JP3926369B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

この発明はモータ駆動制御装置に関し、特に、出力電圧を制限することにより過電流を防止し、自動ドア等を駆動するためのモータの制御を行うモータ駆動制御装置に関するものである。

建物などに設けられ、人の出入りを感知して、自動でドアを開閉する自動ドアシステムが構築されている。そのような自動ドアは通常モータにより駆動されており、当該モータの駆動制御方法が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、モータに過電流が流れることを防止するためのモータの駆動装置が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２に記載されたモータの駆動装置においては、モータの特性データを格納するモータ特性格納手段と、モータ特性格納手段から得られるデータに基づいて過電流が生じない供給電圧範囲を求め、求めた供給電圧範囲とフィードバック演算によって得られた供給電圧とを比較し、比較結果に基づいてモータへの供給電圧の修正を行う過電流防止演算手段とを備えることによって、フィードバック演算によって得られた供給電圧範囲に抑制してモータに流れる電流を制限する。これによって、演算処理の処理速度に関係なくモータへの過電流防止を行う。

特開平９−１００６７８号公報 特開平９−２８５１７６号公報

特許文献２に記載されている従来のＤＣブラシレスモータの駆動装置は以上のような制御方式にて行なわれているため、モータ高速回転時のモータ出力トルクを増大させるためには、出力電圧制限を大きな値とする必要があった。出力電圧制限を大きな値とすると、停止時からの力行トルク発生時、あるいは、高速回転時の回生トルク発生時に、モータ電流が過大に流れてしまうという問題点があった。

また、特許文献２に記載されているＤＣブラシレスモータを、例えば、自動ドアに適用した場合には、上述のようにモータ電流が過大に流れてしまうと、保護機能が動作して、モータ駆動制御装置の停止、あるいは、モータ駆動制御装置が破損してしまう恐れがあるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、モータ誘起電圧を基準にして出力電圧を制限することにより、過電流を防止することが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。

この発明は、ＤＣブラシレスモータの駆動制御装置であって、前記ＤＣブラシレスモータの速度指令信号を出力する速度指令作成手段と、前記ＤＣブラシレスモータの軸端に取り付けられて前記ＤＣブラシレスモータの回転速度を検出し、速度フィードバック信号を出力する検出手段と、前記速度指令信号と前記速度フィードバック信号との偏差に基づいて前記ＤＣブラシレスモータに印加する電圧の電圧制御信号を出力する電圧指令制御手段と、前記速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、推測された前記モータ誘起電圧を基準にして前記電圧制御信号の値を制限する電圧制限手段と、前記電圧制御信号の値を制限する下限値を、モータ誘起電圧よりも低い値で、かつ、必要トルクを発生し、かつ、過電流とならない値を算出して設定する手段と、前記電圧制限手段によって制限された前記電圧制御信号を、前記モータに印加するための出力電圧に変換する電力変換手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置である。

この発明は、ＤＣブラシレスモータの駆動制御装置であって、前記ＤＣブラシレスモータの速度指令信号を出力する速度指令作成手段と、前記ＤＣブラシレスモータの軸端に取り付けられて前記ＤＣブラシレスモータの回転速度を検出し、速度フィードバック信号を出力する検出手段と、前記速度指令信号と前記速度フィードバック信号との偏差に基づいて前記ＤＣブラシレスモータに印加する電圧の電圧制御信号を出力する電圧指令制御手段と、前記速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、推測された前記モータ誘起電圧を基準にして前記電圧制御信号の値を制限する電圧制限手段と、前記電圧制御信号の値を制限する下限値を、モータ誘起電圧よりも低い値で、かつ、必要トルクを発生し、かつ、過電流とならない値を算出して設定する手段と、前記電圧制限手段によって制限された前記電圧制御信号を、前記モータに印加するための出力電圧に変換する電力変換手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置であるので、速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、モータ誘起電圧を基準にして出力電圧を制限することにより、過電流を防止することができる。

