JPH0352574A - モータの速度制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野》 本発明は例えばモータの速度を徐々に落として停止させ
るような、電気モータの速度を変える技術に関するもの
であり、特に動的ブレーキと「サイクルスキッピング」
速度制御とを組合せた速度ｉＩＩｌ　ａｌ１方法と装置
とに関するものである。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題〉電気モー
タが自動化された’ＩＪ造設備の一部を駆１１１１ると
き、製造設備の他の部分に関して製作品を精密に位置ぎ
めするために、モータを正確にｔＩ１１御しなければな
らないことがしばしばある。例えば、組立てラインはコ
ンベアベルトなどを使って製作品をある作業部曹から他
の作業部習に運搬する。製作品が次の作業部署に近づく
とモータを止めて、組立ラインは次の作業部署に関して
正確な位置に製作品を停めなければならない。

組立てラインの作業効率を最大にするために、異なる作
業部署間の製作品の運搬をできるだけ速く行うことが望
ましい。しかし、モータの速度が大きくなれば、モータ
が停止することにより次の部署に製作品が停止する位置
がそれだけ不正確になる。したがって、組立てライン制
御システムの設計者にとって、製作品の運搬速度を高め
れば位Ｉ精度が比較的落ちることになり、位置精度を高
めれば製作品の運搬速度が遅くなるというトレードオフ
の問題が残されている。

この種の動作をある程度制御しなから電気モータを急速
に停止させるモータブレーキ技術が伺種類も開発されて
いる。例えば米国特許出願第０７／１０３．７２９月、
“＾ｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ　
　Ｂｒａｋｉｎｇ　ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｈｏｔｏ
ｒ　（電気モータのブレーキ方法と装置〉′゛にその例
が開示されてぃる。この特許出願も本発明の出願人に譲
渡されている。この型の動的ブレーキは、いくつかの選
択された時点でモータ巻線に交流電流パルスを流して、
モータのロータの磁気による電磁力に逆らう電磁力を生
ずるというものであった。逆磁界がモータ内の負の１・
ルクを生じて、′そのために減速するものであった。

この型の動的ブレーキはモータが単に惰力で停止するの
に比べれば、はるかに正確な位置に製作品を停めること
ができたが、製作品が比較的高速で運搬されているとぎ
には、まだいくらか不正確であった。例え動的ブレーキ
を採川したといっても、組立てラインに沿った工程に必
要な許容誤差次第で、停止位置の誤差が許容できないほ
ど大きいという場合があった。更に、動的ブレーキだけ
ではモータ減速時の滑らかさに欠ける。

粗立てラインには通常交流誘導モータが使われ、その回
転速度はモータに供給される交流電流の周波数（５０Ｈ
ｚまたは６０Ｈｚ）に同期する。モータの速度は交流電
流の周波数に依存し、モータが失速する迄は電圧が変動
しようとも定速に保たれるから、単にモータに加える電
圧または電流を制御してもその逮度を変えるのに有効で
はない。誘導モータの速度を制御するために、モータに
加える電流の周波数を変えるという技術が伺種類も考案
されている。これらの技術のうち多くは比較的複雑な電
子ｖＪ　ｔｉ！１回路を用いて、標準の交流電源周波数
を別の周波数に変換し、モータの速度を制郊している。

比較的精巧で高価な交流周波数変換装買に代わるものと
して、「サイクルスキツピング」と呼ばれる技術が開発
された。この技術によれば、り゜イリスタが交ＰＡ電流
源とモータとを結合していて、適当な時点でスイッチン
グされて交流ｆｆｉｌｆｆｆｌ電流から成る基本周波数
成分をつくる。このサイクルスキッピング法の例は米国
特許第４，１７６．３０６号”Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ＾ｐｐａｒａｔｕｓ　（速度制御装Ｉｆ）”に開示
されている。この特許に開示されている技術によれば、
ある相の交流電源線に接続ざれているサイリスタをその
線の交流電圧の正の半サイクルの問いくつか続けてトリ
ガし、それから電源電圧の１サイクルもしくは２サイク
ル以上の期間トリガしない。次に、゛その［Ｕｉｌ電圧
の負のサイクルをいくつか続けてトリガする。このパタ
ーンを各パターン間に１サイクルもしくは２サイクル以
上の休止を置いて繰返す。３相回路のうち他の２相に接
続されているサイリスタも１２０度ずつ位相をずらして
同じパターンで点弧する。モータに加えられる電流パタ
ーンの実効的な周波数は交流電源周波数の分数になる。

モータはこの低い方の周波数に同期するので、低速で運
転される．しかし、サイクルスキッピングによりつくら
れたｆｆｉ流波形は元の電源の周波数（　５　０　１１
ｚまたは６０ＨＺ）の戒分を依然として持っているから
，サイリスタの点弧を毎サイクルからサイクルスキッピ
ングパターンに変えただけでは誘導モータを減速させる
のに充分でなかった。そこで、モータを交流電源周波数
との同期から外すために、モータυ１一回路に接触器の
ようなスイッチ機構を設けて、モータと３相交流電源線
との接続を逆にするようにした。接触器機構はサイリス
タが制閲されているモードに従って、ｔｍ線とモータと
の接続を変えるためのスイッチングが必要であった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、交流電源とモータとの接続を逆転させるため
のスイッチを付加する必要のないモータ減速機構を組入
れることによって、誘導モータの速度制御システムを改
良したものである。

減速したいというとき、制御装置は最初動的ブレーキモ
ードに入る。この運転段階では、ある時間に１ｔ源から
パルス電気をモータに加えて、負のトルクを発生さぜる
。これらの時間は電源Ｔｉ圧の極性と逆起電力によりモ
ータの巻線に誘導された電圧の極性とを比較することに
より決定される。

これらの両電圧の極性が反対のときにブレーキ電気を加
える。

モータが減速し始めると、もっとひんぱんにブレーキ電
気を加える。ブレーキ電気を加えるのが少なくとも所定
数の交′ａ電源電圧のサイクル数毎になったら、動的ブ
レーキをやめて交流サイクルスキッピングモードに入る
。この段階では、特定のパターンで各モータ巻線にＭ流
を送り、交流電源周波数の基本成分である実効的周波数
で電気を加える。モータが交流電源周波数との同期を雑
持することができないという速度まで動的ブレーキによ
り減速した後、このモードに入る。この速度は動的ブレ
ーキモードの電流パルスの間隔から決定される。

