CN102362423A - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的控制装置是电动机与电磁制动器电连接并对它们输出驱动电压的控制装置，具备：PWM信号输出单元，输出基于对所述电磁制动器预先设定的设定电压的占空比的PWM信号；以及电磁制动器驱动单元，输入所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分，将该直流电压的一部分转换为与从所述PWM信号输出单元输出的所述PWM信号的占空比成比例的直流电压并向所述电磁制动器输出。

Description

控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及电动机以及电磁制动器的控制装置以及控制方法。

背景技术

一般而言，在并用电动机与电磁制动器的情况下，与电动机的规格和用途相配地选定电磁制动器。因此，电动机与电磁制动器电动机并不限于相同规格的组合，也很多情况下对电动机和电磁制动器分别必须设置控制单元。这些控制单元例如在专利文献1和专利文献2中所述，最好设为电动机和电磁制动器通用，但在现有的通用的单元中，电动机的规格和电磁制动器的规格受到限制。

专利文献1：日本特开平11-113295号公报

专利文献2：日本特开平11-215892号公报

发明内容

但是，例如电动机的驱动电源具有直流、交流两种，且供应的电压也各种各样。另外，对电磁制动器供应的电压也根据其厂商或使用目的而变化。因此，当限制电动机与电磁制动器的规格时，控制单元就失去了通用性。而且，为了确保对电磁制动器供应的驱动电压，每次准备固有的电源都会花费工夫，另外，还需要电源与控制单元的布线作业。

本发明的目的在于不需要电磁制动器用的固有的电源，但是在电动机和电磁制动器中驱动电压不同时也能够应对。

根据本发明，提供一种控制装置，与电动机和电磁制动器电连接，对它们输出驱动电压，该控制装置的特征在于，具备：PWM信号输出单元，输出基于对所述电磁制动器预先设定的设定电压的占空比的PWM信号；以及电磁制动器驱动单元，输入所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分，将该直流电压的一部分转换为与从所述PWM信号输出单元输出的所述PWM信号的占空比成比例的直流电压并向所述电磁制动器输出。

另外，根据本发明，提供一种控制方法，对电动机和电磁制动器输出驱动电压，该控制方法的特征在于，具备：PWM信号输出工序，输出基于对所述电磁制动器预先设定的设定电压的占空比的PWM信号；以及电磁制动器驱动工序，将所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分转换为与由所述PWM信号输出工序输出的所述PWM信号的占空比成比例的直流电压并向所述电磁制动器输出。

根据本发明，不需要电磁制动器用的固有的电源，但是在电动机和电磁制动器中驱动电压不同时也能够应对。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的控制装置A的框图。

图2是表示控制电路10的例子的框图。

图3A是表示电磁制动器控制电路20的例子的电路图。

图3B是表示输入到输入部21的电压的图。

图3C是表示从端子2a输出的电压的图。

图4是本发明的其他实施方式所涉及的控制装置B的框图。

图5是本发明的其他实施方式所涉及的控制装置C的框图。

具体实施方式

<第一实施方式>

图1是本发明的一实施方式所涉及的控制装置A的框图。控制装置A具备：与电动机M电连接的连接部1、以及与电磁制动器Bk电连接的连接部2。电动机M在本实施方式的情况下设想交流电动机。电磁制动器Bk通过直流电压驱动，本实施方式的情况下，设想在直流电压的供应过程中工作为非制动状态、在供应切断时工作为制动状态。与此相反，也可以在直流电压的供应过程中为制动状态、在供应切断时为非制动状态。

电磁制动器Bk例如连结于电动机M的驱动轴，在制动状态下使电动机M的驱动轴的旋转停止的连接部1、2分别具有连接电动机M、电磁制动器Bk所需数量的端子，控制装置A从连接部1、2分别输出驱动电压，驱动电动机M、电磁制动器Bk。交流电源100例如为200V的商用电源。控制装置A具有交流电源100电连接的连接部3，从交流电源100输出的交流电压输入到控制装置A。控制装置A具备连接与外部计算机的通信线路的连接部4。连接部4中输入来自于外部计算机的指示等。

