(57)【要約】【課題】過剰なスペックの装置構成を避けることが可能となり、装置のサイズの最適化（小型化）、コスト削減、省エネルギー化を達成できる電源回生機能を有するサーボアンプを提供すること。【解決手段】交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２とが一体化して構成され、交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２とはＤＣリンク１６接続により一体的に構成されている。ＤＣリンク１６は例えばショートバーやネジ締めによって構成する。また、パワー半導体１５はヒートシンク１７表面に配置されている。そして、この交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２の一体的構成は、パワー半導体１５を挟むようにヒートシンク１７上に配置される。交直変換部分（コンバータ部分）１１は最適なスペックのものを選択して取り付けることができる。【選択図】図２
2009225497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）を有し、交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）が、一体化、または、分離して電気的に接続させる構造のモータ駆動装置において、交直変換部分（コンバータ部分）に電源回生機能を有することを特徴とする、電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項２】
前記交直変換部分（コンバータ部分）を、電源回生機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）または抵抗放電機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）に入れ替え可能なことを特徴とする請求項１に記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項３】
非常停止時、電源遮断時などに、ＤＣリンク電圧を速やかに放電させる機能を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項４】
交直変換部分（コンバータ部分）は、各直交変換部分（インバータ部分）からの、力行と回生を含むモータ出力情報を使用し、回生の開始や終了を決定する機能を有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電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項５】
交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧がある電圧に達したら回生を開始し、電源の位相を同期してスイッチングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項６】
交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧をある電圧に制御するように、スイッチングを行う方式であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボアンプに関し、特に、電源回生機能を有するサーボアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、産業機械、ロボットなどの各軸を駆動するモータの駆動制御装置においては、各軸の速度を制御する必要から、商用交流電源より一旦直流に変換し、その後、任意の周波数の交流に変換してモータを駆動制御するサーボアンプが用いられている。
【０００３】
サーボアンプとして特許文献１に開示されるロボット用モータ駆動装置１０は、１つの交直変換部分（コンバータ部分）１１と、制御しようとするロボットの制御軸数（モータの数）に対応する数の直交変換部分（インバータ部分）１２を備えている。図６はこのサーボアンプの例を示している。サーボアンプ１０の各直交変換部分（インバータ部分）１２−１〜１２−ｎは、ロボット３０の各制御軸のモータに接続されている。
【０００４】
また、このロボット３０の周辺装置として、ロボットアーム先端手首に取り付けられているスポット溶接のサーボガンにおけるチップを駆動するモータ３１ａと、ロボット３０の作業対象であるワーク等の搬送位置決めを行うポジショナーを駆動するモータ３１ｂが用いられている。モータ３１ａ，３１ｂ用の直交変換部分（インバータ部分）２０ａ，２０ｂは、インタフェース１４を介して交直変換部分（コンバータ部分）１１に電気的に接続されており、交直変換部分（コンバータ部分）１１は直流電力を直交変換部分（インバータ部分）２０ａ，２０ｂにも供給することができる。
【０００５】
さらに、各直交変換部分（インバータ部分）２０ａ，２０ｂは、サーボアンプ１０に設けたインタフェース１３を介して図示しないサーボ制御装置と接続され、制御信号Ｓ１や状態信号Ｓ２の送受を行うようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
背景技術で説明したサーボアンプにおいて、インバータの仕様は駆動するモータの仕様によって決めることができる。一方、モータの加減速頻度やモータにかかる負荷の大きさ等が顧客の使用条件によって異なるため、回生方式や回生容量に関するコンバータ部の仕様を最適なものを選択することは困難である。
【０００８】
電源回生機能型の回生方式では、回生電力によってコンバータを構成するトランジスタが破壊されるのを防ぐための構成や、回生電力によって電源系に悪影響を及ぼさないようにするための構成を必要とする。
【０００９】
従来の抵抗放電機能型の回生方式（図７参照）では、回生抵抗（ＲＥＧ）に十分に大きな容量のものを用いればＤＣリンクの電圧及びその電圧変動に十分対応可能であるが、回生抵抗の容量を大きくすると、大きな発熱に耐えられるように大きな体積を必要とすることになる。回生抵抗の実装スペースやコストの点から、回生抵抗は可能な限り小容量のもが望まれている。
【００１０】
電力回生機能型の回生方式でも同様で、回生電力を蓄電するためのコンデンサーや電気二重層キャパシタの容量を大きくすると、大きな体積を必要とすることになる。また、コンデンサーや２重層キャパシタの実装スペースやコストの点から、回生容量も可能な限り小容量のものが望まれている。
【００１１】
また、背景技術で説明した図６に示される、ロボット３０を制御するサーボアンプ１０は、加減速頻度や付加されるインバータの数が増加するほど、コンバータの回生処理負担が増大し、最適な仕様に設定することが困難となっている。
【００１２】
このため、サーボアンプが、過剰な性能であったり、高価格であったり、サイズが大きくなったりして、顧客の要求に合致したサーボアンプを提供することが困難であった。
【００１３】
