JPH08205556A

JPH08205556A - 多軸モータ制御装置

Info

Publication number: JPH08205556A
Application number: JP7028695A
Authority: JP
Inventors: Jinichi Ito; 仁一伊藤
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】複数台のサーボモータを駆動する多軸モータ
制御装置の構成要素の配置の改良に関し、多軸モータ制
御装置における熱対策および耐ノイズ性を向上させる。【構成】主回路電源手段２、３、４、モータ駆動手段
４〜８および制御手段９、１０を各機能要素ごとに分割
してそれぞれ個別のケーシング内に収納することにより
ユニット化し、前記各ユニット２〜１０を発熱量の多い
ユニット群と発熱量の少ないユニット群に分離して配置
されているのでユニット間の熱的影響が阻止され、動作
の安定性が向上する。また、モータ制御装置における発
熱量の多いユニットは電気的にノイズの発生が多く、逆
に発熱量の少ないユニットは小信号系の回路で構成さる
ために耐ノイズ性に劣るが、本発明によりノイズ的にも
両者を遮断することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータを駆動制
御する多軸モータ制御装置に係り、特に複数台のサーボ
モータを駆動する場合の構成要素の配置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット、工作機械または自動化
装置等を制御する数値制御装置や位置決め装置等では、
各回転軸の位置決めを行うものとして交流サーボモータ
が利用されている。サーボモータはサーボ制御システム
が導入されたモータ制御装置によって制御される。

【０００３】図１６に、従来の多軸モータ制御装置の外
観構成を示す。この多軸モータ制御装置は６台のサーボ
モータを駆動制御する構成になっており、各サーボモー
タごとに（各軸ごとに）１対１で対応した専用の制御ユ
ニットＵ1 〜Ｕ6 が設けられており、個々の制御ユニッ
トごとに主回路電源、インバータおよび制御回路が一体
に内蔵されていた。これを熱的な観点からすれば、発熱
量の多い要素と耐熱性に劣る要素とが同一ユニット内に
混在されていることを意味し、またノイズ的な面からす
ればノイズ発生源となる要素と耐ノイズ性に劣る要素が
同一ユニット内に混在されていることを意味する。

【０００４】各制御ユニットＵ1 〜Ｕ6 は、各制御ユニ
ットＵ1 〜Ｕ6 に外部制御器２０２からの制御命令を伝
達するための上位制御ユニットＵh とともに一列に集合
並置されている。各制御ユニットＵ1 〜Ｕ6 および上位
制御ユニットＵh は個別にケーシング内に収納されてお
り、それぞれ前面（または背面）側に必要な電気配線を
行うための多数のコネクタ類が設けられている。

【０００５】これらのコネクタは電源配線用、信号線
用、モータ駆動用に大別される。１軸当たりの制御ユニ
ットＵ1 には、例えば、シリアル通信用コネクタ２０
４、制御信号用コネクタ２０５、エンコーダ用コネクタ
２０６、モータ動力線用コネクタ２０７、および電源用
コネクタ２１１が設けられている。このため、電源２０
０から各制御ユニットＵ1 〜Ｕ6 の電源用コネクタ２１
１に対して個別に電源配線が行われ、各サーボモータＭ
1 〜Ｍ6 には各モータ動力線用コネクタ２０７に対して
配線する必要があり、さらにエンコーダＥ1 〜Ｅ6 に対
しても同様に各エンコーダ用コネクタ２０６に配線を行
う必要がある。加えて、上位制御ユニットＵh から各制
御Ｕ1 〜Ｕ6 に制御信号を伝送するために各制御信号用
コネクタ２０５に対して渡り配線が必要である。その
他、これ以外にも原則として各制御ユニットＵ1 〜Ｕ6
単位での個別の配線が行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
多軸モータ制御装置は、個々の制御ユニットごとに主回
路電源、インバータおよび制御回路が一体に内蔵されて
いたため、発熱量の多い要素と耐熱性に劣る要素とが同
一ユニット内に混在され、またノイズ発生源となる要素
と耐ノイズ性に劣る要素が同一ユニット内に混在されて
いた。

【０００７】しかし、かかる発熱あるいはノイズとその
影響の問題はモータ制御装置の動作上好ましくなく、装
置構成のコンパクト化の要請と共に解決が望まれてい
た。

【０００８】本発明の目的は、多軸モータ制御装置にお
いて熱対策および耐ノイズ性を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、電源から供給される交流
電力を一旦直流電力に変換する主回路電源手段と、変換
された前記直流電力を再び交流制御電力に変換し、変換
された前記交流制御電力を複数のサーボモータのそれぞ
れに個別に供給するモータ駆動手段と、モータ駆動手段
の動作を制御する小信号系回路からなる制御手段とを含
む多軸モータ制御装置において、前記主回路電源手段、
モータ駆動手段および制御手段を各機能要素ごとに分割
してそれぞれ個別のケーシング内に収納することにより
ユニット化し、前記各ユニットを発熱量の多いユニット
群と発熱量の少ないユニット群に分離して配置して構成
される。

