JPH0270281A - ダイレクト・ドライブ・モータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は多関節形ロボットの関節駆動などに用いられる
ダイレクト・ドライブ・モータシステムの改良に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来のダイレクト・ドライブ・モータシステムでは、ダ
イレクト・ドライブ・モータ（以下、ＤＤモータとする
）やインタフェイス部等（以下、インタフェイスをＩ／
Ｆとする）の構成要素の全てをシステムの要求に合った
ものにし、全体としてシステムを要求に合致したものに
構築しなオルインワン形のものかあった。

このシステムは、たれでも利用可能なシリアルパルスを
入力としていている点、小形である点、トルク／重量の
比が大きい点等にメリットがあった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ＦＡの分野ではシステムに対する要求は多種多
様であるため、オールインワンの構成とは別に、システ
ムを構成要素毎に要求に対応したものに変更できること
か望ましい。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構
成要素がモジュール化されていてユーザの要求に応じて
電気的にも機械的にも自由度かあって、ジャンル毎にＩ
＆適なコンポーネントを構築できるダイレクト・ドライ
ブ・モータシステムを実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本ＪＴｈ明は、 タイレフ）−・ドライブ形で、ロータとステータの胴部
を構成する円筒状のロータフランジ及びステータフラン
ジはこの両端に装着される部材を共通にして仕様に応じ
た長さのものを選択できる誘導子形のモータ部と、 磁気レゾルバまたは光学式エンコータにより前記モータ
の回転を検出する回転検出部と、指令信号を発生する上
位コントローラの複数種類に接続できる複数の外部イン
タフェイスが設けられた外部インタフェイス部と、 前記回転検出部の複数種類に接続できる複数のセンサイ
ンタフェイスが設けられたセンサインタフェイス部と、 前記外部インタフェイス部を経由した信号を１旨令ば号
、前記センサインタフェイス部を経由した信号をフィー
ドバック信号として前記モータ部の回転位置または回転
速度をフィードバック制御する主制御部と、 この主制御部からの信号をもとにモータのコイルに駆動
電流を供給するとともに、複数の電力を供給するユニッ
トが設けられた電力制御部と、システムを駆動するため
の電力を供給するととらに、複数の電源ユニットか設け
られた電源部と、前記モータ部を発電制動する制動部、 を具備し、前記外部インタフェイス部、センサインタフ
ェイス部、主制御部、電力制御部、電源部はそれぞれモ
ジュール構成になっていることを特徴とするダイレクト
・ドライブ・モータシステムである。

［実施例コ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかるシステムの一実施例の構成図で
ある。

図で、１はモータ部、２は回転検出部、３は上位コント
ローラ、４は外部１／Ｆ部、５はセンサ１／Ｆ部、６は
主制御部、７は電力制御部、８は電源部、９は制動部で
ある。

各部の構成を説明する。

モータ部１は、外側にロータ、内側にステータが配置さ
れたアウタロータ形であって、減速器を介さないで駆動
対象に動力を与えるダイレクト・ドライブ形のモータで
ある。また、モータ部１は誘導子形のモータで例えば本
出願人による特願昭６２−４７１５４号出願明細書に記
載されなモタである。

回転検出部２は、モータ部１の回転で位相が変調された
検出信号Ｋｓｉｎ（ωを十θ）を発生ずる（Ｋゴ定数、
ω：角速度、ｔ：時間、θ：モータの回転角）位相変調
型のものである。回転検出部２としては、例えば特願昭
６３−３０９８８号の出願明細書に記載された磁気レゾ
ルバを用いる。

第２図はモータ部１と回転検出部２の構成例を示した断
面図である。

モータ部１で、１１はステータ、１２はロータ、１３は
ロータ１２をステータ１１に回転可能に支持する軸受で
ある。

ステータ１１で、１１１は鉄の鋳物で円筒状に構成され
たステータフランジ、１１２はアルミニウムのような非
磁性体材料の鋳物で構成されていてステータフランジ１
１１の外周面に固定されなシルドリンク、１１３はａ部
分とｂ部分で溶接されてシールドリンク１１２の外周面
に固定されたステータコアである。ステータコア１１３
は積層ケイ素鋼板で構成されている。１１４はステータ
コア１１３に巻かれたコイル、１１５はステータコア１
１３のスタック間に挾み込まれた永久磁石である。ステ
ータコア１１３はコイル１１４と永久磁石１１５か発生
する磁界の磁気回路を構成している。１１６はＣ部分で
溶接されてステータフランジ１１１に固定された下部フ
ランジ、１１７は軸受１３を一端側から挾み込むクラン
プである。

