JP2008017553A - 三台一体型ａｃサーボ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で組立時間が短くコスト低減できる三台一体型ＡＣサーボ駆動装置を提供する。
【解決手段】 三台一体型ＡＣサーボ駆動装置１０はメインコンソール１２、制御モジュール１４、電源モジュール１６を含んで一体化される。三台一体型ＡＣサーボ駆動装置１０は１台で複数のＡＣサーボモータを駆動できる。制御モジュール１４はデジタル信号処理器２８とＦＰＧＡ２６と電流検出器２４と表示装置３０と通信インタフェース２０及びＩ／Ｏ装置２２で構成される。メインコンソール１２は通信インターフェース２０はと通信を行い、Ｉ／Ｏ装置と信号を授受する。ＦＰＧＡ２６はＰＷＭ制御装置３２と位置／速度検出器を含む。電源モジュール１６は三相交流電源４８と整流器３６とＩＧＢＴで構成されたインバータブリッジ４４とブレーキ装置４２と電源ブス３４と従来よりも小型のキャパシタ４０を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明はＡＣサーボ駆動装置、特に三台一体型ＡＣサーボ駆動装置に関する。

電流多軸制御システムはメインコンソールを有する集中化システムである。メインコンソールは、従来の配線又は高速通信を介してサーボモータの線型／円形補間移動を制御するためサーボ駆動装置を制御する。

ＡＣサーボモータは一般に三軸以上又は多軸システムを持った機械に使用される。ＡＣサーボモータは一台のモータへ接続された一台のサーボ駆動装置、又は１対Ｎ設計で複数のモータへ接続された一台のサーボ駆動装置を有するように設計される。後者は拡張可能なモジュール化された設計で、ここではモータ用電源装置はより多くのモータが接続される場合に拡張される。しかし結線や組み立て時間は効率及びコストダウンにおいて有利ではない。

この発明は、駆動装置は複数のモータへ接続されそして、モータの電源モジュール及び制御モジュールは、同じモジュールに一体化される、３台一体型ＡＣサーボ駆動装置を提供する。通信インタフェース、表示装置、Ｉ／Ｏ装置、電源モジュールのＩＧＢＴモジュールのキャパシタのような重複部分は省略でき、少しの組み立て時間で占められる空間とコストを削減できる。

従ってこの発明はメインコンソール、制御モジュール、電源モジュール、及び複数のサーボモータからなる３台一体型ＡＣサーボ駆動装置を提供する。制御モジュールは：メインコンソールとの二方向指令及びデータを伝送する通信インタフェース；二方向アナログ／デジタルＩ／Ｏ信号を伝送するＩ／Ｏ装置；サーボモータに対応する電流信号を受けるために使用され、そして電流信号をデジタル電流信号へ変換する電流検出器；サーボモータの回転位置及び回転速度を検出するために使用され、そして回転位置及び回転速度のデジタル信号を出力し、サーボモータの電流に相当するＰＷＭ信号を発生させるＦＰＧＡ；通信インタフェースを介してメインコンソールからの速度指令、位置指令、およびトルク指令を受け、Ｉ／Ｏ装置からのアナログ／デジタルＩ／Ｏ信号を受け、電流検出器からのデジタル電流信号を受け、そしてＦＰＧＡからの回転位置のデジタル信号及び回転速度のデジタル信号を受け、それらの信号に基づいたサーボモータの電流のためのＰＷＭ信号を得、ＰＷＭ信号をＦＰＧＡへ出力しそしてサーボモータの作動状態をメインコンソールへ伝送する、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）；及びＡＣ電力をＤＣ電力へ変換する変換器；ＤＣ電力を変換器へ提供する電源ブス；電源ブスのためのＤＣ電力を安定させるためのキャパシタ；電源ブスのＤＣ電力をＡＣ電力へ変換し、そしてＦＰＧＡのＰＷＭに従い対応するサーボモータのためのＡＣ電圧およびＡＣ電流を発生させる複数のインバータ；及びインバータからサーボモータへ供給される電流を感知しそして感知した電流信号を電流検出器へ出力するための複数の電流感知器、からなる電源モジュール：からなる。

図１はこの発明による三台一体型ＡＣサーボ駆動装置のブロック図を示す。三台一体型ＡＣサーボ駆動装置１０はメインコンソール１２、制御モジュール１４、電源モジュール１６及び複数のサーボモータ１８からなる。