もしこの遅い速度のまま運転し続けたいというのであれ
ば、サイクルスキッピングモードを無限に続番ノる。し
かし、この技術は完全に停止する菊にモータを減速する
のに用いることができる。このようにあらかじめ減速す
ることによって、モータにより駆動される装置の停止プ
ロセスをよりよく制御してより正確な位置に停止ざせる
ことができる。

本技術をこのように応用すると、モータは交流サイクル
スキッピングによりつくられる基本成分周波数に同用す
るようになる。その後、駆動された装置が所望の位置に
近づくと、検出器がモータ制御装賀をトリガして第２の
動的プレーキモードに入る。この段階では、交流電源電
圧のすべての正または工１の半ナイクルの間続けて電源
から電流を加えることにより、モータを停止させる。こ
の最終段階は所定の１ｎ間、またはモータが停止したこ
とが何らかの手段により検出される迄続く。

本発明の目的は、モータ回路内にスイッチを付加するこ
となく、サイクルスキッピングを使ってモータを減速さ
せることのできる機構を提供することである。

本発明の他の目的は、サイクルスキッピングを適用した
ときに交流電源周波数との同期を維持することができな
いような速度にモータを減速するために、動的ブレーキ
を組入れることである。

本発明の更に他の目的は、モータにより駆動される装置
の位置決めを正確に行うようにして、モータを完全に停
止させる手段を提供することである。

（実施例） 第１図を参照すると、３相の電気モータ１０が３１＆ｌ
の固定子巻線１１，１２．１３を有するのが示されてい
る。モータ１０に加えられる電気は七ータ制御装１１Ｆ
２０とそのサイリスタ・スイッチ・モジュール１４とに
より調整される。スイッチ・モジュール１４は３組のＳ
ＣＲ対１６，１７．１８を含み、各ＳＣＲ対は逆向き並
列の関係で接続されている。各ＳＣＲ対は各固定子巻線
１１，１２．１３と３相交流電源の電源供給１ｉ１Ａ．
　Ｂ．　Ｃとを結合している。各電源線の各対に加わる
電圧の周波数は５０ＨＺまたは６０ＨＺである。

ＳＣＲ対１６−１８をトリガする、すなわち点弧する制
御回路には、マイクロコンピュータ゛２１、３（ｌ！ｌ
ｌのゼロクロス検出器２２．２３．２４および２個の電
圧比較２Ｓ！２５．２９が含まれている。マイクロコン
ピュータ２１は例えば日立アメリカ社から販売されてい
る６８０１型であり、これはマイクロプロセッサ、タイ
マ回路、リードオンリメモリ、およびランダムアクセス
メ〔りを１？＋１じ集積回路パッケージの中に収容して
いるものである。

モータ制御装置２０の働らきを決めるコンビュータブＯ
グラムはコンピュータのリードＡンリメモリの中に記憶
されている。このプログラムは正常な運転速度でモータ
１０を始動しで運転する機能を有するという点に閏する
限り、従来のプログラム可能なモータ！ｉｌＩＩＩ１％
１ｉｌｌと共に使用されるものと似ている。後で詳しく
述べるが、このプログラムはモータ１０を減速すること
と、モータをゆっくり停止させるための新しいルーチン
を含んでいる。

マイクロブロセッザ２１は並列出力ボートの３本の線２
６．２７．２８に適当な時間ｖＡ隔でサイリスタトリガ
信号を発生する。第１の出力ｖ；Ａ２６は第１の通常の
分離変成器３１に接続されており、変成器３１ほ電源８
（Ａ）に接続ざれている第１のＳＣＲ対１６のゲート端
子に接続されている。

他のトリガ信号出力１ｉ１２７．２８は同様な分離変成
器３２．３３に接続されており、変成ｆ５：３２，３３
はそれぞれｌｆ源線Ｂ．Ｃに接続ざれている第２と第３
のＳＣＲ対１７と１８のゲート端子に接続されている。

３ｌ！の端子４１，４２．４３が固定子巻Ｉ！ｉ１１１
，１２．１３をモータ制’＃Ｊ　｝ｉｉ　＆”ｊ　２　
０に接続している。

同じ値を持つ３個の抵抗ｘ３４−３ｓがＹ接続の形でこ
れらの端子４１−４３と接続されていて、Ｙの共通節点
３７がυＩＩ１１回路のアースに接続されている。各抵
抗器３４，３５．３６に加わるｍ圧はそれぞれ３個の固
定子’５１ａ１　１，１　２．１３に加わる電圧Ｖ．Ｖ
，Ｖ，に等しい。Ｙ抵抗器ａｂ 接続の共通接点３７の電位はモータ巻線の中性点１５と
同じであり、実質的に交流′Ｉｉ源の中性点電位に等し
い。

第１の電圧比較器２５は第３の固定子巻線（８）に加わ
る電圧Ｖ，を検出する。電圧比較器２　５　０）非反転
入力は電圧分割Ｚ３０を経由して第３の固定子巻線端子
４３に接続されている。電圧分割器３０は固定子巻線の
電圧を比較器に適づ゛るレベルに下げる働らきをしてい
る。電圧比較替２５の反転入力は回路アースに接続され
ている。電几比較器２５は第３の固定子巻線１３に加わ
る逆起電力電圧の極性を示す信号、すなわちＷ１圧が中
性点電位よりも上か下かを示す信号をつくるためのちの
である。この点は後で詳しく述べる。第１の比較器２５
はマイクロコンピュータ２１の並列入力ボート線に接続
されている。

第２の電圧比較器２９は電圧分割器３８を経由して第１
の端子４１に接続ざれており、同様に第１の固定子巻線
１１に加わる電圧ｖａの極性を検出している。第２の電
圧比較器の出力はマイクロコンピュータの別の並列入力
線に接続されており、後述するように第１の固定Ｆ巻線
に加わる逆起電力電圧を指示する。

