JP3494664B2 - Dcブラシレスモータおよび遮断機 - Google Patents

Dcブラシレスモータおよび遮断機

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JP3494664B2
JP3494664B2 JP07069591A JP7069591A JP3494664B2 JP 3494664 B2 JP3494664 B2 JP 3494664B2 JP 07069591 A JP07069591 A JP 07069591A JP 7069591 A JP7069591 A JP 7069591A JP 3494664 B2 JP3494664 B2 JP 3494664B2
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speed
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守弘 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、いか釣り機や鉄道の踏
切遮断機等に適するDCブラシレスモータおよび遮断機
に関し、特にその速度制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近は省力化や自動化の面から、使用さ
れている駆動モータの速度−トルク特性に対する要望も
多様化している。
【0003】即ち、モータの速度−トルク特性が正転時
と逆転時では異なる特性を要求されることもあり、いか
釣り機や踏切遮断機等の駆動モータとしては下げ操作は
穏やかにし、上げ操作は速くすることが必要である。
【0004】このためのモータの速度−トルク特性は、
図6に示すように、上げ操作時は例えば正転駆動とし
(a)に示すような反比例の速度−トルク特性であり、
下げ操作時は逆転駆動として(b)に示すような定速度
特性である。
【0005】このような駆動特性を備えモータとして
は、ブレーキ付きモータやPWM(パルス幅変調)制御
のインバータ駆動モータ等がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のモータは付帯装置や制御回路が複雑であり、装置の小
型化やコスト・パフォーマンスの点において改善の余地
がある。
【0007】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、簡単な構成でコストのかからない、速度制御
ができるDCブラシレスモータおよび遮断機を提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記目的を
達成するため、DCブラシレスモータを次の(1のと
おりに構成し、遮断機を次の(2)のとおりに構成す
る。
【0009】(1)逆並列接続のダイオードとトランジ
スタからなる各アームをブリッジ接続した、同期モータ
を付勢するインバータ回路と、前記同期モータのロータ
位置を検出する位置検出器と、該位置検出器の出力に応
じて前記インバータトランジスタ回路の各アームのトラ
ンジスタに駆動信号を分配する分配回路と、正/逆転指
令に応じて前記位置検出器から前記分配回路に送出され
る信号の論理状態を反転する正逆転切換回路と、前記位
置検出器の出力周波数に応じた電圧を生成するF−Vコ
ンバータと、該F−Vコンバータの出力と速度指令信号
とを比較し比較出力を前記分配回路に送出するコンパレ
ータと、前記正/逆転指令に応じて正転時または逆転時
に、コンパレータから分配回路へ比較出力が送出される
のを禁止する正/逆転検出回路とを備えたDCブラシレ
スモータであって、前記分配回路は、更に、前記コンパ
レータの比較出力に応じて前記インバータトランジスタ
回路の正極側又は負極側の各アームのトランジスタにオ
ン信号を負極側または正極側の各アームのトランジスタ
にオフ信号を分配するものであるDCブラシレスモータ
の速度制御装置。
【0010】(2)前記(1)記載のDCブラシレスモ
ータにより遮断棹を駆動することを特徴とする遮断機。
【0011】
【作用】前記(1),(2)の構成により、同期モータ
正転時または逆転時に、速度が速度指令信号の速度を
超えると、インバータトランジスタ回路の正極側または
負極側の各アームのトランジスタをオンし、反対極側の
