TWI660162B - 馬達控制裝置及使用該控制裝置之馬達裝置 - Google Patents

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Abstract

控制裝置1具備有：產生器10，係產生先使馬達往一方向正向驅動後再使馬達往與該一方向相反的方向反向驅動之驅動指令；產生器11，係根據驅動指令及表示馬達的動作狀態之位置訊號而產生驅動馬達的轉矩指令；檢測器13，係使用根據位置訊號而算出的訊號來檢測連接至馬達之驅動側傳動部與連接至負載之負載側傳動部之間的接觸作為測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號而輸出；以及推算器14，係根據接觸訊號及位置訊號來推算出驅動側傳動部與負載側傳動部間的背隙。

Description

馬達控制裝置及使用該控制裝置之馬達裝置
本發明係關於進行背隙(backlash)的測定之馬達控制裝置及使用該控制裝置之馬達裝置。
在使用螺桿、齒輪等之傳動部來進行動力的傳遞之傳動機構，設有背隙以使得例如齒輪相互之間能夠自由轉動。此處，所謂的背隙係指在使一對齒輪相囓合的情況之齒輪相互之間的間隙。背隙會因為使用過程中的摩耗而增大，成為振動、精度惡化、強度降低、故障等之原因。因此，必須要有可藉由計測背隙來掌握傳動機構的摩耗程度，推算傳動機構的壽命、劣化程度等之馬達控制裝置。
專利文獻1揭示一種馬達控制裝置，係使用來自位置檢測器的位置訊號而取得馬達的驅動軸的旋轉狀態，使用來自位置檢測器的位置訊號而取得負載側的負載軸的旋轉狀態，再根據驅動軸的旋轉狀態及負載軸的旋轉狀態而測出傳動機構的背隙。詳言之，係利用馬達等之驅動裝置使驅動軸正轉後再反轉，計測從驅動軸到負載軸 之傳動機構所做的動力的傳遞精度，藉此來推算傳動機構的背隙。
另外，專利文獻2揭示一種馬達控制裝置，係使用來自檢測馬達的驅動軸的旋轉狀態之位置檢測器及計測作用於驅動軸的轉矩之轉矩感測器的輸入，來測出傳動機構的背隙。具體而言，係在使驅動軸正轉驅動成超過假設的背隙的大小之後再反轉驅動成超過假設的最大的背隙時，求出從開始反轉驅動到轉矩急增為止的期間的驅動軸的位置訊號的變化量，從該變化量來算出背隙。其中，利用轉矩感測器來判定使驅動軸反轉驅動達與背隙相當的角度的情況之傳動機構的內部的機械性的接觸。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-181107號公報
[專利文獻2]日本特開2012-149919號公報
然而，先前技術為了測出背隙，必須要有檢測負載軸及驅動軸兩者的旋轉狀態之位置檢測器所輸出的位置訊號，或者檢測馬達的驅動軸的旋轉狀態之位置檢測器及計測施加於驅動軸的轉矩之轉矩感測器所輸出的訊號。因而，有馬達控制裝置可連接的裝置的構成受到限制之問題。
本發明係有鑑於如上所述的課題而完成者，其目的在提供只要能夠取得檢測馬達的驅動軸的旋轉狀態之位置檢測器所輸出的位置訊號，就可測出傳動機構的背隙之馬達控制裝置。
本發明之馬達控制裝置係具備有：驅動指令產生器，係產生先往一方向正向驅動馬達後，再往與該一方向相反的方向反向驅動馬達之驅動指令；轉矩指令產生器，係根據驅動指令及表示馬達的動作狀態之位置訊號而產生用以驅動馬達的轉矩指令；接觸檢測器，係使用根據位置訊號而算出的訊號來檢測出連接至馬達之驅動側傳動部與連接至負載之負載側傳動部之間的接觸而作為測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號而輸出；以及背隙推算器，係根據接觸訊號及位置訊號來推算出驅動側傳動部與負載側傳動部間的背隙。
本發明之馬達控制裝置只要能夠取得檢測馬達的驅動軸的旋轉狀態之位置檢測器所輸出的位置訊號，就可測出傳動機構的背隙。因此，可連接至更廣範圍的構成之裝置。
1‧‧‧馬達控制裝置
2‧‧‧馬達
3‧‧‧位置檢測器
4‧‧‧負載
10‧‧‧驅動指令產生器
10a‧‧‧驅動指令產生器
10b‧‧‧驅動指令產生器
11‧‧‧轉矩指令產生器
12‧‧‧電流控制器
13‧‧‧接觸檢測器
13a‧‧‧接觸檢測器
13b‧‧‧接觸檢測器
13c‧‧‧接觸檢測器
13d‧‧‧接觸檢測器
13e‧‧‧接觸檢測器
14‧‧‧背隙推算器
14a‧‧‧背隙推算器
15‧‧‧電流檢測器
16‧‧‧驅動方向決定器
100‧‧‧傳動機構
101‧‧‧驅動軸
101a‧‧‧驅動側傳動部(驅動側齒輪)
102‧‧‧負載軸
102a‧‧‧負載側傳動部(負載側齒輪)
第1圖係用來說明本發明的實施形態1之馬達裝置之方塊圖。
第2圖係顯示傳動機構的內部構造及利用正轉驅動及 反轉驅動而進行的背隙的計測過程之圖。
第3圖係顯示本發明的實施形態1之馬達控制裝置的反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。
第4圖係顯示使驅動指令Cd中的加速度指令值保持一定之情況之時間序列波形的一例之圖。
第5圖係顯示使驅動指令Cd中的速度指令值保持一定之情況之時間序列波形的一例之圖。
第6圖係用來說明本發明的實施形態2之馬達裝置之方塊圖。
第7圖係顯示本發明的實施形態2之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。
第8圖係用來說明本發明的實施形態3之馬達裝置之方塊圖。
第9圖係顯示本發明的實施形態3之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。
第10圖係用來說明本發明的實施形態4之馬達裝置之方塊圖。
第11圖係顯示本發明的實施形態4之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。
第12圖係用來說明本發明的實施形態5之馬達裝置之方塊圖。
第13圖係用來說明本發明的實施形態6之馬達裝置之方塊圖。
第14圖係表示本發明的實施形態6中的背隙計測步驟 之流程圖。
第15圖係顯示本發明的實施形態6之馬達控制裝置中關於傳動機構的負載軸受到外力而轉動之方向及背隙推算動作時的驅動方向之圖。
第16圖係顯示本發明的實施形態6之馬達控制裝置產生要進行複數次的試驗驅動之驅動指令的情況的時間序列波形的一例之圖。
第17圖係顯示本發明的實施形態6之馬達裝置的傳動機構的內部構造、及背隙的計測過程之圖。
第18圖係用來說明本發明的實施形態6中的推定負載軸位置之圖。
第19圖係用來說明本發明的實施形態7之馬達裝置之方塊圖。
第20圖係用來說明本發明的實施形態8之馬達裝置之方塊圖。
第21圖係顯示本發明的實施形態8之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。
以下，利用第1至21圖來說明本發明之馬達控制裝置的實施形態。當然，本發明並不限定於以下的實施形態，亦可將各實施形態予以適當地變更，或予以適當地組合。在以下的實施形態中，係以產生轉矩作為驅動力之旋轉型的馬達為例進行說明，但本發明之馬達控制裝置同樣適用於如線性馬達之產生直線的推力作為驅動力之 裝置。
實施形態1.
