JP2019022282A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキの作動遅れ異常を検出する。
【解決手段】モータ４の回転を制御する回転制御部６と、モータ４のステータに対してロータを保持するブレーキ３の作動を制御するブレーキ制御部８と、モータ４の回転状態を検出する回転状態検出部５と、ブレーキ制御部８によりブレーキ３の作動を解除した解除状態において、ブレーキ３をロック状態に切り替える指令を出力してから、回転状態検出部５によりモータ４の回転状態の所定の変化が検出されるまでの時間を計時するタイマー１８と、タイマー１８により計時された時間が所定の閾値以上である場合に、ブレーキ作動遅れ異常であると判定する判定部１６とを備えるモータ制御装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

従来、ブレーキを解除した状態での負荷トルクを測定し、測定された負荷トルクを予め設定されている正常な負荷トルクと比較することによりブレーキの異常の有無を検知するブレーキの故障検出方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

特開平６−２８４７６６号公報 特開２０００−３２４８８５号公報

しかしながら、ブレーキの異常は保持可能な負荷トルクが不足する場合のみではない。すなわち、重力軸を駆動するモータに備えられたブレーキの作動遅れが大きい場合には、モータの励磁状態が遮断されてからブレーキがロック状態に切り替わるまでの間に機構部が落下する不都合があるので、この場合にも異常を検出する必要があるが、特許文献１および特許文献２の故障検出方法では、このような異常を検出できないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ブレーキの作動遅れ異常を検出することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、モータの回転を制御する回転制御部と、前記モータのステータに対してロータを保持するブレーキの作動を制御するブレーキ制御部と、前記モータの回転状態を検出する回転状態検出部と、前記ブレーキ制御部により前記ブレーキの作動を解除した解除状態において、前記ブレーキをロック状態に切り替える指令を出力してから、前記回転状態検出部により前記モータの回転状態の所定の変化が検出されるまでの時間を計時するタイマーと、該タイマーにより計時された時間が所定の閾値以上である場合に、ブレーキ作動遅れ異常であると判定する判定部とを備えるモータ制御装置を提供する。

本態様によれば、ブレーキ制御部の作動によるブレーキの解除状態において、回転制御部の作動によりモータを定速で回転させておき、ブレーキ制御部を作動させてブレーキをロック状態に切り替える指令が出力されると、タイマーによる計時が開始される。指令に応じてブレーキが作動し、モータの回転状態が変化し、回転状態に所定の変化が検出されたときにタイマーにより計時された時間が所定の閾値以上である場合には、判定部によりブレーキ作動遅れ異常であると簡易に判定することができる。

上記態様においては、前記回転制御部が、前記モータの回転速度を制御し、前記回転状態検出部が、前記モータの前記回転速度を検出し、前記タイマーは、前記回転状態検出部により検出される前記回転速度が所定の回転速度に減速するまでの時間を計時してもよい。
このようにすることで、回転速度を精度よく検出することができ、ブレーキ作動遅れ異常の誤判定を防止することができる。
また、上記態様においては、前記タイマーは、前記回転状態検出部により検出される前記回転速度が半減するまでの時間を計時してもよい。

本発明によれば、ブレーキの作動遅れ異常を検出することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 図１のモータ制御装置におけるブレーキ指令、速度指令、速度フィードバックおよび電流の関係を示すタイムチャートである。 図１のモータ制御装置に備えられるブレーキ検査装置の動作を説明するフローチャートである。 図３の続きのフローチャートである。 図３および図４の変形例を示すフローチャートである。 図５の続きのフローチャートである。 図３および図４の他の変形例を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るモータ制御装置１は、図１に示されるように、工作機械等の機構部２に取り付けられたブレーキ３付きモータ４に接続され、外部からのプログラム作動指令に従ってモータ４を制御する装置である。

モータ制御装置１は、外部から入力されるプログラム作動指令に従うモータ４の回転速度（または回転角度）指令とエンコーダ（回転状態検出部）５からフィードバックされるモータ４の回転速度とに基づいて回転速度を制御する速度制御部（回転制御部）６と、該速度制御部６により出力された駆動指令に基づいてモータ４に供給する電流を制御する電流制御部７と、ブレーキ検査装置１１とを備えている。

ブレーキ３には、ブレーキ制御部８が接続されている。ブレーキ制御部８は、プログラム作動指令に基づく速度制御部６からの指令信号により、モータ４のステータに対してロータを制動するロック状態と、ロック状態を解除する解除状態とを切り替えるようになっている。

