JP4995944B2 - Motor braking device and motor control method - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制動装置、および、モータ制御方法に関し、特に、ダイナミックブレーキを利用したモータ制動装置、および、モータ制御方法に関する。 The present invention relates to a motor braking device and a motor control method, and more particularly to a motor braking device using a dynamic brake and a motor control method.
モータが動いているときに作用するダイナミックブレーキは、鉄道の車両等の制動に利用され、様々な改良がなされている。例えば、特許文献1には、モータを駆動する制御方法において、主回路遮断などの非常停止時モータを駆動するパワートランジスタの上側又は下側トランジスタを同時に点弧する比率を制動中に変化させ、機械に合わせた減速で停止させるダイナミックブレーキが提案されている。
Dynamic brakes that operate when the motor is moving are used for braking railway vehicles and the like, and various improvements have been made. For example, in
しかしながら、従来のダイナミックブレーキのためのダイナミックブレーキ回路やモータ制御装置においては、通常、外部のコントローラからの指令の信号により、モータに制動を加えるタイミングを得ているため、ダイナミックブレーキ装置を外付けのオプションとした場合、タイミングを教示するために専用の信号線が必要であった。 However, in conventional dynamic brake circuits and motor control devices for dynamic braking, the timing for applying braking to the motor is usually obtained by a command signal from an external controller. In the case of an option, a dedicated signal line was necessary to teach the timing.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、制動を加えるタイミングを判断してモータに制動を加えるモータ制動装置、および、モータ制御方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a motor braking device and a motor control method for determining the timing of applying braking and applying braking to the motor.
上記の課題を解決するために、本発明は、モータの端子間の端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力する周波数・電圧変換部と、前記周波数・電圧変換部から出力された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部の比較結果に基づき前記モータに制動を加える制動部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes a voltage detection unit that detects a voltage between terminals of a motor, a frequency / voltage conversion unit that converts the frequency of the voltage between the terminals into a voltage value, and outputs the voltage value. A voltage comparison unit that compares a voltage value output from the frequency / voltage conversion unit with a predetermined threshold voltage, and a braking unit that applies braking to the motor based on a comparison result of the voltage comparison unit. It is characterized by that.
本発明によれば、モータの端子間の端子間電圧を検出し、端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力し、この出力された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較した結果に基づきモータに制動をかけることにより、制動を加えるタイミングを判断してモータにブレーキをかけるモータ制動装置、および、モータ制御方法を提供できる。 According to the present invention, the voltage between the terminals of the motor is detected, the frequency of the voltage between the terminals is converted into a voltage value and output, and the output voltage value is compared with a predetermined threshold voltage By applying braking to the motor based on the above, it is possible to provide a motor braking device and a motor control method that determine the timing of applying braking and brake the motor.
まず、本発明の一実施形態に係るモータ制御システムの構成および概要機能について、図1を用いて説明する。 First, the configuration and general functions of a motor control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a motor control system according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、モータ制御システム1は、三相交流で駆動するモータ2と、モータ2を動かすための電力を供給するモータ駆動装置3と、モータ2に制動を加えるモータ制動装置10とを備える。
