JPH0775365A - 電動機の駆動制御装置 - Google Patents

電動機の駆動制御装置

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JPH0775365A
JPH0775365A JP5243696A JP24369693A JPH0775365A JP H0775365 A JPH0775365 A JP H0775365A JP 5243696 A JP5243696 A JP 5243696A JP 24369693 A JP24369693 A JP 24369693A JP H0775365 A JPH0775365 A JP H0775365A
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昌男 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャッターの駆動のような変動する負荷に対
して安定した駆動ができ、異常負荷に対しても対応でき
る電動機の駆動制御装置を提供する。 【構成】 直流電源14からの電流は、スイッチングト
ランジスタT1〜T6のタイミング制御によって、モー
タ11の巻線U,V,Wに加えられ、モータ11は正回
転または逆回転される。直流電源14は、CPU15か
らのパルス電圧V7によってON,OFF制御される。
また、パルス電圧V7をオフにした状態で、パルス電圧
V8を印加することにより巻線U,V,Wの起電力を抵
抗R8に流し、発電制動が行なわれる。ホールIC12
は、モータ11のローターの回転位置を検出して回転速
度を検出する。CPU15は、検出した回転速度を基準
値と比較して、パルス電圧V7またはV8のデューティ
を制御することにより、回転数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、短時間動作でトルク変
動の大きい負荷に対する電動機、例えば、シャッターの
巻き上げ、巻き下げを行なうのに適した電動機の駆動制
御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】短時間動作でトルク変動が大きい負荷に
対して、定速度動作を行なうように運転制御を行なうこ
とは種々の問題がある。また、負荷変動が生じた場合
に、異常状態であるか、または、正常な運転状態におけ
る負荷変動であるかを見分ける必要もある。
【0003】例えば、軽量シャッターは、ガレージの出
入口や商店街の店舗の開口部に設置され、捩りスプリン
グを巻取ドラム内に設けて、スプリングトルクとシャッ
ターの重量によるシャッタートルクとのバランスで開閉
を行なっている。
【0004】このようなシャッターを電動機駆動させる
場合に、シャッタートルクは、シャッターが巻き取られ
て行くときの重量および巻径の変化によって、かなり変
動する。捩りスプリングを介在させて電動機で巻き上
げ、巻き下げを行なうように構成した場合には、シャッ
タートルクとスプリングトルクとのアンバランス量にガ
イドレール内の抵抗等が付加されて、電動機のトルク
は、最大で20kg前後になることもある。また、スプ
リングトルクよりもシャッタートルクが大きくなること
があり、このような場合には、電動機が加速され、回転
速度が急上昇してしまうこともある。
【0005】このように、大きなトルク変動や加速状態
となることがあることを考慮すると、従来の駆動制御方
式では、安定した電動機制御を行なうことは困難であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、変動する負荷に対して安定
した駆動ができ、異常負荷に対しても対応できる電動機
の駆動制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載の発明においては、電動機の駆動制御装置において、
パルス電圧により駆動される電動機と、該電動機の回転
数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段の検
出値を基準値と比較する比較手段と、該比較手段の比較
結果に基づいて前記パルス電圧のデュ−ティを変化させ
る制御手段を有することを特徴とするものである。
【0008】請求項2に記載の発明においては、請求項
1に記載の電動機の駆動制御装置において、パルス電圧
により制御されるスイッチング手段と、該スイッチング
手段により前記電動機の出力電圧を短絡させる短絡手段
と、前記パルス電圧のデュ−ティを変化させる制御手段
を有し、駆動のためのパルス電圧のデュ−ティが最小値
でも回転数検出手段の検出値が基準値を超えているとき
に、前記スイッチング手段を作動させることを特徴とす
るものである。
【0009】請求項3に記載の発明においては、請求項
1または2に記載の電動機の駆動制御装置において、前
記デュ−ティを記憶する記憶手段を設け、新たな動作時
のデュ−ティと比較し、変化があった場合に記憶デ−タ
を更新することを特徴とするものである。
【0010】請求項4に記載の発明においては、請求項
1乃至3のいずれか1項に記載の電動機の駆動制御装置