【００１０】請求項２に記載の発明は、電源から供給さ
れる交流電力を一旦直流電力に変換する主回路電源手段
と、変換された前記直流電力を再び交流制御電力に変換
し、変換された前記交流制御電力を複数のサーボモータ
のそれぞれに個別に供給するモータ駆動手段と、モータ
駆動手段の動作を制御する小信号系回路からなる制御手
段とを含む多軸モータ制御装置において、前記主回路電
源手段、モータ駆動手段および制御手段を各機能要素ご
とに分割してそれぞれ個別のケーシング内に収納するこ
とによりユニット化し、前記各ユニットを、前記電源に
電気的に接続されている電源回路を有するユニット群
と、前記電源に電気的に絶縁されている電源回路を有す
るユニット群とに分離配置して構成される。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、主回路電源手
段、モータ駆動手段および制御手段を各機能要素ごとに
分割してそれぞれ個別のケーシング内に収納することに
よりユニット化し、前記各ユニットを発熱量の多いユニ
ット群と発熱量の少ないユニット群に分離して配置され
ているのでユニット間の熱的影響が阻止され、動作の安
定性が向上する。また、モータ制御装置における発熱量
の多いユニットは電気的にノイズの発生が多く、逆に発
熱量の少ないユニットは小信号系の回路で構成さるため
に耐ノイズ性にの劣るが、本発明によりノイズ的にも両
者を遮断することが可能となる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、主回路電
源手段、モータ駆動手段および制御手段を各機能要素ご
とに分割してそれぞれ個別のケーシング内に収納するこ
とによりユニット化し、前記各ユニットを、前記電源に
電気的に接続されている電源回路を有するユニット群
と、前記電源に電気的に絶縁されている電源回路を有す
るユニット群とに分離配置したので、ユニット間のノイ
ズの影響が阻止され、動作の安定性が向上し信頼性を向
上しうる。また。駆動回路一般に、電源に電気的に接続
される大電力系回路のユニットは発熱量が多く、逆に電
源に電気的に絶縁（ただし、磁気的に結合）されたユニ
ットは小信号系の回路で構成さるために発熱量が少なく
耐熱性に欠けるが、本発明により熱的にも両者を遮断す
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。 (I) 各機能要素ユニットの配置および組立構造図１に、本発明に係る多軸モータ制御装置の各機能要素
ユニットの組立構造の例を示す。図１に示すように、ガ
ラスエポキシ樹脂等からなるバックプレーン１が鉛直方
向に設けられ、バックプレーン１の表面側には複数の機
能要素ユニットが上下２列に分離されて配列固定されて
いる。上側の列は主回路電源ユニット２、追加コンデン
サユニット３、４、および小信号電源ユニット５が集合
した状態で配列され、下側の列は２軸インバータユニッ
ト６、７、８、下位制御ユニット９、および上位制御ユ
ニット１０が集合した状態で配列されている。

【００１４】また、バックプレーン１の裏面側（必要に
応じて表面側）には、予めプリント配線層が形成されて
おり、このプリント配線回路は当該多軸モータ制御装置
の構築に必要な回路パターンで形成されている。

【００１５】これらの機能ユニット群６〜１０に隣接し
て、バックプレーン１の表面には電源用コネクタ１２が
設けられており、この電源用コネクタ１２には商用電源
１１からの電源供給ケーブルが接続される。また、１の
表面における下側の機能要素ユニット群６〜１０の下方
には動力線用コネクタ１３、１４、１５が設けられてい
る。これらの動力線用コネクタ１３、１４、１５には、
各サーボモータＭ1 〜Ｍ6 に対するモータ用配線１６〜
２１が接続される。下位制御ユニット９の下面にはエン
コーダ用コネクタ２３およびシリアル通信コネクタ２４
が設けられている。このエンコーダ用コネクタ２３には
６軸分のエンコーダ信号線２２の一端が接続され、シリ
アル通信コネクタ２４にはパーソナルコンピュータある
いは制御パラメータ設定ユニット等の外部設定器２６が
通信線２５を介して接続される。エンコーダ用コネクタ
２３、シリアル通信コネクタ２４をバックプレーン１に
ではなく下位制御ユニット９の下面側に設けることによ
り、接続コネクタ３７、４１配線数の削減が促進され
る。同様に、上位制御ユニット１０の下面にはシリアル
通信コネクタ２７が設けられ、このシリアル通信コネク
タ２７にはパーソナルコンピュータあるいはティーチン
グペンダント等の外部設定器２９が通信線２８を介して
接続される。

【００１６】図２に、上記各機能要素ユニットの組立構
造の詳細例を示す。図２に示すように、バックプレーン
１の表面側にはバックプレーン１に表面に上側の列の各
機能ユニット２〜５の奥行き寸法に対応する間隔を置
き、かつ互いに各機能ユニット２〜５の縦寸法に対応す
る間隔を置いて２本一対の上側支持フレーム４３、４４
が配されている。同様に、下側の列の各機能ユニット６
〜１０の奥行き寸法に対応する間隔を置き、かつ互いに
各機能ユニット６〜１０の縦寸法に対応する間隔を置い
て２本一対の下側支持フレーム４５、４６が配されてい
る。上側支持フレーム４３と４４間に、主回路電源ユニ
ット２、追加コンデンサユニット３、４、および小信号
電源ユニット５がメンテナンスを考慮して着脱可能に取
付けられ、下側支持フレーム４５と４６との間には２軸
インバータユニット６、７、８、下位制御ユニット９お
よび上位制御ユニット１０が着脱取付けられている。