＠源線（Ａ．Ｂ，Ｃ）はそれぞれ抵抗器４５，４６．４
７を経由して３個のゼ口クロス検出器２２，２３．２４
の入力に接続されている。別の抵抗器４８，４９．５０
がゼロクロス検出器の入力とｔｉ１１１！１１回路のア
ースとの間に接続されており、祇抗器４５−４７と共に
電圧分割器を構成している。

第１のゼロクロス検出器２２番は抵抗器４５と４６に接
続されていて、電源線Ａと８に加わる電圧ｖａｂがいつ
ゼロを通過するかを検出する。同様に第２のゼロクロス
検出器２３各よ抵抗器４６と４７とに接続されていて、
電源ＰＪ８とＣに加わる電圧ｖｂＣがいつゼロを通過す
るかを検出する。第３の検出器２４は！源線ＡとＣに加
わる雷圧Ｖ，。がいつゼ０を通過するかを検出する。各
ぜロクロス検出器２２−２４の２１１の出力はマイク口
コンピュータ２１に接続されている。一方の出力は関係
する電圧が負から正に変わったことを示し、他方の出力
は正から負に変わったことを示す。

マイクロコンピュータ２１のその他の入力ボート線は手
操作押しボタンスイッチ５２と２１［１ａのリミットス
イッチ５３．５４に接続されている。これらの入力ボー
ト線は、３個のプルアップ低抗器５６−５８を介してモ
ータ制ｉ＊ａ胃２０の正の電圧源にも接続されている。

これらのスイッチ５２−５４のうち１１１が閉じると、
対応するマイクロコンピュータの入力線をアースに落と
す。モータ１０を始動させるために操ｆＩ者が押しボタ
ンスイッチ５２を押すとＳＴＡＲＴという信号が発生す
る。

すると、マイクロコンピュータ２１はモータ１０を始動
させて正常な運転をｉｔ，ＩＩ　ｔｌするための通常の
ソフトウェアルーチンを実行ずる。２個のリミットスイ
ッチ５３．５４は組立ライン上に設けられており、例え
ば製作品がライン上の所定の位置にあることを検出して
、モータのブレーキを！ＩＩ　ｍする。この点は後で詳
しく述べる。

第２図はモータと例えば組立ラインのコンベアのような
モータにより駆動ざれる装置の速度曲線である。最初は
、すなわち時間Ｔ。以前にはモータはａｍ速度で動いて
いる。この運転モードではモータ制御装置のＳＣＲ１６
−１８は対応する交流電流の半サイクルの全期間導通し
ており、この間ＳＣＲは順方向バイアスされている。時
間Ｔ。

で、組立ライン上の第１のリミットスイッチ５３が設置
されている所を製作品が通り過ぎることによりリミット
スイッチ５３が閉じる。マイクロコンピュータ２１は第
１のリミットスイッチが１１しられたのに応じて、モー
タの動的ブレーキをかけ始める。

動的ブレーキ技術は特定のＩＫ￥間にモータ１ｏに電流
パルスを加えて、負のモータトルクを生ずるような電磁
界をつくることにより、モータの回転子の速度を遅くす
るものである。モータに誘導される逆起電力の極性と反
対の極性の電圧を瞬間的に加えることにより、このこと
が達成されることがわかった｛づなわら、′６ｉ源の中
性点電位に対して一方の電圧が正で、他方の電圧が負で
ある｝。

回転子の磁気と、回転子が減速されたときその磁気から
生ずる回転磁界どの作用で逆起電力が生ずる。ここで用
いる用語「逆起電力Ｔｌ　ｌ｛Ｊと「逆起電力誘導電圧
」は、電源線からモータに電気が供給されていないＩＩ
間にこの回転磁界によりモータの巻線に誘導される電圧
のことを意味する。

第１図を参照して、第３の固定子」イル１３に誘導され
た逆起電力誘導電江ＶＣは第１の電圧比較器２５により
検出される。電圧比較忍２５の出力は検出された逆起電
力誘導電圧の極性を表わす。

Ｉｆ源供給線Ａと８に加わる交流電圧ｖａｂの極性はＡ
Ｂゼロクロス検出器２２の働らきによりその出力線に示
される。電源電圧■ａｂが電圧ゼ０時点を通過する度に
、マイク〕二１コンピュータ２１は検出した両方の電圧
の極性を調べる。もし極性が反対ならばくずなわら回路
アースに開して一方が正で他方が負ならば〉、ゼロクロ
スが起きてから一定の時間遅れて短いパルスをＳＣＲ対
１６と１７のゲート電極に加えることにより、ＳＣＲ対
１６．１７がトリガされる．ＳＣＲ対１６．１７は電源
１ｉｔ！Ａ，　Ｂに接続されている。ＮＩＥ時間は交流
電源電圧の半サイクル以内で任意に設定することができ
る。遅延時間が知いはどモータ１０に加わる電流は多く
なり、それだけブレーキ効果が大きい。

いったんトリガされると、ＳＣＲ対１６．１７は交流電
源電流’ａｂがゼロアンペアを通過するまでモータに電
流を供給する。’ａｂがゼロアンペアを通過した時点で
ＳＣＲは自動的にオフになり、再びマイクロコンピュー
タ２１によりトリガざれる迄オフのままになっている。

モー９１０が減速されるにつれて、逆起電力電圧ＶＣと
１１源線電圧■ａｂとの位相関係が変化する。

その結果、ＳＣＲ対１６．１７はもっとひんぱんにトリ
ガされるようになりブレーキ作用を増す。

第３図の波形Ｉと■はブレーキ中に第１と第２の固定子
巻１１１１．１２に流れる電流’ａｂを概念的に示した
もので、減速の途中を２種類示している。

波形■では、第１と第２のＳＣＲ対１６．１７は電ｌ！
ｉ２ｍ電圧ｖａｂの正の半サイクルの問のまれにトリガ
される。モータの速度が落ちるにしたがって、波形■に
示すようにもつとひんぱんにトリガされる。第３図に示
したＳＣＲの電流パターンの間にいろいろな電流パター
ンが起きる。

