JP3534641B2 - アンプ一体型モータ及びモータ・アンプの群管理制御システム - Google Patents
アンプ一体型モータ及びモータ・アンプの群管理制御システムInfo
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タ及びモータ・アンプの群管理制御システムに関し、特
に、サーボモータ群の駆動をコントローラにより制御す
るアンプ一体型モータ及びモータ・アンプの群管理制御
システムに関する。
ている。サーボモータは、アンプを含むドライバにより
駆動される。そのアンプがコントローラにより制御され
る場合、図10に示されるように、コントローラ101
とアンプ102との間の接続線103、アンプ102と
サーボモータ104との間の接続線105が、工場のよ
うな現場で使用される。このような接続線の配線作業
は、煩わしく、接続線が長く無造作に放置されていると
そこからノイズが入り込み制御が適正でなくなる。AC
サーボモータの場合で例示すれば、アンプとモータとの
間の接続線の本数は、モータ駆動用として4、ブレーキ
用として2、サーボ制御のための角度検出器(エンコー
ダ)用として15の計21であり、アンプとコントロー
ラとの間の接続線の本数は、アンプ自身に電力を供給す
るために2、コントロール信号用として36が必要であ
る。このような本数は、使用するモータの台数に対応し
て倍数化され膨大な数に達している。
の接続線を短く拘束して配線作業を省略する省線化が、
特開昭60−102839号で知られている。この公知
技術は、サーボモータとアンプを一体化構造に形成する
ことによりその省線化を実現している。このような一体
化にともなって、サーボモータとアンプの間には断熱構
造が形成される。
ータ104nとコントローラ101との間の接続線10
3−n、105−nの配線作業は、更に複雑化し、ノイ
ズの混入が更に増大する。このようなサーボモータの配
線の複数化は、図15に示されるようなビークル、AG
Vにより例示されている。全ての機器がその機体内に配
置されなければならないビークルでは、コントローラ1
01’、アンプ・ドライバ102’、広い領域を占有す
るバッテリ106等が搭載されるビークルの中の狭い隙
間で、多数のサーボモータ104’−nに対する複雑な
接続線103’,105’の配線作業が強要されること
になる。このような機体内の配線数の膨大化は、更に増
大するノイズ発生の問題、アクチュエータであるモータ
の組込・組立、故障時のメインテナンスを煩雑化する。
このような問題は、ロボット、マニピュレータについて
も派生している。従来、コントローラと各アンプとの間
は、図12に示されるように、モータ数に対応するアン
プ数に少なくとも同数の接続線で配線されている。
信技術上の問題がある。通信技術として知られる従来の
LAN方式は、図13に示されるように、1つのコント
ローラ107に共通のLAN形式のシリアルバス108
を介して複数・アクチュエータ(図示せず)に接続する
場合に、その複数・アクチュエータとシリアルバス10
8との間にそれぞれに接続機器109が介設され、コン
トローラ107とシリアルバス108との間、及び、シ
リアルバス108と各接続機器109との間に、図14
に示されるように、通信インタフェースフェース111
が介設される。このような接続によれば、単線であるシ
リアルバスは断線に関して信頼性が乏しく、且つ、断線
箇所が不明であり、更に通信がハンドシェイク方式であ
るため、接続される複数・接続機器のうちで通信速度が
遅い機器の通信速度に全体の通信系が拘束されるという
問題がった。
化が望まれる。更に、全体のシステムとして省線化を実
現することを前提条件として、モータのアンプに対する
熱的影響の問題をより一層に解決しておくことが望まれ
る。更に、有機的に運動する複数・アクチュエータの群
管理のためには、省線化に伴う通信問題を解決した通信
技術の確立が望まれる。
トローラと複数・アンプとの間の省線化度が高いアンプ
一体型モータ及びモータ・アンプの群管理制御システム
を提供することにある。本発明の他の課題は、全体のシ
ステムとして省線化を実現する前提条件として、モータ
のアンプに対する熱的影響の問題をより一層に解決する
