(57)【要約】      （修正有）【課題】コストを低減、品質管理やメンテナンスが容易なサーボユニットを提供する。【解決手段】当該サーボユニットの機種およびサーボモータ駆動条件の組み合わせに対応するコード入力により選択信号を出力する入力デバイス１１０と、サーボモータの駆動条件に応じてあらかじめ準備された複数の定数回路１５０と、前記入力デバイスから出力された前記選択信号により、前記複数の定数回路のうち駆動対象のサーボモータの駆動条件に最適なものを選択する定数回路選択スイッチ回路１４０とを備え、選択された定数回路を用いて駆動対象のサーボモータを駆動する。前記入力デバイスに入力されたコードからサーボユニットの型式に関する機種識別信号に変換する変換回路と、前記機種識別信号の少なくとも一部から選択すべき最適な定数回路に関する回路選択信号を発生して前記定数回路選択スイッチ回路へ入力させる回路選択部とをさらに備えることが好ましい。【選択図】図２
2010011691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボユニットの機種および前記サーボユニットにより駆動されるサーボモータ駆動条件の組み合わせに対応するコード入力により選択信号を出力する入力デバイスと、
前記サーボユニットで制御されるサーボモータの駆動条件に応じてあらかじめ準備された複数の定数回路と、
前記入力デバイスから出力された前記選択信号により、前記複数の定数回路のうち駆動対象のサーボモータの駆動条件に最適なものを選択する定数回路選択スイッチ回路とを備え、
前記定数回路選択スイッチ回路により選択された定数回路を用いて駆動対象のサーボモータを駆動するサーボユニット。
【請求項２】
前記入力デバイスに入力されたコードからサーボユニットの型式に関する機種識別信号に変換する変換回路と、
前記機種識別信号の少なくとも一部から選択すべき最適な定数回路に関する回路選択信号を発生して前記定数回路選択スイッチ回路へ入力させる回路選択部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のサーボユニット。
【請求項３】
前記入力デバイスはＤＩＰスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のサーボユニット。
【請求項４】
前記定数回路選択スイッチ回路は、アナログスイッチ回路であることを特徴とする請求項１に記載のサーボユニット。
【請求項５】
前記回路選択部はプログラム可能な素子を含むことを特徴とする請求項２に記載のサーボユニット。
【請求項６】
前記プログラム可能な素子はＣＰＬＤであることを特徴とする請求項５に記載のサーボユニット。
【請求項７】
前記プログラム可能な素子はＦＰＧＡであることを特徴とする請求項５に記載のサーボユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は上位サーボ制御器からの指令によりサーボモータの制御を行うサーボユニットに関するもので、特に電源電圧やサーボモータ等の組合せに適合した定数回路を組み込み、最適な定数設定の可能なサーボユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械等の機械類は多くのサーボモータを有しており、これらのサーボモータをいかに適切に制御するかによって、機械類の性能が、決定される。
【０００３】
上位の制御装置とサーボモータとの間には通常サーボユニットが設けられ、ユーザはサーボユニットを適切に選択することが可能となっている。
【０００４】
一例として電動式射出成型機における駆動モータ部とサーボユニットの関係を図１に示す。
【０００５】
通常、電動式射出成形機１には平均３台のサーボユニットが使用される。すなわち、射出成型機に使用されるサーボモータは、分割された金型を成型中に強固に型締めする型締モータ２、成型に用いる樹脂を計量するための計量モータ３、溶融した樹脂を型内に強力な圧力で射出させる射出モータ４の３種類である。したがって、これらをそれぞれ制御するために、最低３台のサーボユニットが必要となる。
【０００６】
