(57)【要約】【課題】モータの種類やその冷却機構に関わらず、発熱部を効率的に冷却することができ、また小形化したサーボ制御装置を得ること。【解決手段】サーボモータ１４で駆動制御される機械９ａのサーボ制御装置において、前記サーボ制御装置を、入出力機能を有するＩ／Ｏユニット２ａと、このＩ／Ｏユニット２ａとは別置きされ、前記サーボモータ１４を駆動制御するドライブユニット９ｂとに分割し、前記ドライブユニット９ｂを、放熱機能を有する前記機械の筐体９ｃに結合させて設置した。【選択図】      図１
2004336877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータで駆動制御される機械のサーボ制御装置において、
前記サーボ制御装置を、入出力機能を有するＩ／Ｏユニットと、このＩ／Ｏユニットとは別置きされ、前記サーボモータを駆動制御するドライブユニットとに分割し、
前記ドライブユニットを、放熱機能を有する前記機械の筐体に結合させて設置した、
ことを特徴とする機械のサーボ制御装置。
【請求項２】
前記機械用の冷却装置で前記ドライブユニットを冷却することを特徴とする請求項１に記載の機械のサーボ制御装置。
【請求項３】
前記Ｉ／Ｏユニットに平滑機能を有するアクティブフィルタを設け、負荷変動による前記ドライブユニット側の平滑コンデンサのリプル電流を低減し、該平滑コンデンサを低容量化して小型化したことを特徴とする請求項１または２に記載の機械のサーボ制御装置。
【請求項４】
前記Ｉ／Ｏユニットを複数の前記ドライブユニットで共用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の機械のサーボ制御装置。
【請求項５】
前記機械用の入出力及び制御信号線を、前記ドライブユニットを介してＩ／Ｏユニットに接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の機械のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械等の機械を駆動するサーボモータを制御するサーボ制御装置の冷却効率の向上、及び小形化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、ケース内に収納されたインバータと、冷却ファンを有しインバータによって駆動されるモータと、インバータとモータとを接続する配線と、インバータを構成する電気部品のうちの一部の発熱部品であってケース外に引き出されモータの構成体に固定された発熱部品と、インバータと発熱部品とを接続する配線とで、インバータ駆動モータを構成し、インバータを構成する発熱体がインバータ外部に引き出されモータの冷却ファンで冷却される構成のものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９９１７８号公報（要約、図１〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術は、冷却ファンを備え、常に高速で回転するインバータ駆動モータにしか適用できず、また、周囲に熱風を吹き出すためモータがオペレータの近くに設置されている場合には、作業環境が悪くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、モータの種類やその冷却機構に関わらず発熱部を効率的に冷却することができ、作業環境を悪化させず、また小形化したサーボ制御装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明に係る機械のサーボ制御装置は、サーボモータで駆動制御される機械のサーボ制御装置において、前記サーボ制御装置を、入出力機能を有するＩ／Ｏユニットと、このＩ／Ｏユニットとは別置きされ、前記サーボモータを駆動制御するドライブユニットとに分割し、前記ドライブユニットを、放熱機能を有する前記機械の筐体に結合させて設置したものである。
【０００７】
