JP2018010969A - Solenoid drive circuit for brake of servomotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーボモータのブレーキ機構を駆動するソレノイドの駆動回路に関するものであり、限定するものではないが、射出成形機等に設けられているサーボモータのブレーキ機構のソレノイドに適用すると好適な、ソレノイドの駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a solenoid drive circuit for driving a brake mechanism of a servo motor, and is not limited, but is preferably applied to a solenoid of a brake mechanism of a servo motor provided in an injection molding machine or the like. The present invention relates to a solenoid drive circuit.
多くのサーボモータには、サーボモータを安全に停止させておくためのブレーキ機構が設けられている。例えば、電動射出成形機を構成している型締装置、射出装置等の各装置はサーボモータ等によって駆動されるようになっているが、これらのサーボモータにもブレーキ機構が設けられている。ブレーキ機構はソレノイドによって駆動され、ソレノイドにはスイッチを介して直流電源が接続されている。スイッチを例えばパルス幅変調方式すなわちPWMによって駆動すると、直流電圧がパルス状に供給されるようになっている。一般的にソレノイドを駆動する回路にはソレノイドと並列にフライ・ホイール・ダイオードが接続されているので、パルス状に直流電圧がソレノイドに供給されると、換言すると直流電圧が所定の周期でON/OFFされると、ONのときにソレノイドに蓄積された磁気エネルギーによってOFFのときに起電力が生じてフライ・ホイール・ダイオードを経由して電流が流れる。すなわち、ソレノイドには所定の電流が安定的に流れることになる。つまりブレーキ機構を駆動することができる。一般的にブレーキ機構は、フェールセーフの思想によって設計され、停電時に作動するようになっている。つまりソレノイドに電力が供給されていないときにブレーキが作動し、電力を供給するとブレーキが解除されるようになっている。 Many servo motors are provided with a brake mechanism for safely stopping the servo motor. For example, each device such as a mold clamping device and an injection device constituting the electric injection molding machine is driven by a servo motor or the like, and these servo motors are also provided with a brake mechanism. The brake mechanism is driven by a solenoid, and a DC power supply is connected to the solenoid via a switch. When the switch is driven by, for example, a pulse width modulation method, that is, PWM, a DC voltage is supplied in a pulse shape. In general, since a flywheel diode is connected in parallel with the solenoid in the circuit for driving the solenoid, when a DC voltage is supplied to the solenoid in a pulsed manner, in other words, the DC voltage is turned ON / OFF at a predetermined cycle. When it is turned off, an electromotive force is generated when it is turned off by the magnetic energy stored in the solenoid, and a current flows through the flywheel diode. That is, a predetermined current flows stably through the solenoid. That is, the brake mechanism can be driven. In general, the brake mechanism is designed based on the concept of fail-safe and is activated during a power failure. That is, the brake is activated when no power is supplied to the solenoid, and the brake is released when the power is supplied.
ところでソレノイドは経年劣化等によって断線することがある。ソレノイドの断線に気付かずに装置を駆動すると、ブレーキが解除されずにサーボモータが駆動されてブレーキの摩耗や焼損事故が発生してしまう。そこでソレノイドの断線を確実に検出する必要がある。ソレノイドに直列に変流器つまりCTからなる電流検出センサを設け、電流検出センサによってソレノイドに電流が流れているか否かを検出し、ソレノイドの断線を判定する方法が周知である。 By the way, the solenoid may be disconnected due to deterioration over time. If the device is driven without noticing the disconnection of the solenoid, the servomotor is driven without releasing the brake, and the brake is worn or burnt out. Therefore, it is necessary to reliably detect the disconnection of the solenoid. A method is known in which a current detection sensor including a current transformer, that is, a CT is provided in series with a solenoid, and whether or not a current is flowing through the solenoid is detected by the current detection sensor to determine whether the solenoid is disconnected.
