JP3829515B2

JP3829515B2 - 工作機械の交流誘導モータ停止制御装置

Info

Publication number: JP3829515B2
Application number: JP01732599A
Authority: JP
Inventors: 秀樹野村
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000218460A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械を駆動する交流誘導モータを停止させる停止制御装置に関し、詳しくは、交流の半波のみを用いて上記交流誘導モータを停止させる工作機械の交流誘導モータ停止制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工作機械では、ワークの加工精度に直接関与する部材（例えばテーブル）の駆動はステッピングモータ等によって行っているが、それ程精度を必要としない部材の駆動（例えば、工具マガジンやアームの旋回，ベルトコンベアをはじめとする種々の搬送装置やパレットチェンジャーの駆動等）は交流誘導モータを用いて行っている。
【０００３】
一例を挙げると、図４に示される工作機械１０がある。図４に示すように、この工作機械１０は、切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュガード１２の内側にワーク（図示せず）を載置するためのテーブル１４、例えばドリルやタップ等の工具交換のための工具マガジン１６、及び工作機械本体２０が配置されている。また、スプラッシュガード１２には、操作パネル２２、ワークの出し入れやメンテナンスのためのワーク交換口２４、主にメンテナンス用の点検ハッチ２６等が設けられている。
【０００４】
この種の工作機械１０では、主軸２８及びそれを回転駆動する主軸モータ３０の上下方向（Ｚ軸方向）の送り量や、テーブル１４の水平方向（ＸＹ方向）の送り量はワークの加工精度に直接関与するので、それらの部材はステッピングモータ等によって駆動している。ところが、工具マガジン１６を回転させるモータの回転量には多少の誤差があってもよく、モータの回転を工具マガジン１６に伝達する機械的な機構（例えばカム機構）によってその誤差を吸収して所望の位置に工具マガジン１６を停止させることができる。そこで、工具マガジン１６等は一般の交流誘導モータで駆動して工作機械１０のコストダウンを図ることが考えられている。すなわち、一般の交流誘導モータでも、次のような停止制御を行うことによってある程度正確な位置に停止させることができ、工具マガジン１６等を所望の位置に停止させることができると考えられていた。
【０００５】
図５は、一般的な単相誘導モータ（以下単にモータという）５１の駆動回路の構成を概略的に表す説明図である。図５に示すように、モータ５１は、回転子５３の周囲に固定子巻線５５，５７を９０°ずつずらして（図では二つのみ図示）配設して構成されている。固定子巻線５５，５７は、一端が一方の電源入力端子６１に接続され、他端がコンデンサ６３の両端にそれぞれ接続されている。また、コンデンサ６３の両端は、それぞれ、トライアック６５または６７を介してもう一方の電源入力端子６９に接続されている。
【０００６】
このように構成された駆動回路では、電源入力端子６１，６９の間にＡＣ２００Ｖの単相交流電源を接続した後、トライアック６５のゲートに接続された端子ＣＷ、またはトライアック６７のゲートに接続された端子ＣＣＷにハイレベルの信号を入力すると、モータ５１を次のように回転させることができる。例えば、端子ＣＷにハイレベルの信号が入力され、トライアック６５がオンすると、固定子巻線５７には電源入力端子６１，６９間の電圧がそのまま、固定子巻線５５には上記電圧がコンデンサ６３を介して、それぞれ印加される。このとき、コンデンサ６３による位相の変化によって、回転子５３の周囲に回転磁場が形成され、これによって回転子５３が回転する。また、端子ＣＣＷにハイレベルの信号を入力してトライアック６７をオンすると、固定子巻線５５には上記電圧がそのまま、固定子巻線５７には上記電圧がコンデンサ６３を介して印加され、回転子５３は上記と逆方向に回転する。
【０００７】
