JP4820053B2 - モータの回転停止検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転停止検出装置に関し、特にモータへの給電がオフになった後も慣性力によって惰性回転を継続するモータの回転停止検出装置に関する。

例えば、研削盤では、研削砥石をモータにより回転駆動しているが、研削砥石は比較的大きな質量を有しているため、回転停止操作によってモータへの給電をオフにしても、慣性力によってしばらくの間は惰性回転（フリーラン）を継続する。

このため、回転停止操作後に、直ちにワークの入れ替えやメンテナンス等の作業が行われると危険であることから、モータの回転停止を検出て停止ランプを点灯させて回転停止をオペレータに報知したり、或いは研削砥石を覆うケースに設けられている作業用の開閉扉の施錠を開錠して開閉扉の開放を可能にしたりするようにしている。

このようなモータの回転停止検出装置として、例えば、回転停止操作後にモータから発生するフリーランによる誘起電圧を監視し、その電圧値が予め設定した所定の閾値まで下降した時点から、タイマにより設定した所定時間が経過した時点を回転停止として検出するようにしたものが知られている。

また、他の回転停止検出装置として、研削砥石と一体に回転可能にモータの回転軸に突起部を有するプーリを結合すると共に、突起部の回転軌跡に近接して突起部を検出するための近接センサを固定部に設け、回転停止操作後に近接センサの出力をモニタして、近接センサが突起部を検出しているＯＮ時間または検出していないＯＦＦ時間が、対応する設定時間を経過した時点を回転停止として検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８７１４号公報

しかしながら、前者の回転停止検出装置にあっては、単に、モータから発生するフリーランによる誘起電圧が所定の閾値まで下降した時点から、タイマによる設定時間が経過した時点を回転停止として検出するため、タイマによる設定時間によっては、モータが未だフリーランしているにも拘わらず、回転が停止したと誤検出される場合があると共に、研削砥石の交換等により研削砥石の質量が増加した場合にも、誤検出が生じるおそれがあり、信頼性が低下することが懸念される。

これに対し、後者の特許文献１に開示の回転停止検出装置は、モータに結合したプーリを介してモータのフリーランを直接検出するので、回転停止を確実に検出でき、信頼性を向上できる利点がある反面、研削盤にプーリや近接スイッチを取り付ける改造を施す必要がある。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、モータを使用する工作機械等に何らの改造を施すことなく、モータの回転停止を容易かつ確実に検出できる信頼性の高いモータの回転停止検出装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のモータの回転停止検出装置の発明は、三相モータの電源入力端子に接続され、任意の電源入力端子間電圧に基づいて上記三相モータへの給電のオン・オフを検出する給電検出手段と、該給電検出手段による給電オフの検出信号に基づいて上記電源入力端子に生じる位相の異なる任意の二つの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧検出手段で検出される各誘起電圧の各サイクルにおける特徴点であるピーク点、立ち上がりゼロクロス点、立ち下りゼロクロス点、ボトム点のいずれか１点の発生タイミングを検出する特徴点発生タイミング検出手段と、所定周期のクロックを発生するクロック発生手段と、上記特徴点発生タイミング検出手段で順次検出される二つの誘起電圧のうちの一方の誘起電圧における上記特徴点の発生タイミングから他方の誘起電圧における上記特徴点の発生タイミングまでの間で上記クロック発生手段から発生されるクロックを計数する計数手段と、該計数手段による計数値と予め設定した閾値との比較に基づいて上記三相モータの回転停止を判定する判定手段とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１のモータの回転停止検出装置において、上記判定手段による判定結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のモータの回転停止装置において、上記モータは、研削盤における研削砥石の回転駆動用モータであることを特徴とする。