ブレーキ検査装置１１は、各種定数等を記憶するメモリ部１２と、プログラム作動指令に基づくモータ４の制御中に検査プログラムを実行する検査制御部１３と、電流制御部７によりモータ４に供給される電流を測定する電流測定部１４と、電流測定部１４により測定された電流値を用いて負荷トルクを算出する演算部１５と、演算部１５により演算された負荷トルクに基づいてブレーキ３の状態を判定する判定部１６と、判定部１６による判定の結果、何らかの異常がある場合にその旨を報知する報知部１７とを備えている。

電流制御部７は、電流測定部１４により測定された電流値がフィードバックされることにより、モータ４に供給する電流を制御するようになっている。
検査制御部１３は、速度制御部６からの回転速度指令を受けて所定のタイミングで電流測定部１４により測定された電流値を演算部１５に出力するように電流制御部７を制御し、所定のタイミングで特定の回転速度指令を出力するように速度制御部６を制御するとともに、所定のタイミングでブレーキ制御部８を制御するようになっている。

演算部１５は、下式（１）〜（３）により、負荷トルクを算出するようになっている。
Ｔｕ＝Ｋｔ×Ａ１ （１）
Ｔｄ＝Ｋｔ×Ａ２ （２）
Ｔｕ′＝Ｋｔ×Ａ３ （３）

ここで、Ｔｕは解除状態においてモータ４を正転させたときの負荷トルク、Ｔｄは解除状態においてモータ４を逆転させたときの負荷トルク、Ｔｕ′はロック状態においてモータ４を駆動したときの負荷トルク、Ｋｔはメモリ部１２に記憶されたモータ４のトルク定数、Ａ１は解除状態においてモータ４を定速で正転させたときの電流値、Ａ２は解除状態においてモータ４を定速で逆転させたときの電流値、Ａ３はロック状態においてモータ４を回転駆動したときの電流値である。

具体的には、図２に示されるように、プログラム作動指令に従う機構部２の動作中に電流測定部１４により電流値Ａ１，Ａ２，Ａ３を測定するようになっている。
電流値Ａ１，Ａ２は、モータ４が同じ回転角度位置に配置されているときに測定することが好ましい。すなわち、機構部２の位置が同じ状態において測定することにより、機構部２の位置に応じて重力負荷トルクが変動する場合であっても正しく測定することができる。

また、電流値Ａ３は、検査制御部１３が、ブレーキ３によるロック状態において、速度制御部６に対し、モータ４を正転（あるいは逆転）させるように指令し、エンコーダ５からの速度フィードバックにより所定の閾値以上の速度が発生した時点で電流測定部１４により測定されるようになっている。所定の閾値以上の速度としては、例えば、速度指令の１００％に達した速度を選択すればよい。また、電流値Ａ３としては、モータ４を正転および逆転させたときの平均値を採用してもよい。

また、ブレーキ検査装置１１は、図２に示されるように、ブレーキ３が解除状態でモータ４が正転している状態で、検査制御部１３がブレーキ制御部８を制御してブレーキ３をロック状態に切り替えた時点から速度フィードバックにより所定の速度低下が発生した時点までの時間Ｔを測定するタイマー１８を備えている。所定の速度としては、例えば、速度指令の５０％程度まで低下した速度を選択すればよい。

速度指令から若干低下した速度や、ほぼゼロとなる速度を選択する場合には誤判定の要因となり易いので、５０％程度とすることにより、速度を精度よく検出して誤判定を防止することができる。また、ブレーキ３の作動直後に速度低下が急激に発生するため５０％程度まで低下するのを待っても少ない誤差で時間を測定することができる。

また、演算部１５は、下式により負荷トルクＴｇ，Ｔμ，Ｔｂを算出するようになっている。
Ｔｇ＝（Ｔｕ＋Ｔｄ）／２ （４）
Ｔμ＝（Ｔｕ−Ｔｄ）／２ （５）
Ｔｂ＝Ｔｕ′−Ｔｇ （６）

判定部１６は、下式によりブレーキ３およびモータ４の状態を判定するようになっている。
Ｔｇ／Ｔｂ≧Ｔｈ１ （７）
Ｔμ／Ｔｂ≧Ｔｈ２ （８）
Ｔμ≧Ｔｈ３ （９）
ここで、Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３はそれぞれ所定の閾値である。