モータ５１を停止する場合は、端子ＣＷと端子ＣＣＷとに同時にハイレベルの信号を入力することが考えられている。この場合、固定子巻線５５及び５７が同様に励磁され、回転子５３に良好に制動力を加えることができる。更に、この停止を一層良好に行うためには、各固定子巻線５５，５７で磁性の逆転が起こらないように、交流の半波のみを用いて停止を行うことが考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、交流電圧が０Ｖを横切る前後で、固定子巻線５５または５７の一方に電力を供給する電気線にノイズが重畳すると、そのノイズが回転子５３を回転させるように作用し、モータ５１の停止が妨げられる。特に、モータ５１の停止直前または直後にノイズが重畳すると、一旦停止しかけたモータ５１が再び回転され、所望の位置でモータ５１を停止させることができない。例えば、モータ５１によって工作機械１０の工具マガジン１６を回転させる場合、工具マガジン１６の位置決めが正確にできないため、工具交換に支障を来す可能性がある。
【０００９】
このようなノイズの重畳を避ける方法として、一定のフィルタを設け、上記半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して所定期間を無効にすることが考えられる。前述のような誤動作を確実に防止するためにはフィルタを充分に大きく（すなわち、上記所定期間を充分に長く）する必要があるが、フィルタが大きいほどモータ５１の停止に寄与する通電期間が短くなり、制動性が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、ノイズの重畳による誤動作を良好に防止することができると共に、良好な制動性を有する工作機械の交流誘導モータ停止制御装置を提供することを目的としてなされた。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達するためになされた請求項１記載の発明は、工作機械を駆動する交流誘導モータを、交流の半波のみを用いて停止させる工作機械の交流誘導モータ停止制御装置であって、上記半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して、第１所定期間を無効にする第１フィルタと、上記半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して、上記第１所定期間よりも長い第２所定期間を無効にする第２フィルタと、上記交流モータを停止させる信号を、その停止制御の初期には上記第１フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて、上記停止制御の末期には上記第２フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて、それぞれ発生する信号発生手段と、を備えたことを特徴している。
【００１２】
このように構成された本発明は、半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して第１所定期間を無効にする第１フィルタと、半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して、上記第１所定期間よりも長い第２所定期間を無効にする第２フィルタとを備えている。すなわち、比較的小さい第１フィルタと、その第１フィルタよりも大きい第２フィルタとを備えている。そして、信号発生手段は、モータを停止させる信号（以下、停止信号ともいう）を、その停止制御の初期には第１フィルタによる処理が施された半波に基づいて、停止制御の末期には第２フィルタによる処理が施された半波に基づいて、それぞれ発生する。
【００１３】
このように、本発明では、停止制御の初期には比較的小さい第１フィルタによる処理が施された半波に基づいて停止信号が発生されるので、良好な制動力が得られる。なお、停止制御の初期には、停止信号に多少のノイズが重畳してもモータの最終的な停止位置はそれ程変化しない。また、停止制御の末期には、比較的大きい第２フィルタによる処理が施された半波に基づいて停止信号が発生されるので、ノイズの重畳を確実に防止してモータの停止精度を向上させ、延いては誤動作を防止することができる。従って、本発明では、ノイズの重畳による誤動作を良好に防止することができると共に、良好な制動性を実現することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、上記第１フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて上記信号発生手段が上記信号を発生する状態から、上記第２フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて上記信号発生手段が上記信号を発生する状態に切り替わる時期を設定する設定手段を、更に備えたことを特徴している。
