JP4137854B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

従来、電動機すなわちモータの制御装置においては、機器に異常が発生したときは制御部がモータへの電力を強制遮断してモータを停止させることが安全と考えられてきた。これは、モータへの電力を遮断せずに例えば減速制御して停止させることは、モータに電力供給されたままであるため、暴走する危険性を完全には排除できないからである。

しかし上記の電力を強制遮断する方法は、電力系統の暴走に対しては安全である反面、電力遮断後もモータは惰性で作動するため停止時間が長く、故に機器の可動部の停止距離も長くなるという欠点を有する。

そこで本発明は、上述の問題を解決し、モータの減速停止動作時にモータを安全に制御する制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動機の減速及び停止動作を制御する制御部と、前記電動機の動作を監視する監視部と、前記制御部が前記電動機を制御して減速させ停止させるまでの間、前記監視部によって監視された前記電動機の速度が正常か異常かを判断する判断部と、を有し、前記判断部は、前記速度を異常と判断したときに前記電動機への電力を強制遮断する、電動機の制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記監視部は、減速中の前記電動機の速度を所定の時間間隔で監視し、前記判断部は、所定周期で監視された前記速度が継続的に減少していない場合に該速度を異常と判断する、制御装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記監視部は、前記電動機が減速してから所定時間経過後の前記電動機の速度を監視し、前記判断部は、監視された前記速度が予め定めた閾値以上であった場合に該速度を異常と判断する、制御装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、前記監視部は、減速中の前記電動機の速度を所定の時間間隔で監視し、前記判断部は、監視された前記電動機の速度と、所定の周期で計算され前記電動機に与えられる減速指令速度とを比較し、該比較結果に基づいて前記電動機の前記速度の異常の有無を判断する、制御装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置において、複数の前記監視部及び該監視部にそれぞれ関連付けられる複数の前記判断部を有し、該複数の判断部の少なくとも１つが前記電動機の速度を異常と判断したときに前記電動機への電力が強制遮断される、制御装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置において、前記監視部又は前記判断部は緊急停止信号によって作動する、制御装置を提供する。

本発明に係る電動機の制御装置によれば、モータの減速停止動作時に、減速動作が正常の場合はモータを減速制御し、減速動作に異常が生じた場合は速やかにモータへの電力を強制遮断することができる。これにより、暴走時の危険性を排除しつつ、停止時間及び停止距離の短縮を図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る制御装置の好適な構成を示す。制御装置１０は、例えばＣＮＣ装置であり、電動機すなわちモータ１２の減速及び停止動作を制御する制御部１４と、モータ１２の速度を測定し監視する監視部１６と、制御部１４がモータ１２を減速させて停止させるまでの間に、監視部１６によって監視されたモータ１２のモータ速度が正常か異常かを判断する判断部１８とを有する。監視部１６は、モータ速度以外に、モータのトルクや電流値等のモータ１２の動作状態を表す他のパラメータを監視することもできる。判断部１８は、モータ１２の速度を異常と判断したときに、モータ１２への電力を強制遮断する電力遮断器２０に電力遮断命令を送る。なお図１に示すように、制御部１４によるモータ１２の駆動制御、及び遮断器２０によるモータ１２への電力の強制遮断は、サーボアンプ２２を介して行われてもよい。

図２は、本発明に係る制御装置の他の好適な構成を示す。図１の構成例と異なる点は、遮断器２０によるモータ１２の電力遮断は、サーボアンプ２２を介して行われないことである。

図３は、制御装置１０によるモータ１２の制御方法を示すフローチャートである。先ずステップ１０２において、モータ１２が減速動作中であるか否かが判定される。減速動作中でなければ、モータ１２は通常動作を行い（ステップ１０４）、処理は終了する。減速動作中である場合はステップ１０６に進み、監視部１６が監視しているモータ速度に基づいて、そのモータ速度すなわち減速動作が正常か異常かを判断部１８が判断する。減速動作が正常と判断された場合は、ステップ１０８に進んで制御部１４による減速動作制御が続行され、処理は終了する。一方ステップ１０６においてモータ速度が異常と判断された場合は、減速動作に何らかの異常が生じたと見做し、ステップ１１０に進んで減速動作制御が中止され、さらにステップ１１２に進んで遮断器２０によりモータ１２への電力が強制遮断されて処理が終了する。以上の一連の処理は、予め定めた時間間隔で反復される。

