专利名称：驱动与旋转轴连接的伺服电动机的伺服电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及伺服电动机驱动装置，其能够与产业用机器人的操作条件对应地追加向交流电源侧再生与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机减速驱动时产生的再生能量的电源再生功能。
背景技术：
以前，为处理在伺服电动机减速驱动时产生的再生能量，使用具有通过再生电阻消耗再生能量的电阻再生功能的伺服电动机驱动装置、和向交流电源侧再生再生能量的电源再生功能的伺服电动机驱动装置。具有电阻再生功能的伺服电动机驱动装置具有变换器和再生电阻电路，该变换器具有把来自交流电源的交流电流变换为直流电流、向把直流电力变换为交流电力的逆变器供给直流电力的多个二极管，该再生电阻电路具有开关元件(例如NPN型晶体管)与再生电阻的串联电路。具有电源再生功能的伺服电动机驱动装置具有变换器，变换器除了具有多个二极管之外，还具有与多个二极管的各个并联的二极管相同数目的开关元件。具有电阻再生功能的伺服电动机驱动装置的变换器，不具有开关元件，因此与具有电源再生功能的伺服电动机驱动装置相比在装置的小型化方面有利。另一方面，具有电源再生功能的伺服电动机驱动装置与具有电阻再生功能的伺服电动机驱动装置相比能够消耗更多的再生能量。与产业用机器人的可动部(例如臂)的旋转轴连接的伺服电动机减速驱动时产生的再生能量通常比与机床或者产业机械的可动部的旋转轴连接的伺服电动机减速驱动时产生的再生能量小，能够通过电阻再生充分应付。因此，在驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机的情况下，一般使用具有对装置的小型化有利的电阻再生功能的伺服电动机驱动装置。但是，在同时操作多个产业用机器人的情况下，在同时驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机以及与产业用机器人的外围设备的可动部的旋转轴连接的伺服电动机的情况下，在操作大型或者高速的产业用机器人的情况下等，伺服电动机减速驱动时产生的再生能量，有时比能够通过电阻再生处理的再生能量大。在这种情况下，为使能够处理产生的再生能量，使用具有电阻再生功能和电源再生功能两者的伺服电动机驱动装置。具有电阻再生功能和电源再生功能两者的伺服电动机驱动装置具有变换器和再生电阻电路，该变换器具有多个二极管以及与其同数目的开关元件。以前，作为具有电阻再生功能和电源再生功能两者的伺服电动机驱动装置，在日本实开昭62 - 26192号公报(JP62 — 26192B)、日本特开2004 — 154961号公报(JP2004 —154961A)以及日本特开2011 — 101473号公报(JP2011 — 101473A)中提出了在再生能量在规定的量以下时仅进行电源再生，当再生能量超过规定的量时，进行电源再生和电阻再生两者的伺服电动机驱动装置，;在日本特开2011 - 101474号公报(JP2011 — 101474)中提出了在发生瞬时停电的情况下结束电源再生同时开始电阻再生的伺服电动机驱动装置。在驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机的情况下，与操作的产业用机器人的个数、有无和产业用机器人同时使用的外围装置、产业用机器人的大小或者速度等的产业用机器人的操作条件对应，决定在处理再生能量时仅电阻再生功能是否充分、是否需要电阻再生功能和电源再生功能两者。亦即在处理再生能量时仅电阻再生功能足够的情况下，使用具有多个二极管的变换器和再生电阻电路，实现装置的小型化，在处理再生能量时需要电阻再生功能和电源再生功能两者的情况下，希望使用具有多个二极管以及与其同数目的开关元件的变换器和再生电阻电路，进行电源再生。但是，在现有的具有电阻再生功能和电源再生功能两者的伺服电动机驱动装置中，因为预先装备具有多个二极管以及与其同数目的开关元件的变换器，所以即使在处理再生能量时仅电阻再生功能已足够的情况下，也使用多个二极管以及与其同数目的开关元件的变换器。因此，在现有的具有电阻再生功能和电源再生功能两者的伺服电动机驱动装置中，不能与产业用机器人的操作条件对应地追加电源再生功能。
发明内容
作为本发明的一种方式，提供能够与产业用机器人的操作条件对应地追加电源再生功能的伺服电动机驱动装置。根据本发明的一种方式，伺服电动机驱动装置具有:第一变换器，其具有把来自交流电源的交流电流变换为直流电流、向把直流电力变换为交流电力的第一逆变器供给直流电力的多个第一整流元件；再生电阻电路，其与第一变换器并联，具有第一开关元件、和与第一逆变器串联的在第一开关元件处于导通状态时消耗与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机减速驱动时产生的再生能量的再生电阻；与第二变换器自由装卸地与再生电阻电路并联的第一连接部；和控制第一开关元件的导通关断状态的第一控制部，第二变换器具有:把来自交流电源的交流电流变换为直流电流，向第一逆变器供给直流电力的多个第二整流元件；与多个第二整流元件的各个并联的与多个第二整流元件同数目的第二开关元件；和在第二变换器与第一连接部连接的情况下，使第二开关元件成为导通状态，向交流电源侧再生再生能量的第二控制部。本发明的一种方式的伺服电动机驱动装置具有多个伺服电动机驱动部，多个伺服电动机驱动部分别具有:第一变换器，其具有把来自交流电源的交流电流变换为直流电流、向把直流电力变换为交流电力的第一逆变器供给直流电力的多个第一整流元件；再生电阻电路，其与第一变换器并联，具有第一开关元件、和与第一逆变器串联的在第一开关元件处于导通状态时消耗与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机减速驱动时产生的再生能量的再生电阻；与第二变换器自由装卸地与再生电阻电路并联的第一连接部；和控制第一开关元件的导通关断状态的第一控制部，第二变换器具有:把来自交流电源的交流电流变换为直流电流，向第一逆变器供给直流电力的多个第二整流元件；与多个第二整流元件的各个并联的、与多个第二整流元件同数目的第二开关元件；和在第二变换器与多个伺服电动机驱动部的全部第一连接部连接的情况下，使第二开关元件成为导通状态，向交流电源侧再生再生能量的第二控制部。