JPH0965684A - リニア同期モータの非常制動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニア同期モータの可動子が自由落下したこ
とを速やかに検出し、発電制動を掛けられるようにす
る。 【解決手段】 可動子１０と、複数の電機子を連続的に
配置した電機子巻線１１〜１ｎとからなるリニア同期モ
ータに、インバータ２１，２２から給電用スイッチ３１
〜３ｎを介して交流電源を供給することで可動子１０を
運動させるに当たり、停電を含む装置の異常を検出する
異常検出器６と、インバータ２１，２２の出力を短絡す
る短絡用スイッチ４１，４２とを設け、異常時には給電
用スイッチ３１〜３ｎおよび短絡用スイッチ４１，４２
を閉じ、電機子巻線１１〜１ｎを短絡することにより発
電制動を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石界磁を
可動子とし、地上側に複数の電機子を連続的に配置した
リニア同期モータ、特に垂直運動を行なうリニア同期モ
ータの非常制動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の永久磁石界磁を可動子とするリ
ニア同期モータ（以下、ＬＳＭとも略記する）では、複
数の電機子を連続的に配置して可動子に取り付けた被搬
送物を長距離にわたって搬送することができる。このと
き、必要な電力変換器容量を低減するため、電力変換器
と複数の電機子巻線との接続に給電用スイッチを介在さ
せ、この給電用スイッチを開閉することにより、界磁と
対向している電機子巻線だけに給電する方法がある。以
下、このようなリニア同期モータ駆動装置について説明
する。

【０００３】図１６はリニア同期モータ駆動装置の一般
的な例を示す構成図である。すなわち、この種のＬＳＭ
はｎ個の電機子１１〜１ｎを連続的に配置して構成さ
れ、電力変換器としては例えば商用交流電源を直流電源
に変換する整流器２０と、直流電源を可変電圧可変周波
数の交流電源に変換するインバータ２１とから構成す
る。スイッチ３１〜３ｎ（以下、給電用スイッチともい
う）はインバータが給電する電機子巻線を切り換える
が、同時に２つのスイッチが閉じることがないようにし
ている。

【０００４】そして、界磁１０が電機子１１と対向する
ときはスイッチ３１を閉じ、界磁１０が電機子１２と対
向するときはスイッチ３２を閉じる。このように、界磁
１０の移動に伴って給電する電機子を順次切り換えて行
くことにより、推力の発生に寄与する電機子巻線だけに
給電されるのでＬＳＭの効率が向上するとともに、必要
な電力変換器容量を低減できる。なお、この例では界磁
１０が電機子１１，１２にまたがって対向している場合
は、スイッチ３１または３２のいずれか一方だけが閉じ
るので、推力が低下する。特に、垂直運動を行なうＬＳ
Ｍの場合は、推力の低下により可動子が自然落下すると
いう危険性がある。

【０００５】図１７は図１６の変形例を示す。これは、
電力変換器を商用交流電源を直流電源に変換する整流器
２０と、直流電源を可変電圧可変周波数の交流電源に変
換する１対のインバータ２１，２２とから構成する。そ
して、奇数番号の電機子巻線１１，１３…は奇数番号の
スイッチ３１，３３…を介してインバータ２１に、ま
た、偶数番号の電機子巻線１２，１４…は偶数番号のス
イッチ３２，３４…を介してインバータ２２にそれぞれ
接続する。

【０００６】そして、界磁１０が電機子１１と対向する
場合はスイッチ３１を閉じ、インバータ２１により電機
子巻線１１に給電する。界磁１０が電機子１１，１２に
またがって対向している場合はスイッチ３１と３２を閉
じ、インバータ２１により電機子巻線１１に給電し、イ
ンバータ２２により電機子巻線１２に給電する。界磁１
０が電機子１２と対向する場合はスイッチ３２を閉じ、
インバータ２２により電機子巻線１２に給電する。この
ように、２つのインバータを用いることで、界磁が２つ
の電機子にまたがっている場合でも、推力を低下させる
ことなく駆動することが可能となる。

