JP2019140350A - Brake drive control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータなどに取り付けられる電磁ブレーキの駆動を制御するブレーキ駆動制御回路に関する。 The present invention relates to a brake drive control circuit that controls the drive of an electromagnetic brake attached to a motor or the like.
例えばロボットでは、各軸を駆動するモータの動力が遮断されたときにロボットアームが移動したり落下したりすることを防いで安全を確保するために、モータ軸に対して電磁ブレーキを取り付けている。モータに取り付けられる電磁ブレーキは、一般に、無励磁作動型のものであって、電磁ブレーキに通電しているときはブレーキが解除(リリース)状態となり、通電が遮断するとブレーキが動作する、すなわちモータ軸をロックするように構成されている。モータ軸が動かないようにロックしている状態をブレーキクランプ状態と呼ぶ。特許文献1は、電磁ブレーキに通電してブレーキを解除するためのモータブレーキ電源供給部を設け、モータブレーキ電源供給部内に設けられたスイッチに対する操作によってブレーキを解除できるようにした装置を開示している。 For example, in a robot, an electromagnetic brake is attached to the motor shaft in order to prevent the robot arm from moving or dropping when the power of the motor that drives each shaft is cut off and to ensure safety. . The electromagnetic brake attached to the motor is generally of the non-excitation operation type, and when the electromagnetic brake is energized, the brake is released (released), and when the energization is interrupted, the brake operates. Is configured to lock. A state where the motor shaft is locked so as not to move is called a brake clamp state. Patent Document 1 discloses a device that includes a motor brake power supply unit for energizing an electromagnetic brake to release the brake, and can release the brake by operating a switch provided in the motor brake power supply unit. Yes.
電磁ブレーキは、安全に関わる機構であり、高い信頼性が要求される。特許文献1に示されるように1つのスイッチだけで制御されるようにした場合、短絡するような形態でそのスイッチが故障した場合には、ブレーキが常に解除された状態となり、安全を確保できなくなるおそれがある。そこで特許文献2は、安全性を高めるために、電磁ブレーキの両端にそれぞれ電磁ブレーキに対して電気的に直列になるようにスイッチング制御手段を接続したブレーキ駆動制御回路を開示している。スイッチング制御手段としては、スイッチングトラジスタなどのスイッチ素子が用いられる。特許文献2に記載されたブレーキ駆動制御回路は、電磁ブレーキの両端の電圧を検出することによって故障検出を行なう電圧検出手段も備えている。同様に特許文献3は、電磁ブレーキの両端に、それぞれ電磁ブレーキに対して直列にスイッチ素子を設け、さらに、ブレーキに印加される電圧を検出する電圧検出部を設け、一方のスイッチ素子に入力させるスイッチ指令を遅延させた上で電圧検出部によりブレーキへの印加電圧を検出し、スイッチ素子の故障判定を行うこと開示している。特許文献4は、電磁ブレーキに印加される電圧を検出し、検出された電圧の変動パターンに基づいて電磁ブレーキの解除及び作動状態を観測することを開示している。 The electromagnetic brake is a mechanism related to safety and requires high reliability. When it is controlled by only one switch as shown in Patent Document 1, if the switch fails in a short-circuiting form, the brake is always released, and safety cannot be ensured. There is a fear. Therefore, Patent Document 2 discloses a brake drive control circuit in which switching control means is connected to both ends of the electromagnetic brake so as to be electrically in series with the electromagnetic brake in order to enhance safety. As the switching control means, a switching element such as a switching transistor is used. The brake drive control circuit described in Patent Document 2 also includes voltage detection means for detecting a failure by detecting the voltage across the electromagnetic brake. Similarly, in Patent Document 3, switch elements are provided at both ends of an electromagnetic brake in series with the electromagnetic brake, respectively, and further, a voltage detection unit that detects a voltage applied to the brake is provided and input to one switch element. It is disclosed that the voltage applied to the brake is detected by the voltage detector after delaying the switch command, and the failure of the switch element is determined. Patent Document 4 discloses detecting a voltage applied to an electromagnetic brake and observing the release and operating state of the electromagnetic brake based on a detected voltage fluctuation pattern.