各アームのトランジスタをオフして同期モータに発電ブ
レーキをかけ、同期モータの速度が速度指令信号による
速度より低下すると、再び同期電動機を付勢し、この繰
り返しにより同期モータの速度を速度指令に応じた速度
に制御する。
【0012】前記(2)の構成により、遮断機の遮断棹
の上昇時に速度制御が行われるのを禁止する。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。図1は、本発明の一実施例である“踏切遮断機”の
要部構成を示すブロック図である。図において、位置検
出器1はホールICを使用したものであって、この出力
信号の周波数はF−Vコンバータ2において電圧信号に
変換される。F−Vコンバータ2の出力電圧はコンパレ
ータ3において速度指令電圧と比較され、コンパレータ
3の出力信号は逆転検出回路5を介して分配回路4へ送
出される。なお、F−Vコンバータ2,コンパレータ
3,逆転検出器5は速度制御部9を構成している。Vc
cは直流電源正極側であり、負極側はグランドである。
【0014】インバータトランジスタ回路7は、3相の
トランジスタ・ブリッジから構成され、ブリッジの正極
側の各アームはNPN形トランジスタを、負極側の各ア
ームはFET(電界効果トランジスタ)を使用してお
り、全てのトランジスタにはダイオードが逆並列に接続
されている。
【0015】正/逆転切換回路6は、正/逆転指令に応
じて位置検出器1の出力の論理状態を反転し、インバー
タトランジスタ回路7の、各アームのトランジスタの入
力位相を180°移相させる。
【0016】正/逆転指令を入力する逆転検出器5は、
逆転時にのみコンバータ3の出力信号を分配回路4へ送
出する。
【0017】分配回路4は、インバータトランジスタ回
路7を構成する6個のトランジスタUP〜WNの駆動回
路へ120°幅の駆動パルスを分配するものである。
【0018】今、正転指令が出ているとすると、分配回
路4は、インバータトランジスタ回路7の正極側アーム
と負極側アームの一対のトランジスタが例えば、UPと
VNが導通、続いてUPとWNが導通、続いてVPとW
Nが導通……(図5参照)となるよう各トランジスタに
順次駆動信号を分配し、同期モータ8は通常モードで正
回転する。
【0019】この場合におけるモータの速度−トルク特
性は、図6(a)に示すように、速度とトルクは反比例
関係にある。
【0020】逆転指令が出ると、正逆転切換回路6は位
置検出器1の出力の論理状態を反転し、これによりイン
バータトランジスタ回路7の各トランジスタUP〜WN
の導通順序が変る。例えばUPとVNが導通中に逆転指
令が入ると、UP,VNがオフし、VP,UNがオン、
続いてWP,UNが導通となり、同期モータ8のステー
タコイルの電流の向きが逆転しロータにかかるトルクの
向きが逆となり、同期モータ8のロータは逆転し始め
る。
【0021】逆転の速度が上がり、F−Vコンバータ2
の出力電圧が速度指令の電圧以上になると、コンパレー
タ3の出力が“H”に反転する。逆転検出器5は逆転指
令がきているのでコンパレータ3の出力を分配回路4へ
出力する。
【0022】これにより、分配回路4から送出されるト
ランジスタ駆動信号は、インバータトランジスタ回路7
の正極側各アームのトランジスタUP,VP,WPをオ
ンとし、負極側各アームのFET UN,VN,WNを
オフとする信号となる。
【0023】この結果、同期モータ8には、通常のモー
タとしての駆動電流は流れなくなるが、ロータの回転に
よる逆起電力により発電ブレーキがかかり、同期モータ
8は急速に減速される。速度が低下しF−Vコンバータ
2の出力が速度指令の電圧より低下すると、コンパレー
タ3の出力が“L”になり、発電ブレーキが解除され再
び同期モータ8が駆動され、増速される。このように、
駆動中に断続的に発電ブレーキがかかるので同期モータ
8の速度は速度指令どおりに一定に制御され、図2
(b)に示すように速度−トルク特性が得られる。
【0024】次に本実施例を詳細図により説明する。
【0025】図2は位置検出器1および正逆転切換回路
6の詳細図、図3は分配回路4およびインバータ回路7
の詳細図、図4は速度制御部9の詳細図である。図3は
図2の右に、図4は図2の下にそれぞれ配置され、・〜
・部で互に接続されて一つの回路図を構成する。図5は