第1圖係用來說明本發明的實施形態1之馬達裝置之方塊圖。馬達裝置具有：馬達控制裝置1；馬達2；檢測馬達2的驅動軸的旋轉狀態(動作狀態)之位置檢測器3；及傳動機構100。
馬達2係被馬達控制裝置1控制而使之動作。傳動機構100係將馬達2的轉矩傳遞至負載4，係透過驅動軸101與馬達2連接，透過負載軸102與負載4連接。位置檢測器3係檢測出馬達2的驅動軸的旋轉狀態並將之輸出作為位置訊號Sp。位置檢測器3係為例如旋轉編碼器(rotary encoder)。本實施形態中，將位置檢測器3及馬達控制裝置1形成為分別獨立的構成，但亦可為馬達控制裝置1具有位置檢測器3之構成。此外，亦可使用速度感測器或加速度感測器等來替代旋轉編碼器。
馬達控制裝置1係具有驅動指令產生器10、轉矩指令產生器11、電流控制器12、接觸檢測器13、及背隙推算器14。驅動指令產生器10係輸出驅動指令Cd給轉矩指令產生器11。轉矩指令產生器11首先使用位置訊號Sp及驅動指令Cd，而產生能夠讓位置檢測器3輸出的位置訊號Sp追隨驅動指令Cd之轉矩指令Ct。然後，將此轉矩指令Ct輸出至電流控制器12及接觸檢測器13。電流控制器12係將與轉矩指令Ct對應之電流Im輸出至馬達2。
接觸檢測器13係使用輸進來的轉矩指令Ct，檢測出傳動機構100中的接觸並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。背隙推算器14係使用接觸訊號Sc及位置訊號Sp來推算出傳動機構100中的背隙。
在此，利用第2圖來說明傳動機構100的構成。第2圖係顯示實施形態1之馬達裝置的傳動機構100的內部構造、及利用正轉驅動及反轉驅動而進行的背隙的計測過程之圖。第2圖(a)、(b)及(c)分別顯示計測背隙之前的齒輪的狀態、正轉驅動後的齒輪的狀態、及反轉驅動後的齒輪的狀態。在本實施形態中，以第2圖(b)中之箭號所示之逆時針方向作為正轉方向，以第2圖(c)中之箭號所示之順時針方向作為反轉方向，但當然亦可將正轉方向及反轉方向之方向互換。以下，利用旋轉型馬達而進行的驅動係對應於「正轉驅動」及「反轉驅動」。另外，利用旋轉型馬達或線性馬達而進行的驅動係對應於「正向驅動」及「反向驅動」。
驅動軸101係馬達2的驅動旋轉軸，驅動側齒輪(驅動側傳動部)101a安裝於此驅動軸101。負載軸102係要從驅動軸101經由傳動機構100而將轉矩傳遞至負載4所需之被驅動旋轉軸。負載側齒輪(負載側傳動部)102a安裝於此負載軸102。傳動機構100中，驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a相囓合，藉此將馬達2的轉矩傳遞至負載4。
此處雖然舉具備兩個齒輪之減速機作為本 實施形態之傳動機構100的例子而進行說明，但亦可使用具有三個以上的齒輪之傳動機構。此外，還可利用齒條及小齒輪、滾珠螺桿等來取代兩個齒輪而構成傳動機構。以下，有時將驅動側齒輪101a及負載側齒輪102a稱為兩齒輪。
接著，說明本實施形態中利用馬達2的正轉驅動及反轉驅動來計測傳動機構100的背隙之馬達控制裝置1的動作步驟。
在本實施形態中，以背隙係指角度背隙為例進行以下的說明。所謂的角度背隙，係指將一方的齒輪固定時另一方的齒輪可轉動的角度的最大值。第2圖(c)中顯示的點線間的角度θ即為背隙。因此，可從第2圖(b)所示的狀態轉到成為第2圖(c)所示的狀態為止，依據驅動軸101旋轉的角度亦即位置訊號Sp的變化量，來測出背隙。亦可用法線方向背隙、圓周方向背隙等不同種類的背隙來取代角度背隙。
又，以下將從第2圖(b)的狀態到第2圖(c)的狀態之經過時間稱為接觸所需時間Tc。以及，將在接觸所需時間Tc中之馬達2的位置訊號Sp的變化量稱為接觸位置變量Pc。另外，在進行背隙的測定之際，驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之接觸有兩種情況，以下區分此兩種情況而進行說明。所謂的「測定前接觸」，係指為了開始進行背隙的測定而使兩齒輪101a及102a成為如第2圖(b)所示的狀態。更詳言之，將驅動軸101往一方之方向正 轉驅動，藉此使驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a接觸。所謂的「測定完成接觸」，係指成為如第2圖(c)所示的狀態，為反轉驅動之後發生的接觸。更詳言之，為在兩齒輪101a及102a做「測定前接觸」之後，馬達2使驅動軸101往與一方之方向相反的另一方之方向反轉驅動，藉此使驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a接觸。
如第2圖(a)所示，在正轉驅動開始時，兩齒輪101a及102a並不一定相互做機械性的接觸。因此，首先利用驅動指令產生器10所產生的如圖中的箭號所示的正轉方向的驅動指令Cd，令馬達2使驅動軸101反時針旋轉，使驅動側齒輪101a做正轉驅動。驅動指令Cd係由例如對於馬達2之位置指令值、速度指令值、加速度指令值等之參數所構成。如第2圖(b)所示，透過正轉驅動，兩齒輪101a及102a做測定前接觸。
在此，說明反轉驅動的開始時刻的檢測方法的一例。調整驅動指令Cd中的加速度指令值及速度指令值，以使兩齒輪101a及102a在接觸之際會因為產生於負載軸102與支持承載負載軸102之軸承等之間之摩擦力而減速然後停止。因此，背隙推算器14係利用位置訊號Sp來檢測出反轉驅動的開始時間。背隙推算器14係例如在預先設定的時間檢測到位置訊號Sp不再變化之狀態亦即馬達2的停止狀態之後，再接著檢測到在與馬達2停止之瞬間前相反方向之位置訊號Sp的變化之情況，以該檢測出的時刻作為反轉驅動的開始時間。此外，亦可採用在 構成上將驅動指令Cd輸入至背隙推算器14，由背隙推算器14利用該驅動指令Cd來判斷反轉驅動的開始時間之作法，來取代從位置訊號Sp判斷反轉驅動的開始時間之作法。
接著，驅動軸101受到反轉驅動之情況的兩齒輪101a及102a，以與第2圖(b)所示之測定前接觸相反側的面如第2圖(c)所示做測定完成接觸。接觸檢測器13檢測出此測定完成接觸，且將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。以電壓表示接觸訊號Sc之情況，係輸出例如在非接觸狀態為0V之電圧，在接觸狀態為與0V不同的值(例如2V)之電圧之接觸訊號Sc。
在驅動軸101的旋轉帶動下兩齒輪101a及102a相接觸時，馬達2所要驅動的慣性矩就會增大，馬達2的驅動需要較大的轉矩。因此，轉矩指令產生器11使位置訊號Sp追隨驅動指令Cd所需之轉矩指令Ct往反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)增大。接觸檢測器13檢測到此轉矩指令Ct之增加，就檢測出傳動機構100之測定完成接觸。