第２図の時間Ｔ１まで動的ブレーキが継続する。

Ｔ　の時点でモータの速度はＴ。以前の速度の約１ ８０％に落ちている。この速度はＳＣＲのトリガをある
間隔で行うことにより遼成される（例えば、第３図の波
形■に示すように交流電圧の５サイクルおきにトリガす
る）。この速度で交流サイクルスキッピングを始めるが
、モーター０が交流電源電圧周波数に同期したままにな
るという危険性がない。時間Ｔ１で動的ブレーギを終え
て、υＪａｉｌ装置はモータの速度を更に下げるために
交流サイクルスキッピングを開始する。この減速広を時
間Ｔ２まで続ける。時間Ｔ２でモータはサイクルスキツ
ビングによりつくられる電流の基本周波数成分に同期す
るようになり、その後はその基本周波数により決まる定
速で運転する。

時間Ｔ３で製作品は第２のリミットスイッチ５４を閉じ
て作動信月Ｌ　Ｓ　２をマイクロコンピュータ２１に送
る。するとｉｉｌｌ　ｔｌｌ装置はサイクルスキンピン
グモードをやめて、第２の動的ブレーキを開始する。第
２の動的ブレーキでは交流電源電流のパルスを各サイク
ル毎にモータ１０の巻線に加える。短時間後、時間Ｔ４
でモータ１０は完全に停止する。

第２図のグラフからわかるように、本発明の停止技術は
最初にモータの速度を最高速度から比較的遅い速度に下
げる。組立ライン上の物品の位直が所望の最終位置に近
づいたときに、第２のリミットスイッチが働いてモータ
の速度を更に下げて停止させる。モータを電源周波数と
の同期から外すために動的ブレーキを使用し、モータを
比較的遅い速度に落とすために交流サイクルスキッピン
グを使用する。両者を組合せることによりセータの速度
を落として、製作品が非常に正確な｛ｆｆ　Ｍで停止で
きるようにする。

このように電気モータを減速して停止させるためにモー
タＩＩＩｔｌ装置２０が実行ずる減速ソフトウエアルー
チンを、第４Ａ．４Ｂ．４Ｃ図の７ｏ−チャートで示す
。第１のリミットスイッチ５３が閉じる時間Ｔｏで、マ
イクロコンピュータ２１はモータ減速ルーチンを呼び出
してステップ７０の実行の開始する。このステップでマ
イクロコンピュータはこれからルーチンを実行する際に
使う時間間隔変数とカウンタを初用化する。それからス
テップ７２で、ＡＢゼロクロス検出！５２２から入力さ
れた信号を調べて、ｔｓｍ線Ａと８に加わる電圧Ｖａｂ
がゼロクロスしたか否かを決定する。もしまだゼロクロ
スしてなければ、プログラムはステップ７２の中をまわ
り続ける。やがてゼロクロスが検出されるマイクロコン
ピュータの中にフラグがセットされ、ゼロクロスが立上
りかまたは立下りのいずれか、すなわち、電圧Ｖａｂが
今は負か正かを指示する。それからプログラムの実行は
ステップ７４に進む。

ステップ７４で、マイクロコンピュータ２１は所定の時
間持つ。この時間によりスイッヂ［ジュール１４内の適
当なＳＣＲをトリガする前の通常の位相角遅延をつくる
。トリガ時間を決めるに当り、マイクロコンピュータの
タイマーの現在値に遅延時間が加えられる．ＳＣＲを点
弧するｒｔ間になる迄７０グラムの実行はステップ７４
にとどまっている。マイクロコンピュータのタイマが加
算埴に等しくなるとＳＣＲが点弧される。

この時点で、マイクロコンピュータはモータ１０の第３
の巻線１３にＩｔ導された逆起電カ電圧ＶＣの極性をサ
ンプリングする。ステップ７６で、電圧比較器２５の出
力を検知してマイクロコンピュータ２１内のメモリのそ
の出力を記憶することによりサンプリングを行う。それ
からステップ７８で、サンプリングした逆起電力電圧の
極性を電Ｉｔ線電圧ｖａｂの極性と比較する。もし両方
の電圧の極性が同じであれば、すなわちそれらがモータ
の中性点１５の電位と比較して共に正か負のいずれかで
あれば、プログラムはステップ７９に分岐する。ステッ
プ７９でマイク口コンピュータはメモリのカウンタアド
レスの内容を１９！進める。このアドレスのメモリに電
源１’ｌｆ圧の半サイクルのカウント数を記憶する。こ
のことは動的ブレーキモード時、ＳＣＲの点弧と点弧と
の囚で行われる。

それからプログラムはステップ７２に戻り、電圧ｖａｂ
がもう一度ゼロクロスするのを持つ。

電源線電圧■ａｂの極性と第３の巻線１３の逆起電力電
圧の極性が逆の場合には、ＳＣＲ１　６と１７がトリガ
されてモータ巻線１１と１２に電流’ａｂを流し、負の
トルクを生ずる。するとプログラムはステップ８０に進
み、マイクロコンピュータ２１は半サイクルカウンタの
内容を調べて、カウンタの鎗が１１未満か否かを決定す
る。モータ減速の第１段階の間（時間Ｔ０とＴ，の間）
では、ステップ８０でカウンタ値を調べると常に１１よ
りも大きい。そこでプログラムはステップ８２に進み、
ここで半サイクルカウンタをリセットしてゼロにする。

それからステップ８４でマイクロコンピュータは１２６
と２７に出力を発生し、電源線Ａと８に接続されている
ＳＣＲ１６と１７をトリガする。するとモータの巻！！
１１と１２に電流’ａｂが流れてモータ１０の回転子か
ら生ずる磁界と逆の磁界を発生する。双方の磁界が逆向
きなのでモータの速度が落ちる。

