CN103415991B - 多轴马达驱动装置和多轴马达驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种多轴马达驱动装置（300）是下述多轴马达驱动装置。该多轴马达驱动装置（300）驱动八个马达（100）并且包括一至八放大器模块（302）、控制基板（303）和动力基板。一至八放大器模块302将电力供应给马达（100）。控制基板（303）控制模块（301）和放大器模块（302）连接并且具有用于根据来自控制器（200）的马达控制指令控制放大器模块（302）中包括的开关元件（3021）的信号线。动力基板（304）与放大器模块（302）连接并且具有用于将电力供应给放大器模块（302）的动力线。控制基板（303）与动力基板（304）彼此分离。

Description

多轴马达驱动装置和多轴马达驱动系统

技术领域

本发明涉及一种多轴马达驱动装置和包括该多轴马达驱动装置的多轴马达驱动系统。

背景技术

现有技术中，已知驱动多个马达的多轴马达驱动装置(例如，参见JP-A-2008-091684)。现有技术的该多轴马达驱动装置(伺服放大器)包括基础基板和可拆卸地并入到该基础基板的多个子基板。子基板具有其中用于多个马达的伺服控制器单元、放大器模块(驱动电路单元)等等被布置在同一基础基板上的构造。在基础基板上，以混合状态布置有用于与伺服控制器单元进行信号发送和接收的低电压系统和将电压供应给到放大器模块的高电压系统。

发明内容

本发明要解决的问题

在上述现有技术中，高电压系统和低电压系统以混合状态布置在同一基础基板上并且存在改进针对绝缘、噪声等等的可靠性的空间。此外，在高电压系统中，与低电压系统相比，需要在布线图案与安装的组件之间确保较大的绝缘距离和较大的表面距离，并且因此，基板尺寸由于混合的系统而不必要地变大，并且出现了装置具有较大的尺寸的问题。

本发明的目的在于提供一种能够改进可靠性并且还实现了小型化的多轴马达驱动装置和多轴马达驱动系统。

解决问题的手段

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种多轴马达驱动装置，所述多轴马达驱动装置被构造为驱动至少一个马达。多轴马达驱动装置包括至少一个放大器模块，所述至少一个放大器模块被构造为将电力供应给所述至少一个马达；控制基板，所述控制基板与放大器模块连接；以及动力基板，所述动力基板与放大器模块连接。放大器模块包括开关元件。控制基板设置有信号线，所述信号线用于根据来自主控制器的马达控制指令控制开关元件。动力基板设置有用于将电力供应给放大器模块的动力线。控制基板和动力基板布置为彼此分离。

此外，根据本发明的另一方面，提供了一种多轴马达驱动系统，所述多轴马达驱动系统包括：至少一个马达；主控制器，所述主控制器被构造为输出马达控制指令；以及多轴马达驱动装置，所述多轴马达驱动装置被构造为根据马达控制指令驱动至少一个马达。多轴马达驱动装置包括：至少一个放大器模块，所述至少一个放大器模块被构造为将电力供应给至少一个马达；控制基板，所述控制基板与放大器模块连接；以及动力基板，所述动力基板与放大器模块连接。放大器模块包括开关元件。控制基板设置有信号线，所述信号线用于根据来自主控制器的马达控制指令控制开关元件。动力基板设置有用于将电力供应给放大器模块的动力线。控制基板和动力基板布置为彼此分离。

本发明的优点

根据本发明，能够改进可靠性并且还能够实现小型化。

附图说明

图1是概念性地示出实施方式中的多轴马达驱动系统的整体构造的系统构造图。

图2是概念性地示出布置在安装基底上的控制基板和动力基板的构造的说明图。

图3是沿着图2的III-III截面的横向截面图。

图4是说明其中控制操作单元被布置为与安装基底接触的变型示例中的控制操作单元的布置位置的说明图。

图5是说明其中引导件被设置在放大器模块处的变型示例中将放大器模块连接到控制基板和动力基板的方法的说明图。

具体实施方式

下面，将参考附图描述实施方式。

如图1中所示，本实施方式的多轴马达驱动系统1包括输出旋转动力的八个马达100、输出马达控制指令的控制器200(主控制器)和根据控制器200的马达控制指令驱动各马达100的多轴马达驱动装置300。

