JP4984213B2 - DC motor drive device - Google Patents
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Description
この発明は、過負荷保護機能を備えた直流モータの駆動装置に関する。 The present invention relates to a DC motor driving apparatus having an overload protection function.
特許文献1には、図8に示すように、DCモータ起動時間よりもはるかに大きい時定数を具えた積分回路AAを備え、モータ軸がロックされた際に大きい電流が流れても、モータが発熱して高温状態に至る時間よりも短い時間内で小さな電流に制限することで、モータが発熱して高温となるのを防止するようにした直流モータの駆動装置が開示されている。
即ち、電圧+Vが印加され、モータMの起動が開始すると、パワー制御用トランジスタQ11,Q12の働きにより、ツエナダイオードDZの電圧からトランジスタQ11のベース・エミッタ間電圧を引いた値が電流検出抵抗RDの端子電圧と等しくなるモータ電流で起動され、定速走行状態になると、モータMのトルク指令値電圧はツエナダイオードDZの電圧よりも低くなる。積分回路AAには通常起動時間よりもはるかに大きい時定数を持たせてあるので、モータMがロックされた状態で起動すると、B点の電圧は徐々に上昇し、トランジスタQ10がONする電圧に到達すると、パワー制御用トランジスタQ11のベース電位を下げて電流が僅かしか流れないようにする。
As shown in FIG. 8, Patent Document 1 includes an integration circuit AA having a time constant much larger than the DC motor start time, and even if a large current flows when the motor shaft is locked, There has been disclosed a direct current motor drive device that prevents the motor from generating heat and becoming hot by limiting the current to a small current within a time shorter than the time to generate heat and reach a high temperature state.
That is, when the voltage + V is applied and the start of the motor M is started, the value obtained by subtracting the base-emitter voltage of the transistor Q11 from the voltage of the Zener diode DZ by the action of the power control transistors Q11 and Q12 is the current detection resistor RD. When the motor current is equal to the terminal voltage of the motor and the motor is started at a constant speed, the torque command value voltage of the motor M becomes lower than the voltage of the Zener diode DZ. Since the integration circuit AA has a time constant much longer than the normal startup time, when the motor M is started in a locked state, the voltage at the point B gradually rises to a voltage at which the transistor Q10 is turned on. When reached, the base potential of the power control transistor Q11 is lowered so that only a small amount of current flows.
特許文献2には、図9に示すように、信号入力端子Iにモータ駆動信号OSが入力され、リセット端子Rにリセット信号RSが入力され、信号出力端子Oからモータ制御信号を出力する制御部110と、制御部110の制御信号によってモータ駆動信号を出力するモータ駆動部120と、モータ駆動部120の出力端子に接続される直流モータMと、直流モータMに流れる電流信号を電圧変換して出力する信号変換部130と、信号変換部130から入力される信号を一定の基準電圧V1と比較して過電流を検出したとき電圧を積分して出力する信号積分部140と、信号積分部140の出力信号を基準電圧V2と比較して過電流を検出したときに制御部110にリセット信号RSを出力する過電流判断部150を備えた直流モータの駆動装置が開示されている。
即ち、モータ駆動部120はトランジスタQ20とリレーRYからなり、リレーRYは電磁石EMとスイッチSからなり、信号変換部130は抵抗R1 からなり、信号積分部140は入力抵抗R2と第1演算増幅器OP4とキャパシタCからなっている。過電流判断部150は反転入力端子に第1演算増幅器OP4の出力電圧が入力され、非反転入力端子に第2比較基準電圧V2が入力される第2演算増幅器OP5からなっている。制御部110の信号入力端子Iに駆動信号OSが入力されると、制御部110からモータ駆動部120に信号が出力され、リレーRYがオンされてスイッチSが閉じる。直流モータMに電流IM が流れると、モータ電圧V0 は入力抵抗R2経て第1演算増幅器OP4の反転入力端子に供給される。信号積分部140は、第1演算増幅器OP4の反転入力端子に供給されたモータ電圧を非反転入力端子の第1比較基準電圧V1と比較積分して積分電圧V3 を出力する。積分電圧V3は過電流判断部150の第2演算増幅器OP5の反転入力端子に供給され、過電流判断部150は積分電圧V3と第2比較基準電圧V2を比較し、積分電圧V3 が第2比較基準電圧V2より小さいときに制御部110にリセット信号RSを出力する。制御部110はリセット信号RSによって直流モータMをオフさせる信号を出力する。直流モータMが初期作動するときは瞬間的に過電流が生じるが、積分電圧V3 が第2比較基準電圧V2より大きいので、直流モータMを破損させるほどの電流量にならないと判断してリセット信号RSを出力しない。
In Patent Document 2, as shown in FIG. 9, a motor drive signal OS is input to a signal input terminal I, a reset signal RS is input to a reset terminal R, and a motor control signal is output from a signal output terminal O. 110, a
That is, the
特許文献3には、図10に示すように、外部からの回転制御信号によってモータを回転、停止させる制御手段と、モータの負荷電流が設定電流値を越えたときに過電流検出信号を発生する過電流検出手段と、過電流検出信号の出力時間を管理する時間管理手段と、時間管理手段の出力信号を記憶する記憶手段を備え、記憶手段の出力を制御手段に帰還してモータを停止させるようにしたモータ制御装置において、回転制御信号がモータの回転停止を指示する間は記憶手段をクリアするクリア手段を設けたものが記載されている。
即ち、主制御装置230の回転制御信号210によって直流モータMの回転、停止を指示する制御は一般的なPWM駆動制御を実行するので、回転検出器221は直流モータMの回転に応動した速度検出パルス信号を出力する。速度比較器201は速度検出パルス信号を主制御装置230の基準クロックパルス信号228と比較し、その差分を速度差信号として出力する。波形発生装置203はPWM駆動制御の基準波形信号を出力し、比較装置202は速度差信号と基準波形信号を比較して駆動パルス信号を出力する。ドライバ204は駆動パルス信号に応動して直流モータMの駆動電流をオン・オフ制御し、直流モータMを所定速度で回転させる。速度比較器201は回転制御信号210によって直流モータMを回転制御状態と停止制御状態にする。直流モータMの負荷電流は電流検出抵抗R6を通ってグランドへ流れ、過電流検出回路207は、電流検出抵抗R6の端子電圧に基づいて直流モータMに流れる負荷電流を検出し、その値が過電流判断基準値を越えると過電流検出信号216をハイレベルにする。タイマー回路208は、過電流検出信号216がハイレベルになるとタイマー機能が働き、ハイレベル状態が一定時間t以上継続すると過負荷検出信号217をローレベルにする。記憶回路209は過負荷検出信号217がローレベルになると保護出力信号218をハイレベルにすると共にその状態を記憶する。反転回路223は保護出力信号218を反転してローレベルに変換し、ドライバ204の駆動を停止して直流モータ5の回転を停止する。タイマー回路208の設定時間tは直流モータM始動時の過電流継続時間よりも長く設定され、設定時間t以下の過電流検出信号216では過負荷検出信号217を出力しないようにしている。記憶回路209の記憶状態をクリアする入力端子CLRには、回転制御信号210の信号レベルを反転回路224で反転したクリア信号220が与えられる。回転制御信号210がモータの回転停止を意味するハイレベルの間は、記憶回路209の入力端子CLRにクリア信号が入力されるので、この間に外部からのノイズや電源の瞬断があっても記憶回路209が動作せず、主制御回路230の回転制御信号210がモータの回転を意味するローレベルになると、直流モータMを回転させることができる。