【０００７】ところで、商用電源が停電した場合や、Ｌ
ＳＭに電力を供給する電力変換器が故障した場合などに
はＬＳＭの推力が喪失し、垂直運動を行なうＬＳＭでは
可動子が自由落下するという問題が生じるが、これは可
動子の走行路（搬送路）が長大になるほど重要な問題と
なる。従来、この問題を解決するため電磁ブレーキを用
いる方法や、電機子巻線を短絡してＬＳＭを発電機とし
て動作させ、発電制動を行なう方法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブレー
キを設けるのは装置が大型化するという問題があり、ブ
レーキシューなどの保守も必要となる。また、高い安全
性を確保するには機械的なブレーキとともに電気式ブレ
ーキを併用するのが望ましい。また、電機子巻線を短絡
して発電制動を行なう方法も既に提案されているが、複
数の電機子からなるＬＳＭの場合は、電機子の数だけ短
絡回路が必要となり、装置が大型化するだけでなく、可
動子の自由落下の検出手段が必ずしも明らかでない、な
どの問題がある。したがって、この発明の課題は、ＬＳ
Ｍにおいて簡単な構成で、可動子が自由落下したことを
検出して電機子巻線を短絡することが可能な、信頼性の
高い非常制動回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明ではインバータの出力に短絡用
スイッチを設け、停電などの装置の異常検出時に短絡用
スイッチおよび給電用スイッチを閉じるようにする。こ
れにより、全ての電機子巻線を短絡でき、短絡回路を簡
単化できる。請求項２の発明は、発電制動を行なうため
には誘導起電力が発生している電機子巻線のみ短絡すれ
ば良いことに着目したもので、複数の電機子巻線にそれ
ぞれダイオード整流器を接続するとともに、各ダイオー
ド整流器の出力を互いに並列に接続し、その出力に短絡
用スイッチを接続し、装置の異常検出時に短絡用スイッ
チを閉じる。その結果、誘導起電力がいずれの電機子巻
線に発生していても、ダイオード整流器と短絡用スイッ
チを介して、誘導起電力が発生している電機子巻線を短
絡できる。

【００１０】請求項３，４の発明は、誘導起電力の実効
値は可動子の速度に比例するので、自由落下時には誘導
起電力が過大になるとともに、その最大値はダイオード
整流器の出力に出ることに着目してなされたもので、ダ
イオード整流器の出力に過電圧検出器を接続し、少なく
とも過電圧が検出されたら短絡用スイッチを閉じる。こ
れにより、過電圧がいずれの電機子巻線に発生していて
も、上記過電圧検出器によって過電圧が検出でき、電機
子巻線を短絡できる。なお、電機子巻線が短絡される
と、誘導起電力により短絡電流が流れ、この短絡電流で
制動力が働いて可動子の落下速度が減速され、自由落下
に対する危険の回避が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。なお、１０は可動子または界
磁、１１〜１ｎは電機子または電機子巻線、２０は整流
器、２１，２２はインバータ、３１〜３ｎは給電用スイ
ッチ、４１，４２は短絡用スイッチ、５は制御回路、６
は異常検出器である。すなわち、２つのインバータ２
１，２２の出力には短絡用スイッチ４１，４２が接続さ
れ、４１，４２の接点が閉じると３相電源が短絡され
る。

【００１２】図２に給電用スイッチ３１〜３ｎと短絡用
スイッチ４１，４２の制御回路を示す。接点ＦＬＴは、
停電や装置の異常を異常検出器６で検出すると閉じる。
接点３１Ｓ〜３ｎＳは制御装置からの出力によって動作
し、給電用スイッチ３１〜３ｎを励磁する。そして、接
点ＦＬＴが閉じるとＦＬＴＸが励磁され、ＦＬＴＸの接
点で給電用スイッチ３１〜３ｎおよび短絡用スイッチ４
１，４２のコイルが励磁され、スイッチ３１〜３ｎおよ
びスイッチ４１，４２が閉じるため、全ての電機子巻線
が短絡される。電機子巻線が短絡されると、電機子巻線
に短絡電流が流れＬＳＭに発電制動力が働くことにな
る。

【００１３】図１，図２では、給電用スイッチ３１〜３
ｎを利用して、装置の異常時に発電制動を行なってい
る。しかし、スイッチ３１〜３ｎのいずれかが接触不良
を起こし、ＬＳＭの制御が異常になると発電制動が正常
に機能しない。このため、専用の非常制動回路を持つこ
とが、信頼性を高める上からも望ましい。図３はこの発
明の第２の実施の形態を示す構成図で、専用の非常制動
回路としての構成例を示す。すなわち、各電機子巻線１
１〜１ｎにダイオード整流器７１〜７ｎを接続し、これ
らのダイオード整流器７１〜７ｎの出力を互いに並列に
接続するとともに、短絡用スイッチ４１を並列に接続し
て構成する。これにより、装置の異常時にはスイッチ４
１の接点を閉成し、ダイオード整流器７１〜７ｎを介し
て電機子巻線を短絡することができる。