适合的是还具有第二连接部，其与把直流电力变换为交流电力的第二逆变器连接，自由装卸地连接在与产业用机器人的外围设备的旋转轴连接的伺服电动机的旋转轴上。适合的是，第二变换器与第一连接部连接，而且在第一逆变器的两端间的电压或者第二逆变器的两端间的电压位于超过伺服电动机减速运动开始之后的电压并且比包含在伺服电动机驱动装置中的元件的破坏电平的电压低的第一电压、和超过第一电压并且比破坏电平的电压低的第二电压之间时，第一控制部使第一开关元件成为关断状态，第二控制部使第二开关元件成为导通状态。适合的是，在到第一逆变器的两端间的电压或者第二逆变器的两端间的电压超过第二电压达到破坏电平的电压为止的期间，第一控制部使第一开关元件成为导通状态，第二控制部使第二开关元件成为导通状态。适合的是，在第二变换器向交流电源侧再生再生能量时检出在交流电源和第二变换器之间配置的接触器切断的情况下，第二控制部使第二开关元件成为关断状态。根据本发明的一种实施方式，因为通过第一连接部使向交流电源侧再生再生能量的第二变换器自由装卸地与伺服电动机驱动装置连接，所以能够与产业用机器人的操作条件对应地追加电源再生功能。
从以下关联附图对于实施方式的说明中能够更加明了本发明的目的、特征以及优点。附图中:图1是本发明的第一实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框`
图2是本发明的第二实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框图；图3是本发明的第三实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框图；图4是具有本发明的第四实施方式的伺服电动机驱动装置的系统的框图。
具体实施例方式参照
本发明的伺服电动机驱动装置的实施方式。此外，附图中，给同一结构兀件附以同一符号。参照附图，图1是本发明的第一实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框图。图1所示的系统具有为驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机使用的、三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2、产业用机器人3、作为第二变换器的变换器4、和上位控制装置5。在本实施方式中，伺服电动机驱动装置2由一个伺服电动机驱动部200a构成。伺服电动机驱动部200a具有作为第一变换器的变换器201a、再生电阻电路202a、构成第一连接部(接口)的连接器203a、204a以及8针连接器那样的多针连接器205a、206a、和控制部207a。变换器201a具有向作为第一逆变器的互相并联的m Cm是任意的自然数)个逆变器208a — l、208a — 2、…、208a — m供给直流电力的多个作为第一整流元件的桥式连接的6 个二极管 209a - K209a — 2,209a — 3,209a — 4,209a — 5,209a — 6。逆变器 208a —1>208a - 2、-,208a 一 m各自把从变换器201a供给的直流电力变换为交流电力。
再生电阻电路202a与变换器201a并联，具有作为第一开关元件的作为回流晶体管的NPN型晶体管(IGBT) 210a、再生电阻211a。再生电阻211a，在NPN型晶体管210a处于导通状态时消耗与产业用机器人的可动部(例如臂)的旋转轴连接的伺服电动机300 -
1、300— 2、…、300 — m减速驱动时产生的再生能量。伺服电动机300 — 1,300 — 2、…、300 — m 通过连接器 212a — l、212a — 1、…、212a — m 与逆变器 208a — K208a — 2、…、208a - m的各个上串联。在本实施方式中，在再生电阻211a上并联有二极管213a，滤波电容器214a与变换器201a并联。连接器203a、204a构成为能够自由装卸设置在变换器4的直流电流输出侧的两个插针(未图示)，在这两个插针分别安装在连接器203a、204a上时，从变换器4供给的直流电力供给逆变器208a — l、208a — 2、...、208a — m侧。多针连接器205a、206a用于通过多芯电缆与其他构件连接。在本实施方式中，多针连接器205a通过多芯电缆215a连接伺服电动机驱动部200a和变换器4，使得在控制部207a和变换器4之间能够进行数据交换。控制部207a在通过光缆216a与上位控制装置5的数据交换外，还进行通过多针连接器205a与变换器4进行数据的交换，进行NPN型晶体管210a的导通关断动作的控制、逆变器208a - K208a 一 2、...、208a — m的驱动控制以及配置在三相交流电源I和变换器201a之间的配线217a上的开关218a的导通关断动作的控制。因此，控制部207a通过具有输入输出端口、串行通信电路、比较器等的处理器实现，依照存储在未图示的存储器中的处理程序执行伺服电动机驱动部200a的各种处理。在本实施方式中，控制部207a为检测变换器4的两端间的电压、变换器201a的两端间的电压或者逆变器208a — K208a 一
2、…、208a- m的两端间的电压，检测平滑电容器214a的两端间的电压即DC链路电压。变换器4能够自由装卸到连接器203a、204a以及多针连接器205a、206a，把来自交流电源I的交流电流变换为直流电流。为此，变换器4具有:作为向逆变器208a - 1、208a - 2、...、208a — m供给直流电力的多个第二整流元件的桥式连接的6个二极管401 —1,401 - 2,401 - 3,401 -4,401 — 5,401 —6 ;与二极管 401 — 1,401 — 2,401 — 3,401 —
