CN105871264A - 伺服电动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的伺服电动机控制系统的特征在于，具有：多个第一伺服电动机，其用于对机床等的轴进行驱动；多个转换器，其将交流电压转换为直流电压；多个第一逆变器，其将直流电压转换为交流电压；第二伺服电动机，其使惯性件旋转；多个第二逆变器，其将直流电压转换为交流电压；以及伺服电动机控制装置，其对多个第一及第二伺服电动机进行控制，其中，第二伺服电动机的数量比多个第二逆变器的数量少，第二伺服电动机中的至少一个具备多个独立的绕组，多个第二逆变器中的至少一部分与设置在一个第二伺服电动机中的多个独立的绕组连接。

Description

伺服电动机控制系统
技术领域
本发明涉及一种伺服电动机控制系统，特别涉及一种具有具备多个绕组的缓冲用伺服电动机的伺服电动机控制系统。
背景技术
在大型的机床、产业设备中，有时使用多台伺服电动机来驱动轴。在图1中示出以往的伺服电动机控制系统的结构。图1例示了使用多台(例如(M+N)台)驱动用电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))来作为对机床等的轴进行驱动的伺服电动机的情况下的伺服电动机控制系统。
(M+N)台驱动用电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))分别由作为逆变器电路的驱动用放大器(SV1-1、SV1-2、…、SV1-M、…、SV1-(M+N))来驱动。在(M+N)台驱动用放大器(SV1-1、SV1-2、…、SV1-M、…、SV1-(M+N))上分别连接有转换器电路(PS-1、PS-2、…、PS-M、…、PS-(M+N))，转换器电路将来自交流电源(未图示)的交流电力转换为直流电力并供给到驱动用放大器。驱动用放大器将从转换器电路接收到的直流电力转换为交流电力来对驱动用电动机进行驱动。
在像这样具备多个驱动用电动机的大型的机床、产业设备中，由伺服电动机引起的消耗电力的峰值大。因此，在电源设备容量不足的情况下，需要抑制输出地进行动作使得不消耗电力，或者需要增大电源设备容量。
因此，提出了如下方法：为了降低驱动用电动机的电力，使设置有惯性件(inertia)的伺服电动机(缓冲用电动机)旋转来蓄积旋转能量。在该方法中，在驱动用电动机消耗电力时使缓冲用电动机减速来供给能量。另一方面，在驱动用电动机再生电力时使缓冲用电动机加速来消耗能量。例如，已知如下技术：在将飞轮(flywheel)用作压力加工的动力的压力机中，为了节能，根据在伺服电动机的轴中消耗的电力来进行飞轮的加减速(日本专利申请公开公报、特开2013-71123号公报(2013-71123A)和特开2010-221221号公报(JP2010-221221A))。
在图2中示出具备缓冲用电动机的以往的伺服电动机控制系统的结构图。驱动用电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))、驱动用放大器(SV1-1、SV1-2、…、SV1-M、…、SV1-(M+N))以及转换器电路(PS-1、PS-2、…、PS-M、…、PS-(M+N))分别各设置有(M+N)台，这点与图1相同。图2的伺服电动机控制系统除了图1所示的结构以外，还具备具有惯性件(IS-1、IS-2、…、IS-M、…、IS-(M+N))的(M+N)台缓冲用电动机(M2-1、M2-2、…、M2-M、…、M2-(M+N))。(M+N)台缓冲用电动机(M2-1、M2-2、…、M2-M、…、M2-(M+N))分别由(M+N)台缓冲用放大器(SV2-1、SV2-2、…、SV2-M、…、SV2-(M+N))来驱动。另外，(M+N)台缓冲用放大器(SV2-1、SV2-2、…、SV2-M、…、SV2-(M+N))分别与转换器电路(PS-1、PS-2、…、PS-M、…、PS-(M+N))连接，转换器电路将来自交流电源(未图示)的交流电力转换为直流电力并供给到缓冲用放大器。缓冲用放大器将从转换器电路接收到的直流电力转换为交流电力来对缓冲用电动机进行驱动。
通过该方法，与不使用缓冲用电动机的情况相比，能够减小电源设备容量、转换器电路的容量。
然而，在向驱动用电动机供给电力的转换器电路如图2所示那样存在多台的情况下，需要准备多台缓冲用电动机。或者，需要将多个缓冲用电动机、多个缓冲用放大器以及多个转换器电路分别汇总为一个。图3示出将多个缓冲用电动机、多个缓冲用放大器以及多个转换器电路分别汇总为一个的伺服电动机控制系统的例子。驱动用电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))和驱动用放大器(SV1-1、SV1-2、…、SV1-M、…、SV1-(M+N))分别各配置有(M+N)台，与此相对，转换器电路PS、缓冲用放大器SV2以及缓冲用电动机M2分别各配置有一台。并且，缓冲用放大器SV2与缓冲用电动机M2通过一根导线相连接。
