(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと前記モータの動作を制限する機械式ブレーキとを制御する制御装置であって、
前記モータを駆動するモータ駆動部と、
前記機械式ブレーキを作動させるブレーキ駆動部と、
前記モータ駆動部により前記モータが駆動される際の電流を検出する検出部と、
前記検出された電流からトルク分電流を抽出する抽出部と、
前記抽出されたトルク分電流の時間的な変化に応じて、前記機械式ブレーキの作動要求を前記ブレーキ駆動部に対して行ってから前記機械式ブレーキが実際に作動するまでの作動遅れ時間を推定して設定する設定部と、
前記設定された作動遅れ時間に応じて、前記ブレーキ駆動部による前記機械式ブレーキの作動を制御するとともに、前記モータ駆動部による前記モータの動作速度を制御する制御部と、
を備え、
前記設定部は、第１のタイミングから第２のタイミングにかけてトルク分電流の時間的な変化率の符号が正から負に変わったことに応じて、前記第１のタイミングから前記第２のタイミングまでの時間を前記作動遅れ時間として推定する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記設定部は、トルク分電流の時間的な変化量を一定の周期でサンプリングし、前記機械式ブレーキの開放要求を行ったタイミングから、変化量が直前の周期の変化量より大きくなる周期に対応したタイミングまでの時間を、前記機械式ブレーキの開放遅れ時間として推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記設定部は、トルク分電流の時間的な変化量を一定の周期でサンプリングし、前記機械式ブレーキの閉鎖要求を行ったタイミングから、変化量が直前の周期の変化量より小さくなる周期に対応したタイミングまでの時間を、前記機械式ブレーキの閉鎖遅れ時間として推定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械式ブレーキを備えるモータ駆動システムにおいて、ブレーキの開閉タイミングの調整に時間がかかる。通常、インバータ装置を使用する場合、出力周波数や出力電流を検出して、ブレーキ開放信号の出力をする。
【０００３】
しかし、実際にはブレーキ開放信号を出力してから、ブレーキの実動作までにタイムラグがあり、それにより例えば、ブレーキ開放信号の出力と同時に出力周波数を上昇させると、モータに過大な電流が流れインバータがアラーム停止することがある。そのようなアラーム停止を避けるため、ブレーキ開放信号の出力からブレーキが実際に開放されるまでの遅れ時間をパラメータとして設定して、ブレーキの動作を制御する必要がある。その遅れ時間を適切な値に設定するには、ブレーキの実動作を繰り返し行い、遅れ時間のパラメーラを実験的に取得して、取得したパラメータを手動で設定することが行われている。
【０００４】
それに対して、特許文献１には、インバータ装置において、ベクトル制御部がインバータ回路を介して２相の電流を検出してその２相の電流からベクトル制御演算を行ってモータの回転角周波数及びトルク電流などを求め、その回転角周波数及びトルク電流を用いて自動設定機能部がブレーキ制御データ（ブレーキ開遅れ時間及びブレーキ閉遅れ時間）を自動的に設定することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、ブレーキ開閉制御を行うためのユーザによる煩わしい調整作業を不要にすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、モータの回転角周波数及びトルク電流という複数の変数情報を用いて、ブレーキ開閉制御を行うためのブレーキ制御データを取得しているので、ブレーキ制御データを取得するための処理が複雑である。また、モータの回転角周波数及びトルク電流を用いるために、ベクトル制御部によるベクトル制御演算を行うことが必須となっており、この点からも、ブレーキ制御データを取得するための処理が複雑である。このように、ブレーキ制御データを取得するための処理が複雑であると、そのような処理を行うためのモータ駆動システム（制御装置）の構成も全体として複雑になる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で機械式ブレーキの作動遅れ時間を自動的に設定できる制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる制御装置は、モータと前記モータの動作を制限する機械式ブレーキとを制御する制御装置であって、前記モータを駆動するモータ駆動部と、前記機械式ブレーキを作動させるブレーキ駆動部と、前記モータ駆動部により前記モータが駆動される際の電流を検出する検出部と、前記検出された電流からトルク分電流を抽出する抽出部と、前記抽出されたトルク分電流の時間的な変化に応じて、前記機械式ブレーキの作動要求を前記ブレーキ駆動部に対して行ってから前記機械式ブレーキが実際に作動するまでの作動遅れ時間を推定して設定する設定部と、前記設定された作動遅れ時間に応じて、前記ブレーキ駆動部による前記機械式ブレーキの作動を制御するとともに、前記モータ駆動部による前記モータの動作速度を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トルク分電流という１つの変数情報を用いて機械式ブレーキの作動遅れ時間を取得しているので、機械式ブレーキの作動遅れ時間を取得するための処理を全体として簡易にできる。これにより、簡易な構成で機械式ブレーキの作動遅れ時間を自動的に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態にかかる制御装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態におけるブレーキシーケンス動作の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態におけるブレーキ開放時のトルク分電流の挙動を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態におけるブレーキ開放遅れ時間を設定するまでのフローチャートを示す図である。