ことができるアンプ一体型モータ及びアンプの群管理制
御システムを提供することにある。本発明の更に他の課
題は、有機的に運動する複数・アクチュエータの群管理
のために省線化に伴う通信問題を解決しながらその通信
技術を確立することができるアンプ一体型モータ及びア
ンプの群管理制御システムを提供することにある。
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号
等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応
の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも1
つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にして
いるが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技
術的事項に限定されることを示すためのものではない。
タ(1−s)と、モータ(1−s)に支持されるアンプ
(13−s)とからなり、アンプ(13−s)はモータ
の側面側に配置されて支持されている。又は、アンプ
(13−s)は、モータ(1−s)の後面側に配置され
て支持されている。モータ(1−s)とアンプ(13−
s)との間には空気層が介設されていることが特に好ま
しい。モータ(1−s)の表面から空気に伝達され輻射
される熱は、空気の対流により持ち去られ、アンプ(1
3−s)に届きにくい。この点からみれば、アンプはモ
ータに対して鉛直上方から外れた領域にあることが好ま
しいが、後述する断熱構造の存在は、このような配置に
よる断熱効果による差異はほとんどない。
ことは特に好ましい。断熱構造(34)は放熱構造を含
んでいることが更に好ましい。放熱構造は放熱板(3
5)から形成されることが好ましい。放熱板は、アンプ
に対する空気の対流による熱の伝達を阻止するとともに
自ら熱を吸収しその吸収した熱を空気層に逃がす物理的
作用を有している。したがって、放熱板(35)は輻射
熱線を反射するように鏡面化されていれば更に好まし
く、放熱板(35)の複数枚が多層化されていることは
更に好ましい。このような多層化は、放熱が断熱を促進
する効果を一層に顕著にする。従って、複数・放熱板
(35)の間が空気層であることが特に好ましい。
アンプを支持する部材として、細い支柱(26)である
ことが放熱性、熱伝達性の点で好ましい。支柱(26)
を細くするために、支柱は(26)は複数本化される。
その本数としては4であることが好ましい。支柱(2
6)は、熱伝達性が低いことが好ましく、更に、振動吸
収性があることが望ましい。
れ、基板はコントロール基板(24)とパワー基板(2
3)とを備えている。パワー基板は着脱自在であるある
ことが好ましい。パワー基板の交換は、モータ仕様に自
由に応じることができる。コントロール基板(24)と
パワー基板(23)は多層構造により配置され、又は、
コントロール基板(24)とパワー基板(23)は交叉
構造により配置されている。
形式により群管理される下記の実施の形態に利用される
ことが特に望まれる。モータ(1−s)は複数が設けら
れ、アンプ(13−s)は記複数・モータに対応して複
数が設けられ、更に、コントローラ(7)からなり、コ
ントローラ(7)と複数・アンプ(13−s)とはLA
Nとして接続形成がなされている。このようなLAN形
式により省線化が極端に促進される。そのLANは、複
数・アンプ(13−s)がコントローラ(7)にシリア
ルバス方式により接続される接続形式である。
ス(11M)を備えている。シリアルバス(11)は、
更に、複数・アンプに対応する複数線のローカルバス
(12−s)を備えている。ローカルバス(12−s)
に中継器(41,42)が介設され、中継器はメモリ方
式であることが特に好ましい。
実施の形態のビークルにアクチュエータである複数・サ
ーボモータが設けられている。図1は、そのビークル1
0に搭載されている複数・サーボモータの内の2つだけ
1−1,1−2を示している。モータ1−1は、車軸構
造体3のZ軸スピン機能を有し、モータ1−2は車輪4