ところで、電磁ブレーキではブレーキクランプ状態からブレーキ解除状態に移行するために電磁ブレーキのソレノイドに比較的大きな電圧を加えて電磁ブレーキ内のアクチュエータを解除状態での位置に動かす必要があるが、解除状態の位置にあるアクチュエータをそのままの位置で保持するための印加電圧は比較的小さくてよい。ソレノイドの発熱を防止するためには、ブレーキクランプ状態から解除状態に移行するときには比較的大きな電圧を電磁ブレーキに印加し、その後は比較的小さな電圧を印加し続けることが好ましいことになる。特許文献5は、解除状態に移行するときには第1の電圧を発生し、解除状態への移行後、解除状態を維持している期間には第2の電圧を発生するように構成した電磁ブレーキ駆動用の制御回路を開示している。また特許文献5は、パルス幅(PWM)変調により、電磁ブレーキに印加される電圧を実質的に変化させることも開示している。特許文献6は、モータ駆動用電源とブレーキ駆動用電源を共用にするとともに、電磁ブレーキに印加される電圧を、ブレーキ解除直後の所定時間において高くし、この所定時間が経過し、ブレーキを解除状態に保持する期間には低く制御することを開示している。 By the way, in the electromagnetic brake, in order to shift from the brake clamp state to the brake release state, it is necessary to apply a relatively large voltage to the solenoid of the electromagnetic brake to move the actuator in the electromagnetic brake to the position in the release state. The applied voltage for holding the actuator at the position as it is may be relatively small. In order to prevent heat generation of the solenoid, it is preferable to apply a relatively large voltage to the electromagnetic brake when shifting from the brake clamp state to the release state, and then continue to apply a relatively small voltage thereafter. Patent Document 5 discloses an electromagnetic brake drive configured to generate a first voltage when shifting to a release state, and to generate a second voltage during a period in which the release state is maintained after shifting to the release state. A control circuit is disclosed. Patent Document 5 also discloses that the voltage applied to the electromagnetic brake is substantially changed by pulse width (PWM) modulation. In Patent Document 6, the motor driving power source and the brake driving power source are shared, and the voltage applied to the electromagnetic brake is increased during a predetermined time immediately after the brake is released, and the brake is released after the predetermined time has elapsed. Therefore, it is disclosed that the period is kept low.
電磁ブレーキはモータほどではないが電力を消費する。その一方で電磁ブレーキ専用の電源回路を設けることはコスト増の要因となる。そこで、特許文献6に記載されるように、モータ駆動用の電源からの電力によって電磁ブレーキを駆動することが考えられている。しかしながら、電磁ブレーキは電源電圧の変動の影響を受けやすく、例えば、電源からモータや電磁ブレーキまでの配線の電気抵抗による電圧降下、モータを停止に制御する際に発生する回生電力による電圧上昇などの影響を受けることになる。配線抵抗による電圧降下が無視できない場合には、電磁ブレーキを解除状態に維持すべき期間中において電磁ブレーキを保持できなくなり、意図しないブレーククランプが発生する恐れがある。このような電圧降下による不具合を防ぐためには、電圧降下に対するマージンを考慮して電磁ブレーキに電力を供給し続けることとなり、電磁ブレーキや電源装置における無駄な発熱の原因となっている。一方、モータの回生による電源電圧の上昇は、電磁ブレーキにおける無駄な発熱の原因となっている。ブレーキを一体のものとして設けたモータでは、モータよりも電磁ブレーキの発熱の影響が大きく、モータの定格出力を下げざるを得なくなる場合も ある。モータ駆動用の電源とは別個に電磁ブレーキ専用の電源を設けた場合であっても、電磁ブレーキ専用の電源からの電圧が変動する場合には、モータ駆動用の電源と共用する場合に起こる問題と同様の問題が起こり得る。 Electromagnetic brakes consume less power than motors. On the other hand, providing a dedicated power supply circuit for the electromagnetic brake causes an increase in cost. Therefore, as described in Patent Document 6, it is considered to drive the electromagnetic brake with electric power from a power source for driving the motor. However, electromagnetic brakes are easily affected by fluctuations in power supply voltage, such as voltage drops due to the electrical resistance of the wiring from the power supply to the motor or electromagnetic brake, voltage rises due to regenerative power generated when the motor is controlled to stop, etc. Will be affected. If the voltage drop due to the wiring resistance cannot be ignored, the electromagnetic brake cannot be held during the period in which the electromagnetic brake should be kept in a released state, and an unintended break clamp may occur. In order to prevent such a malfunction due to a voltage drop, power is continuously supplied to the electromagnetic brake in consideration of a margin for the voltage drop, which causes unnecessary heat generation in the electromagnetic brake and the power supply device. On the other hand, an increase in power supply voltage due to motor regeneration causes unnecessary heat generation in the electromagnetic brake. A motor with an integrated brake is more affected by the heat generated by the electromagnetic brake than the motor, and the motor's rated output may have to be reduced. Even when a dedicated power supply for the electromagnetic brake is provided separately from the power supply for driving the motor, if the voltage from the power supply dedicated for the electromagnetic brake fluctuates, a problem occurs when the power is shared with the power supply for driving the motor Similar problems can occur.