為了使測定前接觸及測定完成接觸都確實發生，必須要有能夠正轉驅動及反轉驅動成大過傳動機構100的實際的背隙之驅動指令Cd。因此，最好預先設定容許的最大的背隙(最大背隙容許量)，且驅動指令產生器10產生使驅動軸101驅動至充分大於與容許的最大的背隙相當的角度之驅動指令Cd。
第3圖係顯示實施形態1之馬達控制裝置1的反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。亦即，在第3圖(a)~(d)中橫軸為時間。縱軸分別在(a)為轉矩指令Ct，在(b)為轉矩指令Ct的每單位時間的變化量，在(c)為位置訊號Sp，在(d)為接觸訊號Sc。
位置訊號Sp變化達到與背隙相當的角度份量，兩齒輪101a及102a就相接觸。其中，因為轉矩指令Ct會暫時性增大(或減小)，所以會出現如第3圖(a)所示之尖峰(peak)A1。因為表示轉矩指令Ct的變化之時間微分值也會暫時性增大(或減小)，所以會出現如第3圖(b)所示之尖峰(peak)B1。第3圖(c)所示之位置訊號Sp的變化量C係在接觸所需時間Tc中之位置訊號Sp的變化量，為與背隙相當之值。
接著，說明接觸檢測器13所進行的測定完成接觸的檢測方法的一例。在轉矩指令Ct的每單位時間的變化量朝反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)超過預先設定的臨限值之情況，接觸檢測器13就檢測出測定完成接觸，且將表示兩齒輪101a及102a的接觸狀態之接觸訊號Sc輸出至背隙推算器14。其中，預先設定的臨限值係例如第3圖(b)中的虛線b1。接觸檢測器13亦可不檢測轉矩指令Ct的每單位時間的變化量，而係在轉矩指令Ct朝反轉驅動的方向超過預先設定的臨限值(虛線a1)之情況檢測出測定完成接觸。換言之，接觸檢測器13係在轉矩指令Ct或轉矩指令Ct的每單位時間的變化量朝反轉驅動的方 向超過預先設定的臨限值之情況，將之當作是測定完成接觸加以檢測。臨限值的決定方法可例如根據轉矩指令Ct而動態地設定。在轉矩指令Ct及轉矩指令Ct的變化量中，反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)係例如第3圖(a)、(b)中之負方向。
第3圖(d)中，T1表示驅動軸101進行反轉驅動的期間(以下將之稱為「反轉驅動期間」)。T2表示兩齒輪101a及102a為並未接觸之非接觸狀態的期間(以下將之稱為「非接觸期間」)，在此期間只有驅動側齒輪101a旋轉，負載側齒輪102a為停止。另一方面，接觸期間T3係兩齒輪101a及102a為相接觸之接觸狀態的期間(以下將之稱為「接觸期間」)，在接觸期間T3中負載側齒輪102a與驅動側齒輪101a一起旋轉。又，從非接觸期間T2切換到接觸期間T3之點係測定完成接觸的開始時間，在接觸期間T3之期間，驅動側齒輪101a驅動負載側齒輪102a轉動，但當時間過了接觸期間T3，兩齒輪101a及102a就分離，所以接觸訊號Sc表示非接觸狀態。又，非接觸期間T2即為上述的接觸所需時間Tc。
再來，說明背隙推算器14所進行的背隙的推算方法。根據第3圖(a)、(b)所示之轉矩指令Ct或轉矩指令Ct的變化量的值，接觸檢測器13產生出接觸訊號Sc(第3圖(d))。背隙推算器14首先求出從開始反轉驅動到接觸訊號Sc上升為止之非接觸期間(接觸所需時間Tc)T2。接著，如第3圖(c)所示，求出在從測定前接觸到 測定完成接觸為止的時間(接觸所需時間Tc)中之位置訊號Sp的變化量C，再從此變化量C推算出背隙。
此外，還可形成為在轉矩指令Ct變到最大(或最小)，亦即第3圖(a)所示的尖峰A1之情況，或轉矩指令Ct的每單位時間的變化量變到最大(或最小)，亦即第3圖(b)所示的尖峰B1之情況，接觸檢測器13就檢測出測定完成接觸之構成。在如此檢測出測定完成接觸的情況，就不需要設定臨限值。
本實施形態中，轉矩指令產生器11係根據驅動指令Cd及位置訊號Sp而產生轉矩指令Ct。因此，在轉矩指令Ct或轉矩指令Ct的每單元時間的變化量朝與反轉驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況或變到最大之情況，當做接觸檢測器13檢測出測定完成接觸，藉此可進行背隙之推算。判定轉矩指令Ct或轉矩指令Ct的每單位時間的變化量為最大之方法的例子，可舉出的有預先定義最大值之方法，或將反轉驅動期間T1中最大的轉矩指令Ct或轉矩指令Ct的每單位時間的變化量的值作為最大之方法。
第4圖係顯示使驅動指令Cd中的加速度指令值保持一定之情況之時間序列波形的一例之圖。第4圖(a)~(d)中，横軸為時間，縱軸分別在(a)中表示驅動指令Cd所指示的加速度指令值，在(b)中表示轉矩指令Ct，在(c)中表示位置訊號Sp，在(d)中表示接觸訊號Sc。如第4圖(a)所示，驅動指令產生器10係在預先設定的時間Ta內 賦予使馬達2的加速度為定加速度的驅動指令Cd。因此，如第4圖(b)所示，在馬達2的反轉驅動時，除了測定完成接觸的時點之外轉矩指令Ct的變化都很小，所以轉矩指令Ct的尖峰A11會很顯著。在使用會使加速度指令值大幅變化的驅動指令Cd之情況，即使在測定完成接觸的時點以外的時候轉矩指令Ct也會大幅變化，而會出現轉矩指令Ct的尖峰。此轉矩指令Ct的尖峰為雜訊，會有將之當作是測定完成接觸而誤檢測之情形。另一方面，如本實施形態使加速度指令值保持一定，則可解決如此的雜訊的問題。第4圖(d)中的T1、T2、T3也與第3圖(d)一樣，分別為反轉驅動期間、非接觸期間、接觸期間。
第5圖係顯示使驅動指令Cd中的速度指令值保持一定之情況之時間序列波形的一例之圖。第5圖(a)~(d)中，横軸為時間。縱軸分別在(a)中表示驅動指令Cd中的速度指令值，在(b)中表示轉矩指令Ct，在(c)中表示位置訊號Sp，在(d)中表示接觸訊號Sc。如第5圖(a)所示，在期間Tb中根據使速度指令值為一定之驅動指令Cd，除了測定完成接觸的時點以外轉矩指令Ct會為大致一定的值。因此，使用如此的驅動指令Cd，會如第5圖(b)所示，在驅動側齒輪101a轉動了相當於背隙之量時，在轉矩指令Ct的尖峰A12會更顯著地顯現。此時的接觸訊號Sc的時間變化，理想的情況會如第5圖(d)所示。第5圖(d)中的T1、T2、T3也與第3圖(d)一樣，分別為反轉驅動期間、非接觸期間、接觸期間。
專利文獻2中提出的先前技術，必須利用驅動軸101的轉矩感測器來檢測兩齒輪101a及102a的機械性的接觸，同時使用位置訊號Sp來計測背隙。本實施形態之馬達控制裝置，則是轉矩指令產生器11根據驅動指令Cd及位置訊號Sp而產生轉矩指令Ct，且電流控制器12根據轉矩指令Ct而將電流Im供給至馬達2，來驅動馬達2。因此，本實施形態之馬達控制裝置係在就從感測器得到的資訊而言，只要可得到位置訊號Sp就可進行背隙的計測。因此，可連接至更廣範圍的構成的裝置。
實施形態2.