の回転駆動機能を有する。モータ1−1,2は、車軸構
造体3に差し込み式に装着され得る。
れている。車体フレーム5には、更に、コントローラ7
が搭載されている。コントローラ7とバッテリ6との間
は、電力供給線8により接続されている。コントローラ
7と各モータ1−,2との間は、1本の電力供給線9と
シリアルバス11とにより接続されている。
−,2・・・,nとの間の接続関係を示している。シリ
アルバス11は、1本のメインバス11Mと複数・ロー
カルバス11L−nとから形成されている。各ローカル
バス11L−sは、中継接続機器12−sを介して共通
のメインバス11Mに接続されている。
バ(以下、アンプという)13−sはそのモータ1−s
に一体化されている。一体化とは、各モータにこれに対
応するアンプが同体に取りつけられていることをいう。
以下添字s,nは、必要がない限り省略される。アンプ
13とコントローラ7との間は、LAN構成・シリアル
バスである各ローカルバス11Lと共通のメインバス1
1Mとによりシリアル通信が行われる。中継接続機器1
2による接続方式は、後述される。
示している。アンプ一体型モータ21は、モータ1とア
ンプ13とから形成されている。モータ1は、本体ケー
シング22を備えている。アンプ13は、パワー基板2
3と制御基板24とから形成されている。パワー基板2
3は、制御基板24から分離され得る。モータの出力仕
様の変更があった場合、そのパワー基板23を取り外し
てより適正な出力用の他のパワー基板に取り替えること
ができる。
る。パワー基板23の分割2体は、その隅部分が取付構
造部位25として形成されている。その1体について取
付構造部位25は、両端側に2カ所で設けられている。
4カ所の取付構造部位にボルトのような支柱26が通さ
れる。支柱26の一端部が取付構造部位25に固着さ
れ、支柱26の他端部が本体ケーシング22に固着され
ている。
れている。このようにアンプ13は、モータ1に支持さ
れて固着されモータ1に同体化されている。アンプ13
は、放熱用カバー27で被覆される。放熱用カバー27
は、アンプ13を保護しながらアンプ13の発熱による
熱を大気中に放出する機能を有している。
いる。モータ電源28は、本体ケーシング22に固定さ
れている。このように、アンプ13とモータ電源28
は、同体化されている。アンプ13は、更に、補助基板
29を含んでいる。補助基板29は、コントローラ7を
制御基板24に接続するためと、制御基板24をパワー
基板23に電気的に接続するために設けられている。モ
ータ電源28は、図1のバッテリ6に接続され、制御基
板24は図2の中継接続機器12を介してコントローラ
7に接続されている。
タ1に出力される電力供給を制御するための制御ロジッ
クを担当するシステムLSI基板31とコントローラ7
との間でLAN形式・シリアル通信を実行させるための
シリアル通信IC基板32を含んでいる。制御基板24
は、更に、モータ角度検出センサ(図示せず)の出力信
号を処理するためのASIC基板を含んでいる。パワー
基板23はパワーIC33で形成されている。
との間に、多層断熱・放熱構造体34が介設されてい
る。多層断熱・放熱構造体34には既述の支柱26が通
され、多層断熱・放熱構造体34は支柱26により支持
されている。多層断熱・放熱構造体34は、支柱26に
接触しているが、モータ1とアンプ13とには直接には
接触していない。多層断熱・放熱構造体34は、複数枚
の薄い断熱・放熱板35の集合である。複数・放熱板の
相互の間は、空間である。
3へのモータ1からの入熱量の相違を示している。図4
(a)は、アンプ13が直接に広い面積でモータ1に接
触している場合の入熱・放熱関係を示している。モータ
1からアンプ13に伝導する熱量Qmとアンプ13から
大気中へ伝導する熱量Qdの関係は、定常状態になる前
には、Qm>>Qd。これら熱量の大きい差分が入熱量
としてアンプ13中に常時に残存することになる。本発
明による実施の形態を示す図4(b)は、モータ1とア
ンプ13との間に空気層41が介在する場合の入熱関係
を示している。対流により伝達される熱伝達量Qmは、
アンプ13から放出される熱量Qdに対して、Qm>Q
d。この場合のアンプ13が蓄熱する熱量は、図4
