JPH0584197U - モータの制動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 停電が発生したときにサーボモータから回生
されるエネルギーを有効に利用して小さな惰走角でサー
ボモータを停止できるモータの制動装置を実現すること
を目的とする。 【構成】 ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、サ
ーボモータから回生されるエネルギーで速度制御部を駆
動し、最初は、減衰していく速度指令値を速度制御部に
与えてよりサーボモータを減速動作し、所定の時間だけ
減速動作を行ったところで、今度はモータのコイル両端
をショートして発電制動し、停止に至らせる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ＡＣモータ、ＤＣモータ、ダイレクト・ドライブ・モータ等のサー ボモータを緊急停止させるモータの制動装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

サーボモータに電力を供給するＡＣ電源ラインに停電が発生した場合、サーボ モータは慣性により瞬時に停止できずに、ある角度だけ回転してしまう。その回 転角は、サーボモータが発生できる最大トルクで停止動作を行う場合の角度の何 倍にもなってしまう。従って、例えば、サーボモータでロボットアームを駆動し ている場合には、ロボットアームがオーバーランして周辺の装置を損傷してしま うことがあり、安全上問題がある。 このため、従来は、停電が発生したときにモータのコイルをショートして発電 制動したり、機械式ブレーキを作動させたりしていた。しかしながら、これらの 手段を用いても、制動動作の遅れや、制動トルクの不足により惰走角は小さくな らない。 慣性で回転しているモータは発電機として作用し、回生エネルギーを発生する 。この回生エネルギーの消費に要する時間が長いため、惰走角が大きくなってし まう。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は上述した問題点を解決するためになされたものであり、停電が発生し たときにサーボモータから回生されるエネルギーを有効に利用して小さな惰走角 でサーボモータを停止できるモータの制動装置を実現することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、 永久磁石を有するサーボモータを制動するモータの制動装置において、 モータの回転速度をフィードバック制御する速度制御部と、 この速度制御部の制御信号に基づいてサーボモータを駆動する駆動回路と、 モータの通常運転時に前記速度制御部に速度指令値を与える指令値付与手段と 、 所定の時定数で減衰する速度指令値を発生する指令値バックアップ手段と、 電力を供給するＡＣ電源ラインを監視していて、このＡＣ電源ラインに停電が 発生したときに、速度制御部に与える速度指令値を前記指令値付与手段から前記 指令値バックアップ手段に切り換える切換手段と、 この切換手段の切換信号の遅延信号を発生する遅延回路と、 ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、サーボモータから回生されるエネル ギーを蓄積し、蓄積したエネルギーにより前記速度制御部を駆動する電源コンデ ンサと、 モータの通常運転時は前記駆動回路をサーボモータに接続し、ＡＣ電源ライン に停電が発生したときに、最初は接続状態を保持しておいて速度制御部によりサ ーボモータを減速動作し、所定の時間が経過したところで前記遅延信号によって 切り換えられ、サーボモータのコイル両端をショートして発電制動を行うスイッ チと、 を具備したことを特徴とするモータの制動装置である。

【０００５】

【作用】

このような本考案では、ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、サーボモー タから回生されるエネルギーで速度制御部を駆動し、最初は、減衰していく速度 指令値を速度制御部に与えてよりサーボモータを減速動作し、所定の時間だけ減 速動作を行ったところで、今度はモータのコイル両端をショートして発電制動し 、停止に至らせる。

【０００６】

【実施例】

以下、図面を用いて本考案を説明する。 図１は本考案の一実施例を示した構成図である。 図１において、破線で囲んだ部分がドライバＤである。 １はドライバＤにより駆動される３相のサーボモータ、２はモータ１の回転角 に比例したパルス数のエンコーダパルスを出力するエンコーダ、３はドライバＤ の駆動源となったＡＣ電源である。

【０００７】 ドライバＤにおいて、４１はエンコーダパルスのパルス数をカウントしてモー タの実位置を求めるカウンタ、４２は外部から与えられた位置指令値とカウンタ ４１により求めた実位置の偏差をとる減算器、４３は減算器４２でとった偏差を もとにモータ１の回転位置をフィードバック制御するための制御信号を出力する 位置制御部、４４は位置制御部４３が出力する制御信号をデジタル・アナログ変 換するＤ／Ａ変換器である。 ４５はエンコーダパルスのパルスレートに比例したアナログ電圧信号を出力す るＦ／Ｖ変換器、４６はＤ／Ａ変換器４４からスイッチ４７を介して与えられた 速度指令値とＦ／Ｖ変換器４５から与えられた速度検出値の偏差をとる減算器、 ４８は減算器４６でとった偏差をもとにモータ１の回転速度をフィードバック制 御するための制御信号を出力する速度制御部である。 ４９は速度制御部４８の制御信号をもとに位相が１２０°ずつ異なる３相の正 弦波信号を発生する３相正弦波発生回路、５０は３相正弦波発生回路４９が発生 した３相正弦波信号をもとに３相の励磁電流を生成し、モータ１のコイルに供給 する駆動回路、５１は駆動回路５０からモータのコイルに励磁電流を供給する信 号線に設けられたスイッチである。スイッチ５１は、ａ接点側に接続されている ときはコイルに励磁電流が供給され、ｂ接点側に接続されているときはコイル両 端がショートされる。 ５２は切換回路であり、ＡＣ電源ラインＬに流れる電流を監視し、ＡＣ電源ラ インＬに停電が発生していないときはスイッチ４７をオンにし、停電が発生した ときにスイッチ４７をオフにする。５３は切換回路５２の切換信号を遅延し、こ の遅延信号でスイッチ５１を切り換える遅延回路である。５４は指令値バックア ップ回路であり、抵抗ＲとコンデンサＣを並列接続して構成されていて、ＡＣ電 源ラインＬに停電が発生したときにコンデンサＣに蓄積しておいたエネルギーに より速度指令値をバックアップする。 ５５はＡＣ電源３によって流れる交流電流を整流する整流回路、５６は整流回 路５５の出力段に設けられていて、ＡＣ電源ラインが停電したときにモータ１か ら回生されるエネルギーを蓄積する電源コンデンサである。５７は制御電源であ り、電源コンデンサ５６に接続されていて、停電が発生したときにドライバＤの バックアップ電源となる。 なお、サーボモータは３相以外のものであってもよい。

