JP2007252126A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動電源装置の障害発生時等に於けるモータの安全且つ迅速な停止を行わせるモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that performs a safe and quick stop of a motor when a failure occurs in a motor drive power supply device.
モータは、直流モータ、交流単相モータ、交流三相モータ、リニアモータ等の各種の種類があり、それらの種類に対応し、且つ回転数制御等の目的に対応した駆動電源装置が用いられている。例えば、直流モータに対しては、出力電圧を制御して回転数制御を行うインバータ構成の駆動電源装置が用いられている。又交流単相モータや交流三相モータに対しては、出力周波数を制御して回転数制御を行うインバータ構成の駆動電源装置が用いられている。又リニアモータに対しては、例えば、直線上に配置された複数の固定子コイルを、位置検出器により検出した現在位置からの移動方向に向かって順次切替えて励磁し、永久磁石からなる可動子を移動させる構成を有するものである。 There are various types of motors such as direct current motors, alternating current single phase motors, alternating current three phase motors, linear motors, etc., and drive power supply devices corresponding to these types and for purposes such as rotational speed control are used. Yes. For example, for a direct current motor, a drive power supply device having an inverter configuration that controls the rotational speed by controlling the output voltage is used. In addition, for AC single-phase motors and AC three-phase motors, a drive power supply device having an inverter configuration that controls the rotation speed by controlling the output frequency is used. For a linear motor, for example, a plurality of stator coils arranged on a straight line are sequentially switched in the direction of movement from the current position detected by the position detector and excited, and a mover made of a permanent magnet. It has the structure which moves.
又モータを停止させる時、ブレーキを利用した構成が一般的であるが、回転エネルギーを有効利用する回生制動手段も知られており、停止時の回生電力を電源側に戻す構成や、抵抗等により消費させる構成等が知られている。例えば、図5の(A)に示すように、モータ(M)101の駆動電源装置102から駆動電圧を印加する端子間に、スイッチ回路103と抵抗104との直列回路を接続し、モータ101を停止させる時、駆動電源装置102からの供給電圧をオフとして、スイッチ回路103をオンとする。それにより、モータ101の端子間に抵抗104を接続した状態とし、モータ101の回転子の回転により端子間に発生する電圧を抵抗104に印加して、回転子の回転エネルギーにより発生した電力を抵抗104により消費させて制動する。即ち、発電制動或は回生制動を行うことができる。この場合、抵抗104の抵抗値を零とすると、モータ101は急速停止し、抵抗104の抵抗値を大きくすると、完全停止までの時間が長くなる。即ち、図5の(B)に示すように、縦軸を回転数、横軸を時間とし、tのタイミングで、駆動電源装置102からモータ101に供給する電圧をオフとし、同時にスイッチ回路103をオンとすると、抵抗104の抵抗値が零の場合、曲線aに示す減速特性となって急速停止する。この場合、1回転以内に停止する構成とすることも知られている。又抵抗値を大きくすると、曲線bに示す減速特性となって徐々に停止し、停止するまでの時間が長くなる。
In addition, a configuration using a brake when stopping the motor is common, but a regenerative braking means that effectively uses rotational energy is also known, and a configuration that returns the regenerative power at the time of stopping to the power source side, resistance, etc. A configuration to be consumed is known. For example, as shown in FIG. 5A, a series circuit of a
又三相誘導モータの固定子巻線に供給する三相交流電圧をオフとし、その固定子巻線に直流電圧を印加することにより、回転子巻線の誘起電圧による電流が、短絡状態の回転子巻線に流れて、回生制動を行う手段も知られている(例えば、特許文献1参照)。又直流電圧を入力するインバータから三相交流電圧を出力してサーボモータを駆動し、停止時には、直流電圧をオフとして、インバータの入力端子間に接続した抵抗とトランジスタとの直列回路のトランジスタをオンとし、回生制動を行う手段も知られている(例えば、特許文献2参照)。又三相のインバータにより駆動する三相同期モータを急停止させる時に、インバータを構成するトランジスタを総てオフとし、それらのトランジスタと並列接続のダイオードを介して、三相同期モータの回生電圧が、インバータの入力側に接続した抵抗とトランジスタとの回路に印加され、そのトランジスタをオンとすることにより、抵抗に回生電力を消費させて回生制動を行う手段も知られている(例えば、特許文献3参照)。又電源断等によるスピンドルモータの停止制御を行う時に、スピンドルモータの制御装置に、スピンドルモータの回生電力を供給して、制御装置の制御動作を可能とすると共に、スピンドルモータを所定の減速特性となるように制御する手段も知られている(特許文献4参照)。
モータの駆動電源装置は、モータに供給する電圧又は周波数を制御可能としたインバータ等が一般的に適用されており、何らかの障害によりモータに正常な駆動電圧を印加できなくなることがある。その場合に、モータの駆動制御ができなくなるから、そのモータによって駆動する例えば精密加工テーブルを直ちに停止させる必要がある。モータを停止させる為に、メカニカルブレーキを用いることも考えられるが、このようなブレーキを設けるスペースの問題及びブレーキ作動による粉塵発生等の問題がある。従って、前述のように、回生制動を適用することが好適である。しかし、図5について説明したように、抵抗104の抵抗値を零とすると、急速停止が可能であるが、例えば、精密加工テーブルに急ブレーキをかけた状態となり、精密加工テーブル及びその上に載置した被加工部品に衝撃を与えて、破損することがある。このような問題を回避する為に、前述の抵抗104の抵抗値を選定することになるが、停止までの時間を短くする為には、初期減速が大きくなり、抵抗値を零にした場合に近似した問題が生じる。そこで、初期減速を小さくするように、抵抗値を大きい値に選定すると、完全停止までの時間が長くなる問題がある。