第6圖係用來說明本發明的實施形態2之馬達裝置之方塊圖。在本實施形態與實施形態1之不同點在於，接觸檢測器13a並非使用轉矩指令Ct而是使用位置訊號Sp來檢測測定完成接觸。
在本實施形態中，只針對與實施形態1不同之構成進行說明，而且在圖中將相同或對應的構成都標以相同的符號，而不重複該等構成之說明。
本實施形態中，接觸檢測器13a係使用從表示馬達2的旋轉狀況之位置訊號Sp求出的馬達2的加速度，來檢測傳動機構100的內部的測定完成接觸。
本實施形態中，接觸檢測器13a分別對位置訊號Sp進行針對時間之一次微分、二次微分、及三次微分，而導出馬達2的速度、加速度、及急衝度(jerk)。亦可取代如上述之以微分導出的作法，而採取求出在離散時間 內的差分來導出速度、加速度、及急衝度。此外，還可在進行微分或求出離散時間內的差分之前先對位置訊號Sp實施高通濾波。如此，可使位置訊號Sp的變動成分更加明確。
接觸檢測器13a係利用反轉驅動時的加速度，來檢測在傳動機構100內的測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。
第7圖係顯示實施形態2之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。第7圖(a)~(d)中，縱軸分別在(a)中顯示根據位置訊號Sp而算出之加速度，在(b)中顯示屬於加速度的每單位時間的變化量之急衝度，在(c)中顯示位置訊號Sp，在(d)中顯示接觸訊號Sc。
接觸檢測器13a係在加速度朝正轉驅動的方向(與正轉驅動對應之方向)超過預先設定的臨限值(例如第7圖(a)中的虛線a2)之情況，當作是檢測出測定完成接觸。此係因為兩齒輪101a及102a相接觸之後會使得驅動側齒輪101a的加速度暫時性減小(或增大)的緣故。接觸檢測器13a亦可不採用加速度而是在急衝度朝正轉驅動的方向超過第7圖(b)所示的虛線b2之情況，當作是檢測出測定完成接觸。臨限值的決定方法可例如根據轉矩指令Ct而動態地設定。又，在加速度及急衝度方面，正轉驅動的方向(與正轉驅動對應之方向)係例如第7圖(a)、(b)中之正方向。
還可取代設定臨限值，而在加速度變到最 大(或最小)，亦即變到第7圖(a)所示的尖峰A2之情況，或急衝度變到最大(或最小)，亦即變到第7圖(b)所示的尖峰B2之情況，將之當作是測定完成接觸加以檢測。如此就不需要設定臨限值。
本實施形態係藉由接觸檢測器13a在根據位置訊號Sp而算出的加速度，或在根據位置訊號Sp而算出的急衝度朝與逆轉驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況或者變到最大之情況，當作是檢測出測定完成接觸，而可進行背隙之推算。因此，轉矩指令產生器11並非一定要根據驅動指令Cd及位置訊號Sp來產生轉矩指令Ct，也可考慮只根據驅動指令Cd來產生轉矩指令Ct之構成。就判定根據位置訊號Sp而算出的加速度或根據位置訊號Sp而算出的急衝度是否最大之方法的例子，可舉出的有預先定義該等加速度及急衝度的最大值之方法，或將反轉驅動期間T1中最大的加速度或急衝度的值作為最大之方法。
專利文獻2中提出的先前技術，必須利用驅動軸101的轉矩感測器來檢測出兩齒輪101a及102a的機械性的接觸，同時利用位置訊號Sp來計測背隙。然而，本實施形態中則是由接觸檢測器13a利用根據位置訊號Sp而算出的加速度或急衝度，來檢測出兩齒輪101a及102a的機械性的接觸。亦即，接觸檢測器13a利用根據位置訊號Sp而算出的訊號來檢測出驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的接觸而將之當作是測定完成接觸，並將檢測 結果作為接觸訊號Sc而輸出。再由背隙推算器14根據接觸訊號Sc及位置訊號Sp來推算出驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的背隙。因此，本實施形態就從感測器得到的資訊而言，只要可得到位置訊號Sp，就可進行背隙的計測。因此，可連接至更廣範圍的構成的裝置。
實施形態3.
第8圖係用來說明本發明的實施形態3之馬達裝置之方塊圖。本實施形態與實施形態1之不同點在於，在接觸檢測器13b除了使用轉矩指令Ct也使用位置訊號Sp來檢測測定完成接觸。
在本實施形態中，將只針對與實施形態1不同之構成進行說明，而且在圖中將相同或對應的構成都標以相同的符號，而不重複該等構成之說明。
接觸檢測器13b首先算出抽出外部擾動De，該抽出外部擾動De係表示在傳動機構100的內部因為兩齒輪101a及102a的接觸等而產生的轉矩。接著，利用抽出外部擾動De來檢測出測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。抽出外部擾動De係如式(1)所示而算出。
De=Jm‧Ac-Ct…式(1)
其中，右邊的第一項表示實際用於使馬達2加速之慣性份的轉矩。Jm及Ac分別表示馬達2的轉子的慣性矩及利用位置檢測器3而得到的加速度。利用位置檢測器3而得到的加速度也稱為加速度訊號。右邊的第二項 係轉矩指令產生器11所產生的轉矩指令Ct。使用如式(1)所示之將轉矩指令Ct與慣性份的轉矩相減而算出的傳動機構100的轉矩亦即抽出外部擾動De。因此，即使驅動指令Cd中的加速度指令值變化而導致轉矩指令Ct變動之情況，也可藉由求出與馬達2旋轉時的慣性份的轉矩之差，來抑制在檢測測定完成接觸之際會成為誤檢測的原因之尖峰的產生。因而，可精度良好地抽出傳動機構100的內部之由於測定完成接觸而產生的轉矩的變化。
第9圖係顯示實施形態3之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。第9圖(a)~(d)中，縱軸分別在(a)中表示抽出外部擾動De，在(b)中表示抽出外部擾動De的每單位時間的變化量，在(c)中表示位置訊號Sp，在(d)中表示接觸訊號Sc。在位置訊號Sp變化了與背隙相當之角度份時，兩齒輪101a及102a係成為測定完成接觸而使得抽出外部擾動De急遽增大。因而，抽出外部擾動De的時間微分值也急遽增大。
本實施形態之接觸檢測器13b係在抽出外部擾動De朝正轉驅動的方向超過第9圖(a)中的虛線a3所示的預先設定的臨限值之情況，或抽出外部擾動De的時間微分值朝正轉驅動的方向超過第9圖(b)中的虛線b3所示的臨限值之情況，將之當作是進行過測定完成接觸之檢測。在抽出外部擾動De方面，正轉驅動的方向(與正轉驅動對應之方向)係例如第9圖(a)、(b)中的正方向。
另外，亦可在抽出外部擾動De如第9圖(a) 中的尖峰A3般變到最大(或最小)之情況，或抽出外部擾動De的時間微分值如第9圖(b)中的尖峰B3般變到最大(或最小)之情況，作為接觸檢測器13b進行過測定完成接觸之檢測。如此就不需要設定臨限值。
本實施形態係藉由接觸檢測器13b在根據位置訊號Sp及轉矩指令Ct而算出的抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值朝與逆轉驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況或者變到最大之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸，而可進行背隙之推算。因此，轉矩指令產生器11並非一定要根據驅動指令Cd及位置訊號Sp來產生轉矩指令Ct，也可考慮只根據驅動指令Cd來產生轉矩指令Ct之構成。作為判定抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值為最大之方法的例子，可舉出的有預先定義該等抽出外部擾動De及時間微分值的最大值之方法，或將在反轉驅動期間T1中最大的抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值作為最大之方法。
本實施形態之接觸檢測器13b係根據利用轉矩指令Ct及位置訊號Sp而算出的抽出外部擾動De來檢測出測定完成接觸。因而，即使在使用的是對於轉矩指令Ct的響應速度較慢的馬達裝置之情況，與只使用轉矩指令Ct之情況相比較，不會在接觸檢測上發生延遲的情形。因此，可抑制背隙的計測精度之降低。
專利文獻2中提出的先前技術中，必須利 用驅動軸101的轉矩感測器來檢測出兩齒輪101a及102a的機械的接觸，同時利用位置訊號Sp來計測背隙。然而，本實施形態中則是由接觸檢測器13b根據利用位置訊號Sp而算出的加速度及轉矩指令Ct，來算出抽出外部擾動De，再檢測出連接至馬達2之驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的接觸並將之當作是測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。並且，由背隙推算器14根據接觸訊號Sc及位置訊號Sp來推算出驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的背隙。因此，本實施形態就從感測器得到的資訊而言，只要可得到位置訊號Sp就可進行背隙的計測。
根據上述的構成，本實施形態之馬達控制裝置除了實施形態1的效果之外，還會產生即使是對於轉矩指令Ct的響應速度較慢之馬達控制裝置也可正確地測出背隙，即使在驅動指令Cd的指令值有很大的變動之情況也可穩定地測出背隙之效果。
實施形態4.
