JP6643033B2 - Railroad crossing machine - Google Patents

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Description

本発明は、踏切しゃ断機に関する。   The present invention relates to a level crossing circuit breaker.

従来の踏切しゃ断機100の制御ブロックの一例を図5に示す。なお、図5中に示す矢印は、しゃ断棹の昇降動作時の信号の流れを示している。例えば図5に示すように、従来の踏切しゃ断機100は、不図示のしゃ断棹を昇降動作させるモータ300と、しゃ断棹を所定の上昇位置(垂直状態)又は所定の下降位置(水平状態)で保持するためのブレーキ500と、モータ300の駆動(三相駆動電力)を制御するモータドライバ600と、しゃ断棹を上昇動作又は下降動作させるための制御入力を行うしゃ断機回路700とを含んで構成される。   FIG. 5 shows an example of a control block of the conventional level crossing circuit breaker 100. Note that the arrows shown in FIG. 5 indicate the flow of signals during the raising and lowering operation of the blocking rod. For example, as shown in FIG. 5, a conventional level crossing circuit breaker 100 includes a motor 300 that moves a breaking rod (not shown) up and down and a breaking rod at a predetermined rising position (vertical state) or a predetermined lowering position (horizontal state). A configuration including a brake 500 for holding, a motor driver 600 for controlling driving of the motor 300 (three-phase driving power), and a circuit breaker circuit 700 for performing a control input for raising or lowering the breaking rod. Is done.

モータ300には、例えばホール素子、ロータリーエンコーダ、レゾルバ等の回転検出用のセンサ400が付設されており、センサ400は、モータ300の出力軸(モータ出力軸)の回転を検出する。センサ400の検出信号はモータドライバ600の回転角検出部605に出力され、モータ300の駆動制御に用いられる。   The motor 300 is provided with a rotation detection sensor 400 such as a Hall element, a rotary encoder, and a resolver. The sensor 400 detects rotation of an output shaft (motor output shaft) of the motor 300. The detection signal of the sensor 400 is output to the rotation angle detection unit 605 of the motor driver 600, and is used for driving control of the motor 300.

ブレーキ500は、しゃ断棹の停止時にはしゃ断機回路700により通電状態(ON)とされ、モータ出力軸の回転を制動させる。一方、図5に示すように、しゃ断棹の昇降動作時には、ブレーキ500は断電状態(OFF)とされ、その制動を解除するように構成されている。   The brake 500 is energized (ON) by the circuit breaker circuit 700 when the breaking rod stops, and brakes the rotation of the motor output shaft. On the other hand, as shown in FIG. 5, the brake 500 is set to a cut-off state (OFF) and the brake is released during the lifting and lowering operation of the cut-off rod.

モータドライバ600は、モータ300を駆動するモータ駆動部601と、モータ駆動部601を制御するモータ制御部603と、センサ400から入力される検出信号に基づきモータ出力軸の回転角を検出する回転角検出部605とを備える。モータ制御部603は、しゃ断機回路700からの上昇指令又は下降指令を受けてモータ300をしゃ断棹の上昇方向又は下降方向に駆動させ、しゃ断棹を昇降動作させる。そしてその際に、回転角検出部605が随時検出しているモータ出力軸の回転角(回転数を含む)を用いてモータ駆動部601を制御し、上昇動作時であればしゃ断棹が所定の上昇基準位置に達したこと、下降動作時であればしゃ断棹が所定の下降基準位置に達したことを検知してモータ駆動部601によるモータ300の駆動を停止させる。   The motor driver 600 includes a motor driving unit 601 that drives the motor 300, a motor control unit 603 that controls the motor driving unit 601, and a rotation angle that detects a rotation angle of a motor output shaft based on a detection signal input from the sensor 400. A detection unit 605. The motor control unit 603 receives the ascending command or the descending command from the circuit breaker circuit 700, drives the motor 300 in the ascending or descending direction of the breaking rod, and moves the breaking rod up and down. At this time, the motor drive unit 601 is controlled using the rotation angle (including the number of rotations) of the motor output shaft which is detected by the rotation angle detection unit 605 as needed. When the motor 300 reaches the ascending reference position, or when the descent operation is being performed, it detects that the breaking rod has reached the predetermined descent reference position, and stops driving of the motor 300 by the motor driver 601.

特開2012−201270号公報JP 2012-201270 A

図5に例示したように、従来の踏切しゃ断機100では、モータの駆動制御のために回転検出用のセンサ400を設けてモータ出力軸の回転角(回転数を含む)を検出していた。   As illustrated in FIG. 5, in the conventional level crossing circuit breaker 100, a rotation detection sensor 400 is provided for driving control of the motor, and the rotation angle (including the number of rotations) of the motor output shaft is detected.

本発明は、回転角検出用センサといったモータの駆動制御のための回転検出用の専用装置を不要とし、モータ出力軸の回転角に相応する信号を何らかの方法で取得してモータの駆動制御を行う技術を実現することを目的として考案されたものである。   The present invention eliminates the need for a dedicated device for rotation detection for motor drive control, such as a rotation angle detection sensor, and obtains a signal corresponding to the rotation angle of the motor output shaft in some way to perform drive control of the motor. It was devised for the purpose of realizing technology.