As shown in FIG. 1, the
モータ2は、モータ駆動装置3から電力の供給を受ける端子2aを有する。モータ2は、リニアモータや回転モータであり、磁気的な作用により互いに相対運動する固定子および可動子(または回転子)を有し、これらはコイルまたは永久磁石により形成される。このコイルは、端子2aに接続されている。また、モータ2は、サーボモータであり、モータ2の状態を検出するセンサ(図示せず)を有し、このセンサはモータ駆動装置3に接続される。
The
モータ駆動装置3は、モータに電力を供給する出力端子3aを有し、電源装置から供給された電力を三相交流に変換し、モータ制動装置10を通して、モータ2に電力を供給する。出力端子3aは、U相用、V相用、および、W相用の端子から形成される。また、モータ駆動装置3は、上位コントローラ(図示せず)により制御され、上位コントローラの指令により、モータ2をサーボONの状態にしてモータ2に電力を供給したり、サーボOFFの状態にして電力の供給を止めたりする。
The
モータ制動装置10は、モータ駆動装置3の出力に接続させるための入力端子11と、モータの端子に接続するための出力端子12と、入力端子11と出力端子12とを接続する導線13と、モータ2の端子2a間の端子間電圧を検出する電圧検出部15と、端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力する周波数・電圧変換(F/V)部16と、周波数・電圧変換部16から出力された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する電圧比較部17と、電圧比較部17の比較結果に基づき、モータ2の制動を制御する制御部18と、制御部18の制御に基づきモータ2に制動をかける制動部20と、を有する。
The
入力端子11は、モータ駆動装置3の各出力端子3aに接続され、モータ2に供給する電力を受ける。
The input terminal 11 is connected to each output terminal 3 a of the
出力端子12は、モータ2の各端子2aに接続され、モータ2にモータ駆動装置3からの電力を供給する。
The output terminal 12 is connected to each terminal 2 a of the
導線13は、U相用導線13u、V相用導線13v、および、W相用導線13wを有する。U相用導線13uと、V相用導線13vとには、電圧検出部15が接続される。なお、電圧検出部15は、U相用導線13u、V相用導線13v、および、W相用導線13wのいずれか2つに接続されればよい。また、U相用導線13u、V相用導線13v、および、W相用導線13wには、制動部20が接続され、ダイナミックブレーキが作動する際、モータ2に発生する逆起電力が、制動部20において消費される。
The conducting
電圧検出部15は、導線13間の電圧を検出し、周波数・電圧変換部16に出力する。
The
周波数・電圧変換部16は、F/Vコンバータを有し、電圧検出部15により検出された電圧のパルス周波数を、パルス周波数に応じた電圧値に変換する。
The frequency / voltage converter 16 includes an F / V converter, and converts the pulse frequency of the voltage detected by the
電圧比較部17は、コンパレータを有し、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値と、第1閾値および第2閾値との比較結果を出力する。
The
制御部18は、第1閾値以下ならば、制動部20のブレーキ動作のスイッチをONさせる信号を出力し、第2閾値以上ならば、制動部20のブレーキ動作のスイッチをOFFさせる信号を出力する。
The control unit 18 outputs a signal for turning on the brake operation switch of the
制動部20は、トランジスタ素子の一例のダイナミックブレーキトランジスタ(DBトランジスタ)21と、抵抗器の一例であり、モータ2で発生した逆起電力を熱エネルギーに変換するダイナミックブレーキ抵抗器(DB抵抗器)22と、モータ2で発生した逆起電力を整流ダイオードで整流する整流回路23とを有する。
The
次に、モータ制御システム1の動作を図2から図4を用いて説明する。
Next, the operation of the
図2は、モータ制動装置10におけるダイナミックブレーキの動作例を示すフローチャートである。図3は、モータ2の端子間の電圧の時間的変化の一例を示す線図である。図4は、モータ制動装置10のブレーキ解除の動作例を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of dynamic brake operation in the
まず、モータ制動装置10が、モータ2にダイナミックブレーキをかける際の動作について説明する。
First, the operation when the
図2に示すように、電圧検出部15が、モータ2の端子間電圧を検出する(ステップS1)。具体的には、電圧検出部15が、モータ2の端子2aに接続されている導線13間の電圧を検出し、検出した電圧を周波数・電圧変換部16に出力する。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、モータ駆動装置3は、サーボONの状態で、ある一定周波数の電圧パルスを出力する。この電圧パルスは、モータ2に流す電流の周波数に応じて、電圧の正負が反転する。なお、電圧パルスの周波数は、モータ2に流す電流の周波数、すなわち、モータ2の回転の周波数より高い。
As shown in FIG. 3, the
次に、周波数・電圧変換部16は、電圧検出部15により検出された電圧の周波数を周波数に応じた電圧値に変換する(ステップS2)。具体的には、周波数・電圧変換部16は、電圧パルスの周波数を、電圧パルスの周波数に応じた電圧値に変換する。周波数・電圧変換部16は、周波数が高いほど、高い電圧値を出力する。
Next, the frequency / voltage converter 16 converts the frequency of the voltage detected by the
次に、電圧比較部17は、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値が第1閾値電圧以下であるか否かを判定する(ステップS3)。図3に示すように、サーボONの状態では、モータ駆動装置3は、高周波数の電圧パルスを出力しているので、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値が第1閾値電圧より高く(ステップS3;NO)、ステップS1に戻り、電圧検出部15が、電圧を検出する。
