TWI516013B - Motor brake and motor control method - Google Patents

Description

馬達制動裝置及馬達控制方法

本發明係關於馬達制動裝置及馬達控制方法，特別是關於利用動力制動之馬達制動裝置及馬達控制方法。

於馬達作動時作用的動力制動，係利用於鐵路車輛等之制動，且已經過各種改良。例如，專利文獻1針對驅動馬達之控制方法，提案有一種動力制動，其係於主電路隔斷等非常停止時，使同時觸發驅動馬達的功率電晶體之上側或下側電晶體之比率，在制動中變化，並使其配合機械減速且停止。

〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2007-37382號公報

但是，以往的動力制動所用的動力制動電路或馬達控制裝置，通常是藉由來自外部控制器的指令訊號而獲得對馬達施加制動的時序，因此於選擇外加動力制動裝置之情形下，為了指導時序而必須有專用的訊號線。

本發明係為了解決上述課題而發研發者，其課題在於 提供判斷施加制動之時序且對馬達施加制動的馬達制動裝置及馬達控制方法。

為了解決上述課題，本發明之特徵在於具備：電壓檢測部，為了判定使馬達驅動之馬達驅動裝置的伺服ON狀態或伺服OFF狀態，而檢測前述馬達的端子間之端子間電壓；頻率、電壓轉換部，用以將前述端子間電壓之頻率轉換成電壓值予以輸出；電壓比較部，係比較自前述頻率、電壓轉換部輸出之電壓值、和預定臨界值電壓；及制動部，係根據前述電壓比較部的比較結果而對馬達施加制動。

本發明係藉由檢測馬達的端子間之端子間電壓，將端子間電壓之頻率轉換成電壓值予以輸出，且根據比較該已輸出之電壓值和預定臨界值電壓的結果來對馬達施加制動，而可提供判斷施加制動之時序來對馬達施加制動之馬達制動裝置及馬達控制方法。

首先，利用圖1說明關於本發明之一實施形態之馬達控制系統的構成及概要功能。

圖1係關於本發明之實施形態之馬達控制系統的概略構成之一例的方塊圖。

如圖1所示，馬達控制系統1具備：利用三相交流予以驅動之馬達2，及供給用以作動馬達2的電力之馬達驅動裝置3，以及對馬達2施加制動的馬達制動裝置10。

馬達2具有端子2a用以接受來自馬達驅動裝置3的電力供給。馬達2係線性馬達或旋轉馬達，具有藉由磁性之作用而互相地相對運動之固定子及可動子(或旋轉子)，該等係由線圈或永久磁鐵形成。該線圈係連接在端子2a。又，馬達2係伺服馬達，具有檢測馬達2之狀態的感測器(無圖示)，該感測器連接在馬達驅動裝置3。

馬達驅動裝置3具有對馬達供給電力之輸出端子3a，且將由電源裝置供給的電力轉換成三相交流，通過馬達制動裝置10而對馬達2供給電力。輸出端子3a係由U相用、V相用及W相用的端子所形成。又，馬達驅動裝置3係由上位控制器(無圖示)控制，根據上位控制器的指令而將馬達2設定於伺服ON之狀態並對馬達2供給電力，或設定於伺服OFF之狀態而停止電力供給。

馬達制動裝置10具有：用以連接馬達驅動裝置3的輸出之輸入端子11；用以連接馬達的端子之輸出端子12；用以連接輸入端子11和輸出端子12之導線13；用以檢測馬達2的端子2a間的端子間電壓之電壓檢測部15；用以將端子間電壓的頻率轉換成電壓值予以輸出之頻率、電壓轉換(F/V)部16；比較從頻率、電壓轉換部16輸出之電壓值、和預定臨界值電壓之電壓比較部17；根據電壓比較部17的比較結果而控制馬達2的制動之控制部18；及根據控制部18之控制而對馬達2施加制動之制動部20。