上記課題を解決するための第1の発明は、
モータ出力軸を高速軸とし、しゃ断棹のしゃ断棹軸を低速軸とする複数軸で構成された減速機構部(例えば、図1のモータ出力軸331、しゃ断棹軸11、回転伝達機構20)と、
前記モータ出力軸を回転させて前記しゃ断棹を昇降動作させるブラシレスモータ(例えば、図1のブラシレスモータ30)と、
前記ブラシレスモータの駆動が停止されて前記しゃ断棹が所定の上昇位置または所定の下降位置に位置した際に作動して前記モータ出力軸或いは他の高速軸(以下包括して「制動用高速軸」という)の回転を制動させる非接触式の電磁ブレーキ(例えば、図1の電磁ブレーキ50)と、
前記ブラシレスモータの駆動を制御して前記しゃ断棹を昇降動作させるモータ駆動制御部であって、昇降動作中に前記制動用高速軸の回転によって前記電磁ブレーキに発生する励磁電圧の周期的変化を用いて、前記ブラシレスモータの駆動を制御するモータ駆動制御部(例えば、図1のモータドライバ60)と、
を備えた踏切しゃ断機である。
A first invention for solving the above problems is
A deceleration mechanism (for example, the motor output shaft 331, the cut-off rod shaft 11, and the rotation transmission mechanism 20 in FIG. 1) including a plurality of shafts having a motor output shaft as a high-speed shaft and a cut-off rod shaft as a low-speed shaft; ,
A brushless motor (e.g., the brushless motor 30 in FIG. 1) that rotates the motor output shaft to move the breaking rod up and down,
When the drive of the brushless motor is stopped and the cut-off rod is located at a predetermined raised position or a predetermined lowered position, the brushless motor is activated to operate the motor output shaft or another high-speed shaft (hereinafter collectively referred to as “braking high-speed shaft”). A non-contact type electromagnetic brake (for example, the electromagnetic brake 50 of FIG. 1) for braking the rotation of
A motor drive control unit that controls the drive of the brushless motor to move the breaking rod up and down, using a periodic change in an excitation voltage generated in the electromagnetic brake by rotation of the braking high-speed shaft during the up and down operation. A motor drive control unit (for example, the motor driver 60 in FIG. 1) for controlling the drive of the brushless motor;
It is a level crossing machine equipped with.

第1の発明によれば、しゃ断棹の昇降動作時は、ブラシレスモータが駆動されてモータ出力軸が回転する。一方、昇降動作の停止にあたっては非接触式の電磁ブレーキが作動され、モータ出力軸或いはモータ出力軸の回転をしゃ断棹軸に伝達する他の高速軸である制動用高速軸の回転が制動される。そして、このような構成の踏切しゃ断機において、昇降動作中は、制動用高速軸の回転によって電磁ブレーキに励磁電圧が発生し、その励磁電圧が周期的に変化する。そこで、電磁ブレーキの励磁電圧の信号を、モータ出力軸の回転に相応する信号として利用することで、ブラシレスモータの駆動を制御することができる。従来の踏切しゃ断機のような、モータ出力軸の回転検出用の装置は不要である。   According to the first aspect, at the time of the elevating operation of the cut-off rod, the brushless motor is driven and the motor output shaft rotates. On the other hand, when stopping the elevating operation, the non-contact type electromagnetic brake is operated, and the rotation of the motor output shaft or the high-speed shaft for braking, which is another high-speed shaft transmitting the rotation of the motor output shaft to the cut-off rod shaft, is braked. . In the level crossing circuit breaker having such a configuration, during the elevating operation, the excitation voltage is generated in the electromagnetic brake by the rotation of the braking high-speed shaft, and the excitation voltage changes periodically. Therefore, the drive of the brushless motor can be controlled by using the excitation voltage signal of the electromagnetic brake as a signal corresponding to the rotation of the motor output shaft. There is no need for a device for detecting the rotation of the motor output shaft, such as a conventional level crossing circuit breaker.

第2の発明は、
前記電磁ブレーキは、前記制動用高速軸とともに回転する複数極の永久磁石が備えられた回転子を、複数の電磁石用コイルが通電されることで非接触に制動する回転電気機械であり、
前記モータ駆動制御部は、前記ブラシレスモータの極・相・スロットの構成と前記電磁ブレーキの極・相・スロットの構成との関係を用いて、前記電磁ブレーキに発生する励磁電圧の周期的変化から前記ブラシレスモータの制御用回転角を検出して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する、
第1の発明の踏切しゃ断機である。
The second invention is
The electromagnetic brake is a rotating electric machine that non-contactly brakes a rotor provided with a plurality of permanent magnets that rotate with the high-speed shaft for braking, when a plurality of electromagnet coils are energized,
The motor drive control unit uses the relationship between the configuration of the poles, phases, and slots of the brushless motor and the configuration of the poles, phases, and slots of the electromagnetic brake to calculate a periodic change in the excitation voltage generated in the electromagnetic brake. Detecting the control rotation angle of the brushless motor and controlling the driving of the brushless motor,
1 is a crossing breaker according to the first invention.

第2の発明によれば、ブラシレスモータの極・相・スロットの構成と、電磁ブレーキの極・相・スロットの構成との関係を用いて、電磁ブレーキに発生する励磁電圧の周期的変化からブラシレスモータの制御用回転角を検出できる。   According to the second aspect of the present invention, the brushless motor is used to determine the brushless motor from the periodic change of the excitation voltage generated in the electromagnetic brake by using the relationship between the pole / phase / slot configuration of the brushless motor and the pole / phase / slot configuration of the electromagnetic brake. The control rotation angle of the motor can be detected.