4、401 - 5,401 - 6的各个并联的作为第二开关元件的NPN型晶体管402 — 1,402 一 2、402 - 3,402 - 4,402 一 5,402 一 6 ;与连接器203a对应的连接器403 ;与连接器204a对应的连接器404 ;通过多芯电缆215a与多针连接器205a连接的多针连接器405 ;作为第二控制部的控制部406。如同时操作多个产业用机器人的情况、同时驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机以及与产业用机器人的外围设备的可动部的旋转轴连接的伺服电动机的情况、操作大型或者高速的产业用机器人的情况等那样，在伺服电动机减速时产生的再生能量比能够通过电阻再生处理的再生能量大的情况下，在伺服电动机驱动装置2内安装变换器4。对此，如操作既非大型也非高速的单一的产业用机器人的情况等那样，在伺服电动机减速时产生的再生能量在能够通过电阻再生处理的再生能量以下的情况下，在伺服电动机驱动装置2内不安装变换器4。控制部406通过多针连接器405进行与控制部207a的数据的交换，进行NPN型晶体管402 - 1,402 - 2,402 一 3,402 一 4,402 一 5,402 一 6的导通关断动作的控制以及配置在三相交流电源I和变换器4之间的配线407上的开关408的导通关断动作的控制。此外，配线407具有电抗器409。因此，控制部406通过具有输入输出端口、串行通信电路、比较器等的处理器实现，依照存储在未图示的存储器内的处理程序执行变换器4的各种处理。上位控制装置5由CNC (数值控制装置)等构成，通过光纤216a向控制部207a输入各种指令，通过光纤216a接收来自控制部207a的数据。在未在伺服电动机驱动装置2中安装变换器4的情况下，控制部207a检出变换器4不与多针连接器205a连接的状态。另外，在伺服电动机300 — 1、300 — 2、…、300 — m驱动时，控制部207a依照上位控制装置5的指令，使开关218a成为导通状态。由此，变换器201a把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，把直流电力供给逆变器208a —
l、208a — 2、…、208a — mD在未在伺服电动机驱动装置2中安装变换器4的状态下减速驱动伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 — m的情况下，控制部207a使NPN型晶体管210a成为导通状态。由此，再生电阻211a消耗在伺服电动机300 - 1,300 一 2、…、300 — m减速驱动时产
生的再生能量。在变换器4通过连接器203a、204a以及多针连接器205a、206a安装在伺服电动机驱动装置2中的情况下，控制部207a检出变换器4与多针连接器205a、206a连接的状态。另外，在伺服电动机300 — 1、300 — 2、…、300 — m驱动时，控制部207a依照来自上位控制装置5的指令使开关218a成为关断状态，控制部406根据来自控制部207a的数据使开关408成为导通状态。由此，变换器4把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，把直流电力供给逆变器208a - K208a 一 2、...、208a — m。
`
在伺服电动机驱动装置2内安装有变换器4的状态下减速驱动伺服电动机300 —
1、300 - 2、…、300 - m的情况下，控制部207a监视伺服电动机驱动部200a的DC链路电压。在DC链路电压超过伺服电动机300 - 1,300 — 2、…、300 — m的减速驱动开始之后的电压后超过比包含在伺服电动机驱动装置2内的元件(例如滤波电容器214a)的破坏电平低的作为第一电压的电压Vl时，控制部406与来自控制部207a的数据对应地使NPN 型晶体管 402 - 1,402 — 2,402 — 3,402 — 4,402 — 5,402 — 6 成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管210a成为关断状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 — m减速驱动时产生的再生能量。在DC链路电压超过电压Vl后，当超过比电压Vl高而且比上述破坏电平低的作为第二电压的电压V2时，控制部406与来自控制部207a的数据对应地使NPN型晶体管402-1、402-2、402-3、402-4、402-5、402-6成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管201a成为导通状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机300 — 1、300 — 2、…、300 —m减速驱动时产生的再生能量，并且再生电阻211a消耗伺服电动机300 — 1,300 一 2、…、300 - m减速驱动时产生的再生能量。 在DC链路电压超过电压V2后，当超过比电压V2高而且比上述破坏电平低的电压V3时，控制部406与来自控制部207a的数据对应地使NPN型晶体管402 — 1,402 一 2、402 - 3,402 - 4,402 一 5,402 一 6成为关断状态，中断再生能量向交流电源I侧的再生，通过多芯电缆215a、多针连接器205a、控制部207a以及光缆216a向上位控制装置5输出
报警信号。