各马达100包括编码器102，其通过检测诸如旋转轴101的旋转体的旋转角度来输出位置检测信号。

多轴马达驱动装置300包括构成其轮廓的壳体(未示出)，并且在该壳体内，多轴马达驱动装置300包括中继基板306、转换器模块307、电容器模块308、控制模块301、将电力供应给马达100并且驱动马达100的一至八放大器模块302、控制基板303、作为与控制基板303分离的基板的动力基板304和控制基板303与动力基板304被彼此分离地布置在其上的公共安装基底305。

转换器模块307输入交流电源(例如，AC200V)，并且生成并输出马达驱动直流电源(例如，DC+300V)和控制电源(例如，DC+5V或DC±12V)。

电容器模块308安装电容器3081。电容器3081平滑由转换器模块307生成的马达驱动直流电源。

中继基板306输入有来自各马达100中的编码器102的位置检测信号并且生成对应的信号以将其输出给控制模块301和控制基板303。

控制模块301安装CPU3011。CPU3011将从控制器200输出的马达控制指令(用于位置、速度和扭矩中的任一个的指令)分发并输出给控制基板303上的八个控制操作单元3031(将在下面描述)。

各放大器模块302包括连接器3024，其能够可拆卸地连接用于连接马达100的马达线缆的连接器(未示出)。马达线缆的一侧上的连接器与连接器3024嵌合在一起并且另一侧的连接器与马达100的连接器103嵌合在一起，从而各放大器模块302与马达100连接。在该情况下，连接到各放大器模块302的各马达100的容量(输出量)可以相同或可以彼此不同。各放大器模块302被构造为具有大致相同的外部尺寸，而与对应的马达100的容量无关。

控制基板303具有多层(例如，10层)的堆叠结构，并且输入有来自转换器模块307的控制电源。该控制基板303包括八个控制操作单元3031(控制IC)、能够并行地布置并且可拆卸地连接放大器模块302的八个连接器3033以及能够可拆卸地连接与放大器模块302并行布置的控制模块301的连接器3032。然后，各放大器模块302中的连接器3022与各连接器3033嵌合在一起，从而控制基板303与各放大器模块302连接，并且控制模块301的连接器3012与连接器3032嵌合在一起，从而控制基板303与控制模块301连接。

每个控制操作单元3031被构造有例如IC芯片，并且对应于一个马达。这些控制操作单元3031中的每一个输入有由控制模块301中的CPU3011分发且输入的来自控制器200的马达控制指令和来自各马达100中的编码器102的位置检测信号，并且根据输入的马达控制指令执行控制操作(包括电流控制操作)。然后，各控制操作单元3031将根据该控制操作的切换指令输出到经由连接器3033连接到控制基板303的放大器模块302中包括的开关元件3021。

此外，在控制基板303中，布置有信号线(未示出)，其用于根据由经由连接器3032连接的控制模块301中的CPU3011分发和输入的来自控制器200的马达控制指令控制经由各连接器3033连接的各放大器模块302中的开关元件3021。即，在控制基板303中，布置有用于控制各放大器模块302的信号发送或接收的低电压系统(例如，DC+5V、DC±12V等等)的信号线。

动力基板304具有多层(例如，4层)的堆叠结构，并且输入有来自转换器模块307的马达驱动直流电源。该动力基板304包括平行布置且可拆卸地连接放大器模块302的八个连接器3041。各放大器模块302中的连接器3023与各连接器3041嵌合在一起，从而动力基板304与各放大器模块302连接。此外，在动力基板304中，布置有用于将电力供应给经由各连接器3041连接的各放大器模块302的动力线(未示出)。即，在动力基板304中，布置有被供应给各放大器模块302的高电压系统(例如，DC+300V等等)的动力线。