請求項１の発明によると、三相モータを使用する工作機械等に何らの細工を施すことなく、三相モータの電源入力端子に接続するだけで、回転停止操作後における三相モータの回転停止を容易に検出することができる。しかも、位相の異なる任意の二つの誘起電圧の各サイクルにおける特徴点であるピーク点、立ち上がりまたは立ち下りゼロクロス点、ボトム点のいずれか１点の発生タイミングを検出し、順次検出される二つの誘起電圧のうちの一方の誘起電圧における特徴点の発生タイミングから他方の誘起電圧における特徴点の発生タイミングの間で発生されるクロックを計数し、計数値と予め設定した閾値との比較に基づいて三相モータの回転停止を判定するので、特徴点の発生タイミングを確実に検出した上でモータの回転停止を確実に検出でき、信頼性の向上が図れる。

請求項２の発明によると、回転停止の判定結果が報知手段により報知されるので、モータを使用する工作機械等のオペレータに回転停止を確実に報知でき、ワークの入れ替えやメンテナンス等の作業の安全性を容易に確保することができる。

請求項３の発明によると、比較的質量の大きく給電オフ後も惰性回転を継続する研削砥石の回転駆動用モータに回転停止検出装置を備えることによって、特に顕著な効果が得られる。

以下、本発明によるモータの回転停止検出装置の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるモータの回転停止検出装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は位相の異なる二つの誘起電圧を示す波形図、図３は図１の動作を説明するための波形図である。

本実施の形態は、例えば研削盤に使用されている研削砥石を回転させる三相モータ１の回転停止を検出するもので、三相モータ１は、そのＵＶＷの各相の電源入力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗがスイッチ３を介して三相電源ライン４Ｒ、４Ｓ、４Ｔに接続され、オペレータによる図示しないオン・オフ操作ボタンのオン操作によりスイッチ３がオンとなって三相モータ１に電源が給電されて研削砥石の回転が開始され、かつオン・オフ操作ボタンのオフ操作（回転停止操作）によりスイッチ３がオフとなって三相モータ１への給電が遮断される。

本実施の形態では、三相モータ１とスイッチ３との間で、三相モータ１の電源入力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに回転停止検出装置１１を接続して、回転停止操作によるスイッチ３のオフ後の三相モータ１の回転停止を検出する。

回転停止検出装置１１は、給電検出手段である給電検出回路１２、誘起電圧検出手段である誘起電圧検出回路１３、アラームランプ駆動回路１４、アラームランプ１５、特徴点発生タイミング検出手段であるタイミング信号発生回路１６、クロック発生手段であるクロック発生回路１７、計数手段であるカウンタ１８、閾値設定回路１９、判定手段である比較回路２０、停止ランプ駆動回路２１及び停止ランプ２２を有しており、停止ランプ駆動回路２１及び停止ランプ２２は報知手段を構成している。

給電検出回路１２は、任意の二つの電源入力端子、ここでは電源入力端子２Ｕ及び２Ｖに接続して、それらの端子間電圧を検出し、その端子間電圧に基づいて三相モータ１への給電のオン・オフ、即ちスイッチ３のオン・オフを検出する。

ここで、端子間電圧は、スイッチ３がオン状態のときは、その振幅は三相電源の線間電圧（例えば、２００ボルト）となるが、スイッチ３がオフになると、三相モータ１のフリーランによる誘起電圧となるために、振幅は三相電源の線間電圧よりも小さく、かつフリーランの回転速度が低下するのに従って小さくなり、回転が停止するとゼロになる。また、周期もフリーランの回転速度が低下するに従って長くなる。

従って、給電検出回路１２は、例えば電圧の閾値を、三相電源の線間電圧と、フリーランによる誘起電圧の最大値との間に設定し、検出した端子間電圧が設定した閾値を超えるときはスイッチ３がオン、閾値以下のときはスイッチ３がオフとして給電のオン・オフを検出するように構成する。この給電検出回路１２での給電オン・オフの検出信号は、誘起電圧検出回路１３及びアラームランプ駆動回路１４に供給する。

