JP5301180B2 - 同期型ａｃサーボモータおよびその制御システム - Google Patents

Description

本発明は、同期型ＡＣサーボモータを制御するシステムに係り、特に、電気的に独立した複数の固定子巻線系統をもつ１つの同期型ＡＣサーボモータを複数のサーボドライバーで同期駆動するシステムに関する。

従来、工作機械、産業用ロボットなどの分野では、複数の同期型ＡＣサーボモータを用いた駆動システムが採用されている。

一つの同期型ＡＣサーボモータでは、通常、独立した固定子巻線系統は１つであり、一つの位置検出器が具備され、一つのサーボドライバで運転するのが基本型である。

そこで、複数の同期型ＡＣサーボモータを駆動するシステムでは、複数の同期型ＡＣサーボモータを同数のサーボドライバで駆動制御して、１つの被駆動体を駆動するのが一般的である。この場合、複数の同期型ＡＣサーボモータの動力を伝動するプーリやボールネジなどの機構要素は、サーボモータと同数分必要になる。また、一つの同期型ＡＣサーボモータには、一つの位置検出器が設けられ、それを個別のサーボドライバに接続している。

この種の複数の同期型サーボモータを駆動するシステムの従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１では、それぞれのサーボモータの速度制御部の積分要素の出力を同一にする手段を設けることにより、それぞれ速度制御部の積分要素の積分値の偏りを改善している。

なお、同期型ＡＣサーボモータの中には、一つのモータの中に独立した複数の固定子巻線系統を有するものがあるが、この場合でも、短絡して一つの固定巻線系統として扱って一つのサーボドライバーで運転するのが一般的である。
特開２００３−１８９６５７号公報

複数の同期型ＡＣサーボモータで一つの被駆動体を駆動する従来のシステムでは、それぞれサーボドライバ、およびモータ出力の伝達要素をサーボモータと同数分必要とされていた。

そこで、本発明の目的は、一つの同期型ＡＣサーボモータに複数の固定子巻線系統を独立して設け、これらの各固定子巻線系統に対して、独立した複数の同期型ＡＣサーボモータの同期駆動と同様の駆動システムを構築できるようにした同期型ＡＣサーボモータおよびその制御システムを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、各固定子巻線系統に接続される各サーボドライバに一つのシリアル通信型位置検出器の同時刻位置情報を分配して同期駆動できるようにした同期型ＡＣサーボモータ駆動システムを提供することにある。

また、本発明による制御システムは、１つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた同期型ＡＣサーボモータと、それぞれ各固定巻線系統の位置制御、速度制御、電流制御を行う複数のサーボ制御回路と、前記各サーボ制御回路を同期して動作させる同期手段と、複数の前記サーボ制御回路のうち、特定の一のサーボ制御回路からのリクエスト信号に応答した前記シリアル通信型位置検出器から同時刻の位置情報を前記各サーボ制御回路に分配する分配器と、を具備したことを特徴とするものである。

さらに、本発明による制御システムは、１つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた同期型ＡＣサーボモータと、 それぞれ各固定巻線系統の電流制御を実行する複数のサーボドライバと、前記複数のサーボドライバの上位の制御系を構成し前記各固定子巻線系統にそれぞれ対応する位置制御回路および速度制御回路を有する上位コントローラと、を備え、前記上位コントローラに、前記シリアル通信型位置検出器から位置情報信号をフィードバックし、前記上位コントローラから前記各サーボドライバに指令を与えるようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、一つの同期型ＡＣサーボモータに複数の固定子巻線系統を独立して設け、これらの各固定子巻線系統に対して、独立した複数の同期型ＡＣサーボモータの同期駆動と同様の駆動システムを構築することができる。

以下、本発明による同期型ＡＣサーボモータ制御システムの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムを適用した駆動システムを示すブロックである。
図１において、参照番号１０は、工作機械のテーブルなどの被駆動体を示す。被駆動体１０の駆動モータとして、同期型ＡＣサーボモータ１２が用いられ、その動力をボールねじ機構によって被駆動体１０に伝動している。同期型ＡＣサーボモータ１２は、継手１３を介してボールねじ１４と連結されている。このボールねじ１４には、被駆動体１０に固定されている図示しないボールナットが螺合している。

図１において、参照番号２０は、制御装置を示す。この制御装置２０は、上位コントローラ２２、ここでは一般化してｎ個のサーボドライバ、信号分配器３６を備えている。図２は、制御装置２０のブロック構成図である。

