JP3596247B2 - 直流電動機の速度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機の速度を制御する速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電動機の速度制御装置は、所望の回転速度である指令速度を設定する設定器と、直流電動機に電圧を印加する電圧制御器と、所定時間毎に直流電動機の回転速度を検出する速度検出器とを備えている。
【０００３】
そして、指令速度で直流電動機を回転させるため、電圧制御器では、速度検出器により得られた回転速度と所望の回転速度とを比較して、速度検出器により得られた回転速度が高ければ直流電動機に印加する電圧を低くし、速度検出器により得られた回転速度が低ければ直流電動機に印加する電圧を高くするといった制御を行っている。
【０００４】
さて、検出された回転速度が零の場合、指令速度に達するまで直流電動機への印加電圧を増加させることになる。しかし、直流電動機に大きな回転負荷がかかり直流電動機が回転しない状態にあるにもかかわらず電圧を印加し続けると、直流電動機には発熱が生じ、故障の原因となってしまう。そこで、従来の直流電動機の速度制御装置では、電圧制御器にタイマを備えるとともに予め所定時間Ｔを定めておき、所定時間Ｔの間連続して直流電動機に電圧を印加し続けても速度検出器により検出される速度が零である場合には、直流電動機の発熱を防止するために電圧の印加を停止するようにしている。
【０００５】
従来、速度検出器に故障が生じ、直流電動機が所望の回転速度で回転しているにもかかわらず、速度検出器により検出される速度が零である場合、所望の回転速度が速度検出器から出力されるように、直流電動機に印加される電圧が増加されると、所望の回転速度以上で直流電動機を駆動することになり、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を破損する場合がある。しかし、前述のように速度検出器により検出される速度が零である場合には、所定時間Ｔの経過後に直流電動機に対する電圧の印加が停止されるため、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に破損を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成の直流電動機の速度制御装置において、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を保護するという観点から所定時間Ｔを短くすると、急激に大きな回転負荷がかかり一時的に検出速度が零になると、所定時間Ｔが経過すると直ちに直流電動機に印加される電圧が停止されるため、従来の直流電動機では変動の大きな負荷を回転駆動できないという問題点を有していた。また、この問題点を回避するために所定時間Ｔを長くすると、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に対する保護が不完全なものになってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧であるときに前記検出電流が第１の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第１の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧よりも低く設定した第２の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第１の所定電流よりも高く設定した第２の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第２の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の直流電動機の速度制御装置において、前記検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第１の所定電圧に制限する電圧制限器を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の直流電動機の速度制御装置において、前記速度検出異常判定器は、前記拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第１のタイマと、前記故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第２のタイマとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の直流電動機の速度制御装置において、前記故障断定時間が前記拘束断定時間よりも短くなるように前記第１のタイマ及び前記第２のタイマにおいて前記拘束断定時間及び前記故障断定時間を設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図１乃至図７に基づき詳細に説明する。図１は速度制御装置のブロック図である。図２は速度検出異常判定器のブロック図である。図３は正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図４は拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図５は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図６は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図７は正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。
【００１３】
図１に示した直流電動機Ｍの速度制御装置は、設定器１と、全体制御器２と、表示器３と、速度制御器４と、電圧制限器５と、電圧制御器６と、電源電圧７と、速度検出器８と、電流検出器９と、速度検出異常判定器１０とを備えてなる。
【００１４】
直流電動機Ｍは、電動機電流Ｉｍに比例したトルクを出力するものである。なお、印加電圧Ｖｍ、電動機電流Ｉｍ、電動機速度ωｍの関係は、電動機抵抗Ｒ、逆起電圧定数Ｋｅとすると、Ｉｍ＝（Ｖｍ−Ｋｅ×ωｍ）／Ｒとなる。
【００１５】
設定器１は、直流電動機Ｍに対して起動や停止といった動作状態を設定・指示するものでり、直流電動機Ｍの回転方向を設定すると、直流電動機Ｍに対して指令方向を出力したり、直流電動機Ｍの回転速度を設定すると、直流電動機Ｍに対して指令速度ω１を出力したりするものである。
【００１６】
全体制御器２は、中央演算器やメモリ（ともに図示せず）等から構成されるものであり、演算機能や記憶機能を有している。全体制御器２は、設定器１の出力信号や後述する速度検出異常判定器１０の出力信号に基づいて、指令速度ω１を出力したり、起動する場合には起動・停止信号Start/Stopを出力したり、直流電動機Ｍの動作状態を表示するための信号である表示信号Ｓｉｇｎを出力する。