この発明によれば、サーボ制御装置を、入出力機能を有するＩ／Ｏユニットと、このＩ／Ｏユニットとは別置きされ、サーボモータを駆動制御するドライブユニットとに分割し、ドライブユニットを、放熱機能を有する前記機械の筐体に結合させて設置したので、発熱部を効率的に冷却することができ、また放熱部の小形化が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係る機械のサーボ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１及び図２を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１の機械のサーボ制御装置の構成を示すブロック図、図２は機械のサーボ制御装置の全体斜視図である。
【００１０】
図において、工作機械等の機械９ａとは別置きされた制御盤１ａには、外部交流電源２ｂに接続する入出力装置としてのＩ／Ｏユニット２ａ、及びサーボ制御装置全体をコントロールする上位コントローラ１が収納されている。
【００１１】
Ｉ／Ｏユニット２ａは、交流電源２ｂを直流に平滑する電源平滑回路２、その出力側の電力線１０ａ間に接続された平滑コンデンサ３及びＣＰＵ等の制御回路に定電圧電源を供給する制御回路用電源４、機械９ａに備えられたセンサー等からの制御信号入力やサーボモータへの制御信号出力のための上位コントローラ１のインターフェースとなる入出力回路５、制御回路用電源４から作動電源を供給され入出力回路５を介して信号の入出力を行うための入出力制御用ＣＰＵ６、入出力制御用ＣＰＵ６に接続し入出力信号を伝達する通信回路７等を備えている。
【００１２】
Ｉ／Ｏユニット２ａとは分割されて別置きにされ、機械９ａの筐体９ｃに結合して設置されたドライブユニット９ｂは、Ｉ／Ｏユニット２ａの電源平滑回路２の出力側と電力線１０ａを介して接続しサーボモータ駆動電力を出力するインバータ回路１０、インバータ回路１０の入力側の電力線１０ａ間に接続されモータ負荷によるリプル電流を吸収する平滑コンデンサ８、インバータ回路１０の出力を制御するための駆動制御用ＣＰＵ１２、Ｉ／Ｏユニット２ａの通信回路７と駆動制御用ＣＰＵ１２とを制御線１１ａを介して接続する通信回路１１、駆動制御用ＣＰＵ１２に接続し機械９ａに備えられたセンサー等からの信号を入力する入力回路１３、インバータ回路１０等で発生した熱をドライブユニット９ｂ外へ放熱する放熱フィン９等を備えている。
【００１３】
機械９ａのサーボ制御装置は、上位コントローラ１とＩ／Ｏユニット２ａとドライブユニット９ｂとで構成され、その発熱のほとんどはインバータ回路１０で発生するので、インバータ回路１０を含むドライブユニット９ｂを他の部分と分離・分割し、図２に示すように機械９ａの筐体９ｃに結合して設置する。筐体９ｃに取り付けられたサーボモータ１４は動力線１４ａを介してインバータ回路１０と接続され、サーボモータ１４の回転位置を検出するエンコーダ１４ｂは信号線１４ｃを介して駆動制御用ＣＰＵ１２に接続され、機械９ａに設置され可動部１５の原点やストロークエンド等の位置を検出する近接センサー等のセンサー１３ａ、１３ｂはそれぞれ信号線１３ｃ、１３ｄを介して入力回路１３に接続されている。
【００１４】
図２に示すように、サーボモータ１４が取り付けられる機械９ａの筐体９ｃは、サーボモータ１４により高速、高頻度で駆動される可動部１５を安定的に支持するための土台の機能を持ち、従来、サーボ制御装置を設置していた制御盤に比べ、はるかに大きな熱容量を持つ金属構造体である。従って、ドライブユニット９ａを筐体９ｃに結合することにより、従来の制御盤よりも放熱効果が高くなり、放熱フィン９を従来よりも小型化することができ、結果的に小形なサーボ制御装置が得られる。また、筐体９ｃの全体で放熱するので、冷却ファンを必要とせず、周囲に熱風が吹き出すこともない。
【００１５】
制御盤１ａと機械９ａとの間を接続する配線は長い距離の配線となるが、Ｉ／Ｏユニット２ａを上位コントローラ１と同じ制御盤内１ａ内に設置するので、上位コントロ−ラ１とのインターフェースのための複数の配線は、従来通り制御盤１ａ内での配線で済み冗長とはならない。
【００１６】