That is, since the control for instructing the rotation and stop of the DC motor M by the
特許文献1の駆動装置では、モータ軸がロックされた際に大きな電流が流れても、モータが発熱して高温状態に至る時間よりも短い時間内で小さな電流に制限することでモータが高温になるのを防止できるが、モータに流れる電流の制限値がトランジスタQ11のベースエミッタ電圧に達するまでのCR回路の時定数のみで決まるので、トランジスタQ10や抵抗RD、RやコンデンサCのばらつきの為に電流の制限値の調整が困難であり、しかも、コンデンサCが常に充電されているので、トルクを上げる為に定格電流を超えた電流を一時的に流しても保護回路が働き、トルクを上げにくい問題がある。また、定格電流を少し超えた電流値に制限値を設定すると、定格電流を少し超えた過負荷状態が連続しても保護回路が働かないことがあるし、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように瞬時に電流が増加する際に制御素子を保護できない問題がある。 In the drive device of Patent Document 1, even if a large current flows when the motor shaft is locked, the motor is heated to a high temperature by limiting the current to a small current within a shorter time than the time when the motor generates heat and reaches a high temperature state. However, since the limit value of the current flowing through the motor is determined only by the time constant of the CR circuit until the base emitter voltage of the transistor Q11 is reached, the variation of the transistor Q10, the resistors RD, R, and the capacitor C is caused. It is difficult to adjust the current limit value, and since the capacitor C is always charged, even if a current exceeding the rated current is temporarily passed to increase the torque, the protection circuit works and it is difficult to increase the torque. There's a problem. Also, if the limit value is set to a current value that slightly exceeds the rated current, the protection circuit may not work even if an overload condition that slightly exceeds the rated current continues, and a timer element is included, so the motor There is a problem that the control element cannot be protected when the current increases instantaneously, such as a short circuit.
また、特許文献2の駆動装置では、直流モータMに過電流が所定時間流れると、積分電圧V3が第2比較基準電圧V2より小さくなって制御部110にリセット信号RSを出力し、直流モータMの回転を停止する構成なので、初期作動時に直流モータMに瞬間的に過電流が流れてもリセット信号RSを出力せずに回転を継続することができるが、定格電流を制限値としたとき、コンデンサCが常に充電されているので、トルクを上げる為に定格電流を超えた電流を一時的に流しても短時間で保護回路が働き、リレーRYが所定時間オフして断続運転状態になる問題がある。また、定格電流を少し超えた電流値に制限値を設定すると、定格電流を少し超えた過負荷状態が連続しても保護回路が働かないことがあるし、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように電流が瞬時に増加する際に制御素子を保護できない問題がある。
Further, in the driving device of Patent Document 2, when an overcurrent flows through the DC motor M for a predetermined time, the integrated voltage V3 becomes smaller than the second comparison reference voltage V2, and the reset signal RS is output to the
また、特許文献3の駆動装置では、モータ過電流の状態が一定時間継続したときに保護回路が作動するように構成したものであるが、主制御装置230から適切なタイミングで回転制御信号210(クリア信号220)を出力する必要があり、装置が大掛かりになる問題がある。また、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように電流が瞬時に増加する際に制御素子を保護できない問題がある。
本願発明の課題は、直流モータに大きな電流が流れた際に直流モータの制御回路を確実に保護できると共に自己復帰することができ、しかも、小型の電子回路基板にまとめることができる小型で簡易な構成の直流モータの駆動装置を提供することにある。
Further, in the drive device of Patent Document 3, the protection circuit is configured to operate when the motor overcurrent state continues for a certain period of time. However, the rotation control signal 210 ( It is necessary to output a clear signal 220), and there is a problem that the apparatus becomes large. Further, since the timer element is included, there is a problem that the control element cannot be protected when the current increases instantaneously such as a short circuit of the motor.
The problem of the present invention is that the control circuit of the DC motor can be surely protected and self-recovered when a large current flows through the DC motor, and can be integrated into a small electronic circuit board. An object of the present invention is to provide a DC motor driving apparatus having a configuration.