本発明の目的は、電磁ブレーキを制御するブレーキ駆動制御回路であって、電源電圧の変動に対して電磁ブレーキを安定して制御でき、かつ、電磁ブレーキにおける発熱を抑制することができるブレーキ駆動制御回路を提供することにある。 An object of the present invention is a brake drive control circuit for controlling an electromagnetic brake, which can stably control the electromagnetic brake against fluctuations in power supply voltage and can suppress heat generation in the electromagnetic brake. It is to provide a circuit.
本発明のブレーキ駆動制御回路は、通電することによりブレーキを解除する電磁ブレーキを制御するブレーキ駆動制御回路であって、電磁ブレーキとこの電磁ブレーキに直列に設けられたスイッチ素子とからなる回路ブロックに供給される電圧または電流を監視する監視手段と、監視手段での監視結果に基づき、電磁ブレーキの動作電圧または動作電流が電磁ブレーキの解除のために予め設定された値となるように、PWM信号であるブレーキ制御信号を生成する演算手段と、を備え、ブレーキ制御信号によってスイッチ素子の導通をPWM制御する。 A brake drive control circuit according to the present invention is a brake drive control circuit that controls an electromagnetic brake that releases a brake when energized, and includes a circuit block including an electromagnetic brake and a switch element provided in series with the electromagnetic brake. The monitoring means for monitoring the supplied voltage or current, and the PWM signal so that the operating voltage or operating current of the electromagnetic brake becomes a preset value for releasing the electromagnetic brake based on the monitoring result of the monitoring means. And calculating means for generating a brake control signal, and conducting PWM control of conduction of the switch element by the brake control signal.
本発明では、電磁ブレーキに供給される電圧や電流を監視手段で監視し、その監視結果に応じてPWM信号であるブレーキ制御信号を生成するので、電磁ブレーキに供給される回路電圧や電流が変動しても、電磁ブレーキを解除するときに電磁ブレーキに供給される電流を一定にすることができ、電磁ブレーキを確実に解除できるようになる。回路電圧を一定にするためには例えば定電圧回路を設けることが考えられるが、本発明では、電磁ブレーキの駆動のために予め設けられているスイッチ素子をPWM信号によって動作させているので、定電圧回路を設ける必要がなくなる。また、電磁ブレーキに流れる電流が意図せずに変動することが防がれるので、電流マージンを過大に取ることなく電磁ブレーキを使用することができ、電力消費量を削減でき、発熱も低減できる。 In the present invention, the voltage or current supplied to the electromagnetic brake is monitored by the monitoring means, and the brake control signal that is a PWM signal is generated according to the monitoring result, so the circuit voltage or current supplied to the electromagnetic brake varies. Even when the electromagnetic brake is released, the current supplied to the electromagnetic brake can be made constant, and the electromagnetic brake can be released reliably. In order to make the circuit voltage constant, for example, it may be possible to provide a constant voltage circuit. However, in the present invention, a switch element provided in advance for driving the electromagnetic brake is operated by a PWM signal. There is no need to provide a voltage circuit. In addition, since the current flowing through the electromagnetic brake is prevented from fluctuating unintentionally, the electromagnetic brake can be used without taking an excessive current margin, power consumption can be reduced, and heat generation can be reduced.
本発明では、モータ駆動回路に電力を供給する電源から電磁ブレーキが電力を供給される場合に、回路ブロックに印加される電圧を検出する電圧モニタ回路によって監視手段を構成することができる。この場合、電圧モニタ回路はモータ駆動回路に供給される回路電圧も監視することになるので、電圧モニタ回路での検出結果をモータ駆動回路にも供給することによって、モータ駆動回路では回路電圧の変動がモータ駆動のゲインなどに与える影響を予測できるようになり、また、必要に応じて駆動ゲインの調整も行なえることとなる。 In the present invention, when the electromagnetic brake is supplied with power from a power supply that supplies power to the motor drive circuit, the monitoring means can be configured by a voltage monitor circuit that detects a voltage applied to the circuit block. In this case, since the voltage monitor circuit also monitors the circuit voltage supplied to the motor drive circuit, the detection result of the voltage monitor circuit is also supplied to the motor drive circuit. It is possible to predict the effect of the motor on the gain of the motor drive, etc., and the drive gain can be adjusted as necessary.