【図５】図５は、実施の形態におけるブレーキ閉鎖時のトルク分電流の挙動を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態におけるブレーキ閉鎖遅れ時間を設定するまでのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態．
実施の形態に係る制御装置１００について図１及び図２を用いて説明する。図１は、制御装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、速度制御運転によるブレーキシーケンスの動作タイミングを示す図である。
【００１３】
制御装置１００は、モータＭ及び機械式ブレーキＢＲを制御することにより、例えばモータＭの速度制御を行う（図２参照）。機械式ブレーキＢＲは、モータＭの動作を制限する。
【００１４】
具体的には、制御装置１００は、モータ駆動部１０、ブレーキ駆動部２０、検出部３０、抽出部４０、設定部５０、及び制御部６０を備える。
【００１５】
モータ駆動部１０は、制御部６０から制御信号を受け、その制御信号に従って、モータＭを駆動する。モータＭは、回転モータであってもよいし、リニアモータであってもよい。モータ駆動部１０は、例えば、直流電力を３相の交流電力に変換するインバータであってもよく、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力をモータＭに供給することによりモータＭを駆動する。
【００１６】
ブレーキ駆動部２０は、制御部６０から制御信号を受け、その制御信号に従って、機械式ブレーキＢＲを作動させる。機械式ブレーキＢＲは、モータＭの動作（例えば、回転又は直線移動）を制限する。具体的には、機械式ブレーキＢＲは、モータＭの動作速度を低下させたり、モータＭを停止させたりする。さらに具体的には、機械式ブレーキＢＲは、例えば、モータＭの回転子に作用して、モータＭの回転速度を低下させたりモータＭの回転を停止させたりする。あるいは、機械式ブレーキＢＲは、例えば、モータＭの移動子と固定子との間に作用して、モータＭの移動速度を低下させたりモータＭの移動を停止させたりする。
【００１７】
検出部３０は、モータ駆動部１０によりモータＭが駆動される際の電流を検出する。検出部３０は、例えば、モータ駆動部１０とモータＭとの間に配された電流検出器（抵抗素子、インダクタンス素子など）であり、例えば、モータ駆動部１０によりモータＭへ供給される３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流を検出する。検出部３０は、検出された電流を示す信号を抽出部４０へ供給する。
【００１８】
抽出部４０は、検出された電流を示す信号を検出部３０から受ける。これに応じて、抽出部４０は、検出された電流からトルク分電流を抽出する。抽出部４０は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流を２相の電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）に変換し、ｑ軸電流Ｉｑをトルク分電流として抽出する。抽出部４０は、抽出されたトルク分電流Ｉｑを設定部５０へ供給する。
【００１９】
設定部５０は、抽出されたトルク分電流Ｉｑを抽出部４０から受ける。設定部５０は、抽出されたトルク分電流Ｉｑの時間的な変化に応じて、機械式ブレーキＢＲの作動要求をブレーキ駆動部２０に対して行ってから機械式ブレーキＢＲが実際に作動するまでの作動遅れ時間を推定して制御部６０に設定する。作動遅れ時間は、例えば、ブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎ及びブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅを含む。ブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎは、機械式ブレーキＢＲの開放要求をブレーキ駆動部２０に対して行ってから機械式ブレーキＢＲが実際に開放されるまでの時間である（図２、図３参照）。ブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅは、機械式ブレーキＢＲの閉鎖要求をブレーキ駆動部２０に対して行ってから機械式ブレーキＢＲが実際に閉鎖されるまでの時間である（図２、図５参照）。
【００２０】
制御部６０は、設定された作動遅れ時間に応じて、ブレーキ駆動部２０による機械式ブレーキＢＲの作動を制御するとともに、モータ駆動部１０によるモータＭの動作速度を制御する。なお、制御部６０によるモータＭの動作速度の制御方式は、Ｖ／Ｆ制御、アドバンスト磁束ベクトル制御、ベクトル制御などが可能である。
【００２１】