このような構成により、ステータコア１１３はシールド
リンク１１を介してステータフランジ１１１に取り付け
られている。また、シールドリンク１１２はステータフ
ランジ１１１とステータコア１１３によりサンドイッチ
状に挾まれている。

ロータ１２で、１２１は円筒状のロータフランジ、１２
２はｄ部分とｅ部分で溶接されてロータフランジ１２１
の内周面に固定されたロータコアである。ロータコア１
２２は積層ケイ素鋼板で構成されていて、ロータの磁気
回路を構成している。

１２３と１２４はｆ部分とｇ部分か溶接されてロータフ
ランジ１２１の両端に固定された上部フランジと支持フ
ランジ、１２５は軸受１３を（Ｉｈ　９側から挾み込む
クランプである。

磁気レゾルバ２で、２１と２２はそれぞれステータ１１
とロータ１２に一体に固定されたステータとロータであ
る。

ステータ２１は、ステータコア２１１とこれに巻かれた
コイル２１２を有する。ロータ２２は口〜タコア２２１
を有する。

軸受１３はクロスローラ軸受であり、モータ１と磁気レ
ゾルバ２のロータを片持支持している。

第３図は第２図の分解図である。

分解された各要素はモジュールを構成している。

モジ１−ルになった上部フランジ１２４と、下部フラン
ジ１１６と、支持フランジ１２４はユーザかモータの仕
様によって構成を変えられる。また、ロータフランジ１
２１とステータフランジ１１１に長いものを用いると、
上部フランジ１２３と、下部フランジ１１６と、支持フ
ランジ１２４を共通にしてコア部の長いモータを構成で
きる。

各モジュールを溶接で固定することによってモタか構成
される。

次に、このようなモジュールを利用したモータの使用例
を説明する。

第４図は上部フランジ１２３を円筒形にしたもの、第５
図は支持フランジ１２４をフランジ構造にしたもの、第
６図はロータフランジ１２１とステータフランジ１１１
を長くしてコア部を延長したもの、第７図は上部フラン
ジ１２３にロボットアームを取付けなものである。

第８図はシールドリングを挟んたサンドイッチ構造部分
の構成図である。

図で、各記号は次に示すものである。

α１　：ステータフランジ１１１の熱膨張係数α２：シ
ールドリング１１２の熱膨張係数α３：ステータコア１
１３の熱膨張係数ｒ１　：シールドリンク１１２の内径 ステータフランジ１１１の外径 ｒ２：シールドリンク１１２の外径 ステータコア１１３の内径 温度か変化してもシールドリンク１１３か両側の部材か
ら離れないようにするために、シールドリンク１１３の
熱膨張係数は次のように設定する。

ａ３　ｒ２ΔＴ−α１ｒ１ΔＴ ａ２　　（ｒ２−ｒｌ　）ΔＴ ａ３　ｒ２−α１ｒ１＝α２　　（ｒ２−ｒｌ　）α２
＝（α３ｒ２−α１　ｒｌ　＞／　（ｒ２−ｒｌ　）・
・・■ これにより、シールドリング１１２の熱膨脹分はステー
タフランジ１１１とステータコア１１３の熱ｍｓ分に合
わせられ、異質材のステータコアとシールドリングの間
で温度変化により隙間が生じるのか防止される。

次に、上位コントローラ３を説明する。

上位コントローラ３において、３１は８とットバスによ
り指令信号を送るロボットコントローラ、３２はシリア
ルパルスで位置指令信号を送る位置決めコントローラ、
３３はアナログ信号の速度指令信号を送出するとともに
回転検出部２の検出信号を受けてフィードバック制御す
る機能を有するサーボコントローラ、３４はＲ３２３２
Ｃの通信回線によりモータの起動と停止の指令を送出す
るシーゲンサバソコンである。

