JPH0340781A - 電動機速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電動機の速度を検出してその速度に相当する
速度フィードバック信号を基に断線検出を行ない、断線
検出に応じて制御ループ系を切換える電動機速度制御装
置に関する。

（従来の技術） 例えば、工作機械の主軸駆動用電動機たる誘導電動機の
速度制御装置としては、誘導電動機の速度を設定する速
度設定信号を出力する速度設定器を設け、上記誘導電動
機の実速度を検出して速度フィードバック信号を出力す
るロータリフォトエンコーダ及び周波数−電圧変換器か
らなる速度検出回路を設け、上記速度設定信号と速度フ
ィードバック信号とを比較演算してその偏差値が零とな
るように即ち速度設定信号に速度フィードバック信号が
一致するように上記誘導電動機の速度を制御する速度制
御回路を設けるようにした構成のものが供されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来の如き構成とすると、速度検出回路
が断線した場合には、その速度フィードバック信号の値
が零となるので、速度制御回路からは常に誘導電動機の
速度を増大させる方向の速度制御信号が出力されること
になって、誘導電動機が速度設定信号によって与えられ
る値を超えて回転するという不具合が生じ、この結果、
誘導電動機によって駆動される主軸が設定値を超える高
速度領域まで加速してしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、フィードバック制御のための速度検出回路が断線した
場合には、直ちにその断線を検出して電動機の運転モー
ドをフィードバック制御からオープンループ制御へと切
換え、電動機を減速停止させることができて、極めて安
全な電動機速度制御装置を提供するにある。

［発明の構６．］ （課題を解決するための手段） 本発明は、電動機の速度を設定する速度設定信号を出力
する速度設定器を設け、前記電動機の実速度を検出して
その実速度に相当する信号を速度フィードバック信号と
して出力する速度検出回路を設け、前記速度設定信号と
速度フィードバック信号とを比較演算して両信号が一致
するように電動機を制御する速度制御回路を設けた電動
機速度制御装置において、前記速度設定信号が所定値以
上となった時に前記速度検出回路からの速度フィードバ
ック信号を基に断線を検出する断線検出回路を設け、こ
の断線検出回路からの断線検出信号に応じて前記速度制
御回路がフィードバック制御からオープンループ制御を
行なうように切換えて回生制動にて前記電動機を減速停
止させる運転モード切換回路を設ける構成に特徴を有す
る。

（作用） 本発明の電動機速度制御装置によれば、速度設定器から
の速度設定信号に基づいて電動機が回転している場合に
おいて、速度検出回路が正常に動作している時には、断
線検出回路が断線検出信号を出力することはない。しか
しながら、前述同様に電動機が回転している場合におい
て、速度検出回路が断線した時には、速度検出回路から
速度フィードバック信号が出力されなくなることから、
断線検出回路が断線検出信号を出力する。そして、運転
モード切換回路が、この断線検出信号を与えられること
により、速度制御回路をフィードバック制御からオープ
ンループ制御を行なうように切換えるようになる。これ
により、電動機が回生制動により減速停止するように制
御される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき図面を参照しながら説明
する。