如图2和图3中所示，安装基底305在平面视图中具有大致矩形形状，并且多个针3051被直立地布置在其表面(图2中的纸面前侧的面以及图3中的右侧的面)上。此外，控制基板303在平面视图中具有大致L形状并且多个贯通孔3035(第一贯通孔)设置在其边缘部分中(参见图3)。此外，动力基板304在平面视图中具有大致矩形形状并且多个贯通孔3043(第二贯通孔)设置在其边缘部分中(参见图3)。这里，在动力基板304的边缘部分中，存在在平面视图中具有凹凸形状的边缘部分，并且在该在平面视图中具有凹凸形状的边缘部分中，上述贯通孔3043设置在在平面视图中具有凸形状的部分中。

然后，直立布置在安装基底305上的各针3051插入各贯通孔3035和3043，从而控制基板303和动力基板304在控制基板303的边缘部分与动力基板304的边缘部分部分重叠的状态下(详细地，在设置在控制基板303的边缘部分中的贯通孔3035与设置在动力基板304中的在平面视图中具有凸形状的边缘部分中的贯通孔3043重叠的状态下)，彼此分离地布置在安装基底305上。注意的是，控制基板303和动力基板304可以在没有重叠的状态下彼此分离地布置在安装基底305上。此外，插入各贯通孔3035和3043的各针3051中的头从各贯通孔3035和3043突出，并且帽C附接到各突出的针3051中的头，从而控制基板303和动力基板304被固定到安装基底305(注意的是，在图2中示出了省略帽C的状态)。注意的是，插入各贯通孔3035和3043的各针3051中的头可以被使得没有从各贯通孔3035和3043突出，并且控制基板303和动力基板304也可以借助于在各针3051中的头侧提供内螺纹并且将阳螺纹拧入各内螺纹而固定到安装基底305。

即，能够说，在直立布置在安装基底305上的多个针3051当中，插入贯通孔3035和3043的针3051在控制基板303和动力基板304被布置在安装基底305上时在贯通孔3035和3043如上所述地重叠的状态下定位控制基板303和动力基板304的相对位置。因此，在直立布置在安装基底305上的多个针3051当中，在控制基板303和动力基板304布置在安装基底305上时在贯通孔3035和3043如上所述地重叠的状态下插入贯通孔3035和3043的针3051对应于在权利要求中描述的第一突出部和定位部。

控制基板303和动力基板304在已经执行了如上所述的定位之后的状态下固定到安装基底305，从而放大器模块302的连接器3022和3023能够分别与控制基板303的连接器3033和动力基板304的连接器3041嵌合在一起，并且放大器模块302被构造为连接到控制基板303和动力基板304。这里，在图2中，连接到控制基板303和动力基板304的一至八放大器模块302以及连接到控制基板303的控制模块301由假想线(虚线)示出。注意的是，在图2中，没有示出图1中所示的组件的一部分。

此外，如图2中所示，动力基板304包括对应于经由八个连接器3041连接的一至八放大器模块302中的每一个的公共FG(框架接地)端子3042，并且动力基板304经由该FG端子3042接地。因此，在没有从一至八放大器模块302中的每一个引出FG布线并且将其每一个接地的情况下，能够通过在动力基板304的FG端子3042中的一个位置处以集中的方式执行接地来节省布线。此外，控制基板303包括与动力基板304侧的上述FG端子3042分离的FG端子3034，并且控制基板303经由FG端子3034接地。通过将控制基板303的FG端子3034与动力基板304的FG端子3042分离并且独立地布置各FG端子3034和3042，能够减少控制基板303的信号线从动力基板304的动力线接收的噪声的影响。

此外，设置在控制基板303上的控制操作单元3031中的每一个设置在控制基板303的与安装基底305相反的面(即，控制基板303的表面(图2中的纸面的前侧的面并且图3中右侧的面))上。

