ブラシレスモータ用駆動制御装置、ブラシレスモータシステム、草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置
【課題】ブラシレスモータの回転を緩やかに停止させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該システムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置の提供を目的とした。
【解決手段】モータシステム１は、遅延パルス生成部３２を有し、モータ７から発信され、モータパルス認識部３０で認識されたモータパルス信号に対して位相が遅れ、時間の経過に伴って位相の遅れが大きくなる遅延パルス信号を発信することができる。モータ７を停止させる場合は、遅延パルス生成部３２で生成された遅延パルス信号に基づき、モータ駆動部３３がモータ７への通電が制御される。そのため、モータ７は、制動運転時に回転子１５の回転が緩やかに減速しながら停止する。
【解決手段】モータシステム１は、遅延パルス生成部３２を有し、モータ７から発信され、モータパルス認識部３０で認識されたモータパルス信号に対して位相が遅れ、時間の経過に伴って位相の遅れが大きくなる遅延パルス信号を発信することができる。モータ７を停止させる場合は、遅延パルス生成部３２で生成された遅延パルス信号に基づき、モータ駆動部３３がモータ７への通電が制御される。そのため、モータ７は、制動運転時に回転子１５の回転が緩やかに減速しながら停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの駆動制御を行うためのブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該ブラシレスモータシステムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下記特許文献１に開示されているような刈払機や草刈機が提供されている。かかる刈払機や草刈機の多くは、モータやエンジンなどのような回転動力を付与可能な動力源や、この動力源から動力を受けて回転可能なように取り付けられた回転刃を備えた構造とされている。
【特許文献１】特開２００７−２０５８８号公報
【０００３】
また、従来より、下記特許文献２に開示されているようにモータを駆動源として駆動するローラ装置が提供されている。このようなローラ装置は、ローラコンベアなどの搬送装置や、フィルム等の長尺物を巻き取るための巻き取り装置等に用いられている。
【特許文献２】特許第３６７３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した刈払機や草刈機のように、動力源に対して回転刃が取り付けられたものは、安全性等を考慮して、使用後に回転刃が直ちに停止できる構成とすることが望ましい。しかしその一方で、回転刃の回転を直ちに停止させる構成とすると、回転刃に作用している慣性エネルギー等の影響により、回転刃を取り付けているネジやボルト、ナット等の固定部材がゆるんでしまったり、これに起因して回転刃が外れてしまうといったような不具合が発生する可能性がある。そのため、上記した刈払機や草刈機のように、回転動力を付与可能な動力源に対して回転刃のような回転体を取り付けた装置においては、当該回転体の回転をなるべく早く停止させることができると共に、回転体の回転に伴う慣性力の影響によってネジやボルト、ナット等の固定部材のゆるみが生じにくい構成であることが望ましい。そこで、かかる知見に基づき、本発明者らは、動力源としてブラシレスモータを採用し、回転体を停止させる際にブラシレスモータの回転子の回転数を緩やかに低下させることができれば、前記したような問題を解消できるものと考えた。
【０００５】
また、上述のようにモータを駆動源とするローラ装置を搬送装置に用いた場合は、ローラ装置を急激に停止させると、搬送対象である物品に大きな衝撃が加わったり、搬送対象である物品を慣性力の影響により所望の位置に停止させることができないといった問題があった。さらに、上述のようにモータを駆動源とするローラ装置をフィルム等の長尺物を巻き取るために用いた場合、ローラ装置を急激に停止させるとフィルム等に大きな衝撃が加わり、フィルム等が破損する可能性があるといった問題があった。
【０００６】
そこで、かかる知見に基づき、本発明は、ブラシレスモータの回転を緩やかに停止させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該システムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、巻き取り装置の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、回転子と、多相の駆動コイルを備えた固定子と、回転子の磁極の位置を検知してモータパルス信号を発信可能な回転位置検出手段とを有するブラシレスモータに接続され、前記回転位置検出手段により検出された回転子の磁極の位置に応じて前記多相の駆動コイルへの通電状態を順次切り替えることにより回転子を回転および制動させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置であって、駆動コイルへの通電を制御するモータ駆動部と、回転位置検出手段から発信されるモータパルス信号を認識するモータパルス認識部と、前記モータパルス認識部において認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能な遅延パルス生成部とを有し、ブラシレスモータの制動を開始すると、モータパルス信号に対する遅延パルス信号の位相の遅れが段階的あるいは連続的に大きくなると共に、当該遅延パルス信号に従ってモータ駆動部から駆動コイルへの通電が制御されることを特徴とするブラシレスモータ用駆動制御装置である。
【０００８】
本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置は、ブラシレスモータの制動を行う際に遅延パルス信号に従って駆動コイルへの通電を制御する。また、ブラシレスモータの制動を開始すると遅延パルス信号が生成されるが、モータパルス認識部で認識されるモータパルス信号に対する遅延パルス信号の遅れは、制動開始後、段階的あるいは連続的に増大する。そのため、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータの制動を行えば、制動開始後、回転子に加わる制動力が段階的あるいは連続的に強くなる。従って、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によれば、制動時にブラシレスモータの回転子を緩やかに停止させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部を有し、遅延パルス生成部において、クロック信号生成部で生成されたクロック信号に基づき、前記モータパルス認識部で認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能であり、ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎に前記クロック数が減少することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ用駆動制御装置である。
【００１０】
本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置は、クロック信号生成部を有し、これにより発信されるクロック信号に基づいて遅延パルスが生成される。また、クロック信号生成部で生成されるクロック信号は、ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎にクロック数が減少するため、１クロック分に相当する時間が長くなっていく。そのため、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータの制動を行う場合は、遅延パルス信号がモータパルス信号に対して位相の遅れが段階的に大きくなることとなる。従って、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によれば、ブラシレスモータの制動時にブラシレスモータの回転子の回転速度を段階的に低下させることができる。
【００１１】
ここで、上記各発明にかかるブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータを制動する場合は、ブラシレスモータが発電機としての機能を発揮し、誘起電力が発生する。そのため、当該誘起電力を回収し蓄電できれば、電気エネルギーを有効利用できるものと想定される。
【００１２】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、電力を蓄電可能な蓄電装置とを備え、ブラシレスモータの制動に伴いブラシレスモータにおいて発生した誘起電力が、蓄電装置に蓄電されることを特徴とするブラシレスモータシステムである。
【００１３】
本発明のブラシレスモータシステムは、蓄電装置を備えているため、これにブラシレスモータの制動時に発生する誘起電力を蓄電し、有効利用することができる。
【００１４】
ここで、ブラシレスモータを利用したモータシステムの多くは、回転子に何らかの回転体を取り付けて使用されることが多い。回転体がネジやボルト、ナット等の固定具を用いて取り付けられている場合は、回転体を急激に停止させると、回転体の回転に伴って発生している慣性力の影響で固定具がゆるんでしまう等の不具合が発生しやすい。
【００１５】
そこで、かかる不具合を解消すべく提供される請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、回転体と、固定具とを備え、当該ブラシレスモータの回転子と連動して回転する回転軸を有し、前記固定具が、前記回転軸に対して螺合し、前記回転体を回転軸に対して前記回転体を装着可能であることを特徴とするブラシレスモータシステムである。
【００１６】
本発明のブラシレスモータシステムでは、回転子と連動して回転する回転軸に固定具を螺合させることにより回転体が回転軸に対して装着されている。しかし、上記請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置を用いてブラシレスモータが制動されるため、回転体を緩やかに停止させることができるため、回転体の停止時に急激に大きな慣性力が作用しない。そのため、本発明のブラシレスモータシステムでは、回転体の固定に用いられている固定具のゆるみが発生しにくい。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のブラシレスモータシステムを備えており、ブラシレスモータの回転子と共に回転する回転軸を有し、当該固定軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されていることを特徴とする草刈機である。
【００１８】
本発明の草刈機のように、ブラシレスモータの回転軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されたものは、刃の回転を急激に停止させると、刃を装着するために回転軸に取り付けられた固定具がゆるんでしまう可能性がある。しかし、本発明の草刈機は、上記請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置を備えており、これによりブラシレスモータを制動できるため、刃の回転を緩やかに停止させることができる。従って、本発明の草刈機は、刃の回転を停止させる際に固定具のゆるみが発生しにくい。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、ブラシレスモータと、当該ブラシレスモータを駆動源として回転するローラと、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置とを有し、当該ブラシレスモータ用駆動装置により、前記ローラの駆動制御を実施可能であることを特徴とするローラシステムである。
【００２０】
かかる構成によれば、ローラが停止の際に急激に停止するのを防止し、ローラやこれに搭載、接触等している物品に加わる衝撃を最小限に抑制できる。
【００２１】
また、上述した本発明のローラシステムは、ローラにブラシレスモータが内蔵されていてもよい（請求項７）。
【００２２】
上述のローラシステムは、ローラの上方に配された物品を搬送可能な搬送装置に好適に使用することができる（請求項８）。