具体的には、制御部６０は、モータＭの動作速度を増加させ始めるべきタイミングＴ２に対してブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎ前のタイミングＴ１を特定し、そのタイミングＴ１に機械式ブレーキＢＲの開放要求をブレーキ駆動部２０に対して行う。すなわち、制御部６０は、タイミングＴ１にブレーキ開放要求信号をＯＦＦレベルからＯＮレベルにし、そのブレーキ開放要求信号をブレーキ駆動部２０へ供給する（図２参照）。これにより、ブレーキ駆動部２０は、タイミングＴ２に機械式ブレーキＢＲを開放させる。
【００２２】
また、制御部６０は、モータＭを停止させ始めるべきタイミングＴ４に対してブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅ前のタイミングＴ３を特定し、そのタイミングＴ３に機械式ブレーキＢＲの閉鎖要求をブレーキ駆動部２０に対して行う。すなわち、制御部６０は、タイミングＴ３にブレーキ開放要求信号をＯＮレベルからＯＦＦレベルにし、そのブレーキ開放要求信号をブレーキ駆動部２０へ供給する（図２参照）。これにより、ブレーキ駆動部２０は、タイミングＴ４に機械式ブレーキＢＲを閉鎖させる。
【００２３】
次に、設定部５０によるブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎの設定動作（定数チューニング）について図３及び図４を用いて説明する。
【００２４】
タイミングＴ０では、インバータ装置による運転を開始するために、起動信号をＯＮする（ステップＳ１）。起動後、起動処理時間を計測するための第１のタイマ（図示せず）をスタートさせる（ステップＳ２）。そして、モータＭの磁束が立ち上がったのを判断するために、励磁電流が９０％以上になるまで（すなわち、ステップＳ３でＮのときに）ループする。励磁電流が９０％以上になった（ステップＳ３でＹになった）後、タイミングＴ１において、第１のタイマの計測値をＰｒ２８０に展開する（ステップＳ４）とともに、ブレーキ開放要求をＯＦＦレベルからＯＮレベルにして制御部６０経由でブレーキ駆動部２０へ出力する（ステップＳ５）。ここで、ブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎを計測するための第２のタイマ（図示せず）をスタートさせる（ステップＳ６）。
【００２５】
なお、図３に示すように、上記のステップＳ１〜Ｓ６の動作と並行して、一定のサンプリング周期Δｔごとにトルク分電流Ｉｑの変化量ΔＩｑ＝ａ〜ｆを監視している。このトルク分電流Ｉｑの変化量ΔＩｑが所定の閾値以下になるところまで（すなわち、ステップＳ７でＮのときに）ループする。このある一定の変化量は、例えば、１サンプリング時間を５ｍｓｅｃとした場合、インバータ定格電流の０．５％程度である。条件成立後、トルク分電流Ｉｑの変化量の前回値（ΔＩｑ前回値）と今回値（ΔＩｑ今回値）とを比較し、（ΔＩｑ前回値）＜（ΔＩｑ今回値）となったところでの（すなわち、ステップＳ７でＹとなったときの）第１のタイマの計測値をＰｒ２８１に展開して（ステップＳ８）、Ｐｒ２８１に展開された時間を制御部６０に記憶させる。例えば、図２に示す場合、トルク分電流の変化量ΔＩｑがｅからｆになった時点での時間（Ｔ２−Ｔ１）を制御部６０に記憶させる。
【００２６】
すなわち、設定部５０は、図３に示すように、タイミングＴ１からタイミングＴ２にかけてトルク分電流Ｉｑの時間的な変化率の符号が正から負に変わったことに応じて、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの時間をブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎとして推定して制御部６０に設定する。言い換えると、設定部５０は、図３に示すように、機械式ブレーキＢＲの開放要求を行ったタイミングＴ１から、変化量が直前の周期の変化量より大きくなる周期に対応したタイミングＴ２までの時間を、機械式ブレーキの開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎとして推定して制御部６０に設定する。
【００２７】
次に、設定部５０によるブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅの設定動作（定数チューニング）について図５及び図６を用いて説明する。
【００２８】
タイミングＴ５において、起動信号をＯＦＦし（ステップＳ１１）、ブレーキ動作周波数まで出力周波数が下がるまで（すなわち、ステップＳ１２でＮのときに）ループする。ブレーキ動作周波数まで出力周波数が下がった（ステップＳ１２でＹになった）後、タイミングＴ３において、ブレーキ開放要求をＯＮレベルからＯＦＦレベルにして制御部６０経由でブレーキ駆動部２０へ出力する（ステップＳ１３）。ここで、ブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅを計測するための第３のタイマをスタートさせる（ステップＳ１４）。
【００２９】
なお、図５に示すように、上記のステップＳ１１〜Ｓ１４の動作と並行して、一定のサンプリング周期Δｔごとにトルク分電流Ｉｑの変化量ΔＩｑ＝ｇ〜ｋを監視している。このトルク分電流Ｉｑの変化量ΔＩｑが所定の閾値以上になるところまで（すなわち、ステップＳ１５でＮのときに）ループし、条件成立後、トルク分電流Ｉｑの変化量の前回値（ΔＩｑ前回値）と今回値（ΔＩｑ今回値）とを比較し、（ΔＩｑ前回値）＞（ΔＩｑ今回値）となったところでの（すなわち、ステップＳ１５でＹとなったときの）第３のタイマの計測値をＰｒ２８３に展開して（ステップＳ１６）、Ｐｒ２８３に展開された時間を制御部６０に記憶させる。例えば、図３に示す場合、トルク分電流の変化量ΔＩｑがｇからｈになった時点での時間（Ｔ４−Ｔ３）を制御部６０に記憶させる。
