刻ｔ０２では、時刻ｔ０１で算出された目標電流Ｉｔｒによる制御結果が、電流の検出値Ｉｃｌｄｅｔ、及び出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔに表れる。本例では、目標電流Ｉｔｒの初期値が大きいため、実際の電磁クラッチの伝達トルクが、目標の伝達トルクよりも大きくなり、実際の回転加速度が、目標回転加速度αｏｔｒよりも大きくなっている。時刻ｔ０２で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ０５－ｔ０２）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ０２で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ０２で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁クラッチ１１への供給電流を制御している。

時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの間、時刻ｔ０２で算出した実電流実トルク比が理想値よりも小さかったため、実際の電磁クラッチの伝達トルクが、目標の伝達トルクよりも小さくなり、実際の回転加速度が、目標回転加速度αｏｔｒよりも小さくなっている。時刻ｔ０２と同様に、時刻ｔ０３で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ０５－ｔ０３）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ０３で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ０３から時刻ｔ０４までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ０３で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁クラッチ１１への供給電流を制御している。

時刻ｔ０３から時刻ｔ０４までの間、時刻ｔ０３で算出した実電流実トルク比が理想値よりも若干大きかったため、実際の電磁クラッチの伝達トルクが、目標の伝達トルクよりも若干大きくなり、実際の回転加速度が、目標回転加速度αｏｔｒよりも若干大きくなっている。時刻ｔ０３と同様に、時刻ｔ０４で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ０５－ｔ０４）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ０４で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ０４から時刻ｔ０５までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ０４で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁クラッチ１１への供給電流を制御している。

そして、時刻ｔ０５で、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１の係合が完了したと判定し、目標回転速度ωｏｔｒ等に基づいた、目標電流Ｉｔｒの算出を終了する。例えば、電流制御部２３は、目標回転速度ωｏｔｒと回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの回転速度差の絶対値が判定値以下になったので、係合が完了したと判定する。時刻ｔ０５の後、電磁クラッチ１１を滑りなしの係合状態に維持するために、目標電流Ｉｔｒを更に増加させてもよい。

図７に示すように、変動要因により電磁クラッチ１１の伝達トルクが変動したとしても、制御周期ΔＴｃｎｔ毎の各時刻において、検出した電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比に基づいて、目標タイミングＴｐｔｒにおいて目標回転速度ωｏｔｒを達成するための目標電流Ｉｔｒを、フィードフォワード的に遅れなく、精度よく算出することができる。係合開始後に、摩擦板の温度、電磁コイルの温度、及び摩擦板の回転差が、刻々と変化し、電磁クラッチ１１の伝達トルクが変化しても、変化した実電流実トルク比を遅れなく検出し、制御精度を保てる。よって、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、回転速度を目標回転速度ωｏｔｒに精度よく近づけることができる。

＜電磁ブレーキ１２の係合時の制御挙動＞
電流制御部２３は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２が解放され、出力軸ＳＯが回転している状態において、電磁ブレーキ１２の係合を開始する。例えば、電流制御部２３は、外部装置１００から、電磁ブレーキ１２の係合開始指令が伝達された場合に、電磁ブレーキ１２の係合を開始する。

そして、目標タイミング速度設定部２２は、電磁ブレーキ１２の係合開始時点Ｔｐｓｔから、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定し、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを設定する。そして、上述したように、電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、回転速度の検出値ωｏｄｅｔが目標回転速度ωｏｔｒに近づくように、電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。なお、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１への供給電流を０に設定する。

電磁ブレーキ１２の係合時の制御挙動の例を、図８のタイムチャートに示す。時刻ｔ１１までは、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２が解放され、出力軸ＳＯが回転している。時刻ｔ１１で、電流制御部２３は、電磁ブレーキ１２の係合を開始すると判定している。そして、電流制御部２３は、電磁ブレーキ１２の係合開始時点Ｔｐｓｔ（本例では、時刻ｔ１１）から、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点（本例では、時刻ｔ１５）に目標タイミングＴｐｔｒを設定し、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを０に設定している。

そして、時刻ｔ１１以降、電流制御部２３は、制御周期ΔＴｃｎｔ毎に、目標電流Ｉｔｒを更新し、電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させている。具体的には、時刻ｔ１１で、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒを初期値（例えば、オンデューティ比１００％に対応する値）に設定し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。或いは、時刻ｔ１１で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒ（本例では、０）と現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ１５－ｔ１１）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出し、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出し、目標出力トルクＴｏｔｒを、実電流実トルク比の初期値で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出してもよい。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ０１で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁ブレーキ１２への供給電流を制御している。