控制装置A具备AC/DC转换器5。AC/DC转换器5为将输入到连接部3的交流电压转换为电动机M的驱动中所使用的直流电压(例如，280V)并向母线bb输出的整流器。母线bb与电动机驱动电路6和电磁制动器驱动电路20连接。也就是，电动机驱动电路6和电磁制动器驱动电路20对于AC/DC转换器5并联连接，母线bb上的电动机M的驱动中所使用的直流电压的一部分(换言之，直流电力或直流电流的一部分)输入到电磁制动器驱动电路20。

电动机驱动电路6在本实施方式的情况下为将经由母线bb输入的直流电压转换为交流电压并作为驱动电压向电动机M输出的逆变器。在本实施方式的情况下，电动机驱动电路6在电动机M的驱动中发生异常时，向控制电路10输出请求非常停止的停止信号。此外，作为电动机M采用直流电动机时，电动机驱动电路6也采用输出直流电压的驱动电路。此时，在向电动机M输出与经由母线bb输入的直流电压不同的电压时，例如能够使用DC-DC转换器等。测量电路7一直测量母线bb上的直流电压，并向控制电路10反馈其测量结果。通过测量电路7一直测量母线bb上的直流电压，从而实时监视母线bb上的电压变动。测量电路7例如为A/D转换器。

控制电路10对电动机驱动电路6输出与电动机M的控制相关的控制信号。例如，在控制电动机M的转数时，从控制电路10向电动机驱动电路6输出PWM信号作为控制信号。电动机驱动电路6向电动机M输出与所输入的PWM信号的占空比成比例的频率的驱动电压，从而变更电动机M的速度。控制电路10另外向电磁制动器驱动电路20输出根据对于电磁制动器Bk预先设定的设定电压计算出的占空比的PWM信号。

图2是表示控制电路10的例子的框图。控制电路10具备CPU11、RAM12、ROM13、I/F(接口)14、以及控制器15。CPU11执行存储在ROM13中的程序。RAM12中存储有临时性数据，ROM13中存储有固定的数据和程序。它们也可以是其他种类的存储单元。I/F14中包含经由连接部4连接外部计算机与CPU11的通信接口、连接测量电路7等与CPU11的I/O接口。此外，对于CPU11等，通过未图示的DC电源供应电力。

控制器15例如为FPGA(Field Program Gate Array，现场可编程门阵列)。在本实施方式的情况下，控制器15首先根据来自于CPU11的指示，输出对于电动机驱动电路6的控制信号。另外，根据来自于CPU11的指示，对电磁制动器驱动电路20输出PWM信号。进而，在停止信号从电动机驱动电路6输出到控制器15时，控制器15不经由CPU11而切断对于电动机M和电磁制动器Bk的电力供应。据此，电动机M的驱动停止，电磁制动器Bk成为制动状态。控制器15进行电动机M和电磁制动器Bk这两者的控制，且不经由CPU11，就能够在紧急时使时间滞后最小地停止电动机M的驱动，使致动器Bk为制动状态。此外，作为执行这种紧急停止的紧急停止条件，除了从电动机驱动电路6输出停止信号的情况以外，例如可以举出经由CPU11从外部计算机收到紧急停止指示的情况。

对电磁制动器驱动电路20输出的PWM信号的占空比在本实施方式的情况下是由CPU11进行计算。CPU11根据对于电磁制动器Bk预先设定的设定电压以及母线bb上的直流电压计算占空比。设定电压为对电磁制动器Bk施加的目标驱动电压，取决于电磁制动器Bk的种类，但例如为24V、90V等。设定电压例如经由连接部4从外部计算机输入，并存储到RAM12中。或者，也可以在ROM13中存储电磁制动器Bk的种类、以及各设定电压，在经由连接部4从外部计算机输入电磁制动器Bk的种类时，从ROM13中读出对应的设定电压。