実施の形態１．
図３はこの発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を内蔵した自動ドア制御装置をドア機構に組み込んだ自動ドア構成図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図である。モータ駆動制御装置を内蔵した自動ドア制御装置１０においては、例えば、コンバータ回路の出力に電解コンデンサを設置し、直流電源を形成している。その直流電源を使用し、インバータ回路をＰＷＭ制御してＤＣブラシレスモータ５に出力し、その出力とＤＣブラシレスモータ５に組み込んであるパルス発生器の信号とにより、ＤＣブラシレスモータ５が速度制御されて回転するように形成している。その自動ドア制御装置１０を図３の引き戸形の自動ドア開閉機構として組み込んでいる。

図３は、減速ギア機構を持たない、自動ドア引戸形の開閉機構である。建物の出入り口の上方に配設された取付台１９と無目２０の内部に、モータ駆動制御装置を内蔵した自動ドア制御装置１０を格納している。取付台１９の壁面には、ＤＣブラシレスモータ５のシャフトに駆動プーリ２１、自動ドア制御装置１０、従動プーリ２３およびスライドレール２７が取付けられている。駆動プーリ２１と従動プーリ２３との間には、無端のドア開閉用の駆動タイミングベルト２４が掛け回されている。図示の例では、自動ドアは２枚のドア１１７および１１８を備えており、これらドア１１７および１１８は、それぞれ一対の戸車２２によってスライドレール２７から吊り下げられていて、スライドレール２７上を走行して建物の出入り口を開閉できるようにしてある。戸車２２によって吊り下げられたドア１１７および１１８のうちの図示の左側のドア１１７は、連結金具２５によって駆動タイミングベルト２４の上部走行部に連結され、図示の右側のドア１１８は、連結金具２６によって駆動タイミングベルト２４の下部走行部に連結されている。ＤＣブラシレスモータ５が駆動されて駆動プーリ２１が駆動タイミングベルト２４を図で反時計方向（矢印Ａ方向）に駆動させると、左側のドア１１７は左方向に移動し、右側のドア１１８は右方向に移動して出入り口が開放される。駆動タイミングベルト２４を時計方向に駆動させると、左側のドア１１７は右方向に移動し、右側のドア１１８は左方向に移動して出入り口が閉鎖される。ドア開放時は開放端手前の位置で停止し、閉鎖時は左右２枚のドアに隙間が開かない位置で停止させている。

以下、この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を内蔵した自動ドア制御装置について図１および図２を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示す制御のブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る自動ドア制御装置１０は、自動ドア制御速度指令作成部１（速度指令作成手段）と、次で構成されるモータ駆動制御装置１０Ａとで構成されている。前記モータ駆動制御装置１０Ａは電圧指令制御部２（電圧指令制御手段）と、電圧制限部３（電圧制限手段）と、電力変換回路４（電力変換手段）とから構成されている。さらに電力変換手段に接続されたＤＣブラシレスモータ５と、検出器６（検出手段）により、自動ドアの駆動装置を構成している。図１において、自動ドアの動作の制御は、自動ドア制御速度指令作成部１にて行なわれている。自動ドア制御速度指令作成部１からの出力は速度指令信号１０１となる。ＤＣブラシレスモータ５に接続された検出器６からの出力は速度フィードバック信号１０５となる。また、電圧指令制御部２の入力は速度指令信号１０１と速度フィードバック信号１０５との偏差であり、電圧指令制御部２の出力が電圧制御信号１０２となり、電圧制御信号１０２と速度フィードバック信号１０５とが電圧制限部３に入力されて、モータ電圧指令信号１０３が出力され、電力変換回路４にてモータ電圧指令信号１０３が出力電圧１０４に変換されてＤＣブラシレスモータ５に出力される。これにより出力電圧１０４をＤＣブラシレスモータ５に印加して駆動する。

図２において、１１はモータ誘起電圧である。モータ電圧指令信号１０３は、電圧指令制限上限値１２と電圧指令制限下限値１３とにより制限される。正転力行電位差１４、正転回生電位差１５、逆転回生電位差１６および逆転力行電位差１７は、モータ駆動制御装置１０Ａの許容電流値とから予め求められた電圧指令値である。