制御周期ΔＴｃｎｔ後の時刻ｔ１２では、時刻ｔ１１で算出された目標電流Ｉｔｒによる制御結果が、電流の検出値Ｉｃｌｄｅｔ、及び出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔに表れる。本例では、目標電流Ｉｔｒの初期値が大きいため、実際の電磁ブレーキの伝達トルクが、目標の伝達トルクよりも大きくなり、実際の回転加速度の絶対値が、目標回転加速度αｏｔｒの絶対値よりも大きくなっている。時刻ｔ１２で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ１５－ｔ１２）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ１２で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ１２で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁ブレーキ１２への供給電流を制御している。

時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、時刻ｔ１２で算出した実電流実トルク比の絶対値が理想値よりも小さかったため、実際の電磁クラッチの伝達トルクの絶対値、目標の伝達トルクの絶対値よりも小さくなり、実際の回転加速度の絶対値が、目標回転加速度αｏｔｒの絶対値よりも小さくなっている。時刻ｔ１２と同様に、時刻ｔ１３で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ１５－ｔ１３）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ１３で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ１３で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁ブレーキ１２への供給電流を制御している。

時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの間、時刻ｔ１３で算出した実電流実トルク比の絶対値が理想値よりも若干大きかったため、実際の電磁クラッチの伝達トルクの絶対値が、目標の伝達トルクの絶対値よりも若干大きくなり、実際の回転加速度の絶対値が、目標回転加速度αｏｔｒの絶対値よりも若干大きくなっている。時刻ｔ１３と同様に、時刻ｔ１４で、電流制御部２３は、式（１）を用い、目標回転速度ωｏｔｒと現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの間の速度差Δωを、目標タイミングＴｐｔｒと現在の時点Ｔｐｐｒとの間の時間差ΔＴｐ（本例では、ｔ１５－ｔ１４）で除算して、目標回転加速度αｏｔｒを算出している。そして、電流制御部２３は、式（２）を用い、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出している。電流制御部２３は、時刻ｔ１４で検出した、電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比で除算して、目標電流Ｉｔｒを算出し、目標電流Ｉｔｒに基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎを算出している。時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの間、電流制御部２３は、時刻ｔ１４で算出されたオンデューティ比Ｄｏｎを用いて、ＰＷＭ制御により、電磁ブレーキ１２への供給電流を制御している。

そして、時刻ｔ１５で、電流制御部２３は、電磁ブレーキ１２の係合が完了したと判定し、目標回転速度ωｏｔｒ等に基づいた、目標電流Ｉｔｒの算出を終了する。例えば、電流制御部２３は、目標回転速度ωｏｔｒと回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの回転速度差の絶対値が判定値以下になったので、係合が完了したと判定する。時刻ｔ１５の後、電磁ブレーキ１２を滑りなしの係合状態に維持するために、目標電流Ｉｔｒを更に増加させてもよい。

図８に示すように、変動要因により電磁ブレーキ１２の伝達トルクが変動したとしても、制御周期ΔＴｃｎｔ毎の各時刻において、検出した電流の検出値Ｉｄｅｔに対する出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔの実電流実トルク比に基づいて、目標タイミングＴｐｔｒにおいて目標回転速度ωｏｔｒを達成するための目標電流Ｉｔｒを、フィードフォワード的に遅れなく、精度よく算出することができる。係合開始後、摩擦板の温度、電磁コイルの温度、及び摩擦板の回転差が、刻々と変化し、電磁ブレーキ１２の伝達トルクが変化しても、変化した実電流実トルク比を遅れなく検出し、制御精度を保てる。よって、目標タイミングＴｐｔｒにおいて、回転速度を目標回転速度ωｏｔｒに精度よく近づけることができる。

＜目標電流Ｉｔｒによる異常判定＞
電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒが、正常範囲外になった場合に、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２に異常が生じたと判定する。正常範囲は、上限値と下限値との間に設定される。

経年変化等による摩擦板の異常、電磁コイルの異常等が発生すると、目標電流Ｉｔｒが、通常の変動要因による変動範囲を超えて変動する。上記の構成によれば、目標電流Ｉｔｒをモニタするだけで、容易に異常の発生を判定できる。正常範囲は、許容できる伝達トルクの変動範囲等に基づいて、予め設定される。