そこで本発明は、最適な回生方式や回生容量を選択して備えることができる、電源回生機能を有するサーボアンプ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】
【００１４】
本願の請求項１に係る発明は、一つの交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）を有し、交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）が、一体化、または、分離して電気的に接続させる構造のモータ駆動装置において、交直変換部分（コンバータ部分）に電源回生機能を有することを特徴とする、電源回生機能を有するサーボアンプである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、前記交直変換部分（コンバータ部分）を、電源回生機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）または抵抗放電機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）に入れ替え可能なことを特徴とする請求項１に記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、非常停止時、電源遮断時などに、ＤＣリンク電圧を速やかに放電させる機能を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）は、各直交変換部分（インバータ部分）からの、力行と回生を含むモータ出力情報を使用し、回生の開始や終了を決定する機能を有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電源回生機能を有するサーボアンプである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧がある電圧に達したら回生を開始し、電源の位相を同期してスイッチングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧をある電圧に制御するように、スイッチングを行う方式であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、最適な回生方式や回生容量を選択して備えた電源回生機能を有するサーボアンプ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】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各構成要素を表す符合は、従来技術と同じか同等の要素については、同じ符号を使用している。明細書中で使用されている交直変換部分（コンバータ部分）は、電源から供給される交流電力を直流電力に変換する装置であり、直交変換部分（インバータ部分）は直流電力を交流電力に変換する装置である。
【００２２】
図１（ａ）は、一つの電源回生機能付コンバータと複数台のインバータとが「一体的に構成」され、それらが電気的に接続されていることを示している。一方、図１（ｂ）は、一つの電源回生機能付コンバータと複数台のインバータとが電気的に接続されているものの「分離して構成」されていることを示している。
【００２３】
前記「一体的に構成」は、例えば電源回生機能付コンバータと複数台のインバータとが一つのヒートシンクに固定されている形態を意味する。図２は交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）とが一体化して構成される実施形態を説明する図である。交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２とはＤＣリンク１６接続により一体的に構成されている。ＤＣリンク１６は例えばショートバーやネジ締めによって構成することができる。また、パワー半導体１５はヒートシンク１７表面に配置されている。そして、この交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２の一体的構成は、パワー半導体１５を挟むようにヒートシンク１７上に配置される。
【００２４】
前記「分離して構成」は、例えば電源回生機能付コンバータと複数台のインバータとがそれぞれ独立した筐体に格納されており、それぞれの筐体に格納されたコンバータと複数台のインバータとをＤＣリンク１６で電気的に接続することを意味する。図３は交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）とが分離して構成される実施形態を説明する図である。交直変換部分（コンバータ部分）１１、第１の直交変換部分（インバータ部分）１２−１、及び、第２の直交変換部分（インバータ部分）１２−２はそれぞれ独立して構成される。それぞれの部分は図示省略したそれぞれ独立したヒートシンク上に配置されている。
【００２５】
そして、交直変換部分（コンバータ部分）１１と直交変換部分（インバータ部分）１２−１，１２−２は互いにＤＣリンク１６により電気的に接続されている。
【００２６】
図４（ａ）は、図１で示される本発明のサーボアンプの実施形態において、電源回生機能付コンバータを、電源回生機能付または抵抗放電機能付のコンバータを選択して備えることをブロック図で示している。このような構成をとることにより、電源回生しても周辺に回生電力を消費する電気機器が存在しない場合や回生電力が大きすぎ、許容される電源容量を超えるような場合には、電源回生機能付コンバータを使用せずに、抵抗放電機能付のコンバータを使用することができる。
【００２７】
発明の効果で述べたように本発明は、最適な回生方式や回生容量を選択して備えることができる、電源回生機能を有するサーボアンプを提供することを目的とする。従って、
何らかの原因により想定以上の電源回生が発生した場合、許容される電源容量を超えることが考えられる。そこで、過大な電源回生が発生した時には、ＤＣリンク１６の電圧を速やかに放電させる。図５は、ＤＣリンク電圧を速やかに放電させた場合のＤＣリンク電圧の変化を示す図である。抵抗放電１は、モータが通常の動作で減速する時に発生する回生電力を抵抗で消費する抵抗放電を示している。モータが非常停止すると、過大な回生電力が発生することから、抵抗放電２により速やかにＤＣリンク電圧を低下させる。
【００２８】
交直変換部分（コンバータ部分）１１の電源回生方式は、ＤＣリンク電圧がある電圧に達したら回生を開始し、電源の位相に同期してスイッチングを行うようにする。このようにすることにより、電源回生機能が常時働きモータの減速とは無関係に充放電を繰り返し、素子の損失増加を避けることができる。
【００２９】
交直変換部分（コンバータ部分）１１はＰＷＭコンバータを用いることができる。力行時、回生時とも常時スイッチングを行い、ＤＣリンク電圧を一定に制御することができる。電源の位相に同期してスイッチングすることにより常に高く制御することで、モータの減速とは無関係な充放電を繰り返すことが発生しないように制御する。