において、周期的にデュ−ティに基づく値を取り込みこ
れを記憶する記憶手段と、取り込んだ記憶値を1つ前の
周期の記憶値を比較する比較手段を設け、該比較手段に
よる比較結果が一定の限度を超えたとき異常信号を出力
することを特徴とするものである。
【0011】請求項5に記載の発明においては、請求項
1乃至4のいずれか1項に記載の電動機の駆動制御装置
において、デュ−ティの異なる複数のパタ−ンを記憶す
る記憶手段を設け、前記パタ−ンを選択することによっ
てデュ−ティを決定することを特徴とするものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、パルス電圧により駆動される
電動機におけるパルス電圧のデュ−ティを変化させるこ
とにより、駆動エネルギーを変化させることができ、電
動機の回転数を制御できる。また、駆動のためのパルス
電圧のデュ−ティが最小値でも回転数が基準値を超えて
いるときには、パルス電圧により制御されるスイッチン
グ手段により発電制動をかけるとともに、パルス電圧の
デュ−ティを変化させることにより制動力を制御して、
回転数を制御することができる。
【0013】前記デュ−ティを記憶する記憶手段を設
け、新たな動作時のデュ−ティと比較し、変化があった
場合に記憶デ−タを更新することにより、円滑な制御が
可能であり、周期的にデュ−ティに基づく値を取り込ん
で、これを1つ前の周期の記憶値と比較し、比較結果が
一定の限度を超えたとき異常信号を出力することができ
る。
【0014】デュ−ティの異なる複数のパタ−ンを記憶
する記憶手段を設けて、このパタ−ンを選択することに
よって、デュ−ティの決定が容易となる。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の電動機の駆動制御装置の一
実施例を説明するための、電動機の駆動回路の回路図で
ある。図中、11はモータ、U,V,Wはその巻線、1
2はホールIC、HU,HV,HWはその検出電圧、1
3は電流検出トランス、VCはその検出電圧、14は直
流電源、15はCPU、PC1,PC2,PC3,PC
4,PC5,PC6,PC7,PC8はフォトカプラ、
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8はス
イッチングトランジスタ、D1,D2,D3,D4,D
5,D6はダイオード、R7,R8は抵抗、V7,V8
はパルス電圧である。
【0016】この実施例では、モーター11をシャッタ
ーの巻き上げ、巻き下げに用いた。モータ11の駆動
は、スイッチングトランジスタT1,T2,T3,T
4,T5,T6のタイミング制御によって、正回転また
は逆回転される。スイッチングトランジスタT1,T
2,T3,T4,T5,T6は、CPU15からの出力
により駆動されるフォトカプラPC1,PC2,PC
3,PC4,PC5,PC6の出力によってON,OF
F制御されるが、そのタイミングは後述する。また、ス
イッチングトランジスタT1,T2,T3,T4,T
5,T6を介してモータ11に印加される直流電源14
は、CPU15からのパルス電圧V7によってON,O
FF制御されるよう構成されている。
【0017】モータ11に制動をかけることができる。
パルス電圧V7をオフにする。この状態では、フォトカ
プラPC7がON状態となることはないから、スイッチ
ングトランジスタT7はOFF状態を継続し、直流電源
14がスイッチングトランジスタT1,T2,T3には
印加されることはない。一方、CPU15からパルス電
圧V8が加えられ、フォトカプラPC8がONとなる
と、スイッチングトランジスタT8がONとなり、モー
タ11の巻線U,V,Wによる起電力がダイオードD
1,D2,D3,D4,D5,D6を通り抵抗R8に流
れて発電制動が行なわれる。この動作についても後述す
る。
【0018】ホールIC12は、モータ11のローター
の回転位置を検出し、出力電圧HU,HV,HWをCP
U15に入力する。これにより、CPU15は、モータ
11の回転速度やローターの位置等の回転情報を検出す
ることができる。
【0019】電流検出トランス13は、モータ11の1
つの相の電流を検出する。シャッターに障害が生じて、
巻き上げや巻き下げが不能な状態となるような過負荷が
生じると、過大電流が流れ、検出電圧VCが大きくな
る。CPU15は、VCを監視し、所定値を超えると異
常状態と判断して、モータ11の駆動を停止する。この
場合、監視センターなどへ通報を発するようにすること
もできる。
【0020】モータ11の一例について説明する。図2
は、モータ11の説明図である。図中、16はステー
タ、17はロータ、18はホール素子である。ステータ
16側には、巻線U,V,Wが2組ずつ巻かれており、
各組の巻線は同極となる巻回方向である。ロータ16側
は4極に着磁されている。ロータ17に対して、60度
の回転角度で3つのホール素子18が配置されており、
ロータ17の回転位相を検出できる。また、回転位相の
変化の時間を計測することによって、回転速度を検出す
ることができる。なお、図では、ロータ17の中心部に
孔があり、その孔の中にホール素子18が配置されてい