また、上述のローラシステムは、ローラに取り付けられた長尺物をローラの表面に巻き取り可能な巻き取り装置にも好適に使用することができる（請求項９）。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ブラシレスモータの回転を緩やかに停止させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該システムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータシステム１（以下、単にモータシステム１とも称す）、並びに、ブラシレスモータ駆動制御装置１０（以下、単に制御装置１０とも称す）について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、ブラシレスモータシステム１は、駆動部２と、電源３と、スイッチ５と、制御装置１０とを備えている。駆動部２は、ブラシレスモータ７（以下、単にモータ７とも称す）と回転体６を備えている。
【００２５】
モータ７は、従来公知のブラシレスモータと同様に回転子１５や固定子１６、ホール素子１７からなる回転位置検出手段１９、回転軸１８を備えたものである。回転子１５は、磁石を備えている。本実施形態では、回転子１５として、Ｎ・Ｓ一対（２極）の磁極を備えた磁石が採用されている。また、回転子１５には、回転軸１８が一体的に回転可能なように取り付けられている。固定子１６は、多相（ｎ相）の駆動コイル２０を備えている。図２に示すように、本実施形態では、固定子１６は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の駆動コイル２０（以下、それぞれを駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗとも称す）を備えている。
【００２６】
ホール素子１７は、回転子１５の磁極を検知してパルス信号（以下、モータパルス信号とも称す）を発信可能なものであり、回転子１５の回転位置を検出するために設けられている。本実施形態では、３つのホール素子１７（以下、それぞれをホール素子１７ａ〜１７ｃとも称す）が回転子１５の中心軸に対して１２０度の間隔をあけて配されており、これら３つのホール素子１７ａ〜１７ｃによって回転位置検出手段１９が形成されている。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、ホール素子１７ａ〜１７ｃは、それぞれ独立的にモータパルス信号Ｐ（以下、それぞれをＰａ，Ｐｂ，Ｐｃとも称す）を発信する。モータ７は、各ホール素子１７ａ〜１７ｃから発信される各モータパルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに基づいて駆動コイル２０に順次切替通電することにより、回転子１５およびこれに一体化された回転軸１８を所定方向に回転させたり、回転子１５や回転軸１８の回転を制動することができる。
【００２８】
回転体６は、モータ７の回転子１５と連動して回転する回転軸１８に対して螺合可能な固定具２１を用いて、回転軸１８と一体的に回転可能なように固定されている。固定具２１としては、例えばネジや、ボルト、ナットのようなものが採用されている。回転体６としては、草刈機に用いられる回転刃のようなものが採用されている。
【００２９】
電源３は、駆動部２に設けられたモータ７と電気的に接続されている。電源３は、蓄電池２５（蓄電装置）を備えており、蓄電池２５からモータ７に対して電力供給できると共に、モータ７の制動時に発生する誘起電力を蓄電池２５側に供給して蓄電できる構成とされている。
【００３０】
スイッチ５は、ブラシレスモータシステム１の起動、停止を行うためのものである。スイッチ５をオン状態とすると、駆動信号がモータ駆動部３３に向けて発信され、駆動部２においてモータ７の回転子１５と連動して回転する回転軸１８およびこれに装着された回転体６が回転する。一方、スイッチ５をオフ状態とすると、制動信号がモータ駆動部３３に向けて発信され、回転軸１８および回転体６の回転が停止する。
【００３１】
制御装置１０は、図１に示すようにモータパルス認識部３０や、クロック信号生成部３１、遅延パルス生成部３２、モータ駆動部３３、遅延時間タイマ３５、ショートブレーキタイマ３６を備えた構成とされている。制御装置１０は、上記した駆動部２のモータ７や、スイッチ５と電気的に接続されている。
【００３２】
モータパルス認識部３０は、モータ７に設けられたホール素子１７ａ〜１７ｃから発信されるモータパルス信号Ｐ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ）を受信する部分である。モータパルス認識部３０で受信されたモータパルス信号Ｐは、遅延パルス生成部３２やモータ駆動部３３に向けて発信される。
【００３３】
クロック信号生成部３１は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なものである。クロック信号生成部３１で生成されたクロック信号は、遅延パルス生成部３２に向けて発信される。クロック信号生成部３１は、図３（ｄ）に示すように、クロック数すなわちクロック信号の発信間隔を適宜調整することができる。
【００３４】
遅延パルス生成部３２は、モータ７を制動する際に作動する部分であり、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐに対して位相が遅れたパルス信号（以下、遅延パルス信号Ｌとも称す）を生成し、発信する機能を有する。さらに詳細に説明すると、遅延パルス生成部３２は、図３（ａ）のようにモータパルス信号Ｐがモータ７側から発信されて来たのを検知すると、図３（ｂ）のようにモータパルス信号Ｐが立ち上がる時点を基準として、クロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１パルス分に相当する分だけ位相を遅らせた遅延パルス信号Ｌを発信することができる。すなわち、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、遅延パルス生成部３２は、モータパルス信号Ｐ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ）に対してクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１クロック分に相当する分だけ位相を遅らせた遅延パルス信号Ｌ（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）を発信することができる。
【００３５】
モータ駆動部３３は、モータパルス認識部３０から発信されたモータパルス信号Ｐや、遅延パルス生成部３２から発信された遅延パルス信号Ｌ、スイッチ５から発信される起動・停止信号を受信し、これに基づいてモータ７への通電を制御する機能を有する部分である。さらに詳細には、モータ７を作動させる場合、すなわちスイッチ５の操作によりモータ駆動部３３に向けて駆動信号が発信されている状態において、モータ駆動部３３は、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐに基づいて駆動コイル２０への通電を制御し、回転子１５を回転させる通常運転を実施することができる。
【００３６】
具体的には、通常運転を行う場合において、例えばホール素子１７ａ〜１７ｃによって回転子１５の磁極が図５（ａ）のような位置関係にあることが検知されると、モータ駆動部３３により、図中に矢印で示すように駆動コイル２０Ｕ側から駆動コイル２０Ｗ側に電流が流れるように通電制御される。これにより、駆動コイル２０Ｗ側がＮ極に励磁された状態になると共に、駆動コイル２０Ｕ側がＳ極に励磁された状態になり、回転子１５が図５（ａ），（ｂ）に矢印で示す方向（図示状態では反時計回り方向）に回転する。その後、モータ駆動部３３により、図５（ｃ）に示すように、駆動コイル２０Ｖ側から駆動コイル２０Ｗ側に電流が流れるように電流の流れ方向が切り替えられる。これにより、駆動コイル２０Ｗ側がＮ極に、駆動コイル２０Ｖ側がＳ極にそれぞれ励磁した状態になると共に、これに追従して図５（ｃ），（ｄ）に矢印で示すように、回転子１５がさらに反時計回りに回転する。
【００３７】
一方、モータ７を停止させる制動運転を行う場合、すなわちスイッチ５の操作によりモータ駆動部３３に向けて制動信号が発信された場合は、制動信号が発信されたタイミングから所定の期間にわたってクロック信号生成部３１から遅延パルス生成部３２に向けてクロック信号が発信される。また、これと共に、遅延パルス生成部３２からモータ駆動部３３に向けて遅延パルス信号Ｌが発信される。モータ駆動部３３は、遅延パルス生成部３２から受信した遅延パルス信号Ｌに基づき、回転子１５の回転を制動する。これにより、回転子１５の回転速度は徐々に低下していき、その後完全に停止状態とされる。
【００３８】
さらに具体的に説明すると、スイッチ５の操作によってクロック信号生成部３１に向けて制動信号が発信される（オン状態になる）と、クロック信号生成部３１においてクロック信号が発信される。ここで、クロック信号生成部３１は、制動信号が発信された時点から所定の単位時間Ｔ毎に１クロック分に相当する期間（以下、クロック時間とも称す）が長くなるようにクロック数を切り替えていく。すなわち、制動信号がオン状態になった後、単位時間Ｔ毎に期間Ｔ１，Ｔ２・・・，Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）とし、各期間Ｔｎの間に発信されるクロック信号についてのクロック時間をｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）とした場合、期間Ｔｎにおけるクロック時間ｔｎは、期間Ｔ（ｎ−１）におけるクロック時間ｔ（ｎ−１）よりも大きくなる。すなわち、ｔｎ＞ｔ（ｎ−１）の関係が成立する。
【００３９】
上記したようにしてクロック信号生成部３１において生成されたクロック信号は、遅延パルス生成部３２に向けて発信される。遅延パルス生成部３２は、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐと、クロック信号生成部３１から受信したクロック信号とに基づき、遅延パルス信号Ｌを生成し、モータ駆動部３３に向けて発信する。さらに詳細には、遅延パルス生成部３２が期間Ｔｎにおいてモータパルス信号Ｐを受信すると、この信号が立ち上がった時点から期間Ｔｎにおけるクロック時間ｔｎに相当する分だけ遅延した時点を起点として、モータパルス信号Ｐがオン状態である期間と同一の期間にわたってオン状態となる遅延パルス信号Ｌを生成する。遅延パルス生成部３２で遅延パルス信号Ｌが生成されると、これがモータ駆動部３３に向けて発信される。
【００４０】
制動信号がオン状態となった後、遅延パルス生成部３２から遅延パルス信号Ｌが発信されると、モータ駆動部３３は、遅延パルス信号Ｌに基づいて駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電を行う。すなわち、制動信号がオン状態となった後は、モータパルス認識部３０で認識されるモータパルス信号Ｐに対して遅延クロック信号の１クロック分に相当する分だけ位相が遅れた状態で駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電がなされる。そのため、制動信号がオン状態になると、モータ７の回転子１５は、前記した位相の遅れ分だけ制動された状態になる。また、制動信号がオン状態になると、単位時間Ｔ毎にクロック時間ｔｎが長くなり、その分だけ位相の遅れが大きくなる。そのため、制動信号がオン状態になった後、単位時間Ｔが経過する毎に回転子１５にかかる制動力が強くなっていく。
【００４１】
上記したようにして制動信号がオン状態となり、回転子１５が制動された状態になると、モータ７の駆動コイル２０において誘起電力が発生する。ここで発生した誘起電力は、電源３に向けて供給され、蓄電池２５に蓄電される。
【００４２】
上記した制動運転は、制動信号がオン状態となった後、所定時間が経過した時点になるまで継続される。本実施形態では、制動信号がオン状態となった時点から制動運転および遅延時間タイマ３５により計時が開始され、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になると制動運転が終了する。
【００４３】
