JP5113395B2 - Dynamic brake device for motor - Google Patents
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Description
本発明は、軸等を緊急停止させるためのモータのダイナミックブレーキ装置に関する。 The present invention relates to a motor dynamic brake device for emergency stop of a shaft or the like.
特許文献1の第1図に記載されている従来のモータのダイナミックブレーキ装置の一例の構成を図1に示す。 FIG. 1 shows a configuration of an example of a conventional dynamic brake device for a motor described in FIG.
この装置は、トランジスタからなるスイッチング素子21〜26及びフライホイールダイオード27〜32により構成されたインバータでなるトランジスタモジュール33でサーボモータ34を駆動制御するモータ駆動回路において、サーボモータ34を停止させるものである。トランジスタモジュール33は交流電源の出力がコンバータで直流に変換されて平滑用コンデンサ35で平滑されたものが印加され、これを3相の交流電圧でPWM変調してサーボモータ34に印加する。トランジスタモジュール33においてトランジスタ21〜26は一対ずつ直列に接続されて、その直列回路が直流電源に(コンデンサ35の両端に)並列に接続され、一対ずつのトランジスタ21と22、23と24、25と26が相互にオン/オフ、オフ/オンされて直流電源の出力をPWM変調する。この回路のダイナミックブレーキ装置は、ダイオード35〜37、エネルギ消費用抵抗38、トランジスタ39、抵抗40、41、発光ダイオード42及びフォトトランジスタ43からなるフォトカプラ44により構成され、ダイオード35〜37は、フライホイールダイオード28、30、32と共に3相全波整流回路を構成している。なお、この3相全波整流回路は、フライホイールダイオード27、29、31を用いて構成するようにしてもよい。
This device stops a
このダイナミックブレーキ装置は、正常動作時には、ダイナミックブレーキ(DB)動作停止信号がフォトカプラ44を介して入力されてトランジスタ39がオフとなることにより、非動作状態になる。停電時又は非常時には、トランジスタモジュール33のトランジスタ21〜26がオフされてDB動作停止信号がオフとなり、サーボモータ34が負荷45の慣性力によって回転し続けて、サーボモータ34の動力線A、B、Cにサーボモータ34の逆起電力によって電圧が発生する。この電圧は、ダイオード35〜37とフライホイールダイオード28、30、32とにより構成されている3相全波整流回路で整流されて、エネルギ消費用抵抗38により消費され、サーボモータ34はダイナミックブレーキがかけられて停止する。
During normal operation, the dynamic brake device enters a non-operating state when a dynamic brake (DB) operation stop signal is input via the photocoupler 44 and the
又、本発明に類似するものとして、特許文献2には、非常停止時に、所定の減速パターンによる減速から、ダイナミックブレーキによる減速に切換えるようにした多軸駆動装置が記載され、特許文献3には、1パス分の印刷が終了した時点で、ヘッドを主走査方向に移動するCRモータに対する制動電流の供給を開始し、CRモータの回転速度が所定の速度まで減速されたときに、CRモータへの制動電流の供給を停止し、ダイナミックブレーキに切換えると共に、紙送り用のLFモータへの駆動電流の供給を開始するようにした記録装置が記載されている。
Further, as similar to the present invention,
しかしながら、特許文献1に記載された従来のダイナミックブレーキ装置は、ダイナミックブレーキ電流をエネルギ消費用抵抗38により抑えているため、ダイナミックブレーキ動作時にモータ34に発生するブレーキトルクが小さくなりブレーキの効きが弱くなる。そのため、モータ34が停止するまでの時間が長くなるという問題があった。
However, in the conventional dynamic brake device described in
ダイナミックブレーキの効きを強めて停止時間を短縮するため、(1)エネルギ消費用抵抗38及び抵抗40を取り除き、それぞれ短絡させる、又は、(2)トランジスタ27〜32のベース電流でダイナミックブレーキを制御する場合、即ち電流を抑えなかった場合は、図2(実測波形)に矢印Aで示すように、ダイナミックブレーキを働かせた直後にダイナミックブレーキ電流が過大になるという現象が発生する。これにより、パワー素子の破損、モータ磁石の減磁、過大なダイナミックブレーキ電流が流れることにより発生する過大トルクの衝撃による機械的ダメージの発生という問題があった。
In order to enhance the effectiveness of the dynamic brake and shorten the stop time, (1) the