るように図示されているが、ロータとホール素子の配置
関係は適宜でよい。ロータの回転軸に磁石を取り付け、
その磁石に対向してホール素子やホールICを配置して
もよい。また、光電素子等のセンサを用いることもでき
る。
【0021】図3は、CPU15からの制御電圧によっ
て、フォトカプラPC1,PC2,PC3,PC4,P
C5,PC6のON/OFF制御が行なわれて、スイッ
チングトランジスタT1,T2,T3,T4,T5,T
6がスイッチングされる動作を説明するための波形図で
ある。
【0022】スイッチングトランジスタT1,T2,T
3のうちの1つと、スイッチングトランジスタT4,T
5,T6のうちの1つが導通され、モータ11の巻線に
電流が流れる。図3(A)は、スイッチングトランジス
タT1,T2,T3,T4,T5,T6のON/OFF
状態を図示し、それによるモータの巻線端の電圧、すな
わち、U−V,V−W,W−U間の電圧を図3(B)に
示す。なお、回転方向を逆転させるには、U−V,V−
W,W−U間の電圧のどれか2つが入れ替わるように、
スイッチングトランジスタT1,T2,T3,T4,T
5,T6が制御されればよい。図3(C)は、ホールI
C12による検出電圧HU,HV,HWを示す。
【0023】このようにスイッチングトランジスタT
1,T2,T3,T4,T5,T6が制御された場合の
動作を説明する。図4は、図3における2番目の位相の
状態を示している。この状態は、スイッチングトランジ
スタT1とT5がONである。電流は図4(B)に示す
ように流れ、ステータ16は、図4(A)に示すように
励磁され、ロータ17は時計方向に回転する。次の3番
目の位相の状態では、図5(B)に示すように、スイッ
チングトランジスタT1とT6がONとなり、図5
(A)に示すように、励磁され、ロータ17が時計方向
に回転する。以下、第3図に示したように、スイッチン
グトランジスタT1,T2,T3,T4,T5,T6が
制御され、モータ11が回転する。
【0024】以上の説明では、スイッチングトランジス
タT1,T2,T3に印加される電圧が直流電圧である
として説明した。しかし、本発明では、スイッチングト
ランジスタT1,T2,T3に印加される電圧をパルス
電圧とした。すなわち、図1における直流電源14から
スイッチングトランジスタT1,T2,T3に至る経路
にスイッチングトランジスタT7を介在させ、これをC
PU15からのパルス電圧V7でON/OFFさせる。
パルス電圧V7は、スイッチングトランジスタT1,T
2,T3,T4,T5,T6をON/OFFさせる電圧
の周波数に比較して充分に高い周波数である。また、パ
ルス電圧V7のON/OFF比、すなわち、デューティ
は、CPU15で制御される。デューティが大きけれ
ば、実効的な電流は多くなり、モータ11の出力トルク
は大きい。デューティが小さいと、実効的な電流が小さ
くなり、出力トルクは小さくなる。
【0025】ホールIC12からの検出電圧を利用し
て、モータ11の回転速度を検出し、基準回転数と比較
して、回転数が大きい場合には、デューティを小さく
し、回転数が基準値より小さくなった場合には、デュー
ティを大きくなるよう制御して、回転数を一定に保つ。
【0026】シャッターのバランス状態によっては、デ
ューティを最小にしても、回転数が基準値より小さくな
らないことがある。この場合には、発電制動をかける。
フォトカプラPC7にパルス電圧を印加しない状態にお
いて、フォトカプラPC8にパルス電圧V8を印加す
る。この場合の回路は図6のようになる。パルス電圧V
8によって、スイッチングトランジスタT8が導通する
期間において、巻線U,V,Wのうちの電位が上がった
巻線の出力電圧は、ダイオードD1,D2,D3,D
4,D5,D6のいずれかを介して抵抗R8に流れる。
したがって、モータ11の起電力は抵抗R8で短絡さ
れ、発電制動がかけられる。図では、W−V間にW側が
+となる起電力が生じた場合を図示している。ダイオー
ドD3とD4を通って抵抗R8に電流が流れる。この場
合、パルス電圧V8のデューティを変えることによっ
て、制動力を変えることができる。
【0027】具体例について説明する。この例では、予
め定められている基準回転数を4680rpmとした
が、シャッターの巻き上げ軸では、1/156に減速
し、30rpmとした。したがって、ロータの1回転
は、ほぼ12msecで、図3で説明した1位相分は、
ほぼ1msecである。
【0028】パルス電圧V7は、周期が52μsecで
あり、デューティは最大値が48/52、最小値が4/
52で、4μsec単位で12ステップのパターンが図
示しないROMに記憶されている。すなわち、駆動状態
におけるデューティは、12ステップが選択できる。
【0029】パルス電圧V8は、周期が50μsecで
あり、デューティは最大値が48/50、最小値が2/
50で、2μsec単位で24ステップのパターンが図
示しないROMに記憶されている。すなわち、制動状態
におけるデューティは、24ステップが選択できる。こ
の具体例ではデューティが0であるパターンをもってい
ないが、これを設けてもよいことは勿論である。
【0030】なお、この具体例では、パルス電圧V7と
