電磁ブレーキ式定張力発生装置
【課題】リールの回転を停止することなく、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つ。
【解決手段】制御手段２２により、回転軸１２ａがリール１４の回転軸と連結されたモータ１２の、端子間の短絡電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０を用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を調整する。そして、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料１６の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値に保つ。線形材料の張力を調整するための、リールの制動力の調整機構が、機械的調整手法による必要がないので、機械系部品の交換が必要なく、また、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが可能であることから、線状材料１６の張力を、常に最適値に保つことができる。
【解決手段】制御手段２２により、回転軸１２ａがリール１４の回転軸と連結されたモータ１２の、端子間の短絡電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０を用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を調整する。そして、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料１６の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値に保つ。線形材料の張力を調整するための、リールの制動力の調整機構が、機械的調整手法による必要がないので、機械系部品の交換が必要なく、また、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが可能であることから、線状材料１６の張力を、常に最適値に保つことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に、線状材料に加わる張力を一定にするための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リールに巻かれた線状材料の繰り出し作業中に、外乱の影響を受けることなく、一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことを可能とするための、定張力発生装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１―２９２３９５号公報（〔０００４〕、〔００１３〕〜〔００１８〕）
【特許文献２】特開２００１―２９２５６１号公報（〔００２２〕〜〔００２４〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の定張力発生装置は、いずれも、張力を調整するためのリール制動力調整機構の構成上、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つための機械的操作が必要であった。そして、かかる機械的操作を行う際に、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが、不可能であるか極めて困難であったことから、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、リールの回転を停止することなく、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つことを可能とすることにある。又、外乱の影響を受けることなく、常に一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことを可能とすることにある。
又、リールに巻かれた線状材料を繰り出す定張力発生装置の省エネ運転を可能とし、更には、装置の小型化を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置は、リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に線状材料に加わる張力を一定にする装置であって、 回転軸がリールの回転軸に連結されたモータと、リールに巻かれた線状材料がリールから繰り出される間、前記モータの端子間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を制御することにより、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つ制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、制御手段により、回転軸がリールの回転軸と連結されたモータの、端子間の発電電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を調整し、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値に保つことができる。
【０００８】
本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、演算手段において、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の脈動を抑えることができる。
【０００９】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。
この構成によれば、演算手段において、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１０】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、演算手段において、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１１】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、演算手段において、モータ回転数のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行うことにより、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる。
【００１２】
しかも、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。この構成によれば、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる。
更に、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。
この構成によれば、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、演算手段において、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値が考慮されることで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１３】