電流制御部２３は、異常が生じたと判定した場合に、外部装置１００に異常を伝達する。この構成によれば、異常が伝達された外部装置１００は、動力源２００の駆動を停止したり、負荷３００の動作を停止したりすることができ、システムの信頼性を向上できる。

＜フローチャート＞
以上で説明した制御器２０の処理を、図９に示すフローチャートのように構成できる。ステップＳ０１で、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の係合を開始するか否かを判定し、係合を開始すると判定した場合は、ステップＳ０２に進み、係合を開始すると判定されていない場合は、ステップＳ０１を繰り返し実行する。

ステップＳ０２で、上述したように、目標タイミング速度設定部２２は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の係合開始時点Ｔｐｓｔから、予め設定された目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒを設定し、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒを設定する。

ステップＳ０３で、電流制御部２３は、制御周期ΔＴｃｎｔ毎のタイミングであるか否かを判定し、制御周期ΔＴｃｎｔのタイミングである場合は、ステップＳ０４に進み、タイミングでない場合は、タイミングになるまで、ステップＳ０３を繰り返し実行する。

ステップＳ０４で、運転状態検出部２１は、回転センサ５０の出力信号に基づいて、出力軸ＳＯの回転速度ωｏｄｅｔを検出する。運転状態検出部２１は、トルクセンサ４０の出力信号に基づいて、出力トルクＴｏｄｅｔを検出する。電磁クラッチ１１を係合する場合は、運転状態検出部２１は、第１電流センサ３０ａの出力信号に基づいて、電磁クラッチ１１への供給電流Ｉｃｌｄｅｔを検出する。電磁ブレーキ１２を係合する場合は、運転状態検出部２１は、第２電流センサ３０ｂの出力信号に基づいて、電磁ブレーキ１２への供給電流Ｉｂｋｄｅｔを検出する。

ステップＳ０５で、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の係合が完了したか否かを判定し、係合が完了したと判定した場合は、ステップＳ１２に進み、係合が完了していないと判定した場合は、ステップＳ０６に進む。例えば、電流制御部２３は、目標回転速度ωｏｔｒと回転速度の検出値ωｏｄｅｔとの回転速度差の絶対値が判定値以下になった場合は、係合が完了したと判定し、判定値以下になっていない場合は、係合が完了していないと判定する。電流制御部２３は、回転速度の検出値ωｏｄｅｔの時間変化が、判定値以下になったか否かの条件が追加されてもよい。或いは、電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒに到達した場合は、係合が完了したと判定し、到達していない場合は、係合が完了していないと判定してもよい。

ステップＳ０６で、上述したように、電流制御部２３は、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒ及び現在の回転速度の検出値ωｏｄｅｔに基づいて、目標回転加速度αｏｔｒを算出する。本実施の形態では、電流制御部２３は、式（１）を用いて、目標回転加速度αｏｔｒを算出する。

ステップＳ０７で、上述したように、電流制御部２３は、目標回転加速度αｏｔｒに基づいて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出する。本実施の形態では、電流制御部２３は、式（２）を用いて、目標出力トルクＴｏｔｒを算出する。

ステップＳ０８で、上述したように、電流制御部２３は、目標出力トルクＴｏｔｒ、及び電流の検出値Ｉｄｅｔと出力トルクの検出値Ｔｏｄｅｔとの比である実電流実トルク比に基づいて、滑り係合状態の電磁クラッチ１１への供給電流又は滑り係合状態の電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。本実施の形態では、電流制御部２３は、式（４）又は式（５）を用いて、目標電流Ｉｔｒを算出する。

ステップＳ０９で、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒが、正常範囲内であるか否かを判定し、正常範囲内である場合は、ステップＳ１１に進み、正常範囲外である場合は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０で、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２に異常が生じたと判定する。電流制御部２３は、異常が生じたと判定した場合に、外部装置１００に異常を伝達する。

ステップＳ１１で、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいて、電磁クラッチ１１への供給電流又は電磁ブレーキ１２への供給電流を変化させる。本実施の形態では、電流制御部２３は、目標電流Ｉｔｒに基づいてオンデューティ比Ｄｏｎを算出し、オンデューティ比Ｄｏｎに基づいて、ＰＷＭ制御により電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２への通電をオンオフする。目標電流Ｉｔｒに基づく電流供給は、制御周期ΔＴｃｎｔ毎のタイミング以外でも、継続して実行される。