次に、外部Ｉ／Ｆ部４の構成を説明する。

外部１７Ｆ部４において、４１，４２．４３４４は、ロ
ボットコントローラ３１１位置決めコントローラ３２．
サーボコントローラ３３．シケンサパソコン３４を主制
御部６に接続する８ピントバスＩ／Ｆ、シリアルパルス
Ｉ／Ｆ、速度制御Ｉ／Ｆ、１軸１／Ｆである。

Ｉ／Ｆの具体的構成を説明する。

第９図にシリアルパルスＩ／Ｆ４２の構成例を示す。こ
のＩ／Ｆはフォトカッグラを用いた絶縁型のものである
。

８ビツトバスＩ／Ｆ４１は、例えば第１０図に示すよう
なゲートアレイで構成されている。

このゲートアレイは、位置指令信号に応したシリアルパ
ルスを発生するシリアルパルス発生回路４１１と、回転
検出部２の検出信号であるフィードバックパルスをカウ
ントするカウンタ４１２と、８ピントデータバスから送
られる速度指令信号に応じたＰ　Ｗ　Ｍ信号（パルス幅
変調信号）を主制御部６へ送るＩ’ＷＭ回路４１３を有
する。

次に、センサＴ／Ｆ部５の構成を説明する。

センサＩ　／　Ｆ部５は回転検出手段２を主制御部６に
接続する光学式Ｉ／Ｆ５１とレゾルバＩ　／’　Ｆ５２
からなる。回転検出手段２に光学式エンコータを用いる
ときは光学式１／Ｆ５１を使い、磁気レゾルバを用いる
ときはレゾルバＩ／Ｆ５２を便つ。

次に、主制御部６の構成を説明する。

主制御部６はＣＰＵカードで構成されていて、外部１／
Ｆ部４の各Ｉ／Ｆからの信号を指令信号、センサ１／Ｆ
部５からの信号をフィードバック信号としてモータ部１
の位置と、速度と、１〜ルクをフィードバック制御する
。また、転流制御する機能も有する。主制御部６はゲー
トアレイで構成された部分を有する。ゲートアレイ部分
の具体的構成を説明する。

第１１図はゲートアレイ部分の具体的構成例を示した図
である。

図で、６１１はアドレス信号をデコードしデコド信号で
１！１！用するチップを選択するアドレスデコータ、６
１２は主制御部６の異常を監視するウォッチドッグタイ
マ、６１３はゲートアレイに対する入出力か経由するＩ
１０ボートである。

６１４は位相変調型の回転検ｔ１１部２の検出信号Ｋｓ
ｉｎ（ωｔ＋θ）の周期を計測する周期カウンタ、６１
５は位相が変調されない信号Ｋｓｉｎωｔの周期を計測
する周期カウンタ、６１６は信号Ｋｓ　ｊ　ｎ　（ωｔ
＋θ）とＫｓｉｎωｔの位相差をカウントする位相差カ
ウンタである。位相差からモータの回転位置か求められ
る。

６１７は位置指令パルスのパルス数をカウントする位置
指令パルスカウンタである。

６１８と６１９は速度指令信号と速度フィードバック信
号をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ回路、６２０とトルク
リミット信号をＰＷＭ信号で発生するトルクリミッタ、
６２１はモータの回転位置をモニタするための信号を発
生するモニタ回路、６２２と６２３はモータの転流信号
を発生する転流信号発生回路である。

６２４は各構成要素の動作タイミングを与えるクロック
を発生ずるタロツクドライバである。

６２５は回転検出部２からのフィードバックパルスをパ
ルス間隔の等しい滑らかなパルスにするスムーザである
。

次に、電力制御部７の構成を説明する。

電力料ｍ部７は、主制御部６からの信号にしたかって電
力増幅するインバータ形のモータ駆動回路である。電力
制御部７には、高速タイプのもの７１と低速タイプのも
の７２か設けられている。

次に、電源部８の構成を説明する。

電源部８で、８１は供給された交流電圧を直流電圧に変
換して出力する主電源であり、供給電圧と出力電圧に応
じて例えば３種類のもの８１１〜８１３が設けられてい
る。使用する主電源に応じてモータ駆動回路７１と７２
が使い分けられる。