【００１７】主回路電源ユニット２の表面側には回生抵
抗器４７が設けられている。この回生抵抗器４７はサー
ボモータに対する減速指令時にサーボモータに発生する
回生電力を消費吸収するためのものである。回生抵抗器
４７をバックプレーン１とは逆の主回路電源ユニット２
の表面側（ユニット挿入取付方向手前）に配置したの
は、回生抵抗４７は動作時においては熱源であり、その
発熱による内部回路に対する熱的影響を排除するためで
ある。

【００１８】また、２軸制御ユニット６、７、８の前面
側（ユニット挿入取付方向手前）には、各ユニット６、
７、８のケーシングの外方に突出して、冷却フィン４
８、４９、５０が設けられている。この冷却フィン４
８、４９、５０は、２軸制御ユニット６、７、８内のイ
ンバータ５２、５６に使用されているパワートランジス
タ等のパワーデバイスから発生する熱の放熱を行う。各
冷却フィン４８、４９、５０の凸条片（ブレード）の延
在方向は、熱の放熱効率の面から鉛直方向が望ましい。

【００１９】このように、２軸制御ユニット６、７、８
の全面側（ユニット挿入方向手前）に、冷却フィン４
８、４９、５０を配置することができるのは、本発明の
如く各機能要素ユニット２〜５および６〜８を機能ごと
に２段で集合的にレイアウトしたことによるものであ
る。冷却フィン４８〜５０は、各ユニット６〜８のケー
シングの外部に突出して設けられているので、熱がケー
シングの内部にこもることがなく、内部回路に対する熱
的影響を抑制し、温度ドリフト等の回路動作の不安定化
要因を排除することができ、その結果、制御動作の信頼
性の向上に資することができる。

【００２０】図３に、コネクタ類のバックプレーンへの
取付状態を示す。図３に示すように、バックプレーン１
の表面側には各ユニット２〜１０の取付け位置に対応
し、かつ、各ユニット２〜１０の背面側に設けられたユ
ニット側コネクタ（図示せず）に例えば雄雌関係で係合
可能なコネクタ３０〜４２が設けられている。

【００２１】各ユニット２〜１０のバックプレーン１へ
の配置固定に際しては、各ユニット２〜１０を全面側か
ら１に向かって挿入し、上側支持フレーム４３、４４、
下側支持フレーム４５、４６にネジ止めすることによ
り、ユニット側コネクタと基板側コネクタ３０〜４２と
が係合し、バックプレーン１には予めプリント配線層が
形成されているため、当該多軸モータ制御装置の回路の
大部分が配線されることになる。

【００２２】(II)その他の配置例各機能要素ユニットの配置は上述の例に限らず、本発明
の範囲を逸脱することなく、種々の変形が可能である。
例えば、図４に示すように、各機能ユニット２〜１０を
水平方向一直線上に配列することにより、高発熱性で対
ノイズ性の低いユニット群２〜８が左側に位置し、低発
熱で耐ノイズ性の低いユニット群９、１０が右側に位置
し、相互に熱的ノイズ的に分離することができる。

【００２３】図５にその他の変形例を模式的に列挙す
る。これらの配置によっても上述の配置例と同等の効果
が得られるので、配置スペースとの関係を考慮して適宜
選択すれば良い。

【００２４】(III) 各機能要素ユニットの回路構成およ
び接続関係図６に、各機能要素ユニットの回路構成および接続関係
を示す。なお、図６に示す各機能要素ユニット２〜１０
のバックプレーン１上の配置は図１に対応したものでは
なく、電気的な接続関係を示したものである。

【００２５】図６に示すように、各機能要素ユニット２
〜１０は基板側コネクタ３０〜４２を介して電気的に接
続されている。その接続配線はバックプレーン１上に予
めプリントされたプリント配線層によって形成されてい
る。

【００２６】次に各機能要素ユニットの詳細を述べる。
この多軸モータ制御装置は、大別して、大電力系統の回
路と小信号系統の回路とに分けられる。まず、大電力系
統の回路に着目して、商用電源１１から供給される三相
交流電力（例えば、ＡＣ２００Ｖ）は電源用コネクタ１
２を介して主回路電源ユニット２に入力される。

【００２７】主回路電源ユニット２は、三相交流電力を
直流電力に変換するコンバータ２Ａと、整流出力のリッ
プル成分を平滑化するコンデンサＣとを含む。コンバー
タ２Ａは、例えばダイオードからなる３相ブリッジ整流
回路、回生電力吸収用の回生抵抗器、および回生抵抗器
のオンオフ回路（図示せず。）で構成される。得られた
直流電力（例えば、ＤＣ２８０Ｖ）は、追加コンデンサ
ユニット３および４を経てインバータ大電流用コネクタ
３８、３９、４０を介して２軸インバータユニット６、
７、８にそれぞれ供給される。

【００２８】追加コンデンサユニット３および４は、当
該多軸モータ制御装置に必要とされる駆動能力の仕様変
更に伴って平滑コンデンサの容量不足が生じた場合に迅
速に対応して容量を補填できるようにしたものである。

【００２９】２軸インバータユニット６、７、８に供給
された直流電力は、各ユニット内に設けられたインバー
タ５２に与えられサーボモータＭ1 〜Ｍ6 の駆動電力に
供される。インバータ５２の構成については後述する。

【００３０】小信号電源ユニット５は、各インバータ５
２を構成するパワートランジスタのベース駆動回路、お
よび後述する小信号系のユニットに対する５Ｖ電源を含
み、具体的にはスイッチング・レギュレータ等の定電圧
電源を利用して構成される。