先ず、第１図に従って、全体の構成を述べる。

１は工作機械の主軸であり、これは電動機例えば誘導電
動機２によって駆動されるようになっている。３は速度
検出回路であり、これは、誘導電動機２の回転速度に応
じた周波数のデジタル電気信号たるパルス信号Ｐ４を出
力するロータリフォトエンコーダ４と、このロータリフ
ォトエンコーダ４からのパルス信号Ｐ４をそのパルス数
に応じたアナログ電気信号たる速度フィードバック信号
Ｓ、に変換する周波数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換器５とから
構成されている。６は可変抵抗器等からなる速度設定器
であり、これは上記誘導電動機２の回転速度を設定する
アナログ電気信号たる速度設定信号＄６を出力するよう
になっている。そして、前述の速度設定信号Ｓ６及び速
度フィードバック信号Ｓ、は速度制御回路７の入力端子
７ａ及び７ｂに与えられるようになっている。この速度
制御回路７は、速度設定信号Ｓ６と速度フィードバック
信号Ｓ、とを比較演算し、その偏差値に応じた速度制御
信号Ｓ７を出力端子７ｃから出力するものである。８は
出力回路たるインバータであり、これは、速度制御信号
Ｓ７が与えられると、その速度制御信号Ｓ７に応じた可
変周波数及び可変電圧の交流出力を誘導電動機２に印加
し、以て、速度フィードバック信号Ｓ５が速度設定信号
Ｓ６と一致するように誘導電動機２の回転速度を制御す
るようになっている。９は後述する如き構成の断線検出
回路であり、その入力端子９ａ及び９ｂには速度設定信
号Ｓ６及びパルス信号Ｐ４が与えられ、出力端子９Ｃか
ら後述するように出力される断線検出信号Ｓ、は運転モ
ード切換回路１０に与えられるようになっている。そし
て、この運転モード切換回路１０は、上記断線検出信号
Ｓ９が与えられると、運転モード切換回路ＳＩＯを出力
して速度制御回路７の入力端子７ｄに与えるようになっ
ており、これによって、速度制御回路７はフィードバッ
ク制御の運転モードからオーブンループ制御の運転モー
ドに切換えられるようになっている。

さて、第２図に従って断線検出回路９の具体的構成につ
き述べる。

１１は速度設定信号検出回路であり、これはコンパレー
タ１１ａを備えている。このコンパレータ１１ａの非反
転入力端子（＋）はアースされている。又、コンパレー
タ１１ａの反転入力端子（−）は、抵抗器１１ｂを介し
て入力端子９ａに接続されているとともに抵抗器１１Ｃ
を介して可変抵抗器ｌｉｄの可変端子に接続されている
。この可変抵抗器１１ｄは直流電源電圧ＶＤＤが与えら
れた電源線１２とアースとの間に抵抗器ｌｉｅを介して
接続されている。そして、コンパレータ１１ａの反転入
力端子（−）と出力端子との間にはダイオード１３ｇが
接続され、その出力端子はヒステリシス特性を有するバ
ッファｌ１ｇの入力端子に接続されている。

１３は遅延回路であり、これは単安定マルチバイブレー
タ１３ａを備えている。この単安定マルチバイブレータ
１３ａにおいて、その７１　ｉ端子Ｖ９．は直流電源線
１２に接続され、電源端子ｖ５．はアースされており、
又、電源端子ｖＤＤと入力端子Ｉａとの間に可変抵抗器
１３ｂが接続され、入力端子１ａとＩｂとの間にコンデ
ンサ１３ｃが接続されており、更に、トリガ一端子Ｔは
バッファ１１ｇの出力端子に接続され、出力端子ｄはア
ンド回路１３ｄの一方の入力端子に接続されている。

そして、前述の速度設定信号検出回路１１のバッファ１
１ｇの出力端子は抵抗器１３ｅ及びコンデンサ１３ｆの
直列回路を介してアースされ、その抵抗器１３ｅ及びコ
ンデンサ１３ｆの共通接続点がアンド回路１３ｄの他方
の入力端子に接続されているとともに、抵抗器１３ｅに
並列にダイオード１３ｇが接続されている。

１４は速度設定信号レベル検出回路であり、その出力端
子１４ｄは入力端子９ａに接続されている。この速度設
定信号レベル検出回路１４は、速度設定信号Ｓ６のレベ
ルに応じて出力端子１４ａ。

１４ｂ及び１４ｃからレベル検出信号５１４ａ、Ｓ４ｂ
及び５１４６を順次出力するようになっている。

１５はリトリガラブル単安定マルチバイブレータであり
、その電源端子ＶＤＤは直流電源端子１２に接続され、
電源端子Ｖｓｓはアースされている。更に、リトリガラ
プル単安定マルチバイブレーク１５において、電源端子
ＶＤＤと入力端子１ａとの間にはアナログスイッチ１６
と可変抵抗器１７との直列回路、アナログスイッチ１８
と可変抵抗器１９との直列回路及びアナログスイッチ２
０と可変抵抗器２１との直列回路が接続され、入力端子
ｌａ、Ｉｂ間にはコンデンサ２２が接続されており、ト
リガ一端子Ｔは入力端子９ｂに接続されている。