同期型ＡＣサーボモータ１２では、ロータ軸２５に回転子２６が取り付けられいる。この実施形態では、同期型ＡＣサーボモータ１２は、一つの回転子２６に対して、固定子を構成する固定子巻線系統が２系統設けられている。図２では、第１の固定子巻線系統２８、第２の固定子巻線系統２９として示す。これらの第１固定子巻線系統２８と第２固定子巻線系統２９は、電気的に互いに独立した巻線系統であり、独立に制御される。したがって、第１固定子巻線系統２８を制御するサーボ機構としては第１サーボドライバ３０が設けられ、第２固定子巻線系統２９を制御するサーボ機構としては第２サーボドライバ３１が設けられている。これら第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１は、相互に独立したドライバであるが、上位コントローラ３２から指令が与えられるとともに同期信号により同期して動作するように制御されている。

第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１は、それぞれ位置制御部、速度制御部、電流制御部を有しており、同期型ＡＣサーボモータ１２の位置情報を位置検出器からフィードバックして、ＮＣ装置などから与えられる指令と比較する位置制御、速度制御のループが構成されている。

本実施形態の同期型ＡＣサーボモータ１２には、位置検出器として、シリアル通信型位置検出器３４が設けられている。上述したように、固定子巻線系統は、２系統あるが、シリアル通信型位置検出器３４は、ロータ軸２５の回転角を位置情報として検出する単一の検出器である。このシリアル通信型位置検出器３４は、信号分配器３６を介してそれぞれ第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１に接続されている。

次に、図３は、シリアル通信型位置検出器３４と第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１との間での信号の流れを示すブロック図である。

この実施形態では、第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１のそれぞれからデータリクエスト信号が第１トランシーバ、第２トランシーバを介して信号分配器３６の信号分配回路３７に導入される。信号分配回路３７は、第１サーボドライバ３０からのデータリクエスト信号＃１のみをトランシーバを介してシリアル通信型位置検出器３４に送信する。

シリアル通信型位置検出器３４は、このテータリクエスト信号＃１に対する同時刻の位置情報信号をトランシーバを介して信号分配器３６に応答することになる。そこで、信号分配回路３７は、シリアル通信型位置検出器３４が応答した位置情報信号を分配して、それぞれ第１トランシーバ、第２トランシーバを介して第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１ににフィードバックする。このようにして、第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１には、同時刻の位置情報信号がフィードバックされることになる。

そして、第１サーボドライバ３０、第２サーボドライバ３１は、上位コントローラ３２から与えられる同期信号に基づき同期がとられているので、それぞれ第１サーボドライバ３０と第２サーボサーボドライバ３１は、同時刻の位置情報信号に基づいて位置制御、速度制御、電流制御の処理を同期して行うことができる。このように制御の実質としては、独立した２台のＡＣサーボモータを同期制御するのと同じ同期制御を、独立の固定子巻線系統を２系統備えた１台のＡＣサーボモータ１２で実現していることになる。なお、同期信号は上位コントローラ３２からではなく、例えば、第１サーボドライバ３０から第２サーボドライバ３１に与えるようにして同期をとるようにすることも可能である。

以上の第１実施形態では、固定巻線系統が２系統の例であるが、それ以上の巻線系統を設けた場合でも同様に、図４に示すように、特定のサーボドライバ（ここでは第１サーボドライバ）のリクエスト信号＃１に対して同時刻の位置情報信号を他のサーボドライバに分配すればよい。

以上にように構成される同期型ＡＣサーボモータ制御システムを図１のような駆動システムに適用することにより、単一のシリアル通信型位置検出器３４を取り付けた１台の同期型ＡＣサーボモータ１２を使って、被駆動体１０を駆動することができる。これにより、サーボモータを複数台組み合わせ、それぞれボールねじ機構などの伝達要素により駆動するシステムと実質的に同じ駆動システムを実現した上で、システムの構成をより簡素化することができる。

第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムを示すブロック図である。
この第２実施形態では、第１サーボドライバ４０、第２サーボドライバ４１は、それぞれ第１固定子巻線巻線系統２８、第２固定子巻線系統２９の電流制御のみを行なう制御回路である。上位のコントローラ４２は、それぞれシリアル通信型位置検出器３４からフィードバックした位置情報信号に基づいて位置制御、速度制御を行う第１位置・速度制御部４３、第２位置・速度制御部４４を備えており、第１位置・速度制御部４３、第２位置・速度制御部４４は、同一コントローラ内にあるため制御動作の同期がとられている。