射出成型機用制御装置１０にはこれらのサーボモータをそれぞれ制御するための型締モータ用サーボユニット２１、計量モータ用サーボユニット２２、射出モータ用サーボユニット２３を有しており、これらのサーボユニットは上位サーボ制御部１２により制御され、この上位サーボ制御部１２はさらにコンピュータあるいはマイクロプロセッサでなる主制御部１１により制御される。この主制御部に対して操作入力を行うキーボード等の操作処理部１３および必要な情報を表示するための液晶ディスプレイ等の表示処理部１４が設けられている。
【０００７】
サーボユニットは、通常、基本的に主回路部と制御部とから成っている。主回路部は、入力された交流電源を整流回路により整流して直流に変換し、インテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ) と呼ばれるパワー素子を駆動して外部のモータに対する３相電流出力を作り出す部分である。一方、制御部は前述した３相の電流出力を検出してＩＰＭを制御する信号に対するフィードバックを行う。
【０００８】
なお、このフィードバックのために必要な電流検出を行う電流検出素子としては、ホール素子を利用したホールＣＴ( Hall Current Transformer)が、非接触方式で高速・高精度な電流検出が可能なため、最も一般的に使用されているが、他の種々の電流検出素子も用いることができる。
【０００９】
また、従来、主回路部内にはサーボユニット自体を識別するための識別回路と、このサーボユニットに接続されて駆動されるサーボモータやサーボアンプの型式に対応するように、抵抗等の電気素子で構成される定数回路が設けられていた。
【００１０】
サーボモータの仕様は多種多様にわたっているため、サーボユニットも制御対象の定格をカバーする範囲に応じて多くの機種が存在するが、たとえサーボユニットを適切に選択したとしても、実際の制御には最適な定数回路を使用しなければ、適切な制御を行えない。
【００１１】
従来は、機種識別回路や定数回路はそれぞれ特定のユニットに対するものを固定的に組み込んでいるため、サーボユニットを交換、更新したり、サーボモータやサーボアンプを型式が異なるものに交換した場合には、当該サーボユニットがカバーする定格範囲内であっても、定数回路を適切なものに変更しなければ使用することができなかったり、交換した定数回路が最適な定数を持つものではなかったような場合、最適な定数が得られるまで長期間使用できないという問題も生じていた。
【００１２】
このため、従来は定数回路部を予めサーボモータの機種ごとに基板化して準備しておき、必要に応じてサーボアンプの定数回路部のみを変更することにより、定数回路以外の回路を共用化することも提案されている。
【００１３】
しかしながら、前述した定数回路はサーボモータとサーボアンプの組み合わせに対して最適なものを準備する必要があるため、可能な組み合わせは数千種類もの膨大な数になり、すべての定数回路を準備することはコスト上、管理上無理があり、現実的には不可能である。
【００１４】
また、主回路部へ入力される電源電圧は１００Ｖ 、２００Ｖ 、４００Ｖ等の様々なケースがあるので、制御部では電源電圧に応じてＩＰＭへの電圧指令を変える必要がある。一般的に、制御部はＣＰＵを内蔵しており、ソフトウェアによって制御処理を行なっているので、制御部のソフトウェアの変更に伴って制御部ソフトウェアの種類が増え、コストやメンテナンス上の種々な問題が生じている。
【００１５】
特許文献１は、産業用ロボットにおいて同一の制御装置で多機種のロボットを制御する場合、各機種の特有データを外部データ記憶手段に記憶させ、制御装置がこれを読み込んで複数機種のロボットの制御を可能にしたものが開示されている。
【００１６】
しかし、この従来技術の場合には、ロボットに使用される複数のモータ、およびサーボユニットは夫々異なっているのが普通であり、異なるサーボユニットに対しては必ずしも同一の制御装置では対応できないという問題がある。
【特許文献１】特開平６−１９０７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このように、サーボユニットの種類、制御されるサーボモータの種類、定格、入力電源電圧等によって定数回路の変更の必要が多いにもかかわらず、従来のサーボユニットにおいては、主回路部に組み込まれる機種識別回路や定数回路は特定の機種のみに対応するように固定的に設定されており、サーボモータが変更された場合や、サーボユニットを新機種に交換したような場合に、ただちに使用できるわけではなく、適合性の確認や必要に応じた定数回路や制御部のソフトウェアの変更が不可欠であったため、コストやメンテナンス上の種々な問題が生じている。