特許文献1には、ソレノイドの断線を検出することができるソレノイド駆動回路50が記載されている。ソレノイド駆動回路50は、図3に示されているように、ソレノイド52、これに直流電圧を供給する直流電源51、ソレノイド52に並列に設けられているフライ・ホイール・ダイオード56、トランジスタからなるスイッチ58、等から構成されている。スイッチ58を高速でON/OFFすると、ONのときにコレクタCとエミッタEが導通し、ソレノイド52に直流電流が流れ、OFFのときにソレノイド52に貯蔵された磁気エネルギーによって起電力が生じてソレノイド52とフライ・ホイール・ダイオード56とで電流が流れる。つまりソレノイド52を駆動することができる。このようなソレノイド52には、並列に第1の抵抗60が接続されている。つまり第1の抵抗60が一方の端子52aと他方の端子52bに接続されている。またソレノイドの他の端子52bは、抵抗値が大きい第2の抵抗61を介して接地されている。スイッチ58を駆動していないときにソレノイド52と第1の抵抗60とから第2の抵抗61に電流が流れるが、抵抗値が大きいので電流は小さい。ところで、このとき端子62の電位は、直流電源51の直流電圧がこれらの抵抗によって分圧された値になる。つまり第1の抵抗60とソレノイド52の抵抗52dとからなる合成抵抗と、第2の抵抗61とにより直流電源51の直流電圧が分圧された電位となる。もしソレノイド52が断線すると、端子62の電位は、第1の抵抗60と第2の抵抗61とによって分圧された電位になる。ところで、第1の抵抗60とソレノイド52の抵抗52dとからなる合成抵抗は、第1の抵抗60より小さい。そうすると端子62の電位は、ソレノイド52が正常なときには高く、断線すると低くなるはずである。つまり、このソレノイド駆動回路50はスイッチ58を駆動していないときに端子62の電位を監視することによって、ソレノイド52の断線を検出できるようになっている。
従来のCTからなる電流検出センサによっても、あるいは特許文献1に記載のソレノイド駆動回路50によってもソレノイドの断線を検出することができ、それぞれ優れてはいる。しかしながら解決すべき課題も見受けられる。まず、従来の電流検出センサについては、直流電圧が一般的にソレノイドの駆動用に対して利用されている24Vであれば比較的電流も小さいので小型の汎用品を利用することができる。しかしながらソレノイドの駆動用に高い直流電圧を利用する場合には、流れる電流も必然的に大きくなるので、対応可能な電流検出センサを用意しなければならない。このような電流検出センサは大型になるので、装置全体が大きくなるという問題がある。つまりソレノイドの駆動用の電源の電圧が大きい場合に問題がある。一方、特許文献1に記載のソレノイド駆動回路50は、直流電源51の直流電圧が一定であることが、ソレノイド52の断線を検出できる条件になっている。直流電圧が一定でないと、電位を監視してソレノイド52の断線を検出している端子62の電位が安定しないからである。そうすると電圧が安定している直流電源51を格別に用意しなければならない。ソレノイド52を駆動するだけであれば、例えば電源として交流電源を利用し、これをダイオードによって半波整流したものを供給しても問題ないはずである。このように構成すると電源はシンプルになりソレノイド駆動回路50を安価に提供できる。しかしながら特許文献1に記載のソレノイド駆動回路50は、このような半波整流により整流した電圧は利用できない。電圧が一定でないからである。電圧が一定でないので端子62で電圧の変化を正確に判定できず、ソレノイド52の断線の検出が確実にできる保証がない。
The disconnection of the solenoid can be detected either by a current detection sensor made of a conventional CT or by the
本発明は、上記したような問題点を解決した、サーボモータのブレーキ用ソレノイドの駆動回路を提供することを目的としており、具体的にはソレノイドの駆動用の電圧が大きくても、あるいは電圧が一定でなく変化するようになっていても、格別に大型の電気部品を使用したり高価な電気部品を使用することなく、確実にソレノイドの断線を検出することができるサーボモータのブレーキ用ソレノイドの駆動回路を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a drive circuit for a solenoid for brake of a servo motor that solves the above-described problems. Specifically, even if the voltage for driving the solenoid is large or the voltage is Servo motor brake solenoids can reliably detect disconnection of solenoids without the use of exceptionally large electrical components or expensive electrical components even if they are not constant and change. An object is to provide a drive circuit.
