JPS5999980A - 誘導電動機による停止位置決め制御装置 - 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】 本発明は停止位置決め制御装置に関し、更に詳しくは、
多相誘導電動機で駆動されて変位する移動体を、誘導電
動機へ供給される電源の周波数と極性を制御することに
より所定位置を中心として所定の幅内に停止させる装置
に関する。

電動機で駆動されて変位する移動体を所定位置に停止さ
せる場合、その所定位置からの移動体の変位量を検出す
る位置検出手段を設け、その出刃信号によって電動機の
回転数を制御することにより、所定位置への接近度に応
じて移動体の速度を低下させ、移動体が所定停止位置の
少し手前のあらかじめ定められた点に達した時に電動機
への通電を遮断し、その後は惰力を利用して移動体を所
定位置に到達させ、そこで停）１−させるというのが従
来の方法であった。この場合、惰力による移動距離は、
移動体各部に生ずる摩擦力と、電動機への通電遮断時に
おける移動体の速度にょっ−Ｃ決るが、通電遮断時の速
度が如何に正確に制御されたとしても、摩擦力の方は摩
擦部の表面状態、潤滑剤の量および温度等によって微妙
に変化するので、移動体が所定位置に達−ロす、または
、そこを通過して停止１−することがしばｊ７ばおころ
。また、停止１−後に、移動体に変位をおこさせるよう
な久方が作用する場合にはブレーキを設りる必要がある
。

本発明は移動体が所定位置の手前に停ｔｌ二することが
なく、また、所定位置を通過した場合には、直ちに電動
機に逆転１−ルクが発生して移動体を元に戻し、か“′
］）、停止後においても移動体に変位をりえようとする
外力が作用すれば、電動機が直ちにそれに対抗するトル
クを発生し、移動体を所定位置近傍で強固に停止状態に
保つことができ、従ってまたブ１．・−キを必要と１．
ない停止ト位置決め制御装置の１ｖ供をその目的として
いる。

−１−記目的の達成のため、本発明による（？　＋Ｉ−
：、位置決め制御装置乙５１、移動体の位置検出手段の
出力信号により、多相誘導電動機電源の周波数、電圧お
よび極性を制御する機能を右し２ている。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明実施例の構成を示すブロック図で、例えば商
用下相交流電源１よりザイクＬＥｚンハータ２を通して
三相誘導電動機３に電力が供給されている。移動体４は
三相誘導電動機３によって駆動され、その位置、即ち、
所定点よりの変位はパルス発生器を用いた位置検出器５
によ、って検出される。イ装置検出器５は移動体４の位
置に関する情報をパルス信号から成る位置検出１４号と
１７で制御部６に送り、マイクロコンビ１−夕を内臓す
るこの制御部６は位置検出信号に応じた制御パルス信−
」をサイクロ：１ンハータ２に入力する。ザイク１１　
：ｌンバータ２ば、この制御パルス信号により五組交流
電源１の周波数と電１丁を、移動体４０所定位置への接
近度に応じて制御し、誘導電動機３の回転数を制御する
。

この場合、ジイクしＩＪ！ンハ・−夕２は、そ、二に入
力される制御パルス信号のデノ、−ティザイクルによ−
って■相交流電源１から供給される交流の周波数を、ま
たパルス幅によって電圧を制御しτニー相誘導電動機３
に入力する。サイクロコンバータ２の出力周波数ｆ　（
ｉはぞ相交流電源１の周波数ｆ　［１とＬ記制御パルス
信号の周波数ｆｃ（デユーティ・シイクル）との差ｆｄ
　＝ｆ（３−ｆｃとして与えられる。このｆｄの値は、
位置検出器５の出力信号によって変わる制御パルス信号
の周波数ｆ　ｃの値によっては、正負の画成にわたって
変化するが、ｆｄの符■−のｊ逆転はカイクロコンバー
タの場合その出力する三相交流の極性の逆転を意味する
。このようにして刃イクロコンバータ２は、誘導電動機
３へ供給される三相交流の周波数および電圧を制御する
１段と、−二相交流の極性を反転さ・ｌて誘導電動機の
回転方向を逆転させる１段とを兼備している。