大電流が流れた際に直流モータの制御回路の保護機能を備えた直流モータの駆動装置において、直流モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が検出した電流に比例した入力によってCR積分してCR積分値を出力するCR積分回路と、電流検出手段が検出した電流が定格電流以下か否かを判定し、定格電流より大きいときにCR積分回路を働かせて電流値に比例した電圧をCR積分回路のコンデンサに充電し、定格電流以下のときにCR積分回路を働かせないようにコンデンサを放電してリセットする過負荷常時判定手段と、CR積分回路の出力が予め設定する過負荷設定値より大きいか否かを判定し、CR積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに直流モータへの出力を遮断する過負荷判定手段と、前記出力が過負荷設定値より大きいときに直流モータへの出力を遮断する遮断手段と、直流モータへの出力を遮断してからの休止時間が予め設定する停止時間設定値を過ぎたかどうかを判定し、過ぎたときに直流モータへの出力を復帰通電する停止終了判定手段とを備える一方、前記電流検出手段が検出した電流が、予め設定する短絡設定値より大きいか否かを判定し、前記電流に比例した電圧を前記CR積分回路のコンデンサに充電する急速充電手段を作動させる短絡判定手段を備え、
直流モータが過負荷になった場合の過負荷時保護動作は、過負荷判定(S13)すると前記遮断手段を作動して直流モータへの出力を遮断して回転を停止し(S14)、前記CR積分回路の出力の過負荷判定を前記停止終了判定手段による停止終了判定に切替え(S15)、電流検出の停止により前記CR積分回路がコンデンサの放電を開始し(S16)、放電中か否かで直流モータの回転停止を判断(S17)し、放電中のときは、前記停止終了判定手段により直流モータの前記休止時間を判定(S18)し、前記休止時間が前記停止時間設定値を過ぎているときは前記停止終了判定手段が前記過負荷判定手段を介して前記遮断手段を解除して直流モータの回転駆動を再開し(S19)、放電中でないとき及び停止終了判定手段が停止終了を判断しないときは、遮断手段に解除信号を出力することなく動作終了させる一方、
直流モータが短絡した場合の短絡時保護動作は、短絡判定(S2)すると前記急速充電手段を介して前記CR積分値を前記過負荷判定手段に出力して前記過負荷判定手段が過負荷判定をし(S4)、以下前記過負時荷保護動作と同様の動作を行って動作終了させる一連の過負荷判定動作及び短絡判定動作を繰り返し、
前記過負時荷保護動作、及び前記短絡時保護動作の夫々で前記停止終了判定手段を実行し、短絡及び過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護し、前記停止時間設定値を経過した時点で直流モータへの通電が再開して直流モータが自己復帰するようにしたことを特徴としている(請求項1)。
In a DC motor drive device equipped with a protection function for a DC motor control circuit when a large current flows, current detection means for detecting the current flowing through the DC motor and input proportional to the current detected by the current detection means CR integration circuit that performs CR integration and outputs the CR integration value, and determines whether or not the current detected by the current detection means is less than the rated current. When the current is larger than the rated current, the CR integration circuit is activated to be proportional to the current value. The overload is determined by charging the capacitor of the CR integration circuit and discharging the capacitor to reset the CR integration circuit so that it does not work when the current is below the rated current. determines greater or not than the set value, the overload determining means for blocking the output to the DC motor when the output of the CR integrator is larger than the overload setting value, the Force is determined whether only the blocking means for blocking the output to the DC motor when larger than the overload setting value, the stop time set value downtime and then cut the output of the DC motor is set in advance while Ru and a stop end determination means for returning current output to the DC motor when passed, the current the current detection unit detects that determines whether larger or not than a short circuit setting value set in advance, the Short-circuit determining means for operating a quick charging means for charging a capacitor of the CR integration circuit with a voltage proportional to the current;
In the overload protection operation when the DC motor is overloaded, when the overload is judged (S13), the shut-off means is operated to shut off the output to the DC motor and stop the rotation (S14). The overload determination of the output of the integration circuit is switched to the stop end determination by the stop end determination means (S15), and the CR integration circuit starts discharging the capacitor by stopping the current detection (S16). The rotation stop of the DC motor is determined (S17). When the DC motor is discharging, the stop time determination unit determines the stop time of the DC motor (S18), and the stop time exceeds the stop time set value. When the stop end determination means releases the blocking means via the overload determination means and restarts the rotational drive of the DC motor (S19), when the discharge is not being performed and when the stop end determination means ends the stop When it is not determined, while operating terminated without outputting the cancel signal to the blocking means,
In the short-circuit protection operation when the DC motor is short-circuited, when the short circuit determination is made (S2), the CR integrated value is output to the overload determination unit via the quick charging unit, and the overload determination unit performs overload determination. (S4), and then repeating a series of overload determination operation and short-circuit determination operation for performing the same operation as the overload protection operation and terminating the operation,
The stop termination determination means is executed in each of the overload protection operation and the short circuit protection operation, and the DC motor is protected by temporarily stopping energization of the DC motor in the event of a short circuit and overload. When the stop time set value has elapsed, the direct current motor is resumed and the direct current motor is self-returned (claim 1).