輸入端子11連接於馬達驅動裝置3的各輸出端子3a，用以接受供給馬達2的電力。

輸出端子12連接於馬達2的各端子2a，用以將來自馬達驅動裝置3的電力供給至馬達2。

導線13具有U相用導線13u、V相用導線13v及W相用導線13w。U相用導線13u和V相用導線13v連接電壓檢測部15。此外，電壓檢測部15宜連接U相用導線13u、V相用導線13v及W相用導線13w中的任意兩者。又，U相用導線13u、V相用導線13v及W相用導線13w連接制動部20，當動力制動作動時，馬達2產生的逆起電力係於制動部20消耗。

電壓檢測部15檢測導線13間的電壓，且輸出至頻率、電壓轉換部16。

頻率、電壓轉換部16具有F/V轉換器，用以將由電壓檢測部15檢測到的電壓之脈衝頻率，轉換成配合脈衝頻率之電壓值。

電壓比較部17具有比較器，用以輸出比較頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值、和第1臨界值及第2臨界值之比較結果。

控制部18係於第1臨界值以下時，輸出使制動部20的制動動作的開關為ON(開啟)之訊號，於第2臨界值以上時，輸出使制動部20的制動動作的開關為OFF(斷開)之訊號。

制動部20具有：動力制動電晶體(DB電晶體)21，係電晶體元件的一例；動力制動電阻器(DB電阻器)22，係電阻器的一例，使在馬達2產生的逆起電力轉換成熱能；及整流電路23，係藉由整流二極體將馬達2產生的逆起電力予以整流。

接著，利用圖2至圖4說明馬達控制系統1的動作。

圖2係顯示馬達制動裝置10的動力制動之動作例的流程圖。圖3係顯示馬達2的端子間的電壓之時間性變化之一例的線圖。圖4係顯示馬達制動裝置10的制動解除的動作例之流程圖。

首先，說明關於馬達制動裝置10對馬達2施加動力制動時的動作。

如圖2所示，電壓檢測部15檢測馬達2的端子間電壓(步驟S1)。具體而言，電壓檢測部15檢測馬達2的端子2a所連接之導線13間的電壓，且將檢測到的電壓輸出至頻率、電壓轉換部16。

如圖3所示，馬達驅動裝置3係於伺服ON之狀態下，輸出某一定頻率的電壓脈衝。該電壓脈衝配合流過馬達2的電流之頻率，使電壓的正負反轉。此外，電壓脈衝的頻率比流過馬達2的電流之頻率高，亦即比馬達2旋轉的頻率高。

接著，頻率、電壓轉換部16係將由電壓檢測部15所檢測到的電壓之頻率轉換成配合頻率之電壓值(步驟S2)。具體而言，頻率、電壓轉換部16係將電壓脈衝的頻率轉換成配合電壓脈衝的頻率之電壓值。頻率、電壓轉換部16係頻率愈高則輸出愈高的電壓值。

接著，電壓比較部17判斷頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值是否為第1臨界值電壓以下(步驟S3)。如圖3所示，於伺服ON之狀態下，馬達驅動裝置3輸出高頻率的電壓脈衝，因此頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值比第1臨界值電壓還高(步驟S3；NO)，回到步驟S1，電壓檢測部15檢測電壓。

另一方面，成為伺服OFF之狀態時，馬達驅動裝置3停止電壓脈衝的輸出。一旦停止電壓脈衝的輸出，則如圖3所示，馬達2的端子間出現對應馬達2的旋轉之逆起電力的電壓波形。於此情形，由於旋轉的頻率比電壓脈衝的頻率低，因此頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值成為第1臨界值電壓以下(步驟S3；YES)，控制部18使制動部20的DB電晶體21為ON(步驟S4)。一旦DB電晶體21成為ON，馬達2的逆起電力所產生的電流流過DB電阻器22且轉換成熱能，使制動部20對馬達2施加動力制動。

