JP4999144B2 - サーボモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械等に使用されるサーボモータとサーボモータ駆動装置に関する。特に、本発明は、複数のアンプから制御電流をサーボモータへ供給するサーボモータ駆動装置に関する。

図３は、一般的な三相交流サーボモータ用アンプの基本的な構成を示している。アンプＯＡは、３つのパワー素子１２と２つの電流検出器１４を有する電流ループ回路１０を含んでいる。モータ制御装置であるモーションコントローラ（図示しない）は指令信号Ｕ_ｑをアンプＯＡに送る。アンプＯＡはパワー素子１２を通して電流を指令信号Ｕ_ｑが示す値まで増幅し制御電流を出力する。制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗは、サーボモータＳＭの各相のコイル群、すなわちＵ相コイル群７０u、Ｖ相コイル群７０ｖ、Ｗ相コイル群７０ｗへ供給される。各相のコイル群は、並列に接続された複数のコイルから成っている。制御電流は電流検出器１４の検出電流によって補正される。サーボモータＳＭやアンプＯＡ内に異常検出器が設けられ、アンプＯＡは異常検出器の情報に基づきエラー信号Ｅｒをモーションコントローラに出力する。例えば、図３中の異常検出器２０は、アンプＯＡ内の過電力を検出する。

サーボモータＳＭの各相で並列コイルの数を増やすと、応答性を低下させずにサーボモータＳＭの推力を大きくすることができる。しかし、パワー素子１２によって並列コイルに供給可能な瞬時最大電流には限界がある。したがって、応答性を低下させずに大きくできる推力にも限界がある。

例えば、工作機械のように移動体の質量が比較的大きい場合、より大きな推力がサーボモータに要求される。特に、応答性能や加速性能に対する要求が年々高まっていることからサーボモータにリニアモータを採用する傾向にある。伝達機構のないリニアモータでは、所要の最大加速度と最高速度で移動させることができる移動体の最大の質量はサーボモータの推力に直接的に依存する。これまでの構成のアンプでは加速時における瞬時最大電流が不足し、十分な推力を得ることができなくなってきている。もっとも、１つの移動体を複数のリニアモータによって駆動することも考えられる。しかしながら、この場合、複数のリニアモータを同期させる装置などいくつかの付加的な機能を必要としてしまう。

ところで、特許文献１に開示されるように、並列に設けられたコイルの１つに対し１つのアンプを接続する方式、いわゆるマルチアンプ方式のモータ駆動装置が知られている。このようなマルチアンプ方式を利用する場合、コイル数の増加に応じてアンプの数も増加させる。こうして、供給可能な制御電流を増大させ、サーボモータの推力を増大させることができる。

特開２００３−４７２８５号公報

しかしながら、複数のアンプを設けると、モーションコントローラは複数のアンプのそれぞれに対し指令信号を供給する必要がある。したがって、指令信号を伝送するケーブルがアンプの数、言い換えれば、コイルの数だけ要求される。その結果、コイルの数を増やすとモーションコントローラの構成を変更する必要が生じるとともに、配線が複雑化あるいは困難になり、サーボモータの推力に物理的な限界を生じさせる。そのため、結局、大きな推力を得ることが困難になる。したがって、単に並列コイルのそれぞれに個別のアンプを接続する構成は、コイルを増やす毎にアンプを追加しなければならない。また、そのような構成は、基板や配線の数を増大させ、あるいは装置や基板の大幅な設計の変更を余儀なくさせる。

また、複数のアンプに対して電源装置から電力を供給する必要があるが、電力を送電するケーブルがコイルの数だけ要求される。したがって、配線が面倒であり、予期される最大数のアンプに適する電源装置を構成しておくことが要求される。また、アンプの数だけエラー信号が発生するので、モーションコントローラと複数のアンプ間に複数の信号を処理する装置が別に要求される。

本発明は、上記課題に鑑みて、容易により大きな推力を得ることができるサーボモータ用の駆動装置を提供することを目的とする。本発明によるいくつかの具体的な利点は、追ってより詳細に説明される。