又、本発明において、前記モータの端子間の発電電流を、前記制御手段の駆動電力に活用する電力変換手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、モータが制動で働いていない期間（スイッチング素子のＯＦＦ期間）は、リールに巻かれた線状材料が、リールから繰り出されることで生じる端子間の発電電流により、制御手段の駆動電力を賄うことが可能となる。
【００１４】
又、本発明において、前記モータがヨークを具備しないフラットモータであることが望ましい。
本発明によれば、電磁ブレーキ式定張力発生装置の小型化を促進することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明はこのように構成したので、リールの回転を停止することなく、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つことが可能となる。又、外乱の影響を受けることなく、常に一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことが可能となる。又、省エネ運転を行い、更には、装置の小型化を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１〜図１３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０の説明を行う。電磁ブレーキ式定張力発生装置１０は、図１（ａ）に示されるように、回転軸１２ａがリール１４の回転軸に連結されたモータ１２を備えている。又、リール１４に巻かれた線状材料１６がリール１４から繰り出され、巻取り機１８に巻き取られる間、モータ１２の端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を制御する制御手段２２を備えている。スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号２１は、図１（ｂ）に示されるように、スイッチング周波数の一周期中のＯＮ期間において、モータ１２による制動力が発生し、ＯＦＦ期間では、後述のごとく発電を行うことが可能である。スイッチングのＯＮ期間は、スイッチング周期にＰＷＭ値を乗ずることにより決定されるものである。
制御手段２２は、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つものであり、後述のごとく、ＰＷＭ制御に係る演算を行うための、電子計算機を用いた演算手段２２ａを具備している。又、モータ１２には、かかる演算に必要となるモータ１２の回転数を検出する、回転数検出器２４が設けられている。なお、リール１４から線状材料１６を巻き取るための動力は、巻取り機１８にのみ設けられており、リール１４は、巻取り機１８に巻き取られる線状材料１６により、受動的に回転するものである。
【００１８】
演算手段２２ａにおいて行われる、ＰＷＭ制御に係る演算は、以下のＰＷＭ演算式（Ｉ）に基づいて行われる。
ＰＷＭ＝（Ｒｐ×ｖ×Ｆｒｅｆ）／（ｗ×ｗ×ｋｐ×ｋｐ） ‥‥（Ｉ）
なお、Ｒｐ：モータコイル抵抗（Ω）、ｖ：材料線速（ｍ／ｓ）、Ｆｒｅｆ：指令張力（Ｎ）、ｗ：モータ回転速度（ｒａｄ／ｓ）、ｋｐ：モータトルク定数（Ｎｍ／Ａ）である。このうち、Ｒｐ及びｋｐは既知の値であり、ｖは一定とみなし、ｗは回転数検出器２４によって検出することが出来る。よって、ＰＷＭ演算式（Ｉ）によれば、所望のＦｒｅｆを設定することにより、必要なＰＷＭの値を求めることが出来る。
【００１９】
以下に、図６を参照しながら、制御手段２２によるモータ１２の、各制御ステップを説明する。この制御手順は、起動時、すなわち線状材料が満巻き状態のリールから線状材料の繰り出しを開始する際に適用される「起動モード」と、停止時、すなわちリールから規定長さの線状材料が繰り出され、繰り出し作業を停止する際に適用される「停止モード」と、定常時、すなわち起動時及び停止時の間の定常運転時に適用される「定常モード」とが含まれる。また、図中の符号は、Ｒｒ０：起動時のリール半径（ｍ）（既知）、ｖｒｅｆ：定常時の材料線速（ｍ／ｓ）（既知）、Ｒｒ：定常時の変化するリール半径（ｍ）、Ｒｒｘ：定常時から停止時へと判定が変更された時点のリール半径（ｍ）、ｗｓ：定常時のモータの回転速度（ｒａｄ／ｓ）である。
【００２０】
（１０）回転数検出器２４により、モータ１２の回転速度ｗ（ｒａｄ／ｓ）を測定する。
（２０）ステップ（１０）における測定結果ｗと、定常時のモータの回転速度ｗｓとを比較する。なお、ｗｓ＝ｖｒｅｆ／Ｒｒ０である。本ステップにおいて、ｗ＞ｗｓであると判定された場合には、ステップ（２２）に移行する。
（２２）ステップ（１０）における測定結果ｗから、ｄｗ／ｄｔを求め、この微分値を設定値（定常時であるか停止時であるかの判断に係る設定値）と比較する。
（３０）ステップ（２０）において、ｗ＞ｗｓではないと判定された場合には、起動モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝Ｒｒ０×ｗが与えられる。
（３２）ステップ（２２）において、ｄｗ／ｄｔ＞（設定値）ではないと判断された場合には、定常モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝ｖｒｅｆが与えられる。なお、定常時に変化するドラム半径Ｒｒは、Ｒｒ＝ｖｒｅｆ／ｗで求められる。
（３４）ステップ（２２）において、ｄｗ／ｄｔ＞（設定値）であると判断された場合には、停止モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝Ｒｒｘ×ｗが与えられる。
（４０）ＰＷＭ演算式（Ｉ）に基づき、ＰＷＭ値が求められる。
（５０）ステップ（４０）で得られたＰＷＭ値とスイッチング周波数により、制御手段２２からスイッチング素子２０ａ、２０ｂに対し、スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号２１が出力される。
【００２１】
図７（ａ）〜（ｄ）には、図６の各ステップに基づき制御された、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を、夫々例示している。又、図８（ａ）〜（ｄ）には、定常モードから停止モードにシフトし、モータ１２が停止するまでの材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を、夫々例示している。
なお、図７（ａ）〜（ｄ）においては、モータの起動からｔ1経過時の近辺で、起動モードから定常モードにシフトしている（後述する図９〜図１２も同様である）。又、図８（ａ）〜（ｄ）においては、モータの停止時ｔ3の若干手前から図示されており、ｔ2近辺で定常モードから停止モードにシフトしている。そして、図７（ｃ）、図８（ｃ）から明らかなように、定常モードにおける線状材料の張力Ｆは、起動モードから定常モードにシフトした直後と、定常モードから停止モードにシフトする直前とで、変化がない（Ｆｒｅｆ）ことが示されている。
【００２２】
更に、本発明の第１の実施の形態では、定常運転時における外乱に起因する張力の脈動を、効果的に抑えるための、制御ロジックを備えている。図２に示される制御手段２２のブロック図は、指令張力Ｆｒｅｆに、ローパスフィルタＬＰＦを介したモータ回転数ｗの信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。又、図３に示される制御手段２２のブロック図は、図２の構成に加え、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。