如上所述，本实施方式的多轴马达驱动系统1包括八个马达100、控制器200和多轴马达驱动装置300。多轴马达驱动装置300包括控制模块301、一至八放大器模块302、控制基板303和动力基板304。用于控制信号的信号发送和接收的低电压系统的信号线被布置在控制基板303上，并且将电力供应给各放大器模块302的高电压系统的动力线被布置在动力基板304上。然后，控制基板303和动力基板304被构造为彼此分离。从而，高电压系统的动力线和低电压系统的信号线能够分离地布置在不同的基板上，并且能够避免不同电压系统的布线在一个基板上混合的状态并且结果能够改进针对绝缘、噪声等等的可靠性。

此外，由于与低电压系统中，在高电压系统中，需要在布线图案和安装的组件之间确保更大的绝缘距离和表面距离，因此，如果这些系统处于混合状态下，则基板变得不必要地大，并且多轴马达驱动装置300需要具有较大的尺寸。另一方面，在本实施方式中，高电压系统和低电压系统分离地布置在不同的基板上，从而能够通过考虑控制基板303和动力基板304中的每一个上的电路布置和基板面积适当地设置基板上的堆叠层的数目来减少多轴马达驱动装置300的整个尺寸，同时容易地确保了动力基板304上的预定的绝缘距离和表面距离。此外，由于控制基板303和动力基板304彼此分离，因此能够对于基板单独地设计适合于轴的数目和基板面积的堆叠层的数目，并且能够改进设计自由度。

此外，在本实施方式中，特别地，能够获得如下的优点。即，一般来说，已知的是，放大器模块302中的开关元件3021在马达100被驱动时生成热和切换噪声(辐射噪声)，并且这些热和噪声引起控制IC中的错误操作。因此，在本实施方式中，控制基板303被构造为包括控制操作单元3031。从而，控制操作单元3031能够布置为与放大器模块302分离。结果，能够抑制控制操作单元3031接收到在放大器模块302中生成的热和噪声的影响，从而能够改进多轴马达驱动装置300的操作稳定性和可靠性。

此外，在本实施方式中，特别地，控制基板303和动力基板304分别包括能够并行地布置并且可拆卸地连接放大器模块302的连接器3033和3041并且经由连接器3033和3041与放大器模块302连接。由于控制基板303和动力基板304包括并行地布置并且可拆卸地连接放大器模块302的连接器3033和3041，因此能够根据将要使用的马达100的数目附接或拆卸放大器模块302并且容易地增加或减少其数目。

此外，在本实施方式中，特别地，多轴马达驱动装置300包括其处布置有控制基板303和动力基板304的公共安装基底305，并且安装基底305包括定位控制基板303和动力基板304的相对位置的针3051。由于安装基底305包括针3051，因此能够容易地定位控制基板303和动力基板304以使得各基板中用于连接放大器模块302的连接器3033和3041在控制基板303和动力基板304布置在安装基底305上时具有对应的位置。

此外，在本实施方式中，特别地，贯通孔3035设置在控制基板303的边缘部分中并且贯通孔3043也设置在动力基板304的边缘部分中，并且直立布置在安装基底305上的针3051在重叠状态下插入贯通孔3035和3043，从而对控制基板303和动力基板304进行定位。从而，能够以高精度容易地定位控制基板303和动力基板304以使得连接器3033和3041具有对应的位置。

此外，在本实施方式中，特别地，放大器模块302被构造为不管对应的马达100的容量如何而具有大致相同的外部尺寸。从而，当使用具有不同马达容量的多个马达100时，能在多轴马达驱动装置300中通过使用一个壳体和一个安装基底305来适应该情况。因此，能够实现空间节省和成本节省。