【００１８】
そこで、本発明は、コストを低減でき、品質管理やメンテナンスが容易なサーボユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、サーボユニットの機種および前記サーボユニットにより駆動されるサーボモータ駆動条件の組み合わせに対応するコード入力により選択信号を出力する入力デバイスと、
前記サーボユニットで制御されるサーボモータの駆動条件に応じてあらかじめ準備された複数の定数回路と、
前記入力デバイスから出力された前記選択信号により、前記複数の定数回路のうち駆動対象のサーボモータの駆動条件に最適なものを選択する定数回路選択スイッチ回路とを備え、
前記定数回路選択スイッチ回路により選択された定数回路を用いて駆動対象のサーボモータを駆動するサーボユニットが提供される。
【００２０】
前記サーボユニットは、前記入力デバイスに入力されたコードからサーボユニットの型式に関する機種識別信号に変換する変換回路と、
前記機種識別信号の少なくとも一部から選択すべき最適な定数回路に関する回路選択信号を発生して前記定数回路選択スイッチ回路へ入力させる回路選択部とをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、入力デバイスからのサーボユニットの機種およびサーボモータ駆動条件の組み合わせに対応するコードの入力によって、サーボモータや電源に最適な定数回路の設定を可能としたことにより、サーボモータやその駆動条件が変更された場合や、サーボユニット自体を新機種に交換する必要がある場合においても、サーボユニットの種類を増やすことなく対応でき、設計コスト、製造コスト等を抑制でき、品質管理、メンテナンス等が容易なサーボユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本願発明の実施例について説明する。
【００２３】
図２は本発明にかかるサーボユニット２０の基本的な概念を示す概略構成図であり、主回路部５０および制御部１００を有している。前述したように、射出成型機用には通常３台のサーボユニットが用いられるため、テスト用の１台を含めて４台のサーボユニットを設定できるようになっていることが望ましい。
【００２４】
なお、この実施例においては射出成型機用の複数のサーボユニットのうちの１台を想定しているが、これに限られるものではない。
【００２５】
サーボユニットの主回路部５０内には整流回路５１を含んでおり、この整流回路５１は交流電源５２からの交流電源電圧を整流して制御部１００に供給する。
【００２６】
制御部１００には入力デバイス１１０が接続され、この入力デバイスにより与えられる選択入力信号により選択されるスイッチ回路１４０、このスイッチ回路１４０の出力によって選択される定数回路１５０、選択された定数回路１５０を介して供給された電源電圧を制御部電源に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１８０を有している。
【００２７】
入力デバイス１１０は、サーボユニットの機種および駆動条件の組み合わせに対応するコードを設定入力するものであり、標準のＩＣと同様なＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）の大きさで構成したＤＩＰスイッチと称される基板実装型のものが使用される。
【００２８】
入力デバイス１１０からの信号はパラレル、シリアルのいずれの形態でも良いが、適切なバスを介してスイッチ回路１４０に送られる。
【００２９】
スイッチ回路１４０では、サーボユニットの機種および駆動条件の組み合わせに対して予め準備された複数の定数回路から、入力デバイスで入力されたコードにしたがって該当する定数回路を選択する。
【００３０】
定数回路１５０は一種の変換回路であり、例えば、サーボユニットからモータヘ流す３相電流を前述した電流検出器により検知し、その検知量を制御部へフィードバックする場合に、モータの型式の違いによる異なるレンジ(範囲) のモータ電流を定数回路によって所望のレンジとなるように変換して制御部へ入力する機能を有する。すなわち、定数をサーボユニット機種とサーボモータの駆動条件ごとにあらかじめ決定しておき、これをスイッチにより選択可能とすることにより、サーボアンプ機種に固有の信号を作るようになっている。