【００２３】
更に、図４に示される制御手段２２のブロック図は、指令張力Ｆｒｅｆに、線状材料の張力Ｆの信号の微分値を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。この例において、張力測定値Ｆが得られない場合には、かかる測定値Ｆに換えて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮することにより、ＰＷＭ値を得ることも可能である。
なお、オブザーバ理論に基づく線状材料の張力値の推定は、以下の手順によって行われるものである。
線状材料の張力値Ｆとすると、状態方程式（II）は、
ｄＦ／ｄｔ＝ＫSX×（ｖ−Ｒｒ×ｗ） ‥‥（II）
ここで、ＫSX：バネ定数である。又、モータ回転数（角速度）ｗとすると、状態方程式（III）は、
ｄＷ／ｄｔ＝Ｒｒ×Ｆ／Ｊｒ−Ｔ／Ｊｒ ‥‥（III）
ここで、Ｊｒ：リール慣性モーメント、Ｔ：モータトルク（Ｎｍ）である。
【００２４】
そして、状態方程式（II）、（III）を変形すると、
【数１】
オブザーバ（状態観測値）を次の〔数２〕のように定義する。なお、各推定値にはハット記号（^）を付す。
【数２】
【数３】
の固有値の実数部が負となるｆ１、ｆ２、ｆ３を決定する。
そして、〔数２〕を解くことにより、テンションＦの推定が可能となる。
【００２５】
一方、図５に示される制御手段２２のブロック図は、図３に示されるブロック図における指令張力Ｆｒｅｆに、更に、線状材料の張力Ｆのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。なお、図５の例においても、張力測定値Ｆが得られない場合には、かかる測定値Ｆに換えて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値を考慮することにより、ＰＷＭ値を得ることも可能である。この際の、オブザーバ理論に基づく線状材料の張力値の推定手法は、図４の例で説明した通りである。
【００２６】
図９から図１２には、夫々、図２から図５のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を例示している。これらの図を、ローパスフィルタを介したモータ回転数ｗの信号（１次遅れ信号）や、張力、回転数等のフィードバックを受けない場合について例示した図１３と比較すると、定常モードにおける線状材料の張力Ｆの変動は（図９〜図１３の（ｃ）を比較参照）、外乱を受けた状態（時間ｔ11以降）において減少しているのみならず、乱外を受けていない状態（定常モードで安定した後外乱が加わるまでの、ｔ10〜ｔ11の間）でも減少していることが読み取れる。
【００２７】
上記構成をなす、本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、制御手段２２により、回転軸１２ａがリール１４の回転軸と連結されたモータ１２の、端子間の発電電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を調整し、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料１６の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値（指令張力）Ｆｒｅｆに保つことができる。
しかも、線形材料の張力を調整するための、リールの制動力の調整機構が、機械的調整手法による必要がないので、機械系部品の交換が必要なく、また、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが可能であることから、線状材料１６の張力Ｆを、常に最適値であるＦｒｅｆに保つことができる。
【００２８】
又、演算手段２２ａにおいて、ローパスフィルタＬＰＦを介したモータ回転数ｗの信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を抑えることができる（図２、図９、図１３参照）。
又、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力Ｆの信号の微分値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる（図４、図１１、図１３参照）。又、線状材料１６の張力が実測できないような場合であっても、演算手段２２ａにおいて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる（図４、図１３参照）。
【００２９】
又、演算手段２２ａにおいて、モータ回転数ｗのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図３、図１０、図１３参照）。
更に、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力の目標値Ｆｒｅｆに係る指令信号に、線状材料１６の張力Ｆのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図５、図１２、図１３参照）。
更に、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力の目標値Ｆｒｅｆに係る指令信号に、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図５、図１３参照）。
【００３０】
続いて、図１４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置２６の説明をする。ここで、第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置２６は、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０の構成に加え、モータ１２の端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流を、制御手段２２の駆動電力に活用する「電力変換手段」を具備するものである。「電力変換手段」の具体的構成としては、制御電源変換装置２８と、制御手段２２を駆動するためのバッテリー３０と、自動切換スイッチ３２とを備えている。そして、制御電源変換装置２８では、コンデンサ２９に蓄えられたモータの逆起電力を、制御手段２２に求められる制御電圧へと変換する。さらに、自動切換スイッチ３２において、コンデンサ２９の電圧が、制御電圧に達したことを検出し、バッテリー３０からの電力供給を断ち、コンデンサ２９に蓄えられた電力のみによって、制御手段２２を駆動するものである。一方、コンデンサ２９の電圧が制御電圧を下回ると、自動切換スイッチ３２は、制御手段２２への電力供給源を、再びバッテリー３０へと切換える。
【００３１】
従って、本発明の第２の実施の形態によれば、リール１４に巻かれた線状材料１６が、リール１６から繰り出される間の制動していない期間（スイッチング素子２０ａ、２０ｂのＯＦＦ期間（図１（ｂ）参照））は、モータ１４が駆動されることで生じる端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流により、制御手段２２の駆動電力を賄うことが可能となり、省エネ運転を行うことが可能となる。又、バッテリー３０の負担が減ることから、バッテリー３０の小型化を図ることも可能となる。なお、理想的には、バッテリー３０を完全に無くすことが望ましい。更に、モータ１４の逆起電力によりバッテリー３０を充電することとすれば、バッテリー３０の連続使用時間を延ばすことも可能となる。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【００３２】