【００１７】表示器３は、全体制御器２から出力される表示信号Ｓｉｇｎを受信して、現在や過去における直流電動機Ｍの動作状況等を表示するものである。
【００１８】
速度制御器４は、指令速度ω１と速度検出器８により検出された検出速度ω２とが一致するように、例えば、ＰＩ制御（比例・積分制御）により直流電動機Ｍに印加すべき電圧である指令電圧Ｖ１を演算するものである。
【００１９】
電圧制限器５は、検出速度ω２が零の場合、指令電圧Ｖ１を拘束最大電圧Ｖrockに制限する。従って、ω２が零の場合において、直流電動機Ｍに対して印加される指令電圧の最大値は拘束最大電圧Ｖrockということになる。
【００２０】
電圧制御器６は、全体制御器２を介して設定器１から起動・停止信号Start/Stopがオンされている状態において、ＰＷＭ制御等により、電源電圧７を調整して指令電圧Ｖ１に応じた電圧Ｖｍを直流電動機Ｍに印加するものである。また、起動・停止信号Start/Stopがオフされると直流電動機Ｍへの電圧の印加を停止するものである。
【００２１】
速度検出器８は、タコジェネレータ、あるいは、エンコーダ及びＦ／Ｖ変換器（周波数／電圧変換器）等で構成されるものであり、直流電動機Ｍの実際の回転速度である電動機速度ωｍに比例した検出速度ω２を出力する。
【００２２】
電流検出器９は、シャント抵抗器等を介して出力される直流電動機Ｍの電動機電流Ｉｍを増幅して検出電流Ｉ１を出力するものである。
【００２３】
速度検出異常判定器１０は、指令電圧Ｖ１、検出速度ω２、検出電流Ｉ１から、直流電動機Ｍの検出速度ω２が零であるときに、その原因が、速度検出器８が故障状態にあるからなのか、若しくは、急激に大きな回転負荷が直流電動機Ｍにかかった状態（以下、この状態を拘束状態と記載する）にあるからなのかを判定する。
【００２４】
これにより、従来、検出速度ω２のみから直流電動機Ｍに対する制御を行っていたのに対して、指令電圧Ｖ１及び検出電流Ｉ１から直流電動機Ｍの動作を判定し、その結果を直流電動機Ｍの制御に反映させることが可能となる。従って、従来の速度制御装置よりも直流電動機Ｍに対して緻密でより安全な制御が行えることになる。以下、速度検出異常判定器１０において行われる判定及びそれに伴って行われる直流電動機Ｍの制御について述べる。
【００２５】
図２に示した速度検出異常判定器１０は、基準発生器２０ａ、…２０ｅと、比較器２１ａ、…２１ｅと、拘束タイマ２２と、故障タイマ２３とを備えてなる。
【００２６】
基準発生器２０ａ、…２０ｅは、それぞれ予め定められた基準値を発生するものである。
【００２７】
比較器２１ａ、…２１ｅは、基準発生器２０ａ、…２０ｅから発生された基準値と入力された値とを比較して、予め定めた条件に合致すれば、比較器２１ａ、…２１ｅから制御信号ＳＴ１、…ＳＴ５がそれぞれ出力される。
【００２８】
比較器２１ａは、基準発生器２０ａが発生する基準値である拘束最大電圧Ｖrockと指令電圧Ｖ１とを比較して、拘束最大電圧Ｖrockと指令電圧Ｖ１とが等しければ制御信号ＳＴ１を出力するものである。
【００２９】
比較器２１ｂは、基準発生器２０ｂが発生する基準値である拘束検出電流Ｉrockと検出電流Ｉ１とを比較して、検出電流Ｉ１が拘束検出電流Ｉrock以上になれば制御信号ＳＴ２を出力するものである。
【００３０】
比較器２１ｃは、基準発生器２０ｃが発生する基準値である故障検出電圧Ｖfault と指令電圧Ｖ１とを比較して、指令電圧Ｖ１が故障検出電圧Ｖfault 以上になれば制御信号ＳＴ３を出力するものである。なお、故障検出電圧Ｖfault は拘束最大電圧Ｖrockよりも低く設定している。
【００３１】
比較器２１ｄは、基準発生器２０ｄが発生する基準値である故障検出電流Ｉfault と検出電流Ｉ１とを比較して、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault 以下であれば制御信号ＳＴ４を出力するものである。なお、故障状態にあるにもかかわらず拘束状態であると誤った判断を行わないようにするために、故障検出電流Ｉfault は拘束検出電流Ｉrockよりも高く設定している。
【００３２】
比較器２１ｅは、基準発生器２０ｅが発生する基準値である零速度と検出速度ω２とを比較して、検出速度ω２が零であれば制御信号ＳＴ５を出力するものである。
【００３３】
拘束タイマ２２は、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されたところで拘束信号Ｓrockを出力するものである。つまり、拘束タイマ２２は、検出速度ω２が零である場合において、指令電圧Ｖ１が印加できる電圧の最大値である拘束最大電圧Ｖrockに達しているにもかかわらず、拘束検出電流Ｉrock以上の検出電流Ｉ１が得られていれば、直流電動機Ｍは回転駆動していないものと判断し、拘束信号Ｓrockを出力する。
【００３４】
また、拘束タイマ２２では、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されてから拘束信号Ｓrockを出力するまでの時間（以下、拘束断定時間Ｔrockと記載）は任意に設定することが可能である。
【００３５】
なお、拘束タイマ２２は、拘束断定時間Ｔrockをカウント中に制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５のどれか一つでも入力がなくなれば、拘束断定時間Ｔrockをリセットし、再び制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されるまで拘束断定時間Ｔrockをカウントしないようにされている。
【００３６】
故障タイマ２３は、制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されたところで故障断定信号Ｓfault を出力するものである。つまり、故障タイマ２３は、検出速度ω２が零である場合において、指令電圧Ｖ１が故障検出電圧Ｖfault 以上の電圧を印加しているにもかかわらず、故障検出電流Ｉfault 以下の検出電流Ｉ１しか得られていないならば、直流電動機Ｍは回転駆動しているので、速度検出器８の動作が不良であると判断し、故障断定信号Ｓfault を出力する。また、故障タイマ２３では、制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されてから故障断定信号Ｓfault を出力するまでの時間（以下、故障断定時間Ｔfault と記載）は任意に設定することが可能である。
【００３７】
なお、故障タイマ２３は、故障断定時間Ｔfault をカウント中に制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５のどれか一つでも入力がなくなれば、故障断定時間Ｔfaultをリセットし、再び制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されるまで故障断定時間Ｔfault をカウントしないようにされている。
【００３８】