本発明では、回路ブロックに供給される電流を検出する電流モニタ回路によって監視手段を構成することもできる。電流を検出することによって、温度上昇による電磁ブレーキの抵抗の変化などの影響を受けることなく、電磁ブレーキに適切な電流を流せるようになる。 In the present invention, the monitoring means can also be constituted by a current monitor circuit that detects the current supplied to the circuit block. By detecting the current, an appropriate current can be supplied to the electromagnetic brake without being affected by a change in resistance of the electromagnetic brake due to a temperature rise.
本発明では、電磁ブレーキの解除のために予め設定された値として、電磁ブレーキを解除状態にするための初期解除動作に対する第1の値と、解除状態を維持する保持動作に対する第2の値とを用いることが好ましい。一般に電磁ブレーキでは、初期解除動作に必要な電流の方が保持動作に必要な電流よりも大きいから、第1の値を使用して初期解除動作を行なって電磁ブレーキを解除状態したのちは、第1の値よりも小さく設定できる第2の値を使用することにより、さらなる省電力を達成することができる。 In the present invention, as a preset value for releasing the electromagnetic brake, the first value for the initial release operation for setting the electromagnetic brake to the release state, and the second value for the holding operation for maintaining the release state, Is preferably used. Generally, in an electromagnetic brake, the current required for the initial release operation is larger than the current required for the holding operation. Therefore, after performing the initial release operation using the first value and releasing the electromagnetic brake, Further power savings can be achieved by using a second value that can be set smaller than a value of one.
本発明では、PWM駆動のための基準値に対する第1の値の比率である初期解除設定値と、基準値に対する第2の値の比率である保持設定値と、初期解除動作の継続時間である初期解除時間と、を格納する記憶手段をさらに備え、演算手段において、初期解除設定値及び保持設定値のそれぞれを監視手段での監視結果によって除算することによりPWM信号におけるパルス幅が決定されるようにすることができる。ハードウェアによる設定ではなくて記憶手段に各設定値を格納することによって、回路素子規模を増大させることなく演算手段での演算に必要なパラメータを設定することができる。また、PWM駆動のための基準値に対する比率として設定値を定めることにより、演算手段では除算のみによってPWM信号でのパルス幅を決定できるようになり、演算手段での演算負荷を軽減することができる。記憶手段においては、少なくとも1種類以上の電磁ブレーキに対応して、ブレーキの種類ごとに初期解除設定値、保持設定値及び初期解除時間を格納してもよい。複数種類の電磁ブレーキに対応する各設定値と初期解除時間を記憶手段に格納することによって、複数の電磁ブレーキを使い分けるように搭載することがあっても、それぞれの電磁ブレーキ仕様に応じた電圧あるいは電流により確実にその電磁ブレーキを解除することができるようになる。 In the present invention, the initial release setting value that is the ratio of the first value to the reference value for PWM driving, the holding setting value that is the ratio of the second value to the reference value, and the duration of the initial release operation Storage means for storing the initial release time, and the calculation means determines the pulse width in the PWM signal by dividing each of the initial release setting value and the hold setting value by the monitoring result of the monitoring means. Can be. By storing each setting value in the storage means instead of setting by hardware, it is possible to set parameters necessary for calculation in the calculation means without increasing the circuit element scale. Also, by setting the set value as a ratio to the reference value for PWM driving, the calculation means can determine the pulse width of the PWM signal only by division, and the calculation load on the calculation means can be reduced. . The storage means may store an initial release set value, a hold set value, and an initial release time for each brake type corresponding to at least one type of electromagnetic brake. By storing each setting value and initial release time corresponding to multiple types of electromagnetic brakes in the storage means, even if multiple electromagnetic brakes are installed to be used properly, the voltage or The electromagnetic brake can be reliably released by the current.