(a)に示される場合のそれよりも小さいが、図4
(c)に示される場合の蓄熱量よりは大きい。このよう
な空気層の空気を強制排除するためのファンを設けるこ
とが好ましい。
間に多層断熱・放熱構造体34が介設されている場合の
入熱・放熱関係を示している。空気層41の対流による
熱伝達量Qmとしてモータの発熱量の大半が空気中に放
散される。対流により多層断熱・放熱構造体34に伝達
され断熱・放熱板35に入熱した熱は、断熱・放熱板3
5の間の対流により大気中に放散される。空気は良好な
断熱材であるから、空気を介した熱伝達はほとんど無視
することができる。このように、多層断熱・放熱構造体
34は、断熱・放熱の両作用効果を有している。多層構
造化は、その効果をエキスポーネンシャルに高くするこ
とができる。
柱26は、その断面積が小さく設計されている。支柱2
6を介してモータ1が発生する熱のうちアンプ13に伝
達される量は設計通りに少ない。支柱にフィンである放
熱板を追加することは好ましい。この場合、アンプの蓄
熱量は定常的に極端に小さく、結果的にアンプからの放
熱量も少ない。アンプに放熱板を取り付けてアンプに蓄
積される熱を放出してアンプの温度を下げる冷却は、遅
きに失する。
導率が小さい材料で形成され、その熱容量が小さく熱伝
導率がもっとも小さい空気層が大きい断熱効果を発揮
し、その多層化構造により全体の熱伝導率は極端に小さ
くなっており、蓄熱アンプ13への入熱量を効果的に削
減することができる。更に、断熱・放熱板35の面特
に、アンプ側の面に鏡面処理を施すことが好ましい。そ
の鏡面により入熱しようとする輻射熱を反射させること
ができる。
の実施の他の形態を示している。この実施の形態による
アンプ一体型モータ21’は、モータ1とアンプ2の一
体化の際の配置関係が、既述のそれとは異なっている。
図3に示される一体化は、パワー基板23と制御基板2
4が並ぶ方向がモータの回転軸心線に直交する方向であ
るが、図5に示されるパワー基板23’と制御基板2
4’は、その並ぶ方向がモータの回転軸心線Lの方向に
同じである。
角側面に取り付けられている。電源28’とパワー基板
23’との間に支柱26’が配置されている。支柱2
6’の一端部は電源28’に固着され、支柱26’の他
端部はパワー基板23’に固着されている。電源28’
の軸直角側面とパワー基板23’との間の空気層(空
間)に多層断熱・放熱構造体34’が配置されている。
このような配置関係は、モータ21の取付角度、取り付
け場所等が考慮されて定められる。回転軸心線が鉛直向
きであれば、図3に示される配置が好ましい。放熱用カ
バー27’が、図3の実施の形態と同様に設けられてい
る。図5の多層断熱・放熱構造体34’は、回転軸心線
Lが水平であれば、その対流による放熱性がよい。
象的に示している。パワー基板23と制御基板24は、
それらの基板面が直交している立体的交叉構造を有して
いる。図7は、図5のアンプ13の他の内部配置を抽象
的に示している。パワー基板23’と制御基板24’
は、それらの基板面が平行である多層化構造を有してい
る。
実施の他の形態を示している。メインバス11M’は、
複数線化され3本が例示されている。複数・メインバス
と各アンプ13の間に、少なくとも2つの直列中継接続
機器がそれぞれに介設されている。直列中継接続機器
は、中間中継接続機器41と中継接続機器42とから形
成されている。各メインバス11M’は、各第1ローカ
ルバス43を介して各中間中継接続機器41に接続して
いる。複数・メインバス11M’は、それぞれの第1ロ
ーカルバス43を介して各中間中継接続機器41にそれ
ぞれに接続している。各中間中継接続機器41は、各第
2ローカルバス44を介して各中継接続機器42に接続
している。
42との接続が、図9に示されている。中間中継接続機
器41は、第1ローカルバス側に通信インタフェース4
5を有し、第2ローカルルバス側に接続インタフェース
46を有している。このような接続により、ハンドシェ
イク方式でなくメモリ方式であるシリアル通信が可能で
ある。
図中にXで示す位置に断線が発生した場合、コントロー
ラ7から中間中継接続機器41へその1本による通信が
不可能であることを検出することにより、その1本が断
