JP2006197750A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構を持たないモータにおいても、部品点数を増やすことなく、停電の際にも、モータによる駆動対象を短時間で停止させることが可能となる。
【解決手段】三相巻線８と回転子永久磁石７とを有するＤＣブラシレスモータ５を駆動制御するためのモータ駆動制御装置であって、電源と、電源とＤＣブラシレスモータ５との間に接続されたインバータ回路４と、停電を検出する停電検出回路１５と、停電検出回路１５により停電が検出された場合に、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡させるコンピュータ１０とを備え、停電時には、残電気で制御が可能な時間範囲において、ＤＣブラシレスモータ５の三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７によってＤＣブラシレスモータ５の回転エネルギーをダイナミックブレーキにより制動させる。
【選択図】図１

Description

この発明はモータ駆動制御装置に関し、特に、減速機構を持たないＤＣブラシレスモータを駆動させるためのモータ駆動制御装置に関する。

従来のモータで駆動されるエレベータのドア装置においては、乗場戸に常に戸閉方向への力を加えるドアクローザを設け、乗場戸の開閉中又は全開中に電源が停電すると、乗場戸はドアクローザの力で戸閉する。電源が停電すると、電磁接触器が消勢し、ドアモータの端子間を抵抗器を介して短絡させる。これにより、ドアモータは発電制動力を発生し、乗場戸は速やかに減速する。また、抵抗器によって、ドアモータの制動力は弱められるので、停電が継続し、ドアモータが発電制動力を出している状態でも、手動で乗場ドアを開閉することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２６１２８１号公報

従来のドア装置においては、上述したようにドア開閉時に停電した時、電磁接触器を消勢し、ドアモータの端子間を抵抗器を介して短絡するようにして、開閉中の乗場戸を速やかに減速して、乗客に衝突する可能性を減少させているが、電磁接触器や抵抗器を組み込むことにより部品点数が増えてコスト高となってしまうという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、減速機構を持たないモータにおいて、部品点数を増やすことなく、停電の際にも、モータによる駆動対象を短時間で停止させることが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的としている。

この発明は、三相巻線と回転子磁石とを有するＤＣブラシレスモータを駆動制御するためのモータ駆動制御装置であって、電源と、前記電源と前記ＤＣブラシレスモータとの間に接続されたインバータ回路と、前記電源からの電力の供給が停止したことを検出する停電検出手段と、前記停電検出手段により停電が検出された場合に、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線（の端子間）を短絡させる停電時インバータ短絡手段とを備え、停電時には、（前記モータ駆動制御装置内の）残電気で（前記停電時インバータ短絡手段を）制御が可能な時間範囲において、前記ＤＣブラシレスモータの三相巻線の巻線抵抗と回転子磁石とによって前記ＤＣブラシレスモータの回転エネルギーをダイナミックブレーキにより制動させることを特徴とするモータ駆動制御装置である。

この発明は、三相巻線と回転子磁石とを有するＤＣブラシレスモータを駆動制御するためのモータ駆動制御装置であって、電源と、前記電源と前記ＤＣブラシレスモータとの間に接続されたインバータ回路と、前記電源からの電力の供給が停止したことを検出する停電検出手段と、前記停電検出手段により停電が検出された場合に、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線（の端子間）を短絡させる停電時インバータ短絡手段とを備え、停電時には、（前記モータ駆動制御装置内の）残電気で（前記停電時インバータ短絡手段を）制御が可能な時間範囲において、前記ＤＣブラシレスモータの三相巻線の巻線抵抗と回転子磁石とによって前記ＤＣブラシレスモータの回転エネルギーをダイナミックブレーキにより制動させることを特徴とするモータ駆動制御装置であるので、減速機構を持たないモータにおいても、部品点数を増やすことなく、停電の際にも、モータによる駆動対象を短時間で停止させることが可能となる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置について説明する。本実施の形態においては、自動ドアを駆動させるためのモータを制御するモータ駆動制御装置を例に挙げて説明する。図１は、減速機構を持たない自動ドア開閉用ＤＣブラシレスモータの駆動制御装置の概略回路図である。図２はこの発明に係るモータ駆動制御装置を自動ドア機構に組み込んだ自動ドアの構成図である。