本発明によれば、電源電圧の変動に対して電磁ブレーキを安定して制御でき、かつ、電磁ブレーキにおける発熱を抑制することが可能になる。 According to the present invention, the electromagnetic brake can be stably controlled against fluctuations in the power supply voltage, and heat generation in the electromagnetic brake can be suppressed.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態のブレーキ駆動制御回路を説明する図であり、ブレーキ駆動制御回路のほかに、駆動及び制御の対象となる電磁ブレーキ21や、電磁ブレーキ21が接続するモータ13などを描いている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a brake drive control circuit according to an embodiment of the present invention. In addition to the brake drive control circuit, an
例えば商用電源からの交流100Vあるいは200Vの電力を受け入れて所定電圧の直流電力に変換するモータ駆動電源11が設けられており、モータ駆動電源11からの直流電力は、モータ13を駆動するモータ駆動回路12に供給されている。モータ駆動回路12は、例えばインバータ回路などを備えており、モータ13に対する駆動指令を不図示のモータ制御装置から受け取って、駆動指令で指定された速度及びトルクでモータ13が回転するように、モータ13をサーボ制御により駆動する。モータ13は例えば三相モータである。図示二重線で示すように、モータ13の回転軸に対して電磁ブレーキ21が機械的に接続している。電磁ブレーキ21のソレノイド(コイル)には、ソレノイドへの電流を遮断したときに発生する大きな逆起電力を吸収するためのサージアブソーバ22が並列に設けられている。サージアブソーバ22としては、例えば、バリスタ、ダイオードなどが使用される。
For example, a motor
電磁ブレーキ21は、無励磁作動型のものであって、モータ駆動電源11からの電力によって作動する。電磁ブレーキ21の一端はモータ駆動電源11に接続し、他端はスイッチ素子であるトランジスタTr1を介して接地している。電磁ブレーキ21を解除状態とするためには、モータ駆動電源11が作動しており、かつ、トランジスタTr1がオン状態とならなければならない。一般にモータ駆動電源11の内部にあるいは商用電源11とモータ駆動電源11との間に不図示の安全回路が設けられており、安全と確認できる場合にのみモータ駆動電源11が直流電力を出力できるようになっている。したがって、図1に示す構成は、電磁ブレーキ21の両端にそれぞれスイッチ素子が設けられた構成であるということができ、十分な安全性が確保されていることになる。
The
ブレーキ駆動制御回路は、モータ駆動電源11の出力電圧、すなわち電磁ブレーキ21に供給する電圧を監視して電圧モニタ値を出力する電圧モニタ回路31と、電圧モニタ値に基づいて電磁ブレーキ21を駆動するための演算を行い、演算結果に基づいてトランジスタTr1のゲートに印加されるブレーキ制御信号を出力する演算装置32と、演算装置32での演算に必要な設定値を記憶する記憶装置33と、から構成されている。電圧モニタ回路31としては、例えばΔΣ型A/D(アナログ・デジタル)コンバータが使用される。電圧モニタ回路31からの電圧モニタ値は、モータ13の回路電圧を監視して回路電圧の変動がモータ駆動のゲインに与える影響を予測し、モータ13の駆動の適切な制御を行なうために、モータ駆動回路12にも供給されている。したがって、モータ駆動回路12での制御のために既にモータ駆動電源11の出力電圧を監視する回路や機器が設けられている場合には、その回路や機器をブレーキ駆動制御回路の電圧モニタ回路31と使用することができ、これらの機器や回路とは別個に電圧モニタ回路31を設ける必要はない。
The brake drive control circuit monitors the output voltage of the motor
本実施形態のブレーキ駆動制御回路において演算装置32は、演算装置32の外部から供給されるブレーキ指令に応じて電磁ブレーキ21をブレーキクランプ状態から解除状態に駆動するものである。特に演算装置32は、モータ駆動電源11から電磁ブレーキ21に供給される電圧が変動した場合であっても電磁ブレーキ21に供給される電流が実質的に一定であるような制御を行なう。そのため演算装置32は、電磁ブレーキ21に印加される電圧が高いときにはブレーキ制御信号におけるパルス幅を狭くし、印加電圧が低いときにはパルス幅が広がるように、ブレーキ制御信号をPWM(パルス幅変調)信号として生成する。また演算装置32は、ブレーキクランプ状態から解除状態に移行するときは電磁ブレーキ21に流れる電流が大きく、その後、解除状態を維持する期間においては電流が小さくなるように、ブレーキ制御信号でのパルス幅を変化させる。演算装置32における演算及びブレーキ制御信号の生成の詳細については後述する。
In the brake drive control circuit of the present embodiment, the
記憶装置33は、例えば不揮発性メモリによって構成されており、演算装置32における演算に必要なデータを格納するものであり、少なくとも電磁ブレーキ21についての初期解除設定値、保持設定値及び初期解除時間を格納する。複数種類の電磁ブレーキに対して本実施形態のブレーキ駆動制御回路を適用できるようにするために、記憶装置33は、それらの複数種類の電磁ブレーキのおのおのについての初期解除設定値、保持設定値及び初期解除時間を格納していることが好ましい。複数種類の電磁ブレーキについて記憶装置がこれらのデータを格納している場合には、演算装置32は、現在の駆動対象である電磁ブレーキについてのデータを読み出して、ブレーキ制御信号の生成のための演算を実行する。
The