Ｔｇは重力負荷トルクであり、Ｔμは機械摩擦トルクであり、Ｔｕ′はロック状態における負荷トルクである。したがって、Ｔｂはロック状態における負荷トルクＴｕ′から重力負荷トルクＴｇを除外したブレーキ保持トルクである。
式（７）はブレーキ保持トルクＴｂに対する重力負荷トルクＴｇの大きさの比率を示し、式（７）を満足する場合には、判定部１６は、ブレーキ保持トルク不足異常であると判定するようになっている。

また、式（８）はブレーキ保持トルクＴｂに対する機械摩擦トルクＴμの大きさの比率を示し、式（８）を満足する場合には、判定部１６は、ブレーキ解除異常であると判定するようになっている。
また、式（９）は機械摩擦トルクＴμ自体の大きさであり、式（９）を満足する場合には、判定部１６は、モータ異常であると判定するようになっている。
また、判定部１６は、タイマー１８により計時した時間Ｔが所定の閾値Ｔｈ４以上となる場合には、ブレーキ３の作動遅れ異常であると判定するようになっている。

報知部１７は、判定部１６によりブレーキ保持トルク不足異常、ブレーキ解除異常あるいはモータ異常であると判定された場合、あるいは、ブレーキ３の作動遅れ異常であると判定された場合には、その旨を報知するようになっている。
報知の方法は、モニタへの文字あるいは画像の表示、音声あるいは振動による報知等の任意の方法を採用してよい。

このように構成された本実施形態に係るモータ制御装置１の作用について以下に説明する。
図３に示されるように、動作プログラムの作動により、モータ４への作動指令が入力されてくると、モータ制御装置１の速度制御部６が、モータ４への駆動指令を出力し（ステップＳ１）、ブレーキ制御部８への作動指令を出力する。速度制御部６は、モータ４が回転することによりエンコーダ５によって検出される回転速度がフィードバックされることにより、フィードバックされた回転速度と作動指令とに基づいてモータ４の速度を制御する。

電流制御部７は、速度制御部６から出力されてきた駆動指令に基づいてモータ４に供給する電流を算出するとともに、実際にモータ４に供給され電流測定部１４により測定された電流値がフィードバックされることにより、フィードバックされた電流値と駆動指令とに基づいてモータ４に供給する電流を制御する。

そして、ブレーキ制御部８がブレーキ３への解除指令を出力し（ステップＳ２）、ブレーキ３が解除状態であるときに、速度指令においてモータ４の正転時および逆転時の機構部２が略同等となる位置で電流測定部１４により測定された電流値Ａ１，Ａ２を演算部１５に出力させる（ステップＳ３，Ｓ４）。

電流値Ａ１，Ａ２を演算部１５に出力後、ブレーキ３が解除状態で正転している状態で、検査制御部１３がブレーキ制御部８に対してブレーキ３をロック状態にする指令を出力し（ステップＳ５）、エンコーダ５からフィードバックされる回転速度が所定の閾値を超えた時点で測定された電流値Ａ３を電流測定部１４から演算部１５に出力させる（ステップＳ６）。

そして、検査制御部１３が、ブレーキ３を再度、解除状態に切り替える指令を出力し（ステップＳ７）、ブレーキ３が解除状態で正転している状態で、ブレーキ制御部８に対してブレーキ３をロック状態にする指令を出力し（ステップＳ８）、その時点から速度低下が確認されるまでの時間Ｔを測定する（ステップＳ９）。

そして、時間Ｔの測定後、検査制御部１３がブレーキ３を解除状態に切り替える指令を出力し（ステップＳ１０）、測定された電流値Ａ１，Ａ２に基づいて負荷トルクＴｕ，Ｔｄを算出し、測定された電流値Ａ３に基づいて負荷トルクＴｕ′を算出する（ステップＳ１１）。

負荷トルクＴｕ，Ｔｄ，Ｔｕ′が算出された後、測定されたＡ１，Ａ２，Ａ３を用いて負荷トルクＴｇ，Ｔμ，Ｔｂが算出され（ステップＳ１２）、以下、図４に示されるように、ブレーキ３の状態およびモータ４の状態が判定される。
すなわち、ステップＳ１３において式（７）が満足されているか否かが判定され、満足されている場合には、ブレーキ保持トルク不足異常であると判定される（ステップＳ１４）。