【００３１】次に、小信号系の回路に注目して、外部設
定器２９（図１参照）からの外部制御信号はシリアル通
信コネクタ２７を介して上位制御ユニット１０に入力さ
れる。

【００３２】上位制御ユニット１０は、入力された外部
制御信号を下位制御ユニット９に伝達するためのもの
で、下位制御ユニット９の上位に属する制御ユニットで
ある。

【００３３】(IV)６軸制御ユニット下位制御ユニット９は、上位制御ユニット１０からの外
部制御信号、通信線２８（図１参照）からシリアル通信
コネクタ２４を介して入力される制御パラメータ設定信
号、エンコーダ用コネクタ２３を介してフィードバック
入力されるエンコーダＥ1 〜Ｅ6 からのエンコーダ信号
ｅ1 〜ｅ6 、ＰＷＭ信号ａ1 〜ａ6 、電流シリアルある
信号ｂ1 〜ｂ3 あるいはその他の内部補正信号等および
内蔵するマイコン５７に格納された制御プログラムに基
づいて２軸インバータユニット６、７、８の統括的なフ
ィードバック制御を行う。したがって、各サーボモータ
Ｍ1 〜Ｍ6 は全て下位制御ユニット９によって集中的に
制御されることになる。

【００３４】図７に、下位制御ユニット９の機能ブロッ
クを含む詳細な構成例を示す。下位制御ユニット９は、
各サーボモータＭ1 〜Ｍ6 の６軸のそれぞれに対応して
６つの制御ループで構成されている。説明を簡単にする
ため、１軸分について以下説明する。

【００３５】１つの制御ループは位置制御部６０、速度
制御部６１、電流制御部６２、ＰＷＭ信号発生部６３を
有し、ＳＰ（シリアル・パラレル）変換部６４は２つの
制御ループで兼用される。上位制御ユニット１０から６
軸分の１軸位置目標値Ｐref、１軸速度目標値Ｓref 、
１軸電流目標値Ｉref が制御上位Ｉ／Ｆコネクタ４１、
上位ボードインタフェース７３を介して位置制御部６
０、速度制御部６１、電流制御部６２にそれぞれ入力さ
れる。一方、エンコーダｅ1 〜ｅ6 もエンコーダ用コネ
クタ２３を介して位置制御部６０、速度制御部６１、電
流制御部６２にそれぞれ入力される。また、電流制御部
６２にはにはＳＰ変換部６４を介して電流検出値Ｉdet
が入力される。

【００３６】位置制御部６０は、位置目標値Ｐref とエ
ンコーダ信号ｅ1 から変換された位置検出値Ｐdet とを
比較してその差分値をｓとして出力し、速度制御部６１
に送る。速度制御部６１は、速度指令Ｓとエンコーダ信
号ｅ1 から得られた速度検出値Ｓdet とを比較して得ら
れた差分値および速度目標値Ｓref に基づいて電流指令
ｉを生成し、電流制御部６２に送る。電流制御部６２
は、Ｉref と電流指令ｉとを加算して得られた電流振幅
指令値をエンコーダ信号ｅ1 から得られた磁極位置によ
り２相電流指令値に変換し、電流検出値Ｉdet および補
正部７１からのゲイン補正データｃg 、オフセット補正
データｃo に基づいて３相電圧指令ｖを生成し、ＰＷＭ
信号発生部６３に送る。ＰＷＭ信号発生部６３は、入力
された３相電圧指令ｖに基づいてＰＷＭ（パルス幅変
調）信号ａ1 を生成し、制御インバータＩ／Ｆコネクタ
３７を通じてサーボモータＭ1 に供給する。異常処理部
７０、補正部７１は後述する電流検出器５４の検出誤差
補正手段であり、マイコン５７からのマイコンシリアル
信号ｃ1 〜ｃ3 がＳＰ変換器６７、６８、６９によって
変換されたパラレルデータの基づいてゲイン補正データ
ｃg 、オフセット補正データｃo を生成する。

【００３７】図８に、下位制御ユニット９のハードウエ
アの構成例を示す。図８に示すように、下位制御ユニッ
ト９は、当該下位制御ユニット９を統括的に制御するＣ
ＰＵ７７に、ＲＡＭ７６、ＥＥＰＲＯＭ（またはフラッ
シュメモリ）１０７、ＤＰ−ＲＡＭ（デュアルポートＲ
ＡＭ）７９、シリアル通信インタフェース７２、ＰＷＭ
信号発生部６３、ＳＰ変換部６４〜６６、磁極位置デー
タ変換部７４、位置検出カウンタ７５がバス７８を介し
て接続されて成る。

【００３８】ＤＰ−ＲＡＭ７９は上位制御ユニット１０
との間でのデータ送受のためのデータバッファとして機
能する。デュアルポートとしたのはデータ通信の高速性
を重視したからである。

【００３９】図９に、下位制御ユニット９におけるマイ
コン５７のＣＰＵ７７の処理内容例を示す。図９に示す
ように、図７で実行される位置制御部６０、速度制御部
６１、電流制御部６２は、全て高速性なＣＰＵ７７のソ
フトウエア処理によって時分割で処理される。

【００４０】(V) ２軸インバータユニット再び図６を参照して、２軸インバータユニット６、７、
８を説明する。なお、説明を簡単にするため、２軸イン
バータユニット６についてのみ説明し、同様な構成の２
軸インバータユニット７、８については説明を省略す
る。