８２は供給された交流電圧をもとに主制御部６の駆動電
圧を発生する制御電源である。

制動部９は発電制動によりモータ部１を制動するもので
あり、例えは本出願人による特願昭６２−４７１５５号
の出願明細書に記載されたものを用いる。

以上のように各構成要素に分けて説明したシステムは、
外部１／Ｆ部４、センサＩ／Ｆ部５、主制御部６、電力
制御部７、電源部８はそれぞれ切り分は可能になってい
て、各切り分は部分はモジュール化されている。。各モ
ジュールはカードによって構成されている。

なお、モータ部１はアウタロータ形に限らずインナロー
タ形であってもよい。

［効果］ 本発明によれば次の効果が得られる。

■外部１／Ｆ部、センサＩ／Ｆ部、主制御部、電力制御
部、電源部は切り分けられ、各切り分は部分はモジュー
ル化されているため、モジュール単位で仕様を変えるこ
とができる。これによって、システムに自由度があり、
ジャンルに応じてＩ＆適なコンポーネントを構築できる
。

■外部１／Ｆ部とセンサＩ／Ｆ部では複数の１／Ｆカー
ドか設けられ、またモータ部では胴部を構成するロータ
フランジとステータフランジは、他の部品は共通にして
、仕様に応じた長さのものを選択できる。これによって
、電気的にも機械的にも調整か可能なＴ／Ｆを構成でき
る。

■速度制御は、Ｆ／Ｖ変換器を用いずに、主制御部でデ
ジタル的に行っているなめ、構成をコンパクト化できる
。

■モータ部では、シールドリングをハウジングリングと
ステータコアでサンドイッチ状に挾み、シルドリンクの
熱膨脹分はハウジングリングとステータコアの熱膨張分
に合わせている。これによって、異質材のステータコア
とシールドリングの間で温度変化により隙間が生じるの
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるダイレクト・ドライブ・モータ
システムの一実施例の構成図、第２図〜第１１図は第１
図のシステムの具体的構成図である。 ■・・・モータ部、１１・・・ステータ、１２・・・ロ
ータ、１１１・・・ステータフランジ、１２１・・・ロ
ータフランジ、２・・・１０１転検出部、３・・・上位
コントローラ、４・・・外部Ｉ／Ｆ部、５・・・センサ
Ｉ／Ｆ部、６・・・主制御部、７・・・電力制御部、８
・・・電源部、９・・・制動部。 第Ｚ図 第 図 第 す 図 第 図 第 図 手 枕 補 正 書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６３−２１８８９１、 発明の名称 タイレフ１−・ドライブ・モータシスデム名 称 横河電機株式会社 昭和６３年１１月２９日 ６、補正の対象 図 面 じ単３，４，６．７０ノ ア、補正の内容 添付のとおり 第 こ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ダイレクト・ドライブ形で、ロータとステータの胴部を
   構成する円筒状のロータフランジ及びステータフランジ
   はこの両端に装着される部材を共通にして仕様に応じた
   長さのものを選択できる誘導子形のモータ部と、 磁気レゾルバまたは光学式エンコーダにより前記モータ
   の回転を検出する回転検出部と、 指令信号を発生する上位コントローラの複数種類に接続
   できる複数の外部インタフェイスが設けられた外部イン
   タフェイス部と、 前記回転検出部の複数種類に接続できる複数のセンサイ
   ンタフェイスが設けられたセンサインタフェイス部と、 前記外部インタフェイス部を経由した信号を指令信号、
   前記センサインタフェイス部を経由した信号をフィード
   バック信号として前記モータ部の回転位置または回転速
   度をフィードバック制御する主制御部と、 この主制御部からの信号をもとにモータのコイルに駆動
   電流を供給するとともに、複数の電力を供給するユニッ
   トが設けられた電力制御部と、システムを駆動するため
   の電力を供給するとともに、複数の電源ユニットが設け
   られた電源部と、前記モータ部を発電制動する制動部、 を具備し、前記外部インタフェイス部、センサインタフ
   ェイス部、主制御部、電力制御部、電源部はそれぞれモ
   ジュール構成になっていることを特徴とするダイレクト
   ・ドライブ・モータシステム。