Next, the
一方、サーボOFFの状態になると、モータ駆動装置3は、電圧パルスの出力を停止する。電圧パルスの出力を停止すると、図3に示すように、モータ2の回転に対応した逆起電力の電圧波形がモータ2の端子間に現れる。この場合、電圧パルスの周波数に比べ、回転の周波数が低いので、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値が第1閾値電圧以下になり(ステップS3;YES)、制御部18は、制動部20のDBトランジスタ21をONにする(ステップS4)。DBトランジスタ21がONになると、モータ2の逆起電力による電流がDB抵抗器22に流れ、熱エネルギーに変換され、制動部20は、モータ2にダイナミックブレーキをかける。
On the other hand, when the servo is turned off, the
次に、モータ制動装置10のブレーキ解除の動作について説明する。これは、モータ2を駆動させる際、または、過ってブレーキが解除されないようにするための動作である。
Next, the brake release operation of the
図4に示すように、電圧検出部15が、モータ2の端子間電圧を検出する(ステップS5)。ステップS1と同様であるが、例えば、モータ2が止まった状態で、モータ駆動装置3から電力が供給されていない状態では、モータ2の端子間電圧は零である。
As shown in FIG. 4, the
次に、周波数・電圧変換部16は、電圧検出部15により検出された電圧の周波数を周波数に応じた電圧値に変換して出力する(ステップS6)。例えば、モータ2の端子間電圧が零のときは、電圧を検出できず周波数も零であり、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値は零となる。
Next, the frequency / voltage converter 16 converts the frequency of the voltage detected by the
次に、電圧比較部17は、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値が第2閾値電圧以上であるか否かを判定する(ステップS7)。例えば、モータ2の端子間電圧が零の場合、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値は零であり、第2閾値電圧より低く(ステップS3;NO)、DBトランジスタ21はONのままで、ダイナミックブレーキは解除されず、ステップS1に戻り、電圧検出部15が、電圧を検出する。なお、第1閾値は、第2閾値より小さい。
Next, the
一方、モータ2を駆動させるため、モータ駆動装置3は、電圧パルスを出力し始めると、電圧検出部15が、モータ駆動装置3の出力をモータ2の端子間電圧として検出し、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値が第2閾値電圧以上になり(ステップS7;YES)、制御部18は、制動部20のDBトランジスタ21をOFFにする(ステップS8)。DBトランジスタ21がOFFになり、制動部20がダイナミックブレーキを解除し、モータ駆動装置3からモータ2へ電力が供給される。なお、第2閾値は、第1閾値より大きいので、周波数・電圧変換部16の電圧値が第1閾値より低くなり、ダイナミックブレーキがかかった状態で、何らかの原因で、周波数・電圧変換部16の電圧値が第1閾値より大きくなった場合でも、第2閾値以下ならばダイナミックブレーキは解除されない。このように、第1閾値と第2閾値とが異なり、第1閾値を、第2閾値より小さくすることにより、DBトランジスタ21のON・OFFに関してヒステリシス的な機能を持たせ、ダイナミックブレーキが安定的にモータ2に作用できるようになっている。
On the other hand, in order to drive the
以上、本実施形態によれば、電圧検出部15がモータ2の端子2a間の端子間電圧を検出し、周波数・電圧変換部16が端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力し、電圧比較部17と制御部18と制動部20とが、周波数・電圧変換部16の出力の電圧値と、所定の閾値電圧とを比較した結果に基づきモータに制動をかけることにより、モータ制動装置10は、制動を加えるタイミングを判断してモータ2にブレーキをかけることができる。また、モータ制動装置10は、モータ駆動装置3からのサーボON/OFF等の機能切替のタイミングの教示の信号が無くても、簡易な構成で、自動で機能切替の判断ができる。また、モータ駆動装置3にダイナミックブレーキの回路を内蔵させる場合、スイッチング回路等が必要で、機能切替のタイムロスが発生していたが、本実施形態のモータ制動装置10により、スイッチング回路が不要になりタイムロスの軽減を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、モータ駆動装置3と別構成にでき、モータ駆動装置3に予め専用のポートを設けたり、ノイズ等による誤動作を防ぐためにシールド線を接続したり必要がないため、モータ駆動装置3の小型化を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, it can be configured separately from the
また、サーボOFFの状態で電力の供給が無くなった後、電圧比較部17の比較結果に基づき、モータ2の端子2a間に電気的に接続させるDB抵抗器22が、モータ2の逆起電力を熱エネルギーに変換する場合、モータ制動装置10がモータ2にダイナミックブレーキを効果的にかけることができる。
In addition, after the supply of power is stopped in the servo-off state, the
また、制動部20が、電圧比較部17の比較結果に基づき、トランジスタ素子のDBトランジスタ21によりDB抵抗器22を、モータ2の端子間に電気的に接続させる場合、リレー等に比べて応答速度が速くなり、素早くモータ2にダイナミックブレーキをかけることができる。
Further, when the
モータ制動装置10がモータ2を駆動させるモータ駆動装置3の出力に接続させるための入力端子11と、モータ2の端子に接続するための出力端子12と、入力端子11と出力端子12とを接続する導線13と、を備え、電圧検出部15が、導線13の電圧を検出する場合、モータ駆動装置3と別構成(オプション)にしてもモータ制動装置10を、モータ2とモータ駆動装置3との間に設置ができ、モータ2を駆動するモータ駆動装置3からの教示信号を受信するための専用のポートを設けたり、ノイズ等による誤動作を防ぐためにシールド線を接続したりする必要が無くなるため、モータ制動装置10がコンパクトになり、モータ制動装置10のコストダウンを図ることができる。
The input terminal 11 for connecting the