次Ｑこ、本実於１例における勺イクロコンバータ２と、
その制御部にの実施例について説明する。

第２図に、制御部６とシイクロコンバータ２の回路構成
を示す。制御部６はマイクロコンピュータにより構成さ
れでいる。制御部６の入力用インターフェース１１には
位置検出器５（第１図）よりの位置検出信号と、移動体
４（第１図）の停止位置を指定するデジタル設定器１４
の出力とが入力されている。ＲＯＭには制御用プログラ
ム等を記憶する。出力用インターフェース１５は２１［
１ｉ１のフリソプフ１１ツブＦＦＩ　とＦＦ２を備えこ
のフリップフロップの状態信号を出力する。このフリ・
７ブフロノブＦＦ、とＦＦ２は２相のパルス信号Ｐ１と
Ｐ２を発生させるためのもので、第３図に示すように、
周期Ｔごとにセットとリセットを繰り返し、ＦＦ＋　と
ＦＦ２とは１８０°の位相差を有し、セットからリセノ
１−までの時間、ずなわら論理″１”の時間ば１゛ａで
ある。ＣＰＵＩ　６はクロック発生器及びカウンタを内
蔵し、プログラムに（Ｉ：いＦＦＩ、Ｊ：ＦＦ２のセッ
ト及びリセットを制御する６後述するようにフリソプフ
１１ツブＦ　Ｆｌ　とＦＦ２が出力する状態信号の周期
Ｔがサイクロ７ンパータの出力周波数を、パルス幅′１
゛αが出力電圧を決定するのである。′ｒおよび１゛α
の（１〜はＲＡＭ１３に記憶されている。フリップフロ
ップＦ　Ｆ　１及びｌ−’　Ｉ＝”　２の出力はザイク
ロ゛１ンバータ２の制御信号入力部にあるホ１−カプラ
ＰＣ１，ＰＣ２の発光素子に導入される。ホ１−カプラ
ＰＣ１のホｌ−）ランジスタ出力は第１のトランジスタ
駆動用増幅回路１７に入力され、ポトＩ−ランジスタ受
光時に’ｙ’−１−信号Ｇ１が■■ｉレベルになってパ
ワー用１−ランジスタＩ９を導通さ・口る。同様にして
、ホトカプラＰ　Ｃ２のホトｌ・ランジスタ出力は第２
のトランジスタ駆動用増幅回路１８に入力され、ボ１−
トランジスタ受光時にグーＩ−信号Ｇ２がＨｉレベルに
なってパワートランジスタ２０を導通さゼる。

−力、中性点タップ付３相変成器２１の１次巻線には入
力端ｊ’Ｒ，Ｓ、１゛が接続され、この入力端子に商用
交情の３相電源線が接続される。３相変成器２１の３個
の２次巻線は各一端ａ、　　ｂ、　　ｃと、各他端ｄ、
ｅ、ｆと、各中性点ｇ、ｈ、ｉをイト、７いる。各−６
Ｑａ、ｂ、ｃ（−ＡＬ３相全波整流器２２が接続され、
その整流出力端子ｊ、ｋに前述したパワーＪＴＩ　ｌ・
うンジスタ１９のエミッタ、コレクタ回路が接続される
。同様に、変成器２１の各他端ｄ、ｅ、ｆにも３相全波
整流器２３が接続され、その整流出力端子１．ｒｎにパ
ワー用Ｉ・ランジスタ２０のエミッタ、コレクタ端子が
接続される。変成器２１の各中１１１点ｇ、ｈ、ｉに（
、」変換された交流出力を導出するための出力端子Ｔ、
Ｊ、　　Ｖ。

Ｗが接続されている。この出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには三相
誘導電動機２が直接接続される。