第３図の波形に示したように、モータ減速の第１段階で
はＳＣＲ対１６と１７をトリガすることにより例えば波
形■に示したようなバルス［Ｑが生ずる。この時点で生
ずるｌｍパルスの間隔番よ電ｌＮ！線電圧■ａｂの５サ
イクルより長い。その結果、ＳＣＲがトリガされる直前
の半サイクルカウンタの値は１１１Ｘ上となる。モータ
が減速されるにつれて、交流７１ｆ源線電圧の極性が逆
起霜力電圧の極性と逆になる間隔は短くなるので、ＳＣ
Ｒをトリガする問陽が短くなる。やがて第３図の波形Ｉ
Ｉに示すように？［線電圧ｖａｂの５サイクル毎または
それ以下の間隔でＳＣＲがトリガされるようになる。こ
のことは第２図のグラフで示した時間Ｔ１で起こり、こ
の時点でモータの速度は時間Ｔｏ以前の最高速度の約８
０％に落ちている。したがってＩｌｆｆＵＴ１で、第４
Ａ図に示したー〔一夕減速ルーチンのステップ８０で半
サイクノレカウンタを調べると、その値は１１よりも小
さくなっている。この時点でブＯグラムの実行はステッ
プ８０から第４Ｂ図のステップ８６に分岐タ゜る。

時ｒ５］Ｔ１でプログラムが分岐すると、動的ブレーキ
をやめて、交流サイクルスキツピングにより更に減速さ
れるという運転モードに入る。このモードでは、実効的
に１１源線周波数の１／７に等しい基本成分周波数でモ
ータに電気を加えるというパターンで、各ＳＣＲ対ｉａ
−ｉｓが選択的にトリガされる。このトリガパターンの
例を第６図に示す。波形八の場合、最初に第１のＳＣＲ
対１６を１へリガして電源線Ａに正の電流パルス６１と
６２を２個続けて発生する。バルス６２の後はＩｌ源Ｂ
Ａから供給される次の１サイクルの間、第１のＳＣＲ対
は全くトリガされない。このトリガ休止期間の後、第１
のＳＣＲ対１６はトリガされて電源線Ａに負のパルス６
３と６４を２個続１ノで発生する。バルス６４の後の１
サイクルのＩＮ第１のＳＣＲ対１６はトリガされない。

その後υ１御装置がＶイクルスキッピングモードにある
限りこのパターンを繰返す。電ＷＡ線ＢとＣに接続され
ている他の２ｉ＆ｌのＳＣＲ対１７と１８１４，第６図
に示すように位相が１２０゜ずつずれて同じパターンで
トリＨされる。

第６ＦｔＡの３種類の波形を参照して、正のＴｉ流パル
ス６１が第１のモータ巻線１１に流れるとき、負の電流
パルス６５が第２のモータの巻線１２に流れる。このこ
とは波形のＦにＡＢと記してある。

それから正の電流バルス６２が第１のモータ巻線１１に
流れるとき、負の電流バルス６９が第３のモータ巻線１
３に流れる。このことは波形の下にＡＣと記してある。

３個のモータ巻線に流れる電流パルスのパターンは６個
の闇隔から成り、各間隔毎に異なる２個のＳＣＲ対の組
がトリガされて、モータに電流を流す。６個の各間隔は
電気角で４２０度である。

第５図に１／７の基本周波数成分を生ずるトリガパター
ンの別の表示方法である電圧位相図を示す。この図は第
６図に示した点弧パターンのタイミングと位相の関係と
を表わしている。バルス６１と６５を生ずる最初のＳＣ
ＲトリガはＳＣＲ点弧らせんの最の内側の点６６で示さ
れている。矢印６６はＡＢと記した半径線上にある（Ａ
Ｂという表記は第６図に記したのと対応している）。Ｓ
ＣＲは通常の位相角遅延の後ゼロクロスより若干遅れて
トリガされる。第１と第２のＳＣＲ対１６と１７を点弧
した後、らせんに沿って次の矢印６７に着く迄に電源ａ
Ａの電圧波形は４２０度遅れる。この時点で第１と第３
のＳＣＲ対１６と１８が点弧されて、Ａ′：ｔｉ源線に
正の電流バルス６２とＣ電源線に負のｔｒｉ流バルス６
９を生ずる。このことはＡＣで示してある。ＳＣＲ点弧
問が４２０度遅れるというこのパターンが続いて、３相
モータ１０の中を６種類の電流が流れる。このことは第
５図で６本のらせんで示した。

再び第６図を参照して、こうしたＳＣＲトリガパターン
によりモータ巻＄１１１．１２．１３にはそれぞれ実効
電流波形６８ａ，６８ｂ，６８ｃが生ずる。結果的に電
流の実効周波数は交１電源電圧の１／１の周波数になる
。交流電源電圧周波数の１７１の基本周波数成分を加え
ることにより、時間Ｔ２まで（第２図参照）更にモータ
は減速され、峙間Ｔ２でモータ１０はこの基本周波数成
分とＷ４期する。

本発明を１／７の基本周波数成分を採用する技術を用い
て説明したが、他の基本周波数戒分を用いることもでき
る。この周波数はｆ／　（６ｎ＋１　）で表わされる。

ここでｆは電＃ｉ電圧の周波数であり、ｎは正の整数で
ある。モータを停止に持っていく課には１／７と１，／
１３０基本周波数成分を用いることが好ましい。という
のはたいていの場合よれより周波数が低いとモータの速
度が遅すぎるからである。１／１３という分数の周波数
を発生させる場合には、各電源線のＳＣＲは４個の正の
電流パルスを生ずるようにトリガされ、それから２Ｔｉ
源サイクルの間トリガされず、次いで４個の負の１！流
パルスを生ずるようにトリガされ、それから２電源サイ
クルの間トリガされないというトリガパターンをとる。

これは第６図のパターンを２倍したものである。

第４Ｂ図に示したモータ減速プログラムの部分はＳＣＲ
対１６−１８のトリガをＩｌｔ　ｍ　Ｌ，てサイクルス
キッピングを行うことにより、基本周波数成分をつくる
。ソフトウエアのこの部分はステップ８６で始まる。ス
テップ８６では第２のリミットスイッチ５４から発生す
るマイクロコンピュータの入力を調べて、リミットスイ
ッチが閉じたか否かを決定する。リミットスイッｆ５４
が閉じるのは第２図の時間Ｔ３である。１０グラムのこ
の部分が最初ＩＩ　ｌｉ！ｉｔ　Ｔ　１で実行されたと
きに、第２のリミットスイッチ５４が開放していること
は明らかであり、プログラムはステップ８７に進む。ス
テップ８７でプログラムは電源１ｉ１Ａと８に加わる電
圧Ｖａｂがゼロクロスするのを持つ。