ここで、上記ダイナミックブレーキを働かせた直後に発生する過大な電流について説明する。ダイナミックブレーキを働かせた直後の過大な電流が流れた時の電流波形(図3)と過大な電流が流れていない時(ダイナミックブレーキを働かせてから一定時間経過後の定常状態)の電流波形(図4)とを比較すると、1/2周期(図3中T/2)経過した時点t2では、ダイナミックブレーキを働かせた直後の過大な電流Cの大きさi1は、過大な電流が流れていない時の電流Eの大きさi2に比較し約2倍の大きさになることが分かる。通常、モータ等のコイル負荷では、図4に示した如く、電圧(V)の位相に対し、電流(I)の位相は90°遅れることになる。しかし、図3に示した如く、ダイナミックブレーキを働かせた直後のモータ電流は0であり、通常の電圧と電流の位相差の関係が崩れている。このことにより一時的にコイルに過大な電圧が加わり、その結果、過大な電流i2が一時的に流れることとなる。 Here, an excessive current generated immediately after the dynamic brake is operated will be described. Current waveform when excessive current flows immediately after the dynamic brake is activated (Fig. 3) and current waveform when excessive current is not flowing (steady state after a certain time has elapsed since the dynamic brake is activated) (Fig. 4) are compared, and the 1/2 period (Fig. 3 in T / 2) time t 2 elapsed, the magnitude i 1 of excessive current C immediately after exercising dynamic brake, have an excessive current flows it can be seen that big the i 2 compared to approximately 2 times the size of the current E in the absence. Normally, in a coil load such as a motor, the phase of the current (I) is delayed by 90 ° with respect to the phase of the voltage (V) as shown in FIG. However, as shown in FIG. 3, the motor current immediately after applying the dynamic brake is 0, and the relationship between the normal voltage and current phase difference is broken. As a result, an excessive voltage is temporarily applied to the coil, and as a result, an excessive current i 2 flows temporarily.
具体的には、R≪ωLとして、次式を用いることで、図3と図4の電圧(V)の斜線部B、D(モータの誘起電圧)から、この電流を求めることができる。
Δi={e(平均値)×Δt}/L(相) …(1)
ここで、Δi:斜線部C、Eの電流[A]
e:斜線部B、Dの平均電圧[V](e=2√2Ve/π)
Δt:斜線部B、Dの周期
L:インダクタンス[mH]
Specifically, this current can be obtained from the hatched portions B and D (motor induced voltage) of the voltage (V) in FIGS. 3 and 4 by using the following equation as R << ωL.
Δi = {e (average value) × Δt} / L (phase) (1)
Here, Δi: current [A] of hatched portions C and E
e: Average voltage [V] of hatched portions B and D (e = 2√2Ve / π)
Δt: period of hatched portions B and D L: inductance [mH]
ここで、Lとeの値をL=3.1[mH]、e=133[V]とし、(1)式を用いてダイナミックブレーキを働かせた直後の電流i1と過大な電流が流れていない時(ダイナミックブレーキを働かせてから一定時間経過後の定常状態)の電流i2を計算すると、i1は45.6[A]、i2は23.2[A]となる。 Here, the values of L and e are set to L = 3.1 [mH] and e = 133 [V], and the current i 1 immediately after the dynamic brake is activated using the equation (1) and an excessive current are flowing. When the current i 2 when there is no power (steady state after a certain time has elapsed since the dynamic brake is applied) is calculated, i 1 is 45.6 [A] and i 2 is 23.2 [A].