そして、アナログスイッチ１６．１８及び２０の各ゲー
ト端子は運転モード切換回路１４の出力端子１４ａ、１
４ｂ及び１４ｃに接続され、リトリガラブル１．１を安
定マルチバイブレータ１５の出力端子０はアンド回路２
３の一方の入力端子に接続され、前述の遅延回路１３の
アンド回路１３ｄの出力端子はアンド回路２３の他方の
入力端子に接続され、そのアンド回路２３の出力端子は
出力端子９Ｃに接続されている。

次に、本実施例の作用につき第３図のタイムチャートを
も参照しながら説明する。

今、速度設定器６から出力される速度設定信号Ｓ６を０
　（Ｖ）から負（−）方向に所定値まで上昇させること
により誘導電動機２を停止状態から所定の回転速度まで
加速し、その後、設定された一定の回転速度で運転させ
る場合について考えてみる。先ず、速度設定器６からの
速度設定信号Ｓ６を第３図（ａ）に示す実線の低速度設
定値Ｓ６．。

破線の中速度設定値Ｓ６ｂ或いは一点鎖線の高速度設定
１ｉｉＳ６、のいずれかに上昇させる。この時には、誘
導電動１ｌ１２は未だ停止しているので、Ｆ／Ｖ変換器
５から出力される速度フィードバック信号Ｓ、は零であ
る。従って、この速度フィードバック信号Ｓ、及び速度
設定信号Ｓ６が与えられる速度制御回路７はこれらを比
較演算してその演算結果を速度制御信号Ｓ７として出力
するようになり、インバータ８はその速度制御信号Ｓ７
に応じた交流出力を誘導電動機２に印加するようになり
、誘導電動機２は始動し加速する。一方、速度設定信号
Ｓ６が上昇してこれが速度設定信号検出回路１１の可変
抵抗器ｌｉｄで設定される所定値、ｌＪａ以上となる（
時点Ａ）、その速度設定信号検出回路１１は第２図（ｂ
）で示すようにハイレベルの速度設定検出信号Ｓｌ＋を
出力する。この速度設定検出信号Ｓｌ＋は単安定マルチ
バイブレータ１３ａのトリガ一端子Ｔに与えられるので
、その単安定マルチバイブレータ１３ａはトリガーされ
て第３図（Ｃ）に示すようにロウレベルの出力＋’ｌ　
Ｓ　ｔ３゜を出力する。尚、ｔ　、　　（ｓ　ｅ　ｃ）
は応答遅れ時間である。又、速度設定検出信号Ｓ１□は
抵抗器１３ｅを介してコンデンサ１３′ｆにも与えられ
るので、ここで遅延されて第３図（ｄ）に示すようにハ
イレベルの出力信号Ｓ１１．として出力される。この場
合、遅延回路１３における可変抵抗器１３ｂの設定抵抗
値をＲ２（Ω）及びコンデンサ１３ｃの容量をＣ２（Ｆ
）とすると、出力信号Ｓ１３．は次式で与えられる時間
ｔ２　　（ｓｅｃ）だけロウレベルを保持する。

ｔ２″：（０，２＋０．１５　（（Ｖｏｏ　　Ｖｓｓ）
　１５）　］・Ｒ２・Ｃ２・・・・・・（１） 但し、’ｉ’ｏｏ　　Ｖｓｓハ電源電圧同様に、抵抗器
１３ｅの抵抗値をＲ３（Ω）及びコンデンサ１３ｆの容
量をＣ３（Ｆ）とすると、出力信号Ｓ　１３ｔは次式で
与えられる時定数ｔ３（ｓｅｃ）だけ遅れてハイレベル
に立上る。