ステップＳ１１の後、ステップＳ０３に戻り処理が継続される。

一方、ステップＳ１２で、電流制御部２３は、係合が完了したと判定しているので、目標回転速度ωｏｔｒ等に基づいた、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２への供給電流の制御を終了する。例えば、電流制御部２３は、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２を滑りなしの係合状態に維持するために、目標電流Ｉｔｒを更に増加させ、増加させた目標電流Ｉｔｒに基づいて、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２への供給電流を継続して実行する。

２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る電磁動力制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電磁動力制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、ＰＷＭ制御のパルス信号が、アナログ回路により生成される点が実施の形態１と異なる。

図１０に示すように、制御器２０は、電磁クラッチ１１用のコンパレータ９６及び三角波生成器９７、及び電磁ブレーキ１２用のコンパレータ９６及び三角波生成器９７を備えている。

三角波生成器９７は、ＰＷＭ周期で、振動幅（例えば、０Ｖから１Ｖ）で振動する三角波を生成する。電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２のそれぞれについて、電流制御部２３は、出力回路９３から、オンデューティ比Ｄｏｎに対応する信号を出力させる。例えば、オンデューティ比Ｄｏｎの０％から１００％が、０Ｖから１Ｖで出力される。

コンパレータ９６の反転入力端子には、三角波生成器９７の出力信号（三角波）が入力され、コンパレータ９６の非反転入力端子には、出力回路９３から出力されたオンデューティ比Ｄｏｎの対応信号が入力される。コンパレータ９６は、オンデューティ比Ｄｏｎの対応信号が、三角波を上回った場合は、オン信号を出力し、コンパレータ９６は、オンデューティ比Ｄｏｎの対応信号が、三角波を下回った場合は、オフ信号を出力する。

電磁クラッチ１１用のコンパレータ９６の出力信号は、電磁クラッチ１１用のスイッチング素子９５（本例では、ＦＥＴ）のゲート端子に入力される。電磁ブレーキ１２用のコンパレータ９６の出力信号は、電磁ブレーキ１２用のスイッチング素子９５（本例では、ＦＥＴ）のゲート端子に入力される。コンパレータ９６の出力信号がオン信号になると、スイッチング素子９５がオンになり、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の電磁コイルが通電される。コンパレータ９６の出力信号がオフ信号になると、スイッチング素子９５がオフになり、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の電磁コイルへの通電が停止される。

なお、電流制御部２３は、出力回路９３から、目標電流Ｉｔｒに対応する信号を出力させてもよく、制御器２０は、目標電流Ｉｔｒの対応信号に基づいて、オンデューティ比Ｄｏｎの対応信号を生成するアナログ回路を備えていてもよい。例えば、アナログ回路は、電流センサ３０の出力信号が、目標電流Ｉｔｒの対応信号に近づくように、オンデューティ比Ｄｏｎの対応信号を変化させるフィードバック制御を行うオペアンプ、抵抗などから構成されてもよい。

＜転用例＞
（１）上記の各実施の形態では、電磁動力制御装置１は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２の双方を備えている場合を例に説明した。しかし、電磁動力制御装置１は、電磁クラッチ１１及び電磁ブレーキ１２の一方を備えてもよく、制御器２０は、電磁クラッチ１１への供給電流及び電磁ブレーキ１２への供給電流の一方を制御してもよい。

（２）上記の各実施の形態では、電磁動力制御装置１は、１つの電磁クラッチ１１及び１つの電磁ブレーキ１２を備えている場合を例に説明した。しかし、電磁動力制御装置１は、複数の電磁クラッチ１１を備えてもよく、複数の電磁ブレーキ１２を備えてもよく、制御器２０は、各電磁クラッチ１１への供給電流を制御し、各電磁ブレーキ１２への供給電流を制御してもよい。