また、本願発明は、直流モータをPWM駆動制御用のブリッジスイッチ素子を使用して駆動するようにし、前記短絡判定手段と、前記過負荷判定手段とが直流モータへの出力を遮断する遮断信号を発信して前記遮断手段を作動し、前記遮断手段が遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子をOFF作動(S3,S5,S14)し、直流モータの回転駆動を停止させる一方、前記停止終了判定手段が過負荷判定手段を介して遮断手段に解除信号を出力し、ブリッジスイッチ素子をON作動(S11,S20)させて直流モータの回転駆動を再開させることを特徴としている(請求項2)。
また、本願発明は、過負荷の際に直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないように過負荷設定値や停止時間設定値を設定し、その平均電流値は、平均電流値=(負荷電流波高値*通電時間)/(通電時間+休止時間)で算出され、前記休止時間は前記CR積分回路のコンデンサの放電時間であることを特徴としている(請求項3)。
また、本願発明は、前記短絡判定手段は、前記電流が短絡設定値より大きいときに前記遮断手段ブリッジスイッチ素子をOFF作動(S3)し、直ちに直流モータへの出力を遮断して短絡の際にPWM駆動制御用のブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようにしたことを特徴としている(請求項4)。
Also, the present invention provides blocking of the direct current motor so as to drive by using the bridge switch elements P WM drive control, cuts off said shorting judging means, the output of the overload determination means to the DC motor A signal is sent to actuate the shut-off means, and the shut-off means sends a shut-off command to turn off the bridge switch element (S3, S5, S14), stopping the rotation drive of the DC motor, while stopping the stop The judging means outputs a release signal to the shut-off means via the overload judging means, and the bridge switch element is turned on (S11, S20) to resume the rotational drive of the DC motor (Claim 2 ). .
In the present invention, an overload set value and a stop time set value are set so that an average current greater than or equal to the rated current does not flow to the DC motor in the event of an overload, and the average current value is calculated as follows: average current value = (load It is calculated by (current peak value * energization time) / (energization time + pause time), and the pause time is a discharge time of the capacitor of the CR integration circuit (claim 3 ).
Further, according to the present invention, the short-circuit judging means turns off the shut-off means bridge switch element (S3) when the current is larger than the short-circuit set value, and immediately shuts off the output to the DC motor and short-circuits. The bridge switch element for PWM drive control is characterized by not allowing a current exceeding the rated current to flow (claim 4 ).
本願発明では、電流検出手段が検出した直流モータの電流が定格電流より大きいときに過負荷常時判定手段がCR積分回路を働かせ、CR積分回路が電流検出手段からの電流に比例した値をCR積分し、CR積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、直流モータの電流が定格電流以下のときに過負荷常時判定手段がCR積分回路を働かせないようにリセットするようにしたので、直流モータを定格電流付近で動作している場合に負荷のちょっとした影響で定格電流を僅かに超えたときでも過負荷と判断してしまう誤作動を無くすことができ、直流モータを滑らかに動作できる。また、CR積分回路が過負荷常時判定手段からの電流に比例した値をCR積分し、CR積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、その遮断からの休止時間が予め設定する停止時間設定値を過ぎたときに停止終了判定手段が直流モータへの出力を復帰通電し、過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたので、過負荷時に直流モータに通電休止期間を設けることができて直流モータの平均電流値を定格電流以下にすることができ、直流モータの制御回路を確実に保護できる。また、CR積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、その遮断からの休止時間が予め設定する停止時間設定値を過ぎたときに停止終了判定手段が直流モータへの出力を復帰通電するようにしたので、CPU等の高価で嵩張る演算装置を必要とすることなく自己復帰でき、アンプ、コンパレータ、トランジスタ等の安価で小型の部品で構成でき、しかも、全体を簡易な構成(シンプル)で安価、小型にでき、小さなスペースに収めることができる。 In the present invention, when the current of the DC motor detected by the current detection means is larger than the rated current, the overload constant determination means operates the CR integration circuit, and the CR integration circuit sets a value proportional to the current from the current detection means to CR integration. When the output of the CR integration circuit becomes larger than the overload setting value, the overload determination means shuts off the output to the DC motor, and when the current of the DC motor is less than the rated current, the overload constant determination means Since the integration circuit is reset so that it does not work, when the DC motor is operating near the rated current, even if the rated current is slightly exceeded due to a slight influence of the load, it will be judged as an overload. The DC motor can be operated smoothly. Also, the CR integration circuit performs CR integration on a value proportional to the current from the overload constant determination means, and when the output of the CR integration circuit becomes larger than the overload set value, the overload determination means outputs the output to the DC motor. When the stop time after the shut-off has exceeded the preset stop time set value, the stop end judgment means restores the output to the DC motor, and temporarily turns on the DC motor in the event of an overload. Since the DC motor is protected by stopping it, it is possible to provide a stop period for energization of the DC motor in the event of an overload, and the average current value of the DC motor can be reduced below the rated current. Can be reliably protected. Also, when the output of the CR integration circuit becomes larger than the overload set value, the overload determination means shuts off the output to the DC motor, and the pause time from the cutoff exceeds the preset stop time set value In addition, the stop end determination means restores the output to the DC motor, so it can self-recover without the need for an expensive and bulky arithmetic unit such as a CPU, and it is an inexpensive, small component such as an amplifier, comparator, or transistor. In addition, the entire structure can be made simple, simple, inexpensive, small, and fit in a small space.
また、本願発明では、電流検出手段が検出した電流が予め設定する短絡設定値より大きいときに短絡判定手段が直流モータへの出力を遮断すると共にCR積分回路を働かせ、短絡の際にも直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたので、短絡時にも過負荷時と同様に直流モータに通電休止期間を設けることができて直流モータに定格電流以上の電流が流れるのを防止できると共に自己復帰でき、直流モータの制御回路を確実に保護できる。
また、本願発明では、直流モータをPMW駆動制御用のブリッジスイッチ素子を使用して駆動するようにすることで、直流モータの駆動装置を簡易な構成(シンプル)で安価、小型にして、PWM制御を行うブリッジ素子とともにて小型基板に纏めることができる。
また、本願発明では、過負荷の際に直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないように、詳しくは過負荷設定値や停止時間設定値を設定し、平均電流値=(負荷電流波高値*通電時間)/(通電時間+休止時間)で算出した平均電流値以上を流さないようにしたり、前記短絡判定手段は、前記電流が短絡設定値より大きいときに前記遮断手段ブリッジスイッチ素子をOFF作動(S3)し、直ちに直流モータへの出力を遮断して短絡の際にPMW駆動制御用のブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようにしたので、直流モータに適合した過負荷保護を確実にできる利点がある。
Further, in the present invention, when the current detected by the current detecting means is larger than a preset short-circuit setting value, the short-circuit judging means cuts off the output to the DC motor and activates the CR integration circuit. Since the DC motor is protected by temporarily stopping the energization of the DC motor, it is possible to provide an energization stop period for the DC motor even in the event of a short circuit, and a current exceeding the rated current can be provided to the DC motor. The flow can be prevented and self-recovery can be performed, and the control circuit of the DC motor can be reliably protected.