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiments. Each of the embodiments described above is an exemplification, and any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and has the same operational effects can be used. It is included in the technical scope of the present invention.
2・・・モータ、 2a・・・端子、 3・・・モータ駆動装置、 10・・・モータ制動装置、 11・・・入力端子、 12・・・出力端子、 13・・・導線、 15・・・電圧検出部、 16・・周波数・電圧変換部、 17・・・電圧比較部、 20・・・制動部、21・・・DB抵抗器(抵抗器) 22・・・DBトランジスタ(トランジスタ素子)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力する周波数・電圧変換部と、
前記周波数・電圧変換部から出力された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する電圧比較部と、
前記電圧比較部の比較結果に基づき前記モータに制動を加える制動部と、
を備えたことを特徴とするモータ制動装置。 A voltage detection unit for detecting a voltage between terminals of the motor;
A frequency / voltage converter that converts the frequency of the terminal voltage into a voltage value and outputs the voltage value;
A voltage comparison unit that compares the voltage value output from the frequency / voltage conversion unit with a predetermined threshold voltage;
A braking unit that applies braking to the motor based on a comparison result of the voltage comparison unit;
A motor braking device comprising:
前記制動部が、前記電圧比較部の比較結果に基づき、前記モータの端子間に電気的に接続される抵抗器を有することを特徴とするモータ制動装置。 The motor braking device according to claim 1,
The motor braking device, wherein the braking unit includes a resistor electrically connected between terminals of the motor based on a comparison result of the voltage comparison unit.
前記制動部が、前記電圧比較部の比較結果に基づき、前記モータの端子間に前記抵抗器を電気的に接続させるトランジスタ素子を有することを特徴とするモータ制動装置。 The motor braking device according to claim 2, wherein
The motor braking device, wherein the braking unit includes a transistor element that electrically connects the resistor between terminals of the motor based on a comparison result of the voltage comparison unit.
前記モータを駆動させるモータ駆動装置の出力に接続させるための入力端子と、
前記モータの端子に接続するための出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する導線と、を備え、
前記電圧検出部が、前記導線の電圧を検出することを特徴とするモータ制動装置。 In the motor braking device according to any one of claims 1 to 3,
An input terminal for connecting to an output of a motor driving device for driving the motor;
An output terminal for connection to a terminal of the motor;
A conductive wire connecting the input terminal and the output terminal,
The motor braking device, wherein the voltage detection unit detects a voltage of the conducting wire.
前記端子間電圧の周波数を電圧値に変換して出力する周波数・電圧変換ステップと、
前記周波数・電圧変換部から出力された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する電圧比較ステップと、
前記電圧比較ステップの比較結果に基づき、前記モータに制動を加える制動ステップと、
を有することを特徴とするモータ制御方法。 An inter-terminal voltage detection step for detecting an inter-terminal voltage between terminals of the motor;
A frequency / voltage conversion step for converting the frequency of the voltage between the terminals into a voltage value and outputting the voltage value; and
A voltage comparison step of comparing the voltage value output from the frequency / voltage converter with a predetermined threshold voltage;
A braking step for applying braking to the motor based on the comparison result of the voltage comparison step;
A motor control method characterized by comprising:
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