電流が大きくなることにより、図5に示すようにダイナミックブレーキを働かせた直後のダイナミックブレーキトルクも増加し、過大トルクの衝撃による機械的ダメージの発生等の悪影響を及ぼす。 As the current increases, the dynamic brake torque immediately after the dynamic brake is actuated as shown in FIG. 5 also increases, resulting in adverse effects such as the occurrence of mechanical damage due to the impact of excessive torque.
なお、特許文献2に記載の技術は、所定の減速パターンによる減速から、途中でダイナミックブレーキによる減速に切り換えるものであり、特許文献3に記載の技術は、制動電流の供給による減速から、ダイナミックブレーキによる減速へ切換えるタイミングに関するものであって、いずれも、ダイナミックブレーキ電流の切換えに関するものではなかった。
The technique described in
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、ダイナミックブレーキ停止時間を必要以上に長めることなく、パワー素子破壊、モータ磁石の減磁、過大トルクの衝撃による機械的ダメージ等を回避することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, without breaking the dynamic brake stop time more than necessary, such as power element destruction, motor magnet demagnetization, mechanical damage due to excessive torque impact, etc. It is an issue to avoid the problem.
本発明は、モータを緊急停止させるダイナミックブレーキ装置において、ダイナミックブレーキを作動開始させてから所定時間は、ブレーキ電流を制御するためのスイッチング素子の少なくとも一部のオンオフを繰返すPWM制御でブレーキをかけてダイナミックブレーキ電流を弱めるように制御し、所定時間経過後は、PWM制御を行わずに全部のスイッチング素子を常時オン又はオフに固定して本来流れるべきダイナミックブレーキ電流を流すように制御するようにして、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a dynamic brake device that urgently stops a motor and applies a brake by PWM control that repeats on / off of at least a part of a switching element for controlling a brake current for a predetermined time after starting the operation of the dynamic brake. The dynamic brake current is controlled so as to weaken, and after a predetermined time has elapsed , all the switching elements are always fixed to on or off without performing the PWM control, and the dynamic brake current that should originally flow is controlled to flow. The above-mentioned problem is solved.
本発明によれば、ダイナミックブレーキを作動開始させてから所定時間は、ダイナミックブレーキ電流を弱めて、過大なダイナミックブレーキ電流が流れるのを防ぐようにしたので、ダイナミックブレーキ停止時間を必要以上に長めることなく、過大なダイナミックブレーキ電流が流れることにより発生するパワー素子破壊、モータ磁石の減磁、過大トルクの衝撃による機械的ダメージ等を回避することが可能となる。 According to the present invention, the dynamic brake current is weakened and the excessive dynamic brake current is prevented from flowing for a predetermined time after starting the dynamic brake operation, so that the dynamic brake stop time is extended more than necessary. Therefore, it is possible to avoid power element destruction, demagnetization of the motor magnet, mechanical damage due to excessive torque impact, and the like caused by excessive dynamic brake current flowing.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
インバータ回路を含む本発明のダイナミックブレーキ装置の実施形態を図6に示す。図において、200はダイオードブリッジ、201は平滑用コンデンサ、202はインバータ回路でなるトランジスタモジュール、203はサーボモータ、204はモータ制御回路、205は異常検出回路、206は電流検知回路、207は電流検出器、208は減速パターンテーブル、209はセレクタ、210はモータエンコーダ、211は非常停止スイッチ、212は上位コントローラである。 An embodiment of the dynamic brake device of the present invention including an inverter circuit is shown in FIG. In the figure, 200 is a diode bridge, 201 is a smoothing capacitor, 202 is a transistor module comprising an inverter circuit, 203 is a servo motor, 204 is a motor control circuit, 205 is an abnormality detection circuit, 206 is a current detection circuit, and 207 is current detection. , 208 is a deceleration pattern table, 209 is a selector, 210 is a motor encoder, 211 is an emergency stop switch, and 212 is a host controller.