第3の発明は、
前記モータ出力軸と前記制動用高速軸とは同軸であり、
前記ブラシレスモータは3相であり、
前記電磁ブレーキは2相である、
第1又は第2の発明の踏切しゃ断機である。
The third invention is
The motor output shaft and the braking high-speed shaft are coaxial,
The brushless motor has three phases,
The electromagnetic brake is two-phase,
It is a level crossing circuit breaker of the first or second invention.

第3の発明によれば、制動用高速軸をモータ出力軸とすることができ、ブラシレスモータを3相とし、電磁ブレーキを2相とすることができる。   According to the third aspect, the high-speed braking shaft can be used as the motor output shaft, the brushless motor can have three phases, and the electromagnetic brake can have two phases.

踏切しゃ断機の制御ブロック例を示す図。The figure which shows the control block example of a railroad crossing breaker. ブラシレスモータの構成例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a brushless motor. 電磁ブレーキの構成例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an electromagnetic brake. ブレーキ励磁波形変換部の信号処理過程を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a signal processing process of a brake excitation waveform conversion unit. 従来の踏切しゃ断機の制御ブロック例を示す図。The figure which shows the control block example of the conventional level crossing circuit breaker.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the embodiments described below, and the form to which the present invention can be applied is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals.

図1は、本実施形態の踏切しゃ断機1の制御ブロックの一例を示す図であり、(a)ではしゃ断棹10の昇降動作時の信号の流れを、(b)ではしゃ断棹10の停止時の信号の流れを矢印で示している。また、踏切しゃ断機1を構成するブラシレスモータ30の構成例を図2に示し、電磁ブレーキ50の構成例を図3に示す。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a control block of the level crossing circuit breaker 1 of the present embodiment. FIG. 1A illustrates a signal flow when the breaking rod 10 moves up and down, and FIG. 1B illustrates a signal flow when the breaking rod 10 is stopped. Are indicated by arrows. FIG. 2 shows an example of the configuration of the brushless motor 30 of the railroad crossing breaker 1, and FIG. 3 shows an example of the configuration of the electromagnetic brake 50.

本実施形態の踏切しゃ断機1は、モータ出力軸331を回転させてしゃ断棹10を昇降動作させる三相のブラシレスモータ30と、直流のブレーキ作動信号が入力されることで作動して、しゃ断棹10を所定の上昇位置(垂直状態)又は所定の下降位置(水平状態)で保持するための非接触式の電磁ブレーキ50と、ブラシレスモータ30の駆動を制御するモータ駆動制御部としてのモータドライバ60と、しゃ断棹10を上昇動作又は下降動作させるための制御入力を行うしゃ断機回路70とを備える。   The crossing breaker 1 according to the present embodiment is operated by inputting a three-phase brushless motor 30 that rotates the motor output shaft 331 to move the breaking rod 10 up and down, and a DC braking operation signal, and operates the breaking rod. A non-contact type electromagnetic brake 50 for holding the motor 10 at a predetermined raising position (vertical state) or a predetermined lowering position (horizontal state), and a motor driver 60 as a motor driving control unit for controlling driving of the brushless motor 30 And a circuit breaker circuit 70 for performing a control input for raising or lowering the breaking rod 10.

モータ出力軸331の回転は、回転伝達機構20を介してしゃ断棹10の支持軸(しゃ断棹軸)11に伝達される。具体的には、回転伝達機構20は、複数の歯車等を有する減速機構部を構成しており、少なくとも高速軸であるモータ出力軸331および低速軸であるしゃ断棹軸11を備える。そして、この減速機構部によってモータ出力軸331の回転速度が減じて伝達され、しゃ断棹軸11を回転させる。これにより、しゃ断棹10は、ブラシレスモータ30の回転方向に応じて下降又は上昇する。   The rotation of the motor output shaft 331 is transmitted to the support shaft (cutoff rod shaft) 11 of the cutoff rod 10 via the rotation transmission mechanism 20. Specifically, the rotation transmission mechanism 20 constitutes a reduction mechanism having a plurality of gears and the like, and includes at least a motor output shaft 331 that is a high-speed shaft and a cut-off rod shaft 11 that is a low-speed shaft. Then, the rotation speed of the motor output shaft 331 is reduced and transmitted by the speed reduction mechanism, and the cut-off rod shaft 11 is rotated. As a result, the cut-off rod 10 descends or rises according to the rotation direction of the brushless motor 30.

また、回転伝達機構20の減速機構部が有する高速軸の1つが、電磁ブレーキ50の制動対象の軸(制動用高速軸)とされている。電磁ブレーキ50により制動用高速軸が制動されると、伝達機構の回転伝達が制止されるため、ブラシレスモータ30によるモータ出力軸331の回転やしゃ断棹軸11の回転も制止されたロック状態となる。ここで、高速軸とは、しゃ断棹軸11の回転に対して高速に回転する軸をいう。また、本実施形態では、電磁ブレーキ50の制動用高速軸と、モータ出力軸331とを同軸とする。すなわち、制動用高速軸は、モータ出力軸331である。なお、制動用高速軸は高速軸であればよく、モータ出力軸331とは別の高速軸としてもよい。   In addition, one of the high-speed shafts included in the speed reduction mechanism of the rotation transmission mechanism 20 is an axis to be braked by the electromagnetic brake 50 (high-speed braking axis). When the electromagnetic high-speed shaft is braked by the electromagnetic brake 50, the rotation transmission of the transmission mechanism is stopped, so that the rotation of the motor output shaft 331 and the rotation of the cut-off rod shaft 11 by the brushless motor 30 are also locked, which is a locked state. . Here, the high-speed shaft refers to a shaft that rotates at a high speed with respect to the rotation of the cut-off rod shaft 11. In this embodiment, the high-speed braking shaft of the electromagnetic brake 50 and the motor output shaft 331 are coaxial. That is, the high-speed braking shaft is the motor output shaft 331. The braking high-speed shaft may be a high-speed shaft, and may be a high-speed shaft different from the motor output shaft 331.