在如图2所示那样将多个缓冲用电动机与多个驱动用电动机准备相同数量的情况下，产生缓冲用电动机的台数与驱动用电动机的增加相应地增加的问题。另一方面，在如图3所示那样将多个缓冲用电动机、多个缓冲用放大器以及多个转换器电路分别汇总为一个的情况下，需要容量大的转换器电路，另外，为了驱动缓冲用电动机而需要大电流的逆变器电路。产生如下缺点：容量大的逆变器电路、转换器电路由于生产台数少而成本比通用的容量的逆变器电路、转换器电路高。
发明内容
本发明的目的在于提供如下一种伺服电动机控制系统：在将驱动用电动机、对驱动用电动机进行驱动的逆变器电路分别具有多个的伺服电动机控制系统中，不使用专用的大容量的逆变器电路、转换器电路来作为对缓冲用电动机进行驱动的逆变器电路、转换器电路。
本发明的实施例所涉及的伺服电动机控制系统是对产业设备、机床的轴进行驱动的伺服电动机的控制系统，该伺服电动机控制系统的特征在于，具有：多个第一伺服电动机，该多个第一伺服电动机用于驱动轴；多个转换器，该多个转换器将交流电压转换为直流电压；多个第一逆变器，该多个第一逆变器从转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动第一伺服电动机的交流电压，或者将从第一伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；第二伺服电动机，其使惯性件旋转；多个第二逆变器，该多个第二逆变器从转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动第二伺服电动机的交流电压，或者将从第二伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；以及伺服电动机控制装置，其对多个第一伺服电动机和第二伺服电动机进行控制，其中，第二伺服电动机的数量比多个第二逆变器的数量少，第二伺服电动机中的至少一个具备多个独立的绕组，多个第二逆变器中的至少一部分与设置在一个第二伺服电动机中的多个独立的绕组连接。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过结合附图进行的以下的实施方式的说明会变得更明确。在该附图中，
图1是具备多个驱动用电动机的以往的伺服电动机控制系统的结构图，
图2是具备多个驱动用电动机和多个缓冲用电动机的以往的伺服电动机控制系统的结构图，
图3是具备多个驱动用电动机以及转换器电路、缓冲用放大器、缓冲用电动机各一个的以往的伺服电动机控制系统的结构图，
图4是本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统的结构图，
图5A是表示第二伺服电动机的绕组的构造的图，
图5B是表示第二伺服电动机的绕组与第二逆变器的接线的图，以及
图6是本发明的实施例2所涉及的伺服电动机控制系统的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的伺服电动机控制系统。其中，需要注意的是，本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，还包括权利要求书所记载的发明及其等同物。
[实施例1]
首先，使用附图来说明本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统。图4是本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统的结构图。本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统是对产业设备、机床的轴进行驱动的伺服电动机的控制系统，该伺服电动机控制系统的特征在于，具有：多个第一伺服电动机，该多个第一伺服电动机用于驱动轴；多个转换器，该多个转换器将交流电压转换为直流电压；多个第一逆变器，该多个第一逆变器从转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动第一伺服电动机的交流电压，或者将从第一伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；第二伺服电动机，其使惯性件旋转；多个第二逆变器，该多个第二逆变器从转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动第二伺服电动机的交流电压，或者将从第二伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；以及伺服电动机控制装置，其对多个第一伺服电动机和第二伺服电动机进行控制，其中，第二伺服电动机的数量比多个第二逆变器的数量少，第二伺服电动机中的至少一个具备多个独立的绕组，多个第二逆变器中的至少一部分与设置在一个第二伺服电动机中的多个独立的绕组连接。