線していることを検出することができ、コントローラ7
から通信する相手の中間中継接続機器41のどれに対し
て通信が不可能であるかを検出することにより、その1
本の断線箇所を検出することができる。3本のメインバ
ス11M’に断線がない場合、コントローラ7から各中
継接続機器42に対して通信することにより、複数・第
2ローカルバスのどの線が断線しているかを検出するこ
とができる。
が含まれている場合、メモリ方式の通信が採用されてお
り、メモリに書き込まれ、又は、メモリに読み込まれる
データの更新周期は遅くなるが、メインバス、ローカル
バスの通信速度は、従来のハンドシェイク方式の通信の
ように遅く拘束されることはない。メインバス11M’
によりシリアルに送信されてくるデータは、通信インタ
フェース45であるメモリに一旦読み込まれ、そのデー
タは直ちに接続インタフェース46に転送される。接続
インタフェース46のデータをアンプに転送するための
処理速度が遅くても、次にメインバス11M’によりシ
リアルに送信されてくる次のデータは、通信インタフェ
ース45に保持されている。中継接続器42の処理速度
は、シリアル通信に対して実質的には影響しない。
ンプの群管理制御システムは、省線効果が大きい。その
場合に、モータ・アンプの保護が保持される。
テムの実施の形態を示す射軸投影図である。
テムの実施の形態を示す回路図である。
施の形態を示す射軸投影図である。
作用を示す概念図である。
施の他の形態を示す射軸投影図である。
施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
テムの実施の他の形態を示す回路図である。
テムの実施の更に他の形態を示す回路図である。
る。
ある。
図である。
ある。
ある。
図である。
Claims (19)
- 【請求項1】本体ケーシング内に設けられたモータと、 前記本体ケーシングの一表面から延びる少なくとも1つ
の棒状の支柱と、 前記本体ケーシングから離れるように前記支柱により支
持され、カバー内に設けられたアンプとを具備し、 前記アンプと前記本体ケーシングの前記表面との間には
空気層が介設され、前記カバーは、前記支柱と垂直な方向において前記空気
層を大気に開放する開放部が設けられるように前記アン
プを被覆する アンプ一体型モータ。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記アンプは前記モータの側面側に配置されて支持され
ているアンプ一体型モータ。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記アンプは前記モータの後面側に配置されて支持され
ているアンプ一体型モータ。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記空気層に断熱構造が含まれているアンプ一体型モー
タ。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかにおいて、 前記アンプ一体型モータは、複数の前記支柱を有してい
るアンプ一体型モータ。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかにおいて、 前記支柱は振動吸収性を有しているアンプ一体型モー
タ。 - 【請求項7】 請求項4において、 前記アンプ一体型モータは、複数の前記支柱を有し、 前記断熱構造は放熱構造を含んでいるアンプ一体型モー
タ。 - 【請求項8】本体ケーシング内に設けられたモータと、 前記本体ケーシングの一表面から延びる複数の棒状の支
柱と、 前記本体ケーシングから離れるように前記支柱により支
持され、カバー内に設けられたアンプと、 前記複数の支柱により支持された少なくとも1枚の放熱
板とを具備し、 前記アンプと前記本体ケーシングの前記表面との間には
空気層が介設された アンプ一体型モータ。 - 【請求項9】 請求項8において、 前記放熱板は輻射熱線を反射するように鏡面化されてい
るアンプ一体型モータ。 - 【請求項10】 請求項8又は9において、前記放熱板は複数であり、 前記アンプと前記複数の放熱板の最上位のものとの間、
前記複数の放熱板の隣り合う2つの間、及び前記複数の