本実施の形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成は、以下の通りである。図１に示すように、駆動制御装置１に、制御対象のＤＣブラシレスモータ５が接続されている。また、ＤＣブラシレスモータ５には、減速機構（ギア）を持たない自動ドア開閉機構１６が接続されている。駆動制御装置１内には、コンバータ回路２と、電解コンデンサ３と、インバータ回路４と、各信号Ｉ／Ｏ回路１１と、停電検出回路１５とを有している。各信号Ｉ／Ｏ回路１１は、内部にコンピュータ（ＣＰＵ）１０を備えており、コンピュータ（ＣＰＵ）１０で用いられる各種検出信号を入力したり、コンピュータ（ＣＰＵ）１０で生成された各種制御信号を出力したりするものである。なお、１２は母線電圧検出信号、１３はＰＷＭ信号、１４は電流検出器１４Ａで検出される電流検出信号である。また、ＤＣブラシレスモータ５内には、回転子永久磁石７と、指令出力固定子三相巻線８（以下、三相巻線８とする。）と、パルス発生器６と、磁極位置検出回路９とが設けられている。

駆動制御装置１は、コンバータ回路２の出力に電解コンデンサ３を設置し、直流電源を形成している。その直流電源を使用し、インバータ回路４をＰＷＭ信号１３によりＰＷＭ制御し、ＤＣブラシレスモータ５に出力し、その出力とＤＣブラシレスモータ５に組み込んであるパルス発生器６の信号によりＤＣブラシレスモータ５が速度制御されて回転するように構成されている。コンピュータ（ＣＰＵ）１０は、Ｐ−Ｎ間の母線電圧検出信号１２、インバータ回路４へのＰＷＭ信号１３の出力、パルス発生器６からのパルス信号、磁極位置検出回路９による磁極位置検出信号、電流検出器１４Ａからの電流検出信号１４、ドア開放信号を使って、制御を行っている。

このように構成された図１の駆動制御装置１を、図２に示す引き戸形の自動ドア開閉機構に組み込んだ例について説明する。図２は減速機構（ギア）を持たない、自動ドア引戸形の開閉機構である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。建物の出入り口の上方に配設された取付台１９と無目２０の内部に駆動制御装置１を格納している。取付台１９には、図２（ａ）に示すように、ＤＣブラシレスモータ５、駆動制御装置１、および、従動プーリ２３が設けられている。さらに、取付台１９には、図２（ｂ）に示すように、スライドレール２７が取付けられている。また、ＤＣブラシレスモータ５のシャフトには駆動プーリ２１が設けられており、ＤＣブラシレスモータ５が駆動制御装置１により駆動されると、駆動プーリ２１が回転する。駆動プーリ２１と従動プーリ２３との間には、無端のドア開閉用の駆動タイミングベルト２４が掛け回されている。図示の例では自動ドアは２枚のドア１７および１８を備えており、これらドア１７および１８は、それぞれ一対の戸車２２によってスライドレール２７から吊り下げられていて、スライドレール２７上を走行して建物の出入り口を開閉できるようにしてある。

戸車２２によって吊り下げられたドア１７および１８のうちの一方のドア１７は、連結金具２５によって駆動タイミングベルト２４の上部走行部に連結され、他方のドア１８は、連結金具２６によって駆動タイミングベルト２４の下部走行部に連結されている。ＤＣブラシレスモータ５が駆動されて駆動プーリ２１が駆動タイミングベルト２４を矢印Ａ方向（反時計方向）に駆動させると、ドア１７は左方向に移動し、ドア１８は右方向に移動して出入り口が開放される。逆に、駆動タイミングベルト２４を時計方向に駆動させると、ドア１７は右方向に移動し、ドア１８は左方向に移動して出入り口が閉鎖される。ドア開放時は開放端手前の位置で停止し、閉鎖時は左右２枚のドア１７および１８に隙間が開かない位置（閉鎖端）で停止させている。