誘起電圧検出回路１３は、電源入力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに結合し、給電検出回路１２からの給電オフの検出信号に基づいて位相の異なる任意の二つの誘起電圧を検出する。即ち、給電検出回路１２において給電オフが検出されると、その時点から三相モータ１はフリーランするので、そのフリーランによって電源入力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの端子間に生じる位相の異なる任意の二つの誘起電圧を検出する。ここでは、電源入力端子２Ｕ、２Ｗ間の誘起電圧（以下、Ｕ相誘起電圧とも言う）と、電源入力端子２Ｖ、２Ｗ間の誘起電圧（以下、Ｖ相誘起電圧とも言う）を検出する。

ここで、図２に示すように、Ｕ相誘起電圧Ｕ及びＶ相誘起電圧Ｖは、位相が１２０度ずれており、それらの振幅は三相電源の線間電圧よりも小さく、かつフリーランの回転速度が低下するのに従って小さくなり、回転が停止するとゼロになる。また、周期もフリーランの回転速度が低下するのに従って長くなるので、位相差に対応する時間も長くなる。

この誘起電圧検出回路１３で検出した二つの誘起電圧は、アラームランプ駆動回路１４及びタイミング信号発生回路１６に供給する。

アラームランプ駆動回路１４は、給電検出回路１２及び誘起電圧検出回路１３からの検出信号に基づいてアラームランプ１５の点灯を制御する。例えば、給電検出回路１２から給電オフの検出信号が入力され、かつ誘起電圧検出回路１３から入力される二つの誘起電圧の少なくとも一方が所定の電圧以下となったらアラームランプ１５を点灯させる。

また、タイミング信号発生回路１６では、誘起電圧検出回路１３からの各誘起電圧の各サイクルにおける所定の特徴点の発生タイミングを検出する。ここで、所定の特徴点としては、誘起電圧のピーク点、立ち上がりまたは立ち下がりゼロクロス点、またはボトム点に設定できるが、本実施の形態ではピーク点の発生タイミングを検出する。

即ち、タイミング信号発生回路１６では、図３（ａ）に示すようなＵ相誘起電圧ＵおよびＶ相誘起電圧Ｖの各サイクルについて、それぞれピーク点を検出して図３（ｂ）に示すＵ相ピーク発生タイミング信号および図３（ｃ）示すＶ相ピーク発生タイミング信号を生成し、これらのピーク発生タイミング信号をクロック発生回路１７に供給する。

クロック発生回路１７は、タイミング信号発生回路１６からの順次のＵ相ピーク発生タイミング信号およびＶ相ピーク発生タイミング信号により規定される図３（ｄ）に示すＵ／Ｖ相関期間をゲート信号として、このゲート信号の期間のみ、図３（ｅ）に示すように所定周期のクロックを出力させるように構成する。

このクロック発生回路１７から出力されるクロックは、カウンタ１８に供給して、Ｕ／Ｖ相関期間毎に順次リセットしながら計数し、その計数値を比較回路２０に供給する。

一方、閾値設定回路１９には、三相モータ１のフリーランがほぼ停止したとみなせるときの上記のＵ／Ｖ相関期間におけるカウンタ１８での計数値を閾値として予め設定し、その閾値を比較回路２０に供給する。

比較回路２０では、カウンタ１８からの計数値と閾値設定回路１９からの閾値とを比較し、その比較結果に基づいて計数値が閾値未満のときはフリーラン継続中と判定し、計数値が閾値以上となったときは三相モータ１の回転停止と判定して、その回転停止判定信号に基づいて停止ランプ駆動回路２１により停止ランプ２２を点灯させる。

以上のように本実施の形態によれば、三相モータ１の電源入力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに接続するだけで、回転停止操作後における三相モータ１の回転停止を検出できるので、三相モータ１を使用する研削盤に何らの細工を施す必要がない。しかも、任意の二つの誘起電圧における各サイクルのピーク点の発生タイミングを検出し、その二つの誘起電圧における順次のピーク点の発生タイミングに基づいて、その間にクロック発生回路１７から発生する所定周期のクロックをカウンタ１８で計数し、その計数値と予め閾値設定回路１９において設定した閾値とを比較回路２０で比較して、その比較結果に基づいて回転停止を判定するので、三相モータ１の回転停止を確実に検出することができ、信頼性を向上することができる。