【００３１】
また、入力デバイス１１０の設定内容はスイッチ回路１４０を介して上位コントローラ（図示せず）にも送られ、上位コントローラ側では、設定内容に応じた適切な制御データをサーボユニットに対して出力する。
【００３２】
このように、本発明においては、サーボユニットの機種および駆動条件の組み合わせをスイッチにより選択できるため、カバーされる定数回路の範囲が増加する。例えば入力デバイスとして、独立にオン・オフ状態を設定できる接点入力が４つある４極式のＤＩＰスイッチを用いれば、１６種類のサーボユニットと定数の組み合わせを予め設定することができ、このスイッチの設定だけで、通常使用する範囲のかなりの部分をカバーできることになる。入力デバイスのビット数を増加させ、定数回路での定数を十分に準備することにより、さらにカバーする範囲を増加させることができる。
【００３３】
図３は、図２における制御部１００のより詳細な構成を示すブロック図である。
【００３４】
制御部１００は、任意に設定可能な入力デバイス１１０を有している。この入力デバイスは図２の実施例について説明したのと同様のＤＩＰスイッチであり、ここでは独立にオン・オフ状態を設定できる接点入力が４つある４極式のスイッチを用いている。従って、この入力デバイスを用いて、２進４ビットのパラレルデータを入力することができる。このような入力デバイスを複数個使用し、あるいは接点入力の多いものを用いることにより、入力データの数を増加させることができる。
【００３５】
なお、この実施例の場合、入力デバイスで入力されるデータは、図２の実施例の場合と同様に、サーボユニットの機種およびサーボモータ駆動条件の組み合わせに対してあらかじめ設定されたコードである。４ビットデータを上位ビットと下位ビットに分け、あらかじめ一方をサーボユニットの機種、他方をサーボモータ駆動条件に割りあてておくことにより、種々の組み合わせに対する入力が可能となる。
【００３６】
図２の実施例においては、入力デバイスで入力されたデータは直接スイッチ回路に入力されたが、この実施例においては、このデータはまず変換回路１２０に入力され、バラレルデータからシリアルデータへの変換が行われる。すなわち、この変換回路はパラレル−シリアル変換回路であり、４ビットパラレルデータが１６進シリアルデータである機種識別信号に変換されることになる。このようなシリアルデータへの変換が行われるのは、サーボユニット内および上位サーボ制御部においては通常シリアルデータでの処理が行われるためである。
【００３７】
続いてこの機種識別信号は回路選択部１３０に入力される。この回路選択部１３０は機種識別信号を解読するプログラマブルな論理素子を有しており、このようなプログラマブルな論理素子として代表的なものはＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）である。
【００３８】
ＣＰＬＤ は、ＬＳＩのうちＡＳＩＣ(Application Specific lntegrated Circuit)に分類されるもので、インバータ回路やＮＡＮＤ回路、レジスタ回路などの論理回路の組み合わせをプログラム言語で指定することにより、ＣＰＬＤ内で論理回路の組み合わせ機能が実現できるようになっている。
【００３９】
他にＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等のプログラム可能なＬＳＩを使用することができる。
【００４０】
これらの論理素子はプログラム可能であるために、論理回路の組み合わせや接続の変更等は容易であり、個別に論理素子を組み合わせて論理回路を実現する場合と比較すれば、コストは低廉ですむ。
【００４１】
回路選択部１３０においては、これらの論理素子により、予め行われたプログラミングに従って機種識別信号から定数回路選択のための回路選択信号を発生して出力する。この回路選択信号は再び４ビットのパラレルデータとなっており、サーボユニットと制御されるサーボモータの駆動条件に対応して選択すべき定数回路を示すデータとなっている。
【００４２】
回路選択信号は次の定数回路選択スイッチ回路１４０に入力される。
【００４３】