【００１４】図４にこの発明の第３の実施の形態を示
し、その制御回路の例を図５に示す。図４は図３に示す
ものに対し、ダイオード整流器７１〜７ｎの出力に過電
圧検出器８を接続して構成される。図５のＯＶはこの過
電圧検出器８の接点を示している。したがって、図５は
過電圧検出信号と異常信号との論理和にてＦＬＴＸを励
磁してホールドし、そのホールド信号でスイッチ４１を
励磁して閉成するものである。

【００１５】ところで、界磁が２つの電機子にまたがっ
て対向している場合、それぞれの電機子が界磁と対向す
る面積が小さくなるので、各電機子巻線の起電力が低下
することになる。図６はこのことを説明するための説明
図で、速度が一定のときの各巻線の誘導起電力と過電圧
検出器の入力電圧の例を示す。図６からも明らかなよう
に、一定速度時の過電圧検出器の入力は界磁の位置によ
って変化し、検出目的である可動子の速度とは常に比例
する訳ではない。図７はこのような点に鑑みなされた第
３の実施の形態の変形例を示す。

【００１６】すなわち、図７に示すものは電機子をその
配置に従って２群に分け、奇数番号の電機子巻線１１，
１３…に接続されたダイオード整流器７１，７３…の出
力を互いに並列に接続し、その出力に短絡用スイッチ４
１と電圧検出器８１とを接続し、偶数番号の電機子巻線
１２，１４…に接続されたダイオード整流器７２，７４
…の出力を互いに並列に接続し、その出力に短絡用スイ
ッチ４２と電圧検出器８２とを接続する。

【００１７】図８はその制御回路例を示し、電圧検出器
８１の検出値Ｖ１と電圧検出器８２の検出値Ｖ２とを加
算器ＡＤにて加算し、その和Ｖ０が設定値Ｖ０Ｓ以上に
なったとき、過電圧と判断して信号ＯＶを出力し、スイ
ッチ４１，４２を閉じるものである。図９に一定速度時
の各巻線の誘導起電力と上記Ｖ０との関係を示す。同図
からも明らかなように、このＶ０は界磁の位置に関係な
く一定となり、可動子の速度に比例するので、自由落下
等の速度の異常を正確に検出することができる。

【００１８】以上の実施形態では、短絡用スイッチ４
１，４２が閉じると、インバータの出力が短絡される。
したがって、インバータが動作しているときに短絡用ス
イッチが閉じるとインバータに過大な電流が流れるの
で、短絡用スイッチが閉じる以前にインバータの半導体
素子、例えばトランジスタをオフする必要がある。図１
０はこのような点に鑑みなされたもので、過電圧（Ｏ
Ｖ）または故障（ＦＬＴ）の少なくとも一方が検出され
たらノアゲートＮＲにより、アンドゲートＡＮ１〜ＡＮ
ｎを閉じてトランジスタをオフするようにしている。な
お、図５には短絡用スイッチ自体の動作時間にほかＦＬ
ＴＸの動作時間などがあるため、トランジスタがオフし
た後に短絡用スイッチが閉じることになる。

【００１９】インバータの故障が原因である異常動作の
場合、インバータの出力をＬＳＭから切り離すことが望
ましい。図１１は上記第２，第３の実施の形態における
スイッチの制御回路の例を示す。この例では、装置の異
常を検出した場合、給電用スイッチ３１〜３ｎの励磁コ
イルを無励磁にして、これを開くようにしている。な
お、トランジスタがオフできれば、給電用スイッチで電
流を遮断するよりトランジスタで電流を遮断する方が望
ましい。そこで、図１１のようにオフディレイタイマＴ
を設けて、給電用スイッチ３１〜３ｎを開放するのに時
限を持たせ、その間にトランジスタで電流を遮断するこ
ととする。

【００２０】図１２に第１〜第３の実施の形態に対する
変形例を示す。すなわち、第１〜第３の実施形態では、
装置の異常時に電機子巻線が短絡される。この場合、電
機子電流はモータのインピーダンスと可動子の速度によ
って決まり、場合によっては過大な電流および制動力が
働くことがある。電流および制動力が大きすぎると、Ｌ
ＳＭおよび搬送物に電気的または機械的な衝撃を与える
おそれがある。図１２はこのような場合に対応するもの
で、短絡用スイッチ４１と直列に抵抗器９１を接続し、
この抵抗器９１によって短絡電流を抑制し、制動力を制
限するものである。なお、同図（ａ）は第１の実施の形
態に対応する例、同図（ｂ）は第２，第３の実施の形態
に対応する例を示す。