根据本实施方式，使向交流电源I侧再生再生能量的变换器4通过连接器203a、204a以及多针连接器205a与伺服电动机驱动装置2自由装卸。因此，即使在因为产业用机器人3是大型而且高速的产业用机器人所以在减速驱动伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 - m时产生的再生能量比能够通过再生电阻211a处理的再生能量大的情况下，也能够追加电源再生功能。亦即，能够与产业用机器人的操作条件对应地追加电源再生功能。图2是本发明的第二实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框图。图2所示的系统用于驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机，具有三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2’、产业用机器人3、6、变换器4、和上位控制装置5。此外，在图2中，三相交流电源1、产业用机器人3、以及上位控制装置5因为具有与图1所示的第一实施方式的三相交流电源1、产业用机器人3以及上位控制装置5相同的结构，所以省略它们的说明。另外，在图2中，变换器4因为具有与图1所示的第一实施方式的变换器4同样的结构，所以省略其说明，图2中未表示多针连接器405以外的变换器4的结构元件。在本实施方式中，伺服电动机驱动装置2’由两个伺服电动机驱动部200a、200b构成。伺服电动机驱动部200a因为具有与图1所示的第一实施方式的伺服电动机驱动部200a同样的结构，所以省略其说明，图2中未表示多针连接器205a、206a以外的伺服电动机驱动部200a的结构元件。伺服电动机驱动部200b具有作为第一变换器的变换器201b、再生电阻电路202b、构成第一连接部的连接器203b、204b以及8针连接器那样的多针连接器205b、206b、和控制部 207b。变换器201b具有作为多个第一整流元件的桥式连接的6个二极管209b — 1、209b - 2,209b - 3,209b 一 4,209b 一 5,209b 一 6，它们用于向作为第一逆变器的互相并联的η (η是任意的自然数)个逆变器208b — l、208b — 2、...、208b — η供给直流电力。逆变器208b - K208b - 2、...、208b — η分别把从变换器201b供给的直流电力变换为交 流电力。再生电阻电路202b与变换器201b并联，具有作为第一开关元件的作为回流晶体管的NPN型晶体管(IGBT) 210b、再生电阻211b。再生电阻211b在NPN型晶体管210b为导通状态时消耗与产业用机器人的可动部(例如臂)的旋转轴连接的伺服电动机600 - 1、600 - 2、…、600 - η减速驱动时产生的再生能量。伺服电动机600 — 1,600 一 2、…、600 — η 通过连接器 212b — l、212b — 2、…、212b — η 与逆变器 208b — K208b — 2、…、208b - η的各个串联。在本实施方式中，再生电阻211b与二极管213b并联，平滑电容器214b与变换器201b并联。连接器203b、204b构成为能够自由装卸设置在变换器4的直流电流输出侧的两个插针(未图示)，在这两个插针分别安装在连接器203b、204b上时，从变换器4供给的直流电力供给逆变器208b — l、208b — 2、...、208b — n侧。多针连接器205a、206a用于通过多芯电缆与其他构件连接。在本实施方式中，多针连接器205b通过多芯电缆215b与多针连接器205a连接，使得能够在控制部207b和控制部207a之间进行数据交换。控制部207b除了通过光纤216b和控制部7a的数据交换外，还通过多芯电缆215b以及多针连接器206a与控制部207a进行数据的交换，进行NPN型晶体管210b的导通关断动作的控制、逆变器208b - K208b - 2、...、208b — η的驱动控制以及配置在三相交流电源I和变换器201b之间的配线217b中的开关218b的导通关断动作的控制。因此，控制部207b通过具有输入输出端口、串行通信电路、比较器等的处理器实现，依照存储在未图示的存储器中的处理程序执行伺服电动机驱动部200b的各种处理。在本实施方式中，控制部207b为检测变换器201b的两端间的电压或者逆变器208b-l、208b-2、…、208b — η的两端间的电压，而检平滑波电容器214b的两端间的电压即DC链路电压。在变换器4未安装在伺服电动机驱动装置2’内的情况下，控制部207a检出变换器4未与多针连接器205a连接的状态，在伺服电动机300 — 1,300 一 2、…、300 — m驱动时，控制部207a依照来自上位控制装置5的指令使开关218a成为导通状态。此时，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地检出变换器4未与多针连接器205a连接的状态，在伺服电动机600 — 1、600 — 2、…、600 — η驱动时，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使开关218b成为导通状态。由此，变换器201a把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器208a — l、208a — 2、...、208a — m供给直流电力，变换器201b把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器208b - K208b - 2、…、208b — η供给直流电力。在变换器4未安装在伺服电动机驱动装置2’内的情况下，在伺服电动机300 — 1、300 - 2、…、300 - m、600 — 1,600 一 2、…、600 — η减速驱动的情况下，控制部207a使NPN型晶体管210a成为导通状态，控制部207b使NPN型晶体管210b成为导通状态。由此，再生电阻211a消耗伺服电动机300 - 1,300 一 2、…、300 — m减速驱动时产生的再生能量，再生电阻2 Ilb消耗伺服电动机600 — 1、600 — 2、…、600 — η减速驱动时产生的再生能量。