本実施例の動作説明図である。図2〜図5における図1
と同一符号部分は対応部分である。
【0026】図2において、1−1,1−2,1−3
は、同期モータ8のステータに配置されたホールIC
で、ホール素子およびその増幅器を一体にしたモジュー
ルである。ホールIC 1−1,1−2,1−3の出力
は図5(a)のようになる。
【0027】6−1は同一の電源に接続された3個のノ
ンインバータからなるノンインバータアレイであり、6
−2は同一の電源に接続された3個のインバータからな
るインバータアレイである。アレイ6−1,6−2は、
線・,・により選択的に電源供給が行われ、電源供給の
あった側のアレイが抵抗6−3,6−4,6−5に信号
を供給する。図2はアレイ6−1に電源供給されている
ときの状態即ち正逆転切換回路6が正転側に切り換えら
れている状態を示す。
【0028】図3において、4−1〜4−6は、正逆転
切換回路6の出力にもとづいて、イハンータ回路7の各
アームのトランジスタUP〜WNに、120°の導通期
間を与える駆動信号を形成するナンドゲートである。各
ゲートの出力は、ノンインバータアレイ6−1に電源供
給が行われているときは図5(b)のとおりに、またイ
ンバータアレイ6−2に電源供給が行われているときは
図5(c)のとおりとなる。なお、図3はノンインバー
タアレイ6−1に電源供給が行われている状態即ち正転
指令の出ているときの状態を示す。
【0029】4−8,4−9,4−10は、アナログス
イッチで、インバータ4−7の入力が“L”のときオン
し“H”のときオフする。
【0030】4−17は、正極側アームの各NPNトラ
ンジスタUP,VP,WPにベース電流を供給する増幅
器アレイであり、8は同期モータである。
【0031】図4において、2−1,2−2,2−3
は、位置検出器1の出力にもとづいて、その3倍の周波
数のパルスを形成するナンドゲートであり、2−4はナ
ンドゲート2−1,2−2,2−3の出力を、その周波
数に比例する電圧に変換するF−Vコンバータである。
【0032】3−1は、コンパレータで、可変抵抗2−
6で設定した速度指令電圧と、バッファ2−5を介した
F−Vコンバータ2−4の出力電圧を比較し、同期モー
タ8の回転速度が速度指令の速度を超えたとき、“L”
を出力し、超えないとき“H”を出力する。
【0033】5−4は、同期モータ8を不図示の遮断桿
の左右いずれに配置するかにより切り換える手動スイッ
チで、図示位置では、遮断桿上げのとき同期モータ8は
正転し、下げのとき逆転し速度制御が行われる。手動ス
イッチ5−4を反転すると、上げのとき同期モータ8が
逆転し、下げのとき正転し速度制御が行われるようにな
る。
【0034】5−6は、遮断桿の上げ/下げを指令する
スイッチまたはリレーである。
【0035】以下図2〜図6により動作を説明する。
【0036】今、スイッチ5−6の“上昇”に指令電圧
VCCを印加したとする。手動スイッチ5−4を介して
正逆転切換回路6のノンインバータアレイ6−1に電源
供給が行われ、正逆転切換回路6は正転側に切り換えら
れ、インバータトランジスタ回路7の各アームのトラン
ジスタUP〜WNには図5(b)に示す駆動信号が供給
され、同期モータ8はその本来の特性である図6(a)
の特性で正転し、遮断桿は急速に上げられる。
【0037】このとき、逆転検出器5のインバータ5−
1の入力は“H”なので、コンパレータ3−1の出力に
かかわらず、インバータ4−7の入力は“L”になって
おり、発電ブレーキがかかることはない。
【0038】スイッチ5−6の“下降”に指令電圧VC
Cを印加すると、手動スイッチ5−4を介して、正逆転
切換回路6のインバータアレイ6−2に電源供給が行わ
れて回路6は逆転側に切り換えられ、分配回路4のナン
ドゲート4−1〜4−6への信号の論理状態が反転しイ
ンバータトランジスタ回路7の各アームのトランジスタ
UP〜WNへの駆動信号は図5の(b)から(c)に変
り、同期モータ8のロータにかかるトルクの向きが逆に
なり逆転する。
【0039】このとき、逆転検出器5のインバータ5−
1の入力は“L”なので、コンパレータ3−1の出力
は、インバータ3−2を介して分配回路4へ送出されて
いる。
【0040】同期モータ8の速度が上昇し、可変抵抗2
−6で設定した指令速度を超えると、コンパレータ3−
1の出力が“H”から“L”に反転する。このためイン