第10圖係用來說明本發明的實施形態4之馬達裝置之方塊圖。電流檢測器15係檢測電流Im作為電流訊號Sim。本實施形態之馬達控制裝置與實施形態1之不同點在於，具有使用電流訊號Sim而非位置訊號Sp來檢測測定完成接觸之接觸檢測器13c。
第11圖係顯示本發明的實施形態4之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。第11 圖(a)~(d)中，横軸皆為時間。縱軸分別在(a)中表示電流訊號Sim，在(b)中表示電流訊號Sim的時間微分值，在(c)中表示位置訊號Sp，在(d)中表示接觸訊號Sc。
在本實施形態中，將只針對與實施形態1不同之構成進行說明，而且在圖中將相同或對應的構成都標以相同的符號，而不重複該等構成之說明。
本實施形態之接觸檢測器13c係從電流訊號Sim來檢測出傳動機構100的內部的測定完成接觸。在位置訊號Sp變化了與背隙相當的角度份之情況，兩齒輪101a及102a相接觸。馬達2所要驅動的慣性矩會因為此接觸而增大，所以驅動馬達2所需的轉矩會比未接觸狀態大。因此，供給至馬達2之電流Im也會急遽增大。此處，電流訊號Sim的電流值增大(或減小)，電流訊號Sim的時間微分值也增大(或減小)。例如，如第11圖(a)所示，電流訊號Sim也暫時性增大而出現尖峰A4。如第11圖(b)所示，表示電流訊號Sim的變化之時間微分值也瞬間增大(或減小)而出現尖峰B4。
測定完成接觸的檢測方法係與利用第3圖說明過的方法一樣，在電流訊號Sim朝反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)超過預先設定的臨限值之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸。在第11圖(a)中，虛線a4為預先設定的臨限值。亦可使用電流訊號Sim的時間微分值來取代電流訊號Sim。在此情況，第11圖(b)中的虛線b4為預先設定的臨限值。在電流訊號Sim及電流訊號Sim的 時間微分值中，反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)係例如第11圖(a)、(b)中的負方向。
亦可取代使用預先設定的臨限值，而在電流訊號Sim變到最大(或最小)，亦即變到第11圖(a)所示的尖峰A4之情況或電流訊號Sim的時間微分值變到最大(或最小)，亦即變到第11圖(b)所示的尖峰B4之情況，將之當作是進行過測定完成接觸。如此，就不需要設定臨限值。
本實施形態中，轉矩指令產生器11根據驅動指令Cd及位置訊號Sp而產生轉矩指令Ct。而且電流控制器12根據轉矩指令Ct將電流Im供給至馬達2，電流檢測器15檢測出電流訊號Sim。因此，在電流訊號Sim或電流訊號Sim的每單位時間的變化量朝與反轉驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況，或者變到最大之情況，接觸檢測器13c將之當作是檢測出測定完成接觸，而可進行背隙之推算。判定電流訊號Sim或電流訊號Sim的每單位時間的變化量為最大之方法的例子，可舉出的有預先定義該兩者的最大值之方法，或將在反轉驅動期間T1中最大的電流訊號Sim或電流訊號Sim的每單位時間的變化量的時間微分值作為最大之方法。
專利文獻2中提出的先前技術，必須利用驅動軸101的轉矩感測器來檢測出兩齒輪101a及102a的機械的接觸，同時利用位置訊號Sp來計測背隙。本實施形態之馬達控制裝置中則是由轉矩指令產生器11根據驅動指令Cd及位置訊號Sp而產生轉矩指令Ct，由電流控制 器12根據轉矩指令Ct將電流Im供給至馬達2來驅動馬達2。再由接觸檢測器13c使用電流訊號Sim來檢測出測定完成接觸。因此，本實施形態在從感測器得到的資訊方面只要可得到位置訊號Sp，就可進行背隙的計測。
透過上述的構成，本實施形態之馬達控制裝置產生實施形態1之效果。
實施形態5.
第12圖係用來說明本發明的實施形態5之馬達裝置之方塊圖。本實施形態之接觸檢測器13d與實施形態4之不同點在於，除了使用電流訊號Sim也使用位置訊號Sp來檢測測定完成接觸。
在本實施形態中，將只針對與實施形態1不同之構成進行說明，而且在圖中將相同或對應的構成都標以相同的符號，而不重複該等構成之說明。
接觸檢測器13d係首先算出包含發生在傳動機構100的內部之機械性的接觸等的外部擾動之抽出外部擾動De。接著，利用抽出外部擾動De來檢測測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。抽出外部擾動De係如式(2)所示而算出。
De=Jm‧Ac-Kt‧Sim…(2)
式(2)中，右邊的第一項與式(1)的右邊的第一項一樣表示實際用於使馬達2加速之慣性份的轉矩。式(2)的右邊的第二項係從電流訊號Sim算出的在馬達2發生的合計的轉矩。Kt係表示與供給至馬達2之電流Im對應 之電流訊號Sim與產生的轉矩之關係之轉矩常數。如式(2)所示，求出馬達2的合計的轉矩與慣性份的轉矩之差，可導出為了驅動傳動機構100所要使用的轉矩。
接觸檢測器13d並非使用轉矩指令Ct而是使用從電流訊號Sim導出的轉矩，來檢測測定完成接觸。因而，減低轉矩指令產生器11及電流控制器12的響應性的影響，可精度良好地算出由於傳動機構100的內部的測定完成接觸所產生的外部擾動。
接觸檢測器13d所進行的測定完成接觸的檢測方法，可為在抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的每單位時間的變化量超過臨限值之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸。還可為在抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的變化量變到最大(或最小)之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸。如此，就不需要設定臨限值。
本實施形態係藉由接觸檢測器13d在根據位置訊號Sp及電流訊號Sim而算出的抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值朝與反轉驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況，或者變到最大之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸，而可進行背隙之推算。因此，轉矩指令產生器11並非一定要根據驅動指令Cd及位置訊號Sp來產生轉矩指令Ct，也可考慮只根據驅動指令Cd來產生轉矩指令Ct之構成。判定抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值是否最大之方法的例子，可舉出的有預先定義該兩者的最大值之方法，或將在反轉驅 動期間T1中最大的抽出外部擾動De或抽出外部擾動De的時間微分值作為最大之方法。
實施形態4之接觸檢測器13c係在接觸的判定上使用電流訊號Sim，在轉矩指令產生器11之相對於位置訊號Sp的響應性或電流控制器12之相對於轉矩指令Ct的響應性較低之情況，會有在接觸檢測上發生延遲，背隙的計測精度變低之情形。實施形態2之接觸檢測器13a則是在接觸的判定上使用位置訊號Sp的加速度，在使轉矩指令Cd的加速度指令值產生較大的變動之情況，會有誤檢測接觸之情形。本實施形態因為同時使用位置訊號Sp及電流訊號Sim，所以可減低接觸檢測之延遲及接觸之誤檢測。
專利文獻2中提出的先前技術，必須利用驅動軸101的轉矩感測器來檢測出兩齒輪101a及102a的機械的接觸，同時利用位置訊號Sp來計測背隙。本實施形態中則是由接觸檢測器13d根據利用位置訊號Sp算出的加速度及電流訊號Sim來算出抽出外部擾動De，再檢測出連接至馬達2之驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的接觸而將之當作是測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號Sc而輸出。再由背隙推算器14根據接觸訊號Sc及位置訊號Sp來推算出驅動側齒輪101a與負載側齒輪102a之間的背隙。因此，本實施形態就從感測器得到的資訊而言，只要可得到位置訊號Sp就可進行背隙的計測。
透過上述的構成，本實施形態之馬達控制 裝置除了實施形態4的效果之外，還因為接觸檢測器13d同時利用位置訊號Sp及電流訊號Sim來檢測測定完成接觸，所以可高精度且簡易地測出背隙。
實施形態6.