【００４１】２軸インバータユニット６は、サーボモー
タＭ１およびＭ２の２軸分のインバータを含んでいる。
なお、２軸に限らず、一般にｎ（複数）軸であって良
い。一つのインバータユニットに複数のインバータを含
めた理由は、回路構成の簡素化ならびにコストの低減の
ためである。

【００４２】図６において、下位制御ユニット９からの
ＰＷＭ信号ａ1 はデッドタイム作成部５１に入力され
る。デッドタイム作成部５１は、インバータ５２内の１
相アームに直列接続された一対のパワートランジスタの
同時ＯＮによる貫通電流の発生を防止するため、一対の
パワートランジスタのターンオン・タイミングをシフト
する。デッドタイム作成部５１からの出力はインバータ
５２に入力される。

【００４３】インバータ５２は、直流電力をＰＷＭ波の
３相交流電力に変換する逆変換器であり、一般にパワー
トランジスタをブリッジに接続して構成される。インバ
ータ５２から出力される３相交流電力は３８、動力線用
コネクタ１３を介し、モータ用配線１６（図１）を通じ
てサーボモータＭ1 に供給される。同様に、下位制御ユ
ニット９からのＰＷＭ信号ａ2 は５５に入力される。デ
ッドタイム作成部５５からの出力はインバータ５６に入
力される。インバータ５６から出力される３相交流電力
はインバータ大電流用コネクタ３８、動力線用コネクタ
１３を介し、モータ用配線１７（図１）を通じてサーボ
モータＭ2 に供給される。

【００４４】ここで、２軸インバータユニット６内の駆
動電流検出フィードバックループについて説明する。ま
ず概要を述べると、インバータ５２の３相出力の２相、
およびインバータ５６の３相出力の２相からそれぞれ電
流検出器５４に配線され、インバータ５２と５６の出力
駆動電流がモニターされる。電流検出器５４はインバー
タ５２と５６とで共用され、マイコン５７からの切換信
号によって電流検出ゲインが切換えられる。電流検出器
５４の電流検出値はＡ／Ｄ変換器５３によってディジタ
ル信号に変換され、下位制御ユニット９のＳＰ変換部６
４に送られる。この電流検出器５４、Ａ／Ｄ変換器５３
のループがインバータ５２、５６の駆動電流のフィード
バックループを構成する。

【００４５】(VI)電流検出器図１０、２軸インバータユニット６におけるＡ／Ｄ変換
器５３および電流検出器５４の詳細回路例および下位制
御ユニット９との接続関係を示す。図１０に示すよう
に、インバータ５２の出力配線に電流検出用抵抗器ＲＡ
1 、ＲＢ1 が介挿され、電流検出用抵抗器ＲＡ1 の両端
電圧がインバータ５２の１相分の駆動電流検出信号とし
て絶縁アンプ８２に、電流検出用抵抗器ＲＢ1 の両端電
圧がインバータ５２の２相分の駆動電流検出信号として
８３にそれぞれ入力される。同様に、インバータ５６の
出力配線に電流検出用抵抗器ＲＡ2 、ＲＢ2 が介挿さ
れ、電流検出用抵抗器ＲＡ2 の両端電圧がインバータ５
６の１相分の駆動電流検出信号として８４に、電流検出
用抵抗器ＲＢ2 の両端電圧がインバータ５６の２相分の
駆動電流検出信号として８５にそれぞれ入力される。

【００４６】絶縁アンプ８２〜８５は大電力系のインバ
ータ５２、５６の出力配線とフィードバックループの小
信号系とを電気的に絶縁するためのアンプであり、電気
／光／電気変換もしくは電気／磁気／電気変換により構
成される。絶縁アンプ８２〜８５の出力信号は可変ゲイ
ンアンプ８６〜８９に入力される。

【００４７】可変ゲインアンプ８６〜８９はオペアンプ
で構成され、当該多軸モータ制御装置の制御対象である
サーボモータＭ1 〜Ｍ6 に定格の異なるもの（例えば、
５Ａのモータ、１０Ａのモータ等）を使用する場合等、
仕様の変更が生じた場合に、同じ多軸モータ制御装置で
対応することができるよう考慮されたものである。すな
わち、従来では、対象となるサーボモータＭ1 〜Ｍ6 が
異なった定格のモータに交換された場合、多軸モータ制
御装置も新たなサーボモータＭ1 〜Ｍ6 の定格に合わせ
て交換しケーブル２０１、２０９、２１０の再配線が必
要であった。。しかし、本実施例のように、追加コンデ
ンサユニット３、４（図１、図６参照）を着脱可能と
し、可変ゲインアンプ８６〜８９を用いることで多軸モ
ータ制御装置の新たな設計製作をする必要がなくなる。

【００４８】図１１に、可変ゲインアンプ８６の回路例
（８７〜８９も同様である）を示す。図１１に示すよう
に、可変ゲインアンプ８６は、オペアンプ１０１のフィ
ードバック抵抗（２Ｒ，Ｒ，Ｒ）を切換スイッチＳＷ1
，ＳＷ2 により切換えてオペアンプ１０１のゲインす
なわち増幅度を変更する構成となっている。切換スイッ
チＳＷ1 ，ＳＷ2 はアナログスイッチで実現可能であ
り、マイコン５７からのゲイン切換信号ｆによって切換
えられる。この回路では、ゲインは２段階に切換え可能
であるが、一般にｎ（複数）段階の切換えとすることが
でき、かかる転用は本発明の技術的範囲に属する。切換
え動作は、ゲイン切換信号ｆの論理『１』の場合に切換
スイッチＳＷ1 がＯＮで、ゲイン切換信号ｆの論理
『０』の場合に切換スイッチＳＷ2 がＯＮとなる。