（３）上記の各実施の形態では、電磁クラッチ１１の一方の摩擦板１３、及び電磁ブレーキ１２の一方の摩擦板１３が、出力軸ＳＯと一体回転するように連結されている場合を例に説明した。しかし、電磁クラッチ１１の一方の摩擦板１３と出力軸ＳＯとの間に、ギヤ機構、ベルトプーリ機構等の動力伝達機構が介在していてもよく、電磁ブレーキ１２の一方の摩擦板１３と出力軸ＳＯとの間に、ギヤ機構、ベルトプーリ機構等の動力伝達機構が介在していてもよい。また、出力軸ＳＯと負荷３００との間に、ギヤ機構、ベルトプーリ機構等の動力伝達機構が介在していてもよい。また、負荷３００が、複数の回転部材から構成され、複数の回転部材が、ギヤ機構、ベルトプーリ機構等の動力伝達機構を介して、一体的に回転するように接続されていてもよい。

（４）上記の各実施の形態では、電磁動力制御装置１が、複写機、プリンタに用いられる場合を例に説明した。しかし、電磁動力制御装置１が、各種の装置に用いられてもよい。

（５）上記の各実施の形態では、電磁クラッチ１１を係合させる場合における、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒが、正の値に設定されている場合を例に説明した。しかし、電磁クラッチ１１を係合させる場合における、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒが、負の値又は０に設定されてもよい。また、電磁ブレーキ１２を係合させる場合における、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒが、０に設定されている場合を例に説明した。しかし、電磁ブレーキ１２を係合させる場合における、目標タイミングＴｐｔｒにおける目標回転速度ωｏｔｒが、０以外の値に設定されてもよい。

（６）上記の各実施の形態では、入力軸ＳＩが回転し、出力軸ＳＯが回転停止している状態で、電磁クラッチ１１の係合が開始されていた。しかし、電磁クラッチ１１の係合開始時点で、入力軸ＳＩの回転速度と出力軸ＳＯの回転速度との間に差があればよく、出力軸ＳＯが回転していてもよい。

（７）上記の各実施の形態では、電磁クラッチ１１又は電磁ブレーキ１２の係合開始時点から目標係合完了時間ΔＴｅｎｄｔｒ先の時点に目標タイミングＴｐｔｒが設定される場合を例に説明した。目標タイミングＴｐｔｒは、現在よりも先の時点に設定されれば、任意の時点に設定されてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電磁動力制御装置、１０ 電磁動力制御機構、１１ 電磁クラッチ、１２ 電磁ブレーキ、１７ 非回転部材、２０ 制御器、３０ 電流センサ、４０ トルクセンサ、５０ 回転センサ、１００ 外部装置、２００ 動力源、３００ 負荷、Ｉｄｅｔ 電流の検出値、Ｉｔｒ 目標電流、Ｊ 慣性モーメント、Ｋｉｄ 換算係数、ＳＩ 入力軸、ＳＯ 出力軸、ＴＬ 負荷トルク、Ｔｊ 慣性トルク、Ｔｏｄｅｔ 出力トルクの検出値、Ｔｏｔｒ 目標出力トルク、Ｔｐｓｔ 係合開始時点、Ｔｐｔｒ 目標タイミング、ΔＴｃｎｔ 制御周期、ΔＴｅｎｄｔｒ 目標係合完了時間、αｏｔｒ 目標回転加速度、ωｏｄｅｔ 回転速度の検出値、ωｏｔｒ 目標回転速度

Claims (11)