全体制御器２では、拘束信号Ｓrock及び故障断定信号Ｓfault が入力されると、直ちに速度制御器４に指令速度ω１を零にして直流電動機Ｍを停止するとともに、その旨を表示器３に表示する。
【００３９】
次に、直流電動機Ｍに対して実際にどのような制御が行われるかをタイミングチャートを用いて説明する。
【００４０】
図３は正常時のタイミングチャートである。起動・停止信号Start/Stopがオンされると（図３（ａ）参照）、直流電動機Ｍが指令速度ω１にて回転駆動するように指令電圧Ｖ１が直流電動機Ｍに印加される（図３（ｂ）参照）。直流電動機Ｍの負荷が大きくなれば（図３（ｃ）参照）、検出速度ω２が指令速度ω１に一致するように、速度制御装置は、指令電圧Ｖ１を大きくして（図３（ｄ）参照）、直流電動機Ｍの出力トルクを増加させる。
【００４１】
図４は拘束状態が発生した場合のタイミングチャートである。図３の場合と同様、検出速度ω２が指令速度ω１に一致するように、速度制御装置は指令電圧Ｖ１を大きくする。すると、直流電動機Ｍの検出速度ω２（実際の電動機速度ωｍ）は零なので、検出電流Ｉ１が増加する。そして、時刻ｔ１において、直流電動機の拘束条件が成立し、拘束タイマ２２は拘束断定時間Ｔrockのカウントを開始する。時刻ｔ１から拘束断定時間Ｔrockが経過すると、拘束タイマ２２は直流電動機Ｍが拘束状態にあると断定して拘束信号Ｓrockを出力する（図４（ｆ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図４（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図４（ｂ）参照）。
【００４２】
図５は速度検出器８が故障した場合であり、印加電圧Ｖ１の増加率が比較的小さいため、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えない場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図５（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図５（ｂ）参照）。時刻ｔ３において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図５（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図５（ｃ）参照）。この時点で、直流電動機の故障条件が成立し（図５（ｂ）参照）、時刻ｔ３から故障断定時間Ｔfault を経過した時刻ｔ４において、故障断定信号Ｓfault を出力する（図５（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図５（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図５（ｂ）参照）。
【００４３】
図６は速度検出器８が故障した場合であり、印加電圧Ｖ１の増加率が比較的大きいため、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超える場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図６（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図６（ｂ）参照）。時刻ｔ５において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図６（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図６（ｃ）参照）。すると、直流電動機の故障条件が成立し、時刻ｔ５から故障断定時間Ｔfault をカウントし始めることになる（図６（ｂ）参照）。しかし、直流電動機Ｍに対する指令速度Ｖ１が高いため（図６（ｂ）参照）、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えてしまい、時刻ｔ６で速度検出器８が故障状態が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう（図６（ｃ）参照）。しかし、印加電圧Ｖ１が拘束最大電圧Ｖrockに制限されると、直流電動機Ｍの駆動により検出電流Ｉ１が小さくなり、再び、時刻ｔ７で速度検出器８の故障状態が成立する。すると、時刻ｔ７から故障断定時間Ｔfault のカウントを再び開始し、時刻ｔ８において速度検出器８の故障を断定して、故障断定信号Ｓfault を出力する（図６（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図６（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図６（ｂ）参照）。
【００４４】
図７は正常動作中に速度検出器８に故障が発生した場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図７（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図７（ｂ）参照）。時刻ｔ９において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図７（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図７（ｃ）参照）。この時点で、速度検出異常判定器１０は、速度検出器８の故障条件が成立しているので（図７（ｂ）参照）、時刻ｔ９から故障断定時間Ｔfault のカウントを開始することになる。しかし、直流電動機Ｍに対する指令速度Ｖ１が高いため（図７（ｂ）参照）、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えてしまい、時刻ｔ１０で速度検出器８の故障条件が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう（図７（ｃ）参照）。しかし、印加電圧Ｖ１が拘束最大電圧Ｖrockに制限されると、直流電動機Ｍの駆動により検出電流Ｉ１が小さくなり、再び、時刻ｔ１１で速度検出器８の故障条件が成立する。すると、時刻ｔ１１から故障断定時間Ｔfault のカウントを再び開始し、時刻ｔ１２において故障断定信号Ｓfault を出力する（図７（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図７（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図７（ｂ）参照）。
【００４５】
以上に述べた速度検出異常判定器１０の動作により、直流電動機Ｍに一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても、検出電流Ｉ１が拘束検出電流Ｉrock以上の値を示しているかぎり、少なくとも拘束最大電圧Ｖrockまでは指令電圧Ｖ１が印加され続けることになるので、直ちに直流電動機Ｍが停止することはない。これに対し、速度検出器８の動作が不良で検出速度ω２が零である場合には直ちに直流電動機Ｍが停止することになるので、直流電動機Ｍや直流電動機Ｍに接続される負荷の破損を防止することができる。