ブラシレスモータ30は、例えばインナーロータ型の構造を有した三相駆動の電動機であり、その構造の例を概略的に図2に示す。回転子33は、回転軸であるモータ出力軸331の周方向にN極の永久磁石とS極の永久磁石とが交互に配置された4極の永久磁石333を備え、モータ出力軸331を軸中心として回転する。一方、固定子31には、120°毎の等角度間隔で3つのスロットが画成されており、各スロットに配置された三相(U相、V相、W相)のコイル311,313,315を備える。各相のコイル311,313,315は、中性点において相互に接続されている。   The brushless motor 30 is a three-phase drive motor having, for example, an inner rotor structure, and an example of the structure is schematically shown in FIG. The rotor 33 includes four-pole permanent magnets 333 in which N-pole permanent magnets and S-pole permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction of a motor output shaft 331 that is a rotating shaft. Rotate as center. On the other hand, three slots are defined in the stator 31 at equal angular intervals of 120 °, and three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) coils 311, 313, which are arranged in each slot. 315 is provided. The coils 311, 313 and 315 of each phase are mutually connected at a neutral point.

電磁ブレーキ50は、構造的にはブラシレスモータ30と同様の回転電気機械であり、その構造の例を概略的に図3に示す。電磁ブレーキ50において、回転子53は、モータ出力軸331と同軸となる回転軸531と一体に構成され、4極の永久磁石533が回転軸531とともに回転するように構成されている。一方、固定子51は、三相(U相、V相、W相)のスロットのうちの2相にコイル(電磁石用コイル)511,513を配置して備え、各コイル511,513を直列接続して構成される。   The electromagnetic brake 50 is a rotary electric machine similar in structure to the brushless motor 30, and an example of the structure is schematically shown in FIG. In the electromagnetic brake 50, the rotor 53 is integrally formed with a rotation shaft 531 coaxial with the motor output shaft 331, and a four-pole permanent magnet 533 is configured to rotate with the rotation shaft 531. On the other hand, the stator 51 is provided with coils (electromagnet coils) 511 and 513 disposed in two phases of three-phase (U-phase, V-phase and W-phase) slots, and the coils 511 and 513 are connected in series. It is composed.

この電磁ブレーキ50の作動時は、しゃ断機回路70からのブレーキ作動信号(DC)の入力によってコイル511,513が通電されることで固定子51と回転子53との間に制動力が生じ、モータ出力軸331の回転を非接触に制動する(図1(b))。一方で、電磁ブレーキ50の解除時(OFF)は、モータ出力軸331の回転に伴って回転子53が回転することから、電磁ブレーキ50に励磁電圧が発生する。すなわち、電磁ブレーキ50の励磁電圧の信号は、モータ出力軸331の回転に相応する信号と言える。但し、発生した励磁電圧そのものは振幅が大きい交流信号であるため、本実施形態では種々の信号処理を施した上で、ブラシレスモータ30の駆動制御に用いることとする。まず、発生した励磁電圧信号(AC)は、図1(a)に示すように、モータドライバ60を構成するブレーキ励磁波形変換部65の降圧回路部651に出力される。   When the electromagnetic brake 50 is operated, the coils 511 and 513 are energized by the input of the brake operation signal (DC) from the circuit breaker circuit 70, so that a braking force is generated between the stator 51 and the rotor 53, The rotation of the motor output shaft 331 is braked in a non-contact manner (FIG. 1B). On the other hand, when the electromagnetic brake 50 is released (OFF), the rotor 53 rotates with the rotation of the motor output shaft 331, so that an excitation voltage is generated in the electromagnetic brake 50. That is, the excitation voltage signal of the electromagnetic brake 50 can be said to be a signal corresponding to the rotation of the motor output shaft 331. However, since the generated excitation voltage itself is an AC signal having a large amplitude, in the present embodiment, the signal is subjected to various signal processing and then used for drive control of the brushless motor 30. First, the generated excitation voltage signal (AC) is output to the step-down circuit unit 651 of the brake excitation waveform conversion unit 65 included in the motor driver 60, as shown in FIG.

なお、ブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成は図2に例示した構成に限らない。また、電磁ブレーキ50についても同様に、図3に例示した極・相・スロットの構成に限定されない。ブラシレスモータ30および電磁ブレーキ50のいずれも、極数、相数、およびスロット数を適宜選択して構成してよい。   The configuration of the poles, phases, and slots of the brushless motor 30 is not limited to the configuration illustrated in FIG. Similarly, the electromagnetic brake 50 is not limited to the pole / phase / slot configuration illustrated in FIG. Both the brushless motor 30 and the electromagnetic brake 50 may be configured by appropriately selecting the number of poles, the number of phases, and the number of slots.

