JPS5846960B2 - 電動機負荷の異常状態検出および保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流電動機の負荷の異常状態を検出し、それ
により電動機を保護する装置に関する。

工作機械等においては、被加工材料と加工刃との異常衝
突等により電動機に異常な制動外力がかかり、電動機を
含むサーボ機器の損傷を生ずることがある。

このような異常状態が生じた場合、その異常状態を短時
間に検出し、電動機電流を遮断する等の方法により電動
機のトルクを押えれば機器の損傷を防止することができ
る。

電動機の異常負荷を検出しかつ機器を保護する方法とし
て従来から、たとえば電動機の電流値をある値で制限し
、出力トルクを制限する方法、または電動機の電流があ
る値をこえたことを検出し、さらにその状態が一定時間
以上持続した場合に電動機電流を遮断し、機器の損傷を
防止する方法が知られている。

しかしながら、これらの方法は電動機の加速あるいは減
速時における大電流に対して、最大電流を押えて特性を
制限するか、または加減速の指令状態を検出して一時的
に検出回路の動作を抑制するので、いずれも該電動機を
使用する機器の通常の動作における性能が限定されると
共に、通常の動作状態と前記衝突状態とが必ずしも確実
に区別できるとは限らないという問題点がある。

本発明の目的は、前述の問題点にかんがみ、通常の動作
時と異常衝突状態とにおける、電動機の回転速度の変化
率を示す信号と電動機電流との極性の相違を利用すると
いう発想にもとずき、機器の通常の動作における性能が
限定されることなく、異常衝突状態をきわめて短時間に
確実に検出して機器の損傷を防止することにある。

本発明によれば、直流電動機の電流が所定値以上の大き
さであることおよび該電流の極性を検出する手段と、速
度信号の微分値の極性を検出する手段と、これらの各手
段からの信号が入力される論理判別手段とを具備し、該
論理判別手段によって直流電動機の電流が所定値以上の
大きさになりかつ該電流の極性と速度信号の微分値の極
性との関係が正常な加速または減速状態における関係と
逆の関係になったことを判別して電動機軸に異常な制動
外力が加わったことを検出し、それにより該直流電動機
の電流を制御することを特徴とする電動機負荷の異常状
態検出および保護装置が提供される。

以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。

本発明による電動機負荷の異常状態検出および保護装置
の原理は第１図ａ、ｂ、ｃによって説明することができ
る。

第１図ａは、直流電動機の通常の加速時または減速時等
における電動機電流■、電動機の回転速度Ｖおよび該速
度の変化率即ち加速度αの時間的変化を示す概略図であ
る。

同図において、時間ｔ１〜ｔ２の間は電動機が停止状態
から最大加速度で加速しているとすれば電動機電流■は
正の最大値■ｍａｘの一定値をとり、電動機の回転速度
Ｖは直線的に正方向に増加し、したがって加速度αは正
の一定値をとる。

時間ｔ２〜ｔ３の間は電動機が一定速度で回転している
状態であり、電動機電流■は正の小さな一定値をとり、
速度Ｖは正の一定値をとり、したがって加速度αはゼロ
である。

時間ｔ３〜ｔ４の間は電動機が負の最大加速度で減速し
ているとすれば電動機電流■は負の最大値−値ＩｍａＸ
であり、該速度■は直線的に減少し、したがって加速度
αは負の一定値をとる。

第１図すは、工作機械等における異常衝突等により電動
機が正の一定回転速度から急激に停止した場合の電動機
電流等の変化を示す。

同図において、時間ｔ１′〜ｔｉの間は通常の加速状態
であり、時間弓〜ｔ！３の間は定速回転状態であり、こ
れらの間の電動機電流■、速度Ｖおよび加速度αはそれ
ぞれ第１図ａにおける時間ｔ１〜ｔ２、時間ｔ２〜ｔ３
の間の状態と同様である。

時間ｔ４において異常衝突が発生したとすると、電動機
電流Ｉは衝突による制動力に抗して電動機を駆動する方
向、即ち正方向の最大値ＩｍａＸまで上昇する。

このとき速度Ｖは短時間にゼロに低下するから加速度α
は負の大きな値になる。

第１図Ｃは、電動機が異常衝突のため負の回転速度から
急激に停止した場合の各パラメータの変化を示す。

同図において、時間ｔｒ／〜ｔ／／の間は電動機が負の
方向に最大加速度で加速されており、電動機電流は■は
負の最大値−ＩｍａＸの一定値をとり、速度■は負の方
向に直線的に変化し、したがって加速度αは負の一定値
をとる。

時間ｔ ４／〜ｔ Ｓ／の間は負の方向に定速回転して
おり、電動機電流■は小振幅の負の一定値をとり、速度
Ｖは負の一定値、したがって加速度αはゼロである。

時刻Ｂ／において異常衝突が発生したとすると、電動機
電流は負方向の最大値−ＩｍａＸをとり、速度■は短時
間に負の値からゼロになるから加速度αは正の大きな値
をとる。

第１図ｄにおける正常な加減速状態と第１図すまたはＣ
における異常衝突時とにおいて、電動機電流■の極性と
加速度αの極性を比較すると、正常な加速または減速状
態においては電流Ｉと加速度αの極性が同じであるのに
対し、異常衝突時には電流■と加速度αの極性が逆であ
ることが理解される。

したがって、この性質を利用すれば電動機負荷の異常を
検知することができる。

第２図は、本発明の一実施例に係る電動機負荷の異常状
態検出および保護装置の概略を示す。

比較器４および６のそれぞれ正入力および負入力端子に
接続された入力端子２には電動機電流■を表す信号が印
加され、この信号は例えばサーボ回路における電動機駆
動回路の入力信号から取入れることができる。