【００４６】
また、直流電動機Ｍに拘束最大電圧Ｖrockを印加した際、直流電動機Ｍが発熱破損しない程度に長く拘束断定時間Ｔrockを設定し、また、故障断定時間Ｔfault をできるだけ短く設定するれば、拘束状態から通常運転状態に復帰しようとする速度制御が直流電動機Ｍに故障を生じない程度で行われるとともに、速度検出器８が故障の際には直ちに直流電動機Ｍが停止するため、より利用者の意志に応じた直流電動機Ｍの速度制御が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明にあっては、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧であるときに前記検出電流が第１の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第１の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧よりも低く設定した第２の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第１の所定電流よりも高く設定した第２の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第２の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止するようにしたので、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供できるという効果を奏する。さらに、直流電動機が拘束状態にあるのか、若しくは、速度検知手段が故障状態にあるのかを精度よく判定することが可能となるという効果を奏する。
【００４８】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の直流電動機の速度制御装置において、検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第１の所定電圧に制限する電圧制限器を備えるようにしたので、直流電動機に異常に高い電圧が印加されることを防止できるという効果を奏する。
【００４９】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２記載の直流電動機の速度制御装置において、速度検出異常判定器は、拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第１のタイマと、故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第２のタイマとを備えたので、直流電動機の使用状況に応じて、拘束状態又は故障状態から直流電動機を停止するまでの時間を、利用者の意志に応じて設定することが可能となるという効果を奏する。
【００５０】
請求項４記載の発明にあっては、請求項３記載の直流電動機の速度制御装置において、故障断定時間が拘束断定時間よりも短くなるように第１のタイマ及び第２のタイマにおいて拘束断定時間及び故障断定時間を設定したので、拘束条件及び故障条件がともに成立した場合において、故障断定時間が経過する前に拘束断定時間が経過するという不具合を回避し、より速やかに速度検出器の故障を検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】速度制御装置のブロック図である。
【図２】速度検出異常判定器のブロック図である。
【図３】正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【図４】拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図５】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図６】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図７】正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【符号の説明】
Ｍ 直流電動機
１ 設定器
５ 電圧制限器
６ 電圧制御器
８ 速度検出器
９ 電流検出器
１０ 速度検出異常判定器
２２ 拘束タイマ（第１の判定手段、第１のタイマ）
２３ 故障タイマ（第２の判定手段、第２のタイマ）
ω１ 指令速度
ω２ 検出速度
Ｖ１ 指令電圧
Ｖrock 第１の所定電圧
Ｖfault 第２の所定電圧
Ｉ１ 検出電流
Ｉrock 第１の所定電流
Ｉfault 第２の所定電流
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機の速度を制御する速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電動機の速度制御装置は、所望の回転速度である指令速度を設定する設定器と、直流電動機に電圧を印加する電圧制御器と、所定時間毎に直流電動機の回転速度を検出する速度検出器とを備えている。
【０００３】
そして、指令速度で直流電動機を回転させるため、電圧制御器では、速度検出器により得られた回転速度と所望の回転速度とを比較して、速度検出器により得られた回転速度が高ければ直流電動機に印加する電圧を低くし、速度検出器により得られた回転速度が低ければ直流電動機に印加する電圧を高くするといった制御を行っている。
【０００４】
さて、検出された回転速度が零の場合、指令速度に達するまで直流電動機への印加電圧を増加させることになる。しかし、直流電動機に大きな回転負荷がかかり直流電動機が回転しない状態にあるにもかかわらず電圧を印加し続けると、直流電動機には発熱が生じ、故障の原因となってしまう。そこで、従来の直流電動機の速度制御装置では、電圧制御器にタイマを備えるとともに予め所定時間Ｔを定めておき、所定時間Ｔの間連続して直流電動機に電圧を印加し続けても速度検出器により検出される速度が零である場合には、直流電動機の発熱を防止するために電圧の印加を停止するようにしている。
【０００５】