以上の構成において、異常検出回路205、又は、非常停止スイッチ211からの信号を検知すると、減速パターンテーブル208に予め記憶された減速パターンaがセレクタ209により選択され、モータ制御回路204に出力される。減速パターンaが選択される区間は、図5に示した区間Aで、この区間Aは、斜線部分のところで電流が急激に増加するため、減速パターンaはダイナミックブレーキ電流を弱めるパターンに設定されている。電流を弱めることで、図7に示す如く、図5斜線部のトルクも抑えることが可能となる。しかし、この減速パターンaを続けると、本来流れるべきダイナミックブレーキ電流(誘起電圧をモータのインピーダンスで割った値)も弱めてしまうため、ある一定時間(区間A)経過した後の区間Bでは、予め記憶された減速パターンbがセレクタ209により選択され、モータ制御回路204に出力される。この区間Bでは、本来流れるべきダイナミックブレーキ電流を流す必要があるため、減速パターンbは、ダイナミックブレーキ電流を弱めないパターンに設定されている。本発明を実施したときのトルクの様子を図7に示す。
In the above configuration, when a signal from the
ここで、減速パターンa、bは、具体的には、トランジスタモジュール202を駆動するPWMパターンであり、区間Aでは、過大な電流を抑えるため、図6の上側3つのトランジスタは常時オフ、下側3つのトランジスタはオン・オフを繰返してPWM制御でブレーキをかける減速パターンaとすることができる。一方、区間Bでは、電流が区間Aの時より減少しているので、(1)図6の上側3つのトランジスタを常時オフ、下側3つのトランジスタを常時オン、若しくは、(2)下側3つのトランジスタを常時オフ、上側3つのトランジスタを常時オンして、PWM制御を行なわずに本来のダイナミックブレーキをかける減速パターンbとすることができる。
Here, the deceleration patterns a and b are specifically PWM patterns for driving the
なお、区間Aの時間設定及び減速パターンaは、実験的に求めて設定することができる。例えば減速パターンaを上位コントローラ212から変更可能とすることにより、例えばモータ回転数に応じて、モータ回転数が高い時にはダイナミックブレーキの効きを強くし、モータ回転数が低い時にはダイナミックブレーキの効きを弱くするように、ダイナミックブレーキ電流に対応した最適な設定を行なうこともできる。
In addition, the time setting of the section A and the deceleration pattern a can be obtained experimentally and set. For example, by making the deceleration pattern a changeable from the
又、区間Aのパターンaは1つだけでなく、区間A内で2以上の複数の減速パターンを切換えることもできる。 Further, not only one pattern a in the section A but also two or more deceleration patterns in the section A can be switched.
202…トランジスタモジュール
203…サーボモータ
204…モータ制御回路
205…異常検出回路
208…テーブル
209…セレクタ
211…非常停止スイッチ
202 ...
Claims (1)
ダイナミックブレーキを作動開始させてから所定時間は、ブレーキ電流を制御するためのスイッチング素子の少なくとも一部のオンオフを繰返すPWM制御でブレーキをかけてダイナミックブレーキ電流を弱めるように制御し、
所定時間経過後は、PWM制御を行わずに全部のスイッチング素子を常時オン又はオフに固定して本来流れるべきダイナミックブレーキ電流を流すように制御することを特徴とするモータのダイナミックブレーキ装置。 In the dynamic brake device that stops the motor urgently,
For a predetermined time after starting the operation of the dynamic brake, control is performed so as to weaken the dynamic brake current by applying a brake by PWM control that repeatedly turns on and off at least a part of the switching element for controlling the brake current,
A dynamic brake device for a motor, characterized in that after a predetermined time has elapsed , all the switching elements are always fixed to on or off without performing PWM control, and a dynamic brake current that should flow originally is supplied.
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