ｖａｂがゼロクロスすると、マイク口コンピュータ２１
はステップ８８で計時ループに入り、電源電圧Ｖａｂの
ゼロクロスとＳＣＲのトリガとの間の位相角遅延をつく
る。いったｌνこの遅延時間を過ぎると、ステップ８９
で第１のカウンタを進めて、ステップ９０でカウンタの
値が２より大きいか否かを調べる。第１のカウンタはい
つモータが基本周波数成分に同期したかを調べて決定す
るプログラムの部分に、禁止機構を提供する（同明は時
間Ｔ　で始まる）。この調査は０４間Ｔ１でサイクル２ スキッピングにｉ！Ｉｖ！）シた後基本周波数成分のＩ
Ｉナイクルの間禁止される。逆起電力の電圧変化のため
に、モータがこの基本周波数成分に同期したと誤って決
定しないようにするためである。したがって、モータの
巻線１１に加えられた基本周波数成分の電圧が２回ゼロ
クロスする間（すなわち、第４Ｂのプログラムルーブを
２回通過する間〉、このモータ同期検出は禁止され、プ
ログラムの実行はステップ９５に進む。

ステップ９５ではマイクロコンピュータが線２６と２７
にパルスを出力することにより、電ＫＡ線Ａ．８に接続
ざれているＳ　Ｃ　Ｒ対１６．１７が１・リガざれる。

すると、第６図に示した電流バルス６１と６５が生じて
、モータの第１の巻ｓ１１１に正の電流が流れ、第２の
巻１ｉ１１２に負の電流が流れる。こうしてモータ１０
には電流１，ｂが流れる（第１図〉。

電源線Ａ．Ｂ用のＳＣＲがトリガされた後、マイクロコ
ンピュータ２１は電源電圧ｖ，ｂが２回ゼロクロスする
のを持つ。ステップ９６でこのように休止することによ
り電源電圧の３６０゜遅延をつくる。マイクロコンピュ
ータ２１がＡＢゼロクロス検出器２２と接続されている
２本の入力線の信月を検゛出することにより、この遅延
時間がつくられる。２回目のゼロクロスが検出された後
、ステップ９７でマイクロコンピュータ２１は電ｇ［圧
Ｖ　用のＡＣゼロクロス検出器２４により供給ａＣ されるゼロクロス信号を持つ。前述したように、このゼ
ロクロスは先にＳＣＲ対１６と１７をトリガしたゼロク
ロスから電気角で４２０度遅れた時点で起こる。電圧ｖ
ａｃがゼロクロスしたのを検出すると、ステップ９８で
マイクロコンピュータは位相遅延時間を計って、ステッ
プ９９で電源線ＡとＣに接続されているＳＣＲ対１６と
１８をトリガする。第１と第３のＳＣＲ対１６と１８を
トリガすることにより第６図に示したように電流パルス
６２と６９を生ずる。するとモータの第１の巻１ｉ！１
１に正の電流が流れ、第３の巻１ａ１３に負の電流が流
れる。このことは第６図の最下段にＡＣと記してある。

それからステップ１００で電源１ａＡとＣ間の電圧■ａ
ｃがもう２回ゼロクロスするのを待ち、ここで３６０度
遅れる。この遅延の後、プログラムはステップ１０２に
進む。ここでマイクロコンピュータ２１はＢＧゼロクロ
ス検出器２３から出力される信号の検出を始め、いつ電
源電圧ｖｌ，ｃに次のゼロクロスが起きたかを決定する
。ゼロクロスが起きると、ステップ１０４でマイクロコ
ンピュータ２１は位相遅延時間を計り、それからステッ
プ１０６で電ｍ線ＢとＣ用のＳＣＲ対１６と１７とをト
リガする。これらのＳＣＲを点弧した後、プログラムは
ステップ１０８で電源線ＢとＣ間の電圧ＶｂＣが続けて
２回ゼロクロスするのを持つ。その後ステップ８６に戻
ってこのブロヒスを繰り返す。

第４Ｂ図のモータυ１１ａｌｌプログラムルーブを１回
通過する毎にＳ　Ｃ　Ｒ対１６−１８をトリガし、各モ
ータ端子４１．４２．４３に基本周波数戒分６８ａ，６
８ｂ．６８ｃを半サイクルずつつくる。

次回にプログラムループを通過寸るときに基本周波数の
反対極性の半サイクルをつくる。

上述したように、第４Ｂ図のフローチャートで示したモ
ータ訓御ブＯグラムループを通るとき、最初の２回はス
テップ９０から９５に直接進む。

バイパス部分ではいつ時間Ｔ２でモータが基本周波数成
分に同期するかを検出する。この基本周波数の第１サイ
クルが発生した後、第１のカウンタの値は２より大きく
なっている。その後、モジュール１４のＳＣＲをトリガ
して電ＩＱねＡに正または負の電流バルス対（例えば第
６図のパルス〉６１′と６５′を生ずる直前に、モータ
がこの低い方の周波数に周則したか否かを調べる。この
調査は電源線電圧ｖａｂの極性と、電源電流がモータの
第１の谷線１１に流れていないとぎに逆起電力によりそ
の巻線１１に誘導された電圧の極性とを比較することに
より行う。

したがって、第１のカウンタの値が２より大きいとき、
プログラムはステップ９０から９２に分岐し、第２の沼
圧比較ＰＪ２９から出力される信号を検出する。この信
号は第１のモータ巻１ｌＡ１１に誘導された逆起電力の
極性を表わしている。同時に、ＡＢゼロクロス検出器２
２の出力を調べて電源ｓｉ！電圧■ａｂの極性が正か負
かを決定づ”る。モータ１０が時間Ｔ１から減速すると
き、モータの回転速度はモータに加えられる埜本周波数
成分に対する同期速度より速いという回生モードになる
。

このモードでは、逆起電力電圧は加えられた電流より９
０度〜１８０度位相が進んでいる。したがって、モータ
１０の中性点１５に対して、逆起電力電圧の極性はｚａ
ｍ電圧”ａｂの極性と逆になる。