従来、速度検出器に故障が生じ、直流電動機が所望の回転速度で回転しているにもかかわらず、速度検出器により検出される速度が零である場合、所望の回転速度が速度検出器から出力されるように、直流電動機に印加される電圧が増加されると、所望の回転速度以上で直流電動機を駆動することになり、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を破損する場合がある。しかし、前述のように速度検出器により検出される速度が零である場合には、所定時間Ｔの経過後に直流電動機に対する電圧の印加が停止されるため、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に破損を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成の直流電動機の速度制御装置において、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を保護するという観点から所定時間Ｔを短くすると、急激に大きな回転負荷がかかり一時的に検出速度が零になると、所定時間Ｔが経過すると直ちに直流電動機に印加される電圧が停止されるため、従来の直流電動機では変動の大きな負荷を回転駆動できないという問題点を有していた。また、この問題点を回避するために所定時間Ｔを長くすると、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に対する保護が不完全なものになってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧であるときに前記検出電流が第１の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第１の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧よりも低く設定した第２の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第１の所定電流よりも高く設定した第２の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第２の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の直流電動機の速度制御装置において、前記検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第１の所定電圧に制限する電圧制限器を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の直流電動機の速度制御装置において、前記速度検出異常判定器は、前記拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第１のタイマと、前記故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第２のタイマとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の直流電動機の速度制御装置において、前記故障断定時間が前記拘束断定時間よりも短くなるように前記第１のタイマ及び前記第２のタイマにおいて前記拘束断定時間及び前記故障断定時間を設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図１乃至図７に基づき詳細に説明する。図１は速度制御装置のブロック図である。図２は速度検出異常判定器のブロック図である。図３は正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図４は拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図５は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図６は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。図７は正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、（ａ）は起動・停止信号の出力を表し、（ｂ）は指令電圧の出力を表し、（ｃ）は検出電流の出力を表し、（ｄ）は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、（ｅ）は指令速度と検出速度の出力を表し、（ｆ）は拘束信号の出力を表し、（ｇ）は故障断定信号の出力を表す。
【００１３】
図１に示した直流電動機Ｍの速度制御装置は、設定器１と、全体制御器２と、表示器３と、速度制御器４と、電圧制限器５と、電圧制御器６と、電源電圧７と、速度検出器８と、電流検出器９と、速度検出異常判定器１０とを備えてなる。
【００１４】
直流電動機Ｍは、電動機電流Ｉｍに比例したトルクを出力するものである。なお、印加電圧Ｖｍ、電動機電流Ｉｍ、電動機速度ωｍの関係は、電動機抵抗Ｒ、逆起電圧定数Ｋｅとすると、Ｉｍ＝（Ｖｍ−Ｋｅ×ωｍ）／Ｒとなる。
【００１５】
設定器１は、直流電動機Ｍに対して起動や停止といった動作状態を設定・指示するものでり、直流電動機Ｍの回転方向を設定すると、直流電動機Ｍに対して指令方向を出力したり、直流電動機Ｍの回転速度を設定すると、直流電動機Ｍに対して指令速度ω１を出力したりするものである。
【００１６】
全体制御器２は、中央演算器やメモリ（ともに図示せず）等から構成されるものであり、演算機能や記憶機能を有している。全体制御器２は、設定器１の出力信号や後述する速度検出異常判定器１０の出力信号に基づいて、指令速度ω１を出力したり、起動する場合には起動・停止信号Start/Stopを出力したり、直流電動機Ｍの動作状態を表示するための信号である表示信号Ｓｉｇｎを出力する。
【００１７】表示器３は、全体制御器２から出力される表示信号Ｓｉｇｎを受信して、現在や過去における直流電動機Ｍの動作状況等を表示するものである。
【００１８】
速度制御器４は、指令速度ω１と速度検出器８により検出された検出速度ω２とが一致するように、例えば、ＰＩ制御（比例・積分制御）により直流電動機Ｍに印加すべき電圧である指令電圧Ｖ１を演算するものである。
【００１９】
電圧制限器５は、検出速度ω２が零の場合、指令電圧Ｖ１を拘束最大電圧Ｖrockに制限する。従って、ω２が零の場合において、直流電動機Ｍに対して印加される指令電圧の最大値は拘束最大電圧Ｖrockということになる。
【００２０】
電圧制御器６は、全体制御器２を介して設定器１から起動・停止信号Start/Stopがオンされている状態において、ＰＷＭ制御等により、電源電圧７を調整して指令電圧Ｖ１に応じた電圧Ｖｍを直流電動機Ｍに印加するものである。また、起動・停止信号Start/Stopがオフされると直流電動機Ｍへの電圧の印加を停止するものである。
【００２１】
速度検出器８は、タコジェネレータ、あるいは、エンコーダ及びＦ／Ｖ変換器（周波数／電圧変換器）等で構成されるものであり、直流電動機Ｍの実際の回転速度である電動機速度ωｍに比例した検出速度ω２を出力する。
【００２２】
電流検出器９は、シャント抵抗器等を介して出力される直流電動機Ｍの電動機電流Ｉｍを増幅して検出電流Ｉ１を出力するものである。
【００２３】
速度検出異常判定器１０は、指令電圧Ｖ１、検出速度ω２、検出電流Ｉ１から、直流電動機Ｍの検出速度ω２が零であるときに、その原因が、速度検出器８が故障状態にあるからなのか、若しくは、急激に大きな回転負荷が直流電動機Ｍにかかった状態（以下、この状態を拘束状態と記載する）にあるからなのかを判定する。
【００２４】