Also, in the present invention, the DC motor is driven using a bridge switch element for PMW drive control, so that the DC motor drive device has a simple configuration (simple), is inexpensive and small, and is PWM controlled. Along with the bridge element that performs the above, it can be collected on a small substrate.
Further, in the present invention, in order to prevent the average current exceeding the rated current from flowing to the DC motor in the event of an overload , in detail, an overload set value and a stop time set value are set, and the average current value = (load current peak value) * Energization time) / (Energization time + pause time) The average current value calculated by (current supply time + rest time) should not be exceeded, or the short circuit determination means may be configured to turn off the interruption means bridge switch element when the current is greater than the short circuit setting value. Since it is turned off (S3), the output to the DC motor is cut off immediately, so that no current exceeding the rated current flows through the bridge switch element for PMW drive control in the event of a short circuit. There is an advantage of ensuring protection.
図1は本発明の実施態様を示す直流モータの駆動装置のブロック図、図2は直流モータ短絡時の動作説明図、図3は直流モータ過負荷時の動作説明図である。直流モータの駆動装置は、外部の制御装置1からの正転、逆転のパルス信号によってブリッジスイッチ素子2を介して直流モータMの回転及び停止を制御するようになっている。この制御装置1は、一般的なPWM(パルス幅変調)駆動制御を実行する。電流検出手段3は、ブリッジスイッチ素子2を介して直流モータMに流れる電流を検出し、その電流を電圧に変換し、その電圧を増幅器4が増幅するようになっている。過負荷常時判定手段5は、増幅された電圧値によって直流モータMに流れる電流が定格電流値以下か否かを判定し、定格電流より大きいときに次に示すCR積分回路6を働かせ、定格電流値以下のときにCR積分回路6を働かせないようにCR積分回路6をリセットするようになっている。CR積分回路6は、電流検出手段3が検出した電流に比例した増幅電圧の入力によってその電圧をCR積分してCR積分値を出力するようになっている。また、CR積分回路6は、短絡時を除いて過負荷常時判定手段5の働きによって直流モータMの電流が定格電流値より大きいときに働くことになり、直流モータMの電流が定格電流値より小さい正常運転状態においては作動しないので寿命を長くできる。
FIG. 1 is a block diagram of a DC motor driving apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation explanatory diagram when a DC motor is short-circuited, and FIG. 3 is an operation explanatory diagram when a DC motor is overloaded. The DC motor drive device controls the rotation and stop of the DC motor M via the bridge switch element 2 by forward and reverse pulse signals from the external control device 1. The control device 1 executes general PWM (pulse width modulation) drive control. The current detection means 3 detects a current flowing through the DC motor M via the bridge switch element 2, converts the current into a voltage, and the amplifier 4 amplifies the voltage. The overload constant determination means 5 determines whether or not the current flowing through the DC motor M is less than or equal to the rated current value based on the amplified voltage value. When the current is larger than the rated current, the
短絡判定手段7は、電流検出手段3が検出した直流モータMの電流が予め設定する短絡設定値より大きいか否かを判定し、短絡設定値より大きいときに直流モータMへの出力を遮断する遮断手段8を作動させ、遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に遮断指令を発信して直流モータMへの出力を遮断(直流モータMの回転停止)するようになっている。また、短絡判定手段7は、電流検出手段3が検出した直流モータMの電流が短絡設定値より大きいときに急速充電手段9を作動させ、電流検出手段3が検出した電流に比例した電圧をCR積分回路6に入力し、短絡時にCR積分回路6が直流モータMに流れる電流に比例した入力をCR積分してCR積分値を出力するようになっている。過負荷判定手段10は、CR積分回路6の出力が予め設定する過負荷設定値より大きいか否かを判定し、CR積分回路6の出力が過負荷設定値より大きくなったときに直流モータMへの出力を遮断する遮断手段8に遮断信号を発信して遮断手段8を作動させ、遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に遮断指令を発信して直流モータMへの出力を遮断(直流モータMの回転停止)するようになっている。停止終了判定手段12は、短絡判定手段7と過負荷判定手段10が直流モータMへの出力を遮断してからの休止時間(停止時間)が予め設定する停止時間設定値(停止レベル設定値)になったか否かを判定し、休止時間が停止時間設定値を過ぎたとき(その時間になったときを含む)に過負荷判定手段10を介して遮断手段8に解除信号を出力し、遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に直流モータへの出力を復帰通電する復帰指令を発信して直流モータMへの出力を再開(直流モータMの回転駆動)するようになっている。即ち、短絡時や過負荷時に直流モータMへの通電が遮断されたときでも、停止時間設定値を経過した時点で直流モータMへの通電が再開され、直流モータMが自己復帰するようになっている。
The short circuit determination means 7 determines whether or not the current of the DC motor M detected by the current detection means 3 is larger than a preset short circuit setting value, and shuts off the output to the DC motor M when it is larger than the short circuit setting value. The shut-off means 8 is operated so that the shut-off means 8 sends a shut-off command to the bridge switch element 2 and shuts off the output to the DC motor M (stops rotation of the DC motor M). The short-circuit determining means 7 operates the quick charging means 9 when the current of the DC motor M detected by the current detecting means 3 is larger than the short-circuit set value, and the voltage proportional to the current detected by the current detecting means 3 is CR. The