【００１５】
第１フィルタによる処理が施された半波に基づいて信号発生手段が停止信号を発生する場合、前述のように、ノイズが重畳する可能性は若干あるが良好な制動力が得られる。また、第２フィルタによる処理が施された半波に基づいて信号発生手段が停止信号を発生する場合、制動力は若干低下するがノイズの重畳を確実に防止することができる。一方、モータの停止制御に必要とされる制動力は、モータが駆動する部材の慣性や駆動速度に応じて変化し、モータの停止制御に必要とされる精度はモータが駆動する部材に要求される位置決め精度等に応じて変化する。そこで本発明では、信号発生手段による停止信号の発生動作が前者の状態から後者の状態に状態に切り替わる時期を、設定手段によって設定可能とした。
【００１６】
このため、本発明では、請求項１記載の発明の効果に加えて、モータが駆動する部材の特性やモータの調子等に応じて、必要とされる制動力及び停止精度をバランスよく実現することができるといった効果が生じる。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成加え、上記交流誘導モータが、工作機械の工具マガジンを回転させるものであることを特徴している。
【００１７】
前述のように、工具マガジンを回転させるモータは、ある程度正確な位置に停止させることができれば所望の位置に工具マガジンを停止させることができ、充分に目的が達せられる。また、工具マガジンの回転速度は、ワークの硬さ等の影響を受けないため、この回転速度を向上させれば工作機械の動作速度は確実に向上する。但し、工具マガジンの回転速度を向上させた場合、それに見合った制動力を確保する必要がある。
【００１８】
本発明では、請求項１または２記載の発明を、工作機械の工具マガジンを回転させる交流誘導モータに適用している。このため、工具マガジンを回転させるモータに必要とされる停止精度を良好に確保しつつ、その制動力を充分に確保することができ、しかも、高価なステッピングモータ等を使用することなくそれが実現できる。
【００１９】
従って、本発明では、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、工作機械における工具交換の信頼性を確保しつつその動作速度を向上させ、更に、その工作機械の低コスト化を達成することができるといった効果が生じる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された工作機械の交流誘導モータ停止制御装置（以下、単に停止制御装置という）の構成を表すブロック図である。なお、本停止制御装置は、前述の工作機械１０及びその工具マガジン１６を回転させるモータ５１に適用されるものである。
【００２１】
本停止制御装置には、入力信号として、位相検出信号（ＦＩＬＴ）とモータ回転指令（ＭＡＧＳＴ）とが入力される。位相検出信号とは、前述の電源入力端子６１，６９の間に入力される交流電流が、負から正に転じたときに立ち上がり、正から負に転じたときに立ち下がるデジタル信号である。なお、位相検出信号の立ち上がり，立ち下がりは逆であってもよい。モータ回転指令とは、工作機械１０を所定の加工プログラムに基づいて制御する図示しない制御系からの信号に基づき、モータ５１を回転させるべきときには立ち上がり、モータ５１を停止させるべきときには立ち下がるデジタル信号である。また、これらの信号の発生回路は周知であるので、ここでは説明を省略する。
【００２２】
位相検出信号は、第１フィルタ１と第２フィルタ２とに、それぞれ入力されている。第１フィルタ１は、位相検出信号の立ち上がりに対して３００μｓの期間を無効にするフィルタであり、第２フィルタ２は、位相検出信号の立ち上がりに対して６００μｓの期間を無効にするフィルタである。第１フィルタ１または第２フィルタ２を通過した位相検出信号は、共にデジタルスイッチ３に入力され、いずれか一方がトリガ回路５に入力される。トリガ回路５は、デジタルスイッチ３を介して入力される第１フィルタ１または第２フィルタ２の通過信号に基づき、同様の波形を有するモータ５１駆動用の信号を、第１タイマ７の計時中に限って端子ＣＷ及び端子ＣＣＷに同時に入力する回路である。
【００２３】