In general, an inverter or the like that can control a voltage or a frequency supplied to the motor is applied to the motor drive power supply device, and a normal drive voltage may not be applied to the motor due to some failure. In that case, since it becomes impossible to control the driving of the motor, it is necessary to immediately stop, for example, a precision processing table driven by the motor. Although it is conceivable to use a mechanical brake to stop the motor, there are problems such as a space for providing such a brake and generation of dust due to brake operation. Therefore, it is preferable to apply regenerative braking as described above. However, as described with reference to FIG. 5, if the resistance value of the
本発明は、前述の従来の問題点を解決するものであり、衝撃的な急制動ではなく、且つ完全停止までの時間を短縮可能とする減速特性で、モータの回生制動を行わせることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to regeneratively brake a motor with a deceleration characteristic capable of shortening the time to complete stop, not shocking sudden braking. And
本発明のモータ制御装置は、モータの駆動電源装置の障害発生時に前記モータを回生制動するモータ制御装置に於いて、前記駆動電源装置から前記モータに駆動電圧を印加できない障害発生を検出する障害検出部と、該障害検出部による障害検出時にオンとするスイッチ回路と、該スイッチ回路をオンとした時に前記モータと並列に接続する定電流回路とを備えている。 The motor control device of the present invention is a motor control device that regeneratively brakes the motor when a failure occurs in the drive power supply device of the motor, and a failure detection that detects occurrence of a failure in which a drive voltage cannot be applied from the drive power supply device to the motor. And a switch circuit that is turned on when a failure is detected by the failure detection unit, and a constant current circuit that is connected in parallel with the motor when the switch circuit is turned on.
又前記モータの回転数を検出する回転数検出器と、前記障害検出部による前記駆動電源装置の障害発生検出時点の前記回転数検出器による回転数を基に該回転数が高い時に大きな定電流を流すように設定する定電流回路とを備えている。 A large constant current when the rotational speed is high based on the rotational speed detected by the rotational speed detector for detecting the rotational speed of the motor and the rotational speed detected by the rotational speed detector when the failure detection unit detects the failure of the drive power supply device. And a constant current circuit that is set to flow.
又前記モータは、直線上に移動可能に支持した永久磁石からなる移動子と、前記直線上に沿って配置した複数の固定子コイルと、前記移動子の位置を検出する位置検出器と、該位置検出器による前記移動子の現在位置と移動方向との情報を基に前記固定子コイルを順次選択する駆動部と、該駆動部を介して前記固定子コイルを励磁する駆動電源装置と、該駆動電源装置の障害発生を検出する障害検出部と、該障害検出部による前記駆動電源装置の障害発生検出時に前記駆動電源装置から前記駆動部に供給する電源線間に定電流回路を接続するスイッチ回路とを備えている。 The motor includes a mover made of a permanent magnet movably supported on a straight line, a plurality of stator coils disposed along the straight line, a position detector for detecting the position of the mover, A drive unit that sequentially selects the stator coils based on information on a current position and a movement direction of the mover by a position detector; a drive power supply device that excites the stator coils via the drive unit; and A failure detection unit that detects the occurrence of a failure in the drive power supply device, and a switch that connects a constant current circuit between power supply lines that are supplied from the drive power supply device to the drive unit when the failure detection unit detects a failure occurrence in the drive power supply device Circuit.