【００２１】図１３に図１２の変形例を示す。制動力に
よって可動子の速度が低速になると、ＬＳＭの誘導起電
力が低下して制動力が弱まる。このため、図１３では抵
抗器９１と並列に別の短絡用スイッチ４１Ａを接続し、
これを閉じた後所定の時間経過後に別の短絡用スイッチ
４１Ａの接点を閉じて、最終的には電機子巻線を短絡す
る。

【００２２】以上の実施形態では、短絡用スイッチは励
磁コイルを持ち、暗にスイッチは電磁接触器であること
を前提として説明した。電磁接触器は一般に励磁で接点
が閉じるのが一般的であり、これを前提としてここまで
説明してきた。しかし、このままではフェイルセーフと
ならないため、図１４では上記とは逆に励磁で接点が開
くタイプの電磁接触器を用いた場合の、短絡用スイッチ
用制御回路を示す。この例では、制御電源は整流器２０
の入力電源であり、停電が生じるとスイッチの励磁コイ
ルが無励磁となるため、短絡用スイッチの接点が閉じ、
簡単な構成で停電時の保護が可能となる特長がある。

【００２３】図１５は第１の実施形態において、給電用
スイッチ３１〜３ｎに励磁で接点が開くタイプの電磁接
触器を用いた場合の実施の形態例を示す。この例も、図
１４と同じく停電時に給電用スイッチが閉じるので、図
１４と組み合わせることにより、簡単な構成で停電時の
保護が可能となる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、複数の電機子巻線を
連続的に配置して構成されるＬＳＭにおいて、停電など
の装置の異常時に複数の電機子巻線を一括して短絡した
り、または、複数のダイオード整流器を用いて誘導起電
力が発生している電機子巻線を短絡することにより、簡
単な構成でＬＳＭを発電機として動作させ、可動子を安
全に減速させることができる。また、上記のダイオード
整流器を用いて可動子の自由落下を検出でき、速やかに
発電制動を活かすことができる。この発明は、垂直運動
を行なうＬＳＭが装置の異常時に可動子が自由落下する
のを防止するのに特に有効であるが、水平運動を行なう
ＬＳＭでも装置の異常時に可動子が暴走するのを防止す
るのに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による第１の実施の形態を示す構成図
である。