次に、本発明により減速停止時間及び停止距離が短縮される理由について説明する。図４及び図５は、本発明に係る制御装置又は制御方法によって減速動作するモータの速度と時間との関係を従来と比較して表す図であり、図４はモータ速度が正常と判断された場合（すなわち図３におけるステップ１０６→１０８）、図５はモータ速度が異常と判断された場合（すなわち図３におけるステップ１０６→１１０→１１２）を示す。

先ず図４の実線に示すように、減速動作が正常である場合は、速度ｖ１で定速動作中のモータはある時刻ｔ１から制御部２０によって制御された減速度（図示例では一定の減速度）で減速され、時刻ｔ２において停止する。従って減速開始から停止までの移動距離は、ｘ軸、ｘ＝ｔ１の線及び実線グラフで囲まれる三角形の面積Ｓ１に相当する。一方破線に示すように、モータの電力を強制遮断する場合は、モータ速度は強制遮断直後は急激に減少するが、時間の経過に伴い減少が緩やかになる。この場合の電力遮断からモータ停止までの移動距離は、ｘ軸、ｘ＝ｔ１の線及び破線（すなわち曲線）グラフで囲まれる図形の面積Ｓ２に相当する。図示するように、制御部２０による減速度を適当な値に設定することにより、Ｓ１をＳ２より小さくすることが可能である。よって本発明の制御装置を使用することにより、モータの停止時間及びモータに駆動される機器可動部の停止距離を短くすることができる。

次に図５の実線に示すように、減速動作のある時刻ｔ３において何らかの異常が生じた場合は、時刻ｔ３ではまだモータへの電力は遮断されていないので、実線グラフに示すように、モータの速度が瞬間的に増加する場合がある。ただし、図３のステップ１１２について説明したように、判断部１８はモータ速度に異常を認めたら遮断器２０を作動させるので、遮断器２０が作動する時刻ｔ４からはモータ速度は減少する。遮断器２０が作動した後のモータ速度変化プロファイルは、従来（破線）の時刻ｔ１以降のものに略等しい。従ってこの場合も同図が示すようにＳ１はＳ２より小さくすることができ、すなわち減速開始から停止までの停止時間及び停止距離を短縮することができる。

減速動作中のモータ速度の異常の有無を判断するステップ１０６としては、具体的にはいくつかの好適な方法が考えられる。第１の例として、図６に示すように、ステップ１０６１において判断部１８は、監視部１６が監視した前回の処理のモータ速度より今回の処理のモータ速度が大きい場合はモータ速度異常と判断し、処理はステップ１１０に進む。逆に、今回の処理のモータ速度が前回の処理のモータ速度以下であれば判断部１８はモータ速度は正常であると判断し、処理はステップ１０８に進む。すなわち図６の具体例は、予め定めた時間間隔毎に常にモータ速度が減少し又は不変である状態を正常と判断する。それ以外のステップについては図３と同様でよい。

第２の例として、図７に示すように、判断部１８は先ずステップ１０６２において、所定時間経過したか否かを判定し、経過していなければステップ１０６３に進んで時間を積算し、処理を終了する。所定時間経過していれば、ステップ１０６４に進み、モータ速度が予め定めた速度閾値以下であるか否かを判定する。モータ速度がその閾値以下であれば判断部１８はモータ速度は正常と判断し、処理はステップ１０８に進む。逆にモータ速度が所定値より大きい場合は、判断部１８はモータ速度異常と判断し、処理はステップ１１０に進む。すなわち図７の具体例は、予め定めた時間経過後にモータ速度が所定値以下に減少している状態を正常と判断する。また、ステップ１０２とステップ１０４との間に、ステップ１０６３で積算された時間をクリアするステップ１０３が追加される。それ以外のステップについては図３と同様でよい。