注意的是，实施方式不限于上述内容并且能够在不偏离其精神和技术理念的范围内进行各种修改。下面，将顺序地描述这样的变型示例。

(1)将控制操作单元布置为与安装基底接触的情况

虽然在上面实施方式中，设置在控制基板303上的控制操作单元3031中的每一个被布置在控制基板303的与安装基底305侧相反的面上，但是实施方式不限于该情况。即，如图4中所示，设置在控制基板303上的控制操作单元3031中的每一个可以布置在控制基板303的安装基底305侧的面(即，控制基板303的后面(图4中的左侧的面))上，以接触安装基底305。

在该情况下，也能够获得与上述实施方式相同的优点。通过这样的构造，能够将由控制操作单元3031的切换操作产生的热引导到安装基底305并且高效地散热。

(2)提供用于放大器模块的引导件的情况

即，对于放大器模块302，可以提供引导件，其用于将控制基板303和动力基板304的连接器3033和3041与放大器模块302的连接器3022和3023嵌合在一起。

如图5中所示，在本变型实施方式中，在安装基底305的表面(图5中右侧的面)的边缘部分中存在直立布置的多个引导针3052(第二突出部)。在各引导针3052的头侧上设置有内螺纹3053。此外，在本变型示例中，在各放大器模块302的上边缘部分(图5中的上边缘部分)以及下边缘部分(图5中的下边缘部分)中，提供了贯通孔3025(第三贯通孔)和引导件3024(引导部)，其能够在引导针3052已经被插入贯通孔3025之后通过将阳螺纹S拧入引导针3052的内螺纹3053来将放大器模块302固定到安装基底305。然后，利用这些引导针3052和引导件3024将放大器模块302固定到安装基底305。因此，引导针3052和引导件3024构成了权利要求中所描述的固定部。

即，当放大器模块302连接到控制基板303和动力基板304时，首先，直立布置在安装基底305上的各引导针3052和用于放大器模块302的各引导件3024的贯通孔3025彼此嵌合在一起，以将控制基板303和动力基板304的连接器3033和3041与放大器模块302的连接器3022和3023平滑地嵌合在一起。接下来，控制基板303和动力基板304的连接器3033和3041以及放大器模块302的连接器3022和3023彼此嵌合在一起，从而控制基板303和动力基板304与放大器模块302连接。然后，阳螺纹S被拧入插入各引导件3024中的贯通孔3025的引导针3052的内螺纹3053，从而放大器模块302被固定到安装基底305。这里，如上述实施方式中那样，插入各引导件3024中的贯通孔3025的引导针3052中的每一个中的头可以被使得从各贯通孔3025突出并且帽可以附接在各突出的引导针3052中的头，从而放大器模块302可以固定到安装基底305。

而且，在本变型示例中，能够获得与上述实施方式相同的优点。此外，通过利用引导针3052和引导件3024将放大器模块302固定到安装基底305，能够将控制基板303和动力基板304的连接器3033和3041与放大器模块302的连接器3022和3023平滑地嵌合在一起。此外，能够在引导针3052已经插入引导件3024的贯通孔3025之后通过将阳螺纹S拧入引导件3052的内螺纹3053来将放大器模块302固定到安装基底305，从而将放大器302更牢靠地固定到安装基底305。

(3)其它

虽然在上面已经描述为多轴马达驱动装置300提供一至八放大器模块302的情况，但是放大器模块的数目不限于该数目并且可以为九个或更多。

此外，除了上面已经描述的示例之外，根据上述实施方式和各变型示例的方法可以适当地组合以进行使用。

对于其它，虽然未示出各示例，但是在不偏离其精神的范围内提供了各种修改之后，能够执行上述实施方式和各变化示例。

附图标记描述

1多轴马达驱动系统

100马达

200控制器(主控制器)

300多轴马达驱动装置

302放大器模块

303控制基板

304动力基板

305安装基底

3021开关元件

3024引导件(引导部)

3025贯通孔(第三贯通孔)

3031控制操作单元(控制IC)

3033连接器

3035贯通孔(第一贯通孔)