ｔ３−に◆Ｒ３・Ｃ３・・・・・・（２）但し、Ｋは定
数 従って、出力信号Ｓ　Ｌ３ａ　＋　　Ｓ　Ｌｉ２を入力
するアンド回路１３ｄの出力信号即ち遅延回路１３の出
力信号ＳＩ３は、第３図（ｅ）に示すように速度設定検
出信号Ｓ１１がロウレベルからハイレベルに立上った時
点Ａから時間ｔ　４　　（＝　ｔ　ｔ　＋ｔ　２　）　
　（ｓ　ｅＣ〕後にロウレベルからハイレベルに変化す
ることになる。ここで、出力信号８１３ｆの遅延時間ｔ
３は、ｔｌ　＜ｔｌ＜ｔ２の条件を満足するように設定
されるものである。この遅延時間ｔ、の存在は、単安定
マルチバイブレータ１３ａの応答遅れ時間ｔ、を補償し
、第３図（ｅ）の時点Ａで二点鎖線に示す如く出力信号
５１３がワンショット的にハイレベルに反転することを
防止する作用をなすものである。そして、出力信号Ｓ１
３の遅延時間ｔは、前述の如く可変抵抗器１３ｂにより
時間ｔ２を調節することにより設定できるので、これを
誘導電動機２が始動するまでの時間より若干長い時間に
設定しておく。この結果、この出力信号Ｓ０．が入力さ
れるアンド回路２３は、出力信号ＳＩ５の状態にかかわ
らず時間ｔ４の間は出力信号をロウレベルに保持するよ
うになり、速度設定器６から運転指令が出力されてから
誘導電動機２が回転を開始するまでの間は、断線検出信
号Ｓ、が出力されることはない。而して、誘導電動機２
が回転を開始すると、速度検出回路３のロータリフォト
エンコーダ４が、第３図（ｉ）に示すように、その回転
数に応じｔこパルス信号Ｐ４を出力するようになり、こ
れがリトリガラブル単安定マルチバイブレータ１５のト
リガ一端子Ｔに与えられる。又、パルス信号Ｐ４はＦ／
Ｖ変換器５により速度フィードバック信号Ｓ、に変換さ
れ、これが速度制御回路７に与えられる。パルス信号Ｐ
４がリトリガラプル単安定マルチバイブレータ１５のト
リガー端子Ｔに与えられると、そのリトリガラブル単安
定マルチバイブレーク１５は第３図（ｊ）のようにパル
ス信号Ｐ４の最初のロウレベルからハイレベルの立上り
（時点Ｂ）によりトリガーされ、その出力信号８１５が
ロウレベルとなる。ここで、速度設定信号レベル検出回
路１４は、速度設定信号Ｓ６のレベルを検出して誘導電
動機２に対する速度指令が低速度、中速度或いは高速度
のいずれの領域に設定されているかを判別してレベル検
出信号Ｓ１４＠　＋　　Ｓｚｂ　＋　　Ｓｚｃを出力す
る。例えば、速度設定信号Ｓ６が第３図（ａ）に実線で
示す低速度設定値５６ｍであった場合には、速度設定信
号８６が所定値４７ａとなった時点Ａで第３図（ｆ）に
示すようにレベル検出信号Ｓ　１４Ｍがハイレベルとな
り、アナログスイッチ１６がオンとなって可変抵抗器１
７が有効化される。この時、可変抵抗器１７の設定抵抗
値をＲ６，（Ω）及びコンデンサ２２の容量をＣ６（Ｆ
）とすると、出力信号Ｓ１５は次式で与えられる時間ｔ
ａ、（ｓｅｃ）だけロウレベルを保持する。

ｔ　６．”’＝　（０，２＋０．１５　Ｃ（Ｖ　ｏｏ−
Ｖ　ｓｓ）　１５）　）・Ｒ６，・Ｃ６・・・・・・（
３） 又、速度設定信号Ｓ６が第３図（ａ）に破線で示す中速
度設定値ｓ６ｂであった場合には、前述同様に時定Ａで
レベル検出信号Ｓ、４．がハイレベルとなり、更に、次
の所定値ｐｂとなった峙（時点Ｃ）に第３図（ｇ）に示
すようにレベル検出信号Ｓ１４、がハイレベルとなる。