時門Ｔ２より前では両者の極性は一致せず、ステップ９
３で第２のカウンタがゼロにリセットされる。それから
ブＯグラムはステップ９５に進んでＳＣＲトリガパター
ンを継続する。

第２図のｖｉ間Ｔ２でモータ１０は交流電源線周波数の
基本周波数成分に同明するようになり、逆起電力電圧は
９０度より少ない角度電流より進む。

したがってステップ９２で逆起電力電圧と？［［ａ電圧
ｖａｂは同じ極性になる。この時点で、プログラムの実
行はステップ１１０に分岐する。ここで第２のカウンタ
が進み、ステップ１１２でカウント数が２より大きいか
否かが調べられる。第２のカウンタは基本周波数成分の
１サイクル分の遅延をつくり、それからモータが低い方
の周波数に同期するようになったという決定を行う。こ
の遅延の役目は過渡電圧のためにモータが同期したと誤
って決定するのを防止することである。もし逆起電力電
圧と電源ｒａ電圧の極性が基本周波数成分の１サイクル
の間同じ極性のままならば、プログラムはステップ１１
４に分岐し、ここで位相角遅延を変更することによりト
リガパターンを変える。

例えば、もしモータ１０を定速で駆ｅ１ｊるのに、時Ｉ
Ｔ１と１２の間の減速を行うのに要するトルクよりも少
ないトルクが必要であれば、位相角遅延を大きくしてモ
ータの正のトルクを小さくする。

あるいは、トリガ用位相角を変える代わりに、υ１御装
置はもつと低周波の基本周波数成分をつくることにより
、更に遅い速度になるようにサイクルスキッピングを変
更してもよい。

時ＩａＩＴ３で第２のリミットスイッチが閉じるまで、
プ０グラムは第４Ｂ図の部分をまわり続ける。

前述した例では、製作品が組立ライン上の次の作業部胃
に閲して所望の位置に比較的近づいたとぎに、第２のリ
ミッ１〜スイッチ５４が閉じる。スデップ８６で第２の
リミットスイッチが閉じたことが検出されると、マイク
ロプロセッサ２１によるプログラムの実行は第４Ｃ図に
示した部分に分岐する。この時点で、もうひとつの動的
ブレーキルーチンが始まり、第３図の波形正に示したよ
うに電源ねＡと８に加わる交流電圧の正または負の半リ
イクルの固続けて、モータの第１と第２の巻線１１と１
２に電流を流す。この時点ではモータは充分減速されて
いるので、このように電気を加えるとモータの速度は急
激に落ちて停止する。

第４Ｃ図に示すように、このプロセスはあらかじめ定め
たＩＩ間実行ざれる。そのためにステップ１２０でマイ
クロコンピュータ２１内のタイマをセットする。それか
らプログラムはステップ１２１で電源１ａＡＢ間の電圧
ｖａｂがぜロクロスするのを持つ。ゼロクロスを検出す
ると、マイクロコンピュータはステップ１２２で位相角
遅延の間休み、それからステップ１２３で電源線Ａ．Ｂ
用のＳＣＲ対１６．１７をトリガする。それからプログ
ラムはステップ１２４で次のＵ口クロスを持つ。ＳＣＲ
がトリガされている半サイクルと逆極性の半サイクルに
ｖａｂがさしかかるときに、次のゼロクロスが起こる。