【００４９】(VII) Ａ／Ｄ変換器再び図１０を参照して、Ａ／Ｄ変換器５３は、４チャネ
ル入力・シリアル出力型のＡ／Ｄ変換器で構成され、、
電流検出器５４と同様にインバータ５２と５６とで共用
される。図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換器５３は入力
切換部９０およびＡ／Ｄ変換部９１からなる。入力切換
部９０は可変ゲインアンプ８６〜８９からの４チャネル
の電流検出値信号を選択的にＡ／Ｄ変換部９１に伝達す
るためのセレクタであり、Ａ／Ｄ変換制御部９４から出
力されるＤＩによってＳＣＬＫに同期して４チャネルの
電流検出値信号の一つをＡ／Ｄ変換部９１に通過させ
る。Ａ／Ｄ変換部９１はＡ／Ｄ変換制御部９４からのス
トロー部信号−ＣＯＮＶによってクロック信号ＳＣＬＫ
に同期して電流検出値信号をディジタル信号に変換し、
変換されたシリアル電流検出値信号ＤＯ12を９のＳＰ変
換部６４に送出する。なお、シリアル電流検出値信号Ｄ
Ｏ12は、１軸と２軸の電流検出値を時分割で出力するも
ので同一タイミングで２軸の電流検出値を含むものでは
ない。

【００５０】このように、２軸の電流検出値をＡ／Ｄ変
換する場合に、４チャネル入力・シリアル出力型のＡ／
Ｄ変換器５３を用い、しかも２軸で共用することによ
り、図１４に示すように、信号線の数を６軸分で６本に
削減することができ、かつそれに伴って信号ピンの数も
６本となり、信号線数の削減、並びにコネクタの小形
化、さらには２軸インバータユニット６自体の小形化も
可能となる。以上のＡ／Ｄ変換器の構成の違いによる信
号ピン数の新旧対照例を図１３に示す。この点に関し、
従来では、例えば、各インバータにそれぞれ２チャネル
入力・２チャネル１２ビットパラレル出力型のＡ／Ｄ変
換器が用いられ、この場合、下位制御ユニット９との間
に接続される信号線は、６軸分で合計で１９本＝１２本
（Ａ／Ｄ変換器出力）＋１本（チャネル切換信号線）＋
６本（６つのＡ／Ｄ変換器の選択信号線）が必要とさ
れ、かつ、信号線の数に対応するコネクタの信号ピンの
数も１９本必要とされる。

【００５１】(VII) 電流検出器におけるオフセット補正
およびゲイン補正ところで、このように可変ゲインアンプ８６〜８９のゲ
イン切換えを行う場合、仕様するモータの定格電流に合
わせてゲインのキャリブレーション（較正）を行うこと
が制御精度を維持する上で重要である。また、オペアン
プ一般の誤差特性として、オフセットがあり、個々のオ
ペアンプによってもバラツキがある。因みに、従来では
オフセット補正はオペアンプに付属する可変抵抗により
手動調整していたが、作業効率が悪かった。

【００５２】このようなことから、下位制御ユニット９
には、２軸インバータユニット６、７、８の各電流検出
器５４でのゲイン切換えに伴うゲイン補正およびオフセ
ット補正を自動的かつディジタル的に行う補正手段が設
けられている。

【００５３】図１２に、可変ゲインアンプ８６〜８９の
オフセット補正およびゲイン補正の補正回路の原理を示
す。図１２に示すように、このオフセット補正およびゲ
イン補正は、２軸インバータユニット６、７、８から送
られる６軸分のＤＯ12、ＤＯ34、ＤＯ56のシリアルデー
タが６４〜６６によってパラレルデータ（１２チャネル
分）に変換し、そのシリアル電流検出値信号ＤＯ12、Ｄ
Ｏ34、ＤＯ56から補正部７１で生成されたオフセット補
正データｃo を引算器９２において引き算することによ
りオフセット成分を除去し、さらにそのオフセット成分
が除去された正しい値に対して当該多軸モータ制御装置
に必要とされるゲインに対応するゲイン補正データｃg
を掛算器９３において掛合わせ、かくして得られた１２
チャネル分のオフセット補正およびゲイン補正済みの電
流検出値データを電流制御部６２にフィードバックさせ
ようとするものである。