ここで記憶装置33に格納される初期解除設定値、保持設定値及び初期解除時間について説明する。図2は、電磁ブレーキ21を駆動するために必要な電圧を説明する図である。ブレーキクランプ状態からブレーキ解除状態に移行するためには、電磁ブレーキ21内のソレノイドに比較的大きな電流を流して電磁ブレーキ21内のアクチュエータ(不図示)を動かす必要がある。これを初期解除動作と呼び、初期解除動作を行なうために必要な電流として予め定められた電流を初期解除電流とよび、初期解除電流を流すために電磁ブレーキ21に印加する必要がある電圧を初期解除電圧と呼ぶ。またアクチュエータが移動し、アクチュエータとソレノイドとを含む磁気回路が閉じるまでに要する時間を初期解除時間と呼ぶ。初期解除時間の間は、電磁ブレーキ21に初期解除電流が動作電流として流れる必要があり、したがって初期解除電圧を動作電圧として印加し続ける必要がある。
Here, the initial release setting value, the hold setting value, and the initial release time stored in the
ひとたびアクチュエータがブレーキ解除状態での位置に動き上述した磁気回路が閉成すると、その状態を維持するためにソレノイドに流す電流は小さくてよい。ブレーキ解除状態となったのち、解除状態を維持する動作を保持動作と呼ぶ。保持動作を行なうためにソレノイドに流さなければならない動作電流として予め定められた電流を保持電流と呼び、保持電流を流すために電磁ブレーキ21に加えなければならない動作電圧を保持電圧と呼ぶ。初期解除電流より保持電流のほうが小さいから、保持電圧は初期解除電圧よりも低い。本実施形態のブレーキ駆動制御回路は、モータ駆動電源11の出力電圧が変動するときであっても、電磁ブレーキ21を流れる電流が初期解除動作時には初期解除電流であり保持動作時には保持電流であるように、スイッチ素子であるトランジスタTr1を制御するものである。なお、電磁ブレーキ21を動作させてブレーキクランプ状態とするためには、電磁ブレーキ21を流れる電流をゼロとすればよいから、印加電圧をゼロにする。
Once the actuator moves to the position in the brake released state and the magnetic circuit described above is closed, the current flowing through the solenoid may be small in order to maintain that state. The operation for maintaining the released state after the brake is released is referred to as a holding operation. A predetermined current as an operating current that must be passed through the solenoid in order to perform the holding operation is referred to as a holding current, and an operating voltage that must be applied to the
記憶装置33には初期解除電圧及び保持電圧をそのまま格納してもよいが、演算装置32における演算量を減らすために、本実施形態では、初期解除電圧及び保持電圧の代わりに初期解除設定値及び保持設定値を記憶装置33に格納している。初期解除設定値及び保持設定値を用いることを説明するために、PWM信号であるブレーキ制御信号の生成方法について、図3を用いて説明する。演算装置32には、PWMクロックを0から計数し、所定の上限値FullCountに到達したら0に戻って計数を再開するカウンタであるPWM基準タイマーが設けられている。そして演算装置32は、PWMでのパルス幅を決めるために与えられる値であるPWM_SetとPWM基準タイマーの値とを常時比較し、PWM_Setの方が大きい期間をPWM信号でのパルス期間とする。PWM信号におけるパルスのデューティー比は、PWM_Set/FullCountで表され、このことからPWM_SetはPWM信号におけるパルス幅を規定するものであることが分かる。そこで本実施形態では、初期解除作時と保持動作時のそれぞれでのPWM_Setを演算装置32が直ちに算出できるように、初期解除設定値及び保持設定値を定めて記憶装置33に格納する。
The
電磁ブレーキ21の動作の基準となる電圧を基準電源電圧として定めると、初期解除設定値及び保持設定値は、それぞれ、
初期解除設定値=(初期解除電圧/基準電源電圧)×FullCount (1)
保持設定値=(保持電圧/基準電源電圧)×FullCount (2)
で表される。FullCountを基準電源電圧で除したものは、PWM駆動のための基準値であるといえる。このように各設定値を定めると、初期解除動作のためのPWM_Setは、
PWM_Set(初期解除)=初期解除設定値/電圧モニタ値 (3)
で求めることができ、保持動作のためのPWM_Setは、
PWM_Set(保持)=保持設定値/電圧モニタ値 (4)
で求めることができる。結局、PWM信号生成のために必要なPWM_Setの算出のために、演算装置32は除算を1回だけ行なえばよいことになる。
When the voltage serving as the reference for the operation of the
Initial release setting value = (initial release voltage / reference power supply voltage) x FullCount (1)
Holding setting value = (holding voltage / reference power supply voltage) × FullCount (2)
It is represented by A value obtained by dividing FullCount by the reference power supply voltage is a reference value for PWM driving. When each set value is determined in this way, PWM_Set for the initial release operation is
PWM_Set (initial release) = initial release set value / voltage monitor value (3)
PWM_Set for holding operation can be obtained by
PWM_Set (hold) = hold set value / voltage monitor value (4)
Can be obtained. Eventually, in order to calculate PWM_Set necessary for generating the PWM signal, the