在本实施方式的情况下，母线bb上的直流电压作为测量电路7的测量结果。此外，在不设置测量电路7的情况下，也可以将从AC/DC转换器5输出的规格上的直流电压存储在ROM13中，将其视为母线bb上的直流电压。而且，PWM信号的占空比D可以根据D＝(设定电压)/(母线bb上的直流电压)计算。CPU11向控制器15输出表示计算出的占空比的信息，控制器15向电磁制动器驱动电路20输出该信息表示的占空比的PWM信号。

如本实施方式所示，在将母线bb上的直流电压作为测量电路7的测量结果时，CPU11实时计算占空比并对控制器51指示占空比，从而即使电动机M产生再生电压、或者由于混入噪声而在母线bb上产生电压变动，也能够与电压变动相应地调整占空比，使供应给电磁制动器Bk的直流电压稳定。

接着，对电磁制动器驱动电路20进行说明。图3A是表示电磁制动器控制电路20的例子的电路图。电磁制动器控制电路具有：输入部21，与母线bb连接并输入母线bb上的直流电压；以及输入部22，输入来自于控制器15的PWM信号。图中，R为电阻器。电磁制动器驱动电路20具备开关元件23、24。

开关元件24在本实施方式的情况下为FET，其漏极与构成连接部2的一个端子2b连接。构成连接部2的另一个端子2a连接于输入部21。端子2a、2b与电磁制动器Bk连接，另外，端子2a、2b间连接有电涌吸收用的二极管25。但是，在开关元件24为接通(ON)时，对电磁制动器Bk输出母线bb上的直流电压，在断开(OFF)时切断该直流电压。因此，通过开关元件24的接通/断开，能够切换向电磁制动器Bk的驱动电压的输出/切断。

开关元件23在本实施方式的情况下为输入-输出间被绝缘的光电元件(例如光耦合器)，具备：发光元件(本实施方式中为LED)23a；以及受光元件(本实施方式中为光敏晶体管)23b。通过使用输入-输出间被绝缘的光耦合器作为开关元件23，能够使得控制电路10不受例如母线bb上的噪声等、驱动电路侧的噪声的影响，另外，能够避免因故障对控制电路10侧施加驱动电压的情形。来自于控制器15的PWM信号输入到LED23a来使LED23a点灭。光敏晶体管23b的集电极连接于未图示的DC电源，通过LED23a的点灭进行接通/断开，对开关元件24进行接通/断开。这样，根据来自于控制器15的PWM信号，能够切换向电磁制动器Bk的驱动电压的输出/切断。

图3B是表示输入到输入部21的电压的图，表示母线bb上的直流电压V。图3C表示从端子2a输出的电压，为向电磁制动器Bk的驱动电压。如图3C所示，向电磁制动器Bk的驱动电压为与PWM信号的占空比相应的脉冲信号，因此通过调整脉冲幅度，就能够控制t0-t间的每单位时间的平均电压。因此，能够将母线bb上的直流电压转换为设定电压。

如此在本实施方式中，通过部分地利用电动机M的驱动中所使用的直流电压，将其调整为适于电磁制动器Bk的驱动的电压并供应给电磁制动器Bk，从而不需要电磁制动器Bk用的固有的电源，但是在电动机M和电磁制动器Bk中驱动电压不同时也能够应对。

<第二实施方式>

在上述第一实施方式中，采用了控制装置A具备AC/DC转换器5的结构，但也可以采用不具备AC/DC转换器5的结构。图4是本发明的其他实施方式所涉及的控制装置B的框图。在同图中，对与控制装置A同样的结构标注相同的符号并省略说明，下面仅对不同结构进行说明。