【０００８】 このように構成した装置の動作を説明する。 図２は速度制御部４８に与えられる速度指令値の変化を示したタイムチャート である。 このタイムチャートにおいて、一定値の速度指令値Ｖ_Cを与えてモータを定速 回転しているときに、時刻ｔ₁でＡＣ電源ラインＬに停電が発生すると、切換回 路５２はＡＣ電源ラインＬに流れる電流から停電を検出し、時刻ｔ₂でスイッチ ４７をオフにする。これにより、指令値バックアップ回路５４が速度指令値を与 え、速度指令値Ｖ_Cは（抵抗Ｒの抵抗値）×（コンデンサＣの静電容量）で決ま る時定数で減衰していく。この時定数は、停電によりモータ１を減速させていっ たときにモータ１から回生されるエネルギーと、電源コンデンサ５６に蓄積され るエネルギーにより定める。 その後、時間τ₂が経過した後に、スイッチ５１をａ接点側からｂ接点側に切 り換えてモータのコイル両端を短絡し、発電制動によりモータを停止に至らせる 。 停電が発生してから速度制御部４８を動作させる時間はτ₁＋τ₂だけ必要であ る。本考案にかかる装置では、ＡＣ電源３を積極的に保持する必要はない。その 理由は、停電が発生してモータを減速させていくときに、次式で与えられるエネ ルギーが電源コンデンサ５６に回生されるため、このエネルギーを利用して速度 制御部４８を駆動できるからである。また、このエネルギーはスイッチ４７，５ １の切り換えにも利用する。 τ₁₊τ₂ τ₁₊τ₂ Ｗ＝（１／２）Ｊω²−∫Ｐ_D（ｔ）ｄｔ−∫Ｐ_M（ｔ）ｄｔ _{0 0} Ｊ：モータの負荷イナーシャ、ω：モータの回転角速度 Ｐ_D（ｔ）：モータのコイルの銅損、Ｐ_M（ｔ）：ドライバの損失

【０００９】

【考案の効果】

本考案によれば、ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、サーボモータから 回生されるエネルギーで速度制御部を駆動し、最初は、減衰していく速度指令値 を速度制御部に与えてよりサーボモータを減速動作し、所定の時間だけ減速動作 を行ったところで、今度はモータのコイル両端をショートして発電制動し、停止 に至らせる。このように本考案では２段階に制動方式を切り換えてモータを停止 させているため、最初からコイルショートにより回生エネルギーを消費してモー タを停止する従来例に比べて、モータから回生されるエネルギーを有効に利用し て小さな惰走角でサーボモータを停止できる。また、本考案は従来の装置に電源 コンデンサを追加するだけの改良で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示した構成図である。

【図２】図１の装置の動作説明用のタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ エンコーダ ４３ 位置制御部 ４８ 速度制御部 ５０ 駆動回路 ５１ スイッチ ５２ 切換回路 ５３ 遅延回路 ５４ 指令値バックアップ回路 ５６ 電源コンデンサ Ｌ 電源ライン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を有するサーボモータを制動す
   るモータの制動装置において、 モータの回転速度をフィードバック制御する速度制御部
   と、 この速度制御部の制御信号に基づいてサーボモータを駆
   動する駆動回路と、 モータの通常運転時に前記速度制御部に速度指令値を与
   える指令値付与手段と、 所定の時定数で減衰する速度指令値を発生する指令値バ
   ックアップ手段と、 電力を供給するＡＣ電源ラインを監視していて、このＡ
   Ｃ電源ラインに停電が発生したときに、速度制御部に与
   える速度指令値を前記指令値付与手段から前記指令値バ
   ックアップ手段に切り換える切換手段と、 この切換手段の切換信号の遅延信号を発生する遅延回路
   と、 ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、サーボモータ
   から回生されるエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギ
   ーにより前記速度制御部を駆動する電源コンデンサと、 モータの通常運転時は前記駆動回路をサーボモータに接
   続し、ＡＣ電源ラインに停電が発生したときに、最初は
   接続状態を保持しておいて速度制御部によりサーボモー
   タを減速動作し、所定の時間が経過したところで前記遅
   延信号によって切り換えられ、サーボモータのコイル両
   端をショートして発電制動を行うスイッチと、 を具備したことを特徴とするモータの制動装置。