在变换器4通过连接器203a、203b、204a、204b以及多针连接器5a安装在伺服电动机驱动装置2’内的情况下，控制部207a检出变换器4与多针连接器5a连接的状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，检出变换器4与多针连接器5a连接的状态。然后，在伺服电动机 300 — 1,300 — 2、…、300 — m、600 — 1,600 — 2、...、600 — η 驱动时，控制部207a依照来自上位控制 装置5的指令使开关21 8a成为关断状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使开关218b成为关断状态，控制部406与来自控制部207a的数据对应地使开关408成为关断状态。由此，变换器4把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器208a - K208a 一 2、-,208a 一 m、208b — K208b 一 2、…、208b — η供给直流电力。在变换器4安装在伺服电动机驱动装置2’内的状态下对伺服电动机300 — 1、300 - 2、…、300 - m、600 — 1,600 一 2、…、600 — η进行减速驱动的情况下，控制部207a、207b分别监视伺服电动机驱动部200a、200b的DC链路电压。在DC链路电压超过伺服电动机300 — 1、300 — 2、…、300 — m、600 — 1、600 —
2、…、600 — η的减速驱动开始之后的电压后超过比包含在伺服电动机驱动装置2中的元件(例如滤波电容器214a、214b)的破坏电平低的作为第一电压的电压Vl时，控制部405与来自控制部207a的数据对应地，使NPN型晶体管402 — 1、402 — 2、402 — 3、402 — 4、402 —
5、402 — 6成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管210a成为关断状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使NPN型晶体管210b成为关断状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机300 — 1,300 — 2、…、300 — m、600 — 1,600 — 2、…、600 —η减速驱动时产生的再生能量。在DC链路电压超过电压Vl后，当超过比电压Vl高而且比上述破坏电平低的作为第二电压的电压V2时，控制部405与来自控制部207a的数据对应地使NPN型晶体管402 —
1、402 - 2,402 - 3,402 一 4,402 一 5,402 一 6成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管210a成为导通状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使NPN型晶体管210b成为导通状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 —m、600 — 1、600 — 2、…、600 — η减速驱动时产生的再生能量，同时再生电阻211 a消耗伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 — m减速驱动时产生的再生能量，再生电阻211b消耗伺服电动机600 - 1,600 - 2、…、600 — η减速驱动时产生的再生能量。在DC链路电压超过电压V2后，当超过比电压V2高而且比上述破坏电平低的电压V3时，控制部405与来自控制部207a的数据对应地使NPN型晶体管402’ 一 1、402’ 一 2、402’ - 3、402’ - 4、402’ 一 5、402’ 一 6成为关断状态，中断再生能量向交流电源I侧的再生，通过多芯电缆215a、多针连接器205a、控制部207a以及光缆216a向上位控制装置5输出报警信号。根据本实施方式，使向交流电源I侧再生再生能量的变换器4能够通过连接器203a、203b、204a、204b以及多针连接器205a与伺服电动机驱动装置2’自由装卸。因此，即使在通过操作两个产业用机器人3、6而减速驱动伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 —m、600 - 1,600 一 2、…、600 — η时产生的再生能量比能够通过再生电阻211a、210b处理的再生能量大的情况下，也能够追加电源再生功能。亦即，能够与产业用机器人的操作条件对应地追加电源再生功能。图3是本发明的第三实施方式的具有伺服电动机驱动装置的系统的框图。图3所示的系统用于驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机，具有三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2” 、产业用机器人3、6、变换器4、上位控制装置5、和产业用机器人3的外围设备7。此外，在图3中，三相交流电源1、产业用机器人3、6以及上位控制装置5，因为具有与图2所示的第二实施方式的三相交流电源1、产业用机器人3、6以及上位控制装置5相同的结构，所以省略它们的说明。另外，在图3中，变换器4具有与图2所示的第一实施方式的伺服电动机驱动部201b同样的结构,所以省略其说明,在图3中未表不多针连接器405以外的伺服电动机驱动部201b的结构元件。在本实施方式中，伺服电动机驱动装置2”由两个伺服电动机驱动部200a’、200b构成。伺服电动机驱动部200b因为具有与图2所示的第二实施方式的伺服电动机驱动部200b同样的结构，所以省略其说明，在图3中未表示变换器4的多针连接器205b、206b以外的结构元件。