直流モータや交流モータを回生制動により停止させる時に、定電流回路によって予め設定した一定の電流を流すことにより、モータを停止させる時の減速率をほぼ一定とし、衝撃を与えることなく、且つ迅速に停止させることが可能となる。又回転速度を検出して、定電流回路に特性を制御することにより、減速開始時の減速率を低くし、回転速度が低下するに従って減速率が高くなるように制御して、衝撃を与えることなく、更に停止までの時間を短縮することができる。 When stopping a direct current motor or alternating current motor by regenerative braking, a constant current preset by a constant current circuit is flowed so that the deceleration rate when the motor is stopped is almost constant, without causing an impact and quickly. It can be stopped. In addition, by detecting the rotational speed and controlling the characteristics of the constant current circuit, the deceleration rate at the start of deceleration is lowered, and the deceleration rate is increased as the rotational speed is lowered to give an impact. In addition, the time to stop can be further reduced.
本発明のモータ制御装置は、図1を参照して説明すると、直流モータや交流モータ等のモータ1の駆動電源装置2の障害発生時に、モータ1を回生制動するモータ制御装置に於いて、駆動電源装置2からモータ1に駆動電圧を印加できない障害発生を検出する障害検出部5と、この障害検出部5による障害検出時にオンとするスイッチ回路3と、このスイッチ回路3をオンとした時に、モータ1と並列に接続する定電流回路4とを備えている。
The motor control device of the present invention will be described with reference to FIG. 1. In the motor control device that regeneratively brakes the
図1は、本発明の実施例1の説明図であり、図1の(A)に於いて、1はモータ、2は駆動電源装置、3はトランジスタ等により構成したスイッチ回路、4は定電流回路、5は障害検出部を示す。又(B)は、回生制動特性の一例を示す。モータ1が直流モータの場合、駆動電源装置2は、直流電圧を出力してモータ1を駆動するものであり、インバータ等の構成とし、その出力直流電圧を制御することにより、モータ1の回転速度の制御が可能となり、又直流電圧の極性を反転することにより、モータ1の回転方向を反転することができる。この場合、図示を省略しているが、ダイオードをブリッジ接続し、極性が反転しても、定電流回路4に所定の極性の電圧が印加されるように構成する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of
又障害検出部5は、駆動電源装置2からモータ1に駆動電圧を印加できなくなった障害を検出して、スイッチ回路3をオンとする機能を有するものである。例えば、駆動電源装置2をインバータにより構成した場合、トランジスタ等の構成部品の劣化等によって正常動作が不可能となり、モータ1に駆動電圧を印加できなくなった場合、それを検出してスイッチ回路3をオンとする。それにより、モータ1の回生電圧が定電流回路4にスイッチ回路3を介して印加される。定電流回路4は、抵抗とは相違して、印加電圧が変化しても所定の一定電流を流すことができるので、モータ1は、図1の(B)に示すように、時刻tに於いてスイッチ回路3をオンとすると、定電流回路4の設定電流に対応した一定の減速率で停止する。従って、衝撃を与えない減速率に設定することができる。又回転数低下時に於いてもその減速率を維持して、迅速に停止させることができる。この実施例1に於けるスイッチ回路3は、前述のように、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等のスイッチング素子により構成することが可能であり、又定電流回路4は、電流を検出してトランジスタを制御する構成等を適用することができる。又スイッチ回路3と定電流回路4とは、駆動電源装置2とは異なる電源装置(図示を省略)から動作電力を供給するように構成することができる。又モータを三相交流モータとした場合は、三相の各巻線間に、スイッチ回路3と定電流回路4とを接続することになり、又永久磁石回転子による固定子コイルの誘起電圧極性が一定でない場合、前述のように、ダイオードをブリッジ接続し、極性が反転しても、定電流回路4に所定の極性の電圧が印加されるように構成する。
The
図2は、本発明の実施例2の説明図であり、(A)に於いて、図1と同一符号は同一名称部分を示し、6は回転速度検出器である。又(B)は、回生制動特性の一例を示す。駆動電源装置2の障害発生を障害検出部5により検出し、その検出信号をスイッチ回路3に入力してオンとし、且つその検出信号を定電流回路4に入力する。又モータ1の回転速度を検出する回転速度検出器6の検出信号を定電流回路4に入力する。なお、この回転速度検出信号を、駆動電源装置2の制御部(図示を省略)に入力して、モータ1の回転速度制御を行う構成とすることも可能である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of
定電流回路4は、障害検出信号が入力された時点の回転速度検出信号を基に、定電流特性を設定する手段を備えており、回転速度が高い場合は電流値を大きくし、回転速度が低い場合は電流値を小さく設定し、スイッチ回路3をオンとして、モータ1の回生電力を定電流回路4に供給した時に流れる電流を、モータ1の回転速度に従って切替える。従って、図2の(B)に示すように、回転数が高い時は、a1の特性、回転数が低い時は、a2の特性とし、それぞれ減速率を変更して、スイッチ回路3をオンとしたタイミングtからモータ1の停止までの時間をほぼ同じくすることができる。この実施例2に於いても、スイッチ回路2と定電流回路4とを、駆動電源装置2と異なる電源装置(図示を省略)から動作電力を供給する構成とする。