モータドライバ60は、ブラシレスモータ30を駆動するモータ駆動部61と、モータ駆動部61を制御するモータ制御部63と、昇降動作中に電磁ブレーキ50に発生する励磁電圧波形の変化周期を検出するブレーキ励磁波形変換部65と、励磁電圧波形の変化周期に基づきブラシレスモータ30の回転角(制御用回転角。回転数を含む。)を検出する回転角検出部67とを備える。   The motor driver 60 includes a motor driving unit 61 that drives the brushless motor 30, a motor control unit 63 that controls the motor driving unit 61, and a brake that detects a change period of the excitation voltage waveform generated in the electromagnetic brake 50 during the elevating operation. An excitation waveform conversion unit 65 and a rotation angle detection unit 67 that detects the rotation angle (control rotation angle, including the number of rotations) of the brushless motor 30 based on the change cycle of the excitation voltage waveform.

モータ制御部63は、しゃ断機回路70からの上昇指令又は下降指令を受けてブラシレスモータ30をしゃ断棹10の上昇方向又は下降方向に駆動させ、しゃ断棹10を昇降動作させる。その際、モータ制御部63は、回転角検出部67が随時検出しているブラシレスモータ30の制御用回転角を用いてブラシレスモータ30の駆動を制御する。そして、上昇動作時であればしゃ断棹10が上昇基準位置に達したこと、下降動作時であればしゃ断棹10が下降基準位置に達したことを検知してブラシレスモータ30の駆動を停止させる。例えば、モータ制御部63は、検出された制御用回転角を用いてブラシレスモータ30の回転速度制御を行う。また、制御用回転角を用い、昇降動作開始時からのブラシレスモータ30の回転数を計数する等して上昇基準位置/下降基準位置に達したことを検知する。昇降動作を開始してから上昇基準位置/下降基準位置に達するまでのブラシレスモータ30の回転数は既知であるため、予め設定しておくことが可能である。   The motor control section 63 drives the brushless motor 30 in the ascending direction or the descending direction of the breaking rod 10 in response to the ascending command or the descending command from the breaking circuit 70, and moves the breaking rod 10 up and down. At that time, the motor control unit 63 controls the driving of the brushless motor 30 using the control rotation angle of the brushless motor 30 which is detected by the rotation angle detection unit 67 as needed. Then, when the raising operation is performed, it is detected that the breaking rod 10 has reached the raising reference position, and when the lowering operation is being performed, it is detected that the breaking rod 10 has reached the lowering reference position, and the drive of the brushless motor 30 is stopped. For example, the motor control unit 63 controls the rotation speed of the brushless motor 30 using the detected control rotation angle. In addition, using the control rotation angle, the number of rotations of the brushless motor 30 from the start of the elevating operation is counted or the like, and it is detected that the brushless motor 30 has reached the ascending reference position / descending reference position. Since the number of rotations of the brushless motor 30 from the start of the ascent / descent operation to the reaching of the ascent / descent reference position is known, it can be set in advance.

ブレーキ励磁波形変換部65は、降圧回路部651と、整流回路部653と、電圧検出部655とで構成される。降圧回路部651は、しゃ断棹10の昇降動作中に電磁ブレーキ50から入力される励磁電圧信号を降圧し、整流回路部653に出力する。整流回路部653は、降圧回路部651からの入力電圧信号を全波整流し、電圧検出部655に出力する。電圧検出部655は、整流回路部653からの入力電圧信号を所定の閾値Dth(図4(b)を参照)を境に2値の論理信号に変換し、回転角検出部67に出力する。   The brake excitation waveform converter 65 includes a step-down circuit 651, a rectifier circuit 653, and a voltage detector 655. The step-down circuit unit 651 steps down the excitation voltage signal input from the electromagnetic brake 50 during the raising / lowering operation of the cut-off rod 10 and outputs the voltage to the rectifier circuit unit 653. The rectification circuit unit 653 performs full-wave rectification on the input voltage signal from the step-down circuit unit 651 and outputs the signal to the voltage detection unit 655. The voltage detection unit 655 converts the input voltage signal from the rectification circuit unit 653 into a binary logic signal at a predetermined threshold Dth (see FIG. 4B), and outputs the binary logic signal to the rotation angle detection unit 67.

図4(a)に、励磁電圧波形の概略例を示す。また、(a)に示す励磁電圧波形の励磁電圧信号を降圧回路部651で降圧し、整流回路部653で整流した電圧波形を(b)に、これを電圧検出部655で変換した論理信号を(c)に示す。   FIG. 4A shows a schematic example of the excitation voltage waveform. Also, the excitation voltage signal having the excitation voltage waveform shown in (a) is stepped down by the step-down circuit unit 651 and the voltage waveform rectified by the rectification circuit unit 653 is changed to (b), and the logical signal obtained by converting the voltage waveform by the voltage detection unit 655 is obtained. It is shown in (c).