このようにして制動運転が完了すると、所定のタイミングでモータ駆動部３３は、いわゆるショートブレーキをかけ、回転子１５を完全に停止させる。すなわち、各駆動コイル２０間をショートさせることで回転子１５の回転が完全に停止する。本実施形態のモータシステム１では、制動信号がオン状態となった時点からショートブレーキタイマ３６が計時を開始し、ショートブレーキを作用させるべきタイミングになるとタイムアップ状態になる。そして、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になると、モータ駆動部３３がモータ７に対してショートブレーキをかける。
【００４４】
続いて、本実施形態のモータシステム１の動作について、図６に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。モータシステム１の制御装置１０は、ステップ１においてスイッチ５がオン状態になり、モータ駆動部３３に向けて発信される駆動信号がオン状態になったことを確認すると、制御フローをステップ２に進め、モータ７を通常運転させる。すなわち、ステップ２では、上記したように回転位置検出手段１９を構成する各ホール素子１７ａ〜１７ｃから発信されるモータパルス信号Ｐに基づき、モータ駆動部３３がモータパルスが立ち上がるタイミングにあわせて固定子１６の駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗのそれぞれに順次切替通電する。これにより、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように回転子１５が回転する。
【００４５】
ステップ２でモータ７が通常運転を開始すると、制御フローがステップ３に進み、制動信号がオン状態になっているか否かが確認される。ここで、制動信号がオフ状態である場合（ステップ３でＮＯの場合）は、引き続きモータ７が通常運転を継続する。一方、制動信号がオン状態である場合は、制御フローがステップ４に進み、遅延時間タイマ３５およびショートブレーキタイマ３６がカウントを開始する。その後、制御フローはステップ５に進む。
【００４６】
制御フローがステップ５に移行すると、制御装置１０は、上記したようにして遅延パルス生成部３２からモータ駆動部３３に向けて発信される遅延パルス信号Ｌに基づいて制動運転を開始する。すなわち、制御フローがステップ５に移行すると、制御装置１０の遅延パルス生成部３２は、モータパルス認識部３０から発信されるモータパルス信号Ｐ（図３（ａ）参照）およびクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号（図３（ｄ）参照）に基づき、遅延パルス信号Ｌ（図３（ｂ）参照）を生成し、モータ駆動部３３に向けて発信する。制御装置１０のモータ駆動部３３は、遅延パルス生成部３２から受信した遅延パルス信号Ｌの立ち上がりのタイミングにあわせてモータ７の固定子１６を構成する駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗのそれぞれに順次切替通電する。
【００４７】
さらに具体的には、制動運転が開始されると、通常運転時における各駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電のタイミングからクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１クロック分に相当する分（クロック時間ｔｎ）だけ位相が遅れた状態で各駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに対して通電される。また、制動運転が開始されると、このタイミングから所定の単位時間Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）毎にクロック時間ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）が長くなり、その分モータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相のズレが大きくなる。そのため、制動運転が開始された後、単位時間Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）が経過する毎に回転子１５に作用する制動力が増していき、回転子１５の回転速度が徐々に低下していく。
【００４８】
上記したようにして制動運転が開始されると、制御フローがステップ６に移行し、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になったか否かが確認される。ここで、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になっていない場合は、制御フローがステップ９に進み、駆動信号がオン状態になっているか否かが確認される。ステップ９で駆動信号がオン状態になっていることが確認された場合は、制御フローがステップ２に戻され、通常運転が再開される。一方、ステップ９で駆動信号がオフ状態である場合は、制御フローがステップ６に戻され、引き続き制動運転が継続される。
【００４９】
ステップ６で遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になったことが確認されると、制御フローがステップ７に移行し、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になっているか否かが確認される。ここで、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になっていない場合は、制御フローがステップ１０に進み、駆動信号がオン状態か否かが確認される。ステップ１０で駆動信号がオン状態になっていることが確認された場合は、制御フローがステップ２に戻され、通常運転が再開される。
【００５０】
一方、ステップ１０で駆動信号がオフ状態である場合は、制御フローがステップ７に戻され、引き続きショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になるまで待機する。その後、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になると、制御フローがステップ８に移行し、モータ７にショートブレーキがかけられる。ショートブレーキがかけられると、モータ７の回転子１５が回転を停止し、図６に示す一連の制御フローが完了する。
【００５１】
本実施形態の制御装置１０は、モータ７の制動運転を行う際に遅延パルス信号Ｌに従って駆動コイル２０への通電を制御する。また、モータ７の制動運転の開始後、遅延パルス生成部３２で生成される遅延パルス信号Ｌのモータパルス信号Ｐに対する位相の遅れは単位時間Ｔ毎に段階的に増大する。そのため、本実施形態の制御装置１０によりモータ７の制動を行えば、制動運転の開始後、回転子１５に加わる制動力が段階的に強くなる。従って、本実施形態の制御装置１０によれば、制動時にモータ７の回転子１５を緩やかに停止させることができる。
【００５２】
また、制御装置１０は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部３１を有し、これにより発信されるクロック信号に基づいて遅延パルス信号Ｌを生成する構成とされている。また、クロック信号生成部３１で生成されるクロック信号は、モータ７の制動開始後、単位時間Ｔ毎に１クロック分に相当する時間が長くなっていく。そのため、遅延パルス生成部３２から発信される遅延パルス信号Ｌは、制動運転の開始後、単位時間Ｔの経過毎にモータパルス信号Ｐに対して位相の遅れが段階的に大きくなる。従って、制御装置１０によれば、モータ７の制動時にモータ７の回転子１５の回転速度を段階的に低下させることができる。
【００５３】
上記実施形態では、クロック信号生成部３１のクロック数を単位時間Ｔ毎に少なくすることにより、クロック信号の発信間隔を延長すると共に、１クロック分に相当する分だけモータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えばクロック信号生成部３１を時間の経過によらず所定のクロック数でクロック信号を発するものとし、単位時間Ｔの経過毎にモータパルス信号Ｐに対してクロック数Ｘだけ遅れた遅延パルス信号Ｌを生成することとし、前記クロック数Ｘを時間の経過と共に増大させていくことにより遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成としてもよい。また、クロック信号生成部３１のクロック数Ｘを単位時間Ｔ毎に少なくすると共に、クロック数Ｘを時間の経過と共に増大させることにより遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成としてもよい。
【００５４】
本実施形態のモータシステム１は、回転体６がネジやボルト、ナットのような固定具２１を用いて回転軸１８に取り付けられているが、上記したようにモータ７の制動運転時に回転子１５が緩やかに減速して停止する。そのため、モータシステム１によりモータ７の動作を制御すれば、回転体６の回転を停止させる際に作用する慣性力が小さく、回転体６を装着するために使用されている固定具２１のゆるみが発生しにくい。
【００５５】
また、本実施形態の制御装置１０は、蓄電池２５を備えており、モータ７の制動運転時に発生する誘起電力を蓄電する構成としている。そのため、モータシステム１は、電力を有効利用することができる。
【００５６】
上記実施形態で示した制御装置１０は、単位時間Ｔ毎に段階的にモータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを段階的に増幅させ、回転子１５を減速させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記した位相の遅れを連続的に増幅させる構成としてもよい。
【００５７】
上記実施形態で示したモータ７は、回転位置検出手段１９としてホール素子１７ａ〜１７ｃにより構成されるものを例示したが、例えばフォトトランジスタのようなものにより構成されるものであってもよい。
【００５８】
上記実施形態では、電源３に、電力を蓄電するための蓄電手段の一例として蓄電池２５を採用した例を例示したが、これに代わって例えば従来公知のキャパシタ等のような蓄電手段を採用した構成としてもよい。
【００５９】
制動信号がオン状態になってから遅延時間タイマ３５による計時がタイムアップ状態になった時点でショートブレーキをかけて回転子１５を完全に停止させるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば回転子１５やこれと連動して回転する回転軸１８、回転体６等の回転速度を従来公知のロータリーエンコーダ等で検知し、回転速度が所定速度まで低速になった時点でショートブレーキを作動させる構成としてもよい。
【実施例１】
【００６０】
続いて、上記実施形態に示したブラシレスモータシステム１、並びに、ブラシレスモータ駆動制御装置１０の一実施例にかかる草刈機５０について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例の草刈機５０は、モータ７を動力源として作動する、いわゆる電動草刈機である。草刈機５０は、上記した制御装置１０をはじめとするモータシステム１が組み込まれている。草刈機５０は、図７に示すように、前方側操作杆５１や、後方側操作杆５２を接続してなる長尺状の外観を有する部分が主要部をなしている。草刈機５０は、前方側操作杆５１の先端側に作動部５３を有すると共に、後方側操作杆５２の末端側に電源部５４や、制御部５６を有する。草刈機５０は、その全長の略中央部にモータ部５５が設けられている。
【００６１】
前方側操作杆５１は、中空の筒体によって構成されており、動力伝動軸（図示せず）が内蔵されている。前方側操作杆５１の先端側には作動部５３が設けられている。作動部５３は、従来公知の草刈機と同様に、図示しない傘歯車列を有し、この傘歯車列の入力側に前方側操作杆５１に内蔵されている動力伝動軸が接続されている。また、作動部５３には、回転刃５７（上記実施形態の回転体６に相当）が設けられており、これが前記した傘歯歯車に接続されている。
【００６２】
モータ部５５は、上記実施形態に示したモータ７を内蔵している。前方側操作杆５１には、図示しない動力伝達軸（上記実施形態の回転軸１８に相当）が内蔵されている。この動力伝達軸は、モータ７の回転子１５と連動して回転可能なように接続されている。そのため、草刈機５０は、モータ７を作動させることにより、モータ７において発生した回転動力を動力伝達軸および作動部５３に設けられた傘歯歯車（図示せず）を介して回転刃５７に伝達させ、これを回転させることができる。
【００６３】