控制装置B不像控制装置A那样具备AC/DC转换器5，而是AC/DC转换器5作为控制装置B的外部结构。而且，对连接部3输入从AC/DC转换器5输出的直流电压，母线bb与连接部3连接。

<第三实施方式>

在上述第一实施方式中，在电磁制动器Bk的驱动电压的生成中，利用在生成电动机M的驱动电压的过程中产生的直流电压作为电动机M的驱动中所使用的直流电压，但也可以利用电动机M的驱动电压。图5是本发明的其他实施方式所涉及的控制装置C的框图。在同图中，对与控制装置A同样的结构标注相同的符号并省略说明，下面仅对不同结构进行说明。

控制装置C不像控制装置A那样具备AC/DC转换器5，而是AC/DC转换器5作为控制装置C的外部结构。而且，对连接部3输入从AC/DC转换器5输出的直流电压，母线bb与连接部3连接。电动机M为直流电动机，控制装置C不像控制装置A那样具有电动机驱动电路6。也就是，关于电动机M的驱动，控制装置C只是将从AC/DC转换器5输出的电压直接供应给电动机M。

Claims (11)

1.一种控制装置，与电动机和电磁制动器电连接，对它们输出驱动电压，该控制装置的特征在于，具备：

PWM信号输出单元，输出基于对所述电磁制动器预先设定的设定电压的占空比的PWM信号；以及

电磁制动器驱动单元，输入所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分，将该直流电压的一部分转换为与从所述PWM信号输出单元输出的所述PWM信号的占空比成比例的直流电压并向所述电磁制动器输出。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

具备：交流-直流转换单元，该交流-直流转换单元输入交流电压，将该交流电压转换为所述电动机的驱动中所使用的直流电压。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

具备：电动机驱动单元，该电动机驱动单元输入直流电压，向电动机输出驱动电压，

输入到所述电动机驱动单元的所述直流电压的一部分输入到所述电磁制动器驱动单元。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，

所述电动机驱动单元为将所输入的直流电压转换为交流电压并作为驱动电压向所述电动机输出的逆变器。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述电磁制动器驱动单元具备：

第一开关元件，对所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分向所述电磁制动器的输出/切断进行切换；以及

第二开关元件，输入从所述PWM信号输出单元输出的所述PWM信号，根据所述PWM信号对所述第一开关元件进行接通/断开，且输入-输出间被绝缘。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，

所述第一开关元件为FET，

所述第二开关元件为光耦合器。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述PWM信号输出单元具备：

计算单元，根据所述设定电压计算所述占空比，输出表示计算出的所述占空比的信息；以及

控制器，根据所述计算单元输出的所述信息，向所述电磁制动器驱动单元输出所述PWM信号。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

具备：测量单元，该测量单元一直测量所述电动机的驱动中所使用的直流电压，并向所述计算单元反馈测量结果，

所述计算单元根据所述测量单元的测量结果调整所述占空比。

9.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，

所述PWM信号输出单元具备：

计算单元，根据所述设定电压计算所述占空比，输出表示计算出的所述占空比的信息；以及

FPGA，根据所述计算单元输出的所述信息，向所述电磁制动器驱动单元输出所述PWM信号，

所述FPGA向所述电动机驱动单元输出控制信号，另一方面在预先规定的紧急停止条件成立时，使所述电动机停止并且使所述电磁制动器工作。

10.一种控制方法，对电动机和电磁制动器输出驱动电压，该控制方法的特征在于，具备：

PWM信号输出工序，输出基于对所述电磁制动器预先设定的设定电压的占空比的PWM信号；以及

电磁制动器驱动工序，将所述电动机的驱动中所使用的直流电压的一部分转换为与由所述PWM信号输出工序输出的所述PWM信号的占空比成比例的直流电压并向所述电磁制动器输出。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，具备：

一直测量所述电动机的驱动中所使用的直流电压的测量工序；以及

根据所述测量工序的测量结果调整所述占空比的工序。

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