上記構成の駆動装置においては、直流モータMに通電して直流モータMを始動させると、直流モータMに流れる電流を電流検出手段3が検出してその電流を電圧に変換し、その電圧が増幅器4で増幅されて過負荷常時判定手段5に入力される。過負荷常時判定手段5は、その入力によって直流モータMに流れる平均電流値が定格電流値以下か否かを判定し、定格電流より大きいときには、CR積分回路6を働かせてコンデンサCを充電し、CR積分回路6がCR積分値を出力して過負荷検出を行うが、定格電流値以下のときには、CR積分回路6を働かせないようにコンデンサCを放電することになり、CR積分回路6をリセットする。
次に、直流モータMが短絡した場合の短絡時保護動作の流れを図2に基づいて説明する。直流モータMの始動によりS1のステップで短絡判定開始がスタートすると、S2で短絡判定手段7が直流モータMの電流が短絡設定値より大きいか否かの判断動作を行い、直流モータMの電流が予め設定する短絡設定値より大きいと判定した「はい」のときは、S3で遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子2をOFFにし、直流モータMへの出力を遮断して直流モータMの回転を停止し、また、S4で急速充電手段9を介して直流モータMの電流に比例した電圧をCR積分回路6に入力してCR積分回路6のコンデンサCに充電し、CR積分回路6が直流モータMに流れる電流に比例した入力をCR積分してCR積分値を出力する。そして、過負荷判定手段10がCR積分回路6の出力(CR積分値)が予め設定する過負荷設定値より大きいとの判定動作を行うと、S5で遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子2をOFFにし、直流モータMへの出力を遮断して直流モータMの回転を停止することになるが、通常は既に直流モータMの回転が停止されているので安全のための再確認をすることになる。CR積分回路6の出力が過負荷であることを過負荷判定手段10が判定すると、S6でCR積分回路出力判定が過負荷判定手段10による過負荷判定から停止終了判定手段12による停止終了判定に切替えられる。
In the drive device having the above-described configuration, when the DC motor M is energized to start the DC motor M, the current detection means 3 detects the current flowing through the DC motor M and converts the current into voltage, and the voltage is amplified by the amplifier. 4 is amplified and input to the overload constant determination means 5. The overload constant determination means 5 determines whether or not the average current value flowing through the DC motor M is less than or equal to the rated current value based on the input. When the average current value is larger than the rated current, the
Next, a short-circuit protection operation flow when the DC motor M is short-circuited will be described with reference to FIG. When the start of the short circuit determination starts in step S1 by starting the direct current motor M, the short circuit determination means 7 determines whether or not the current of the direct current motor M is larger than the short circuit set value in step S2. If it is determined to be greater than the preset short-circuit set value, “Yes”, the shut-off means 8 sends a shut-off command to the bridge switch element 2 in S3 to turn off the bridge switch element 2 and output to the DC motor M. The motor is shut off to stop the rotation of the DC motor M, and the voltage proportional to the current of the DC motor M is input to the
その後、S7のステップでは、S3やS5において直流モータMへの出力が遮断されて直流モータMの電流が零になる結果、電流検出手段3が検出する直流モータMの電流が零になって電流検出がOFFになり、CR積分回路6はコンデンサCに充電された電力量の放電を開始する。次に、S8のステップで直流モータMへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサCが放電中か否かを判断し、放電中であること即ち直流モータMの回転停止が継続中であることを判断した「はい」のときは、S9のステップで停止終了判定手段12が直流モータMの休止時間(コンデンサCの放電時間)Tが予め設定する停止時間設定値(停止レベル設定値)を過ぎたか否か判断し、停止時間設定値を過ぎて停止終了を判定した「はい」のときは、S10のステップで停止終了判定手段12が過負荷判定手段10を介して遮断手段8に解除信号を出力し、ブリッジスイッチ素子2をON作動させて直流モータMの回転駆動を再開させ、自己復帰させる。なお、S2のステップで、短絡判定手段7が直流モータMの電流が短絡設定値以下であることを判定した「いいえ」のときは、短絡していないということで遮断手段8に解除信号を出力することなくS8のステップに進み、S8で直流モータMへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサCが放電中か否かを判断する。また、S8のステップで、コンデンサCが放電中でないことを判断した「いいえ」のときや、S9のステップで、停止終了判定手段12が停止終了を判断しない「いいえ」のときは、それぞれ遮断手段8に解除信号を出力することなくS11の終了に至り、以上に示す一連の短絡判定動作を繰り返すことになる。
Thereafter, in step S7, the output to the DC motor M is interrupted in S3 and S5, and the current of the DC motor M becomes zero. As a result, the current of the DC motor M detected by the current detection means 3 becomes zero and the current The detection is turned off, and the
次に、直流モータMが過負荷になった場合の過負荷保護動作の流れを図3に基づいて説明する。直流モータMの始動によりS12のステップで過負荷判定開始がスタートすると、S13で過負荷判定手段10がCR積分回路6の出力が過負荷設定値より大きいとの過負荷判定動作をした「はい」のときは、S14のステップで遮断手段8に遮断信号を発信し、遮断手段8がブリッジスイッチ素子2に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子2をOFFにし、直流モータMへの出力を遮断して直流モータMの回転を停止する。前記のように過負荷判定手段10がCR積分回路6の出力が過負荷であることを判定すると、S15でCR積分回路出力判定が過負荷判定手段10による過負荷判定から停止終了判定手段12による停止終了判定に切替えられる。
Next, the flow of the overload protection operation when the DC motor M is overloaded will be described with reference to FIG. When the overload determination start is started in step S12 by starting the DC motor M, the overload determination means 10 performs an overload determination operation that the output of the
その後、S16のステップで、前記直流モータMの回転が停止されて直流モータMの電流が零になる結果、電流検出手段3が検出する直流モータMの電流が零になって電流検出がOFFになり、CR積分回路6はコンデンサCに充電された電力量の放電を開始する。次に、S17のステップで直流モータMへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサCが放電中か否かを判断し、放電中であることを判断した「はい」のときは、S18のステップで停止終了判定手段12が直流モータMの休止時間(コンデンサCの放電時間)が予め設定する停止時間設定値(停止レベル設定値)を過ぎたか否か判断し、停止時間設定値を過ぎて停止終了を判定した「はい」のときは、S19のステップで停止終了判定手段12が過負荷判定手段10を介して遮断手段8に解除信号を出力し、ブリッジスイッチ素子2をON作動させて直流モータMの回転駆動を再開させ、自己復帰させる。なお、S13のステップで、過負荷判定手段10が直流モータMの電流が過負荷設定値以下であることを判定した「いいえ」のときは、過負荷状態ではないので遮断手段8に遮断信号を出力することなくS17のステップに進み、S17で直流モータMへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサCが放電中か否かを判断する。また、S17のステップで、コンデンサCが放電中でないことを判断した「いいえ」のときや、S18のステップで、停止終了判定手段12が停止終了を判断しない「いいえ」のときは、それぞれ遮断手段8に解除信号を出力することなくS20の終了に至り、以上に示す一連の過負荷判定動作を繰り返すことになる。