本発明は、上記目的を達成するために、サーボモータのブレーキ機構を駆動するソレノイドと、該ソレノイドに対して一方向に電流を供給する電源と、電源とソレノイドの間に介装されているスイッチと、電源によって供給される電流と逆向きになるようにソレノイドと並列に設けられているフライ・ホイール・ダイオードと、からなるソレノイド駆動回路として構成される。そしてソレノイドと電源の間には、ソレノイドとフライ・ホイール・ダイオードとからなる閉回路の外側において第1の抵抗を設ける。また、直列に接続された第2の抵抗とフォトカプラを、第1の抵抗に並列に接続する。 To achieve the above object, the present invention provides a solenoid that drives a brake mechanism of a servo motor, a power source that supplies current to the solenoid in one direction, and a switch that is interposed between the power source and the solenoid. And a flywheel diode provided in parallel with the solenoid so as to be opposite to the current supplied by the power source. A first resistor is provided between the solenoid and the power source outside the closed circuit composed of the solenoid and the flywheel diode. Further, the second resistor and the photocoupler connected in series are connected in parallel to the first resistor.
かくして、請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するために、サーボモータのブレーキ機構を駆動するソレノイドと、該ソレノイドに対して一方向に電流を供給する電源と、前記電源と前記ソレノイドの間に介装されているスイッチと、前記電源によって供給される電流と逆向きになるように前記ソレノイドと並列に設けられているフライ・ホイール・ダイオードと、からなるソレノイド駆動回路において、前記ソレノイドと前記電源の間には、前記ソレノイドと前記フライ・ホイール・ダイオードとからなる閉回路の外側において第1の抵抗が設けられ、直列に接続された第2の抵抗とフォトカプラが、前記第1の抵抗に並列に接続されていることを特徴とする、サーボモータのブレーキ用のソレノイド駆動回路として構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のソレノイド駆動回路において、前記電源は交流電源と整流用ダイオードとからなり半波整流により整流された直流電流が供給されるようになっていることを特徴とする、サーボモータのブレーキ用のソレノイド駆動回路として構成される。
Thus, in order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the solenoid drive circuit according to the first aspect, the power source includes an AC power source and a rectifying diode, and is supplied with a DC current rectified by half-wave rectification. It is configured as a solenoid drive circuit for a servo motor brake.
以上のように、本願発明によると、サーボモータのブレーキ機構を駆動するソレノイドと、該ソレノイドに対して一方向に電流を供給する電源と、電源とソレノイドの間に介装されているスイッチと、電源によって供給される電流と逆向きになるようにソレノイドと並列に設けられているフライ・ホイール・ダイオードと、からなるソレノイド駆動回路を対象としている。この駆動回路は、PWM等によってスイッチを高速でON/OFFすると、ONのときにソレノイドに電流が流れ、OFFのときにソレノイドに蓄積された磁気エネルギーによってソレノイドとフライ・ホイール・ダイオードの閉回路を電流が流れ、これが繰り返されてソレノイドが駆動されるようになっている。つまり一般的なソレノイド駆動回路であると言える。そして本発明によると、ソレノイドと電源の間には、ソレノイドとフライ・ホイール・ダイオードとからなる閉回路の外側において第1の抵抗が設けられ、直列に接続された第2の抵抗とフォトカプラが、第1の抵抗に並列に接続されている。このように構成されているので、ソレノイドが断線していなければ、スイッチをONしているときにソレノイドを電流が流れ、この電流は、第1の抵抗と、第2の抵抗とフォトカプラと、に分配されて流れる。そうするとフォトカプラが作動してソレノイドが正常であることを判定できる。一方ソレノイドが断線していたらソレノイドに電流が流れないのでフォトカプラにも電流は流れず、フォトカプラは作動しない。これによってソレノイドの断線を検出できることになる。そして本発明によると、ソレノイドが正常であるか断線しているかの判定は、単にフォトカプラが作動するかどうかをチェックすればよい。電源から供給される電流の電圧は、一定である必要はなく、またその大きさも問わない。つまりどのような電源であっても、ソレノイドの断線を検出することができることになる。なお、電源の電圧が大きいときにはソレノイドに流れる電流が大きくなりフォトカプラに影響することも考えられるが、第2の抵抗を第1の抵抗より抵抗値が十分に大きくなるように選定すれば、フォトカプラを確実に保護できることになる。他の発明によると、電源は交流電源と整流用ダイオードとからなり半波整流により整流された直流電流が供給されるようになっている。そうするとソレノイドを駆動するために格別に独立した電源を用意する必要はなく、交流電源を利用できることになるし、電気素子も整流用ダイオードだけであり安価に実施できる。 