メインコンソール１２は通信インタフェース２０、Ｉ／Ｏ装置２２，電流検出器２４，フィールド・プログラマブル・ゲート・アレー（ＦＰＧＡ）２６、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８および表示装置３０、からなる。ＦＰＧＡ２６は位置／速度検出器３２及び位相幅変調（ＰＷＭ）制御装置３４からなる。

電源モジュール１６は変換器３６、電源ブス３８、キャパシタ４０、ブレーキ装置４２、複数のインバータ４４及び複数の電流感知器４６からなる。

通信インタフェース２０及びメインコンソール１２は指令及びデータを二方向へ伝送する。例えばメインコンソール１２は速度指令、位置指令及びトルク指令を通信インタフェース２０へ伝送する。通信インタフェース２０はデジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８から出力されるサーボモータ１８の作動状態を伝送する。通信インタフェース２０はＲＳ−４８５、ＲＳ２３２、ＭｏｄｂｕｓおよびＣＡＮ−オープンからなる。

Ｉ／Ｏ装置２２及びメインコンソール１２はデジタル／アナログＩ／Ｏ信号を二方向へ伝送する。Ｉ／Ｏ装置２２はアナログ・デジタル変換機能又はデジタル・アナログ変換機能及びデジタル入力／出力（ＤＩ／ＤＯ）機能を有する。

電流検出器２４はサーボモータ１８に対応する複数の電流信号を受け、そしてデジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８へ出力するために電流信号をデジタル電流信号に変換する。電流感知器４６はインバータ４４からサーボモータへ供給される電流を感知し、そして感知電流を電流検出器２４へ伝送する。

ＦＰＧＡ２６の位置／速度検出器３２はサーボモータ１８の回転位置及び速度を検出し、次に回転位置のデジタル信号及び速度のデジタル信号をデジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８へ伝送する。ＦＰＧＡ２６の位相幅変調（ＰＷＭ）制御装置３２は、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８のＰＷＭ信号によりサーボモータ１８の電流に対応したＰＷＭ信号を発生させる。

デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８は通信インタフェース２０を介してメインコンソール１２からの速度指令、位置指令及びトルク指令を受け、Ｉ／Ｏ装置２２からのアナログ／デジタルＩ／Ｏ信号を受け、電流検出器２４からのデジタル電流信号を受け、そしてＦＰＧＡ２６の位置／速度検出器３２からの回転位置のデジタル信号及び回転速度のデジタル信号を受ける。デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８はそれらの信号及びその高速計算に基づくサーボモータ１８電流のＰＷＭデジタル信号を得る。デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８はＰＷＭデジタル信号をＦＰＧＡ２６の位相幅変調（ＰＷＭ）制御装置３４へ出力する。デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８は通信インタフェース２０を介してサーボモータ１８の作動状態をメインコンソール１２へ伝送する。

表示装置３０はデジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８からのデータを受け、そして７区分表示で、各サーボモータ１９の電圧、電流、位置、速度及び誤差情報を表示する。

変換器３６は三相電力４８をＤＣ電力へ変換する。電源ブス３８はＤＣ電力を変換器３６へ提供する。キャパシタ４０は電源ブス３８のリップルを減らすことにより、電源ブス３８のＤＣ電力を安定させるために使用される。変換器３６は三相ＡＣ電力４８をＤＣ電力へ変換するブリッジ整流器である。

インバータ４４は電源ブス３８のＤＣ電力をＡＣ電力へ変換し、そしてＦＰＧＡ２６の位相幅変調（ＰＷＭ）制御装置３４からのＰＷＭ信号によりサーボモータ１８に対応するＡＣ電圧及び電流を発生させる。インバータ４４は全ブリッジ三相変換器で、電源ブス３８のＤＣ電力を色々な周波数及び色々な振幅の三相ＡＣ電圧および電流へ変換する。ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）モジュールを持った６ブリッジ変換器４４は電源ブスのＤＣ電力を所望の色々な周波数及び色々な振幅へ変換するため、６ブリッジスイッチを使用し、ここで大ＤＣ電圧及び電流はＡＣ電圧及び電流へ変換される。図１に見られるように、三軸サーボモータ１８の３セットの６ブリッジ変換器４４は同じＤＣ電圧源を使用する。６ブリッジ変換器４４は電源ブス３８の電圧が過剰な場合に電源ブス３８のブレーキ装置を解放する。従って電源モジュール１６は従来の１対１駆動と比較して共通部分を排除できる。