これにより、アナログスイッチ１６及び１８がオンとな
って可変抵抗器１７及び１つが順次有効化される。この
時の可変抵抗器１７及び１つの合成抵抗値をＲ６，（Ω
）とすると、出力信号Ｓ１５は次式で与えられる時間＋
６ｂ（ｓｅｃ）だけロウレベルを保持する。

ｔ　６ｋ”；　（０，２＋Ｏ，１５（（Ｖ　ｏｏ　−Ｖ
　ｓｓ）　１５）　１・Ｒ６ｂ・Ｃ６・・・・・・（４
） そして、速度設定信号Ｓ６が第３図（ａ）に−点鎖線で
示す高速度設定値Ｓ６゜であった場合には、前述同様に
時点Ａ、Ｃでレベル検出信号８１４ｍ。

Ｓ、ｏがハイレベルとなり、更に、次の所定値ＤＣとな
った時（時点Ｄ）に第３図（ｈ）に示すようにレベル検
出信号Ｓ　Ｌ４ｃがハイレベルとなる。

これにより、アナログスイッチ１６．１８及び２０が順
次オンとなって可変抵抗器１７．１９及び２１が有効化
される。この時の可変抵抗器１７゜１９及び２１の合成
抵抗値をＲ６゜（Ω）とすると、出力信号Ｓ１５は次式
で与えられる時間＋６．［ｓｅＣ］だけロウレベルを保
持する。

ｔ　ｂ、’＝　（０，２＋０．１５　（（Ｖｏｏ　　Ｖ
ｓｓ）　１５）　１◆Ｒｂｅ”　Ｃ６−−（５） この場合、抵抗値Ｒ６ａ＋　Ｒ６ｂ及びＲ６ｅはＲ６，
＞Ｒ６ｂ　＞　Ｒ６ｃの関係にあるので、時間ｊ６ｍ＋
ｉ６ｂ及びｉ６ｃもｔ　６．＞　ｔ　６ｂ＞　ｔ　ｂ。

の関係になる。そして、第３図（ｉ）に示すように、パ
ルス信号Ｐ４の最初のパルスの立上りから２個目のパル
スの立上りまでの時間をｔ、［ｓｅｃ］とした時、１．
　＞１６ｍ＞＋６゜＞１．。の関係が成立するように設
定する。

従って、時間ｔ、は誘導電動機２の運転期間中の最大値
（最小回転数）であるので、リドリガラブル単安定マル
チバイブレータ１５はパルス信号Ｐ４のパルスの立上り
の都度リドリガーされてリセットされることはなく、そ
の出力信号Ｓ１５は第３図（ｊ）に示す如くロウレベル
に保持される。従って、例えば第３図に示す時点Ｂから
時点Ｅまでの正常運転期間中は、アンド回路２３の出力
信号はロウレベルに保持され、これに応じて、速度制御
回路７はフィードバック制御による運転モードで誘導電
動機２を速度設定信号Ｓ６により設定された低速度、中
速度或いは高速度で運転させる。

さて、誘導電動機２の回転中に速度検出回路３に断線が
発生した場合について考えてみる。速度検出回路３に断
線が発生すると、ロータリフォトエンコーダ４からのパ
ルス信号Ｐ４がなくなり、リドリガラブル単安定マルチ
バイブレータ１５はリドリガーされなくなる。例えば第
３図（ｉ）の如く時点Ｅでパルス信号Ｐ４のパルスが立
上った後に速度検出回路３に断線が発生したとすると、
リトリガラプル単安定マルチバイブレータ１５は、速度
設定信号Ｓ６が低速度設定値Ｓ６．．中速度設定値３６
ｂ或いは高速度設定値Ｓ　６ｃに設定された場合の夫々
において時点Ｅから時間ｔ６ｍ＋ｔ６ｂ或いは＋６．た
け経過した時点Ｆａ、Ｆｂ或いはＦｃでリセットし、出
力信号Ｓ＋５が第３図（ｊ）に示す如くロウレベルから
ハイレベルに変化する。このとき、遅延回路１３の出力
信号６１．３は第３図（ｅ）に示すようにハイレベルと
なっているので、アンド回路２３の出力信号はハイレベ
ルとなり、これが第３図（ｋ）に示すように断線検出回
路９の断線検出信号Ｓ、として出力されることになる。