ある観点から見る本発明は、上記課題を解決するため、一のリニアモータにおいて、各相一のコイルから成るコイルブロック（７１、７２、７３）を複数並列に接続し、複数のコイルブロックのそれぞれへ制御電流（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ）を供給するアンプ（１、２、３）を複数並列に設けるとともに、前記複数のアンプは、それぞれ接続回路と内部の異常を検出する異常検出回路を有し、モーションコントローラ（４０）と複数のアンプを下り方向の信号線（４１、４２、４３）によってディジーチェイン接続してモーションコントローラが指令信号（Ｕ_ｑ）を複数のアンプのうち最上位アンプ（１）へ供給し指令信号は最上位アンプからより下位のアンプ（２、３）へ順に伝搬されるようにし、電源装置（５０）と複数のアンプを第２の下り方向の信号線（５１、５２、５３）によってディジーチェイン接続して電源装置が電力（Ｗ _ｑ ）を最上位アンプへ供給し電力はより下位のアンプへ順に伝搬されるようにし、モーションコントローラと複数のアンプを上り方向の信号線（３１、３２、３３）によってディジーチェイン接続して最上位アンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号（Ｅｒ）がモーションコントローラへ送られより下位のアンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号がより上位のアンプを順に経由してモーションコントローラへ到来するようにし、前記指令信号の伝搬、前記電力の伝搬、および前記エラー信号の到来を前記接続回路を通して行うサーボモータ駆動装置である。

好ましくは、最上位アンプは、その異常検出回路から発生するエラー信号と、より下位のアンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号との論理和をとる論理和回路を含むようにした。

本発明のサーボモータ駆動装置では、各相のコイルから成るコイルブロックを複数並列に接続し、複数のコイルブロックのそれぞれへ制御電流を供給するアンプを複数並列に設け、複数のアンプをディジーチェイン接続したので、配線が複雑化せず複数のアンプとモーションコントローラをつなぐ信号ケーブル又は電力ケーブルは、モーションコントローラとマスタアンプ間にのみ設ければよい。したがって、多数のアンプを含むサーボモータ駆動装置を容易に提供し大きな推力を発生するサーボモータを実現できる。また、各アンプは基本的に同一の構成でよいから、アンプの数を増加する場合に、追加のアンプを最下位アンプへ接続すればよくモーションコントローラやサーボモータ駆動装置に大幅な設計変更が要求されない。

以下に、図１及び２を参照して，本発明のサーボモータ駆動装置を詳細に説明する。なお，明細書及び図面において，実質的に同一の要素に同一の参照番号を与えその説明を省略する。

図１中のサーボモータ７は三相交流同期型リニアモータである。サーボモータ７の一次側ユニットを構成する各相コイルを複数のコイルに分割している。各コイルは、例えば、櫛歯状の鋼板の積層体により形成された鉄心に巻装されている。Ｕ相コイルを複数のコイルｕ７１、ｕ７２、ｕ７３へ分割し、Ｖ相コイルを複数のコイルｖ７１、ｖ７２、ｖ７３へ分割し、Ｗ相コイルを複数のコイルｗ７１、ｗ７２、ｗ７３へ分割している。各相のコイルで構成されるコイルブロック７１、７２、７３はそれぞれのアンプ１、２、３へ接続される。コイルブロック７１は複数のコイルｕ７１、ｖ７１、ｗ７１により、コイルブロック７２は複数のコイルｕ７２、ｖ７２、ｗ７２により、コイルブロック７３は複数のコイルｕ７３、ｖ７３、ｗ７３により構成される。なお、図１は、実際のコイル配置を示すものではなく、コイルブロック７１、７２、７３と複数のアンプとの接続を示している。