The constant
図3は、前述のスイッチ回路3と定電流回路4との一例を示すもので、10は制御回路、11は回転速度保持部、12は演算増幅器、Q1,Q2はトランジスタ、R1,R2は抵抗、T1〜T5は端子を示す。端子T1,T2は、モータの端子間に接続する端子であり、端子T3,T4は、障害検出部5(図1又は図2参照)からの障害検出信号を入力する端子、T5は回転速度検出器6(図2参照)からの回転速度検出信号を入力する端子である。
FIG. 3 shows an example of the
制御回路10は、定電流回路3に流れる電流値を決める基準電圧を演算増幅器12に入力するもので、この基準電圧を、回転速度保持部11に保持された回転速度検出信号に対応して設定する。例えば、回転速度が高い時に基準電圧を高くし、回転速度が低い時に基準電圧を低く設定する。端子T3,T4に障害検出信号が入力されると、スイッチ回路3のトランジスタQ1がオンとなり、又回転速度保持部11に端子T5に入力される回転速度検出信号が保持される。制御回路10は、回転速度保持部11に保持された回転速度検出信号に対応した基準電圧を演算増幅器12に入力する。モータの回生電力は、端子T1,T2に加えられるので、トランジスタQ1,Q2と抵抗R1とを介して電流が流れる。抵抗R1は電流検出用であり、電流に対応した電圧Vrを、抵抗R2を介して演算増幅器12に入力し、制御回路10からの基準電圧と比較してトランジスタQ2を制御し、基準電圧に対応した電流が流れるように制御する。即ち、定電流制御を行うことができる。この場合、回転速度に対応した定電流特性とすることができるから、図2の(B)について説明した特性と同様な特性とすることができる。
The
図4は、本発明の実施例3の説明図であり、リニアモータに適用した場合を示し、21は永久磁石を有する移動子、22は複数のコイルを配置した固定子、23は各コイル対応の駆動スイッチ部、24は位置検出器、25は駆動電源装置、26は障害検出部、27は回生制動部、28はスイッチ回路、29は定電流回路、30は駆動制御部を示す。駆動電源装置25から駆動スイッチ部23に電源線を介して直流電圧を供給し、位置検出器24による移動子21の位置検出を行い、その検出位置情報と駆動方向情報とを基に、駆動制御部30は、駆動スイッチ部23を制御し、駆動スイッチ部23を構成するスイッチをオンとして、駆動電源装置25から電源線を介して供給する直流電圧を、固定子22を構成するコイルに印加して、移動子21を移動させる。このような構成は、既に知られているリニアモータの各種の駆動手段を適用することができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of
駆動電源装置25の障害発生を、障害検出部26により検出すると、スイッチ回路28をオンとして、駆動電源装置25から駆動スイッチ部23に直流電圧を供給する電源線に接続する。それにより、駆動スイッチ部23のオン状態のスイッチを介して接続された固定子22のコイルの両端に定電流回路29を接続した状態となり、移動子21の移動中の永久磁石により発生する固定子22のコイルの誘起電圧を印加して、定電流回路29により予め設定した定電流を流して、移動子21に対する回生制動によって停止させることができる。この場合、位置検出器24による移動子21の位置と、移動子21の移動方向とに対応して駆動スイッチ部21のスイッチのオン、オフが制御されるから、移動子21が停止するまで、移動方向に沿って順次スイッチのオン、オフ制御が継続される。この実施例3に於いても、定電流による回生制動を行うものであるから、移動子並びに移動子により移動させる精密構成部分に対する衝撃を与えることなく、迅速に停止させることができる。
When the
1 モータ
2 駆動電源装置
3 スイッチ回路
4 定電流回路
5 障害検出部
6 回転速度検出器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記駆動電源装置から前記モータに駆動電圧を印加できない障害発生を検出する障害検出部と、
該障害検出部による障害検出時にオンとするスイッチ回路と、
該スイッチ回路をオンとした時に前記モータと並列に接続する定電流回路と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that regeneratively brakes the motor when a failure occurs in a motor power supply device,
A failure detection unit that detects occurrence of a failure in which a drive voltage cannot be applied to the motor from the drive power supply device;
A switch circuit that is turned on when a failure is detected by the failure detection unit;
And a constant current circuit connected in parallel with the motor when the switch circuit is turned on.
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---|---|---|---|
JP2006074316A JP2007252126A (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Motor controller |
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- 2006-03-17 JP JP2006074316A patent/JP2007252126A/en active Pending
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