【００３０】
本発明の交直変換部分（コンバータ部分）１１や直交変換部分（インバータ部分）１２やこれらを制御する制御手段は従来公知のものを用いることにより構成できる。
【００３１】
本発明により、最適な回生方式や回生容量を選択して備えることができるサーボアンプを提供することができ、過剰なスペックの装置構成を避けることが可能となり、装置のサイズの最適化（小型化）、コスト削減、省エネルギー化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明である一つの電源回生機能付コンバータに多数のインバータを付加した電源回生機能を有するサーボアンプの概略ブロック図を示す図である。
【図２】本発明である交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）とが一体化して構成される実施形態を説明する図である。
【図３】本発明である交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）とを分離した第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明である電源回生機能付コンバータを、電源回生機能付または抵抗放電機能付のコンバータを選択して備えることを示すブロック図である。
【図５】本発明のＤＣリンク電圧を速やかに放電させる機能を説明するグラフである。
【図６】従来技術であるサーボアンプの例を示す図である。
【図７】従来技術である一つの抵抗放電機能付コンバータに多数のインバータを付加したモータ駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  サーボアンプ
１１  交直変換部分（コンバータ部分）
１２  直交変換部分（インバータ部分）
１３  インタフェース
１４  インタフェース
１５  パワー半導体
１６  ＤＣリンク
１７  ヒートシンク
２０  直交変換部分（インバータ部分）
３０  ロボット
３１  モータ
【図１】
2009225497.tif 000003
【図２】
2009225497.tif 000004
【図３】
2009225497.tif 000005
【図４】
2009225497.tif 000006
【図５】
2009225497.tif 000007
【図６】
2009225497.tif 000008
【図７】
2009225497.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月15日(2009.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）を有し、交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）が、一体化、または、分離して電気的に接続させる構造のモータ駆動装置において、前記交直変換部分（コンバータ部分）を、電源回生機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）または抵抗放電機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）に選択して備えることが可能なことを特徴とする電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項２】
非常停止時、電源遮断時などに、ＤＣリンク電圧を速やかに放電させる機能を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項３】
交直変換部分（コンバータ部分）は、各直交変換部分（インバータ部分）からの、力行と回生を含むモータ出力情報を使用し、回生の開始や終了を決定する機能を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項４】
交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧がある電圧に達したら回生を開始し、電源の位相を同期してスイッチングを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプ。
【請求項５】
交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧をある電圧に制御するように、スイッチングを行う方式であ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電源回生機能を有するサーボアンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本願の請求項１に係る発明は、
一つの交直変換部分（コンバータ部分）と複数の直交変換部分（インバータ部分）を有し、交直変換部分（コンバータ部分）と直交変換部分（インバータ部分）が、一体化、または、分離して電気的に接続させる構造のモータ駆動装置において、前記交直変換部分（コンバータ部分）を、電源回生機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）または抵抗放電機能を有する交直変換部分（コンバータ部分）に選択して備えることが可能なことを特徴とする電源回生機能を有するサーボアンプである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項２に係る発明は、非常停止時、電源遮断時などに、ＤＣリンク電圧を速やかに放電させる機能を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項３に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）は、各直交変換部分（インバータ部分）からの、力行と回生を含むモータ出力情報を使用し、回生の開始や終了を決定する機能を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項４に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧がある電圧に達したら回生を開始し、電源の位相を同期してスイッチングを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源回生機能を有するサーボアンプである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項５に係る発明は、交直変換部分（コンバータ部分）の電源回生方式が、ＤＣリンク電圧をある電圧に制御するように、スイッチングを行う方式であ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電源回生機能を有するサーボアンプである。