次に作用を説明する。

マ、イクロコンピュータのＲＡＭ１３にはサイクロコン
バータ制御信号の周期′■゛とパルス時間幅Ｔαが書込
まれて、ｔ３す、クロックパルスを計数するＣＰｔＪ内
のカウンタが１゛／２及び′「を計数するごとにセ、７
１−指令信υ〜を発Ｕ７．１゛α及び（Ｔ／２　　＋　
′Ｉ’α）をｄ）数するごとにリセソ目ｌｉ令信号を発
し、′■゛をｉｔ数するごとにカウンタの内容が０にク
リヤされる。、二のようにＬ７て、比較部の偏差に応１
うてフリップフロップＦＦ、とドＦ２のセット及びリセ
ットを繰り返し、第４図に小ず２相のパルス列Ｙ）１及
びＰ２を出力する。

第４図において、実線で７１々ずｉＦ弦波形Ｅ　ａ　、
　　ｌ’、’、　ｌ：ｉ　。

［尤〔・は３相変成器２１の−・端ａ、ｂ、ｃ各点に現
れる電圧４示し、点線で示す正弦波形Ｅｄ、Ｅｅ。

Ｆ　ｆば３相変成器２１の他端ｄ、ｅ、ｆ各点に現れる
電圧４示Ｌ２ている。信号Ｐ１がＨｉレベルのときにゲ
ート電■Ｆ　Ｇ　ＨもＨｉレヘルになりパワートランジ
スタ１９が導通ずる。同様に、信号Ｐ２がＴ（ｉ　イー
ベルのときにデーｌ−電圧Ｇ２もＨｉレベルになりバリ
ー１−ランジスタ２０が導通ずる。２個のパワー・ｌ−
ランジスタ１９，２０が共にオフの２・きは中ｆ！、＋
Ｆ、ｔＨｒ　　１１．’の各線間に電圧は現われない。

Ｌ、かし２、第１のパワートランジスタ１９が４゛ンに
ムると、全波整流器２２を構成するダイオ−Ｆと１−ラ
ンジスタ１９のエミッタ、コレクタ回路によりａ、ｂ、
ｃ各点間の回路が形成され、出力を端子［１，Ｖ、Ｗ？
ｊ電圧が印加され、交流電動機が付勢さＪする。同様ｉ
、：、　＋−で、第２のバリー　ｌ、ランジスタ２０が
オ゛・になると、全波整治ａ２３を構成ずｌ））？’イ
メードとトランジスタ１し０の１１ニミソタ、−■ノｌ
−′回路＆Ｖよ２つｃｌ、ｅ、ｆ（７）各点間の回！Ｍ
が）］キ成さ拍、出力端イＩＪ、Ｖ、Ｗ間に電圧が印加
され、交’／Ａｔ、電！１１　転）夷、ｈクイＳ、ｉ勢
ｉｇれ６゜第４　［ＲＩ　（、ｉＺおいて、ＩＴ：、弦
波形卜〕ａ、卜１ｂ、Ｒｃ。

Ｅｄ、Ｆｉｅ、Ｅｆに伺された縦縞部−Ｓ”ｆ　Ｉｔ、
パワートランジスタ１９が４通状態のとき出力部）了Ｕ
。

■、Ｗに現れる電圧と、パワートランジスタ２０が導通
状態のとき出力端、−４ＬＪ、　　Ｖ、　Ｗに現れる電
圧をイト１！でポしている。図から明らかなよ・）に１
、二の縦縞部５）の模様は周期的１．ｉ’−変化し７て
おり、その変化に穐まれでいる最も低い周波数成分は周
期０．１秒の正弦波である。いま、第４図の時間目盛ｔ
こ示ず。■、パ）！３で、制御信号Ｐ　、及び１〉２の
周期′■゛が１　、／６０１１ｔ＞　（Ｘ本川波数ｆ　
ｃ　＝６０Ｔ（２）　、商用文Ｍｆ周波数が５０Ｈノ、
の場合、出力部１．−．ｐ−［１，Ｖ、　Ｗに得られ’
ｒｌ電圧のＷ４構成子！、　ｕ　、　　Ｐ　ｖ　、　　
ＩＥ　１＋７の周波数１、まｆ　（］　−１ｆ口■ン；
みとなる。