次に、演算装置32での処理について、図4を用いて説明する。演算装置32は、除算部41、クランプ部42及びPWM信号生成部43によって構成されている。除算部41、クランプ部42及びPWM信号生成部43は、例えば、マイクロプロセッサにおいて実行されるソフトウェアによって実現される。あるいは、除算部41、クランプ部42及びPWM信号生成部43の各々をハードウェアによって実現してもよい。除算部41は、記憶装置33から初期解除設定値、保持設定値及び初期解除時間を読み出し、上記の式(3)または式(4)で示す除算を行なう。ブレーキ指令によってブレーキ解除が指令されたときに、除算部41は、指令の入力から初期解除時間が経過するまでは式(3)の計算を行なって初期解除動作用のPWM_Setを出力し、指令の入力から初期解除時間が経過した後は、式(4)の計算を行なって保持動作用のPWM_Setを出力する。除算部41は、0除算対策として、電圧モニタ回路31やモータ駆動電源11における不具合によって電圧モニタ値が0であるときは、0を出力する。0を出力した場合には、PWM信号におけるパルス幅も0となって、トランジスタTr1は導通せず、電磁ブレーキ21も解除されない。
Next, processing in the
電圧モニタ値や各設定値によっては、除算部41での演算結果がFullCountを超えることがある。そこで除算部41の演算結果PWM_Setをクランプ部42に供給し、最大値クランプ処理を行って、上限がFullCountであるようなPWM_Setを得る。PWM信号生成部43は、上述したPWM基準タイマーを備え、PWMクロックとクランプ部42からの最大値クランプが行われたPWM_Setとが入力し、図3を用いて説明した処理にしたがってPWM信号であるブレーキ制御信号を生成する。その結果、モータ駆動電源11からの出力電圧に変動があったとしても、解除動作時には電磁ブレーキ21に印加される電圧が平均的には初期解除電圧であって電磁ブレーキ21には解除時電流が流れ、保持動作時には印加される電圧が平均的には保持電圧であって流れる電流が保持電流となる。これにより、電磁ブレーキ21への印加電圧が意図せず保持電圧を下回って電磁ブレーキ21がクランプ状態となったり、電磁ブレーキ21が無駄に発熱したりすることが防止される。
Depending on the voltage monitor value and each set value, the calculation result in the
[本実施形態の効果]
本実施形態のブレーキ駆動制御回路によれば、電磁ブレーキ21に印加される電圧が変動する場合であっても、電磁ブレーキ21が意図せずにクランプ状態となったりすることを防止でき、電磁ブレーキ21の発熱を最小限にすることができる。また、制御のために電圧モニタ回路31を必要とするが、モータ駆動回路12におけるサーボ特性の改善などのために従来からモータ駆動電源11の電圧を監視する機構が備えられており、その機構を電圧モニタ回路31として使用することができるから、電磁ブレーキ21の駆動制御のためだけに電圧モニタ回路31を用意しなくてよいという利点もある。記憶装置33を設けて初期解除設定値及び保持設定値を予め格納しておくことにより、演算装置32における演算負荷を低減することができる。
[Effect of this embodiment]
According to the brake drive control circuit of the present embodiment, even when the voltage applied to the
[発明の別の実施形態]
図5は、本発明の別の実施形態のブレーキ駆動制御回路を示している。図1に示す装置は、電磁ブレーキ21に印加される電圧に基づいて電磁ブレーキ21の供給電流を制御しているので、ソレノイドの温度上昇などにより電磁ブレーキ21の電流電圧特性が変化した場合などにその変化に追従できないことがある。そこで図5に示す別の実施形態のブレーキ駆動制御回路では、電磁ブレーキ21を通過する電流が流れる位置に電流モニタ回路34を設け、電流モニタ回路34から出力される電流モニタ値によって演算装置32がブレーキ制御信号を生成するようにしたものである。トランジスタTr1をPWM駆動しているから電磁ブレーキ21を流れる電流もPWM波形で変化するものであるが、電流モニタ回路34は、適切な時定数をもって平均化された電流を計測して電流モニタ値を出力する。図5では、モータ駆動電源11と電磁ブレーキ21との間に電流モニタ回路34を設けているが、電流モニタ回路34の位置はこれに限られるものではなく、例えば、電磁ブレーキ21と接地点との間であってもよい。また、スイッチ素子であるトランジスタTr1の位置も、モータ駆動電源11と電磁ブレーキ21との間であってもよい。
[Another Embodiment of the Invention]
FIG. 5 shows a brake drive control circuit according to another embodiment of the present invention. Since the apparatus shown in FIG. 1 controls the supply current of the
図5では、モータ駆動回路12において電圧モニタ値を使用するために、電圧モニタ装置31は残されている。ただし、電圧モニタ値は演算装置32には送られておらず、電圧モニタ装置31はブレーキ駆動制御回路を構成しない。図5に示すブレーキ駆動制御回路では、電磁ブレーキ21の動作の基準となる供給電流を基準供給電流として、式(1)及び式(2)の代わりに、式(5)及び式(6)で表される初期解除設定値及び保持設定値が記憶装置33に格納される。
初期解除設定値=(初期解除電流/基準供給電流)×FullCount (5)
保持設定値=(保持電流/基準供給電流)×FullCount (6)
また、演算装置32は、式(3)及び式(4)も代わりに、式(7)及び式(8)に基づいて、初期解除動作時及び保持動作時のPWM_Setを算出する。
PWM_Set(初期解除)=初期解除設定値/電流モニタ値 (7)
PWM_Set(保持)=保持設定値/電流モニタ値 (8)
In FIG. 5, the
Initial release setting value = (initial release current / reference supply current) x FullCount (5)
Holding setting value = (holding current / reference supply current) × FullCount (6)