それからステップ１２５でタイマがゼロに達したか否か
調べられる。もしまだ時間が経っていなかったならば、
プログラムの実行はスデップ１２１に戻り、再びＳＣＲ
を点弧して動的ブレーキ作用を続けて行う。ついにこの
連続ブレーキモードの実行ｖＩ間が先に設定した時問に
達４． すると、ステップ１２５でタイマの値はゼロになってプ
ログラムの実行は終了する。ある定められた時間第２の
動的ブレーキモードを実行する代わりに、いつモータが
停止したかを検出してブレーキを終了するという方式に
してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための電気モータとモータＭ
ｔｉｉｌ装置とを示す略図である。第２図はモータの速
度対時間のグラフを示す図である。第３図はモータに供
給ざれる交流電源の１相の電圧波形と、モータが減速さ
れるときにモータにブレーキをかけるために加える電流
波形を３種類の速度で示した概念図である。第４Ａ図、
第４Ｂ図、第４Ｃ図はモータｔ／Ｉ　１１１　Ｍ　置が
減速を実行するプログラムのフローチャートを示す図で
ある。第５図ｌ．ＬＳＣＲがトリガされるタイミングの
関係を示ｖ’電流位相図である。第６図はモータに接続
されている各交流相線の電流波形を示す図である。 符号の説明 １０・・・モータ、１１．１２．１３・・・固定子巻線
、３ １ ３２， ３３・・・変成器、 ２５， ２９・・・電圧比 較器、 ５３． ５４・・・リミットスイッチ。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数ｆの交流電源から給電される３相モータの
   速度制御装置にあって、 交流電源の電圧の極性を検出する第１の手段と、モータ
   の巻線に誘導された逆起電力電圧の極性を検出する第２
   の手段と、 モータの速度がいつあらかじめ定められた値より低くな
   ったかを検出する手段と、 を含み、 第１の手段はモータの速度があらかじめ定められた値よ
   り高いことと、電源電圧の極性と検出された逆起電力電
   圧の極性とが反対であることとに応答して、電源電流を
   モータに加え、モータを減速させることと、 第２の手段はモータの速度があらかじめ定められた値よ
   り低いことに応答して電源電流をモータに加え、加える
   電流は周期的な電流パルスであつて、電源電圧周波数の
   基本周波数成分を持つ実効的交流電流をモータの各巻線
   に流し、基本周波数成分はｆ／（６ｎ＋１）であり、ｎ
   は正の整数であることと、 を特徴とする、モータの速度制御装置。
2. （２）請求項（１）記載の装置において、モータの速度
   があらかじめ定められた値より低いことを検出する手段
   は、いつ前記第１の手段が電源電圧の所定のサイクル数
   の間に少くとも１回モータに電気を加えるかを指示する
   手段を含むことを特徴とする、モータの速度制御装置。
3. （３）請求項（１）記載の装置において、更に、前記第
   ２の手段が電気を加えることを禁止する手段と、 前記第２の手段が電気を加えることを禁止された後続い
   て電源電圧の半サイクルの間、モータに電源電気を加え
   る第３の手段と を含むことを特徴とする、モータの速度制御装置。
4. （４）請求項（３）記載の装置において、更に、所定の
   時間が経過した後前記第３の手段が電気を加えることを
   禁止する手段 を含むことを特徴とする、モータの速度制御装置。
5. （５）請求項（１）記載の装置において、更に、前記第
   ２の手段がモータに電気を加えるとき、逆起電力電圧と
   電源電圧とが同じ極性であることを指示する手段 を含むことと、 電気を加える前記第２の手段はその指示に応答して、電
   流パルスの周期的パターンを変えることと、 を特徴とする、モータの速度制御装置。
6. （６）請求項（５）記載の装置において、電気を加える
   前記第２の手段は電流パルスの周期的パターンを変えて
   、電源電圧周波数の別の基本周波数成分をつくることを
   特徴とする、モータの速度制御装置。
7. （７）周波数ｆの３相交流電源から給電されるモータの
   速度制御装置であつて、 各々が電源の１相とモータの１巻線との間に接続されて
   いる３個の双方向性スイッチ手段と、モータの速度をあ
   らかじめ定められた値まで減速するブレーキ手段と、 いつモータの速度があらかじめ定められた値より低くな
   ったかを検出する第１の手段と を含み、 第１の手段はモータの速度があらかじめ定められた値よ
   り低くなったのに応答して、前記スイッチ手段を起動さ
   せて電源からモータに電気を供給し、供給する電気は周
   期的な電流パルスであつて電源電圧周波数の基本周波数
   成分を持つ実効的交流電流をモータに流し、基本周波数
   成分はｆ／（６ｎ＋１）であり、ｎは正の整数であるこ
   と、を特徴とする、モータの速度制御装置。
8. （８）請求項（７）記載の装置において、更に、いつモ
   ータの速度が基本周波数成分と同期したかを検出する第
   ２の手段と、 前記第２の手段が検出したのに応答して、電流パルスの
   周期的パターンを変える手段と を含むことを特徴とする、モータの速度制御装置。
9. （９）請求項（８）記載の装置において、電流パルスの
   周期的パターンを変える前記手段によって前記第１の手
   段は前記スイッチ手段を作動させて、電源電圧周波数の
   別の基本周波数成分をつくることを特徴とする、モータ
   の速度制御装置。
10. （１０）請求項（８）記載の装置において、前記スイッ
    チ手段が起動する位相角を変えることにより、電流パル
    スの周期的パターンを変えることを特徴とする、モータ
    の速度制御装置。
11. （１１）請求項（７）記載の装置において、更に前記第
    １の手段が前記スイッチ手段を起動させるのを禁止する
    手段と、 前記第１の手段が前記スイッチ手段の起動を禁止されて
    いるとき、電源、電圧の一方の半サイクルの間前記スイ
    ッチ手段を起動させる第２の手段と、 を含むことを特徴とする、モータの速度制御装置。
12. （１２）請求項（１１）記載の装置において、更に、所
    定の時間が経過した後前記第２の手段が前記スイッチ手
    段を起動させるのを禁止する手段を含むことを特徴とす
    る、モータの速度制御装置。
13. （１３）請求項（７）記載の装置において、更に、電源
    電圧の極性を検出する手段と、 モータの巻線に誘導された逆起電力電圧の極性を検出す
    る手段と、 を含むことと、 前記ブレーキ手段は、電源電圧の極性と逆起電力電圧の
    極性とが逆であることに応答して、前記スイッチ手段を
    起動させてモータに電気を加える第３の手段を含み、モ
    ータに電気を加えることによりモータを減速させること
    と、 を特徴とする、モータの速度制御装置。
14. （１４）請求項（１３）記載の装置において、更に、前
    記第１の手段が前記スイッチ手段を起動させたとき、逆
    起電力電圧と電源電圧とが同じ極性であることを指示す
    る手段 を含むことと、 前記スイッチ手段を起動させる前記第１の手段は、その
    指示に応答して電流パルスの周期的パターンを変えるこ
    とと、 を特徴とする、モータの速度制御装置。
15. （１５）周波数ｆの交流電源から給電されるモータの速
    度制御方法であって、 ａ）負のトルクを生ずるように電源からモータに給電す
    ることによりモータを減速するステップと、 ｂ）モータの速度がいつあらかじめ定められた値より低
    くなつたかを検出するステップと、その後 ｃ）モータを減速するステップを終了するステップと、 ｄ）電源からモータに周期的な電流パルスを加えて、ｆ
    ／（６ｎ＋１）（ｎは正の整数）の実効的周波数を持つ
    実効的交流電流をモータに流すステップと、 を含むことを特徴とする、モータの速度制御方法。
16. （１６）請求項（１５）記載の方法において、更に、ｅ
    ）あらかじめ定めた事が起きたとき周期的な電流パルス
    を加えるのをやめるステップと、その後 ｆ）モータが実質的に停止する迄電源電圧の一方の半サ
    イクルの間電源からモータに給電するステップと、 を含むことを特徴とする、モータの速度制御方法。
17. （１７）請求項（１５）記載の方法において、更に、ｅ
    ）あらかじめ定めた事が起きたとき周期的な電流パルス
    を加えるのをやめるステップと、その後 ｆ）所定の時間の間、電源電圧の一方の半サイクルの間
    電源からモータに給電するステップと、を含むことを特
    徴とする、モータの速度制御方法。
18. （１８）請求項（１５）記載の方法において、更に、ｅ
    ）周期的な電流パルスを加えている間、いつ逆起電力電
    圧と電源電圧とが同じ極性になったかを検出するステッ
    プと、その後 ｆ）電流パルスの周期的パターンを変えるステップと、 を含むことを特徴とする、モータの速度制御方法。
19. （１９）請求項（１５）記載の方法において、モータを
    減速するステップは、 交流電源から供給される電圧の極性を検出することと、 モータに誘導された逆起電力電圧の極性を検出すること
    と、 電源電圧の極性と逆起電力電圧の極性とが逆であること
    に応答して、電源からモータに給電することと、 を含むことを特徴とする、モータの速度制御方法。