なお、機械９ａが、その運転により発生する摩擦熱等を冷却する冷却装置、例えば水冷の冷却装置等を備えている場合には、この冷却装置をドライブユニット９ｂの冷却に利用すると良い。これにより、更に高い冷却能力を得ることができ、放熱フィン９の更なる小形化を図ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図３を用いて、この発明の実施の形態２を説明する。図３はこの発明の実施の形態２の機械のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、図１及び２と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１８】
図３において、Ｉ／Ｏユニット２２ａとドライブユニット２９ｂは、それぞれＣＰＵ６、１２を持ち、両者間を接続する制御線１１ａにてユニット間のデータを送受信するようになっている。更に、Ｉ／Ｏユニット２２ａは、交流電源２ｂからの交流入力を、ダイオードにより整流しアクティブフィルタを用いて平滑コンデンサに蓄える平滑回路２２を有している。
【００１９】
アクティブフィルタは、昇圧コイルと整流用ダイオードとスイッチング素子とその制御回路から成り、ダイオードブリッジからの全波整流電圧を、昇圧コイルを通してスイッチングし、昇圧コイルに生じる逆起電力を整流ダイオードで平滑用コンデンサに蓄えるもので、昇圧コイルを流れる電流を制御することにより平滑電圧を制御することができる。ドライブユニット２９ｂは、Ｉ／Ｏユニット２２ａからこの平滑電圧を電力線１０ａを介して供給され、ドライブユニット２９ｂ内のインバータ回路１０によりモータ１４を駆動する。
【００２０】
Ｉ／Ｏユニット２２ａとドライブユニット２９ｂとの間の通信信号は、制御線１１ａを介さずに、電力線１０ａに重畳させて伝達しても良い。
【００２１】
Ｉ／Ｏユニット２２ａには、入出力回路５や入出力制御用ＣＰＵ６等を作動させる定電圧電源が必要であるが、この定電圧電源は、平滑回路出力からスイッチングを用いて作成する方法や分圧により作成する方法がある。ドライブユニット２９ｂにも駆動制御用ＣＰＵ１２やインバータ回路１０を作動させるための定電電圧電源が必要であるが、これも同様に供給された平滑電圧からスイッチングを用いて作成したり、分圧により作成する。また、定電圧電源は、Ｉ／Ｏユニット２２ａあるいはドライブユニット２９ｂの一方で作成し、他方に供給しても良い。
【００２２】
また、Ｉ／Ｏユニット２２ａとドライブユニット２９ｂの平滑コンデンサ２８との間に開閉器を挿入し、Ｉ／Ｏユニット２２ａ側からの通信によりその開閉器を制御することにより平滑コンデンサ２８への充電を制御することができ、動作しないドライブユニット２９ｂを切断し、ＯＦＦ状態とすることが可能である。
【００２３】
平滑電圧を出力するＩ／Ｏユニット２２ａとドライブユニット２９ｂとを接続する電力線１０ａの配線インピーダンスのために、モータ１４の負荷により入力電源周波数のリプル電流が発生する。このためドライブユニット２９ｂ内にもリプル電流吸収用にコンデンサが必要であるが、実施の形態２のＩ／Ｏユニット２２ａの平滑部は、全波整流用ダイオードと平滑用コンデンサによる平滑部ではなく、アクティブフィルタにより制御される平滑部であるので、このリプル電流を大幅に低減することができる。このためドライブユニット２９ｂ側のリプル電流吸収用コンデンサ２８の寿命が伸び、小形・小容量のコンデンサに置き換えることも可能である。また、コンデンサ２８が小形になることから、ユニット２９ｂ自身を小形化することができる。
【００２４】
また、アクティブフィルタは、サーボ制御装置から発生する電源高調波を抑制し、他の機器への悪影響を軽減する。さらに、入力電圧が異なっても、アクティブフィルタにより同電圧の平滑電圧を生成することができるため、入力電源が１００Ｖ系、２００Ｖ系あるいは４００Ｖ系と異なる場合でも、部品や回路を共通化することが可能になる。
【００２５】
このＩ／Ｏユニット２２ａは、複数のドライブユニット２９ｂ、３９ｂに平滑電圧を供給することができるので、複数のドライブユニット２９ｂ、３９ｂで一つのＩ／Ｏユニット２２ａを共用することが可能である。ドライブユニット２９ｂと３９ｂとの間の距離が近い場合は、マルチドロップ方式でドライブユニット２９ｂ、３９ｂ間を直接接続することができ、ドライブユニット間距離が離れている場合には、それぞれをＩ／Ｏユニット２２ａに接続するのが良い。