3041连接器

3043贯通孔(第二贯通孔)

3051针(第一突出部)

3052引导针(第二突出部)

3053内螺纹

S阳螺纹

Claims (8)

1.一种多轴马达驱动装置，其特征在于包括：

控制基板，所述控制基板具有至少一个连接器；

动力基板，所述动力基板具有至少一个连接器；

至少一个放大器模块，所述至少一个放大器模块将电力供应给至少一个马达，其中，所述至少一个放大器模块具有与所述控制基板的所述连接器嵌合的连接器、以及与所述动力基板的所述连接器嵌合的连接器，并且所述至少一个放大器模块被直立布置于所述控制基板和所述动力基板；以及

定位部，所述定位部定位所述控制基板和所述动力基板的相对位置，使得所述控制基板的所述连接器以及所述动力基板的所述连接器分别与所述放大器模块的两个所述连接器嵌合。

2.根据权利要求1所述的多轴马达驱动装置，其中：

所述放大器模块包括开关元件，

所述控制基板设置有信号线，所述信号线用于根据来自主控制器的马达控制指令控制所述开关元件，

所述动力基板设置有用于将电力供应给所述放大器模块的动力线。

3.根据权利要求2所述的多轴马达驱动装置，所述多轴马达驱动装置进一步包括：

单个公共安装基底，在所述单个公共安装基底上布置有所述控制基板和所述动力基板，其中

所述安装基底包括至少一个所述定位部。

4.根据权利要求3所述的多轴马达驱动装置，其中：

所述控制基板包括位于所述控制基板的边缘部分中的第一贯通孔，

所述动力基板包括位于所述动力基板的边缘部分中的第二贯通孔，

所述定位部是第一突出部，所述第一突出部直立布置在所述安装基底上并且在所述第一贯通孔与所述第二贯通孔彼此重叠的状态下插入所述第一贯通孔和所述第二贯通孔。

5.根据权利要求4所述的多轴马达驱动装置，其中：

安装的控制IC被布置在所述控制基板上，并且设置在所述控制基板的位于所述安装基底一侧的面上以接触所述安装基底。

6.根据权利要求5所述的多轴马达驱动装置，所述多轴马达驱动装置进一步包括：

至少一个固定部，所述至少一个固定部被构造为将所述放大器模块固定到所述安装基底，其中

所述至少一个固定部包括：

第二突出部，所述第二突出部直立布置在所述安装基底上，

内螺纹，所述内螺纹设置在所述第二突出部处，

引导部，所述引导部设置在所述放大器模块处，以及

第三贯通孔，所述第三贯通孔设置在所述引导部处，并且其中

所述放大器模块被构造为能够通过在所述第二突出部插入所述第三贯通孔之后将阳螺纹拧入所述内螺纹来固定到所述安装基底。

7.根据权利要求6所述的多轴马达驱动装置，其中：

所述放大器模块被构造为不管对应的马达的容量如何都具有大致相同的外部尺寸。

8.一种多轴马达驱动系统，所述多轴马达驱动系统包括：

至少一个马达；

主控制器，所述主控制器被构造为输出马达控制指令；以及

多轴马达驱动装置，所述多轴马达驱动装置被构造为根据所述马达控制指令驱动所述至少一个马达，其中

所述多轴马达驱动装置包括：

控制基板，所述控制基板具有至少一个连接器；

动力基板，所述动力基板具有至少一个连接器；

至少一个放大器模块，所述至少一个放大器模块将电力供应给至少一个马达，其中，所述至少一个放大器模块具有与所述控制基板的所述连接器嵌合的连接器、以及与所述动力基板的所述连接器嵌合的连接器，并且所述至少一个放大器模块被直立布置于所述控制基板和所述动力基板；以及

定位部，所述定位部定位所述控制基板和所述动力基板的相对位置，使得所述控制基板的所述连接器以及所述动力基板的所述连接器分别与所述放大器模块的两个所述连接器嵌合。