図２に示したような減速機構を持たないＤＣブラシレスモータ５の駆動制御装置１において、ドア１７および１８の開閉時に人為的外力（乗客の手など）でドア１７および１８が押されたり、或いは、風圧や風損などの影響により、ドア移動面に摩擦力が通常より小さくなったりした時、ドア開放速度指令よりも実速度の方が大きくなってしまい、ドア減速停止時における駆動制御装置１の母線電圧が上昇する。母線電圧検出信号１２により母線電圧の上昇を検出すると、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡し、ドア減速中のモータ回転エネルギーを、ＤＣブラシレスモータ５の三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７の誘起電圧で発電制動させ、ドア１７および１８をダイナミックブレーキ停止させる。なお、前記インバータ回路を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡させる停電時インバータ出力制御手段において、ダイナミックブレーキが強過ぎたりする場合の制御手段として、前記インバータ回路の下側のアームのトランジスタを前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡／開放を繰返すＯＮ/ＯＦＦ制御(ＰＷＭ制御等)とすることにより、より精度の良い制動停止ができる。
また、減速途中に母線電圧検出信号１２により母線電圧が正常値に戻ったことが検出されると、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間の短絡を解除し、元の制御に復帰させ、前記ＤＣブラシレスモータの力行制動や必要に応じて残りの回転エネルギーをＰ−Ｎ母線間に組み込んである電解コンデンサ３と、ＤＣブラシレスモータ５の三相巻線８の巻線抵抗と、回転永久磁石７の誘起電圧による減速制動の複合で、ドア１７および１８を減速停止させる回生ブレーキを用いて、停止位置ずれもおこさないように制御する。

また、ドア開放時に通行人等によりドアを軽く手で押される行為などをされると、ドア開放速度指令よりも実速度が大きくなり、ドア開放減速停止時の回生電力が大きくなる。その回生電力をＰ−Ｎ母線間に組み込んである電解コンデンサ３とＤＣブラシレスモータ５内の三相巻線８の巻線抵抗で消費し、ドア１７および１８を減速停止させる回生ブレーキを用いるようにしてもよい。

また、ドア開閉途中で、外力、風圧、風損などでドア速度が変化したときのドア減速停止動作中のときは、Ｐ−Ｎ母線間の電位が異常値まで上昇する場合が想定される。本実施の形態においては、母線電圧が、異常値の前の段階の所定の値（図３のＢ点参照）に達したことを検出したら、インバータ出力を制御し、ダイナミックブレーキによりドア１７および１８を減速停止させるように動作する。ダイナミックブレーキによりドアを減速し、減速途中で母線電圧が正常値になると、ダイナミックブレーキを解除し、回生ブレーキにして、ドア１７および１８を停止させるようにする、このことにより、本実施の形態においては、回生アラーム停止を未然に防ぐことができるので、常に安定して自動ドアを駆動させることができる。自動ドアが一旦アラーム停止してしまうと、運転再開までのメンテナンスに時間がかかり、利用者が不便になってしまうので、未然にアラーム停止を防止できることは、有意義である。

また、ドア開放停止中は、ＤＣブラシレスモータ５のモータ出力を零とし、即ちモータトルクを零として、ドアをフリー状態としているが、外力、風圧、風損、ドアの傾斜などにより、ドア１７および１８が移動する場合がある。そのようなドア移動を起こさないようにするため、開放停止中は、制動ループに位置ループを機能させ、ＤＣブラシレスモータ５を停止位置ロックし、ドア１７および１８を移動させないようにする（停止位置ロック手段）。

また、ＤＣブラシレスモータ５の内部に組み込まれたパルス発生器６の信号により、磁極位置検出回路９により、パルス発生器６の信号を磁極位置検出と速度信号および自動ドア開閉機構１６よりドア開放信号とパルス数による組合せにてドア位置信号として、ドア１７および１８の開閉制御とドア１７および１８の開閉位置の制御を行っているが、ドアの開位置や閉位置や減速開始位置等の各々の信号を受けて独立制御することにより、ドア１７および１８の開閉位置を制御できるようにしてもよい。

上述のように、本実施の形態は、減速機構を持たない自動ドア開閉用ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置において、停電発生時または外乱発生による母線電圧の上昇検出時には、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡し、ドア減速中のモータ回転エネルギーを、三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７の誘起電圧で発電制動させ、ダイナミック制動停止させる。減速途中に母線電圧が正常値に戻ると、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間の短絡を解除し、もとの制御に復帰し、前記ＤＣブラシレスモータの力行制動や必要に応じて残りの回転エネルギーをＰ−Ｎ母線間に組み込んである電解コンデンサ３と三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７の誘起電圧による減速制動の複合でドアを減速停止させ、停止位置ずれもおこさないようにする。それら一連の制御をコンピュータ１０で制御できるようにしたことにより、停電時や外乱発生時のための特別な回路を設ける必要もなく、安価に、かつ、容易に制御することができる。