本発明！、、−＃　イーｒ：、−１１ｋ　ＬＴ、制御信
号Ｐ＋、Ｐｒの周波数ろ−ｆＣ（六−だしｆｃ−１／Ｔ
）、変成器１１１の１次側ζ１Ｘ皿印加される交流入力
の周波数をｒ（］出出御−ｉ１了［Ｊ、　　Ｖ’、　Ｗ
に現れる交、希出力の周波数イ：ｆｄ、、！、：寸れば
、 ｆ　ｄ　−ｆイ）−ｆ　Ｃ の関係が成立する。

従って、制御信号の周波数を変化させることにより出力
の周波数ｆｄを任意かつ連続的に変えることができ、三
相交流電動機の回転速度を、必要なトルクを維持しなが
ら任意かつ連続的に制御することができる。また、制御
信号ＰＩ、Ｐ２のパルス幅Ｔαを変えれば周波数ｆｄで
出力される交流の電圧を実効的に変化させることができ
、電圧を変えることによっても電動機の回転速度を制御
することができる。

また、誘導電動機のｌ・ルクと回転数の関係は第５図の
ような特性を示し、回転数は、電源の電圧と周波数およ
び負荷の大きさに依存する。即ち、図において横軸は回
転数、縦軸はトルクであって、電圧と周波数を一定に保
てば、例えば曲線ａで示すようなトルク曲線が得られる
。回転数が周期回転数Ｎｏに等しいとき、つまり、電動
機が「滑り」なしで回転しているときはｌ・ルク零で、
一般に滑り１０〜２０％で最大トルクを示す。また、回
転数がＮＯを超えたときは負のトルク、即ち［制動力」
が発生する。普通、定常状態にある誘導電動機は、滑り
約５％の時のトルクが被駆動体の反抗力に釣り合って回
転している。電源周波数を減じて同期回転数をＮｏ　’
　　（＜Ｎｏ）にすれば曲線ａは曲線すに移動し、また
、同期回転数をＮＯに保って電圧を上げれば、トルク曲
線は曲線Ｃに移る。

ところで、第１図に示すような本発明実施例の構成にお
いて、移動体４が所定の停止位置より充分離れている間
は、誘導電動機３には定格またはほぼ定格の周波数と電
圧の三相交流が供給されているが、所定位置に近づくに
つれて、サイクロコンバータの出力周波数は低下し、従
って誘導電動機の同期回転数と実際の回転数も共に低下
し、移動体４はその移動速度を下げながらついには所定
位置に達する。なお、以下の説明の便宜に、移動体４の
これまでの移動方向を「正−１、その反対方向を「負」
の方向とする。ここで、移動体４が停止状態にあるとき
にも移動体４に変位を与えようとする外力が作用してい
る一般の場合を考え、しかも、その力の方向が上に定義
した負の方向であるとすれば、移動体４の所定位置にお
りる停止は、誘導電動機４の零回転トルクと外力の釣り
合いによる。即ち、この時のサイクロコンバータ２の出
力周波数Ｎｓは初期の値Ｎｏにくらべて非常に小さくな
っており第５図の曲線ａで示されたトルク曲線は、第６
図の曲線ｄの位置にまで移動しており、回転数零におけ
る誘導電動機のトルクτＳと外力が釣り合っているわけ
である。このようにして移動体４が所定位置に停止して
後、若し何等かの原因でさらに負の方向の外力が加われ
ば、それによる移動体の微少変位を位置検出器５が検出
し、その信号によりサイクロコンバータの出力周波数な
いしは出力電圧が上昇し、誘導電動機３はトルクτＳよ
り大きいｌ・ルクを発生して移動体４を元の位置に戻す
。移動体４が再び所定位置に復帰した場合の誘導電動機
の１〜シルク線は曲線ｅまたばｆで表わされ、τＳ′　
（くτＳ）がこの時の夕（力に釣り合うことになる。曲
線Ｃはサイクロコンバータ２の出力電圧が増加した場合
の１−ルク曲線、曲線ｆは、出力周波数が増加した場合
のトルク曲線である。次に、移動体４に、正のりＩ力が
作用した場合には、それによる移動体の微少変位を位置
検出器５が捕えその出力信号によってサイクロコンバー
タ２の出力周波数が１負」に、即ち出力される三相交流
の極性が反転し、誘導電動機には逆回転のトルクτＳが
生し、移動体４を再び所定位置に保持する。この時の誘
導電動機のＩ・ルク曲線ば曲線ｇで示される。ただし、
この場合にも同しトルクτＳ′を発生させるためにはト
ルク曲線は曲線りであってもよく、曲線りによる場合は
、曲線ｇの場合よりサイクロコンバータの出力周波数の
「絶対値−」は低いが電圧は高い。以１−１において誘
導電動機３の零回転トルクの制御は、サイクロコンバー
タ２の出力周波数と電圧のいづれを変えることによって
も、また、周波数と電圧の双方を変えることによっても
実現されるが、いづれの方法によるかは実際に使用する
誘導電動機の特性や、移動体の負荷特性に応じて適宜選
択することができ、その選択に従って、制御部６に内臓
されているマイクロコンビ１−夕のプログラムを作成ず
ればよい。