接著，說明關於馬達制動裝置10的制動解除之動作。其係於使馬達2驅動時，或為了制動過於未解除之動作。

如圖4所示，電壓檢測部15檢測馬達2的端子間電壓(步驟S5)。與步驟S1同樣，但例如於馬達2停止之狀態下，於未從馬達驅動裝置3供給電力之狀態時，馬達2的端子間電壓為零。

接著，頻率、電壓轉換部16係將由電壓檢測部15檢測到的電壓之頻率轉換成配合頻率之電壓值予以輸出(步驟S6)。例如，馬達2的端子間電壓為零時，無法檢測電壓而頻率亦為零，頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值成為零。

接著，電壓比較部17判斷頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值是否為第2臨界值電壓以上(步驟S7)。例如，於馬達2的端子間電壓為零之情形，頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值為零，比第2臨界值電壓低(步驟S3；NO)，DB電晶體21保持於ON，動力制動未被解除，回到步驟S1，電壓檢測部15檢測電壓。此外，第1臨界值比第2臨界值小。

另一方面，為了使馬達2驅動，馬達驅動裝置3開始輸出電壓脈衝時，電壓檢測部15檢測馬達驅動裝置3的輸出當作馬達2的端子間電壓，且頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值成為第2臨界值電壓以上(步驟S7；YES)，控制部18使制動部20的DB電晶體21為OFF(步驟S8)。DB電晶體21成為OFF，制動部20解除動力制動，從馬達驅動裝置3對馬達2供給電力。此外，由於第2臨界值比第1臨界值大，因此頻率、電壓轉換部16的電壓值成為比第1臨界值低，於施加有動力制動之狀態下，即使因為某些原因，使頻率、電壓轉換部16的電壓值成為比第1臨界值大的情形下，只要在第2臨界值以下則動力制動不會被解除。如此地，藉由使第1臨界值和第2臨界值為相異，且使第1臨界值比第2臨界值小的方式，可使有關DB電晶體21的ON‧OFF具有磁滯功能，而使動力制動安定地作用於馬達2。

以上，本實施形態係電壓檢測部15檢測馬達2的端子2a間的端子間電壓，頻率、電壓轉換部16將端子間電壓的頻率轉換成電壓值予以輸出，且電壓比較部17和控制部18和制動部20係根據比較頻率、電壓轉換部16的輸出電壓值和預定臨界值電壓的結果而對馬達施加制動，藉此使馬達制動裝置10可判斷施加制動的時序而對馬達2施加制動。又，馬達制動裝置10即使沒有來自馬達驅動裝置3的伺服ON/OFF等功能切換的時序之指導訊號，亦能利用簡易之構成而自動地判斷功能切換。又，在馬達驅動裝置3內設動力制動的電路之情形，由於需要切換電路等而產生功能切換的時間耗損，但藉由本實施形態之馬達制動裝置10，由於不要切換電路而能達成減少時間耗損。

又，本實施形態可與馬達驅動裝置3分別構成，由於不需要在馬達驅動裝置3預先設置專用埠，或為了防止雜音等造成的錯誤動作而連接屏蔽線，因此可達成馬達驅動裝置3之小型化。

又，於伺服OFF之狀態下成為無電力供給之後，根據電壓比較部17的比較結果，電連接於馬達2的端子2a間之DB電阻器22將馬達2的逆起電力轉換成熱能之情形下，馬達制動裝置10可對馬達2有效地施加動力制動。

又，制動部20根據電壓比較部17的比較結果，藉由電晶體元件之DB電晶體21，使DB電阻器22電連接於馬達2的端子間之情形下，比繼電器等之回應速度快，可迅速地對馬達2施加動力制動。