この定数回路選択スイッチ回路１４０はこの実施例の場合、スイッチＡ１４１、スイッチＢ１４２、スイッチＣ１４３、スイッチＤ１４４の４つのスイッチを有しており、回路選択信号はこの４つのスイッチの切り替え状態を制御するものである。
【００４４】
これらの４つのスイッチは、入力信号の状態に応じて制御用電気信号の回路のオン/オフの切り換えを行うデジタル回路である、いわゆるアナログスイッチであり、これはトランスミッションゲートとも称される。このアナログスイッチは、異なる導電型の電界効果トランジスタを対称形に接続して得られ、制御用回路の極性を問わない双方向のスイッチング動作を可能とする。
【００４５】
なお、取り扱う電力によっては、スイッチとして、バイポーラトランジスタ、フォトカプラ、サイリスタ、ソリッドステートリレーなどから適宜選択して使用することができる。
【００４６】
前述したように、回路選択部１３０内のＣＰＬＤで生成された回路選択信号により、スイッチＡ１４１ないしスイッチＤ１４４の中の対応する１つのスイッチが選択される。
【００４７】
図４は回路選択部１３０より出力された回路選択信号１−４により、スイッチ回路１４０のスイッチ状態により定数回路１５０で特定の出力を発生する構成を示す回路図である。
【００４８】
この例の場合、スイッチ回路１４０を構成する４つのアナログスイッチの一端側は共通接続されて定数回路１５０の出力端Ａとなっており、他端側にはそれぞれ抵抗器１〜４が接続され、これらの出力端が定数回路１５０の出力端Ｂとなっている。したがって、各アナログスイッチがオンの場合、対応する定数回路が選択されるようになっている。
【００４９】
例えば、回路選択信号により抵抗器１が選択された場合、電流を検知するホールＣＴに出力端Ａと出力端Ｂを接続すると、出力端Ａと出力端Ｂの間に抵抗器１が入ることになる。同様に抵抗器２が選択された場合は抵抗器２が入ることになる。このようにして回路選択信号から定数回路が選択される。
【００５０】
再度図３に戻ると、この実施例では、アナログスイッチと関連するものには同じアルファベット記号を付してある。すなわち、アナログスイッチＡで選択される定数回路は、３相モータ電流出力のＵ相用のＵ相ホールＣＴ用回路では定数回路Ａ１（１５１）、Ｖ相用のＶ相ホールＣＴ用回路では定数回路Ａ２（１６１），主回路へ入力した交流電源を直流に整流し、制御部で使用する電圧に変換するＤＣ／ＡＣ電圧監視用回路では定数回路Ａ３（１７１）となっており、アナログスイッチと定数回路との関係は同様に表１に示すような組み合わせとなっている。
【表１】
2010011691.tif 000003
【００５１】
表１によれば、アナログスイッチ１つに対応して３種類の定数回路の組合せがセットで選択できることを示している。よって、アナログスイッチが４つあることにより、定数回路は４セット選択できることになる。これは射出成型機においては、主要なサーボモータとして型締モータ、計量モータ、射出モータの３つに加えて予備１つの実用上十分な組み合わせを提供する。
【００５２】
図４は回路選択部１３０より出力された回路選択信号により、スイッチ回路１４０のスイッチ状態により定数回路で特定の出力を発生する構成を示す回路図である。
【００５３】
この例の場合、定数回路として抵抗器１〜４ により４種類用意されていて、回路選択信号からアナログスイッチがオンの場合、１つの定数回路を選択できる構造になっている。
【００５４】
例えば、回路選択信号により抵抗器１が選択された場合、Ｕ相の電流を検知するホールＣＴに出力端Ａと出力端Ｂを接続すると、出力端Ａと出力端Ｂの間に抵抗器１が入ることになる。同様に抵抗器２が選択された場合は抵抗器２が入ることになる。このようにして回路選択信号から定数回路が選択される。
【００５５】
このような関係を利用して、各抵抗器の抵抗値を選択しておけば、種々のケースに対応できることになる。
【００５６】
実際に射出成形機で使用する上記３つのモータの定格およびサーボユニット電源電圧をＤＩＰスイッチ各極の組合せとして設定した例を表２に示す。ＤＩＰスイッチの各極はS W 1 、S W 2 、S W 3 、S W4 で表す。
【表２】
2010011691.tif 000004
【００５７】
上表では４種類の組合せの例を示しているが、４極のＤＩＰスイッチを使用しているので、最大で１６種類の組合せを設定することができ、定数回路に可能性の高いものを設定しておくことで、サーボユニットやサーボモータを変更した場合でも幅広くサーボモータの駆動条件に適合させることができる。