第13圖係用來說明本發明的實施形態6之馬達裝置之方塊圖。本實施形態之馬達控制裝置的不同點在於，如第13圖所示具有驅動指令產生器10a及背隙推算器14a來分別取代第1圖所示的驅動指令產生器10及背隙推算器14。本實施形態之馬達控制裝置係形成為即使有外力Fd從外部施加於負載4及連接至負載4的負載軸102之情況也可計測出背隙之構成。
驅動指令產生器10a係產生用來進行後述的複數次試驗驅動之驅動指令Cd。背隙推算器14a的詳細內容將在後面說明，係也考慮隨著外力Fd而變化之負載軸102的位置來推算出背隙。
在本實施形態中，將只針對與實施形態1不同之構成進行說明，而且在圖中將相同或對應的構成都標以相同的符號，而不重複該等構成之說明。
透過上記構成，本實施形態即使在負載軸102因為外力Fd而轉動之情況，也可藉由複數次的正轉驅動及反轉驅動來推算出負載軸102的位置，進而精度良好地計測出背隙。
第14圖係表示實施形態6中的背隙計測步驟之流程圖。順著第14圖所示的流程來說明計測的步驟。 流程圖中的符號Si(i=1,2,…)係表示各步驟。
首先，在步驟S1，驅動指令產生器10a從未圖示的記憶部取得正轉驅動及反轉驅動的方向、重複次數(試驗驅動的次數)、加速度及正轉驅動時與反轉驅動時的驅動軸101的旋轉量等之設定條件。除了從記憶部取得設定條件之外，亦可透過外部的輸入終端來取得設定條件。
第15圖係顯示本發明的實施形態6之馬達控制裝置的傳動機構100的負載軸102受到外力Fd而轉動之方向及背隙測定時的驅動方向之圖。圖中，外力Fd使負載軸102轉動之轉動方向為預先設定的，且將妨礙此負載軸102的轉動之方向的驅動設定為正轉驅動，將與正轉驅動相反方向的驅動設定為反轉驅動。
第16圖係顯示本發明的實施形態6之馬達控制裝置產生要進行複數次的試驗驅動之驅動指令Cd的情況的時間序列波形的一例之圖。第16圖(a)、(b)、(c)中，縱軸分別表示位置指令值、速度指令值、及加速度指令值。第16圖(a)~(c)中，係以進行三次由正轉驅動及反轉驅動所構成之試驗驅動之方式產生驅動指令Cd。以下將與三次試驗驅動對應之期間分別稱為試驗驅動期間Td1、試驗驅動期間Td2及試驗驅動期間Td3而進行說明。再者，將試驗驅動期間Td1、Td2、Td3中的接觸所需時間分別記為Tc1、Tc2、Tc3，將與接觸所需時間Tc1、Tc2、Tc3對應之接觸位置變量分別記為Pc1、Pc2、Pc3。另外，以在試驗驅動期間Td1~Td3中的加速度指令值等之參數互不相同 之方式產生驅動指令Cd。在如第16圖(c)所示之各個試驗驅動期間Td1~Td3中，一點鏈線之雙箭頭符號及實線之雙箭頭符號分別表示正轉驅動期間及反轉驅動期間。如第16圖(c)所示，按試驗驅動期間Td1、試驗驅動期間Td2、試驗驅動期間Td3之順序，反轉驅動期間中的加速度指令值依次變大。另外，第16圖(a)所示之接觸所需時間係按Tc1、Tc2、Tc3之順序依次變短。
利用第17圖來說明步驟S2及S3。第17圖係顯示實施形態6之馬達裝置的傳動機構100的內部構造、及背隙的計測過程之圖。
在步驟S2，由於馬達2的正轉驅動，在傳動機構100的內部兩齒輪101a及102a相接觸，亦即進行測定前接觸。
接著，在步驟S3，首先藉由馬達2的反轉驅動，如第17圖(b)中的實線所示，使兩齒輪101a及102a以與測定前接觸之時接觸的齒面相反的面相接觸。在此，接觸檢測器13檢測出測定完成接觸，並輸出接觸訊號Sc。又，負載側齒輪102a的位置會因為外力Fd的影響，而從如第17圖(b)中的點線所示之反轉開始時的位置，經過接觸所需時間Tc後轉動到實線所示的位置。
在步驟S4，背隙推算器14a比較在步驟S1中設定的重複次數與測定完成接觸的檢測次數，判斷測定完成接觸的檢測次數是否達到重複次數。若測定完成接觸的檢測次數比重複次數小(“否”(No))，就在與前次不同的 試驗驅動再度重複步驟S2~S3。另一方面，若測定完成接觸的檢測次數大於等於重複次數(“是”(Yes))，就進入到步驟S5。
在步驟S5，進行負載軸位置的推算。關於步驟S5的說明，首先，先說明負載軸位置及推定負載軸位置。
利用第17圖，說明本實施形態中的負載軸位置。負載軸位置係以反轉驅動開始時的驅動軸101的旋轉位置為基準，使用兩齒輪101a及102a間的減速比將負載軸102的旋轉位置換算為驅動軸101的旋轉角而表現者。
例如，就第17圖(a)而言，負載軸位置係線段O-a(實線)與線段O-b(點線)所夾的角度，係與背隙B相當之旋轉角。其中，線段O-a(實線)為反轉驅動開始時的驅動軸101的旋轉位置，線段O-b(點線)為反轉驅動開始時的負載軸位置。
另外，在第17圖(b)中，可知負載軸位置係線段O-a(實線)與線段O-b1(實線)所夾的角度，且因為負載軸102之轉動使線段O-b(點線)移動到線段O-b1(實線)，因為負載軸102之轉動使負載軸位置變大。又，因為線段O-a(實線)為基準的旋轉位置，所以從反轉驅動開始時起都不變化。又，如第17圖(b)所示兩齒輪101a及102a相接觸之情況，負載軸位置係相當於接觸位置變量Pc。
接著，說明推定負載軸位置。第18圖係用來說明本發明的實施形態6中的推定負載軸位置Ple(t)之 圖。推定負載軸位置Ple(t)係針對在任意的時刻t的負載軸位置進行推算所得到之位置。其中，時刻t表示從反轉驅動開始時間算起之時間。
第18圖(a)中，縱軸為負載軸位置，横軸表示從反轉驅動開始時算起之時間。第18圖(b)顯示從反轉驅動開始時算起之驅動軸101的位置訊號Sp的變化量。另外，圖中之雙箭頭符號表示以後述的方法導出之背隙B的大小。第18圖(a)、(b)中以菱形標示者係將在步驟S1重複的次數為三次時的接觸位置變量Pc與接觸所需時間Tc的關係予以描點(plot)所畫出的點。圖中，各個點係將與第16圖所示的試驗驅動期間Td1~Td3對應的接觸位置變量Pc及接觸所需時間Tc予以描點而得者，分別標記為Pl1~Pl3。例如，Pl1為(Tc1，Pc1)。
接著，在步驟S5，背隙推算器14a使用與各個試驗驅動期間Td1~Td3對應之接觸位置變量Pc與接觸所需時間Tc之組Pl1~Pl3，來推算出推定負載軸位置Ple(t)。
本實施形態中，為了簡化說明，而使施加於負載軸102之外力Fd在試驗驅動期間Td1~Td3都相同，且使在外力Fd作用下被驅動之負載軸102在試驗驅動期間Td1~Td3都以相同的加速度被驅動。利用由式(3)所表示之二次多項式所構成之近似函數來近似的方式推算出推定負載軸位置Ple(t)。
Ple(t)=Ka‧t2+Kb…式(3)
式(3)中，Ka及Kb分別為與在外力Fd的作用下的負載軸102的加速度有關之係數及反轉驅動開始時的負載軸位置，亦即第18圖(a)所示的表示背隙B之近似係數。詳細的內容將在後面說明，Ka及Kb的值之導出簡單說係使用複數組由接觸所需時間Tc及接觸位置變量Pc所組成的資料組(data set)。近似函數除了式(3)之外，只要適於用來近似求出在外力Fd的作用下移動之負載軸102的位置即可，其次數及項數並無限制。亦可用由對數、指數、三角函數等所構成之近似函數來取代多項式。