したがって、この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、信号分配器３６を不要とすることができる。すなわち、シリアル通信型位置検出器３４からは、上位コントローラ４４へ直接位置情報信号が送信され、第１位置・速度制御部４３、第２位置・速度制御部４４には、同時刻の位置情報信号がフィードバックされる。したがって、第１位置・速度制御部４３、第２位置・速度制御部４４は、上位コントローラ４２の内部で同期がとられているので、それぞれ同時刻の位置情報信号に基づいて位置制御、速度制御を同期して行うことができる。このように、位置・速度制御部を上位コントローラ４２にもってくることにより、制御の実質としては、第１実施形態と同等の制御システムを構成することができる。

そして、本実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムを図１のような駆動システムに適用することにより、単一のシリアル通信型位置検出器３４を取り付けた１台の同期型ＡＣサーボモータ１２を使って、被駆動体１０を駆動することができ、システムの構成の簡素化を実現することができる。

本発明による同期型ＡＣサーボモータ制御システムを適用した駆動システムのブロック構成図。 本発明の第１実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムのブロック構成図。 本発明の第１実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムの信号分配器での信号のやり取りを示すブロック図。 本発明の第１実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムの信号分配器での信号のやり取りをｎ個のサーボドライバに拡張したブロック図。 本発明の第２実施形態による同期型ＡＣサーボモータ制御システムのブロック構成図。

符号の説明

１０ 被駆動体
１２ 同期型ＡＣサーボモータ
１３ 継手
１４ ボールねじ
２０ 制御装置
２２ 上位コントローラ
２６ 回転子
２８ 第１固定子巻線系統
２９ 第２固定子巻線系統
３４ シリアル通信型位置検出器
３６ 信号分配器

Claims (5)

1. １つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた同期型ＡＣサーボモータと、 それぞれ各固定巻線系統の位置制御、速度制御、電流制御を行う複数のサーボ制御回路と、
   前記各サーボ制御回路を同期して動作させる同期手段と、
   複数の前記サーボ制御回路のうち、特定の一のサーボ制御回路からのリクエスト信号に応答した前記シリアル通信型位置検出器から同時刻の位置情報を前記各サーボ制御回路に分配する分配器と、
   を具備したことを特徴とする同期型ＡＣサーボモータの制御システム。
2. 前記同期手段は、前記複数のサーボ制御回路に同期信号を与える上位コントローラからなることを特徴とする請求項１に記載の同期型ＡＣサーボモータ制御システム。
3. １つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた同期型ＡＣサーボモータと、 それぞれ各固定巻線系統の電流制御を実行する複数のサーボドライバと、
   前記複数のサーボドライバの上位の制御系を構成し前記各固定子巻線系統にそれぞれ対応する位置制御回路および速度制御回路を有する上位コントローラと、を備え、前記上位コントローラに、前記シリアル通信型位置検出器から位置情報信号をフィードバックし、前記上位コントローラから前記各サーボドライバに指令を与えるようにしたことを特徴とする同期型ＡＣサーボモータ制御システム。
4. 被駆動体と、
   １つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた１台の同期型ＡＣサーボモータと、
   前記同期型ＡＣサーボモータの動力を前記被駆動体に伝動する単一の伝動要素と、
   それぞれ各固定巻線系統の位置制御、速度制御、電流制御を行う複数のサーボ制御回路と、
   前記各サーボ制御回路を同期して動作させる同期手段と、
   複数の前記サーボ制御回路のうち、特定の一のサーボ制御回路からのリクエスト信号に応答した前記シリアル通信型位置検出器から同時刻の位置情報を前記各サーボ制御回路に分配する分配器と、
   を具備したことを特徴とする同期型ＡＣサーボモータ駆動システム。
5. 被駆動体と、
   １つの回転子に対して、電気的に独立した固定子巻線系統を複数設けるとともに、前記回転子の軸に単一のシリアル通信型位置検出器を取り付けた同期型ＡＣサーボモータと、 前記同期型ＡＣサーボモータの動力を前記被駆動体に伝動する単一の伝動要素と、
   それぞれ各固定巻線系統の電流制御を実行する複数の電流制御回路と、
   それぞれ各固定巻線系統の電流制御を実行する複数のサーボドライバと、
   前記複数のサーボドライバの上位の制御系を構成し前記各固定子巻線系統にそれぞれ対応する位置制御回路および速度制御回路を有する上位コントローラと、を備え、前記上位コントローラに、前記シリアル通信型位置検出器から位置情報信号をフィードバックし、前記上位コントローラから前記各サーボドライバに指令を与えるようにしたことを特徴とする同期型ＡＣサーボモータ駆動システム。

Images