これにより、従来、検出速度ω２のみから直流電動機Ｍに対する制御を行っていたのに対して、指令電圧Ｖ１及び検出電流Ｉ１から直流電動機Ｍの動作を判定し、その結果を直流電動機Ｍの制御に反映させることが可能となる。従って、従来の速度制御装置よりも直流電動機Ｍに対して緻密でより安全な制御が行えることになる。以下、速度検出異常判定器１０において行われる判定及びそれに伴って行われる直流電動機Ｍの制御について述べる。
【００２５】
図２に示した速度検出異常判定器１０は、基準発生器２０ａ、…２０ｅと、比較器２１ａ、…２１ｅと、拘束タイマ２２と、故障タイマ２３とを備えてなる。
【００２６】
基準発生器２０ａ、…２０ｅは、それぞれ予め定められた基準値を発生するものである。
【００２７】
比較器２１ａ、…２１ｅは、基準発生器２０ａ、…２０ｅから発生された基準値と入力された値とを比較して、予め定めた条件に合致すれば、比較器２１ａ、…２１ｅから制御信号ＳＴ１、…ＳＴ５がそれぞれ出力される。
【００２８】
比較器２１ａは、基準発生器２０ａが発生する基準値である拘束最大電圧Ｖrockと指令電圧Ｖ１とを比較して、拘束最大電圧Ｖrockと指令電圧Ｖ１とが等しければ制御信号ＳＴ１を出力するものである。
【００２９】
比較器２１ｂは、基準発生器２０ｂが発生する基準値である拘束検出電流Ｉrockと検出電流Ｉ１とを比較して、検出電流Ｉ１が拘束検出電流Ｉrock以上になれば制御信号ＳＴ２を出力するものである。
【００３０】
比較器２１ｃは、基準発生器２０ｃが発生する基準値である故障検出電圧Ｖfault と指令電圧Ｖ１とを比較して、指令電圧Ｖ１が故障検出電圧Ｖfault 以上になれば制御信号ＳＴ３を出力するものである。なお、故障検出電圧Ｖfault は拘束最大電圧Ｖrockよりも低く設定している。
【００３１】
比較器２１ｄは、基準発生器２０ｄが発生する基準値である故障検出電流Ｉfault と検出電流Ｉ１とを比較して、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault 以下であれば制御信号ＳＴ４を出力するものである。なお、故障状態にあるにもかかわらず拘束状態であると誤った判断を行わないようにするために、故障検出電流Ｉfault は拘束検出電流Ｉrockよりも高く設定している。
【００３２】
比較器２１ｅは、基準発生器２０ｅが発生する基準値である零速度と検出速度ω２とを比較して、検出速度ω２が零であれば制御信号ＳＴ５を出力するものである。
【００３３】
拘束タイマ２２は、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されたところで拘束信号Ｓrockを出力するものである。つまり、拘束タイマ２２は、検出速度ω２が零である場合において、指令電圧Ｖ１が印加できる電圧の最大値である拘束最大電圧Ｖrockに達しているにもかかわらず、拘束検出電流Ｉrock以上の検出電流Ｉ１が得られていれば、直流電動機Ｍは回転駆動していないものと判断し、拘束信号Ｓrockを出力する。
【００３４】
また、拘束タイマ２２では、制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されてから拘束信号Ｓrockを出力するまでの時間（以下、拘束断定時間Ｔrockと記載）は任意に設定することが可能である。
【００３５】
なお、拘束タイマ２２は、拘束断定時間Ｔrockをカウント中に制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５のどれか一つでも入力がなくなれば、拘束断定時間Ｔrockをリセットし、再び制御信号ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ５が全て出力されるまで拘束断定時間Ｔrockをカウントしないようにされている。
【００３６】
故障タイマ２３は、制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されたところで故障断定信号Ｓfault を出力するものである。つまり、故障タイマ２３は、検出速度ω２が零である場合において、指令電圧Ｖ１が故障検出電圧Ｖfault 以上の電圧を印加しているにもかかわらず、故障検出電流Ｉfault 以下の検出電流Ｉ１しか得られていないならば、直流電動機Ｍは回転駆動しているので、速度検出器８の動作が不良であると判断し、故障断定信号Ｓfault を出力する。また、故障タイマ２３では、制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されてから故障断定信号Ｓfault を出力するまでの時間（以下、故障断定時間Ｔfault と記載）は任意に設定することが可能である。
【００３７】
なお、故障タイマ２３は、故障断定時間Ｔfault をカウント中に制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５のどれか一つでも入力がなくなれば、故障断定時間Ｔfaultをリセットし、再び制御信号ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が全て出力されるまで故障断定時間Ｔfault をカウントしないようにされている。
【００３８】
全体制御器２では、拘束信号Ｓrock及び故障断定信号Ｓfault が入力されると、直ちに速度制御器４に指令速度ω１を零にして直流電動機Ｍを停止するとともに、その旨を表示器３に表示する。
【００３９】
次に、直流電動機Ｍに対して実際にどのような制御が行われるかをタイミングチャートを用いて説明する。
【００４０】
図３は正常時のタイミングチャートである。起動・停止信号Start/Stopがオンされると（図３（ａ）参照）、直流電動機Ｍが指令速度ω１にて回転駆動するように指令電圧Ｖ１が直流電動機Ｍに印加される（図３（ｂ）参照）。直流電動機Ｍの負荷が大きくなれば（図３（ｃ）参照）、検出速度ω２が指令速度ω１に一致するように、速度制御装置は、指令電圧Ｖ１を大きくして（図３（ｄ）参照）、直流電動機Ｍの出力トルクを増加させる。
【００４１】
図４は拘束状態が発生した場合のタイミングチャートである。図３の場合と同様、検出速度ω２が指令速度ω１に一致するように、速度制御装置は指令電圧Ｖ１を大きくする。すると、直流電動機Ｍの検出速度ω２（実際の電動機速度ωｍ）は零なので、検出電流Ｉ１が増加する。そして、時刻ｔ１において、直流電動機の拘束条件が成立し、拘束タイマ２２は拘束断定時間Ｔrockのカウントを開始する。時刻ｔ１から拘束断定時間Ｔrockが経過すると、拘束タイマ２２は直流電動機Ｍが拘束状態にあると断定して拘束信号Ｓrockを出力する（図４（ｆ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図４（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図４（ｂ）参照）。
【００４２】