続いて、図１５、図１６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置３４の説明をする。ここでも、第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置３４は、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０のモータ１２を、フラットモータ３６に換え、フラットモータ３６の端子３６ｂ、３６ｃ間の発電電流を、制御手段２２により、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、フラットモータ３６に発生する制動力を制御するものである。なお、図中には示されていないが、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０と同様に、フラットモータ３６の回転数を検出する、回転数検出器が設けられている。
【００３３】
ここで用いられるフラットモータ３６は、図１６に示されるように、ヨークを具備しないフラットモータである。すなわち、フラットモータの場合、ヨークに磁性体を用いると、吸着によりリール１４及びモータが無負荷で回転することができない。従って、制動力の制御が不能となり、線状材料の張力を一定の目標値に保つことが不可能となる。この対策として、ヨークを具備しないフラットモータ３６を使用するものである。なお、フラットモータ３６はヨークを備えないために、ヨークを備える場合と比べ、コイルを通過する磁石の磁束が弱くなる。この対策として、極数を増大させる（例えば、３０極）ことにより、必要な起電力を得ることが望ましい。
以上のごとく構成された、本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０と比較して、装置の小型化を促進することが可能となるので、より自由な装置レイアウトが可能となる。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）はスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ信号と、モータの発電時、制動時のタイミングとを示す説明図である。
【図２】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段のブロック図である。
【図３】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の別のブロック図である。
【図４】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の更に別のブロック図である。
【図５】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の更に別のブロック図である。
【図６】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段によるモータの制御ステップを示すフローチャートである。
【図７】図６の各ステップに基づき制御された、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、夫々例示したグラフである。
【図８】図６の各ステップに基づき制御された、定常モードから停止モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、夫々例示したグラフである。
【図９】図２のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１０】図３のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１１】図４のブロック図（張力が測定値の場合）に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１２】図５のブロック図（張力が測定値の場合）に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１３】比較例として、ローパスフィルタを介したモータ回転数ｗの信号（１次遅れ信号）や、速度、張力、回転数等のフィードバックを受けない場合に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示す概略図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示す概略図である。
【図１６】図１５に示された電磁ブレーキ式定張力発生装置の、フラットモータの模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２６、３４：電磁ブレーキ式定張力発生装置、１２：モータ、１２ａ：回転軸、 １２ｂ、１２ｃ：端子、１４：リール、１６：線状材料、１８：巻取り機、 ２０ａ、２０ｂ：スイッチング素子、２１：スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号、２２：制御手段、２２ａ：演算手段、２４：回転数検出器、２６：電磁ブレーキ式定張力発生装置、２８：制御電源変換装置、３０：バッテリー、３２：自動切換スイッチ、３６：フラットモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に、線状材料に加わる張力を一定にするための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リールに巻かれた線状材料の繰り出し作業中に、外乱の影響を受けることなく、一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことを可能とするための、定張力発生装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１―２９２３９５号公報（〔０００４〕、〔００１３〕〜〔００１８〕）
【特許文献２】特開２００１―２９２５６１号公報（〔００２２〕〜〔００２４〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の定張力発生装置は、いずれも、張力を調整するためのリール制動力調整機構の構成上、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つための機械的操作が必要であった。そして、かかる機械的操作を行う際に、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが、不可能であるか極めて困難であったことから、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、リールの回転を停止することなく、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つことを可能とすることにある。又、外乱の影響を受けることなく、常に一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことを可能とすることにある。