Further, the
PWM_Set (initial release) = initial release set value / current monitor value (7)
PWM_Set (hold) = hold set value / current monitor value (8)
[本実施形態の効果]
この実施形態でも、電磁ブレーキ21に印加される電圧が変動する場合であっても、電磁ブレーキ21が意図せずにクランプ状態となったりすることを防止でき、電磁ブレーキ21の発熱を最小限にすることができる。記憶装置33を設けて初期解除設定値及び保持設定値を予め格納しておくことにより、演算装置32における演算負荷を低減することができる。さらに、電磁ブレーキ12への供給電流を検出して制御を行なっているので、温度上昇などによって電磁ブレーキ12の抵抗値が変化した場合であっても、適切な制御を行なうことができる。
[Effect of this embodiment]
Even in this embodiment, even when the voltage applied to the
11…モータ駆動電源、12…モータ駆動回路、13…モータ、21…電磁ブレーキ、22…サージアブソーバ、31…電圧モニタ回路、32…演算装置、33…記憶装置、34…電流モニタ回路、41…除算部、42…クランプ部、43…PWM信号生成部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電磁ブレーキと前記電磁ブレーキに直列に設けられたスイッチ素子とからなる回路ブロックに供給される電圧または電流を監視する監視手段と、
前記監視手段での監視結果に基づき、前記電磁ブレーキの動作電圧または動作電流が前記電磁ブレーキの解除のために予め設定された値となるように、PWM信号であるブレーキ制御信号を生成する演算手段と、
を備え、
前記ブレーキ制御信号によって前記スイッチ素子の導通をPWM制御する、ブレーキ駆動制御回路。 A brake drive control circuit that controls an electromagnetic brake that releases a brake when energized,
Monitoring means for monitoring voltage or current supplied to a circuit block comprising the electromagnetic brake and a switch element provided in series with the electromagnetic brake;
Calculation means for generating a brake control signal, which is a PWM signal, so that the operating voltage or operating current of the electromagnetic brake becomes a preset value for releasing the electromagnetic brake based on the monitoring result of the monitoring means When,
With
A brake drive control circuit that performs PWM control of conduction of the switch element by the brake control signal.
前記監視手段は、前記回路ブロックに印加される電圧を検出する電圧モニタ回路である、請求項1に記載のブレーキ駆動制御回路。 The electromagnetic brake is supplied with power from a power source that supplies power to the motor drive circuit,
The brake drive control circuit according to claim 1, wherein the monitoring unit is a voltage monitor circuit that detects a voltage applied to the circuit block.
前記演算手段において、前記初期解除設定値及び前記保持設定値のそれぞれを前記監視手段での監視結果によって除算することにより前記PWM信号におけるパルス幅が決定する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のブレーキ駆動制御回路。 An initial release setting value that is a ratio of the first value to a reference value for PWM drive, a holding setting value that is a ratio of the second value to the reference value, and a duration of the initial release operation. A storage means for storing an initial release time;
5. The pulse width in the PWM signal is determined by dividing the initial release setting value and the hold setting value by the monitoring result of the monitoring unit in the calculation unit. The brake drive control circuit described in 1.
6. The brake drive control according to claim 5, wherein the storage unit stores the initial release setting value, the hold setting value, and the initial release time for each type corresponding to at least one type of electromagnetic brake. circuit.
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