第３の例では、監視部１６は減速中のモータ速度を所定の時間間隔で監視し、判断部１８は監視されたモータの速度と、所定の周期で計算されモータに与えられる減速指令速度とを比較し、その比較結果に基づいてモータ速度の異常の有無を判断する。すなわち、図８に示すように、ステップ１０６５において判断部１８は、監視部１６が監視した実際のモータ速度と、モータに与えられる減速指令速度とを比較し、監視されたモータ速度と減速指令速度との差が予め定めた範囲を超えていた場合に異常と判断する。異常の場合は処理はステップ１１０に進み、逆に正常であれば処理はステップ１０８に進む。一連の処理を適当な周期で繰り返すことにより、所定の時間間隔で監視されたモータ速度と減速指令速度とが比較される。それ以外のステップについては図３と同様でよい。

図９は、本発明に係る制御装置の構成の応用例を示す図である。図９に示す制御装置が図３の制御装置と異なる点は、制御装置１０が複数（図示例では３つ）の監視部１６ａ〜１６ｃ及び判断部１８ａ〜１８ｃを有し、判断部１８ａ〜１８ｃのいずれか１つでもモータ速度が異常と判断したら、遮断器２０を作動させることである。このような構成によれば、１つの監視部又は判断部の故障等により異常を判断できなくても他の判断部が異常を判断でき、モータ速度すなわち減速動作の異常をより迅速かつ確実に判断することができる。

なお本発明の主たる目的は、モータの減速停止動作に何らかの異常が生じたときに、モータの電力を強制遮断する場合よりもモータの停止時間及び可動部の停止距離を短縮できる、より安全な制御装置を提供することである。従って本発明に係る制御装置においては、監視部及び判断部は、緊急停止時に限って作動可能とすることが好ましい。例えば、監視部及び判断部は、機器操作者が緊急停止ボタンを押した場合や他のセンサが機器の何らかの異常を感知した場合等に発するようになっている緊急停止信号によって作動するように構成される。

本発明に係る制御装置の好適な構成を示す図である。 本発明に係る制御装置の他の好適な構成を示す図である。 本発明に係る制御装置によるモータの制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る制御装置又は制御方法によって減速停止制御されるモータの速度と時間との関係を従来と比較して表すグラフであって、モータ速度が正常である場合を示すグラフである。 図４に関し、モータ速度に異常がある場合を示すグラフである。 図３に関し、モータ速度異常の有無を判断するステップの第１の具体例を示すフローチャートである。 図３に関し、モータ速度異常の有無を判断するステップの第２の具体例を示すフローチャートである。 図３に関し、モータ速度異常の有無を判断するステップの第３の具体例を示すフローチャートである。 本発明に係る制御装置の構成の応用例を示す図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１２ モータ
１４ 制御部
１６ 監視部
１８ 判断部
２０ 遮断器

Claims (5)

1. 電動機の減速及び停止動作を制御する制御部と、
   緊急停止信号によって作動し、前記電動機の動作を監視する監視部と、
   緊急停止信号によって作動し、前記制御部が前記電動機を制御して減速させ停止させるまでの間、前記監視部によって監視された前記電動機の速度が正常か異常かを予め定めた範囲の値との比較に基づいて判断する判断部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記判断部が前記速度を正常と判断している間は前記電動機の減速及び停止動作の制御を続行し、
   前記判断部は、前記速度を異常と判断したときに前記電動機への電力を強制遮断する、電動機の制御装置。
2. 前記監視部は、減速中の前記電動機の速度を所定の時間間隔で監視し、前記判断部は、所定周期で監視された前記速度が継続的に減少していない場合に該速度を異常と判断する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記監視部は、前記電動機が減速してから所定時間経過後の前記電動機の速度を監視し、前記判断部は、監視された前記速度が予め定めた閾値以上であった場合に該速度を異常と判断する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記監視部は、減速中の前記電動機の速度を所定の時間間隔で監視し、前記判断部は、監視された前記電動機の速度と、所定の周期で計算され前記電動機に与えられる減速指令速度とを比較し、該比較結果に基づいて前記電動機の前記速度の異常の有無を判断する、請求項１に記載の制御装置。
5. 複数の前記監視部及び該監視部にそれぞれ関連付けられる複数の前記判断部を有し、該複数の判断部の少なくとも１つが前記電動機の速度を異常と判断したときに前記電動機への電力が強制遮断される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。

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