電磁ブレーキ50の回転子53はモータ出力軸331の回転に伴って回転することから、電磁ブレーキ50が解除(OFF)され、モータ出力軸331が回転し始めると発生する励磁電圧は、図4(a)に示すように、電磁ブレーキ50の回転に合わせて周期的に変化する。本実施形態では、回転子53の永久磁石533が4極であり、固定子51が二相・2スロットであることから、励磁電圧波形の1回の変化周期で回転軸531(本実施形態ではモータ出力軸331)が半回転していることを示す。したがって、励磁電圧波形を図4(b)に示すように降圧・整流し、(c)に示すように論理信号に変換することで回転軸531の回転を180°単位で検出でき、その変化周期から、回転軸531の回転角すなわちモータ出力軸331の回転角を知ることができる。   Since the rotor 53 of the electromagnetic brake 50 rotates with the rotation of the motor output shaft 331, the excitation voltage generated when the electromagnetic brake 50 is released (OFF) and the motor output shaft 331 starts to rotate is represented by FIG. As shown in a), it changes periodically according to the rotation of the electromagnetic brake 50. In the present embodiment, since the permanent magnet 533 of the rotor 53 has four poles and the stator 51 has two phases and two slots, the rotating shaft 531 (in this embodiment, one cycle of change of the excitation voltage waveform). This indicates that the motor output shaft 331) has rotated half a turn. Therefore, the excitation voltage waveform is stepped down and rectified as shown in FIG. 4 (b) and converted into a logical signal as shown in FIG. Thus, the rotation angle of the rotation shaft 531, that is, the rotation angle of the motor output shaft 331 can be known.

なお、図4の波形の変化具合を補足的に説明すると、しゃ断棹10の昇降動作を開始した直後は、ブラシレスモータ30が回転開始した直後であるため励磁電圧波形がゆっくり変化しているが、すぐに定常回転速度となるため、励磁電圧波形が一定周期の波形となって表れる。   In addition, if the degree of change of the waveform in FIG. 4 is supplementarily described, immediately after the raising / lowering operation of the cut-off rod 10 is started, since the brushless motor 30 has just started rotating, the excitation voltage waveform changes slowly. Since the rotation speed immediately becomes the steady rotation speed, the excitation voltage waveform appears as a waveform having a constant period.

また、モータ出力軸331(および制動対象軸である回転軸531)は高速軸であり、低速軸であるしゃ断棹軸11に比べて十分に高い回転比(例えば10倍以上)である。そのため、励磁電圧波形の変化周期から判別されるモータ出力軸331の回転角に誤差が生じたとしても、しゃ断棹10の昇降位置が大きくずれることはなく、制御上、問題とはならない。   In addition, the motor output shaft 331 (and the rotating shaft 531 that is a braking target shaft) is a high-speed shaft, and has a sufficiently high rotation ratio (for example, 10 times or more) as compared with the cut-off rod shaft 11 that is a low-speed shaft. Therefore, even if an error occurs in the rotation angle of the motor output shaft 331 determined from the change period of the excitation voltage waveform, the vertical position of the cut-off rod 10 does not significantly shift, and there is no problem in control.

また、ブラシレスモータ30と電磁ブレーキ50とでは、極・相・スロットの構成が異なる。そこで、回転角検出部67は、このブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成と電磁ブレーキ50の極・相・スロットの構成との関係を用いて励磁電圧波形の変化周期をブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成に応じた変化周期に変換し、ブラシレスモータ30の回転角を制御用回転角として検出する。   The configuration of the poles, phases, and slots differs between the brushless motor 30 and the electromagnetic brake 50. Therefore, the rotation angle detecting section 67 determines the change period of the excitation voltage waveform of the brushless motor 30 using the relationship between the pole / phase / slot configuration of the brushless motor 30 and the pole / phase / slot configuration of the electromagnetic brake 50. The rotation is converted into a change cycle corresponding to the configuration of the pole / phase / slot, and the rotation angle of the brushless motor 30 is detected as a control rotation angle.

次に、踏切しゃ断機1の動作を説明する。踏切しゃ断機1において設置先の踏切に列車が接近した旨の通知を外部から受けると、図1(a)に示すように、しゃ断機回路70の制御のもと、不図示の電源部がモータ電源を供給してモータドライバ60を起動(ON)し、しゃ断棹10の下降動作を指示する下降指令を出力する。また、電磁ブレーキ50を解除(OFF)する。そして、モータドライバ60においてモータ制御部63が、下降指令に応答してブラシレスモータ30をしゃ断棹10の下降方向に駆動させ、しゃ断棹10を下降動作させる。   Next, the operation of the level crossing circuit breaker 1 will be described. When a notification that the train has approached the railroad crossing at the installation location is received from the outside at the level crossing circuit breaker 1, a power supply unit (not shown) is controlled by the power supply unit (not shown) under the control of the circuit breaker circuit 70, as shown in FIG. The power is supplied to start (ON) the motor driver 60 and output a lowering command for instructing the lowering operation of the breaking rod 10. Further, the electromagnetic brake 50 is released (OFF). Then, in the motor driver 60, the motor control unit 63 drives the brushless motor 30 in the descending direction of the cut-off rod 10 in response to the descending command, and causes the cut-off rod 10 to move downward.