放熱板の最下位のものと前記本体ケーシングとの間は空
気層であるアンプ一体型モータ。 - 【請求項11】 請求項1乃至10のいずれかにおい
て、 前記アンプは、 コントロール基板と、 パワー基板とを備え、 前記パワー基板は着脱自在であるアンプ一体型モータ。 - 【請求項12】 請求項11において、 前記コントロール基板と前記パワー基板は多層構造によ
り配置されているアンプ一体型モータ。 - 【請求項13】 請求項11において、 前記コントロール基板と前記パワー基板は交叉構造によ
り配置されているアンプ一体型モータ。 - 【請求項14】 請求項1乃至13のいずれかに記載の
複数のアンプ一体型モータと、 コントローラと、 前記コントローラと前記複数のアンプとを接続するLA
Nとを具備するモータ・アンプの群管理システム。 - 【請求項15】請求項1乃至13のいずれかに記載の複
数のアンプ一体型モータと、 コントローラと、 前記コントローラと前記複数のアンプ一体型モータとを
接続するLANとを具備し、 前記LANは、前記複数のアンプ一体型モータが前記コ
ントローラにシリアルバス方式により接続される接続形
式であり、 前記シリアルバスは単一線のメインバスを備えており、 前記シリアルバスは、更に、前記複数のアンプ一体型モ
ータに対応する複数線のローカルバスを備えており、 前記ローカルバスに中継器が介設され、 前記中継器はメモリ方式であるモータ・アンプの群管理
システム。 - 【請求項16】 請求項1乃至13のいずれかに記載の
複数のアンプ一体型モータと、 前記複数のアンプ一体型モータを制御するためのコント
ローラと、 前記コントローラと接続された少なくとも1つのメイン
バスと、 前記複数のアンプ一体型モータの各々を前記メインバス
に接続するための中継器とを具備し、 前記中継器は、前記メインバス側に通信インターフェイ
スを有し、前記額アンプ一体型モータ側に接続インター
フェイスを有し、メモリ方式でシリアル通信を可能とす
るモータ・アンプの群管理システム。 - 【請求項17】 請求項1乃至13のいずれかに記載の
複数のアンプ一体型モータと、前記複数のアンプ一体型
モータは複数のグループにグループ化され、 前記複数のアンプ一体型モータを制御するためのコント
ローラと、 前記コントローラと接続された複数のメインバスと、 前記複数のメインバスに接続されたメモリ方式の複数の
中継器とを具備し、 前記複数のグループはそれぞれ前記複数の中継器と接続
されているモータ・アンプの群管理システム。 - 【請求項18】 請求項17において、 前記複数の中継器の各々は、 前記複数のメインバスに接続され、メモリを有する第1
中継器と、前記メモリには前記コントローラからデータ
が書き込まれ、 前記各中継器に対応する前記グループ内の対応するアン
プ一体型モータと接続され、前記第1中継器から前記デ
ータを読み出して前記対応するアンプ一体型モータに転
送する前記第2中継器とを具備するモータ・アンプの群
管理システム。 - 【請求項19】 請求項18において、 前記コントローラは、前記複数の第1中継器のいずれか
との通信に基づいて、前記複数のメインバスのうちの断
線を検出し、前記複数の第2中継器のいずれかとの通信
に基づいて前記第1中継器と前記第2中継器の間の断線
を検出するモータ・アンプの群管理システム。
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JP05969899A JP3534641B2 (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | アンプ一体型モータ及びモータ・アンプの群管理制御システム |
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Publications (2)
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JP2000262014A JP2000262014A (ja) | 2000-09-22 |
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