後方側操作杆５２には、操作用ハンドル５８が設けられている。操作用ハンドル５８には、操作レバー５８ａや回転刃５７の回転速度調整用の切替スイッチ５８ｂ等が設けられている。また、後方側操作杆５２の末端部分には制御部５６が設けられている。制御部５６には、上記実施形態に示した制御装置１０が内蔵されている。また、制御部５６には、スイッチ５が設けられている。制御部５６を構成する制御装置１０やスイッチ５は、それぞれモータ７に対して電気的に接続されている。
【００６４】
また、後方側操作杆５２の後端には、電源部５４が設けられている。電源部５４には、上記実施形態に示したモータシステム１の電源３を構成する蓄電池２５が内蔵されている。蓄電池２５は、モータ部５５に設けられたモータ７に対して電気的に接続されている。
【００６５】
本実施例の草刈機５０は、上記実施形態に示したモータシステム１を採用しているため、スイッチ５を操作して回転刃５７を停止させる際に、回転刃５７が緩やかに減速する。そのため、草刈機７は、回転刃５７の回転を停止させる際に作用する慣性力が小さく、回転刃５７を固定している固定具２１のゆるみが発生しにくい。
【００６６】
本実施例では、モータシステム１や制御装置１０を草刈機５０に適用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブラシレスモータを駆動源とする他の構成の草刈機や、他の装置類にモータシステム１や制御装置１０を採用したものであってもよい。
具体的には、図８に示すように、上述の制御装置１０とモータ内蔵ローラ７０（ローラ）と組み合わせてローラシステムＲＳを構築し、制御装置１０によりモータ内蔵ローラ７０の動作制御することも可能である。
【００６７】
モータ内蔵ローラ７０についてさらに詳細に説明すると、モータ内蔵ローラ７０は、図８に示すようにローラ本体７１と、閉塞部材７２と、支軸７３，７５とを具備している。ローラ本体７１は、金属製の筒体であり、両端の開口部分が閉塞部材７２によって閉塞されている。支軸７３，７５は、それぞれ閉塞部材７２，７２から突出した軸体であり、閉塞部材７２，７２に組み込まれた軸受７６，７７により回転自在なように支持されている。
【００６８】
支軸７３には、軸方向一端側に開口した凹部７８が設けられている。支軸７３は、凹部７８が開口している側の端部がローラ本体７１の内側を向くようにして閉塞部材７２に差し込まれている。凹部７２にはボール８０とバネ８１が収容されている。バネ８１の一端側は、凹部７２の開口から支軸７３の軸方向外側に向けて突出しており、ローラ本体７１の内側において閉塞部材７２に取り付けられた座部材８２に当接している。そのため、支軸７３は、常時はバネ８１によってローラ本体７１の外側に向けて付勢されて突出しているが、モータ内蔵ローラ７０を平行に配されたフレーム等に設置したり取り外す際には、ローラ本体７１の内側に向けて押圧して退入させることができる。
【００６９】
支軸７５は、閉塞部材７２に対して軸受７７および軸継手８３を介して回転自在に取り付けられている。支軸７５には、軸方向に貫通し、ローラ本体７１の内外を連通する貫通孔８５が設けられている。貫通孔８５には、モータ７への電源の供給や、モータ７に付属しているホール素子１７等の電気部品あるいは電子部品との電気信号の送受信を行うケーブル８６が挿通され、ローラ本体７１の外部に取り出されている。また、ケーブル８６は、上述のモータシステム１を構成する電源３や制御装置１０に接続されている。
【００７０】
図８に示すように、モータ内蔵ローラ７０は、ローラ本体７１内に上述したモータ７と減速機８７とから構成される駆動ユニット８８を内蔵している。モータ７の回転軸１８は、軸受９０，９１により回転自在な状態で支持されている。モータ７の回転軸１８は、減速機８７に接続されている。
【００７１】
減速機８７は、図８に示すように遊星歯車列からなる減速機であり、回転軸１８を介して伝播するモータ７の回転動力を所定の減速比で減速するものである。また、減速機８７の出力軸９２には、外歯車９３が接続されている。また、外歯車９３は、ローラ本体７１の内周面に固定されている内歯車９５に接続されている。そのため、モータ７の回転動力は、減速機８７において減速され、減速機８７の出力軸９２、外歯車９３、並びに、内歯車９５を介してローラ本体７１に伝播され、ローラ本体７１を回転駆動させる。
【００７２】
上記したように、モータ内蔵ローラ７０は、ローラ本体７１に内蔵されたモータ７により回転駆動するものである。そのため、モータ７を制御装置１０により動作制御すれば、モータ内蔵ローラ７０の回転を停止させる際に、回転速度を緩やかに減速させることができる。
【００７３】
上記したモータ内蔵ローラ７０は、例えば図９（ａ）に示すローラコンベア９８等の搬送装置に用いることができる。また、モータ内蔵ローラ７０は、例えばフィルム等の長尺物を巻き取るための巻き取り装置として使用することも可能である。モータ内蔵ローラ７０を巻き取り装置として使用する例としては、例えば図９（ｂ）に示す表示装置１００のようなものがある。
【００７４】
さらに具体的に説明すると、表示装置１００は、間隔を空けて平行に配された２本のモータ内蔵ローラ７０，７０と、広告等を表示したフィルム１０１（長尺物）とを有する。そして、一方のモータ内蔵ローラ７０には、フィルム１０１の一端側が固定されており、他方のモータ内蔵ローラ７０には、フィルム１０１の他端側が固定された構成とされている。フィルム１０１は、モータ内蔵ローラ７０，７０のいずれか一方あるいは双方の表面に巻き取られており、モータ内蔵ローラ７０，７０の間でたるまないよう、一定の張力で引っ張られた状態とされている。
【００７５】
表示装置１００は、フィルム１０１のうち、モータ内蔵ローラ７０，７０の間に位置する領域に表示されている広告等を表示することができる。また、表示装置１００は、モータ内蔵ローラ７０，７０を回動させ、フィルム１０１をモータ内蔵ローラ７０の表面に巻き取ることにより、フィルム１０１をたるませることなくモータ内蔵ローラ７０，７０の間で移動させ、表示内容を変更することができる。
【００７６】
上述した表示装置１００は、フィルム１０１を一定の張力で引っ張った状態でモータ内蔵ローラ７０，７０に巻き取るものであるため、フィルム１０１にかかる負荷を最小限に抑制するためにはモータ内蔵ローラ７０，７０を緩やかに停止させることが望ましい。従って、表示装置１００において上記実施形態で示した制御装置１０をモータ内蔵ローラ７０，７０の制御に用いれば、モータ内蔵ローラ７０，７０を緩やかに停止させることが可能であり、フィルム１０１にかかる負荷を最小限に抑制し、フィルム１０１の破損を防止することができる。
【００７７】
上記実施例および変形例では、モータ７をモータ内蔵ローラ７０に組み込み、これを搬送装置９８や、表示装置１００における巻取装置として利用し、モータ７を制御装置１０で駆動制御することにより、モータ内蔵ローラ７０の動作を制御する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、モータ７は、例えばチェーン式、ギヤ式、ベルト式のコンベアの駆動源として採用することができる。また、モータ７は、図９（ｃ）に示す表示装置１１０のように、動力源を持たない２本のローラ１１１とモータ７０とを設け、ベルトやチェーン等からなる動力伝達手段１１２によりモータ７０の動力をローラ１１１に伝達可能としたものに採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すブラシレスモータシステムにおいて採用されているモータの内部構造を示す模式図である。
【図３】（ａ）は図１に示すブラシレスモータが制動運転を行う際にモータパルス認識部で認識されるモータパルス信号のタイムチャート、（ｂ）は遅延パルス生成部で生成される遅延パルス信号のタイムチャート、（ｃ）は遅延時間の経過を示すタイムチャート、（ｄ）はクロック生成部で生成されるクロック信号のタイムチャートである。
【図４】（ａ）は通常運転時にモータパルス認識部で認識されるモータパルス信号のタイムチャート、（ｂ），（ｃ）はクロック時間ｔ１，ｔ２の際に遅延パルス生成部で生成される遅延パルス信号のタイムチャートである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ブラシレスモータを通常運転する際の動作状態を示す模式図である。
【図６】図１に示すブラシレスモータシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例にかかる草刈機を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施例にかかるモータ内蔵ローラを示す断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施例に係る搬送装置を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施例にかかる表示装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ ブラシレスモータシステム（モータシステム）
２ 駆動部
６ 回転体
７ ブラシレスモータ（モータ）
１０ ブラシレスモータ駆動制御装置（制御装置）
１５ 回転子
１６ 固定子
１７ ホール素子
１８ 回転軸
１９ 回転位置検出手段
２０ 駆動コイル
２５ 蓄電池（蓄電装置）
３０ モータパルス認識部
３１ クロック信号生成部
３２ 遅延パルス生成部
３３ モータ駆動部
５０ 草刈機
５７ 回転刃（回転体）
７０ モータ内蔵ローラ（ローラ装置）
９８ 搬送装置
１００，１１０ 表示装置
１０１ フィルム（長尺物）
１１１ 動力伝達手段
ＲＳ ローラシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの駆動制御を行うためのブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該ブラシレスモータシステムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下記特許文献１に開示されているような刈払機や草刈機が提供されている。かかる刈払機や草刈機の多くは、モータやエンジンなどのような回転動力を付与可能な動力源や、この動力源から動力を受けて回転可能なように取り付けられた回転刃を備えた構造とされている。
【特許文献１】特開２００７−２０５８８号公報
【０００３】
また、従来より、下記特許文献２に開示されているようにモータを駆動源として駆動するローラ装置が提供されている。このようなローラ装置は、ローラコンベアなどの搬送装置や、フィルム等の長尺物を巻き取るための巻き取り装置等に用いられている。
【特許文献２】特許第３６７３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した刈払機や草刈機のように、動力源に対して回転刃が取り付けられたものは、安全性等を考慮して、使用後に回転刃が直ちに停止できる構成とすることが望ましい。しかしその一方で、回転刃の回転を直ちに停止させる構成とすると、回転刃に作用している慣性エネルギー等の影響により、回転刃を取り付けているネジやボルト、ナット等の固定部材がゆるんでしまったり、これに起因して回転刃が外れてしまうといったような不具合が発生する可能性がある。そのため、上記した刈払機や草刈機のように、回転動力を付与可能な動力源に対して回転刃のような回転体を取り付けた装置においては、当該回転体の回転をなるべく早く停止させることができると共に、回転体の回転に伴う慣性力の影響によってネジやボルト、ナット等の固定部材のゆるみが生じにくい構成であることが望ましい。そこで、かかる知見に基づき、本発明者らは、動力源としてブラシレスモータを採用し、回転体を停止させる際にブラシレスモータの回転子の回転数を緩やかに低下させることができれば、前記したような問題を解消できるものと考えた。
【０００５】
また、上述のようにモータを駆動源とするローラ装置を搬送装置に用いた場合は、ローラ装置を急激に停止させると、搬送対象である物品に大きな衝撃が加わったり、搬送対象である物品を慣性力の影響により所望の位置に停止させることができないといった問題があった。さらに、上述のようにモータを駆動源とするローラ装置をフィルム等の長尺物を巻き取るために用いた場合、ローラ装置を急激に停止させるとフィルム等に大きな衝撃が加わり、フィルム等が破損する可能性があるといった問題があった。
【０００６】