【００５８】
ここでは一例として、Ｕ相ホールＣＴ用定数回路１５０、Ｖ相ホールＣＴ用定数回路１６０，ＤＣ／ＡＣ電圧監視用定数回路１７０の三つが準備されており、各定数回路にはそれぞれ定数回路が４つずつ設けられ、使用する可能性の高い定数が設定されているものとする。
【００５９】
図２において、定数回路１５０を電圧変換用に設定すれば、種々のサーボユニットへの入力電源電圧を定数回路により制御部で使用できる電圧に変換することが可能となる。この場合、ＤＩＰスイッチは実際に主回路部へ入力される交流電源電圧の種類により上表から設定される。
【００６０】
また、ＤＩＰスイッチ情報は上位コントローラに送られ、上位コントローラは機種に応じて流す電流を決定する。すなわち、フィードバック電位を上位回路に戻すとき、必ずある範囲になるように電圧変換して指令電圧を出力するようにしている。一方、上位コントローラでは電圧情報に基づいて供給電流を指示することになるが、同じ２．５Ｖの信号についても機種によっては１０Ａに相当したり１００Ａに相当したりするため、上位コントローラでは機種情報に基づいて、供給電流が決定され、サーボユニットに電流を供給する。
【００６１】
このような制御は上位コントローラが並列処理が可能な高い処理能力を有するときには並列処理が行われるが、処理能力が不足する場合には、時分割処理を行うことで対処できる。この実施例のように、サーボユニットが３つ程度であれば、時分割処理で十分に処理可能である。
【００６２】
さらに、回路選択部１３０内のＣＰＬＤは書き換え可能であるので、入力デバイスで入力されたコードに対する定数回路の選択の態様を変えることは可能である。したがって定数回路の適用範囲をさらに拡大させることもできる。
【００６３】
このように、本発明にかかるサーボユニットによれば、機種選択用の入力デバイスおよび定数回路を制御部内に設けて、従来固定であった定数回路に代わってサーボユニットの機種および使用するサーボモータやサーボアンプの組み合わせに対する最適な定数回路を選択できるようにして適合性を高めているので、主回路部、制御部を変更しなくても種々の仕様に対応できる。また、機種の識別回路を設け、これによって定数回路を選択するプログラマブルな回路選択部を設けることにより、カバーできるサーボモータやサーボアンプの組み合わせの範囲は飛躍的に拡大され、適合性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
一台の機械に異なる型式のモータを複数個使用する機械、例えば工作機械、射出成形機、ダイカストマシン、押出成形機等の産業機械に対して、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】電動式射出成型機における駆動モータ部とサーボユニットの関係を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるサーボユニットの基本的な概念を示す概略構成図である。
【図３】図２における制御部のより詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】定数回路で特定の出力を発生する構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  射出成型機
２  型締モータ
３  計量モータ
４  射出モータ
１０  制御装置
１１  主制御部
１２  上位サーボ制御部
１３  操作処理部
１４  表示処理部
２０  サーボユニット
２１  型締モータ用サーボユニット
２２  計量モータ用サーボユニット
２３  射出モータ用サーボユニット
５０  主回路部
５１  整流回路
５２  交流電源
１００  制御部
１１０  入力デバイス
１２０  変換回路
１３０  回路選択部
１４０  スイッチ回路
１５０、１６０、１７０  定数回路
１８０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
2010011691.tif 000005
【図２】
2010011691.tif 000006
【図３】
2010011691.tif 000007
【図４】
2010011691.tif 000008