このように、本実施の形態に係る減速機構を持たない自動ドア開閉用ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置は、外付けの回生ブレーキ回路や発電制動回路等の停電時のための特別な回路を不要にでき、部品点数を増やすことなく、同等の機能を得るものであり、その回路部品構成が簡易になりコストおよび不良率などの低減を図ることができる。また、人為的外力や風圧、風損などの影響でアラームが発生してしまうことを防止するようにしたため、人為的外力や風圧、風損などによる負荷変動に対しても、ドアを異常停止させることなく、常にドアの開閉動作を安定して行うことができるので、ドア開閉動作の信頼性向上が図れる。

次に、本実施の形態に係る自動ドア駆動制御装置の動作について、図３〜図６を用いてさらに詳細に説明する。図３は、この発明に係る駆動制御装置におけるドアが外力で押されたときのドア開閉速度と母線電圧の変化を示した説明図である。図４は、この発明に係る駆動制御装置におけるドア開閉中に停電した時のドア開閉速度と開閉時間動作を示した説明図である。また、図５は、人為的外力や風圧、風損などがドアに負荷として加わる外乱発生時の制御の流れを示したフローチャートであり、図６は、停電発生時の制御の流れを示したフローチャートである。

まず、図５および図３を用いて、人為的外力や風圧、風損などがドアに負荷として加わる外乱発生時の制御の流れについて説明する。図５に示すように、ステップＳ１において起動信号がＯＮされて自動ドアの開閉制御を開始する。このとき、ステップＳ４により、人為的外力や風圧および風損等によりドア１７および１８に負荷として加わる外乱が発生したとする。ステップＳ４の外乱が小さいときは、コンピュータ１０は、ステップＳ２の判定において、母線電圧検出信号１２により母線電圧が正常値であると判定する。この場合には、ステップＳ３において、コンピュータ１０は、インバータ回路４の出力による速度制御による力行制動や通常の回生ブレーキで、ドア１７および１８を開閉減速停止する制御を行う。

一方、ステップＳ４の外乱が大きいときは、図３に示すように、外乱が発生したＤ時点以降のある時点から、ドア開放速度指令よりも実速度の方が大きくなる。そのため、コンピュータ１０は、ステップＳ２の判定において、母線電圧検出信号１２により母線電圧が正常値でないと判定する。次に、ステップＳ９の判定で、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧が図３のＡ点（異常点）以内であることを検出すると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧が図３のＢ点（第１の閾値）を超えたことを検出すると、ステップＳ６において、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡し、ダイナミックブレーキにより、母線電圧値が図３のＣ点に到達するまでドアを減速させる（外乱発生時インバータ回路の下アームのトランジスタ出力の制御手段）。一方、ステップＳ５において、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧が図３のＢ点（第１の閾値）を下回っていることを検出すると、ステップＳ６には行かずに、そのままステップＳ７に進む。ステップＳ７において、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧がＣ点（第２の閾値）に到達したことを検出すると、ステップＳ８において、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間の短絡を解除し、インバータ出力による速度制御による力行制動や通常の回生ブレーキに戻し、ステップＳ３の制御に戻って減速停止する（インバータ出力による巻線端子間短絡解除手段）。一方、ステップＳ７において、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧がＣ点（第２の閾値）に到達していないことを検出すると、ステップＳ２に戻る。

また、ステップＳ２の判定において母線電圧が正常値でなく、かつ、ステップＳ９の判定で、コンピュータ１０は、母線電圧検出信号１２により、母線電圧が図３のＡ点（異常点）を超えたことを検出すると、ステップＳ１０に進み、過電圧アラームとし、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡し、ダイナミックブレーキによりドアを減速停止させる。

次に、図６および図４を用いて、停電発生時の制御の流れについて説明する。図６に示すように、ステップＳ１１において停電が発生した時は（図４のＥ点参照）、ステップＳ１２により、コンピュータ１０は、停電検出回路１５による停電検出信号により、停電を検出する。これにより、コンピュータ１０は、ステップＳ１３において、インバータ回路４を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間を短絡し、回路の残電気で制御可能な時間の間だけダイナミックブレーキにて制動させドアを減速停止させるので（停電時インバータ回路の下アームのトランジスタ出力の制御手段）、ドア開閉端への衝突が軽減または回避できる。