V8とは、別個の信号を用いたが、同じ信号を共用する
ようにしてもよい。
【0031】モータ11の回転数は、1msecごとに
取り込み、基準回転数である4680rpmと比較し
て、その都度パルス電圧V7のデューティのパターンを
選択する。パターンの選択の方法は、回転数が基準回転
数より小さくなると、デューティを1ステップ増加させ
るようにする。逆に、回転数が基準回転数より大きくな
ると、デューティを1ステップ減少させるようにする。
最小のデューティ(この場合では4/52であるが、デ
ューティ0を設けた場合には、これが最小のデューティ
となる。)を選択しても、回転数が基準回転数より大き
い場合は、パルス電圧V7を停止して、パルス電圧V8
を印加する。それにより最小のデューティ、すなわち、
2/50で発電制動がかけられる。それでも回転数が基
準回転数より大きければ、さらに1ステップ大きいデュ
ーティで制動がかけられる。
【0032】このようにして、1msec単位で制御が
行なわれ、回転数の変化があると、1msecで1ステ
ップのデューティが変化するパターンが選択される。1
msecごとの制御単位時間において用いられたステッ
プは記憶され、512単位時間、すなわち、0.512
秒ごとにその平均値が計算される。平均値の計算は、例
えば、制動状態における制動力最大のパターンをステッ
プ0とし、駆動状態における駆動力最大のパターンをス
テップ35として、このステップの数値を平均すればよ
い。この場合、0.512秒を制御周期と呼べば、制御
周期に用いられたステップの数値や、制御周期における
ステップの平均値が記憶される。これらの値は、印字出
力が可能なように構成され、運転状態を分析することが
できる。
【0033】図7は、この具体例に基づいてモータの回
転制御を行なう一実施例の動作のフローチャートであ
る。フローがスタートして待機状態となる。この状態
で、シャッター操作ボタンが押されると、S1で、モー
タの起動が指令される。起動は、シャッターが中間位置
で停止された状態から行なわれることもあるが、普通の
操作では、全開状態からの巻き上げと、全閉状態からの
巻き下げが普通である。巻き上げと巻き下げでは、用い
られる最適のステップが相違する。この実施例では、前
回の運転において用いられたステップ値が記憶されてい
る。記憶値は、巻き上げと巻き下げのそれぞれに対し
て、前回の運転における最後の制御周期のステップの平
均値を用いる。巻き上げと巻き下げのそれぞれに対し
て、前回の運転における起動時の制御周期のステップの
平均値を記憶させてもよい。S2では、この記憶値によ
るステップ値が設定され、変数MとNがS4,S5で初
期化され、運転が開始される。運転開始後は、S6で、
1msecごとに割り込みタイマーからの割り込み指令
がかけられる。割り込み指令によって、S7で、回転数
が検出され、設定された基準回転数、上述の具体例でい
えば、4680rpmと比較される。変化があると、S
8へ進んで、その変化の方向に応じて、駆動または制動
のパターンのステップが1ステップ変更される。変更さ
れたステップ値は記憶される。回転数が、基準回転数か
ら変化しない場合は、ステップ値の変更は行なわず、S
9へ移行して、ステップ値が記憶される。S10では、
制御周期のためのカウントを行ない、S11において、
Nが512に達するまでS6へループして、1msec
の割り込みがあるごとに上述した動作を繰り返して、モ
ータの回転数を基準回転数になるよう制御する。
【0034】Nが512になると、S11からS12へ
移行する。S12では、512回のステップ値の平均を
演算する。この制御周期内のステップ値の平均値は、S
13で、前回の制御周期におけるステップ値の平均値と
比較される。比較した結果が、ある範囲内、例えば、1
ステップ以内であれば、S17へ移行して変数Mを0に
して、S18で、前回の制御周期におけるステップ値の
平均値を今回の制御周期におけるステップ値の平均値で
置換して、これを次の制御周期の比較値とし、S5へル
ープしてNを0にして、割り込みを待つ。制御周期を設
けて平均値をとるかわりに、適当なタイミングで、ステ
ップ値を取り込むようにしてもよい。
【0035】S13において、前回の制御周期における
ステップ値の平均値との差が、例えば、10以上となっ
た場合には、障害物等による急激な負荷の変動が生じた
ことになる。この場合は、S19へ移行して、異常停止
を行なう。また、差が10以上でなければ、S15でM
を1だけ加算する。S16では、Mが、例えば、6とな
ったか否かの判別を行なう。すなわち、6回の制御周期
において連続して平均値が更新されたことは、負荷の増
大または減少が継続していることになる。この場合も、
S19へ移行して異常停止を行なう。
【0036】もっとも、ここで説明したフローチャート
S13〜S16では、6回の継続する増大または6回の
継続する減少に限られず、ステップ数の平均値の増加お
よび減少が混在して6回にわたって継続した場合も、異
常停止をしてしまう。このような、変動も異常とみれ
ば、このフローでよい。しかし、摩擦抵抗の経年的な増
大等により、負荷変動が大きくなった場合には、Mの加