又、リールに巻かれた線状材料を繰り出す定張力発生装置の省エネ運転を可能とし、更には、装置の小型化を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置は、リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に線状材料に加わる張力を一定にする装置であって、 回転軸がリールの回転軸に連結されたモータと、リールに巻かれた線状材料がリールから繰り出される間、前記モータの端子間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を制御することにより、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つ制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、制御手段により、回転軸がリールの回転軸と連結されたモータの、端子間の発電電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を調整し、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値に保つことができる。
【０００８】
本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、演算手段において、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の脈動を抑えることができる。
【０００９】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。
この構成によれば、演算手段において、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１０】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、演算手段において、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行い、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１１】
又、本発明において、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、演算手段において、モータ回転数のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行うことにより、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる。
【００１２】
しかも、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。この構成によれば、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる。
更に、前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することとしても良い。
この構成によれば、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、演算手段において、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値が考慮されることで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる。
【００１３】
又、本発明において、前記モータの端子間の発電電流を、前記制御手段の駆動電力に活用する電力変換手段を具備することが望ましい。
この構成によれば、モータが制動で働いていない期間（スイッチング素子のＯＦＦ期間）は、リールに巻かれた線状材料が、リールから繰り出されることで生じる端子間の発電電流により、制御手段の駆動電力を賄うことが可能となる。
【００１４】
又、本発明において、前記モータがヨークを具備しないフラットモータであることが望ましい。
本発明によれば、電磁ブレーキ式定張力発生装置の小型化を促進することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明はこのように構成したので、リールの回転を停止することなく、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つことが可能となる。又、外乱の影響を受けることなく、常に一定の張力でリールから線状材料を巻き出すことが可能となる。又、省エネ運転を行い、更には、装置の小型化を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１〜図１３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０の説明を行う。電磁ブレーキ式定張力発生装置１０は、図１（ａ）に示されるように、回転軸１２ａがリール１４の回転軸に連結されたモータ１２を備えている。又、リール１４に巻かれた線状材料１６がリール１４から繰り出され、巻取り機１８に巻き取られる間、モータ１２の端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を制御する制御手段２２を備えている。スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号２１は、図１（ｂ）に示されるように、スイッチング周波数の一周期中のＯＮ期間において、モータ１２による制動力が発生し、ＯＦＦ期間では、後述のごとく発電を行うことが可能である。スイッチングのＯＮ期間は、スイッチング周期にＰＷＭ値を乗ずることにより決定されるものである。
制御手段２２は、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を、一定の目標値に保つものであり、後述のごとく、ＰＷＭ制御に係る演算を行うための、電子計算機を用いた演算手段２２ａを具備している。又、モータ１２には、かかる演算に必要となるモータ１２の回転数を検出する、回転数検出器２４が設けられている。なお、リール１４から線状材料１６を巻き取るための動力は、巻取り機１８にのみ設けられており、リール１４は、巻取り機１８に巻き取られる線状材料１６により、受動的に回転するものである。
【００１８】
演算手段２２ａにおいて行われる、ＰＷＭ制御に係る演算は、以下のＰＷＭ演算式（Ｉ）に基づいて行われる。
ＰＷＭ＝（Ｒｐ×ｖ×Ｆｒｅｆ）／（ｗ×ｗ×ｋｐ×ｋｐ） ‥‥（Ｉ）
なお、Ｒｐ：モータコイル抵抗（Ω）、ｖ：材料線速（ｍ／ｓ）、Ｆｒｅｆ：指令張力（Ｎ）、ｗ：モータ回転速度（ｒａｄ／ｓ）、ｋｐ：モータトルク定数（Ｎｍ／Ａ）である。このうち、Ｒｐ及びｋｐは既知の値であり、ｖは一定とみなし、ｗは回転数検出器２４によって検出することが出来る。よって、ＰＷＭ演算式（Ｉ）によれば、所望のＦｒｅｆを設定することにより、必要なＰＷＭの値を求めることが出来る。
【００１９】
以下に、図６を参照しながら、制御手段２２によるモータ１２の、各制御ステップを説明する。この制御手順は、起動時、すなわち線状材料が満巻き状態のリールから線状材料の繰り出しを開始する際に適用される「起動モード」と、停止時、すなわちリールから規定長さの線状材料が繰り出され、繰り出し作業を停止する際に適用される「停止モード」と、定常時、すなわち起動時及び停止時の間の定常運転時に適用される「定常モード」とが含まれる。また、図中の符号は、Ｒｒ０：起動時のリール半径（ｍ）（既知）、ｖｒｅｆ：定常時の材料線速（ｍ／ｓ）（既知）、Ｒｒ：定常時の変化するリール半径（ｍ）、Ｒｒｘ：定常時から停止時へと判定が変更された時点のリール半径（ｍ）、ｗｓ：定常時のモータの回転速度（ｒａｄ／ｓ）である。