比較器４および６のそれぞれ負入力および正入力端子に
は基準信号■。

および−Ｉ。が印加され、比較器４および６の出力はそ
れぞれアントゲ−１−８，ＩＱの一方の入力に接続され
ている。

微分器１６の入力端子１４には電動機の回転速度Ｖを表
す信号が印加され、この信号は例えば電動機に結合され
たタコメータから得られる。

微分器１６は例えば１個のコンデンサと１個の抵抗を微
分要素として含む演算増幅器で構成される。

微分器１６の出力端子には加速度αに相当する信号が発
生し、この信号が正符号化回路１８および逆符号化回路
２０に印加される。

正符号化回路１８は入力信号が正のとき論理信号「１」
を出力し、ゼロまたは負のとき論理番号「０」を出力す
る回路であり、逆符号化回路２０は入力信号が負のとき
論理信号「１」を出力し、ゼロまたは正のとき論理信号
「Ｏ」を出力する回路であり、いずれの回路も比較器等
で構成することができる。

正符号化回路の出力はアンドゲート１０の他の入力に接
続され、逆符号化回路の出力はアントゲ−１８の他の入
力に接続され、アンドゲート８および１０の出力はオア
ゲ゛−ト１２の入力に接続され、オアゲート１２の出力
は低域フィルタ２２に接続され、低域フィルタ２２の出
力は衝突アラーム信号発生回路２４に接続されている。

低域フィルタ２２は例えば抵抗とコンデンサによる積分
回路で構成され、速度信号の微分値即ち加速度αに含ま
れるノイズ取分をとり除くためのもので、検出の遅れが
実用上問題とならない程度の時定数に設定される。

衝突アラーム信号発生回路２４は、低域フィルタ２２の
出力に応じて異常衝突を示す警報を発し、電動機２６の
電流を遮断する等の制御を行う。

第２図のシステムは次のように作動する。

電動機電流■を表す信号が端子１に印加され、この信号
が正の基準信号■。

よりも犬なる値であるときは比較器４は論理「１」、比
較器６は論理「Ｏ」を出力し、この信号が■。

よりも小でありかつ負の基準信号−Ｉｏよりも犬である
ときは比較器４は論理ｒＯＪ、比較器６も論理「Ｏ」を
出力し、そしてこの信号が一■ｏよりも小の負の値（絶
対値は■。

より犬）をとるときは比較器４は論理「０」、比較器６
は論理「１」を出力する。

ここで基準信号■。

および−Ｉｏは本装置の異常衝突の検出における最小電
流レベルを設定するためのものである。

一方、端子１４に印加された速度信号は微分器１６で微
分されて加速度αとなるが、この加速度αが正の値であ
るときは正符号化回路１８が論理「１」を出力し、逆符
号化回路２０は論理「Ｏ」を出力する。

また加速度αが負であるときは逆符号化回路２０が論理
「１」を出力し、正符号化回路１８は論理「Ｏ」を出力
する。

したがって、アンドゲート８は電動機電流■が■。

より犬なる正の値をとり、かつ加速度αが負の値をとる
とき、即ち第１図すの時刻ｔイ直後の状態の場合に論理
「１」を出力し、それ以外の場合は論理「０」である。

また、アンドゲート１０は電動機電流■が−Ｉｏより小
なる負の値でありかつ加速度αが正の値をとるとき、即
ち第１図Ｃの時刻ｔ ４／直後の状態の場合に論理「１
」を出力し、それ以外の場合は論理「０」である。

したがって、オアゲート１２の出力が論理「１」であれ
ば異常衝突状態を表していることが分るから、この出力
を低域フィルタ２２を介して衝突アラーム信号発生回路
２４に接続することにより所期の目的を遠戚することが
できる。

なお該回路２４にはオアゲート１２の出力を受けて電動
機電流を遮断させることのほか、該電流の制限あるいは
逆流等の動作をさせることもできる。

本発明によれば、電動機電流と電動機の回転速度との極
性の相違から電動機負荷の異常状態を検出するから、機
器の通常の動作における性能を限定することなく、該異
常状態をきわめて短時間に確実に検出することが可能で
あり、機器の損傷防止上の効果はきわめて大きい。

なお、前述においては工作機械における異常衝突に関し
て記述したが、これに限らず広く直流電動機を使用する
機器において過大な制動外力が加えられる場合の検出、
保護にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電動機負荷の異常状態検出および保
護装置の原理を説明するための概略的タイムチャート、
および第２図は、本発明の一実施例に係る電動機負荷の
異常状態検出および保護装置を示す概略的ブロック図で
ある。 ２．１４・・・・・・入力端子、４，６・・・・・・比
較器、８゜１０・・・・・・アンドゲート、１２・・・
・・・オアゲート、１６・・・・・・微分器、１８・・
・・・・正符号化回路、２０・・・・・・逆符号化回路
、２２・・・・・・低域フィルタ、２４・・・・・・衝
突アラーム信号発生回路、２６・・・・・・直流電動機
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電動機の電流が所定値以上の大きさであること
   および該電流の極性を検出する手段と、速度信号の微分
   値の極性を検出する手段と、これらの各手段からの信号
   が入力される論理判別手段とを具備し、該論理判別手段
   によって直流電動機の電流が所定値以上の大きさになり
   かつ該電流の極性と速度信号の微分値の極性との関係が
   正常な加速または減速状態における関係と逆の関係にな
   ったことを判別して電動機軸に異常な制動外力が加わっ
   たことを検出し、それにより該直流電動機の電流を制御
   することを特徴とする電動機負荷の異常状態検出および
   保護装置。