モータ回転指令は、第１タイマ７と第２タイマ９とに、それぞれ入力されている。第１タイマ７及び第２タイマ９は、モータ回転指令が立ち下がったときに計時を開始し、第１タイマ７は４００ｍｓが経過すると、第２タイマ９は３４０ｍｓが経過すると、それぞれ計時を終了する。第１タイマ７は前述のように、その計時中、トリガ回路５に端子ＣＷ，ＣＣＷへの信号を出力させる。また、第２タイマ９は、計時の開始時にはデジタルスイッチ３を第１フィルタ１側にセットし、計時終了時にはデジタルスイッチ３を第２フィルタ２側にセットする。
【００２４】
このため、モータ回転指令が立ち下がりモータ５１の回転を指示する状態からブレーキ動作を指示する状態に変化すると、比較的小さい第１フィルタ１（３００μｓ）を通過した位相検出信号に基づき、上記交流電圧の半波のみを利用してモータ５１に制動力を加えることができる。そして、ブレーキ動作の開始から３４０ｍｓ経過すると、次は、比較的大きい第２フィルタ２（６００μｓ）を通過した位相検出信号に基づき、モータ５１に同様に制動力を加えることができる。
【００２５】
すなわち、図２のタイムチャートに示すように、ブレーキ動作の開始から３４０ｍｓの間は、位相検出信号の立ち上がりに対して３００μｓを無効にした信号を端子ＣＷ，ＣＣＷに同様に入力し（ブレーキ開始出力）、続いて、上記立ち上がりに対して６００μｓを無効にしたブレーキ開始出力を発生し、ブレーキ動作の開始から４００ｍｓが経過するとそのブレーキ開始出力を停止する。
【００２６】
本停止制御装置では、このように、ブレーキ動作（停止制御）の初期には比較的小さい第１フィルタ１による処理が施された半波に基づいてブレーキ開始出力（停止信号）を発生し、ブレーキ動作の末期には比較的大きい第２フィルタ２による処理が施された半波に基づいてブレーキ開始出力を発生している。なお、第１タイマ７が計時する４００ｍｓは、モータ５１を停止するのに充分な時間であり、その計時期間を図２に１ショットとして表した。
【００２７】
このため、本停止制御装置では次のような作用・効果が生じる。すなわち、モータ５１のブレーキ動作の初期には比較的小さい第１フィルタ１による処理が施された半波に基づいてブレーキ開始出力が発生されるので、良好な制動力が得られる。なお、ブレーキ動作の初期には、ブレーキ開始出力に多少のノイズが重畳してもモータ５１の最終的な停止位置はそれ程変化しない。また、ブレーキ動作の末期には、比較的大きい第２フィルタ２による処理が施された半波に基づいてブレーキ開始出力が発生されるので、ノイズの重畳を確実に防止してモータ５１の停止精度を向上させ、延いては工具マガジン１６の誤動作を防止することができる。従って、本停止制御装置では、ノイズの重畳による誤動作を良好に防止することができると共に、良好な制動性を実現することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では第１タイマ７と第２タイマ９との差を６０ｍｓとしたので、第２フィルタによる処理が施された半波に基づくブレーキ開始出力は、６０Ｈｚの場合に３〜４サイクル、５０Ｈｚの場合には３サイクルとなる。
また、図３に示すように、第１フィルタ１，第２フィルタ２，第１タイマ７，及び第２タイマ９をディップスイッチ９９に接続し、各々の動作／不動作または設定された時間を個々に変更できるように構成してもよい。この場合、次のような作用・効果が生じる。例えば、第２フィルタ２及び第２タイマ９を不動作とした場合、従来のリレー基板と同様に一定のフィルタを用いたブレーキ動作を行うことができる。第１フィルタ１及び第２フィルタ２に設定された時間を変更した場合、両者をその工作機械１０の使用環境や経時変化に応じた必要最小限の大きさのフィルタとすることができ、一層制動力を向上させることができる。
【００２９】
更に、第２タイマ９に設定された時間を変更した場合、第１フィルタ１を通過した位相検出信号に基づいてブレーキ動作がなされる状態から第２フィルタ２を通過した位相検出信号に基づいてブレーキ動作がなされる状態に切り替わる時期を変更することができる。第１フィルタ１を通過した位相検出信号に基づいてブレーキ動作がなされる場合、前述のように、ノイズが重畳する可能性は若干あるが良好な制動力が得られる。また、第２フィルタ２を通過した位相検出信号に基づいてブレーキ動作がなされる場合、制動力は若干低下するがノイズの重畳を確実に防止することができる。一方、モータ５１のブレーキ動作に必要とされる制動力は、工具マガジン１６の慣性や駆動速度に応じて変化し、モータ５１のブレーキ動作に必要とされる停止精度は工具マガジン１６に要求される位置決め精度等に応じて変化する。