次に、この実施の形態に係る自動ドア制御装置の動作について説明する。まず、自動ドアの制御は、自動ドア制御速度指令作成部１にて行なわれており、自動ドアを駆動するためのＤＣブラシレスモータ５の速度指令信号１０１を作成する。

ＤＣブラシレスモータ５に接続された検出器６からの出力である速度フィードバック信号１０５と速度指令信号１０１との偏差が、電圧指令制御部２に入力され、当該偏差に基づいてＤＣブラシレスモータ５に出力する電圧制御信号１０２を演算して出力する。

電圧制御信号１０２とＤＣブラシレスモータ５に接続された検出器６からの出力である速度フィードバック信号１０５とを電圧制限部３に入力する。電圧制限部３では、速度フィードバック信号１０５からＤＣブラシレスモータ５のモータ誘起電圧（図２の符号１１参照）を推測し、モータ誘起電圧を基準にして、図２に示した電圧指令制限上限値１２および電圧指令制限下限値１３により電圧制御信号１０２を制限したものが、モータ電圧指令信号１０３となる。具体的には、（１）電圧制御信号１０２が電圧指令制限上限値１２以下で電圧指令制限下限値１３以上の場合には、電圧制御信号１０２の値をそのままの値とする。（２）電圧制御信号１０２が電圧指令制限上限値１２より大きい場合には、電圧制御信号１０２の値を電圧指令制限上限値１２の値とする。（３）電圧制御信号１０２が電圧指令制限下限値１３より小さい場合には、電圧制御信号１０２の値を電圧指令制限下限値１３の値とする。

ここで、ＤＣブラシレスモータ５が回転すると、モータ端子にはモータ誘起電圧が発生する。このモータ誘起電圧はモータ回転速度に比例して電圧が上昇するため、図２のモータ誘起電圧１１の特性を示す。また、ＤＣブラシレスモータ５に流れる電流は、モータ電圧指令信号１０３を電力変換回路４で変換した出力電圧１０４とＤＣブラシレスモータ５のモータ誘起電圧との電圧差をモータ巻線抵抗値にて除した値となる。即ち、モータ電流Ｉｍは、次式より与えられる。

Ｉｍ＝（Ｅ−Ｖｍ±Ｖａ）／Ｒｍ

ここで、Ｉｍはモータ電流、Ｅは出力電圧（１０４と同一）、Ｖｍはモータ誘起電圧（１１と同一）、Ｖａはモータ内の各種ロスによる補正電圧、Ｒｍはモータ巻線抵抗値である。

すなわち、出力電圧とモータ誘起電圧との電位差によりモータに流れる電流値が決定するので、過電流を防止するためにはこの電位差を制限する方法が有効である。力行の場合、または、回生の場合で符号が異なるため、正転力行電位差１４、正転回生電位差１５、逆転回生電位差１６および逆転力行電位差１７は、各々下記となる。

正転力行電位差１４＝Ｅ−Ｖｍ＋Ｖａ
正転回生電位差１５＝Ｅ−Ｖｍ−Ｖａ
逆転回生電位差１６＝Ｅ−Ｖｍ−Ｖａ
逆転力行電位差１７＝Ｅ−Ｖｍ＋Ｖａ

なお、モータ誘起電圧Ｖｍはモータの回転数に比例するため、
Ｖｍ＝Ｋ＊ｎ
となる。ここで、Ｋはモータ誘起電圧定数、ｎは回転数である。

速度フィードバック信号１０５よりモータ誘起電圧１１を推測し、モータ電流をモータ駆動制御装置１０Ａの許容電流値以内に抑えるような、正転力行電位差１４および逆転回生電位差１６を加算し、電圧指令制限上限値１２を予め設定する。同様に、モータ電流をモータ駆動制御装置１０Ａの許容電流値以内に抑えるような、正転回生電位差１５および逆転力行電位差１７を加算し、電圧指令制限下限値１３を設定する。なお、正転力行電位差１４、正転回生電位差１５、逆転回生電位差１６および逆転力行電位差１７は、モータ誘起電圧定数の値とともに、電圧制限部３が有するメモリ（図示せず）内に予め記憶されているものとする。