そこで、かかる知見に基づき、本発明は、ブラシレスモータの回転を緩やかに停止させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該システムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、巻き取り装置の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、回転子と、多相の駆動コイルを備えた固定子と、回転子の磁極の位置を検知してモータパルス信号を発信可能な回転位置検出手段とを有するブラシレスモータに接続され、前記回転位置検出手段により検出された回転子の磁極の位置に応じて前記多相の駆動コイルへの通電状態を順次切り替えることにより回転子を回転および制動させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置であって、駆動コイルへの通電を制御するモータ駆動部と、回転位置検出手段から発信されるモータパルス信号を認識するモータパルス認識部と、前記モータパルス認識部において認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能な遅延パルス生成部とを有し、ブラシレスモータの制動を開始すると、モータパルス信号に対する遅延パルス信号の位相の遅れが段階的あるいは連続的に大きくなると共に、当該遅延パルス信号に従ってモータ駆動部から駆動コイルへの通電が制御されることを特徴とするブラシレスモータ用駆動制御装置である。
【０００８】
本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置は、ブラシレスモータの制動を行う際に遅延パルス信号に従って駆動コイルへの通電を制御する。また、ブラシレスモータの制動を開始すると遅延パルス信号が生成されるが、モータパルス認識部で認識されるモータパルス信号に対する遅延パルス信号の遅れは、制動開始後、段階的あるいは連続的に増大する。そのため、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータの制動を行えば、制動開始後、回転子に加わる制動力が段階的あるいは連続的に強くなる。従って、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によれば、制動時にブラシレスモータの回転子を緩やかに停止させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部を有し、遅延パルス生成部において、クロック信号生成部で生成されたクロック信号に基づき、前記モータパルス認識部で認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能であり、ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎に前記クロック数が減少することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ用駆動制御装置である。
【００１０】
本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置は、クロック信号生成部を有し、これにより発信されるクロック信号に基づいて遅延パルスが生成される。また、クロック信号生成部で生成されるクロック信号は、ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎にクロック数が減少するため、１クロック分に相当する時間が長くなっていく。そのため、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータの制動を行う場合は、遅延パルス信号がモータパルス信号に対して位相の遅れが段階的に大きくなることとなる。従って、本発明のブラシレスモータ用駆動制御装置によれば、ブラシレスモータの制動時にブラシレスモータの回転子の回転速度を段階的に低下させることができる。
【００１１】
ここで、上記各発明にかかるブラシレスモータ用駆動制御装置によりブラシレスモータを制動する場合は、ブラシレスモータが発電機としての機能を発揮し、誘起電力が発生する。そのため、当該誘起電力を回収し蓄電できれば、電気エネルギーを有効利用できるものと想定される。
【００１２】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、電力を蓄電可能な蓄電装置とを備え、ブラシレスモータの制動に伴いブラシレスモータにおいて発生した誘起電力が、蓄電装置に蓄電されることを特徴とするブラシレスモータシステムである。
【００１３】
本発明のブラシレスモータシステムは、蓄電装置を備えているため、これにブラシレスモータの制動時に発生する誘起電力を蓄電し、有効利用することができる。
【００１４】
ここで、ブラシレスモータを利用したモータシステムの多くは、回転子に何らかの回転体を取り付けて使用されることが多い。回転体がネジやボルト、ナット等の固定具を用いて取り付けられている場合は、回転体を急激に停止させると、回転体の回転に伴って発生している慣性力の影響で固定具がゆるんでしまう等の不具合が発生しやすい。
【００１５】
そこで、かかる不具合を解消すべく提供される請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、回転体と、固定具とを備え、当該ブラシレスモータの回転子と連動して回転する回転軸を有し、前記固定具が、前記回転軸に対して螺合し、前記回転体を回転軸に対して前記回転体を装着可能であることを特徴とするブラシレスモータシステムである。
【００１６】
本発明のブラシレスモータシステムでは、回転子と連動して回転する回転軸に固定具を螺合させることにより回転体が回転軸に対して装着されている。しかし、上記請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置を用いてブラシレスモータが制動されるため、回転体を緩やかに停止させることができるため、回転体の停止時に急激に大きな慣性力が作用しない。そのため、本発明のブラシレスモータシステムでは、回転体の固定に用いられている固定具のゆるみが発生しにくい。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のブラシレスモータシステムを備えており、ブラシレスモータの回転子と共に回転する回転軸を有し、当該固定軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されていることを特徴とする草刈機である。
【００１８】
本発明の草刈機のように、ブラシレスモータの回転軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されたものは、刃の回転を急激に停止させると、刃を装着するために回転軸に取り付けられた固定具がゆるんでしまう可能性がある。しかし、本発明の草刈機は、上記請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置を備えており、これによりブラシレスモータを制動できるため、刃の回転を緩やかに停止させることができる。従って、本発明の草刈機は、刃の回転を停止させる際に固定具のゆるみが発生しにくい。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、ブラシレスモータと、当該ブラシレスモータを駆動源として回転するローラと、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置とを有し、当該ブラシレスモータ用駆動装置により、前記ローラの駆動制御を実施可能であることを特徴とするローラシステムである。
【００２０】
かかる構成によれば、ローラが停止の際に急激に停止するのを防止し、ローラやこれに搭載、接触等している物品に加わる衝撃を最小限に抑制できる。
【００２１】
また、上述した本発明のローラシステムは、ローラにブラシレスモータが内蔵されていてもよい（請求項７）。
【００２２】
上述のローラシステムは、ローラの上方に配された物品を搬送可能な搬送装置に好適に使用することができる（請求項８）。
また、上述のローラシステムは、ローラに取り付けられた長尺物をローラの表面に巻き取り可能な巻き取り装置にも好適に使用することができる（請求項９）。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ブラシレスモータの回転を緩やかに停止させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置や、当該制御装置を備えたブラシレスモータシステム、当該システムを備えた草刈機、ローラシステム、搬送装置、並びに、巻き取り装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータシステム１（以下、単にモータシステム１とも称す）、並びに、ブラシレスモータ駆動制御装置１０（以下、単に制御装置１０とも称す）について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、ブラシレスモータシステム１は、駆動部２と、電源３と、スイッチ５と、制御装置１０とを備えている。駆動部２は、ブラシレスモータ７（以下、単にモータ７とも称す）と回転体６を備えている。
【００２５】
モータ７は、従来公知のブラシレスモータと同様に回転子１５や固定子１６、ホール素子１７からなる回転位置検出手段１９、回転軸１８を備えたものである。回転子１５は、磁石を備えている。本実施形態では、回転子１５として、Ｎ・Ｓ一対（２極）の磁極を備えた磁石が採用されている。また、回転子１５には、回転軸１８が一体的に回転可能なように取り付けられている。固定子１６は、多相（ｎ相）の駆動コイル２０を備えている。図２に示すように、本実施形態では、固定子１６は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の駆動コイル２０（以下、それぞれを駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗとも称す）を備えている。
【００２６】
ホール素子１７は、回転子１５の磁極を検知してパルス信号（以下、モータパルス信号とも称す）を発信可能なものであり、回転子１５の回転位置を検出するために設けられている。本実施形態では、３つのホール素子１７（以下、それぞれをホール素子１７ａ〜１７ｃとも称す）が回転子１５の中心軸に対して１２０度の間隔をあけて配されており、これら３つのホール素子１７ａ〜１７ｃによって回転位置検出手段１９が形成されている。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、ホール素子１７ａ〜１７ｃは、それぞれ独立的にモータパルス信号Ｐ（以下、それぞれをＰａ，Ｐｂ，Ｐｃとも称す）を発信する。モータ７は、各ホール素子１７ａ〜１７ｃから発信される各モータパルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに基づいて駆動コイル２０に順次切替通電することにより、回転子１５およびこれに一体化された回転軸１８を所定方向に回転させたり、回転子１５や回転軸１８の回転を制動することができる。
【００２８】
回転体６は、モータ７の回転子１５と連動して回転する回転軸１８に対して螺合可能な固定具２１を用いて、回転軸１８と一体的に回転可能なように固定されている。固定具２１としては、例えばネジや、ボルト、ナットのようなものが採用されている。回転体６としては、草刈機に用いられる回転刃のようなものが採用されている。
【００２９】
電源３は、駆動部２に設けられたモータ７と電気的に接続されている。電源３は、蓄電池２５（蓄電装置）を備えており、蓄電池２５からモータ７に対して電力供給できると共に、モータ７の制動時に発生する誘起電力を蓄電池２５側に供給して蓄電できる構成とされている。
【００３０】
スイッチ５は、ブラシレスモータシステム１の起動、停止を行うためのものである。スイッチ５をオン状態とすると、駆動信号がモータ駆動部３３に向けて発信され、駆動部２においてモータ７の回転子１５と連動して回転する回転軸１８およびこれに装着された回転体６が回転する。一方、スイッチ５をオフ状態とすると、制動信号がモータ駆動部３３に向けて発信され、回転軸１８および回転体６の回転が停止する。
【００３１】
制御装置１０は、図１に示すようにモータパルス認識部３０や、クロック信号生成部３１、遅延パルス生成部３２、モータ駆動部３３、遅延時間タイマ３５、ショートブレーキタイマ３６を備えた構成とされている。制御装置１０は、上記した駆動部２のモータ７や、スイッチ５と電気的に接続されている。
【００３２】
モータパルス認識部３０は、モータ７に設けられたホール素子１７ａ〜１７ｃから発信されるモータパルス信号Ｐ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ）を受信する部分である。モータパルス認識部３０で受信されたモータパルス信号Ｐは、遅延パルス生成部３２やモータ駆動部３３に向けて発信される。