【００２６】
一つのＩ／Ｏユニット２２ａに複数のドライブユニット２９ｂ、３９ｂを接続する場合、Ｉ／Ｏユニット２２ａの平滑回路２２の容量は、個々のドライブユニット２９ａ、３９ｂの容量の単純和とする必要はなく、全ドライブユニットの稼動率を考慮した容量に低減することができ、低コスト化することが可能である。
【００２７】
また、複数台のモ−タの稼動時には電源平滑部を共用するので、一方のモ−タ回生エネルギ−を他方のモ−タの加速エネルギに活用することができ、省エネ化することができる。
【００２８】
また、ドライブユニット２９ｂ、３９ｂは、モータ１４の回転位置情報を検出するためのエンコーダ１４ｂからの信号の入力インターフェース、機械９ａに備えられた可動部１５のストロークエンドや原点を検出するセンサー１３ａ、１３ｂの信号等の入力インターフェース、及び機械９ａ側で必要とするモータ電磁ブレーキ（図示せず）解除などの出力インターフェースを有しており、エンコーダ１４ｂ、センサー１３ａ、１３ｂ、モータ電磁ブレーキ等は、Ｉ／Ｏユニット２２ａに接続せずにドライブユニット２９ｂ、３９ｂに接続することができる。
【００２９】
上記の構成によって、エンコーダ信号線１４ｃや機械９ａに設置されているセンサー等への信号線１３ｃ、１３ｄの配線長を短くすることができる。配線長が短くなることからエンコーダ１４ｂの電源線等の電圧降下が少なくなり、細い電線を使用することができ、コストの低減が可能となる。また、配線長が短くなることでノイズの影響を受けにくくなり、ノイズ耐量の向上が可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の機械のサーボ制御装置によれば、サーボ制御装置を、入出力機能を有するＩ／Ｏユニットと、このＩ／Ｏユニットとは別置きされ、サーボモータを駆動制御するドライブユニットとに分割し、ドライブユニットを、放熱機能を有する機械の筐体に結合させて設置したので、ドライブユニットの放熱を熱容量の大きい機械の筐体で行うことができ、モータの種類やその冷却機構に関わらず、ドライブユニットを効率的に冷却することができ、また小形化したサーボ制御装置を得ることができる。
【００３１】
また、制御盤内にはＩ／Ｏユニットと上位コントローラのみを収納すればよく、大きな体積を占める放熱フィンやドライブユニットがなくなるので、制御盤を小形化することができ、また、盤内の機器レイアウトの制約が軽減される。更に、制御盤内の温度上昇が低減され、制御盤の冷却装置が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の機械のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】機械のサーボ制御装置の全体斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２の機械のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  上位コントロ−ラ、１ａ  制御盤、２  電源平滑回路、２ａ  Ｉ／Ｏユニット、２ｂ  交流電源、３  平滑コンデンサ、４  制御回路用電源、５  入出力回路、６  入出力制御用ＣＰＵ、７  通信回路、８  平滑コンデンサ、９  放熱フィン、９ａ  機械、９ｂ  ドライブユニット、９ｃ  筐体、１０  インバ−タ回路、１０ａ  電力線、１１  通信回路、１１ａ  制御線、１２  駆動制御用ＣＰＵ、１３入力回路、１３ａ、１３ｂ  センサー、１３ｃ、１３ｄ  信号線、１４  サーボモータ、１４ａ  動力線、１４ｂ  エンコーダ、１４ｃ  信号線、１５  可動部、２２  平滑回路（アクティブフィルタ）、２２ａ  Ｉ／Ｏユニット、２８  平滑コンデンサ、３９  ドライブユニット。
【図１】
2004336877.tif 000003
【図２】
2004336877.tif 000004
【図３】
2004336877.tif 000005