また、給電検出回路１２により、任意の一つの電源入力端子間電圧に基づいて、スイッチ３のオン・オフを検出し、スイッチ３がオフでかつ誘起電圧検出回路１３で検出される二つの誘起電圧の少なくとも一方が所定の電圧以下となったときに、アラームランプ１５を点灯させるようにしたので、オペレータは、回転停止操作によりスイッチ３がオフとなり、三相モータ１への給電が確実に遮断されたことをアラームランプ１５の点灯により容易に確認することができる。

また、比較回路２０において回転停止が検出されたときは、停止ランプ２２を点灯させるようにしたので、これによりオペレータにモータ１の回転停止を確実に報知でき、ワークの入れ替えやメンテナンス等の作業の安全性を確保することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、報知手段は、停止ランプ２２を点灯させる場合に限らず、ブザー等を駆動させることもできる。

また、上記実施の形態では三相モータ１の位相の異なる二つの誘起電圧を検出し、それらの誘起電圧における順次の特徴点間の相関期間に、クロック発生回路１７から出力されるクロックを計数して、その計数値に基づいてモータの回転停止を判定したが、一つの誘起電圧のみを検出し、その順次の特徴点間すなわち一周期においてクロック発生回路１７から出力されるクロックを計数して、計数値と閾値との比較に基づいて回転停止を判定するように構成することもできる。この場合、カウンタ１８は、タイミング信号発生回路１６からの特徴点の発生タイミングに同期して、計数値を比較回路２０に出力すると同時に計数値をリセットして計数を再開させたり、順次の周期におけるクロックを２個のカウンタで交互に計数するようにしたりすることができる。

同様に、一つの誘起電圧をのみを検出し、その特徴点から検出される順次の周期においてクロック発生回路１７から出力されるクロックを計数し、その計数値と閾値との比較に基づいてモータの回転停止を判定するようにすれば、単相モータ用の回転停止検出装置を構成することができる。

本発明の実施の形態におけるモータの回転停止検出装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す三相モータから得られる位相の異なる二つの誘起電圧を示す波形図である。 図１の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１ 三相モータ
２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ 電源入力端子
３ スイッチ
４Ｒ、４Ｓ、４Ｔ 三相電源ライン
１１ 回転停止検出装置
１２ 給電検出回路（給電検出手段）
１３ 誘起電圧検出回路（誘起電圧検出手段）
１４ アラームランプ駆動回路
１５ アラームランプ
１６ タイミング信号発生回路（特徴点発生タイミング検出手段）
１７ クロック発生回路（クロック発生手段）
１８ カウンタ（計数手段）
１９ 閾値設定回路
２０ 比較回路（判定手段）
２１ 停止ランプ駆動回路
２２ 停止ランプ（報知手段）

Claims (3)

1. 三相モータの電源入力端子に接続され、任意の電源入力端子間電圧に基づいて上記三相モータへの給電のオン・オフを検出する給電検出手段と、
   該給電検出手段による給電オフの検出信号に基づいて上記電源入力端子に生じる位相の異なる任意の二つの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   該誘起電圧検出手段で検出される各誘起電圧の各サイクルにおける特徴点であるピーク点、立ち上がりゼロクロス点、立ち下りゼロクロス点、ボトム点のいずれか１点の発生タイミングを検出する特徴点発生タイミング検出手段と、
   所定周期のクロックを発生するクロック発生手段と、
   上記特徴点発生タイミング検出手段で順次検出される二つの誘起電圧のうちの一方の誘起電圧における上記特徴点の発生タイミングから他方の誘起電圧における上記特徴点の発生タイミングまでの間で上記クロック発生手段から発生されるクロックを計数する計数手段と、
   該計数手段による計数値と予め設定した閾値との比較に基づいて上記三相モータの回転停止を判定する判定手段とを有することを特徴とするモータの回転停止検出装置。
2. 上記判定手段による判定結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータの回転停止装置。
3. 上記モータは、研削盤における研削砥石の回転駆動用モータであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転停止検出装置。

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