【００５４】図１３に、上記オフセット補正およびゲイ
ン補正を自動的に行なう補正回路のの詳細例を示す。ま
ず、オフセット調整を行う。そのためには、絶縁アンプ
８２〜８５、可変ゲインアンプ８６〜８９、入力切替部
９０、およびＡ／Ｄ変換分９１の合計したオフセット量
がどの位あるかを知らなければならない。この合計オフ
セット量の検出のため、インバータ５２、５６の出力線
にはダミー電流を流さず（ゼロ〔Ａ〕）、このときのＡ
／Ｄ変換器５３の出力データ（電流検出値）を６４を介
して取り込み、ＳＰ−ＯＵＴとして引算器９７に入力す
る。また、メモリ９５からは目標値ＲＥＦ0 （ゼロ
〔Ａ〕）のデータを目標値切換部９６を介して引算器９
７に送る。このとき、電流検出用抵抗器ＲＡ1 の電圧降
下は生じておらず、本来Ａ／Ｄ変換器５３から出力され
る電流検出値はゼロ〔Ａ〕のはずである。したがって、
このとき引算器９７で算出された差分値は絶縁アンプ８
２、可変ゲインアンプ８６、入力切替部９０およびＡ／
Ｄ変換部９１の合計オフセット成分に相当することがわ
かる。そこで、この差分値を可変ゲインアンプ８６のオ
フセット補正データｃo として補正動作切換部９８を介
して補正データメモリ９９に保持しておくと同時に、６
７によりシリアルデータに変換した後、マイコン５７を
経由してＥＥＰＲＯＭ５９に書込む。

【００５５】次いで、５〔Ａ〕動作モードのゲイン補正
データｃg の算出およびＥＥＰＲＯＭ５９への書込みを
行う。まず、インバータ５２の出力線に、定電流源１０
４、プローブ切替器１０５およびプローブ１０６によ
り、５〔Ａ〕のダミー電流を流し、このときの電流検出
用抵抗器ＲＡ1 の端子電圧（すなわち、電流検出値）を
検出し、そのデータを引算器９７に与える。一方、メモ
リ９５から目標値ＲＥＦ5 （５〔Ａ〕）を引算器９７に
与え、さらに、補正データメモリ９９からオフセット補
正データｃo を読み出して引算器９７に与える。この状
態で引算器９７において引き算を行うことにより、オフ
セット成分の含まれない、５〔Ａ〕動作モードでのゲイ
ン補正データｃg が求められる。このゲイン補正データ
ｃg は補正データメモリ９９に格納されると共に、６７
を介してマイコン５７に送られ、ＥＥＰＲＯＭ５９に書
込まれる。

【００５６】次いで、１０〔Ａ〕動作モードのゲイン補
正データｃg の算出およびＥＥＰＲＯＭ５９への書込み
を行う。５〔Ａ〕動作モードの場合と同様に、まず、イ
ンバータ５２、５６の出力線に定電流源１０４、プロー
ブ切替器１０５およびプローブ１０６により、１０
〔Ａ〕のダミー電流を流し、このときの電流検出用抵抗
器ＲＡ1 の端子電圧（すなわち、電流検出値）を検出
し、そのデータを引算器９７に与える。一方、メモリ９
５から目標値ＲＥＦ10（１０〔Ａ〕）を引算器９７に与
え、さらに、補正データメモリ９９からオフセット補正
データｃo を読み出して引算器９７に与える。この状態
で引算器９７において引き算を行うことにより、オフセ
ット成分の含まれない、１０〔Ａ〕動作モードでのゲイ
ン補正データｃg が求められる。このゲイン補正データ
ｃg は補正データメモリ９９に格納されると共に、６７
を介してマイコン５７に送られ、ＥＥＰＲＯＭ５９に書
込まれる。

【００５７】以下同様に、上述の操作を他のチャネル
（ＲＢ2 、ＲＡ1 、ＲＢ2 の系）について行うことによ
り、それぞれのオフセット補正データｃo およびゲイン
補正データｃg が求められ、ＥＥＰＲＯＭ５９に自動的
に書込まれる。なお、以上の一連の動作はＥＥＰＲＯＭ
書込み制御部１００のタイミング制御により実行され
る。ＥＥＰＲＯＭ書込み制御部１００は外部からの開始
信号によって動作を行う。このようにして書込まれたオ
フセット補正データｃo およびゲイン補正データｃg
は、当該多軸モータ制御装置の制御動作時にＷＷＰＲＯ
Ｍ５９からマイコン５７を経由して株制御ユニット９の
電流制御部６２に供される。

【００５８】以上のようにオフセット補正データｃo お
よびゲイン補正データｃg を自動生成することができる
ので調整効率が向上し、さらにディジタル的に行われる
ので精度を向上させることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上の通り、請求項１に記載の発明によ
れば、配線の引回しが簡略化され、コネクタ類が整理さ
れるのでコネクタの個数が削減され、また、コネクタを
介して各機能要素ユニット間での接続が可能となるた
め、配線が整理され配線本数の削減、配線の簡素化、さ
らには誤配線等の防止、配線への外乱ノイズの侵入を防
止できるので制御動作の信頼性を向上することができ
る。

【００６０】請求項２に記載の発明によれば、配線の引
回しが簡略化され、コネクタ類が整理されてコネクタの
個数が削減され、また、コネクタ同士での接続が可能と
なるため配線が整理され配線本数の削減、配線の簡素化
が可能となり、さらには誤配線等の防止、配線への外乱
ノイズの侵入を防止できるので制御動作の信頼性を向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例における各ユニットの組
立構造の概要を示す外観斜視図である。

【図２】図２は本発明の実施例における各ユニットの組
立構造の詳細を示す外観斜視図である。

【図３】図３は本発明の実施例におけるコネクタ類のバ
ックプレーンへの取付状態を示す外観斜視図である。

【図４】図４は各機能要素ユニットの配置例を示す外観
斜視図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は各機能要素ユニットの配
置の他の例を示す模式図である。