【００２０】
（１０）回転数検出器２４により、モータ１２の回転速度ｗ（ｒａｄ／ｓ）を測定する。
（２０）ステップ（１０）における測定結果ｗと、定常時のモータの回転速度ｗｓとを比較する。なお、ｗｓ＝ｖｒｅｆ／Ｒｒ０である。本ステップにおいて、ｗ＞ｗｓであると判定された場合には、ステップ（２２）に移行する。
（２２）ステップ（１０）における測定結果ｗから、ｄｗ／ｄｔを求め、この微分値を設定値（定常時であるか停止時であるかの判断に係る設定値）と比較する。
（３０）ステップ（２０）において、ｗ＞ｗｓではないと判定された場合には、起動モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝Ｒｒ０×ｗが与えられる。
（３２）ステップ（２２）において、ｄｗ／ｄｔ＞（設定値）ではないと判断された場合には、定常モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝ｖｒｅｆが与えられる。なお、定常時に変化するドラム半径Ｒｒは、Ｒｒ＝ｖｒｅｆ／ｗで求められる。
（３４）ステップ（２２）において、ｄｗ／ｄｔ＞（設定値）であると判断された場合には、停止モードで運転され、ＰＷＭ演算式のｖ値として、ｖ＝Ｒｒｘ×ｗが与えられる。
（４０）ＰＷＭ演算式（Ｉ）に基づき、ＰＷＭ値が求められる。
（５０）ステップ（４０）で得られたＰＷＭ値とスイッチング周波数により、制御手段２２からスイッチング素子２０ａ、２０ｂに対し、スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号２１が出力される。
【００２１】
図７（ａ）〜（ｄ）には、図６の各ステップに基づき制御された、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を、夫々例示している。又、図８（ａ）〜（ｄ）には、定常モードから停止モードにシフトし、モータ１２が停止するまでの材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を、夫々例示している。
なお、図７（ａ）〜（ｄ）においては、モータの起動からｔ1経過時の近辺で、起動モードから定常モードにシフトしている（後述する図９〜図１２も同様である）。又、図８（ａ）〜（ｄ）においては、モータの停止時ｔ3の若干手前から図示されており、ｔ2近辺で定常モードから停止モードにシフトしている。そして、図７（ｃ）、図８（ｃ）から明らかなように、定常モードにおける線状材料の張力Ｆは、起動モードから定常モードにシフトした直後と、定常モードから停止モードにシフトする直前とで、変化がない（Ｆｒｅｆ）ことが示されている。
【００２２】
更に、本発明の第１の実施の形態では、定常運転時における外乱に起因する張力の脈動を、効果的に抑えるための、制御ロジックを備えている。図２に示される制御手段２２のブロック図は、指令張力Ｆｒｅｆに、ローパスフィルタＬＰＦを介したモータ回転数ｗの信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。又、図３に示される制御手段２２のブロック図は、図２の構成に加え、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。
【００２３】
更に、図４に示される制御手段２２のブロック図は、指令張力Ｆｒｅｆに、線状材料の張力Ｆの信号の微分値を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。この例において、張力測定値Ｆが得られない場合には、かかる測定値Ｆに換えて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮することにより、ＰＷＭ値を得ることも可能である。
なお、オブザーバ理論に基づく線状材料の張力値の推定は、以下の手順によって行われるものである。
線状材料の張力値Ｆとすると、状態方程式（II）は、
ｄＦ／ｄｔ＝ＫSX×（ｖ−Ｒｒ×ｗ） ‥‥（II）
ここで、ＫSX：バネ定数である。又、モータ回転数（角速度）ｗとすると、状態方程式（III）は、
ｄＷ／ｄｔ＝Ｒｒ×Ｆ／Ｊｒ−Ｔ／Ｊｒ ‥‥（III）
ここで、Ｊｒ：リール慣性モーメント、Ｔ：モータトルク（Ｎｍ）である。
【００２４】
そして、状態方程式（II）、（III）を変形すると、
【数１】
オブザーバ（状態観測値）を次の〔数２〕のように定義する。なお、各推定値にはハット記号（^）を付す。
【数２】
【数３】
の固有値の実数部が負となるｆ１、ｆ２、ｆ３を決定する。
そして、〔数２〕を解くことにより、テンションＦの推定が可能となる。
【００２５】
一方、図５に示される制御手段２２のブロック図は、図３に示されるブロック図における指令張力Ｆｒｅｆに、更に、線状材料の張力Ｆのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ値を得るものである。なお、図５の例においても、張力測定値Ｆが得られない場合には、かかる測定値Ｆに換えて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値を考慮することにより、ＰＷＭ値を得ることも可能である。この際の、オブザーバ理論に基づく線状材料の張力値の推定手法は、図４の例で説明した通りである。
【００２６】
図９から図１２には、夫々、図２から図５のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速Ｖ、モータ回転速度ｗ、線状材料の張力Ｆ及びＰＷＭ値を例示している。これらの図を、ローパスフィルタを介したモータ回転数ｗの信号（１次遅れ信号）や、張力、回転数等のフィードバックを受けない場合について例示した図１３と比較すると、定常モードにおける線状材料の張力Ｆの変動は（図９〜図１３の（ｃ）を比較参照）、外乱を受けた状態（時間ｔ11以降）において減少しているのみならず、乱外を受けていない状態（定常モードで安定した後外乱が加わるまでの、ｔ10〜ｔ11の間）でも減少していることが読み取れる。
【００２７】
上記構成をなす、本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、制御手段２２により、回転軸１２ａがリール１４の回転軸と連結されたモータ１２の、端子間の発電電流を、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、モータ１２に発生する制動力を調整し、線状材料１６のリール１４上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料１６の張力を、満巻き状態から巻芯に至るまで、常に一定の目標値（指令張力）Ｆｒｅｆに保つことができる。
しかも、線形材料の張力を調整するための、リールの制動力の調整機構が、機械的調整手法による必要がないので、機械系部品の交換が必要なく、また、リールの回転を停止することなく制動力を調整することが可能であることから、線状材料１６の張力Ｆを、常に最適値であるＦｒｅｆに保つことができる。
【００２８】
又、演算手段２２ａにおいて、ローパスフィルタＬＰＦを介したモータ回転数ｗの信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を抑えることができる（図２、図９、図１３参照）。