【００３３】
クロック信号生成部３１は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なものである。クロック信号生成部３１で生成されたクロック信号は、遅延パルス生成部３２に向けて発信される。クロック信号生成部３１は、図３（ｄ）に示すように、クロック数すなわちクロック信号の発信間隔を適宜調整することができる。
【００３４】
遅延パルス生成部３２は、モータ７を制動する際に作動する部分であり、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐに対して位相が遅れたパルス信号（以下、遅延パルス信号Ｌとも称す）を生成し、発信する機能を有する。さらに詳細に説明すると、遅延パルス生成部３２は、図３（ａ）のようにモータパルス信号Ｐがモータ７側から発信されて来たのを検知すると、図３（ｂ）のようにモータパルス信号Ｐが立ち上がる時点を基準として、クロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１パルス分に相当する分だけ位相を遅らせた遅延パルス信号Ｌを発信することができる。すなわち、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、遅延パルス生成部３２は、モータパルス信号Ｐ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ）に対してクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１クロック分に相当する分だけ位相を遅らせた遅延パルス信号Ｌ（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）を発信することができる。
【００３５】
モータ駆動部３３は、モータパルス認識部３０から発信されたモータパルス信号Ｐや、遅延パルス生成部３２から発信された遅延パルス信号Ｌ、スイッチ５から発信される起動・停止信号を受信し、これに基づいてモータ７への通電を制御する機能を有する部分である。さらに詳細には、モータ７を作動させる場合、すなわちスイッチ５の操作によりモータ駆動部３３に向けて駆動信号が発信されている状態において、モータ駆動部３３は、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐに基づいて駆動コイル２０への通電を制御し、回転子１５を回転させる通常運転を実施することができる。
【００３６】
具体的には、通常運転を行う場合において、例えばホール素子１７ａ〜１７ｃによって回転子１５の磁極が図５（ａ）のような位置関係にあることが検知されると、モータ駆動部３３により、図中に矢印で示すように駆動コイル２０Ｕ側から駆動コイル２０Ｗ側に電流が流れるように通電制御される。これにより、駆動コイル２０Ｗ側がＮ極に励磁された状態になると共に、駆動コイル２０Ｕ側がＳ極に励磁された状態になり、回転子１５が図５（ａ），（ｂ）に矢印で示す方向（図示状態では反時計回り方向）に回転する。その後、モータ駆動部３３により、図５（ｃ）に示すように、駆動コイル２０Ｖ側から駆動コイル２０Ｗ側に電流が流れるように電流の流れ方向が切り替えられる。これにより、駆動コイル２０Ｗ側がＮ極に、駆動コイル２０Ｖ側がＳ極にそれぞれ励磁した状態になると共に、これに追従して図５（ｃ），（ｄ）に矢印で示すように、回転子１５がさらに反時計回りに回転する。
【００３７】
一方、モータ７を停止させる制動運転を行う場合、すなわちスイッチ５の操作によりモータ駆動部３３に向けて制動信号が発信された場合は、制動信号が発信されたタイミングから所定の期間にわたってクロック信号生成部３１から遅延パルス生成部３２に向けてクロック信号が発信される。また、これと共に、遅延パルス生成部３２からモータ駆動部３３に向けて遅延パルス信号Ｌが発信される。モータ駆動部３３は、遅延パルス生成部３２から受信した遅延パルス信号Ｌに基づき、回転子１５の回転を制動する。これにより、回転子１５の回転速度は徐々に低下していき、その後完全に停止状態とされる。
【００３８】
さらに具体的に説明すると、スイッチ５の操作によってクロック信号生成部３１に向けて制動信号が発信される（オン状態になる）と、クロック信号生成部３１においてクロック信号が発信される。ここで、クロック信号生成部３１は、制動信号が発信された時点から所定の単位時間Ｔ毎に１クロック分に相当する期間（以下、クロック時間とも称す）が長くなるようにクロック数を切り替えていく。すなわち、制動信号がオン状態になった後、単位時間Ｔ毎に期間Ｔ１，Ｔ２・・・，Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）とし、各期間Ｔｎの間に発信されるクロック信号についてのクロック時間をｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）とした場合、期間Ｔｎにおけるクロック時間ｔｎは、期間Ｔ（ｎ−１）におけるクロック時間ｔ（ｎ−１）よりも大きくなる。すなわち、ｔｎ＞ｔ（ｎ−１）の関係が成立する。
【００３９】
上記したようにしてクロック信号生成部３１において生成されたクロック信号は、遅延パルス生成部３２に向けて発信される。遅延パルス生成部３２は、モータパルス認識部３０から受信したモータパルス信号Ｐと、クロック信号生成部３１から受信したクロック信号とに基づき、遅延パルス信号Ｌを生成し、モータ駆動部３３に向けて発信する。さらに詳細には、遅延パルス生成部３２が期間Ｔｎにおいてモータパルス信号Ｐを受信すると、この信号が立ち上がった時点から期間Ｔｎにおけるクロック時間ｔｎに相当する分だけ遅延した時点を起点として、モータパルス信号Ｐがオン状態である期間と同一の期間にわたってオン状態となる遅延パルス信号Ｌを生成する。遅延パルス生成部３２で遅延パルス信号Ｌが生成されると、これがモータ駆動部３３に向けて発信される。
【００４０】
制動信号がオン状態となった後、遅延パルス生成部３２から遅延パルス信号Ｌが発信されると、モータ駆動部３３は、遅延パルス信号Ｌに基づいて駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電を行う。すなわち、制動信号がオン状態となった後は、モータパルス認識部３０で認識されるモータパルス信号Ｐに対して遅延クロック信号の１クロック分に相当する分だけ位相が遅れた状態で駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電がなされる。そのため、制動信号がオン状態になると、モータ７の回転子１５は、前記した位相の遅れ分だけ制動された状態になる。また、制動信号がオン状態になると、単位時間Ｔ毎にクロック時間ｔｎが長くなり、その分だけ位相の遅れが大きくなる。そのため、制動信号がオン状態になった後、単位時間Ｔが経過する毎に回転子１５にかかる制動力が強くなっていく。
【００４１】
上記したようにして制動信号がオン状態となり、回転子１５が制動された状態になると、モータ７の駆動コイル２０において誘起電力が発生する。ここで発生した誘起電力は、電源３に向けて供給され、蓄電池２５に蓄電される。
【００４２】
上記した制動運転は、制動信号がオン状態となった後、所定時間が経過した時点になるまで継続される。本実施形態では、制動信号がオン状態となった時点から制動運転および遅延時間タイマ３５により計時が開始され、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になると制動運転が終了する。
【００４３】
このようにして制動運転が完了すると、所定のタイミングでモータ駆動部３３は、いわゆるショートブレーキをかけ、回転子１５を完全に停止させる。すなわち、各駆動コイル２０間をショートさせることで回転子１５の回転が完全に停止する。本実施形態のモータシステム１では、制動信号がオン状態となった時点からショートブレーキタイマ３６が計時を開始し、ショートブレーキを作用させるべきタイミングになるとタイムアップ状態になる。そして、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になると、モータ駆動部３３がモータ７に対してショートブレーキをかける。
【００４４】
続いて、本実施形態のモータシステム１の動作について、図６に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。モータシステム１の制御装置１０は、ステップ１においてスイッチ５がオン状態になり、モータ駆動部３３に向けて発信される駆動信号がオン状態になったことを確認すると、制御フローをステップ２に進め、モータ７を通常運転させる。すなわち、ステップ２では、上記したように回転位置検出手段１９を構成する各ホール素子１７ａ〜１７ｃから発信されるモータパルス信号Ｐに基づき、モータ駆動部３３がモータパルスが立ち上がるタイミングにあわせて固定子１６の駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗのそれぞれに順次切替通電する。これにより、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように回転子１５が回転する。
【００４５】
ステップ２でモータ７が通常運転を開始すると、制御フローがステップ３に進み、制動信号がオン状態になっているか否かが確認される。ここで、制動信号がオフ状態である場合（ステップ３でＮＯの場合）は、引き続きモータ７が通常運転を継続する。一方、制動信号がオン状態である場合は、制御フローがステップ４に進み、遅延時間タイマ３５およびショートブレーキタイマ３６がカウントを開始する。その後、制御フローはステップ５に進む。
【００４６】
制御フローがステップ５に移行すると、制御装置１０は、上記したようにして遅延パルス生成部３２からモータ駆動部３３に向けて発信される遅延パルス信号Ｌに基づいて制動運転を開始する。すなわち、制御フローがステップ５に移行すると、制御装置１０の遅延パルス生成部３２は、モータパルス認識部３０から発信されるモータパルス信号Ｐ（図３（ａ）参照）およびクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号（図３（ｄ）参照）に基づき、遅延パルス信号Ｌ（図３（ｂ）参照）を生成し、モータ駆動部３３に向けて発信する。制御装置１０のモータ駆動部３３は、遅延パルス生成部３２から受信した遅延パルス信号Ｌの立ち上がりのタイミングにあわせてモータ７の固定子１６を構成する駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗのそれぞれに順次切替通電する。
【００４７】
さらに具体的には、制動運転が開始されると、通常運転時における各駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへの通電のタイミングからクロック信号生成部３１から発信されるクロック信号の１クロック分に相当する分（クロック時間ｔｎ）だけ位相が遅れた状態で各駆動コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに対して通電される。また、制動運転が開始されると、このタイミングから所定の単位時間Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）毎にクロック時間ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）が長くなり、その分モータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相のズレが大きくなる。そのため、制動運転が開始された後、単位時間Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，４・・・）が経過する毎に回転子１５に作用する制動力が増していき、回転子１５の回転速度が徐々に低下していく。
【００４８】
上記したようにして制動運転が開始されると、制御フローがステップ６に移行し、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になったか否かが確認される。ここで、遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になっていない場合は、制御フローがステップ９に進み、駆動信号がオン状態になっているか否かが確認される。ステップ９で駆動信号がオン状態になっていることが確認された場合は、制御フローがステップ２に戻され、通常運転が再開される。一方、ステップ９で駆動信号がオフ状態である場合は、制御フローがステップ６に戻され、引き続き制動運転が継続される。