下降動作中は、ブレーキ励磁波形変換部65が、電磁ブレーキ50に発生した励磁電圧波形の変化周期を随時検出する。そして、回転角検出部67が、励磁電圧波形の変化周期からブラシレスモータ30の制御用回転角を随時検出する。モータ制御部63は、この制御用回転角を用いてモータ駆動部61の駆動を制御するとともに、しゃ断棹10が下降基準位置に達したことを検知してモータ駆動部61によるブラシレスモータ30の駆動を停止させる。その後は、しゃ断機回路70が、モータ電源のモータドライバ60への供給を停止するとともに、電磁ブレーキ50を作動させてしゃ断棹10を下降位置で保持させる。   During the descending operation, the brake excitation waveform converter 65 detects a change period of the excitation voltage waveform generated in the electromagnetic brake 50 as needed. Then, the rotation angle detection section 67 detects the control rotation angle of the brushless motor 30 from the change period of the excitation voltage waveform as needed. The motor control unit 63 controls the driving of the motor driving unit 61 using the control rotation angle, and detects that the breaking rod 10 has reached the lower reference position, and drives the brushless motor 30 by the motor driving unit 61. To stop. Thereafter, the circuit 70 stops the supply of the motor power to the motor driver 60, and operates the electromagnetic brake 50 to hold the breaking rod 10 at the lowered position.

続いて、列車が踏切を通過し終えた旨の通知を受けると、図1(a)に示すように、しゃ断機回路70は、再びモータ電源を供給させてモータドライバ60を起動し、しゃ断棹10の上昇動作を指示する上昇指令を出力するとともに、電磁ブレーキ50を解除(OFF)する。そして、モータドライバ60においてモータ制御部63が、上昇指令に応答してブラシレスモータ30をしゃ断棹10の上昇方向に駆動させ、しゃ断棹10を上昇動作させる。   Subsequently, upon receiving a notification that the train has passed the railroad crossing, as shown in FIG. 1A, the circuit breaker circuit 70 supplies the motor power again to start the motor driver 60, and the circuit breaker rod is turned on. An ascending command for instructing the ascending operation of 10 is output, and the electromagnetic brake 50 is released (OFF). Then, in the motor driver 60, the motor control unit 63 drives the brushless motor 30 in the rising direction of the breaking rod 10 in response to the rising command, and moves the breaking rod 10 up.

上昇動作中は、ブレーキ励磁波形変換部65が電磁ブレーキ50に発生した励磁電圧波形の変化周期を随時検出し、回転角検出部67が励磁電圧波形の変化周期からブラシレスモータ30の制御用回転角を随時検出する。そして、モータ制御部63は、制御用回転角を用いてモータ駆動部61の駆動を制御するとともに、しゃ断棹10が上昇基準位置に達したことを検知してモータ駆動部61によるブラシレスモータ30の駆動を停止させる。その後は、しゃ断機回路70が、モータ電源のモータドライバ60への供給を停止するとともに、電磁ブレーキ50を作動させてしゃ断棹10を上昇位置で保持させる。   During the ascending operation, the brake excitation waveform conversion unit 65 detects a change period of the excitation voltage waveform generated in the electromagnetic brake 50 as needed, and the rotation angle detection unit 67 determines the control rotation angle of the brushless motor 30 from the change period of the excitation voltage waveform. Is detected at any time. Then, the motor control unit 63 controls the driving of the motor driving unit 61 using the control rotation angle, and detects that the cutoff rod 10 has reached the ascending reference position, and controls the brushless motor 30 by the motor driving unit 61. Stop driving. Thereafter, the circuit 70 stops the supply of the motor power to the motor driver 60 and activates the electromagnetic brake 50 to hold the breaking rod 10 at the raised position.

以上説明したように、本実施形態によれば、しゃ断棹10の昇降動作中に電磁ブレーキ50に発生する励磁電圧波形の変化周期を用いてブラシレスモータ30の制御用回転角を検出することができる。そして、この制御用回転角を用いてブラシレスモータ30の駆動制御を行う。したがって、従来の踏切しゃ断機のような、モータ出力軸の回転検出用の装置は不要となる。   As described above, according to the present embodiment, the control rotation angle of the brushless motor 30 can be detected using the change period of the excitation voltage waveform generated in the electromagnetic brake 50 during the elevating operation of the blocking rod 10. . The drive control of the brushless motor 30 is performed using the control rotation angle. Therefore, a device for detecting the rotation of the motor output shaft, such as a conventional level crossing circuit breaker, becomes unnecessary.

また、制御用回転角の検出に際し、ブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成と、電磁ブレーキ50の極・相・スロットの構成との関係を用いて、励磁電圧波形の変化周期をブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成に応じた変化周期に変換することができる。したがって、ブラシレスモータ30と電磁ブレーキ50とで極数や相数、スロット数が異なる場合であっても、制御用回転角を適正に検出してブラシレスモータ30を駆動制御できる。   When detecting the control rotation angle, the change period of the excitation voltage waveform is determined using the relationship between the pole / phase / slot configuration of the brushless motor 30 and the pole / phase / slot configuration of the electromagnetic brake 50. It can be converted into a change cycle according to the configuration of the 30 poles / phases / slots. Therefore, even when the number of poles, the number of phases, and the number of slots are different between the brushless motor 30 and the electromagnetic brake 50, the drive angle of the brushless motor 30 can be controlled by appropriately detecting the control rotation angle.

なお、本発明を適用した実施形態の一例を説明したが、本発明を適用可能な形態は上述した実施形態に限らない。
例えば、電磁ブレーキ50の制動対象軸は、高速軸であればモータ出力軸331でなくともよい。
Although an example of the embodiment to which the present invention is applied has been described, the form to which the present invention can be applied is not limited to the above-described embodiment.
For example, the braking target axis of the electromagnetic brake 50 need not be the motor output shaft 331 as long as it is a high-speed axis.