Thereafter, in step S16, the rotation of the DC motor M is stopped and the current of the DC motor M becomes zero. As a result, the current of the DC motor M detected by the current detection means 3 becomes zero and the current detection is turned OFF. Thus, the
次に、図4は、直流モータMが短絡した時の直流モータMの電流値と時間の関係及びCR積分回路6のCR積分出力(CR積分値)と時間の関係を示すグラフである。短絡時には、短絡設定値より大きな電流が流れるが、短絡判定手段7が電流検出手段3の検出電流値が短絡設定値より大きくなったことを判定すると、直流モータMへの通電が瞬時に停止されるので、直流モータMへは符号イで示すように短絡設定値より僅かに大きな電流が瞬時のみ流れることになる。また、短絡時の大きな電流値に比例した大きな電圧がCR積分回路6に入力されてコンデンサCに急速充電され、符号ロで示すようにCR積分回路6のCR積分出力が瞬時に過負荷設定値を超えると直流モータMへの通電を直ちに停止(図の場合は既に短絡判定手段7によって直流モータMへの通電が停止されているので安全上の再確認をすることになるが、省くこともに可能である)する。直流モータMへの通電が停止されると直流モータMの電流値が零になり、CR積分回路6のコンデンサCに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータMの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってCR積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段12が遮断手段8に解除信号を発信して直流モータMを回転駆動して自己復帰させる。その際、直流モータMが依然として短絡状態である場合は、以上の動作を繰り返し、大きな電流が所定時間ごとにきわめて短時間だけ瞬時に流れる状態を繰り返すことになる。直流モータMが短絡しても、前記のように直流モータMに休止時間毎にきわめて短期間だけ電流を流して直流モータMへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータMやブリッジスイッチ素子2を確実に保護することができる。
Next, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current value and time of the DC motor M when the DC motor M is short-circuited, and the relationship between the CR integration output (CR integration value) of the
図5は、直流モータMが過負荷になった時の直流モータMの電流値と時間の関係及びCR積分回路6のCR積分出力(CR積分値)と時間の関係を示すグラフである。直流モータMに符号ハで示すように過負荷設定値より大きくて短絡設定値より小さい電流が連続的に流れる過負荷の場合には、その過負荷の電流値に比例した電圧がCR積分回路6に入力され、符号ニで示すように通電時間に応じてコンデンサCに徐々に充電され、CR積分回路6のCR積分出力が過負荷設定値を超えると過負荷判定手段10が過負荷を判定して遮断手段8に遮断信号を発信し、直流モータMへの通電を停止する。この直流モータMへの通電停止により直流モータMの電流値が零になり、CR積分回路6のコンデンサCに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータMの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってCR積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段12が遮断手段8に解除信号を発信して直流モータMを回転駆動する。その際、直流モータMが依然として過負荷状態である場合は、以上の動作を繰り返し、過負荷電流が所定時間ごとに短時間だけ流れる状態を繰り返すことになる。直流モータMが過負荷状態であっても、前記のように直流モータMに休止時間毎に短期間だけ過負荷電流が流れて直流モータMへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータMやブリッジスイッチ素子2を確実に保護することができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current value and time of the DC motor M when the DC motor M is overloaded, and the relationship between the CR integration output (CR integration value) of the
図6は、直流モータMが異なる過負荷状態になった時の直流モータMの電流値と時間の関係及びCR積分回路6のCR積分出力(CR積分値)と時間の関係を示すグラフである。直流モータMに符号ホで示すように過負荷設定値より僅かに大きくて短絡設定値より小さい電流値が連続的に流れる過負荷の場合には、その過負荷の電流値に比例した電圧がCR積分回路6に入力され、符号ヘで示すように比較的長い通電時間によってコンデンサCに徐々に充電され、CR積分回路6のCR積分出力が過負荷設定値を超えると過負荷判定手段10が遮断手段8に遮断信号を発信して直流モータMへの通電を停止する。この直流モータMへの通電停止により直流モータMの電流値が零になり、CR積分回路6のコンデンサCに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータMの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってCR積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段12が遮断手段8に解除信号を発信して直流モータMを回転駆動する。その際、直流モータMが依然として同様の過負荷状態であるときは、以上の動作を繰り返し、過負荷電流が所定時間ごとに比較的長い時間流れる状態を繰り返すことになる。直流モータMが過負荷状態であっても、前記のように直流モータMに休止時間毎に所定時間だけ過負荷電流が流れて直流モータMへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータMやブリッジスイッチ素子2を確実に保護することができる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the current value and time of the DC motor M when the DC motor M is in different overload states, and the relationship between the CR integration output (CR integration value) of the
図7は、直流モータMに過負荷電流が図5や図6に示すように断続的に流れる場合に、直流モータMに流れる平均電流値が直流モータMの定格電流値よりも下回るように、過負荷設定値や休止時間設定値を設定してあることを示すものである。平均電流値は次の式で算出される。平均電流値=(負荷電流波高値*通電時間)/(通電時間+休止時間)。従って、過負荷の際には、直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないようになり、短絡の際には、ブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようになり、直流モータの平均電流値を定格電流以下にできて直流モータの制御回路を確実に保護できる。 FIG. 7 shows that when an overload current flows intermittently through the DC motor M as shown in FIGS. 5 and 6, the average current value flowing through the DC motor M is lower than the rated current value of the DC motor M. This indicates that an overload set value or a rest time set value has been set. The average current value is calculated by the following formula. Average current value = (load current peak value * energization time) / (energization time + outage time). Therefore, in the event of an overload, the average current exceeding the rated current will not flow to the DC motor, and in the event of a short circuit, the current exceeding the rated current will not flow to the bridge switch element. The average current value can be reduced below the rated current, and the DC motor control circuit can be reliably protected.