前述のように、ブレーキ動作が前者の状態から後者の状態に状態に切り替わる時期を、ディップスイッチ９９によって設定可能とした場合、工具マガジン１６の特性やモータ５１の調子等に応じて、必要とされる制動力及び停止精度をバランスよく実現することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態において、トリガ回路５が信号発生手段に、ディップスイッチ９９が設定手段に、それぞれ相当する。また、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、種々の形態で実施できることはいうまでもない。例えば、本発明は、工具マガジン以外の部材の駆動（例えば、アームの旋回，ベルトコンベアをはじめとする種々の搬送装置やパレットチェンジャーの駆動等）を行う交流誘導モータに対して適用することもでき、更に、三相モータに対して適用することもできる。
【００３１】
但し、工具マガジン１６を回転させるモータは、ある程度正確な位置に停止させることができれば所望の位置に工具マガジン１６を停止させることができ、充分に目的が達せられる。また、工具マガジン１６の回転速度は、ワークの硬さ等の影響を受けないため、この回転速度を向上させれば工作機械１０の動作速度は確実に向上する。しかしながら、工具マガジン１６の回転速度を向上させた場合、それに見合った制動力を確保する必要がある。上記実施の形態では、工作機械１０の工具マガジン１６を回転させるモータ５１に本発明を適用している。このため、工具マガジン１６を回転させるモータに必要とされる停止精度を良好に確保しつつ、その制動力を充分に確保することができ、しかも、高価なステッピングモータ等を使用することなくそれが実現できる。
【００３２】
従って、上記実施の形態では、工作機械１０における工具交換の信頼性を確保しつつその動作速度を向上させ、更に、その工作機械１０の低コスト化を達成することができる。また、上記実施の形態では停止制御装置をデジタル回路によって構成したが、アナログ回路によって構成してもよい。更に、上記実施の形態では交流の正の部分の半波を利用してブレーキ動作を行ったが、負の部分の半波を利用してブレーキ動作を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された停止制御装置の構成を表すブロック図である。
【図２】その停止装置の入出力信号を表すタイムチャートである。
【図３】ディップスイッチを使用した上記停止制御装置の構成を表す説明図である。
【図４】実施例及び従来例の工作機械の構造を表す説明図である。
【図５】単相誘導モータの駆動回路の構成を概略的に表す説明図である。
【符号の説明】
１…第１フィルタ２…第２フィルタ３…デジタルスイッチ
５…トリガ回路７…第１タイマ９…第２タイマ
１０…工作機械５１…単相誘導モータ９９…ディップスイッチ

Claims

工作機械を駆動する交流誘導モータを、交流の半波のみを用いて停止させる工作機械の交流誘導モータ停止制御装置であって、
上記半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して、第１所定期間を無効にする第１フィルタと、
上記半波の立ち上がりまたは立ち下がりに対して、上記第１所定期間よりも長い第２所定期間を無効にする第２フィルタと、
上記交流モータを停止させる信号を、その停止制御の初期には上記第１フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて、上記停止制御の末期には上記第２フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて、それぞれ発生する信号発生手段と、
を備えたことを特徴とする工作機械の交流誘導モータ停止制御装置。
上記第１フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて上記信号発生手段が上記信号を発生する状態から、上記第２フィルタによる処理が施された上記半波に基づいて上記信号発生手段が上記信号を発生する状態に切り替わる時期を設定する設定手段を、
更に備えたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の交流誘導モータ停止制御装置。
上記交流誘導モータが、工作機械の工具マガジンを回転させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の工作機械の交流誘導モータ停止制御装置。