又、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力Ｆの信号の微分値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる（図４、図１１、図１３参照）。又、線状材料１６の張力が実測できないような場合であっても、演算手段２２ａにおいて、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の変動を、より一層抑えることができる（図４、図１３参照）。
【００２９】
又、演算手段２２ａにおいて、モータ回転数ｗのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図３、図１０、図１３参照）。
更に、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力の目標値Ｆｒｅｆに係る指令信号に、線状材料１６の張力Ｆのフィードバック信号を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図５、図１２、図１３参照）。
更に、演算手段２２ａにおいて、線状材料１６の張力の目標値Ｆｒｅｆに係る指令信号に、モータ回転数ｗの信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値を考慮して、ＰＷＭ演算式（Ｉ）を用いた演算を行うことで、線状材料の張力が実測できないような場合であっても、外乱に起因する張力の脈動を、より一層抑えることができる（図５、図１３参照）。
【００３０】
続いて、図１４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置２６の説明をする。ここで、第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置２６は、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０の構成に加え、モータ１２の端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流を、制御手段２２の駆動電力に活用する「電力変換手段」を具備するものである。「電力変換手段」の具体的構成としては、制御電源変換装置２８と、制御手段２２を駆動するためのバッテリー３０と、自動切換スイッチ３２とを備えている。そして、制御電源変換装置２８では、コンデンサ２９に蓄えられたモータの逆起電力を、制御手段２２に求められる制御電圧へと変換する。さらに、自動切換スイッチ３２において、コンデンサ２９の電圧が、制御電圧に達したことを検出し、バッテリー３０からの電力供給を断ち、コンデンサ２９に蓄えられた電力のみによって、制御手段２２を駆動するものである。一方、コンデンサ２９の電圧が制御電圧を下回ると、自動切換スイッチ３２は、制御手段２２への電力供給源を、再びバッテリー３０へと切換える。
【００３１】
従って、本発明の第２の実施の形態によれば、リール１４に巻かれた線状材料１６が、リール１６から繰り出される間の制動していない期間（スイッチング素子２０ａ、２０ｂのＯＦＦ期間（図１（ｂ）参照））は、モータ１４が駆動されることで生じる端子１２ｂ、１２ｃ間の発電電流により、制御手段２２の駆動電力を賄うことが可能となり、省エネ運転を行うことが可能となる。又、バッテリー３０の負担が減ることから、バッテリー３０の小型化を図ることも可能となる。なお、理想的には、バッテリー３０を完全に無くすことが望ましい。更に、モータ１４の逆起電力によりバッテリー３０を充電することとすれば、バッテリー３０の連続使用時間を延ばすことも可能となる。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【００３２】
続いて、図１５、図１６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置３４の説明をする。ここでも、第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置３４は、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０のモータ１２を、フラットモータ３６に換え、フラットモータ３６の端子３６ｂ、３６ｃ間の発電電流を、制御手段２２により、ＰＷＭ制御に係るスイッチング素子２０ａ、２０ｂを用い任意に制御して、フラットモータ３６に発生する制動力を制御するものである。なお、図中には示されていないが、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０と同様に、フラットモータ３６の回転数を検出する、回転数検出器が設けられている。
【００３３】
ここで用いられるフラットモータ３６は、図１６に示されるように、ヨークを具備しないフラットモータである。すなわち、フラットモータの場合、ヨークに磁性体を用いると、吸着によりリール１４及びモータが無負荷で回転することができない。従って、制動力の制御が不能となり、線状材料の張力を一定の目標値に保つことが不可能となる。この対策として、ヨークを具備しないフラットモータ３６を使用するものである。なお、フラットモータ３６はヨークを備えないために、ヨークを備える場合と比べ、コイルを通過する磁石の磁束が弱くなる。この対策として、極数を増大させる（例えば、３０極）ことにより、必要な起電力を得ることが望ましい。
以上のごとく構成された、本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る電磁ブレーキ式定張力発生装置１０と比較して、装置の小型化を促進することが可能となるので、より自由な装置レイアウトが可能となる。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）はスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ信号と、モータの発電時、制動時のタイミングとを示す説明図である。
【図２】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段のブロック図である。
【図３】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の別のブロック図である。
【図４】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の更に別のブロック図である。
【図５】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段の更に別のブロック図である。
【図６】図１に示される電磁ブレーキ式定張力発生装置の、制御手段によるモータの制御ステップを示すフローチャートである。
【図７】図６の各ステップに基づき制御された、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、夫々例示したグラフである。
【図８】図６の各ステップに基づき制御された、定常モードから停止モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、夫々例示したグラフである。