伺服电动机驱动部200a’除了具有变换器201a、再生电阻电路202a、连接器203a、204a、多针连接器205a、206a以及控制部207a之外，还具有连接器221a、222a，连接器221a、222a和多针连接器223 —起构成第二连接部(接口)。连接器221a、222a构成为能够自由地装卸设置在作为把直流电力变换为交流电力的第二逆变器的逆变器部200c的直流电流输入侧的两个管脚(未图示)。逆变器部200c具有驱动与外围装置7的可动部的旋转轴连接的伺服电动机700 - K700 - 2的逆变器201c - U201c - 2、控制部202c、8针连接器那样的多针连接器203c。在本实施方式中，伺服电动机700 - 1,700 - 2通过连接器204c-l、204c-2与逆变器201c-l、201c_2的各个串联。在把设置在逆变器部200c的直流电流输入侧的两个插针分别安装在连接器22la、222a上时，从变换器201a或者变换器4输出的直流电流供给逆变器201c — 1、201c —
2。多针连接器203c为使能够在控制部207a和控制部202c之间进行数据的交换，而通过多芯电缆205c与多针连接器206b连接。通过控制部202c、多针连接器203c、多芯电缆205c、控制部207b、多针连接器205b、多芯电缆215b以及多针连接器206a与控制部207a进行数据的交换，进行逆变器201c - U201c - 2的驱动控制。为此，控制部202c通过具有输入输出端口、串行通信电路、比较器等的处理器实现，依照存储在未图示的存储器中的处理程序执行逆变器部200c的各种处理。在变换器4未安装在伺服电动机驱动装置2”中的情况下，控制部207a检出变换器4未与多针连接器205a连接，在伺服电动机300 — 1,300 一 2、…、300 — m、700 — 1、700 - 2驱动时，控制部207a依照来自上位控制装置5的指令使开关218a成为导通状态。此时，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，检出变换器4未与多针连接器205b连接的状态，在伺服电动机600 - 1,600 - 2、…、600 — η驱动时，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使开关218b成为导通状态。由此，变换器201a把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器208a - K208a 一 2、…、208a — m、201c —l>201c - 2供给直流电力。变换器201b把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器208b - K208b - 2、-,208b 一 η供给直流电力。
在变换器4未安装在伺服电动机驱动装置2”中安装的状态下，在伺服电动机300 — 1,300 — 2、…、300 — m、600 — 1,600 — 2、…、600 — η,700 — 1,700 — 2 减速驱动的情况下，控制部207a使NPN型晶体管210a成为导通状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使NPN型晶体管210b成为导通状态。由此，再生电阻211a消耗伺服电动机300 - 1,300 - 2、…、300 — m、700 — 1,700 一 2减速驱动时产生的再生能量，再生电阻211b消耗伺服电动机600 - 1,600 - 2、…、600 — η减速驱动时产生的再生能量。在变换器4通过连接器203a、203b、204a、204b以及多针连接器205a安装在伺服电动机驱动装置2”内的情况下，控制部207a检出变换器4与多针连接器205a连接的状态，控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，检出变换器4与多针连接器205b连接的状态。然后，在伺服电动机 300 — 1,300 — 2、…、300 — m、600 — 1,600 — 2、…、600 — η、700 — 1、700 — 2驱动时，控制部207a依照来自上位控制装置5的指令使开关218a成为关断状态。控制部207b与来自控制部207a的数据对应地，使开关218b成为关断状态，控制部406与来自控制部207a的数据对应地，使开关408成为导通状态。由此，变换器4把来自三相交流电源I的交流电流变换为直流电流，向逆变器201c - U201c - 2,207a 一 1、207a —2、…、207a — m、207b — l、207b — 2、…、207b — n 供给直流电力。在变换器4安装在伺服电动机驱动装置2”内的状态下在伺服电动机300 — 1、300 — 2、...、300 — m、600 — 1,600 — 2、...、600 — η,700 — 1,700 — 2 减速驱动的情况下，控制部207a、207b分别监视伺服电动机驱动部200a、200b的DC链路电压。在DC链路电压超过伺服电动机300 — 1、300 — 2、…、300 — m、600 — 1、600 —
2、…、600 - η,700 一 1,700 一 2的减速驱动开始之后的电压后超过比包含在伺服电动机驱动装置2内的元件(例如滤波电容器214a、214b)的破坏电平低的作为第一电压的电压Vl时，控制部406与来自控制部207a、207b的数据对应地使NPN型晶体管402 — 1、402 — 2、402 - 3,402 - 4,402 一 5,402 一 6成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管210a成为关断状态，控制部207b使NPN型晶体管210b成为关断状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机 300 — 1,300 — 2、...、300 — m、600 — 1,600 — 2、...、600 — η,700 —1、700 - 2减速驱动时产生的再生能量。在DC链路电压超过电压Vl后，当超过比电压Vl高而且比上述破坏电平低的作为第二电压的电压V2时，控制部406根据来自控制部207a的数据使NPN型晶体管402 —