このハイレベルの断線検出信号Ｓ、が運転モード切換回
路１０に与えられることにより、その運転モ−ド切換回
路１０は第３図（１）に示すようにハイレベルの運転モ
ード切換信号ＳＩＯを出力して速度制御回路７に与える
ようになる。そして、この速度制御回路７は、運転モー
ド切換信号ＳＩＯが与えられると、これまでのフィード
バック制御からオーブンループ制御に切換わり、インバ
ータ８を介して誘導電動機２を回生制動により減速停止
させるように制御する。

このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、速度設定器６からの速度設定信号８
６が所定値Ｄａ以上となった後即ち速度設定信号Ｓ６が
存在することを条件に速度検出回路３のロータリフォト
エンコーダ４からのパルス信号Ｐ４により断線検出回路
９のリドリガラブル単安定マルチバイブレータ１５をト
リガー及びリドリガーし、速度検出回路３の断線により
パルス信号Ｐ４がなくなってリトリガラプル単安定マル
チバイブレータ１５がリドリガーされなくなってリセッ
トすることに基づき断線検出信号Ｓ、を出力し、そして
、この断線検出信号Ｓ９の出力に基づき運転モード切換
回路１０．速度制御回路７及びインバータ８を介して誘
導電動機２をフィードバック制御からオーブンループ制
御に切換えて回生制動にて減速停止させるようにしたの
で、工作機械の主軸１が設定値を超えて制御不能な高速
度運転状態になることを防止することができる。

又、速度設定信号レベル検出回路１４により速度設定信
号Ｓ６のレベルを検出してリドリガラブル単安定マルチ
バイブレータ１５の出力パルス幅を自動的に切換えて、
誘導電動機２の低速度運転中速度運転及び高速度運転の
夫々に応じて最適な断線検出時間ｔ６□　ｔ６ｂ及びｉ
６ｃを設定するようにしたので、速度検出回路３が断線
した場合には、誘導電動機２が制御不能となる時間を低
速度から高速度になるに従って短かくすることができ、
最適な安全対策を講することができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定さ
れるものではなく、例えば工作機械の主軸駆動用の誘導
電動機のみならず電動機全般に適用し得る等、要旨を逸
脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論で
ある。

［発明の効果］ 本発明の電動機速度制御装置は以上説明したように、速
度検出回路からの速度フィードバック信号に払づいて断
線を検出する断線検出回路を設けて、断線検出回路から
の断線検出信号に応じて運転モード切換回路により速度
制御回路をフィードバック制御からオーブンループ制御
に切換えるようにしたので、速度制御回路が断線した場
合には、電動機を減速停止させることができて極めて安
全であるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体の電気的
構成のブロック線図、第２図は断線検出回路の具体的構
５５．図、第３図は作用説明用のタイムチャートである
。 図面中、２は誘導電動機（電動機）、３は速度検出回路
、４はロータリフォトエンコーダ、５は周波数−電圧変
換器、６は速度設定器、７は速度制御回路、８はインバ
ータ、９は断線検出回路、１０は運転モード切換回路、
１１は速度設定信号検出回路、１３は遅延回路、１４は
速度設定信号レベル検出回路、１５はリドリガラブル単
安定マルチバイブレータを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電動機の速度を設定する速度設定信号を出力する速
   度設定器と、前記電動機の実速度を検出してその実速度
   に相当する信号を速度フィードバック信号として出力す
   る速度検出回路と、前記速度設定信号と速度フィードバ
   ック信号とを比較演算し両信号が一致するように前記電
   動機を制御する速度制御回路とを少なくとも有する電動
   機速度制御装置において、前記速度設定信号が所定値以
   上となった時に前記速度検出回路からの速度フィードバ
   ック信号を基に断線を検出する断線検出回路と、この断
   線検出回路からの断線検出信号に応じて前記速度制御回
   路がフィードバック制御からオープンループ制御を行な
   うように切換えて回生制動にて前記電動機を減速停止さ
   せる運転モード切換回路とを具備してなる電動機速度制
   御装置。