【図９】図２のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１０】図３のブロック図に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１１】図４のブロック図（張力が測定値の場合）に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１２】図５のブロック図（張力が測定値の場合）に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１３】比較例として、ローパスフィルタを介したモータ回転数ｗの信号（１次遅れ信号）や、速度、張力、回転数等のフィードバックを受けない場合に係る、起動モードから定常モードにシフトするまでの、材料線速を（ａ）に、モータ回転速度を（ｂ）に、線状材料の張力を（ｃ）に、ＰＷＭ値を（ｄ）に、各々例示したグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示す概略図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る、電磁ブレーキ式定張力発生装置の構成を示す概略図である。
【図１６】図１５に示された電磁ブレーキ式定張力発生装置の、フラットモータの模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２６、３４：電磁ブレーキ式定張力発生装置、１２：モータ、１２ａ：回転軸、 １２ｂ、１２ｃ：端子、１４：リール、１６：線状材料、１８：巻取り機、 ２０ａ、２０ｂ：スイッチング素子、２１：スイッチング素子ＯＮ・ＯＦＦ信号、２２：制御手段、２２ａ：演算手段、２４：回転数検出器、２６：電磁ブレーキ式定張力発生装置、２８：制御電源変換装置、３０：バッテリー、３２：自動切換スイッチ、３６：フラットモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に線状材料に加わる張力を一定にする装置であって、
回転軸がリールの回転軸に連結されたモータと、
リールに巻かれた線状材料がリールから繰り出される間、前記モータの端子間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を制御することにより、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つ制御手段と、を具備することを特徴とする電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項２】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項３】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項４】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項５】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項６】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項５記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項７】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項５記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項８】
前記モータの端子間の発電電流を、前記制御手段の駆動電力に活用する電力変換手段を具備することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項９】
前記モータがヨークを具備しないフラットモータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項１】
リールに巻かれた線状材料が繰り出される際に線状材料に加わる張力を一定にする装置であって、
回転軸がリールの回転軸に連結されたモータと、
リールに巻かれた線状材料がリールから繰り出される間、前記モータの端子間の発電電流をＰＷＭ制御に係るスイッチング素子を用い任意に制御して、モータに発生する制動力を制御することにより、線状材料のリール上の巻き径の減少に応じて変化する線状材料の張力を一定の目標値に保つ制御手段と、を具備することを特徴とする電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項２】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータ回転数信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項３】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力信号の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項４】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力値の微分値を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項５】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、ローパスフィルタを介したモータの回転数から実測回転数を差し引いたフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項６】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、線状材料の張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項５記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項７】
前記制御手段は、線状材料の張力の目標値に係る指令信号に、モータ回転数信号に基づきオブザーバ理論によって推定された張力のフィードバック信号を考慮して、前記ＰＷＭ制御に係る演算を行う演算手段を具備することを特徴とする請求項５記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項８】
前記モータの端子間の発電電流を、前記制御手段の駆動電力に活用する電力変換手段を具備することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【請求項９】
前記モータがヨークを具備しないフラットモータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の電磁ブレーキ式定張力発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１９７１７４（Ｐ２００７−１９７１７４Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９００８（Ｐ２００６−１９００８）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（３０００４１１９２）宇部興産機械株式会社 (268)
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（３０００４１１９２）宇部興産機械株式会社 (268)
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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