1、402 - 2,402 - 3,402 一 4,402 一 5,402 一 6成为导通状态，控制部207a使NPN型晶体管210a成为导通状态，控制部207b使NPN型晶体管210b成为导通状态。由此，变换器4向交流电源I侧再生伺服电动机300 — 1,300 — 2、…、300 — m、600 — 1,600 — 2、…、600 - η,700 - 1,700 一 2减速驱动时产生的再生能量，并且再生电阻211a消耗伺服电动机300-1、300-2、…、300-m、700-1、700-2减速驱动时产生的再生能量，再生电阻211b消耗伺服电动机600 - 1,600 - 2、…、600 — η减速驱动时产生的再生能量。在DC链路电压超过电压V2后，超过比电压V2高而且比上述破坏电平低的电压V3时，控制部 406 使 NPN 型晶体管 402’ 一 1、402’ 一 2、402’ 一 3、402’ 一 4、402’ 一 5、402’ 一6成为关断状态，中断再生能量向交流电源I侧的再生，向上位控制装置5输出报警信号。根据本实施方式，向交流电源I侧再生再生能量的变换器4能够通过连接器203a、203b、204a、204b以及多针连接器205a与伺服电动机驱动装置2”自由装卸。因此，即使在通过操作两个产业用机器人3、6以及外围装置7减速驱动伺服电动机300 - 1,300 一 2、…、300 - m、600 - 1,600 — 2、…、600 — η,700 — 1,700 — 2时产生的再生能量比能够通过再生电阻211a、2 IOb处理的再生能量大的情况下，也能够追加电源再生功能。亦即，能够与产业用机器人的操作条件对应地追加`电源再生功能。图4是具有本发明的第四实施方式的伺服电动机驱动装置的系统的框图。图4所示的系统用于驱动与产业用机器人的可动部的旋转轴连接的伺服电动机，具有三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2、产业用机器人3、变换器4、上位控制装置5。此外，在图4中，三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2、产业用机器人3、变换器4以及上位控制装置5因为具有与图1所示的第一实施方式的三相交流电源1、伺服电动机驱动装置2、产业用机器人3、变换器4以及上位控制装置5相同的结构，所以省略它们的说明。在本实施方式中，在交流电源I和变换器4之间配置接触器410，在变换器4向交流电源I侧再生再生能量时检出接触器410切断的情况下，控制部406使NPN型晶体管402 - 1,402 - 2,402 — 3,402 — 4,402 — 5,402 — 6 成为关断状态，控制部 207a 使 NPN型晶体管210a成为导通状态。控制部406为了检测是否由于不能向交流电源I侧再生再生能量而接触器410被切断，例如接收通过用户操作并通过上位控制装置5的非常停止指令，从控制部406接受关断指令，通过控制部406监视接触器410的辅助接点。根据本实施方式，在因为接触器410被切断所以不能向交流电源I侧再生再生能量时能够中断电源再生，所以能够安全地使电动机300-1、300-2、…、300 — m减速停止。本发明不限于上述实施方式，而能够进行若干变更以及变形。例如，作为交流电源，可以使用三相交流电源以外的交流电源。另外，在上述实施方式中，说明了具有一个或者两个伺服电动机驱动部的伺服电动机驱动装置，但是具有三个以上的伺服电动机驱动部的伺服电动机驱动装置也能够应用在本发明中。另外，在上述实施方式中，说明了具有一个外围装置的伺服电动机驱动装置，但是具有两个以上的外围装置的伺服电动机驱动装置也能够应用在本发明中。进而，在上述实施方式中，说明了使用配置有开关的配线的情况，但是作为配线，可以使用连接交流电源和第一变换器或者第二变换器的电缆。在这种情况下，在电缆连接交流电源和第一变换器时，从交流电源向第一变换器供给电力，在电缆连接交流电源和第二变换器时，从交流电源向第二变换器供给电力。
权利要求
1.服电动机驱动装置(2)，其特征在于，包括: 第一变换器(201a)，其具有把来自交流电源(I)的交流电流变换为直流电流、向把直流电力变换为交流电力的第一逆变器(208a - K208a 一 2、-,208a 一 m)供给直流电力的多个第一整流元件(209a — K209a — 2,209a — 3,209a — 4,209a — 5,209a — 6)； 再生电阻电路(202a)，其与上述第一变换器并联，具有第一开关元件(210a)、与上述第一逆变器串联的在上述第一开关元件处于导通状态时消耗与产业用机器人(3)的可动部的旋转轴连接的伺服电动机(300 - 1,300 - 2、…、300 — m)减速驱动时产生的再生能量的再生电阻(211a)； 将第二变换器(4)自由装卸地与上述再生电阻电路并联的第一连接部(205a);和 控制上述第一开关元件的导通关断状态的第一控制部(207a)， 上述第二变换器具有: 把来自交流电源的交流电流变换为直流电流，向上述第一逆变器供给直流电力的多个第二整流元件(401 — 1,401 — 2,401 — 3,401 — 4,401 — 5,401 — 6)； 与上述多个第二整流元件的各个并联的与上述多个第二整流元件同数目的第二开关元件(402 — 1,402 — 2,402 — 3,402 — 4,402 — 5,402 — 6);和 在上述第二变换器 与上述第一连接部连接的情况下，使上述第二开关元件成为导通状态，向交流电源侧再生上述再生能量的第二控制部(406)。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于: 还具有:第二连接部(206a)，其与把直流电力变换为交流电力的第二逆变器连接，自由装卸地连接在与产业用机器人的外围设备的旋转轴连接的伺服电动机的旋转轴上。