上の説明から見られるように、ブレーキ装置４２、キャパシタ４０、及び変換器３６のような重複要素は共通変換器３６の電圧、電源ブス３８及びキャパシタ３６を使用することによって排除できる。熱放散板（表示無し）の寸法もまた縮小できる。制御モジュール１４のための表示装置３０、通信インタフェース２０及びＩ／Ｏ装置２２のような重複要素もまた縮小できる。高速デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２８は三台のＤＳＰよりも費用が安い。これは三軸システムのような多軸システムに比べ費用面でより競争力がある。

この発明は複数のモータを接続するために一つの駆動装置を使用する利点を有し、そしてモータの電源モジュールは同一モジュールに配置される。モータは通信インタフェース、表示装置、Ｉ／Ｏ装置のような共通駆動部を使用できる。電源モジュールのＩＧＢＴモジュールのキャパシタは縮小できる。寸法はよりコンパクトになり、費用、配線及び組み立て時間もまた削減できる。

この発明はその好適実施例に関し述べてきたが、本発明はその詳細に限定されないことは理解されるだろう。様々な置換や変更が先の説明で示唆され、そして他にも当業者には思いつくだろう。従ってこのような置換や変更は全て付属する特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内に包含されることを意図する。

新規性があると思われる本発明の特徴は、付属する特許請求の範囲で詳細に説明される。しかし本発明自身は付属図面に関する本発明のいくつかの典型的実施例を記述する、本発明の以下の詳細説明を参照することにより最もよく理解される。
この発明による三台一体型ＡＣサーボ駆動装置のブロック図を示す。

符号の説明

１０ 三台一体型ＡＣサーボ駆動装置
１８ サーボモータ

Claims (6)

1. 制御モジュールは：メインコンソールと二方向指令及びデータを伝送する通信インタフェース；二方向アナログ／デジタルＩ／Ｏ信号を伝送するＩ／Ｏ装置；サーボモータに対応する電流信号を受けるために使用され、そして電流信号をデジタル電流信号へ変換する電流検出器；サーボモータの回転位置及び回転速度を検出するため、及び回転位置及び回転速度のデジタル信号を出力する、サーボモータの電流に対応するＰＭＷ信号を発生させるＦＰＧＡ；通信インタフェースを介してメインコンソールからの速度指令、位置指令、およびトルク指令を受け、Ｉ／Ｏ装置からのアナログ／デジタルＩ／Ｏ信号を受け、電流検出器からのデジタル電流信号を受け、そしてＦＰＧＡからの回転位置のデジタル信号及び回転速度のデジタル信号を受ける、それらの信号に基づくサーボモータ電流に対するＰＷＭ信号を得、ＰＷＭ信号をＦＰＧＡへ出力しそしてサーボモータの作動状態をメインコンソールへ伝送する、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）；及びＡＣ電力をＤＣ電力へ変換する変換器；ＤＣ電力を変換器へ提供する電源ブス；電源ブスのためのＤＣ電力を安定させるためのキャパシタ；電源ブスのＤＣ電力をＡＣ電力へ変換し、そしてＦＰＧＡのＰＷＭに従い対応するサーボモータのＡＣ電圧およびＡＣ電流を発生させる複数のインバータ；及びインバータからサーボモータへ供給される電流を感知し、そして感知した電流信号を電流検出器へ出力するための複数の電流感知器：からなり、メインコンソール、制御モジュール、電源モジュール、及び複数のサーボモータからなる三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
2. 伝送インタフェースはＲＳ−４８５、ＲＳ２３２、Ｍｏｄｂｕｓ及びＣＡＮ−オープンの内の一つである、請求項１に記載の三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
3. 制御モジュールは更にＤＳＰからのデータを受け、そして各サーボモータの電圧、電流位置、速度及び誤差情報を表示するための表示器からなる、請求項１に記載の三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
4. ＦＰＧＡはサーボモータの回転位置及び回転速度を検出し、そして回転位置及び回転速度のデジタル信号を出力するための位置／速度検出器；及びＤＳＰのＰＷＭデジタル信号のＰＷＭ信号に基づき、サーボモータ電流のＰＷＭ信号を発生させるためのＰＷＭ制御装置からなる、請求項１に記載の三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
5. 電源モジュールは更に電源ブス電圧が過剰な場合、エネルギを解放するためのブレーキ装置からなる、請求項１に記載の三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
6. 変換器は三相ＡＣ電力をＤＣ電力へ変換するためのブリッジ整流器であり、インバータはＤＣ電力を色々な周波数及び色々な振幅の三相電圧及び電流へ変換するための全ブリッジ三相インバータである、請求項１に記載の三台一体型ＡＣサーボ駆動装置。
   
   
   
   
   

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