算において、平均値の増大と減少を区別するようにした
り、S13における閾値を大きくしたりするようにして
もよい。
【0037】S16において、Mが6に至らない場合
は、S18で、前回の制御周期におけるステップ値の平
均値を今回の制御周期におけるステップ値の平均値で置
換して、これを次の制御周期の比較値とし、S5へルー
プしてNを0にして、割り込みを待つ。
【0038】シャッターが所定の限界位置に達した場合
は、図示しないリミットスイッチからの信号により、こ
のフローチャートの制御ループを抜け出して、停止制御
が行なわれる。
【0039】なお、S9におけるステップ値の記憶は、
その都度更新するようにして、平均値を求めるために
は、順次積算値も記憶するようにしてもよい。この場
合、積算値は、S5に戻って、変数Nがリセットされる
ときに、リセットされる。
【0040】上述した実施例では、比較されるべきステ
ップ値の平均値は、シャッターを動作をさせるごとに記
憶が更新される。したがって、動作の基準となるパタ−
ンが動作ごとに更新されるから、経年変化によるような
緩やかなパタ−ン変化は動作上の障害となることはない
という利点がある。
【0041】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、パルス電圧のデュ−ティにより、駆動または制
動状態を制御することができ、変動する負荷に対して安
定した駆動ができ、異常負荷に対しても対応できる電動
機の駆動制御装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電動機の駆動制御装置の一実施例の電
動機の駆動回路の回路図である。
【図2】モータの一例の説明説明図である。
【図3】スイッチング動作を説明するための波形図であ
る。
【図4】モータの駆動動作の説明図である。
【図5】モータの駆動動作の説明図である。
【図6】モータの制動動作の説明図である。
【図7】本発明の一実施例の動作のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
11 モータ 12 ホールIC 13 電流検出トランス 14 直流電源 15 CPU PC1,PC2,PC3,PC4,PC5,PC6,P
C7,PC8 フォトカプラ T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8 ス
イッチングトランジスタ D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード R7,R8 抵抗 V7,V8 パルス電圧

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス電圧により駆動される電動機と、
    該電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、該回転
    数検出手段の検出値を基準値と比較する比較手段と、該
    比較手段の比較結果に基づいて前記パルス電圧のデュ−
    ティを変化させる制御手段を有することを特徴とする電
    動機の駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 パルス電圧により制御されるスイッチン
    グ手段と、該スイッチング手段により前記電動機の出力
    電圧を短絡させる短絡手段と、前記パルス電圧のデュ−
    ティを変化させる制御手段を有し、駆動のためのパルス
    電圧のデュ−ティが最小値でも回転数検出手段の検出値
    が基準値を超えているときに、前記スイッチング手段を
    作動させることを特徴とする請求項1に記載の電動機の
    駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 前記デュ−ティを記憶する記憶手段を設
    け、新たな動作時のデュ−ティと比較し、変化があった
    場合に記憶デ−タを更新することを特徴とする請求項1
    または2に記載の電動機の駆動制御装置。
  4. 【請求項4】 周期的にデュ−ティに基づく値を取り込
    みこれを記憶する記憶手段と、取り込んだ記憶値を1つ
    前の周期の記憶値を比較する比較手段を設け、該比較手
    段による比較結果が一定の限度を超えたとき異常信号を
    出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1
    項に記載の電動機の駆動制御装置。
  5. 【請求項5】 デュ−ティの異なる複数のパタ−ンを記
    憶する記憶手段を設け、前記パタ−ンを選択することに
    よってデュ−ティを決定することを特徴とする請求項1
    乃至4のいずれか1項に記載の電動機の駆動制御装置。
JP24369693A 1993-09-04 1993-09-04 シャッター駆動用の電動機の駆動制御装置 Expired - Fee Related JP3368009B2 (ja)

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