また、上述した実施形態におけるブラシレスモータ30及び電磁ブレーキ50の極・相・スロットの構成は一例であり、他の構成でもよい。何れにせよ、ブラシレスモータ30の極・相・スロットの構成と、電磁ブレーキ50の極・相・スロットの構成との関係が既知であれば、その関係を用いて、励磁電圧波形の周期的変化から制御回転角を検出できる。   In addition, the configuration of the poles, phases, and slots of the brushless motor 30 and the electromagnetic brake 50 in the above-described embodiment is an example, and other configurations may be used. In any case, if the relationship between the configuration of the poles / phases / slots of the brushless motor 30 and the configuration of the poles / phases / slots of the electromagnetic brake 50 is known, the periodic variation of the excitation voltage waveform is determined using the relationship. Can be used to detect the control rotation angle.

1 踏切しゃ断機
10 しゃ断棹
11 しゃ断棹軸
20 回転伝達機構
30 ブラシレスモータ
31 固定子
311,313,315 コイル
33 回転子
331 モータ出力軸
333 永久磁石
50 電磁ブレーキ
51 固定子
511,513 コイル
53 回転子
60 モータドライバ
61 モータ駆動部
63 モータ制御部
65 ブレーキ励磁波形変換部
651 降圧回路部
653 整流回路部
655 電圧検出部
67 回転角検出部
70 しゃ断機回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crossing-off circuit breaker 10 Breaking rod 11 Breaking rod axis 20 Rotation transmission mechanism 30 Brushless motor 31 Stator 311, 313, 315 Coil 33 Rotor 331 Motor output shaft 333 Permanent magnet 50 Electromagnetic brake 51 Stator 511, 513 Coil 53 Rotor Reference Signs List 60 motor driver 61 motor drive unit 63 motor control unit 65 brake excitation waveform conversion unit 651 step-down circuit unit 653 rectifier circuit unit 655 voltage detection unit 67 rotation angle detection unit 70 breaker circuit

Claims (3)

モータ出力軸の回転速度を減じてしゃ断棹のしゃ断棹軸を回転させる複数軸による回転伝達機構で構成された減速機構部であって、前記しゃ断棹軸より高速に回転する前記モータ出力軸を含む複数の高速軸を有する減速機構部と、
前記モータ出力軸を回転させて前記しゃ断棹を昇降動作させるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータの駆動が停止されて前記しゃ断棹が所定の上昇位置又は所定の下降位置に位置した際に作動して前記モータ出力軸或いは前記モータ出力軸以外の高速軸(以下包括して「制動用高速軸」という)の回転を制動させる非接触式の電磁ブレーキと、
前記ブラシレスモータの駆動を制御して前記しゃ断棹を昇降動作させるモータ駆動制御部であって、昇降動作中に前記制動用高速軸の回転によって前記電磁ブレーキに発生する励磁電圧の周期的変化を用いて、前記ブラシレスモータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、
を備えた踏切しゃ断機。
A reduction mechanism comprising a plurality of rotation transmitting mechanisms for reducing the rotation speed of the motor output shaft and rotating the cut-off rod shaft of the cut-off rod , including the motor output shaft rotating at a higher speed than the cut-off rod shaft. A speed reduction mechanism having a plurality of high-speed axes ;
A brushless motor that rotates the motor output shaft to raise and lower the breaking rod,
When the drive of the brushless motor is stopped and the breaking rod is positioned at a predetermined raised position or a predetermined lowered position, the brushless motor is activated to operate the motor output shaft or a high-speed shaft other than the motor output shaft (hereinafter collectively referred to as “braking”). Non-contact type electromagnetic brake that brakes the rotation of
A motor drive control unit that controls the drive of the brushless motor to move the breaking rod up and down, using a periodic change in an excitation voltage generated in the electromagnetic brake by rotation of the braking high-speed shaft during the up and down operation. A motor drive control unit that controls the drive of the brushless motor;
Level crossing machine with.
前記電磁ブレーキは、前記制動用高速軸とともに回転する複数極の永久磁石が備えられた回転子を、複数の電磁石用コイルが通電されることで非接触に制動する回転電気機械であり、
前記モータ駆動制御部は、前記ブラシレスモータの極・相・スロットの構成と前記電磁ブレーキの極・相・スロットの構成との関係を用いて、前記電磁ブレーキに発生する励磁電圧の周期的変化から前記ブラシレスモータの制御用回転角を検出して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する、
請求項1に記載の踏切しゃ断機。
The electromagnetic brake is a rotating electric machine that non-contactly brakes a rotor provided with a plurality of permanent magnets that rotate with the high-speed shaft for braking, when a plurality of electromagnet coils are energized,
The motor drive control unit uses the relationship between the configuration of the poles, phases, and slots of the brushless motor and the configuration of the poles, phases, and slots of the electromagnetic brake to calculate a periodic change in the excitation voltage generated in the electromagnetic brake. Detecting the control rotation angle of the brushless motor and controlling the driving of the brushless motor,
The level crossing circuit breaker according to claim 1.
前記モータ出力軸と前記制動用高速軸とは同軸であり、
前記ブラシレスモータは3相であり、
前記電磁ブレーキは2相である、
請求項1又は2に記載の踏切しゃ断機。
The motor output shaft and the braking high-speed shaft are coaxial,
The brushless motor has three phases,
The electromagnetic brake is two-phase,
The level crossing circuit breaker according to claim 1.
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