【図６】図６は本発明の実施例における各ユニットの構
成および接続関係を示すブロック図である。

【図７】図７は６軸制御ユニットの構成例を示すブロッ
ク図である。

【図８】図８は６軸制御ユニットのハードウエアの構成
例を示すブロック図である。

【図９】図９は６軸制御ユニットのＣＰＵの処理内容例
を示すブロック図である。

【図１０】図１０は２軸インバータユニットにおける電
流検出器周辺の回路を示すブロック図である。

【図１１】図１１は２軸インバータユニットにおける可
変ゲインアンプの例を示す回路図である。

【図１２】図１２は電流検出器のオフセット補正および
ゲイン補正の補正回路の原理構成を示すブロック図であ
る。

【図１３】図１３は電流検出器のオフセット補正および
ゲイン補正の自動補正回路の詳細例を示すブロック図で
ある。

【図１４】図１４は２軸インバータユニットと６軸制御
ユニットとの配線関係を示すブロック図である。

【図１５】図１５は２軸インバータユニットと６軸制御
ユニットとコネクタ信号ピン数の新旧比較例を示す説明
図である。

【図１６】図１６は従来の多軸モータ制御装置の構成例
を示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１バックプレーン２主回路電源ユニット３、４追加コンデンサユニット５小信号電源ユニット６、７、８インバータユニット（２軸）９下位制御ユニット（６軸）１０上位制御ユニット１１商用電源１２電源用コネクタ１３〜１５動力線用コネクタ１６〜２２モータ用配線２２エンコーダ信号線２３エンコーダ用コネクタ２４シリアル通信用コネクタ２５通信線２６外部設定器２７シリアル通信用コネクタ２８通信線２９外部設定器３０主回路電源用コネクタ３１追加コンデンサ用コネクタ３２追加コンデンサ用コネクタ３３小信号電源用コネクタ３４〜３６インバータ小信号用コネクタ３７制御インバータＩ／Ｆコネクタ３８〜４０インバータ大電流用コネクタ４１制御上位Ｉ／Ｆコネクタ４２上位コネクタ４３、４４支持フレーム４５、４６支持フレーム４７回生抵抗器４８〜５０冷却フィン５１デッドタイム作成部５２インバータ５３Ａ／Ｄ変換器５４電流検出器５５デッドタイム作成部５６インバータ５７マイコン５８異常検出部５９ＥＥＰＲＯＭ６０位置制御部６１速度制御部６２電流制御部６３ＰＷＭ信号発生部６４〜６９ＳＰ変換部７０異常処理部７１補正部７２シリアル通信インタフェース７３上位ボードインタフェース７４磁極位置データ変換部７５位置検出カウンタ７６ＲＡＭ７７ＣＰＵ７８バス７９ＤＰ−ＲＡＭ８２〜８５絶縁アンプ８６〜８９可変ゲインアンプ９０入力切換部９１Ａ／Ｄ変換部９２引算器９３掛算器９４Ａ／Ｄ変換制御部９５メモリ９６目標値切換部９７引算器９８補正動作切換部９９補正データメモリ１００ＥＥＰＲＯＭ書込制御部１０１オペアンプ１０２インバータゲートＭ1 〜Ｍ6 サーボモータＥ1 〜Ｅ6 エンコーダＲＡ1 、ＲＡ2 、ＲＢ1 、ＲＢ2 電流検出用抵抗器ａ1 〜ａ6 ＰＷＭ信号ｂ1 〜ｂ6 電流シリアル信号ｃ1 〜ｃ6 マイコンシリアル信号ｃ0 オフセット補正データｃg ゲイン補正データｅ1 〜ｅ6 エンコーダ信号ｆ，ｆ1 ｆ2 ゲイン切換信号ＣＨ−ＳＥＬチャネル切換信号ＯＧ−ＳＥＬ補正データ切換信号ＲＥＦ目標値ＲＥＦ0 ０アンペア時目標値ＲＥＦ5 ５アンペア時目標値ＲＥＦ10 １０アンペア時目標値ＳＰ−ＯＵＴＳＰ変換部出力信号ＯＦＦＳＥＴオフセットデータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源から供給される交流電力を一旦直流
電力に変換する主回路電源手段と、変換された前記直流
電力を再び交流制御電力に変換し、変換された前記交流
制御電力を複数のサーボモータのそれぞれに個別に供給
するモータ駆動手段と、モータ駆動手段の動作を制御す
る小信号系回路からなる制御手段とを含む多軸モータ制
御装置において、前記主回路電源手段、モータ駆動手段および制御手段を
各機能要素ごとに分割してそれぞれ個別のケーシング内
に収納することによりユニット化し、前記各ユニットを発熱量の多いユニット群と発熱量の少
ないユニット群に分離して配置したことを特徴とする多
軸モータ制御装置。
【請求項２】電源から供給される交流電力を一旦直流
電力に変換する主回路電源手段と、変換された前記直流
電力を再び交流制御電力に変換し、変換された前記交流
制御電力を複数のサーボモータのそれぞれに個別に供給
するモータ駆動手段と、モータ駆動手段の動作を制御す
る小信号系回路からなる制御手段とを含む多軸モータ制
御装置において、前記主回路電源手段、モータ駆動手段および制御手段を
各機能要素ごとに分割してそれぞれ個別のケーシング内
に収納することによりユニット化し、前記各ユニットを、前記電源に電気的に接続されている
電源回路を有するユニット群と、前記電源に電気的に絶
縁されている電源回路を有するユニット群とに分離して
配置したことを特徴とする多軸モータ制御装置。