近似係數Ka、Kb的導出方法係採用例如最小平方法。最小平方法係以讓得到的接觸所需時間Tc與接觸位置變量Pc之組與推定負載軸位置Ple(t)之殘差的平方和會為最小之方式決定近似係數。近似係數的導出方法當然也可採用最小平方法以外的方法。此外，當然亦可使外力Fd的大小為可變。
Ka及Kb之決定中，接觸所需時間Tc及接觸位置變量Pc的資料組最少取得兩組即可。因此，在取得比兩組多的資料組之情況，可進行異常值之去除。異常值之去除方法，係例如在存在有資料組其與近似函數的標準残差大於等於預先設定的值之情況，將該資料組去除掉。如此，可抑制背隙測定結果之參差變動。本實施例因為將試驗驅動的次數設定為三次，所以可將最大一組的資料組去除掉。
在上述的說明中，雖然以反轉驅動時(步驟 S3)的加速度每次都不同之方式產生複數次驅動指令Cd，但亦可考慮在相同加速度之方式下使用複數次的驅動指令Cd，而從複數個接觸所需時間Tc及接觸位置變量Pc之資料組來算出平均值之構成。在此情況，可將外力Fd會有時間上的變化之影響等平均化，可抑制背隙測定結果之參差變動。另外，還可考慮在相同加速度之情形下使用複數次的驅動指令Cd，而從複數個接觸所需時間Tc及接觸位置變量Pc之資料組將異常值去除掉之構成。此將異常值去除之構成，可舉例有與加速度每次都不同情況一樣，在例如存在有資料組其與近似函數的標準残差大於等於預先設定的值之情況，將該資料組去除掉之構成。在此情況，可將外力Fd會有瞬時的變化之影響等去除掉，可抑制背隙測定結果之參差變動。
又，在上述的說明中，雖然係在反轉驅動(步驟S3)時進行測定完成接觸之檢測，但反轉驅動與測定完成接觸之檢測並非一定要同時進行。亦可首先針對所有的試驗驅動將在步驟S2及S3得到之時間序列波形的資料(例如第3圖(a)~(d))都預先記錄在記憶部(省略圖示)，接著使用記憶部中記錄的時間序列波形的資料，在步驟S4之後由接觸檢測器13一併進行各試驗驅動的測定完成接觸之檢測。
最後，在步驟S6，背隙推算器14a使用推定負載軸位置Ple(t)來推算出傳動機構100所具有的背隙。第18圖(a)中顯示從三組接觸位置變量Pc及接觸所需 時間Tc推算出的推定負載軸位置Ple(t)的例子。將t=0代入第18圖(a)所示的推定負載軸位置Ple(t)，就可算出背隙B。本實施形態中，Kb的絕對值｜Kb｜即相當於推算出的背隙B。
第18圖(b)中，三條點線分別表示各試驗驅動期間Td1~Td3的位置訊號Sp的變化量。第18圖(b)中顯示的圓形的點係沒有外力Fd之情況之從反轉驅動開始到測定完成接觸為止之位置訊號Sp的變化量亦即接觸位置變量Pc，亦即是背隙B。在沒有外力Fd之情況，負載軸102的位置不會變化。因此，在試驗驅動期間Td1~Td3中，即使使驅動指令Cd中的加速度指令值變化，接觸所需時間Tc會變化，但接觸位置變量Pc並不會變化。因此，圖中利用虛線表示之相當於背隙B之位置會等效於接觸位置變量Pc。因而，將之描點成第18圖(b)所示之圓形。
在施加有外力Fd之情況，當使驅動側齒輪101a的加速度變化(例如減小)而使接觸所需時間Tc變化(延長)時，此接觸所需時間Tc之變化(延長)會使得負載側齒輪102a的旋轉量變化(增加)。因此，接觸位置變量Pc會相應於此旋轉量的變化(增加)的份量而變化(增加)。
例如，在試驗驅動期間Td3中，反轉驅動時的加速度指令值最大，所以接觸所需時間Tc3最短，在外力Fd作用下的負載軸102的旋轉量最少。因此，接觸位置變量Pc會最小。點P13被配置在第18圖(b)中的最左且上側。另一方面，在試驗驅動期間Td1中，反轉驅動時 的加速度最小，所以接觸所需時間Tc1最長，在外力Fd的作用下的負載軸102的旋轉量最多。因此接觸位置變量Pc會最大。圖中、點Pl1被配置在最右且下側。
如以上所述，本實施形態之背隙推算器14a係導出推定負載軸位置Ple(t)來推算背隙。因此，本實施形態之馬達控制裝置除了實施形態1的效果之外，還可達成即使在有外力Fd作用於負載軸102之環境，也可利用由複數次的正轉驅動及反轉驅動所構成之試驗驅動而高精度且容易地計測出傳動機構100的背隙之效果。
實施形態7.
第19圖係用來說明本發明的實施形態7之馬達裝置之方塊圖。實施形態6中，外力Fd的方向係預先設定的。相對於此，本實施形態則是使外力Fd在任意的方向作用。
圖中之不同點在於新具有驅動方向決定器16，該驅動方向決定器16係使用轉矩指令Ct來判定作用於負載軸102之外力Fd的方向，然後輸出正轉驅動時及反轉驅動時的驅動方向Dd。而且，別的不同點在於具有驅動指令產生器10b來替代驅動指令產生器10a，該驅動指令產生器10b係依據驅動方向Dd而產生使每次反轉驅動的加速度不同的驅動指令Cd。本實施形態將只針對與實施形態6不同之構成進行說明，關於相同或對應的構成都標以相同符號，而不重複該等構成的說明。
本實施形態係在第14圖的步驟S1中，由驅動方向決定器16判定作用於負載軸102之外力Fd的方 向。藉由驅動指令產生器10b進行使驅動側齒輪101a停止之控制，然後驅動方向決定器16利用在兩齒輪101a及102a相接觸之狀態產生的轉矩指令，來判斷外力Fd的方向再決定出驅動方向Dd。
具體而言，由驅動指令產生器10b以位置訊號Sp不會變化亦即驅動側齒輪101a不會旋轉之方式產生驅動指令Cd。在兩齒輪101a及102a並未接觸之狀態，無需施加轉矩至驅動側齒輪101a，所以只要可忽視施加於驅動軸101之摩擦等的影響，就可使轉矩指令Ct為0。然後，在經過一段時間而兩齒輪101a及102a相接觸後之狀態，負載側齒輪102a受到外力Fd的作用而要使驅動側齒輪101a旋轉。不過，因為驅動側齒輪101a被控制成靜止，所以驅動側齒輪101a會按照轉矩指令Ct而以能夠抵銷從負載側齒輪102a施加過來的力之方式旋轉。因此，利用與轉矩指令Ct對應之驅動側齒輪101a的旋轉方向，可推測出外力Fd的方向及正轉驅動的驅動方向Dd。
例如，若在兩齒輪101a及102a相接觸，且靜止的狀態產生之轉矩指令Ct係為要使驅動側齒輪101a逆時針旋轉的指令，就可判斷有使驅動側齒輪101a順時針旋轉之外力Fd在作用。因此，可知負載側齒輪102a的旋轉方向亦即外力Fd的方向係如第17圖所示為逆時針方向。只要知道外力Fd的方向，就可決定驅動方向Dd。
亦可取代使驅動側齒輪101a停止之作法，改採以反轉驅動及正轉驅動使驅動側齒輪101a往復運 動，然後比較正轉驅動時及反轉驅動時的轉矩指令Ct來決定驅動方向Dd之作法。另外，驅動方向決定器16亦可從馬達2的電流Im而不是轉矩指令Ct來決定驅動方向Dd。
本實施形態之馬達控制裝置亦可為具備有接觸檢測器13a、13b、13c、13d之任一者來替代接觸檢測器13之構成，在此等情況同樣可測出背隙。
透過上記構成，本實施形態之馬達控制裝置除了實施形態1之效果之外，亦可達成即使在有外力Fd作用於負載軸102之情況，也可自動決定驅動指令Cd的驅動方向而測出背隙之效果。
實施形態8.