As described above, according to the present invention, the solenoid that drives the brake mechanism of the servo motor, the power source that supplies current to the solenoid in one direction, the switch interposed between the power source and the solenoid, It is intended for a solenoid drive circuit comprising a flywheel diode provided in parallel with the solenoid so as to be opposite to the current supplied by the power supply. In this drive circuit, when the switch is turned ON / OFF at high speed by PWM or the like, a current flows through the solenoid when it is ON, and the closed circuit of the solenoid and the flywheel diode is closed by the magnetic energy accumulated in the solenoid when it is OFF. A current flows, and this is repeated to drive the solenoid. That is, it can be said that it is a general solenoid drive circuit. According to the present invention, the first resistor is provided between the solenoid and the power source outside the closed circuit including the solenoid and the flywheel diode, and the second resistor and the photocoupler connected in series are provided. , Connected in parallel to the first resistor. Since it is configured in this manner, if the solenoid is not disconnected, a current flows through the solenoid when the switch is turned on, and this current includes a first resistor, a second resistor, a photocoupler, It is distributed and flows. Then, it can be determined that the photocoupler is activated and the solenoid is normal. On the other hand, if the solenoid is disconnected, no current flows through the solenoid, so no current flows through the photocoupler and the photocoupler does not operate. As a result, the disconnection of the solenoid can be detected. According to the present invention, whether the solenoid is normal or disconnected may be determined by simply checking whether the photocoupler operates. The voltage of the current supplied from the power source does not need to be constant, and the magnitude is not limited. In other words, any power source can detect the disconnection of the solenoid. Note that when the voltage of the power supply is large, the current flowing through the solenoid may increase and affect the photocoupler. However, if the second resistor is selected so that the resistance value is sufficiently larger than the first resistor, the photo The coupler can be reliably protected. According to another invention, the power source includes an AC power source and a rectifying diode, and a DC current rectified by half-wave rectification is supplied. Then, it is not necessary to prepare a particularly independent power source for driving the solenoid, an AC power source can be used, and the electric element is only a rectifying diode, which can be implemented at low cost.