図５は速度検出器８が故障した場合であり、印加電圧Ｖ１の増加率が比較的小さいため、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えない場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図５（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図５（ｂ）参照）。時刻ｔ３において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図５（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図５（ｃ）参照）。この時点で、直流電動機の故障条件が成立し（図５（ｂ）参照）、時刻ｔ３から故障断定時間Ｔfault を経過した時刻ｔ４において、故障断定信号Ｓfault を出力する（図５（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図５（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図５（ｂ）参照）。
【００４３】
図６は速度検出器８が故障した場合であり、印加電圧Ｖ１の増加率が比較的大きいため、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超える場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図６（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図６（ｂ）参照）。時刻ｔ５において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図６（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図６（ｃ）参照）。すると、直流電動機の故障条件が成立し、時刻ｔ５から故障断定時間Ｔfault をカウントし始めることになる（図６（ｂ）参照）。しかし、直流電動機Ｍに対する指令速度Ｖ１が高いため（図６（ｂ）参照）、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えてしまい、時刻ｔ６で速度検出器８が故障状態が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう（図６（ｃ）参照）。しかし、印加電圧Ｖ１が拘束最大電圧Ｖrockに制限されると、直流電動機Ｍの駆動により検出電流Ｉ１が小さくなり、再び、時刻ｔ７で速度検出器８の故障状態が成立する。すると、時刻ｔ７から故障断定時間Ｔfault のカウントを再び開始し、時刻ｔ８において速度検出器８の故障を断定して、故障断定信号Ｓfault を出力する（図６（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図６（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図６（ｂ）参照）。
【００４４】
図７は正常動作中に速度検出器８に故障が発生した場合のタイミングチャートである。速度検出器８は故障状態にあるので、指令速度ω１と検出速度ω２は一致せず（図７（ｅ）参照）、指令電圧Ｖ１の増加を継続する（図７（ｂ）参照）。時刻ｔ９において、実際には、直流電動機Ｍの電動機速度ωｍは指令電圧Ｖ１に基づいて増加するので（図７（ｄ）参照）、検出電流Ｉ１は増加することになるが故障検出電流Ｉfault は超えない（図７（ｃ）参照）。この時点で、速度検出異常判定器１０は、速度検出器８の故障条件が成立しているので（図７（ｂ）参照）、時刻ｔ９から故障断定時間Ｔfault のカウントを開始することになる。しかし、直流電動機Ｍに対する指令速度Ｖ１が高いため（図７（ｂ）参照）、検出電流Ｉ１が故障検出電流Ｉfault を超えてしまい、時刻ｔ１０で速度検出器８の故障条件が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう（図７（ｃ）参照）。しかし、印加電圧Ｖ１が拘束最大電圧Ｖrockに制限されると、直流電動機Ｍの駆動により検出電流Ｉ１が小さくなり、再び、時刻ｔ１１で速度検出器８の故障条件が成立する。すると、時刻ｔ１１から故障断定時間Ｔfault のカウントを再び開始し、時刻ｔ１２において故障断定信号Ｓfault を出力する（図７（ｇ）参照）。すると、全体制御器２により起動・停止信号Start/Stopがオフされ（図７（ａ）参照）、直流電動機Ｍに印加される指令電圧Ｖ１が零となる（図７（ｂ）参照）。
【００４５】
以上に述べた速度検出異常判定器１０の動作により、直流電動機Ｍに一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても、検出電流Ｉ１が拘束検出電流Ｉrock以上の値を示しているかぎり、少なくとも拘束最大電圧Ｖrockまでは指令電圧Ｖ１が印加され続けることになるので、直ちに直流電動機Ｍが停止することはない。これに対し、速度検出器８の動作が不良で検出速度ω２が零である場合には直ちに直流電動機Ｍが停止することになるので、直流電動機Ｍや直流電動機Ｍに接続される負荷の破損を防止することができる。
【００４６】
また、直流電動機Ｍに拘束最大電圧Ｖrockを印加した際、直流電動機Ｍが発熱破損しない程度に長く拘束断定時間Ｔrockを設定し、また、故障断定時間Ｔfault をできるだけ短く設定するれば、拘束状態から通常運転状態に復帰しようとする速度制御が直流電動機Ｍに故障を生じない程度で行われるとともに、速度検出器８が故障の際には直ちに直流電動機Ｍが停止するため、より利用者の意志に応じた直流電動機Ｍの速度制御が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明にあっては、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧であるときに前記検出電流が第１の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第１の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧よりも低く設定した第２の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第１の所定電流よりも高く設定した第２の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第２の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止するようにしたので、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供できるという効果を奏する。さらに、直流電動機が拘束状態にあるのか、若しくは、速度検知手段が故障状態にあるのかを精度よく判定することが可能となるという効果を奏する。