なお、上記実施の形態では、インナー型のブラシレスモータを例にとって説明したが、アウタロータ型のブラシレスモータであってもよく、その場合にはトルクが発生しやすい。

以上のように、本実施の形態は、減速機構を持たない自動ドア開閉用ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置において、停電発生時または外乱発生による母線電圧の上昇検出時には、インバータ回路４の出力を短絡し、ドア減速中のモータ回転エネルギーを、三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７の誘起電圧で発電制動させ、ダイナミックブレーキによる制動停止をさせることにより、短時間でモータによる駆動対象の自動ドアを停止させることができる。また、減速途中に母線電圧が正常値に戻ると、インバータ回路を制御して前記ＤＣブラシレスモータの巻線端子間の短絡を解除し、もとの制御に復帰し、残りの回転エネルギーをインバータ出力による速度制御による力行制動や通常のＰ−Ｎ母線間に組み込んである電解コンデンサ３と三相巻線８の巻線抵抗と回転子永久磁石７の誘起電圧による回生ブレーキに戻って減速制動の複合でドアを減速停止させ、停止位置ずれもおこさないようにする。それら一連の制御をコンピュータ１０で制御できるようにしたことにより、停電時や外乱発生時のための特別な回路を設ける必要もなく、安価に、かつ、容易に制御することができる。

引き戸形の自動ドア駆動として、最も安全性の高い信頼性のある駆動制御装置である。ホームドアの自動開閉、バスの自動ドア開閉、店舗、病院などの自動ドア開閉、工作機械のドア自動開閉、駅のホーム柵の自動開閉などの駆動制御装置として利用可能である。減速機構を不要とできるのでコスト的にメリットがあり経済的である。

この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の構成を示した回路図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を適用した減速機構を持たない自動ドア開閉機構の一例を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置において、モータによる駆動対象のドアに負荷として加わる外乱が発生したときのドア開閉速度と母線電圧の変化を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置において、停電が発生したときのドア開閉速度と開閉時間の関係を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置における外乱発生時の動作を示した流れ図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置における停電発生時の動作を示した流れ図である。

符号の説明

１ 駆動制御装置、２ コンバータ回路、３ 電解コンデンサ、４ インバータ回路、５ ＤＣブラシレスモータ、６ パルス発生器、７ 回転子永久磁石、８ 指令出力固定子三相巻線、９ 磁極位置検出回路、１０ コンピュータ（ＣＰＵ）、１１ 各信号Ｉ／Ｏ回路、１２ 母線電圧検出信号、１３ ＰＷＭ信号、１４ 電流検出信号、１５ 停電検出回路、１６ 自動ドア開閉機構。

Claims (4)

1. 三相巻線と回転子磁石とを有するＤＣブラシレスモータを駆動制御するためのモータ駆動制御装置であって、
   電源と、
   前記電源と前記ＤＣブラシレスモータとの間に接続されたインバータ回路と、
   前記電源からの電力の供給が停止したことを検出する停電検出手段と、
   前記停電検出手段により停電が検出された場合に、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線を短絡させる停電時インバータ短絡手段と
   を備え、
   停電時には、残電気で制御が可能な時間範囲において、前記ＤＣブラシレスモータの三相巻線の巻線抵抗と回転子磁石とによって前記ＤＣブラシレスモータの回転エネルギーをダイナミックブレーキにより制動させることを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記電源の母線電圧を検出する母線電圧検出手段と、
   前記母線電圧検出手段が検出した前記母線電圧の値が、予め設定されている第１の閾値を超えていた場合に、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線を短絡させる外乱発生時インバータによる巻線短絡手段と
   を備え、
   前記ＤＣブラシレスモータによって駆動される駆動対象に負荷として加わる外乱が発生したときに、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線を短絡させて、前記ＤＣブラシレスモータの回転エネルギーをダイナミックブレーキにより制動させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記母線電圧検出手段が検出した前記母線電圧の値が、前記第１の閾値よりも低い値に予め設定されている第２の閾値を下回っていた場合に、前記インバータ回路の出力により、前記ＤＣブラシレスモータの巻線短絡を解除するインバータ短絡解除手段
   をさらに備え、
   前記母線電圧の値が前記第２の閾値を下回った場合には、巻線短絡を解除して、前記インバータ回路の出力による速度制御に戻すことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記自動ドアの開放停止中は、前記ＤＣブラシレスモータを停止位置ロックさせる停止位置ロック手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。

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