以下、本実施の形態について説明する。本実施の形態に係るソレノイド駆動回路1は、電動射出成形機のサーボモータのブレーキ機構に設けられている。ブレーキ機構はソレノイド2によって駆動されるようになっており、このソレノイド2を駆動するための回路となっている。ソレノイド駆動回路1は、図1に示されているように、インダクタンス要素11と抵抗要素12とを備えたソレノイド2、このソレノイド2に電流を供給する交流電源4、交流を整流する整流用ダイオード5、トランジスタ等のスイッチ6、等から概略構成されている。交流電源4からは交流電流が供給されるが、スイッチ6がON状態のとき交流電流は整流用ダイオード5によっていわゆる半波整流されるので、ソレノイド2の一方の端子2aには他方の端子2bよりも高い正の電圧が印加されることになる。これによってソレノイド2を流れる電流は、一方の端子2aから他方の端子2bの一方向になる。本実施の形態においては交流電源4からは220Vの交流電圧が供給されて半波整流されるので、スイッチ6がONしているとき、ソレノイド2には最大で約310Vの、平均で約100Vの直流電圧が印加されることになる。このようなソレノイド2には、ソレノイド2と並列にフライ・ホイール・ダイオード8が接続されている。フライ・ホイール・ダイオード8は、ソレノイド2の他方の端子2bから一方の端子2aに向かって電流が流れるように設けられている。ソレノイド2とフライ・ホイール・ダイオー8とからなる閉回路には、閉回路を流れる電流が過大にならないように制限すると共に電流を減衰させるための保護用抵抗10が設けられている。
Hereinafter, this embodiment will be described. The
本実施の形態に係るソレノイド駆動回路1は、ソレノイド2の断線を検出するための回路が設けられている点に特徴がある。すなわち、第1の抵抗15と、第2の抵抗16と、フォトカプラ18と、保護用ダイオード19とからなる回路である。第1の抵抗15は、交流電源4とソレノイド2の間に介装されている。ただし、介装されている位置は、ソレノイド2とフライ・ホイール・ダイオー8とからなる閉回路の外側になっている。つまり第1の抵抗15の位置は、スイッチ6がONでソレノイド2に電流が流れるときに電流が流れる位置であって、ソレノイド2とフライ・ホイール・ダイオー8とからなる閉回路において電流が流れているときには、電流が流れない位置になっている。このように設けられている第1の抵抗15には、並列に第2の抵抗16とフォトカプラ18が接続されている。詳しくは、これらの第2の抵抗16とフォトカプラ18は直列に接続された状態で第1の抵抗15に並列に接続されている。フォトカプラ18は、発光ダイオードとフォトトランジスタとから構成されているが、発光ダイオードは整流用ダイオード5によって半波整流された電流が流れる方向と同じ向きに設けられている。フォトカプラ18は、発光ダイオードに電流が流れるとフォトトランジスタの端子18a、18b間が導通する。端子18a、18bは、ソレノイド駆動回路1と絶縁されているので、ソレノイド駆動回路1において異常な電圧が発生しても影響を及ぼすことがない。従って、これらの端子18a、18bは制御基板等に接続してもよいし、あるいはこれらの端子18a、18b間にLEDと電源とを接続しておけば、LEDの発光の有無からフォトカプラ18に電流が導通したか否かを判断することができる。保護用ダイオード19はこの回路における必須の電気素子ではないが、フォトカプラ18を保護するためのものでありフォトカプラ18と並列に設けられている。なお、保護用ダイオード19の向きはフォトカプラ18の発光ダイオードと逆向きになっている。
The
本実施の形態に係るソレノイド駆動回路1において、第1の抵抗15と第2の抵抗16は、フォトカプラ18が過大な電流によって破壊されないように、その抵抗値が選定されている。つまりフォトカプラ18を流れる電流が比較的小さい範囲になるように抵抗値が選定されている。第1の抵抗15と第2の抵抗16のそれぞれに流れる電流は、ソレノイド2を流れる電流をそれぞれの抵抗値を逆にした比、つまり逆比で分配した大きさになる。従って、第2の抵抗16は第1の抵抗15より抵抗値が十分に大きくなるように選定され、電流の大部分が第1の手項15を流れるようにしてフォトカプラ18を流れる電流が小さくなるようになっている。また、第1の抵抗15は、ソレノイド2の抵抗要素12や保護用抵抗10に比して十分に小さい抵抗値になるように選定されており、ソレノイド駆動回路1において第1の抵抗15において消費される電力が小さくなるように考慮されている。
In the