バータ3−2の出力は“H”となり、インバータ4−7
の入力は“H”で出力は“L”となって、ゲート4−1
1,4−12,4−13でインバータ回路7の負極側各
アームのFET UN,VN,WNへの駆動信号が阻止
されると共に、アナログスイッチ4−8,4−9,4−
10がオフして正極側各アームのトランジスタUP,V
P,WPにオン信号が供給され、同期モータ8に発電ブ
レーキがかかる。
【0041】同期モータ8の速度が速度指令の速度より
低下すると、コンパレータ3−1の出力は“H”とな
り、インバータ3−2の出力は“L”となり、同期モー
タ8は再び逆転駆動状態となる。
【0042】このように、逆転駆動中に断続的に発電ブ
レーキがかかり、遮断桿は図6(b)に示す特性で略一
定速度で降下する。
【0043】手動スイッチ5−4を逆位置に切り換える
と、正転では一定回転数に制御され、逆転ではモータ本
来の特性で急速に回転する。
【0044】なお、インバータトランジスタ回路7を、
バイポーラトランジスタとFETの混合編成としている
が、バイポーラトランジスタだけ、或はFETだけから
編成してもよい。バイポーラトランジスタは制御電力を
要するが、電圧降下がFETより小さく、発電ブレーキ
側に適する。
【0045】また、実施例は、逆転または正転のとき速
度を一定に制御するものであるが、本発明は、これに限
定されるものではなく、変化する速度指令に応じて速度
を制御する形で実施することもできる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のブレーキ付きモータやPWM制御のインバータ駆
動のモータのような、複雑な付帯装置や回路構成を要せ
ず、簡単な構成で安価に速度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例のブロック図
【図2】 位置検出器および正逆転切換回路の詳細図
【図3】 分配回路およびインバータトラジスタ回路の
詳細図
【図4】 速度制御部の詳細図
【図5】 実施例の動作説明図
【図6】 速度−トルク特性の説明図
【符号の説明】
1 位置検出器 2 F−Vコンバータ 3 コンパレータ 4 分配回路 7 インバータトランジスタ回路 8 同期モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 利男 埼玉県浦和市上木崎1丁目13番8号 日 本信号株式会社与野事業所内 (56)参考文献 特開 昭48−85978(JP,A) 特開 昭63−99193(JP,A) 特公 昭45−761(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆並列接続のダイオードとトランジスタ
    からなる各アームをブリッジ接続した、同期モータを付
    勢するインバータトランジスタ回路と、前記同期モータ
    のロータ位置を検出する位置検出器と、該位置検出器の
    出力に応じて前記インバータトランジスタ回路の各アー
    ムのトランジスタに駆動信号を分配する分配回路と、
    /逆転指令に応じて前記位置検出器から前記分配回路に
    送出される信号の論理状態を反転する正逆転切換回路
    と、前記位置検出器の出力周波数に応じた電圧を生成す
    るF−Vコンバータと、該F−Vコンバータの出力と速
    度指令信号とを比較し比較出力を前記分配回路に送出す
    るコンパレータと、前記正/逆転指令に応じて正転時ま
    たは逆転時に、コンパレータから分配回路へ比較出力が
    送出されるのを禁止する正/逆転検出回路とを備えたD
    Cブラシレスモータであって、前記分配回路は、更に、
    前記コンパレータの比較出力に応じて前記インバータト
    ランジスタ回路の正極側又は負極側の各アームのトラン
    ジスタにオン信号を負極側または正極側の各アームのト
    ランジスタにオフ信号を分配するものであることを特徴
    とするDCブラシレスモータ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のDCブラシレスモータに
    より遮断棹を駆動することを特徴とする遮断機。
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