【００４８】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の直流電動機の速度制御装置において、検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第１の所定電圧に制限する電圧制限器を備えるようにしたので、直流電動機に異常に高い電圧が印加されることを防止できるという効果を奏する。
【００４９】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２記載の直流電動機の速度制御装置において、速度検出異常判定器は、拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第１のタイマと、故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第２のタイマとを備えたので、直流電動機の使用状況に応じて、拘束状態又は故障状態から直流電動機を停止するまでの時間を、利用者の意志に応じて設定することが可能となるという効果を奏する。
【００５０】
請求項４記載の発明にあっては、請求項３記載の直流電動機の速度制御装置において、故障断定時間が拘束断定時間よりも短くなるように第１のタイマ及び第２のタイマにおいて拘束断定時間及び故障断定時間を設定したので、拘束条件及び故障条件がともに成立した場合において、故障断定時間が経過する前に拘束断定時間が経過するという不具合を回避し、より速やかに速度検出器の故障を検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】速度制御装置のブロック図である。
【図２】速度検出異常判定器のブロック図である。
【図３】正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【図４】拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図５】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図６】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図７】正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【符号の説明】
Ｍ 直流電動機
１ 設定器
５ 電圧制限器
６ 電圧制御器
８ 速度検出器
９ 電流検出器
１０ 速度検出異常判定器
２２ 拘束タイマ（第１の判定手段、第１のタイマ）
２３ 故障タイマ（第２の判定手段、第２のタイマ）
ω１ 指令速度
ω２ 検出速度
Ｖ１ 指令電圧
Ｖrock 第１の所定電圧
Ｖfault 第２の所定電圧
Ｉ１ 検出電流
Ｉrock 第１の所定電流
Ｉfault 第２の所定電流
Claims (4)
- 直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、
前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧であるときに前記検出電流が第１の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第１の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第１の所定電圧よりも低く設定した第２の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第１の所定電流よりも高く設定した第２の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第２の判定手段とを備え、
前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止することを特徴とする直流電動機の速度制御装置。 - 前記検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第１の所定電圧に制限する電圧制限器を備えたことを特徴とする請求項１記載の直流電動機の速度制御装置。
- 前記速度検出異常判定器は、前記拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第１のタイマと、前記故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第２のタイマとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の直流電動機の速度制御装置。
- 前記故障断定時間が前記拘束断定時間よりも短くなるように前記第１のタイマ及び前記第２のタイマにおいて前記拘束断定時間及び前記故障断定時間を設定したことを特徴とする請求項３記載の直流電動機の速度制御装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP24373197A JP3596247B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 直流電動機の速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24373197A JP3596247B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 直流電動機の速度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189263A JPH1189263A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3596247B2 true JP3596247B2 (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=17108159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24373197A Expired - Lifetime JP3596247B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 直流電動機の速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3596247B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018207698A1 (ja) | 2017-05-09 | 2018-11-15 | アルプス電気株式会社 | 回転角度検出器付き電動機、電動機の回転角度検出器、及び、電動機の回転角度検出器の故障を検知する方法 |
-
1997
- 1997-09-09 JP JP24373197A patent/JP3596247B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH1189263A (ja) | 1999-03-30 |
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