サーボモータ駆動装置ＰＷが、１つのマスタアンプ１と２つのスレーブアンプ２、３を含む。説明を簡単にするため、実施例では、コイルブロックとスレーブアンプの組み合わせが３つ示されているが、３つ以上の組み合わせが設けられてもよい。各アンプ１、２、３はディジーチェイン接続される。モーションコントローラ４０と電源装置５０の出力は、唯一、最上位アンプであるマスタアンプ１の入力へ接続される。他のアンプ２、３は、モーションコントローラ４０と電源装置５０へ接続されていない。次位のアンプであるスレーブアンプ２はマスタアンプ１に隣接し、スレーブアンプ３は最下位アンプである。

モーションコントローラ４０は指令信号Ｕ_ｑを下り方向の信号線４１を通してマスタアンプ１へのみ供給する。より下位のアンプであるスレーブアンプ２、３は他のアンプを通してモーションコントローラ４０から指令信号Ｕ_ｑを入力できる。電源装置５０は電力線５１を通して商用交流を変圧および整流してマスタアンプ１へ電力Ｗ_ｑを供給する。より下位のアンプであるスレーブアンプ２、３は他のアンプを通して電源装置５０から電力Ｗ_ｑを入力できる。

マスタアンプ１の制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ用の出力は、コイルブロック７１の各相コイルｕ７１、ｖ７１、ｗ７１へ接続される。マスタアンプ１の信号出力は下り方向の信号線４２によって次位のスレーブアンプ２の信号入力へ接続される。また、スレーブアンプ２の制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ用の出力はコイルブロック７２の各相コイルｕ７２、ｖ７２、ｗ７２へ接続される。スレーブアンプ２の信号出力は下り方向の信号線４３によってスレーブアンプ３の信号入力へ接続される。スレーブアンプ３の制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ用の出力はコイルブロック７３の各相コイルｕ７３、ｖ７３、ｗ７３へ接続される。アンプ１、２、３は制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗをそれぞれのコイルブロック７１、７２、７３へ供給してサーボモータ７を駆動する。

このように、モーションコントローラ４０と複数のアンプ１、２、３は、下り方向の信号線４１、４２、４３によってディジーチェイン接続される。モーションコントローラ４０から出力される指令信号Ｕ_ｑは、マスタアンプを経由して下位のアンプ２、３へ順に伝搬される。また、電源装置５０と複数のアンプ１、２、３は、電力線５１、５２、５３によってディジーチェイン接続され、電力Ｗ_ｑは、上位のアンプから下位のアンプへ順に供給される。

各アンプは、基本的に同一の構成を有する。マスタアンプ１は、コイルブロック７１の各相コイルｕ７１、ｖ７１、ｗ７１へ制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを供給する。指令信号Ｕ_ｑは、マスタアンプ１の接続回路８を通して、スレーブアンプ２へ伝搬される。スレーブアンプ２はコイルブロック７２の各相コイルｕ７２、ｖ７２、ｗ７２へ制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを供給する。指令信号Ｕ_ｑは、さらにスレーブアンプ２の接続回路８を通して、スレーブアンプ３へ伝搬される。スレーブアンプ３はコイルブロック７３の各相コイルｕ７３、ｖ７３、ｗ７３へ制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを供給する。なお、マスタアンプ１はそのパワー素子１２に電力Ｗ_ｑを供給すると共にその接続回路８を通してスレーブアンプ２へ電力Ｗ_ｑを供給する。同様に、スレーブアンプ２はスレーブアンプ３へ電力Ｗ_ｑを供給し、スレーブアンプ３はスレーブアンプ４へ電力Ｗ_ｑを供給する。図２では、電力Ｗ_ｑの供給は省略されている。

また、アンプ１、２、３は、それぞれ、サーボモータ７の種々の異常を検出する異常検出回路３０を備える。マスタアンプ１の接続回路８は、スレーブアンプ２からエラー信号Ｅｒを入力できる。スレーブアンプ２、３の接続回路８は、それぞれスレーブアンプ３、４からエラー信号Ｅｒを入力できる。