3.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 在上述第二变换器与上述第一连接部连接，并且上述第一逆变器的两端间的电压或者上述第二逆变器的两端间的电压位于超过上述伺服电动机减速运动开始之后的电压并且比包含在上述伺服电动机驱动装置中的元件的破坏电平的电压低的第一电压、和超过上述第一电压并且比上述破坏电平的电压低的第二电压之间时，上述第一控制部使上述第一开关元件成为关断状态，上述第二控制部使上述第二开关元件成为导通状态。
4.根据权利要求3所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 在到上述第一逆变器的两端间的电压或者上述第二逆变器的两端间的电压超过上述第二电压达到上述破坏电平的电压为止的期间，上述第一控制部使上述第一开关元件成为导通状态，上述第二控制部使上述第二开关元件成为导通状态。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 在上述第二变换器向上述交流电源侧再生上述再生能量时检出配置在上述交流电源和上述第二变换器之间的接触器(410)切断的情况下，上述第二控制部使上述第二开关元件成为关断状态。
6.一种伺服电动机驱动装置(2’、2”)，具有多个伺服电动机驱动部(200a、200b)，该伺服电动机驱动装置的特征在于， 上述多个伺服电动机驱动部分别具有: 第一变换器(201a、201b)，其具有把来自交流电源(I)的交流电流变换为直流电流、向把直流电力变换为交流电力的第一逆变器(208a - K208a 一 2、...、208a — m ；208b 一 1、.208b - 2,208b - 3)供给直流电力的多个第一整流元件(209a — K209a 一 2,209a 一 3、.209a - 4,209a — 5,209a — 6 ；209b — U209b — 2,209b — 3,209b — 4,209b — 5,209b —.6)； 再生电阻电路(202a、202b)，其与上述第一变换器并联，具有第一开关元件(210a、.210b)、与上述第一逆变器上串联的在上述第一开关元件处于导通状态时消耗与产业用机器人(3、6)的可动部的旋转轴连接的伺服电动机(300 - 1,300 - 2、…、300 — m ；600 一.1、600 - 2、…、600 - η)减速驱动时产生的再生能量的再生电阻(211a、211b)； 将第二变换器(4)自由装卸地与上述再生电阻电路并联的第一连接部(205a、205b)； 控制上述第一开关元件的导通关断状态的第一控制部(207a、207b)， 上述第二变换器具有: 把来自交流电源的交流电流变换为直流电流，向上述第一逆变器供给直流电力的多个第二整流元件(401 — 1,401 — 2,401 — 3,401 — 4,401 — 5,401 — 6)； 与上述多个第二整流元件的各个并联的与上述多个第二整流元件同数目的第二开关元件(402 — 1,402 — 2,402 — 3,402 — 4,402 — 5,402 — 6);和 在上述第二变换器与上述多个伺服电动机驱动部的全部的上述第一连接部连接的情况下，使上述第二开关元件成为导通状态，向交流电源侧再生上述再生能量的第二控制部(406)。
7.根据权利要求6所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 还具有:第二连接部(206a、206b)，其与把直流电力变换为交流电力的第二逆变器连接，自由装卸地地连接在与产业用机器人的外围设备的旋转轴连接的伺服电动机的旋转轴上。
8.根据权利要求6所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 上述第二变换器与上述第一连接部连接，并且在上述第一逆变器的两端间的电压或者上述第二逆变器的两端间的电压位于超过上述伺服电动机减速运动开始之后的电压并且比包含在上述伺服电动机驱动装置中的元件的破坏电平的电压低的第一电压、和超过上述第一电压并且比上述破坏电平的电压低的第二电压之间时，上述第一控制部使上述第一开关元件成为关断状态，上述第二控制部使上述第二开关元件成为导通状态。
9.根据权利要求8所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 在到上述第一逆变器的两端间的电压或者上述第二逆变器的两端间的电压超过上述第二电压达到上述破坏电平的电压为止的期间，上述第一控制部使上述第一开关元件成为导通状态，上述第二控制部使上述第二开关元件成为导通状态。
10.根据权利要求6到9中任何一项所述的伺服电动机驱动装置，其特征在于， 在上述第二变换器向上述交流电源侧再生上述再生能量时检出配置在上述交流电源和上述第二变换器之间的接触器(410)切断的情况下，上述第二控制部使上述第二开关元件成为关断状态。
全文摘要
伺服电动机驱动装置具有第一变换器、具有第一开关元件以及再生电阻的再生电阻电路、能够自由装卸第二变换器地与再生电阻电路并联的第一连接部、控制第一开关元件的导通关断状态的第一控制部。第二变换器具有第二开关元件、在第二变换器与第一连接部连接的情况下使第二开关元件成为导通状态并向交流电源侧再生再生能量的第二控制部。
文档编号H02P5/74GK103095190SQ20121044166
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月7日 优先权日2011年11月8日
发明者铃木直行, 松本康之 申请人:发那科株式会社