また、ステップＳ１５において式（８）が満足されているか否かが判定され、満足されている場合には、ブレーキ解除異常であると判定される（ステップＳ１６）。
また、ステップＳ１７において式（９）が満足されているか否かが判定され、満足されている場合には、モータ異常であると判定される（ステップＳ１８）。
さらに、ステップＳ１９においては時間Ｔが所定の閾値Ｔｈ４以上であるか否かが判定され、閾値Ｔｈ４以上である場合には、ブレーキ作動遅れ異常であると判定される（ステップＳ２０）。

ステップＳ２１において、ステップＳ１３からステップＳ２０までの間に異常が判定されたか否かが判定され、全ての条件を満足しない場合には、ブレーキ３およびモータ４は正常であると判定され（ステップＳ２２）、いずれかの条件を満足する場合には、いずれかの異常が有る旨が報知部１７によって報知される（ステップＳ２３）。
このように、本実施形態に係るモータ制御装置１によれば、モータ４の負荷トルクが変動してもブレーキ３の状態を精度よく検出することができるという利点がある。

特に、式（６）において重力負荷トルクＴｇを除外したブレーキ保持トルクＴｂを算出し、このブレーキ保持トルクＴｂに対する重力負荷トルクＴｇを式（７）で、ブレーキ保持トルクＴｂに対する機械摩擦トルクＴμを式（８）で判定しているので、重力負荷トルクＴｇの大きさの変動による影響を受けることなく、精度よくブレーキ３の状態を判定することができるという利点がある。

また、ブレーキ保持トルクＴｂに対する重力負荷トルクＴｇの大きさの比率により重力軸を落下させない必要なブレーキ保持トルクＴｂを発生し得るか否かを判定することができるという利点がある。
さらに、機械摩擦トルクＴμ自体の大きさを判定することにより、モータ４や機構部２の軸受等に不具合が発生して機械摩擦トルクＴμが増大した場合にモータ異常であると判定することができる。

また、ブレーキ３の解除状態においてロック指令信号を入力してからロック状態となるまでの時間Ｔが閾値Ｔｈ４より大きい場合には、ブレーキ３の作動がモータ４の励磁遮断後になって、励磁遮断からロック状態となるまでの間に、重力軸（重力方向に回転する軸）が重力によって落下する不具合がある。十分に短い時間でロック状態とならない場合に、時間Ｔを用いてブレーキ３の作動遅れ異常であると判定することができる。

なお、本実施形態においては、式（７）〜（９）の判定並びに時間Ｔの判定の全てを行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか１つまたはいずれか２つ以上を組み合わせて判定することにしてもよい。例えば、式（７）〜（９）の判定のみを行う場合には、図５および図６のフローチャートに従えばよい。

また、タイマー１８により計時した時間Ｔにより、ブレーキ３の作動遅れ異常を判定する場合には、電流値の測定は不要であるので、図７に示されるフローチャートに従って、単独で判定することにしてもよい。

また、本実施形態においては、モータ４の回転状態としてモータ４の回転速度を例示したが、これに代えて、モータ４の回転角度位置を採用してもよい。

１ モータ制御装置
３ ブレーキ
４ モータ
５ エンコーダ（回転状態検出部）
６ 速度制御部（回転制御部）
８ ブレーキ制御部
１８ タイマー
１６ 判定部

Claims (3)

1. モータの回転を制御する回転制御部と、
   前記モータのステータに対してロータを保持するブレーキの作動を制御するブレーキ制御部と、
   前記モータの回転状態を検出する回転状態検出部と、
   前記ブレーキ制御部により前記ブレーキの作動を解除した解除状態において、前記ブレーキをロック状態に切り替える指令を出力してから、前記回転状態検出部により前記モータの回転状態の所定の変化が検出されるまでの時間を計時するタイマーと、
   該タイマーにより計時された時間が所定の閾値以上である場合に、ブレーキ作動遅れ異常であると判定する判定部とを備えるモータ制御装置。
2. 前記回転制御部が、前記モータの回転速度を制御し、
   前記回転状態検出部が、前記モータの前記回転速度を検出し、
   前記タイマーは、前記回転状態検出部により検出される前記回転速度が所定の回転速度に減速するまでの時間を計時する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記タイマーは、前記回転状態検出部により検出される前記回転速度が半減するまでの時間を計時する請求項２に記載のモータ制御装置。

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