1. 動力源に接続された入力軸と、負荷に接続された出力軸との間を係合又は解放する電磁クラッチ、及び前記出力軸と非回転部材との間を係合又は解放する電磁ブレーキの一方又は双方を有する電磁動力制御機構と、
   前記電磁クラッチへの供給電流及び前記電磁ブレーキへの供給電流の一方又は双方を制御する制御器と、
   前記出力軸の回転を検出する回転センサと、
   前記電磁クラッチへの供給電流及び前記電磁ブレーキへの供給電流を検出する電流センサと、
   前記出力軸から前記負荷に伝達される出力トルクを検出するトルクセンサと、を備え、
   前記制御器は、
   制御周期毎に、
   前記回転センサの出力信号に基づいて、前記出力軸の回転速度を検出し、前記電流センサの出力信号に基づいて、前記電磁クラッチへの供給電流、及び前記電磁ブレーキへの供給電流の一方又は双方を検出し、前記トルクセンサの出力信号に基づいて、前記出力トルクを検出し、
   前記制御周期毎に、
   現在の前記制御周期よりも先の時点に仮想の目標タイミングを設定し、前記目標タイミングにおける目標回転速度を設定し、前記目標タイミングにおける前記目標回転速度と現在の前記制御周期において前記回転センサの出力信号に基づいて検出された前記出力軸の回転速度の検出値との間の速度差を、前記目標タイミングの時点と現在の前記制御周期の時点との間の時間差で除算して、目標回転加速度を算出し、前記目標回転加速度に基づいて、目標出力トルクを算出し、前記目標出力トルク、及び現在の前記制御周期において前記電流センサの出力信号に基づいて検出された、滑り係合状態の前記電磁クラッチへの供給電流の検出値又は滑り係合状態の前記電磁ブレーキへの供給電流の検出値と、現在の前記制御周期において前記トルクセンサの出力信号に基づいて検出された前記出力トルクの検出値との比である実電流実トルク比に基づいて、滑り係合状態の前記電磁クラッチへの供給電流又は滑り係合状態の前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させる電磁動力制御装置。
2. 前記制御器は、前記制御周期毎に、現在の前記制御周期において検出された前記出力トルクの検出値を、現在の前記制御周期において検出された前記供給電流の検出値で除算して前記実電流実トルク比を算出し、前記目標出力トルクを前記実電流実トルク比で除算して目標電流を算出し、前記目標電流に基づいて、前記電磁クラッチへの供給電流又は前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させる請求項１に記載の電磁動力制御装置。
3. 前記制御器は、前記制御周期毎に、現在の前記制御周期において検出された前記出力トルクの検出値を、現在の前記制御周期において検出された前記供給電流の検出値からオフセット電流量を減算した電流量で除算して前記実電流実トルク比を算出し、前記目標出力トルクを前記実電流実トルク比で除算した値に、前記オフセット電流量を加算して、目標電流を算出し、前記目標電流に基づいて、前記電磁クラッチへの供給電流又は前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させる請求項１に記載の電磁動力制御装置。
4. 前記制御器は、前記制御周期毎に、前記目標回転加速度に、前記出力軸と一体的に回転する部材の慣性モーメントを乗算した目標慣性トルクと、前記負荷にかかる負荷トルクの絶対値と、を合計したトルクを、前記目標出力トルクとして設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁動力制御装置。
5. 前記電磁動力制御機構は、少なくとも前記電磁クラッチを有し、
   前記制御器は、前記電磁クラッチが解放され、前記入力軸の回転速度と前記出力軸の回転速度との間に差がある状態において、前記電磁クラッチの係合を開始し、前記電磁クラッチの係合開始時点から、予め設定された目標係合完了時間先の時点に前記目標タイミングを設定し、前記目標タイミングにおける前記目標回転速度を設定し、前記電磁クラッチへの供給電流を変化させる請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁動力制御装置。
6. 前記電磁動力制御機構は、前記電磁クラッチ及び前記電磁ブレーキの双方を有し、
   前記制御器は、前記電磁クラッチ及び前記電磁ブレーキが解放され、前記出力軸が回転している状態において、前記電磁ブレーキの係合を開始し、前記電磁ブレーキの係合開始時点から、予め設定された目標係合完了時間先の時点に前記目標タイミングを設定し、前記目標タイミングにおける前記目標回転速度を設定し、前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させる請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁動力制御装置。
7. 前記制御器は、前記制御周期毎に、前記電磁クラッチへの供給電流又は前記電磁ブレーキへの供給電流を変化させる請求項１から６のいずれか一項に記載の電磁動力制御装置。
8. 前記制御器は、前記目標電流が、正常範囲外になった場合に、前記電磁クラッチ又は前記電磁ブレーキに異常が生じたと判定する請求項２又は３に記載の電磁動力制御装置。
9. 前記制御器は、異常が生じたと判定した場合に、外部装置に異常を伝達する請求項８に記載の電磁動力制御装置。
10. 前記制御器は、前記制御周期毎に、前記目標電流に基づいてオンデューティ比を算出し、
    前記オンデューティ比に基づいて、ＰＷＭ制御により前記電磁クラッチ又は前記電磁ブレーキへの通電をオンオフする請求項２又は３に記載の電磁動力制御装置。
11. 前記制御器は、前記制御周期毎に、前記目標電流に換算係数を乗算して前記オンデューティ比を算出する請求項１０に記載の電磁動力制御装置。

Images