【図２】図１における制御回路の具体例を示す回路図で
ある。

【図３】この発明による第２の実施の形態を示す構成図
である。

【図４】この発明による第３の実施の形態を示す構成図
である。

【図５】図４で用いられる制御回路の具体例を示す回路
図である。

【図６】一定速度時の電機子巻線の誘導起電力と過電圧
検出器の入力電圧との関係を示す説明図である。

【図７】図４の変形例を示す構成図である。

【図８】図７で用いられる制御回路の具体例を示す回路
図である。

【図９】図７の特長を説明するための説明図である。

【図１０】異常時に電力変換器の半導体スイッチを開く
ための回路図である。

【図１１】異常時に給電用スイッチを開くための回路図
である。

【図１２】抵抗器を介して電機子巻線を短絡するための
回路図である。

【図１３】図１２の変形例を示す回路図である。

【図１４】短絡用スイッチに無励磁で接点が開く電磁接
触器を用いた回路図である。

【図１５】図１で給電用スイッチに無励磁で接点が開く
電磁接触器を用いた場合の回路図である。

【図１６】リニア同期モータ駆動装置の一般的な例を示
す構成図である。

【図１７】リニア同期モータ駆動装置の別の例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１０…可動子または界磁、１１〜１１ｎ…電機子または
電機子巻線、２０…整流器、２１，２２…インバータ、
３１〜３ｎ…給電用スイッチ、４１，４２…短絡用スイ
ッチ、５…制御回路、６…異常検出器、７１〜７ｎダイ
オード整流器、８…過電圧検出器、８１，８２…電圧検
出器、９１…抵抗器、４１Ａ…別の短絡用スイッチ、Ａ
Ｄ…加算器、ＣＰ…比較器、ＮＲ…ノアゲート、ＡＮ１
ＡＮｎ…アンドゲート、ＦＬＴ…異常検出器の信号ま
たは接点、ＯＶ…過電圧検出器の信号または接点、ＦＬ
ＴＸ…装置異常時に動作する接点、３１Ｓ〜３ｎＳ…給
電用スイッチの開閉を指令する接点、Ｖ１…電圧検出器
８１の検出値、Ｖ２…電圧検出器８２の検出値、Ｖ０…
Ｖ１とＶ２の和、Ｖ０Ｓ…過電圧検出の設定値。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を配置した界磁を可動子とし、
   地上に複数の電機子を連続的に配置したリニア同期モー
   タの電機子巻線に、電力変換器から並列に接続された複
   数の給電用スイッチを介して交流電源を供給することに
   より、前記可動子を運動させるリニア同期モータ駆動装
   置と、その異常を検出する異常検出回路と、前記電力変
   換器の出力を短絡する短絡用スイッチと、前記異常検出
   回路の出力に従って前記給電用スイッチおよび短絡用ス
   イッチを閉成する制御回路とを備えたことを特徴とする
   リニア同期モータの非常制動回路。
2. 【請求項２】 永久磁石を配置した界磁を可動子とし、
   地上に複数の電機子を連続的に配置したリニア同期モー
   タの電機子巻線に、電力変換器から並列に接続された複
   数の給電用スイッチを介して交流電源を供給することに
   より、前記可動子を運動させるリニア同期モータ駆動装
   置と、その異常を検出する異常検出回路と、前記複数の
   電機子巻線の各々に接続された複数のダイオード整流器
   と、この複数のダイオード整流器の出力が互いに並列接
   続されてその出力を短絡する短絡用スイッチと、前記異
   常検出回路の出力に従って前記短絡用スイッチを閉成す
   る制御回路とを備えたことを特徴とするリニア同期モー
   タの非常制動回路。
3. 【請求項３】 永久磁石を配置した界磁を可動子とし、
   地上に複数の電機子を連続的に配置したリニア同期モー
   タの電機子巻線に、電力変換器から並列に接続された複
   数の給電用スイッチを介して交流電源を供給することに
   より、前記可動子を運動させるリニア同期モータ駆動装
   置と、前記複数の電機子巻線の各々に接続された複数の
   ダイオード整流器と、この複数のダイオード整流器の出
   力が互いに並列接続されてその出力を短絡する短絡用ス
   イッチと、前記ダイオード整流器の出力に接続された過
   電圧検出器と、少なくともこの過電圧検出器の出力にし
   たがって前記短絡用スイッチを閉成する制御回路とを備
   えたことを特徴とするリニア同期モータの非常制動回
   路。
4. 【請求項４】 永久磁石を配置した界磁を可動子とし、
   地上に複数の電機子を連続的に配置したリニア同期モー
   タの電機子巻線に、電力変換器から並列に接続された複
   数の給電用スイッチを介して交流電源を供給することに
   より、前記可動子を運動させるリニア同期モータ駆動装
   置と、前記複数の電機子巻線の各々に接続された複数の
   ダイオード整流器と、前記電機子の配置に対応して奇数
   番目の電機子巻線に接続されたダイオード整流器群と、
   偶数番目の電機子巻線に接続されたダイオード整流器群
   に分割し、前記複数のダイオード整流器の出力は同一の
   整流器群毎に互いに並列接続し、その２つのダイオード
   整流器群の出力にそれぞれ接続された２つの短絡用スイ
   ッチと、前記２つのダイオード整流器群の出力にそれぞ
   れ接続された２つの電圧検出器と、これら２つの電圧検
   出器の出力を加算する加算回路と、その加算値が過電圧
   かどうかを検出する過電圧検出器と、少なくともこの過
   電圧検出器の出力にしたがって前記２つの短絡用スイッ
   チを閉成する制御回路とを備えたことを特徴とするリニ
   ア同期モータの非常制動回路。
5. 【請求項５】 前記短絡用スイッチに直列に接続された
   抵抗器を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のい
   ずれかに記載のリニア同期モータの非常制動回路。
6. 【請求項６】 前記抵抗器に並列接続される別の短絡用
   スイッチを備えたことを特徴とする請求項５に記載のリ
   ニア同期モータの非常制動回路。
7. 【請求項７】 前記短絡用スイッチが閉じる以前に、前
   記電力変換器の半導体スイッチをオフする回路を備えた
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
   リニア同期モータの非常制動回路。
8. 【請求項８】 前記短絡用スイッチが閉じる以前に、前
   記電力変換器の半導体スイッチをオフする回路と、前記
   半導体スイッチをオフする信号を発した後、前記給電用
   スイッチを開く回路を備えたことを特徴とする請求項２
   ないし４のいずれかに記載のリニア同期モータの非常制
   動回路。