馬達制動裝置10具備：輸入端子11，用以連接使馬達2驅動的馬達驅動裝置3之輸出；輸出端子12，用以連接馬達2的端子；及導線13，用以連接輸入端子11和輸出端子12；於電壓檢測部15檢測導線13的電壓之情形，即使與馬達驅動裝置3分別構成(任選)，仍可將馬達制動裝置10設置在馬達2和馬達驅動裝置3之間，由於不需要設置專用埠用以接收來自驅動馬達2的馬達驅動裝置3之指導訊號，或為了防止雜音等造成的錯誤動作而連接屏蔽線，因此可使馬達制動裝置10精簡化，達成馬達制動裝置10降低成本。

此外，本發明並非限定於上述各實施形態者。上述各實施形態為例示，與本發明之申請專利範圍記載的技術思想具有實質上相同的構成且達成同樣作用效果者，皆包含在本發明之技術範圍。

2‧‧‧馬達

2a‧‧‧端子

3‧‧‧馬達驅動裝置

10‧‧‧馬達制動裝置

11‧‧‧輸入端子

12‧‧‧輸出端子

13‧‧‧導線

15‧‧‧電壓檢測部

16‧‧‧頻率、電壓轉換部

17‧‧‧電壓比較部

20‧‧‧制動部

21‧‧‧DB電晶體(電晶體元件)

22‧‧‧DB電阻器(電阻器)

圖1係顯示關於本發明之實施形態之馬達控制系統的概略構成之一例的方塊圖。

圖2係顯示圖1之馬達制動裝置的動作例之流程圖。

圖3係顯示圖1之馬達的端子間之電壓的時間性變化之一例的線圖。

圖4係顯示圖1之馬達制動裝置的動作例之流程圖。

1．．．馬達控制系統

2、M．．．馬達

2a．．．端子

3．．．馬達驅動裝置

3a．．．輸出端子

10．．．馬達制動裝置

11．．．輸入端子

12．．．輸出端子

13．．．導線

13u．．．U相用導線

13v．．．V相用導線

13w．．．W相用導線

15．．．電壓檢測部

16．．．頻率、電壓轉換部

17．．．電壓比較部

18．．．控制部

20．．．制動部

21．．．DB電阻器(電阻器)

22．．．DB電晶體(電晶體元件)

23．．．整流電路

U、V、W．．．相位

Claims (5)

1. 一種馬達制動裝置，其特徵為具備：電壓檢測部，為了判定使馬達驅動之馬達驅動裝置的伺服ON狀態或伺服OFF狀態，而檢測前述馬達的端子間之端子間電壓；頻率、電壓轉換部，用以將前述端子間電壓之頻率轉換成電壓值予以輸出；電壓比較部，係比較自前述頻率、電壓轉換部輸出之電壓值、和預定臨界值電壓；及制動部，係根據前述電壓比較部的比較結果而對馬達施加制動。
2. 如申請專利範圍第1項之馬達制動裝置，其中，前述制動部具有根據前述電壓比較部的比較結果而電連接於前述馬達的端子間之電阻器。
3. 如申請專利範圍第2項之馬達制動裝置，其中，前述制動部具有根據前述電壓比較部的比較結果而使前述電阻器電連接於前述馬達的端子間之電晶體元件。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之馬達制動裝置，其中，具備：輸入端子，用以連接使前述馬達驅動的馬達驅動裝置之輸出；輸出端子，用以連接於前述馬達的端子；及導線，用以連接前述輸入端子和前述輸出端子，前述電壓檢測部係用以檢測前述導線之電壓。
5. 一種馬達控制方法，其特徵為具有：為了判定使馬達驅動之馬達驅動裝置的伺服ON狀態或伺服OFF狀態，而檢測前述馬達的端子間之端子間電壓的端子間電壓檢測步驟；將前述端子間電壓的頻率轉換成電壓值予以輸出之頻率、電壓轉換步驟；比較自前述頻率、電壓轉換部輸出之電壓值、和預定臨界值電壓之電壓比較步驟；及根據前述電壓比較步驟的比較結果而對前述馬達施加制動之制動步驟。