以」二の説明からも明らかなように、本発明により移動
体の停止後にそれに変位を与えようとする外力に変化が
生じても、直ちにその変化に対抗して移動体を定位置に
戻してそこに保持することのできる停止位置決め制御装
置が得られる。

なお、本発明は、上記三相交流電源１とサイクロコンバ
ータ２を、それぞれ直流電源とインバータに置きかえて
実施することも、また、パルス発生器による位置検器５
を、イメージセンサ、リニアーエンコーダ、ボテンシオ
メーク等を用いて実施することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すプロ、り図、第２図
は、第１図に示したサイクロコンバータ２と制御部６の
構成例を示す図である。第３図は上記制御部６より出力
される制御信号の波形図を示す。第４図はサイクロコン
バータ２の作用説明図である。第５図は誘導電動機のト
ルク特性図、第６図は本発明実施例における誘導電動機
の零回転トルクの変化を示す、移動体停止作用説明図で
ある。 １−−−三相交流電源 ２−サイクロコンバータ ３−誘導電動機 ４−移動体　　　　　５−位置検出器 ６−制御部　　　１１−人力インターフェース１２−ｐ
ｏＭ　　　１３−ＲＡＭ １４−デジタル設定器 １５−出力インターフェース １７．１８−−−増幅回路 １９．２０−−−パワートランジスタ ２１−三相トランス（変成器） ２２．２３−三相全波整流回路 特許出願人　　株式会社エム・システム技研化　理　人
　弁理士　　西　　　１）　　新−区 ４３ 第４図 −４３２−一−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所望の周波数と電圧を出力する周波数変換部と、この周
   波数変換部の出力で駆動される多相誘導電動機と、この
   多相誘導電動機で駆動されて変位する移動体の、定位置
   からの変位量を検出する変位量検出手段と、−Ｆ記多相
   誘導電動機の回転方向を反転させるための回転方向切換
   手段と、上記変位量検出手段の出力信号に基づいて上記
   周波数変換部の出力周波数と上記回転方向切換手段の設
   定位置を制御する制御部とを有し、上記変位量検出手段
   の検出する変位量の絶対値が所定の値より大きい間は変
   位量の絶対値の減少と共に上記周波数変換部の出力周波
   数を減じて一ヒ記誘導電動機の回転数を減少させ、変位
   量の絶対値が上記所定の値以下で、かつ、変位量の符号
   が反転する毎に上記多相誘導電動機の回転方向を反転さ
   せることにより」−記移動体を所定の位置を中心とした
   所定の幅内に保つことを特徴とする、誘導電動機による
   停止位置決め制御装置。