M 直流モータ
T 直流モータの休止時間
2 ブリッジスイッチ素子
3 電流検出手段
5 過負荷常時判定手段
6 CR積分回路
7 短絡判定手段
8 遮断手段
9 急速充電手段
10 過負荷判定手段
12 停止終了判定手段
M DC motor
T DC motor downtime
2 Bridge switch element 3 Current detection means 5 Overload constant judgment means 6 CR integration circuit 7 Short circuit judgment means
8 Blocking means
9 Quick charging means 10 Overload judging means 12 Stop end judging means
Claims (4)
直流モータが過負荷になった場合の過負荷時保護動作は、過負荷判定(S13)すると前記遮断手段を作動して直流モータへの出力を遮断して回転を停止し(S14)、前記CR積分回路の出力の過負荷判定を前記停止終了判定手段による停止終了判定に切替え(S15)、電流検出の停止により前記CR積分回路がコンデンサの放電を開始し(S16)、放電中か否かで直流モータの回転停止を判断(S17)し、放電中のときは、前記停止終了判定手段により直流モータの前記休止時間を判定(S18)し、前記休止時間が前記停止時間設定値を過ぎているときは前記停止終了判定手段が前記過負荷判定手段を介して前記遮断手段を解除して直流モータの回転駆動を再開し(S19)、放電中でないとき及び停止終了判定手段が停止終了を判断しないときは、遮断手段に解除信号を出力することなく動作終了させる一方、
直流モータが短絡した場合の短絡時保護動作は、短絡判定(S2)すると前記急速充電手段を介して前記CR積分値を前記過負荷判定手段に出力して前記過負荷判定手段が過負荷判定をし(S4)、以下前記過負時荷保護動作と同様の動作を行って動作終了させる一連の過負荷判定動作及び短絡判定動作を繰り返し、
前記過負時荷保護動作、及び前記短絡時保護動作の夫々で前記停止終了判定手段を実行し、短絡及び過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護し、前記停止時間設定値を経過した時点で直流モータへの通電が再開して直流モータが自己復帰するようにした直流モータの駆動装置。 In a DC motor drive device equipped with a protection function for a DC motor control circuit when a large current flows, current detection means for detecting the current flowing through the DC motor and input proportional to the current detected by the current detection means CR integration circuit that performs CR integration and outputs the CR integration value, and determines whether or not the current detected by the current detection means is less than the rated current. When the current is larger than the rated current, the CR integration circuit is activated to be proportional to the current value. The overload is determined by charging the capacitor of the CR integration circuit and discharging the capacitor to reset the CR integration circuit so that it does not work when the current is below the rated current. determines greater or not than the set value, the overload determining means for blocking the output to the DC motor when the output of the CR integrator is larger than the overload setting value, the Force is determined whether only the blocking means for blocking the output to the DC motor when larger than the overload setting value, the stop time set value downtime and then cut the output of the DC motor is set in advance while Ru and a stop end determination means for returning current output to the DC motor when passed, the current the current detection unit detects that determines whether larger or not than a short circuit setting value set in advance, the Short-circuit determining means for operating a quick charging means for charging a capacitor of the CR integration circuit with a voltage proportional to the current;
In the overload protection operation when the DC motor is overloaded, when the overload is judged (S13), the shut-off means is operated to shut off the output to the DC motor and stop the rotation (S14). The overload determination of the output of the integration circuit is switched to the stop end determination by the stop end determination means (S15), and the CR integration circuit starts discharging the capacitor by stopping the current detection (S16). The rotation stop of the DC motor is determined (S17). When the DC motor is discharging, the stop time determination unit determines the stop time of the DC motor (S18), and the stop time exceeds the stop time set value. When the stop end determination means releases the blocking means via the overload determination means and restarts the rotational drive of the DC motor (S19), when the discharge is not being performed and when the stop end determination means ends the stop When it is not determined, while operating terminated without outputting the cancel signal to the blocking means,
In the short-circuit protection operation when the DC motor is short-circuited, when the short circuit determination is made (S2), the CR integrated value is output to the overload determination unit via the quick charging unit, and the overload determination unit performs overload determination. (S4), and then repeating a series of overload determination operation and short-circuit determination operation for performing the same operation as the overload protection operation and terminating the operation,
The stop termination determination means is executed in each of the overload protection operation and the short circuit protection operation, and the DC motor is protected by temporarily stopping energization of the DC motor in the event of a short circuit and overload. A driving apparatus for a direct current motor in which energization to the direct current motor is resumed when the stop time set value has elapsed and the direct current motor is automatically restored .
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