図２中に示すように、接続回路８は、フォトカプラ８２、Ｄ／Ａコンバータ８４、ゲート回路８６を含んでいる。マスタアンプ１の接続回路８は、モーションコントローラ４０から、指令信号Ｕ_ｑとして、Ｕ相の指令信号ｕｃ_ｓとＶ相の指令信号ｖｃ_ｓを入力する。接続回路８中のＤ／Ａコンバータ８４は、指令電流を電流ループ回路１０へ出力する。電流ループ回路１０は指令電流と検出電流の偏差を増幅し、コイルｕ７１、ｖ７１、ｗ７１１へ制御電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを供給する。また、フォトカプラ８２から出力される指令信号Ｕ_ｑは、ゲート回路８６を通してスレーブアンプ２の接続回路８へ供給される。

マスタアンプ１の異常検出回路３０は、過電力、加熱、電源異常をそれぞれ検出する検出器２０、２２、２４を含む。検出器２０、２２、２４のエラー信号Ｅｒは、接続回路８中の論理和回路２６とフォトカプラ８８を通って、モーションコントローラ４０へ到来する。スレーブアンプ２中に発生したエラー信号Ｅｒは、上り方向の信号線３２、マスタアンプ１の論理和回路２６とフォトカプラ８８を経由してモーションコントローラ４０へ到来する。スレーブアンプ３中に発生したエラー信号Ｅｒは、上り方向の信号線３３、より上位のスレーブアンプ２中の論理和回路２６とフォトカプラ８８、マスタアンプ１中の論理和回路２６とフォトカプラ８８を順に経由して、モーションコントローラ４０へ到来する。

本発明は、サーボモータ用のアンプに適用される。本発明によって容易に大きな推力のリニアモータを得ることができるようになり、特に工作機械のテーブルなどを移動させるリニアモータの利点を向上させる。

本発明のサーボモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 図１のマスタアンプとスレーブアンプの構成を示すブロック図である。 従来のアンプの構成を示すブロック図である。

符号の説明

ＰＷ サーボモータ駆動装置
ＳＭ サーボモータ
１ マスタアンプ
２、３ スレーブアンプ
７ サーボモータ
８ 接続回路
１０ 電流ループ回路
１２ パワー素子
１４ 電流検出器
２０ 過電力検出器
２２ 加熱検出器
２４ 電源異常検出器
２６ 論理和回路
３０ 異常検出回路
３１、３２、３３ 上り方向の信号線
４０ モーションコントローラ
４１、４２、４３ 下り方向の信号線
５０ 電源装置
５１、５２、５３ 電力線
７１、７２、７３ コイルブロック
８２ フォトカプラ
８４ Ｄ／Ａコンバータ
８６ ゲート回路
８８ フォトカプラ

Claims (2)

1. 一のリニアモータにおいて、各相一のコイルから成るコイルブロックを複数並列に接続し、複数のコイルブロックのそれぞれへ制御電流を供給するアンプを複数並列に設けるとともに、前記複数のアンプは、それぞれ接続回路と内部の異常を検出する異常検出回路を有し、モーションコントローラと複数のアンプを下り方向の信号線によってディジーチェイン接続してモーションコントローラが指令信号を複数のアンプのうち最上位アンプへ供給し指令信号は最上位アンプからより下位のアンプへ順に伝搬されるようにし、電源装置と複数のアンプを第２の下り方向の信号線によってディジーチェイン接続して電源装置が電力を前記最上位アンプへ供給し電力はより下位のアンプへ順に伝搬されるようにし、モーションコントローラと複数のアンプを上り方向の信号線によってディジーチェイン接続して前記最上位アンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号がモーションコントローラへ送られより下位のアンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号がより上位のアンプを順に経由してモーションコントローラへ到来するようにし、前記指令信号の伝搬、前記電力の伝搬、および前記エラー信号の到来を前記接続回路を通して行うサーボモータ駆動装置。
2. 前記最上位アンプは、その異常検出回路から発生するエラー信号と、より下位のアンプ中の異常検出回路から発生するエラー信号との論理和をとる論理和回路を含む請求項１に記載のサーボモータ駆動装置。

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