本実施の形態に係るソレノイド駆動回路1の作用を説明する。サーボモータのブレーキ機構を駆動してロックしたいとき、ソレノイド2を停止する。すなわち、ソレノイド駆動回路1において、スイッチ6を図2の(ア)に示されているようにOFFする。スイッチ6がOFFになっているとソレノイド駆動回路1に電流は流れないので、フォトカプラ18にも電流は流れない。サーボモータのブレーキ機構のロックを解除するときは、スイッチ6をPWM等により高速でON/OFFする。高速でON/OFFすると次のようになる。まずスイッチ6がONのとき、図2の(イ)に示されているように、交流電源4からの交流電流が整流用ダイオード5によって半波整流により直流電流に整流され、矢印Y1で示されているようにソレノイド2を流れる。この電流は矢印Y2、Y3で示されているように、第1の抵抗15と第2の抵抗16のそれぞれを流れる電流に分岐し、その後合流して交流電源4に戻る。矢印Y3のように流れる電流によってフォトカプラ18が作動し、端子18a、18b間が導通する。端子18a、18b間に所定の電圧が印加されているとき、矢印Y4のように電流が流れる。この電流を検出して、ソレノイド2に正常に電流が流れていると判定する。スイッチ6がONの直後にOFFされると、ONのときに溜められていた磁気エネルギーによってソレノイド2に起電力が生じて、図2の(ウ)において矢印Y5で示されているように、ソレノイド2とフライ・ホイール・ダイオード8と保護用抵抗10とからなる閉回路に電流が流れる。このとき、第1、2の抵抗15、16、そしてフォトカプラ18には電流が流れない。スイッチ6を高速でON/OFFを繰り返すと、図2の(イ)(ウ)の状態が繰り返されることになり、ソレノイド2を連続的に駆動することができる。ソレノイド2が正常であることを判定するのは、スイッチ6がONのときである。
The operation of the
ソレノイド2が断線しているとき、スイッチ6をONしても、図2の(エ)に示されているようにソレノイド駆動回路1には電流は流れない。フォトカプラ18にも電流が流れないので、端子18a、18b間は導通しない。スイッチ6がONにもかかわらず端子18a、18b間が導通しないことを検出したらソレノイド2が断線していると判定する。なお、ソレノイド2が断線しているとき、ソレノイド2に磁気エネルギーは蓄積されないので、その後スイッチ6をOFFしてもソレノイド駆動回路1に電流は流れない。
Even if the switch 6 is turned on when the
本実施の形態に係るソレノイド駆動回路1は色々な変形が可能である。例えば、この実施の形態において電源は交流電源4からなり1個の整流用ダイオード5によって半波整流された直流電流が供給されるように説明したが、4個のダイオードをブリッジ接続して、交流電流を全波整流してもよい。さらには直流電源を設け、電圧が一定の直流電流を供給するようにしてもよい。
The
1 ソレノイドの駆動回路 2 ソレノイド
2a 一方の端子 2b 他方の端子
4 交流電源 5 整流用ダイオード
6 スイッチ 8 フライ・ホイール・ダイオード
15 第1の抵抗 16 第2の抵抗
18 フォトカプラ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ソレノイドと前記電源の間には、前記ソレノイドと前記フライ・ホイール・ダイオードとからなる閉回路の外側において第1の抵抗が設けられ、
直列に接続された第2の抵抗とフォトカプラが、前記第1の抵抗に並列に接続されていることを特徴とする、サーボモータのブレーキ用のソレノイド駆動回路。 A solenoid that drives a brake mechanism of a servo motor, a power source that supplies current to the solenoid in one direction, a switch that is interposed between the power source and the solenoid, and a current that is supplied by the power source. In a solenoid drive circuit comprising a flywheel diode provided in parallel with the solenoid so as to be reversed,
Between the solenoid and the power source, a first resistor is provided outside a closed circuit composed of the solenoid and the flywheel diode,
A solenoid driving circuit for brake of a servo motor, wherein a second resistor and a photocoupler connected in series are connected in parallel to the first resistor.
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Legal Events
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