接着，详细说明本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统。如图4所示，多个第一伺服电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))是用于对产业设备、机床的轴进行驱动的例如M+N(M+N≥2)台驱动用电动机。
多个转换器(PS-1、PS-2、…、PS-M、…、PS-(M+N))将来自交流电源(未图示)的交流电压转换为直流电压。如图4所示，在实施例1所涉及的伺服电动机控制系统中，设置有与第一伺服电动机相同数量的(M+N)台转换器。
多个第一逆变器(SV1-1、SV1-2、…、SV1-M、…、SV1-(M+N))是用于对驱动用电动机(第一伺服电动机)进行驱动的放大器，从多个转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动多个第一伺服电动机的交流电压，或者将从多个第一伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力。第一逆变器也设置有与第一伺服电动机相同数量的(M+N)台。
第二伺服电动机M2是缓冲用电动机，使惯性件IS旋转。能够通过使设置有惯性件IS的第二伺服电动机旋转来蓄积旋转能量。并且，在驱动用电动机(第一伺服电动机)消耗电力时，使缓冲用电动机(第二伺服电动机)减速来供给能量。另一方面，在驱动用电动机(第一伺服电动机)再生电力时，使缓冲用电动机(第二伺服电动机)加速来消耗能量。通过这样，能够降低驱动用电动机的电力。
多台(例如(M+N)台)第二逆变器(SV2-1、SV2-2、…、SV2-M、…、SV2-(M+N))是用于作为缓冲用电动机的第二伺服电动机M2的放大器，从多个转换器(PS-1、PS-2、…、PS-M、…、PS-(M+N))接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动第二伺服电动机M2的交流电压，或者将从第二伺服电动机M2再生的交流电力转换为直流电力。
伺服电动机控制装置(未图示)对多个第一伺服电动机(M1-1、M1-2、…、M1-M、…、M1-(M+N))和第二伺服电动机M2进行控制。另外，优选的是，伺服电动机控制装置控制第二伺服电动机M2以降低多个第一伺服电动机的电力的峰值。
本发明的实施例1所涉及的伺服电动机控制系统的特征在于，第二伺服电动机M2的数量比多个第二逆变器的数量(例如(M+N)台)少，第二伺服电动机M2中的至少一个具备多个独立的绕组，多个第二逆变器中的至少一部分与设置在一个第二伺服电动机中的多个独立的绕组连接。在图5A中示出第二伺服电动机M2的绕组的构造，在图5B中示出第二伺服电动机M2的绕组与第二逆变器的接线的例子。图5A示出第二伺服电动机M2的截面图，示出配置于定子10的多个绕组(U1、U2、V1、V2、W1、W2、U3、U4、V3、V4、W3、W4)。多个绕组(U1、U2、V1、V2、W1、W2、U3、U4、V3、V4、W3、W4)被分成一个组的绕组(U1、U2、V1、V2、W1、W2)和另一个组的绕组(U3、U4、V3、V4、W3、W4)。图5B示出图5A所示的多个绕组与多个第二逆变器SV2-1、SV2-2的接线的例子。如图5B所示，上述的多个绕组中的一个组的绕组(U1、U2、V1、V2、W1、W2)与一个第二逆变器SV2-1连接，上述的多个绕组中的另一个组的绕组(U3、U4、V3、V4、W3、W4)与另一个第二逆变器SV2-2连接。在此，示出在一台第二伺服电动机上连接有两台第二逆变器的例子，但是不限于此，也可以在一台第二伺服电动机上连接三台以上的第二逆变器。在图4中例示了仅有一台第二伺服电动机M2的情况，但是不限于此，第二伺服电动机也可以是多台。但是，例如在设第二伺服电动机的数量为M台的情况下，第二伺服电动机M2的数量M比多个第二逆变器的数量(M+N)少(M<(M+N))。
另外，在图4所示的例子中，示出了一台第二伺服电动机M2具备作为第二逆变器的数量的(M+N)个独立的绕组的例子，但是不限于此。即，例如在配置有M台第二伺服电动机(M2-1、M2-2、…、M2-M)的情况下，只要其中的至少一台具备多个独立的绕组即可，其它(M-1)台也可以不具备独立的绕组。
例如，在M台第二伺服电动机(M2-1、M2-2、…、M2-M)中的一台第二伺服电动机M2-1具备两个独立的绕组的情况下，其它(M-1)台第二伺服电动机(M2-2、…、M2-M)也可以不具备多个独立的绕组。在该情况下，一台第二伺服电动机M2-1具备两个独立的绕组，因此例如两台第二逆变器(SV2-1、SV2-2)与第二伺服电动机M2-1的两个独立的绕组连接。
同样地，在M台第二伺服电动机(M2-1、M2-2、…、M2-M)中的两台第二伺服电动机(M2-1、M2-2)分别具备两个独立的绕组的情况下，其它(M-2)台第二伺服电动机(M2-3、…、M2-M)也可以不具备多个独立的绕组。