第20圖係用來說明本發明的實施形態8之馬達裝置之方塊圖。本實施形態與實施形態1之不同點在於，接觸檢測器13e是在表示馬達2的旋轉狀況之位置訊號Sp在預先設定的最小檢測位置及最大檢測位置所決定的範圍內，檢測傳動機構100的內部的測定完成接觸。
透過上記構成，本實施形態即使在摩擦或減速的影響等外部擾動多之情況也可穩定地檢測出接觸，可精度良好地測出背隙。
本實施形態將只針對與實施形態1不同之構成進行說明，且圖中相同或對應的構成都標以相同符號，而不重複該等構成的說明。
第21圖係顯示本發明的實施形態8之馬達控制裝置之反轉驅動時的時間序列波形的一例之圖。實施 形態1中，接觸檢測器13並不考量位置訊號Sp所表示之馬達2的位置來判定反轉驅動時的接觸。然而，轉矩指令Ct及轉矩指令Ct的每單位時間的變化量，在馬達2開始反轉驅動後，會有因為摩擦的影響而具有如第21圖(a)所示之尖峰X13，或具有第21圖(b)所示的尖峰Y13之情形。此外，轉矩指令Ct的每單位時間的變化量還會因為馬達2減速之際兩齒輪101a及102a的非預期的接觸而具有如第21圖(b)所示之尖峰Z13。因此，實施形態1會有接觸檢測器13因為尖峰X13、尖峰Y13或尖峰Z13而誤檢測出接觸，而有背隙的推算精度會惡化之情形。
本實施形態之接觸檢測器13e則是在從位置訊號Sp所表示的馬達2的位置朝反轉驅動方向超過預先設定的最小檢測位置S13開始，到朝反轉驅動方向超過預先設定的最大檢測位置L13為止的期間內檢測接觸。亦即，在第21圖(d)所示的期間T13內檢測接觸，並產生表示測定完成接觸之接觸訊號Sc。
測定完成接觸之檢測方法，係與利用第3圖說明過的方法一樣，在轉矩指令Ct朝反轉驅動的方向(與反轉驅動對應之方向)超過虛線表示的預先設定的閾值a1之情況，將之當作是檢測出測定完成接觸。亦可使用轉矩指令Ct的時間微分值來取代轉矩指令Ct，使用虛線b1之閾值來取代閾值a1。
亦可取代使用預先設定的臨限值，而改採用在轉矩指令Ct變到最大(或最小)亦即第21圖(a)所示的 尖峰A13之情況，或者在轉矩指令Ct的時間微分值變到最大(或最小)亦即第21圖(b)所示的尖峰B13之情況，當作進行過測定完成接觸。如此，就不需要設定臨限值。
不過，如上述，在超過臨限值之情況及使用尖峰之情況皆在期間T13之外就不進行接觸之檢測，不產生表示測定完成接觸之訊號。
最小檢測位置最好設定為充分小於預先假設的背隙之值，可從摩擦對於轉矩指令Ct之影響及製造傳動機構100之際的標準的加工精度來決定。最大檢測位置最好設定為充分大於預先假設的背隙之值，可根據開始減速之馬達位置、齒輪的齒數、形狀等而選定適切的值。
又，在如實施形態2之接觸檢測器13a使用位置訊號Sp取代轉矩指令Ct來檢測測定完成接觸之情況，在如實施形態3之接觸檢測器13b使用轉矩指令Ct及位置訊號Sp來檢測測定完成接觸之情況，在如實施形態4之接觸檢測器13c使用電流訊號Sim來檢測測定完成接觸之情況，以及在如實施形態5之接觸檢測器13d使用電流訊號Sim及位置訊號Sp來檢測測定完成接觸之情況，也與本實施形態同樣地，各實施形態的接觸檢測器可在最小檢測位置及最大檢測位置所決定的範圍內檢測傳動機構100的內部的測定完成接觸。
又，如實施形態6以驅動指令產生器10a取代驅動指令產生器10而產生進行複數次試驗驅動之驅動指令Cd，並以背隙推算器14a取代背隙推算器14來推 算出背隙之情況，也與本實施形態一樣，接觸檢測器13可在最小檢測位置及最大檢測位置所決定的範圍內檢測出傳動機構100的內部的測定完成接觸。
如上所述，本實施形態之馬達控制裝置即使在摩擦、減速之影響等外部擾動多之情況也不會誤檢測接觸，可測出傳動機構100的背隙。因此，可在更廣範圍的構成的裝置精度良好地測出背隙。

Claims (18)

  1. 一種馬達控制裝置，具備有：驅動指令產生器，係產生驅動指令，該驅動指令先使馬達往一方向正向驅動後，再使前述馬達往與前述一方向相反的方向反向驅動；轉矩指令產生器，係根據前述驅動指令及表示前述馬達的動作狀態之位置訊號而產生用以驅動前述馬達的轉矩指令；接觸檢測器，係使用根據前述位置訊號而算出的訊號來檢測出連接至前述馬達之驅動側傳動部與連接至負載之負載側傳動部之間的接觸作為測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號而輸出；以及背隙推算器，係根據前述接觸訊號及前述位置訊號來推算出前述驅動側傳動部與前述負載側傳動部間的背隙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係在從前述位置訊號求出的加速度或前述加速度的每單位時間的變化量朝與前述正向驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況，當作檢測出前述測定完成接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係使用前述位置訊號而算出加速度訊號，根據前述加速度訊號及前述轉矩指令來算出抽出外部擾動，使用前述抽出外部擾動來檢測出前述測定完成接觸。
  4. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係使用前述位置訊號而算出加速度訊號，根據前述加速度訊號及與供給至前述馬達之電流對應之電流訊號來算出抽出外部擾動，使用前述抽出外部擾動來檢測出前述測定完成接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述轉矩指令產生器係根據前述驅動指令及前述位置訊號而產生前述轉矩指令。
  6. 如申請專利範圍第5項之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係在前述轉矩指令或前述轉矩指令的每單位時間的變化量朝與前述反向驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況，當作檢測出前述測定完成接觸。
  7. 如申請專利範圍第5項之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係在與供給至前述馬達之電流對應之電流訊號或前述電流訊號的每單位時間的變化量朝與前述反向驅動對應之方向超過預先設定的臨限值之情況，當作檢測出前述測定完成接觸。
  8. 如申請專利範圍第5項之馬達控制裝置，還具備有：驅動方向決定器，係根據前述轉矩指令決定前述驅動指令的正向驅動的方向。
  9. 如申請專利範圍第5項之馬達控制裝置，還具備有：驅動方向決定器，係根據與供給至前述馬達之電流對應的電流訊號，決定前述驅動指令的正向驅動的方向。
  10. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述驅動指令產生器係產生使前述反向驅動進行至預先設定的最大背隙容許量以上之前述驅動指令。
  11. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述驅動指令產生器係產生使前述反向驅動之際的前述馬達的加速度或速度在預先設定的時間保持一定之前述驅動指令。
  12. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述接觸檢測器係在前述位置訊號在由預先設定的最小檢測位置及最大檢測位置所決定的範圍內，檢測出前述測定完成接觸。
  13. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述背隙推算器係算出在從前述反向驅動開始到前述測定完成接觸為止的時間亦即接觸所需時間內之前述位置訊號的變化量，作為接觸位置變量，藉此來推算出前述背隙。
  14. 如申請專利範圍第13項之馬達控制裝置，其中，前述驅動指令產生器係產生使前述馬達進行複數次由前述正向驅動及前述反向驅動所構成的試驗驅動之前述驅動指令。
  15. 如申請專利範圍第14項之馬達控制裝置，其中，前述反向驅動的加速度的大小係在複數次的前述試驗驅動中互不相同。
  16. 如申請專利範圍第14項之馬達控制裝置，其中，前述背隙推算器係使用與複數次的前述試驗驅動的各者對應的前述接觸所需時間及前述接觸位置變量，來推算出前述背隙。
  17. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，前述位置訊號係顯示前述驅動側傳動部的動作狀態。
  18. 一種馬達裝置，具備有：馬達；位置檢測器，係將前述馬達的動作狀態作為位置訊號而輸出；驅動指令產生器，係產生驅動指令，該驅動指令係先使前述馬達往一方向正向驅動後，再使前述馬達往與前述一方向相反的方向反向驅動；轉矩指令產生器，係根據前述驅動指令及前述位置訊號而產生用以驅動前述馬達的轉矩指令；接觸檢測器，係使用根據前述位置訊號而算出的訊號來檢測出連接至前述馬達之驅動側傳動部與連接至負載之負載側傳動部之間的接觸作為測定完成接觸，並將檢測結果作為接觸訊號而輸出；以及背隙推算器，係根據前述接觸訊號及前述位置訊號來推算出前述驅動側傳動部與前述負載側傳動部間的背隙。
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