【００４９】
ステップ６で遅延時間タイマ３５がタイムアップ状態になったことが確認されると、制御フローがステップ７に移行し、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になっているか否かが確認される。ここで、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になっていない場合は、制御フローがステップ１０に進み、駆動信号がオン状態か否かが確認される。ステップ１０で駆動信号がオン状態になっていることが確認された場合は、制御フローがステップ２に戻され、通常運転が再開される。
【００５０】
一方、ステップ１０で駆動信号がオフ状態である場合は、制御フローがステップ７に戻され、引き続きショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になるまで待機する。その後、ショートブレーキタイマ３６がタイムアップ状態になると、制御フローがステップ８に移行し、モータ７にショートブレーキがかけられる。ショートブレーキがかけられると、モータ７の回転子１５が回転を停止し、図６に示す一連の制御フローが完了する。
【００５１】
本実施形態の制御装置１０は、モータ７の制動運転を行う際に遅延パルス信号Ｌに従って駆動コイル２０への通電を制御する。また、モータ７の制動運転の開始後、遅延パルス生成部３２で生成される遅延パルス信号Ｌのモータパルス信号Ｐに対する位相の遅れは単位時間Ｔ毎に段階的に増大する。そのため、本実施形態の制御装置１０によりモータ７の制動を行えば、制動運転の開始後、回転子１５に加わる制動力が段階的に強くなる。従って、本実施形態の制御装置１０によれば、制動時にモータ７の回転子１５を緩やかに停止させることができる。
【００５２】
また、制御装置１０は、所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部３１を有し、これにより発信されるクロック信号に基づいて遅延パルス信号Ｌを生成する構成とされている。また、クロック信号生成部３１で生成されるクロック信号は、モータ７の制動開始後、単位時間Ｔ毎に１クロック分に相当する時間が長くなっていく。そのため、遅延パルス生成部３２から発信される遅延パルス信号Ｌは、制動運転の開始後、単位時間Ｔの経過毎にモータパルス信号Ｐに対して位相の遅れが段階的に大きくなる。従って、制御装置１０によれば、モータ７の制動時にモータ７の回転子１５の回転速度を段階的に低下させることができる。
【００５３】
上記実施形態では、クロック信号生成部３１のクロック数を単位時間Ｔ毎に少なくすることにより、クロック信号の発信間隔を延長すると共に、１クロック分に相当する分だけモータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えばクロック信号生成部３１を時間の経過によらず所定のクロック数でクロック信号を発するものとし、単位時間Ｔの経過毎にモータパルス信号Ｐに対してクロック数Ｘだけ遅れた遅延パルス信号Ｌを生成することとし、前記クロック数Ｘを時間の経過と共に増大させていくことにより遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成としてもよい。また、クロック信号生成部３１のクロック数Ｘを単位時間Ｔ毎に少なくすると共に、クロック数Ｘを時間の経過と共に増大させることにより遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを増幅していく構成としてもよい。
【００５４】
本実施形態のモータシステム１は、回転体６がネジやボルト、ナットのような固定具２１を用いて回転軸１８に取り付けられているが、上記したようにモータ７の制動運転時に回転子１５が緩やかに減速して停止する。そのため、モータシステム１によりモータ７の動作を制御すれば、回転体６の回転を停止させる際に作用する慣性力が小さく、回転体６を装着するために使用されている固定具２１のゆるみが発生しにくい。
【００５５】
また、本実施形態の制御装置１０は、蓄電池２５を備えており、モータ７の制動運転時に発生する誘起電力を蓄電する構成としている。そのため、モータシステム１は、電力を有効利用することができる。
【００５６】
上記実施形態で示した制御装置１０は、単位時間Ｔ毎に段階的にモータパルス信号Ｐに対する遅延パルス信号Ｌの位相の遅れを段階的に増幅させ、回転子１５を減速させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記した位相の遅れを連続的に増幅させる構成としてもよい。
【００５７】
上記実施形態で示したモータ７は、回転位置検出手段１９としてホール素子１７ａ〜１７ｃにより構成されるものを例示したが、例えばフォトトランジスタのようなものにより構成されるものであってもよい。
【００５８】
上記実施形態では、電源３に、電力を蓄電するための蓄電手段の一例として蓄電池２５を採用した例を例示したが、これに代わって例えば従来公知のキャパシタ等のような蓄電手段を採用した構成としてもよい。
【００５９】
制動信号がオン状態になってから遅延時間タイマ３５による計時がタイムアップ状態になった時点でショートブレーキをかけて回転子１５を完全に停止させるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば回転子１５やこれと連動して回転する回転軸１８、回転体６等の回転速度を従来公知のロータリーエンコーダ等で検知し、回転速度が所定速度まで低速になった時点でショートブレーキを作動させる構成としてもよい。
【実施例１】
【００６０】
続いて、上記実施形態に示したブラシレスモータシステム１、並びに、ブラシレスモータ駆動制御装置１０の一実施例にかかる草刈機５０について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例の草刈機５０は、モータ７を動力源として作動する、いわゆる電動草刈機である。草刈機５０は、上記した制御装置１０をはじめとするモータシステム１が組み込まれている。草刈機５０は、図７に示すように、前方側操作杆５１や、後方側操作杆５２を接続してなる長尺状の外観を有する部分が主要部をなしている。草刈機５０は、前方側操作杆５１の先端側に作動部５３を有すると共に、後方側操作杆５２の末端側に電源部５４や、制御部５６を有する。草刈機５０は、その全長の略中央部にモータ部５５が設けられている。
【００６１】
前方側操作杆５１は、中空の筒体によって構成されており、動力伝動軸（図示せず）が内蔵されている。前方側操作杆５１の先端側には作動部５３が設けられている。作動部５３は、従来公知の草刈機と同様に、図示しない傘歯車列を有し、この傘歯車列の入力側に前方側操作杆５１に内蔵されている動力伝動軸が接続されている。また、作動部５３には、回転刃５７（上記実施形態の回転体６に相当）が設けられており、これが前記した傘歯歯車に接続されている。
【００６２】
モータ部５５は、上記実施形態に示したモータ７を内蔵している。前方側操作杆５１には、図示しない動力伝達軸（上記実施形態の回転軸１８に相当）が内蔵されている。この動力伝達軸は、モータ７の回転子１５と連動して回転可能なように接続されている。そのため、草刈機５０は、モータ７を作動させることにより、モータ７において発生した回転動力を動力伝達軸および作動部５３に設けられた傘歯歯車（図示せず）を介して回転刃５７に伝達させ、これを回転させることができる。
【００６３】
後方側操作杆５２には、操作用ハンドル５８が設けられている。操作用ハンドル５８には、操作レバー５８ａや回転刃５７の回転速度調整用の切替スイッチ５８ｂ等が設けられている。また、後方側操作杆５２の末端部分には制御部５６が設けられている。制御部５６には、上記実施形態に示した制御装置１０が内蔵されている。また、制御部５６には、スイッチ５が設けられている。制御部５６を構成する制御装置１０やスイッチ５は、それぞれモータ７に対して電気的に接続されている。
【００６４】
また、後方側操作杆５２の後端には、電源部５４が設けられている。電源部５４には、上記実施形態に示したモータシステム１の電源３を構成する蓄電池２５が内蔵されている。蓄電池２５は、モータ部５５に設けられたモータ７に対して電気的に接続されている。
【００６５】
本実施例の草刈機５０は、上記実施形態に示したモータシステム１を採用しているため、スイッチ５を操作して回転刃５７を停止させる際に、回転刃５７が緩やかに減速する。そのため、草刈機７は、回転刃５７の回転を停止させる際に作用する慣性力が小さく、回転刃５７を固定している固定具２１のゆるみが発生しにくい。
【００６６】
本実施例では、モータシステム１や制御装置１０を草刈機５０に適用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブラシレスモータを駆動源とする他の構成の草刈機や、他の装置類にモータシステム１や制御装置１０を採用したものであってもよい。
具体的には、図８に示すように、上述の制御装置１０とモータ内蔵ローラ７０（ローラ）と組み合わせてローラシステムＲＳを構築し、制御装置１０によりモータ内蔵ローラ７０の動作制御することも可能である。
【００６７】
モータ内蔵ローラ７０についてさらに詳細に説明すると、モータ内蔵ローラ７０は、図８に示すようにローラ本体７１と、閉塞部材７２と、支軸７３，７５とを具備している。ローラ本体７１は、金属製の筒体であり、両端の開口部分が閉塞部材７２によって閉塞されている。支軸７３，７５は、それぞれ閉塞部材７２，７２から突出した軸体であり、閉塞部材７２，７２に組み込まれた軸受７６，７７により回転自在なように支持されている。
【００６８】
支軸７３には、軸方向一端側に開口した凹部７８が設けられている。支軸７３は、凹部７８が開口している側の端部がローラ本体７１の内側を向くようにして閉塞部材７２に差し込まれている。凹部７２にはボール８０とバネ８１が収容されている。バネ８１の一端側は、凹部７２の開口から支軸７３の軸方向外側に向けて突出しており、ローラ本体７１の内側において閉塞部材７２に取り付けられた座部材８２に当接している。そのため、支軸７３は、常時はバネ８１によってローラ本体７１の外側に向けて付勢されて突出しているが、モータ内蔵ローラ７０を平行に配されたフレーム等に設置したり取り外す際には、ローラ本体７１の内側に向けて押圧して退入させることができる。
【００６９】
支軸７５は、閉塞部材７２に対して軸受７７および軸継手８３を介して回転自在に取り付けられている。支軸７５には、軸方向に貫通し、ローラ本体７１の内外を連通する貫通孔８５が設けられている。貫通孔８５には、モータ７への電源の供給や、モータ７に付属しているホール素子１７等の電気部品あるいは電子部品との電気信号の送受信を行うケーブル８６が挿通され、ローラ本体７１の外部に取り出されている。また、ケーブル８６は、上述のモータシステム１を構成する電源３や制御装置１０に接続されている。
【００７０】
図８に示すように、モータ内蔵ローラ７０は、ローラ本体７１内に上述したモータ７と減速機８７とから構成される駆動ユニット８８を内蔵している。モータ７の回転軸１８は、軸受９０，９１により回転自在な状態で支持されている。モータ７の回転軸１８は、減速機８７に接続されている。
【００７１】
減速機８７は、図８に示すように遊星歯車列からなる減速機であり、回転軸１８を介して伝播するモータ７の回転動力を所定の減速比で減速するものである。また、減速機８７の出力軸９２には、外歯車９３が接続されている。また、外歯車９３は、ローラ本体７１の内周面に固定されている内歯車９５に接続されている。そのため、モータ７の回転動力は、減速機８７において減速され、減速機８７の出力軸９２、外歯車９３、並びに、内歯車９５を介してローラ本体７１に伝播され、ローラ本体７１を回転駆動させる。
【００７２】
上記したように、モータ内蔵ローラ７０は、ローラ本体７１に内蔵されたモータ７により回転駆動するものである。そのため、モータ７を制御装置１０により動作制御すれば、モータ内蔵ローラ７０の回転を停止させる際に、回転速度を緩やかに減速させることができる。
【００７３】
上記したモータ内蔵ローラ７０は、例えば図９（ａ）に示すローラコンベア９８等の搬送装置に用いることができる。また、モータ内蔵ローラ７０は、例えばフィルム等の長尺物を巻き取るための巻き取り装置として使用することも可能である。モータ内蔵ローラ７０を巻き取り装置として使用する例としては、例えば図９（ｂ）に示す表示装置１００のようなものがある。
【００７４】