这样，只要第二伺服电动机中的至少一个具有独立的绕组，就能够在维持第二逆变器的数量的状态下削减作为缓冲用电动机的第二伺服电动机的数量，因此得到如下效果：即使不使用专用的大容量的逆变器、转换器来作为第二逆变器、转换器也可以。
[实施例2]
接着，使用附图来说明本发明的实施例2所涉及的伺服电动机控制系统。图6是本发明的实施例2所涉及的伺服电动机控制系统的结构图。本发明的实施例2所涉及的伺服电动机控制系统与实施例1所涉及的伺服电动机控制系统的不同之处在于，作为驱动用电动机的多个第一伺服电动机的数量比多个转换器的数量多。实施例2所涉及的伺服电动机控制系统的其它结构与实施例1所涉及的伺服电动机控制系统的结构相同，因此省略详细说明。
如图6所示，作为构成实施例2所涉及的伺服电动机控制系统的驱动用电动机的多个第一伺服电动机(M1-1、…、M1-M、M1-(M+1)、M1-(M+2)、…、M1-(M+2N-1)、M1-(M+2N))设置有(M+2N)台，第一逆变器(SV1-1、…、SV1-M、SV1-(M+1)、SV1-(M+2)、…、SV1-(M+2N-1)、SV1-(M+2N))也设置有与多个第一伺服电动机相同数量的(M+2N)台。与此相对，多个转换器(PS-1、…、PS-M、PS-(M+1)、…、PS-(M+N))设置有(M+N)台，转换器的数量比第一伺服电动机和第一逆变器的数量少。即，多个转换器中的至少一部分与多个第一逆变器连接以驱动多台第一伺服电动机。例如，如图6所示，转换器(PS-(M+1))与两台第一逆变器(SV1-(M+1))和(SV1-(M+2))连接，转换器(PS-(M+N))与两台第一逆变器(SV1-(M+2N-1))和(SV1-(M+2N))连接。
另外，如图6所示，用于驱动作为缓冲用电动机的第二伺服电动机M2的第二逆变器(SV2-1、…、SV2-M、SV2-(M+1)、…、SV2-(M+N))设置有(M+N)台，与转换器的数量相同。并且，在图6所示的例子中示出了仅设置有一台第二伺服电动机M2的例子，但是不限于此，这点与实施例1相同。
伺服电动机控制装置1与多个第一逆变器(SV1-1、…、SV1-M、SV1-(M+1)、SV1-(M+2)、…、SV1-(M+2N-1)、SV1-(M+2N))和多个第二逆变器(SV2-1、…、SV2-M、SV2-(M+1)、…、SV2-(M+N))连接，对分别设置在第一伺服电动机(M1-1、…、M1-M、M1-(M+1)、M1-(M+2)、…、M1-(M+2N-1)、M1-(M+2N))和第二伺服电动机M2中的独立的多个绕组进行控制。
在实施例2所涉及的伺服电动机控制系统中，第一逆变器、转换器、第二逆变器各自的台数满足以下的条件式。
驱动用电动机(第一伺服电动机)的第一逆变器的台数
≥转换器的台数
≥缓冲用电动机(第二伺服电动机)的第二逆变器的台数
≥2
如以上那样，根据本发明的实施例2所涉及的伺服电动机控制系统，即使在具有转换器的数量以上的驱动用电动机的情况下，也能够不使与转换器的数量相同数量的第二逆变器的数量减少，而使具备惯性件的缓冲用电动机的数量减少，因此得到如下效果：即使不使用专用的大容量的逆变器、转换器来作为第二逆变器、转换器也可以。
如以上说明的那样，根据本发明，使用具有多个绕组、并由逆变器电路驱动各个绕组的电动机来作为缓冲用电动机，将各个逆变器电路与个别的转换器电路连接，由此得到如下效果：即使不使用专用的大容量的逆变器电路、转换器电路来作为对缓冲用电动机进行驱动的逆变器电路、转换器电路也可以。

Claims (2)

1.一种伺服电动机控制系统，是对产业设备、机床的轴进行驱动的伺服电动机的控制系统，该伺服电动机控制系统的特征在于，具有：
多个第一伺服电动机，该多个第一伺服电动机用于驱动轴；
多个转换器，该多个转换器将交流电压转换为直流电压；
多个第一逆变器，该多个第一逆变器从上述转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动上述多个第一伺服电动机的交流电压，或者将从上述第一伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；
第二伺服电动机，其使惯性件旋转；
多个第二逆变器，该多个第二逆变器从上述转换器接收直流电压并将该直流电压转换为用于驱动上述第二伺服电动机的交流电压，或者将从上述第二伺服电动机再生的交流电力转换为直流电力；以及
伺服电动机控制装置，其对上述多个第一伺服电动机和上述第二伺服电动机进行控制，
其中，上述第二伺服电动机的数量比上述多个第二逆变器的数量少，
上述第二伺服电动机中的至少一个具备多个独立的绕组，上述多个第二逆变器中的至少一部分与设置在一个第二伺服电动机中的多个独立的绕组连接。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机控制系统，其特征在于，
上述伺服电动机控制装置控制上述第二伺服电动机以降低上述多个第一伺服电动机的电力的峰值。
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