【００３０】
すなわち、設定部５０は、図５に示すように、タイミングＴ３からタイミングＴ４にかけてトルク分電流Ｉｑの時間的な変化率の符号が正から負に変わったことに応じて、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの時間をブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅとして推定して制御部６０に設定する。言い換えると、設定部５０は、図５に示すように、機械式ブレーキＢＲの閉鎖要求を行ったタイミングＴ３から、変化量が直前の周期の変化量より小さくなる周期に対応したタイミングＴ４までの時間を、機械式ブレーキの閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅとして推定して制御部６０に設定する。
【００３１】
以上のように、実施の形態では、設定部５０が、抽出部４０により抽出されたトルク分電流の時間的な変化に応じて、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を推定して制御部６０に設定する。これにより、トルク分電流Ｉｑという１つの変数情報を用いて機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得しているので、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得するための処理が簡易になっている。また、必ずしもベクトル制御演算を行う必要がない、すなわちＶ／Ｆ制御などの簡易な速度制御方式でも適用できるので、この点からも、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得するための処理を簡易にできる。すなわち、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得するための処理を全体として簡易にできるので、簡易な構成で機械式ブレーキの作動遅れ時間を自動的に設定できる。
【００３２】
また、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得するための処理を全体として簡易にできるので、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を取得するための処理速度を向上できる。
【００３３】
また、実施の形態では、設定部５０が、タイミングＴ１からタイミングＴ２にかけてトルク分電流Ｉｑの時間的な変化率の符号が正から負に変わったことに応じて、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの時間をブレーキ開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎとして推定して制御部６０に設定する。あるいは、設定部５０は、タイミングＴ３からタイミングＴ４にかけてトルク分電流Ｉｑの時間的な変化率の符号が正から負に変わったことに応じて、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの時間をブレーキ閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅとして推定して制御部６０に設定する。このように、設定部５０は、モータの回転角周波数を用いずに、トルク分電流の時間的な変化に応じて、機械式ブレーキＢＲの作動遅れ時間を推定して制御部６０に設定することができる。
【００３４】
また、実施の形態では、設定部５０が、機械式ブレーキＢＲの開放要求を行ったタイミングＴ１から、変化量が直前の周期の変化量より大きくなる周期に対応したタイミングＴ２までの時間を、機械式ブレーキの開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎとして推定して制御部６０に設定する。このように、簡易な処理で機械式ブレーキの開放遅れ時間Ｔｏｐｅｎを自動的に設定できる。
【００３５】
また、実施の形態では、設定部５０が、機械式ブレーキＢＲの閉鎖要求を行ったタイミングＴ３から、変化量が直前の周期の変化量より小さくなる周期に対応したタイミングＴ４までの時間を、機械式ブレーキの閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅとして推定して制御部６０に設定する。このように、簡易な処理で機械式ブレーキの閉鎖遅れ時間Ｔｃｌｏｓｅを自動的に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる制御装置は、モータ及び機械式ブレーキの制御に適している。
【符号の説明】
【００３７】
１０  モータ駆動部
２０  ブレーキ駆動部
３０  検出部
４０  抽出部
５０  設定部
６０  制御部
１００  制御装置
【図１】
0005642015.tif 000002
【図２】
0005642015.tif 000003
【図３】
0005642015.tif 000004
【図４】
0005642015.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005642015.tif 000007