さらに具体的に説明すると、表示装置１００は、間隔を空けて平行に配された２本のモータ内蔵ローラ７０，７０と、広告等を表示したフィルム１０１（長尺物）とを有する。そして、一方のモータ内蔵ローラ７０には、フィルム１０１の一端側が固定されており、他方のモータ内蔵ローラ７０には、フィルム１０１の他端側が固定された構成とされている。フィルム１０１は、モータ内蔵ローラ７０，７０のいずれか一方あるいは双方の表面に巻き取られており、モータ内蔵ローラ７０，７０の間でたるまないよう、一定の張力で引っ張られた状態とされている。
【００７５】
表示装置１００は、フィルム１０１のうち、モータ内蔵ローラ７０，７０の間に位置する領域に表示されている広告等を表示することができる。また、表示装置１００は、モータ内蔵ローラ７０，７０を回動させ、フィルム１０１をモータ内蔵ローラ７０の表面に巻き取ることにより、フィルム１０１をたるませることなくモータ内蔵ローラ７０，７０の間で移動させ、表示内容を変更することができる。
【００７６】
上述した表示装置１００は、フィルム１０１を一定の張力で引っ張った状態でモータ内蔵ローラ７０，７０に巻き取るものであるため、フィルム１０１にかかる負荷を最小限に抑制するためにはモータ内蔵ローラ７０，７０を緩やかに停止させることが望ましい。従って、表示装置１００において上記実施形態で示した制御装置１０をモータ内蔵ローラ７０，７０の制御に用いれば、モータ内蔵ローラ７０，７０を緩やかに停止させることが可能であり、フィルム１０１にかかる負荷を最小限に抑制し、フィルム１０１の破損を防止することができる。
【００７７】
上記実施例および変形例では、モータ７をモータ内蔵ローラ７０に組み込み、これを搬送装置９８や、表示装置１００における巻取装置として利用し、モータ７を制御装置１０で駆動制御することにより、モータ内蔵ローラ７０の動作を制御する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、モータ７は、例えばチェーン式、ギヤ式、ベルト式のコンベアの駆動源として採用することができる。また、モータ７は、図９（ｃ）に示す表示装置１１０のように、動力源を持たない２本のローラ１１１とモータ７０とを設け、ベルトやチェーン等からなる動力伝達手段１１２によりモータ７０の動力をローラ１１１に伝達可能としたものに採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すブラシレスモータシステムにおいて採用されているモータの内部構造を示す模式図である。
【図３】（ａ）は図１に示すブラシレスモータが制動運転を行う際にモータパルス認識部で認識されるモータパルス信号のタイムチャート、（ｂ）は遅延パルス生成部で生成される遅延パルス信号のタイムチャート、（ｃ）は遅延時間の経過を示すタイムチャート、（ｄ）はクロック生成部で生成されるクロック信号のタイムチャートである。
【図４】（ａ）は通常運転時にモータパルス認識部で認識されるモータパルス信号のタイムチャート、（ｂ），（ｃ）はクロック時間ｔ１，ｔ２の際に遅延パルス生成部で生成される遅延パルス信号のタイムチャートである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ブラシレスモータを通常運転する際の動作状態を示す模式図である。
【図６】図１に示すブラシレスモータシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例にかかる草刈機を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施例にかかるモータ内蔵ローラを示す断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施例に係る搬送装置を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明の一実施例にかかる表示装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ ブラシレスモータシステム（モータシステム）
２ 駆動部
６ 回転体
７ ブラシレスモータ（モータ）
１０ ブラシレスモータ駆動制御装置（制御装置）
１５ 回転子
１６ 固定子
１７ ホール素子
１８ 回転軸
１９ 回転位置検出手段
２０ 駆動コイル
２５ 蓄電池（蓄電装置）
３０ モータパルス認識部
３１ クロック信号生成部
３２ 遅延パルス生成部
３３ モータ駆動部
５０ 草刈機
５７ 回転刃（回転体）
７０ モータ内蔵ローラ（ローラ装置）
９８ 搬送装置
１００，１１０ 表示装置
１０１ フィルム（長尺物）
１１１ 動力伝達手段
ＲＳ ローラシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、多相の駆動コイルを備えた固定子と、回転子の磁極の位置を検知してモータパルス信号を発信可能な回転位置検出手段とを有するブラシレスモータに接続され、前記回転位置検出手段により検出された回転子の磁極の位置に応じて前記多相の駆動コイルへの通電状態を順次切り替えることにより回転子を回転および制動させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置であって、
駆動コイルへの通電を制御するモータ駆動部と、
回転位置検出手段から発信されるモータパルス信号を認識するモータパルス認識部と、
前記モータパルス認識部において認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能な遅延パルス生成部とを有し、
ブラシレスモータの制動を開始すると、モータパルス信号に対する遅延パルス信号の位相の遅れが段階的あるいは連続的に大きくなると共に、当該遅延パルス信号に従ってモータ駆動部から駆動コイルへの通電が制御されることを特徴とするブラシレスモータ用駆動制御装置。
【請求項２】
所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部を有し、
遅延パルス生成部において、クロック信号生成部で生成されたクロック信号に基づき、前記モータパルス認識部で認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能であり、
ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎に前記クロック数が減少することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ用駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、電力を蓄電可能な蓄電装置とを備え、
ブラシレスモータの制動に伴いブラシレスモータにおいて発生した誘起電力が、蓄電装置に蓄電されることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、回転体と、固定具とを備え、
当該ブラシレスモータの回転子と連動して回転する回転軸を有し、
前記固定具が、前記回転軸に対して螺合し、前記回転体を回転軸に対して前記回転体を装着可能であることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のブラシレスモータシステムを備えており、
ブラシレスモータの回転子と共に回転する回転軸を有し、当該固定軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されていることを特徴とする草刈機。
【請求項６】
ブラシレスモータと、
当該ブラシレスモータを駆動源として回転するローラと、
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置とを有し、
当該ブラシレスモータ用駆動装置により、前記ローラの駆動制御を実施可能であることを特徴とするローラシステム。
【請求項７】
ローラにブラシレスモータが内蔵されていることを特徴とする請求項６に記載のローラシステム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のローラシステムを備えており、ローラの上方に配された物品を搬送可能であることを特徴とする搬送装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載のローラシステムを備えており、
ローラに取り付けられた長尺物をローラの表面に巻き取り可能であることを特徴とする巻き取り装置。
【請求項１】
回転子と、多相の駆動コイルを備えた固定子と、回転子の磁極の位置を検知してモータパルス信号を発信可能な回転位置検出手段とを有するブラシレスモータに接続され、前記回転位置検出手段により検出された回転子の磁極の位置に応じて前記多相の駆動コイルへの通電状態を順次切り替えることにより回転子を回転および制動させることが可能なブラシレスモータ用駆動制御装置であって、
駆動コイルへの通電を制御するモータ駆動部と、
回転位置検出手段から発信されるモータパルス信号を認識するモータパルス認識部と、
前記モータパルス認識部において認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能な遅延パルス生成部とを有し、
ブラシレスモータの制動を開始すると、モータパルス信号に対する遅延パルス信号の位相の遅れが段階的あるいは連続的に大きくなると共に、当該遅延パルス信号に従ってモータ駆動部から駆動コイルへの通電が制御されることを特徴とするブラシレスモータ用駆動制御装置。
【請求項２】
所定のクロック数でクロック信号を発信可能なクロック信号生成部を有し、
遅延パルス生成部において、クロック信号生成部で生成されたクロック信号に基づき、前記モータパルス認識部で認識されたモータパルス信号に対して位相を遅らせた遅延パルス信号を生成可能であり、
ブラシレスモータの制動開始後、所定時間毎に前記クロック数が減少することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ用駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、電力を蓄電可能な蓄電装置とを備え、
ブラシレスモータの制動に伴いブラシレスモータにおいて発生した誘起電力が、蓄電装置に蓄電されることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置と、ブラシレスモータと、回転体と、固定具とを備え、
当該ブラシレスモータの回転子と連動して回転する回転軸を有し、
前記固定具が、前記回転軸に対して螺合し、前記回転体を回転軸に対して前記回転体を装着可能であることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のブラシレスモータシステムを備えており、
ブラシレスモータの回転子と共に回転する回転軸を有し、当該固定軸に対して螺合する固定具を用いて刃が装着されていることを特徴とする草刈機。
【請求項６】
ブラシレスモータと、
当該ブラシレスモータを駆動源として回転するローラと、
請求項１又は２に記載のブラシレスモータ用駆動装置とを有し、
当該ブラシレスモータ用駆動装置により、前記ローラの駆動制御を実施可能であることを特徴とするローラシステム。
【請求項７】
ローラにブラシレスモータが内蔵されていることを特徴とする請求項６に記載のローラシステム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のローラシステムを備えており、ローラの上方に配された物品を搬送可能であることを特徴とする搬送装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載のローラシステムを備えており、
ローラに取り付けられた長尺物をローラの表面に巻き取り可能であることを特徴とする巻き取り装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２５９４０６（Ｐ２００８−２５９４０６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９８０２（Ｐ２００８−１９８０２）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（５９２０２６８１９）伊東電機株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（５９２０２６８１９）伊東電機株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
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