このような、電圧指令制限上限値１２および電圧指令制限下限値１３にて、出力電圧１０４を制限することにより、モータ高速回転時のモータ出力トルクを増大すると共に、停止時からの力行トルク発生時あるいは高速回転時の回生トルク発生時のモータ電流を、モータ駆動制御装置１０Ａの許容電流値以内に抑え、過電流による保護によるモータ駆動制御装置の停止あるいはモータ駆動制御装置の破損を回避することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係わるモータ駆動制御装置を内蔵した自動ドア制御装置は、ＤＣブラシレスモータ５の軸端に取り付けられた検出器６より出力される速度フィードバック信号１０５と速度指令信号１０１との偏差により電圧制御信号１０２を出力する電圧指令制御部２を備えた自動ドア制御装置であって、速度フィードバック信号１０５に基づいてＤＣブラシレスモータ５へ出力する出力電圧１０４を制限する電圧制限部３を有するものである。速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、モータ誘起電圧を基準にして出力電圧を制限することにより、過電流を防止して、モータ高速回転時のモータ出力トルクを増大すると共に、停止時からの力行トルク発生時、あるいは、高速回転時の回生トルク発生時のモータ電流をモータ駆動制御装置の許容電流値以内に抑え、過電流による保護によるモータ駆動制御装置の停止あるいはモータ駆動制御装置の破損を回避することが可能となる。自動ドアは、停止したり、破損したりすると、利用者が出入りできなくなって非常に不便となるが、その一方で、メンテナンスを行う作業者が近場にいないことが多く、連絡後に現場に駆けつけて修理するようになるため、復旧にかなりの時間を要することが想定される。そのため、停止したり破損したりすることを出来るだけ未然に防ぐことが重要であり、この発明は、そのような停止および破損を未然に防ぐべきシステムに適用することにより特に格別の効果を奏する。

なお、上記の実施の形態においては、自動ドアを例にあげて説明したが、その場合に限らず、この発明に係る制御方法は、工場内で用いられている産業機械システム等の他のモータの駆動制御にも適用できることは言うまでもなく、その場合にも同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る自動ドア制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る自動ドア制御装置における電圧指令制限値を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る自動ドア制御装置を用いた自動ドア機構を示した説明図である。

符号の説明

１ 自動ドア制御速度指令作成部、２ 電圧指令制御部、３ 電圧制限部、４ 電力変換回路、５ ＤＣブラシレスモータ、６ 検出器、１１ モータ誘起電圧、１２ 電圧指令制限上限値、１３ 電圧指令制限下限値、１４ 正転力行電位差、１５ 正転回生電位差、１６ 逆転回生電位差、１７ 逆転力行電位差、１０１ 速度指令信号、１０２ 電圧制御信号、１０３ モータ電圧指令信号、１０４ 出力電圧、１０５ 速度フィードバック信号。

Claims (2)

1. ＤＣブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   前記ＤＣブラシレスモータの速度指令信号を出力する速度指令作成手段と、
   前記ＤＣブラシレスモータの軸端に取り付けられて前記ＤＣブラシレスモータの回転速度を検出し、速度フィードバック信号を出力する検出手段と、
   前記速度指令信号と前記速度フィードバック信号との偏差に基づいて前記ＤＣブラシレスモータに印加する電圧の電圧制御信号を出力する電圧指令制御手段と、
   前記速度フィードバック信号からモータ誘起電圧を推測し、推測された前記モータ誘起電圧を基準にして前記電圧制御信号の値を制限する電圧制限手段と、
   前記電圧制御信号の値を制限する下限値を、モータ誘起電圧よりも低い値で、かつ、必要トルクを発生し、かつ、過電流とならない値を算出して設定する手段と、
   前記電圧制限手段によって制限された前記電圧制御信号を、前記モータに印加するための出力電圧に変換する電力変換手段と
   を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記電圧制限手段は、
   前記ＤＣブラシレスモータのモータ電流を許容値以内に抑えるための制限上限値および制限下限値を、モータ誘起電圧定数と前記速度フィードバック信号から推測されるモータ誘起電圧と、力行あるいは回生の運転状態に応じた基準電位差とにより算出し、前記電圧制御信号の値を制限する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。

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