図面 (/)

技術 電動機の無接触給電制御方法、該方法による分離型制御電動機、及び該分離型制御電動機を用いた機械装置

出願人 株式会社安川電機
発明者 平井淳之平賀義二広瀬謙次新田裕治
出願日 1992年6月18日 (28年8ヶ月経過) 出願番号 1992-159614
公開日 1994年1月14日 (27年1ヶ月経過) 公開番号 1994-006993
状態 特許登録済
技術分野 速度帰還を有する電動機の制御一般 電磁波による給配電方式 電動機の制御一般 ロータリートランス及び誘導結合コネクタ
主要キーワード 附属装置 接触劣化 光遮蔽体 スパーキング 多軸関節 分離移動 電源制御器 隙間変化
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年1月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

目的

信頼性、耐久性および制御性を向上し、利用範囲を広げることのできる電動機の無接触制御方法及び装置を実現すること。

構成

電動機と該電動機の動作情報を検出する検出器とを備えた独立電動機部と、該独立電動機部へ無接触で電力を供給するとともに前記電動機に対するトルク指令を該独立電動機部へ無接触で送信する固定側コントローラとの間でなされる電動機の無接触給電制御方法であって、前記固定側コントローラは、前記検出器での検出内容と所定の指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、前記独立電動機部は、前記固定側コントローラからのトルク指令に応じて電動機を駆動する。

概要

背景

図8は従来の電動機制御の基本的な構成を示すブロック図である。商用周波数電源を入力する電源801は、制御器802に対して主電源S82と制御電源S83とを供給する。制御電源S83によって動作する制御器802は、位置増幅器8021、速度増幅器8022、微分器8023、電流増幅器8024およびパワスイッチ8025によって構成されるもので、上位システムから送られてくる指令S81に応じて主電源S82を変調して電動機803に供給する。検出器804は電動機803の速度や回転状態(位置および位相)を検出し、各検出内容を示す動作情報S85を制御器802へ出力する。また、電動機803への供給電流も検出されており、電流情報S84として制御器802へ出力されている。

動作情報S85は位置増幅器8021と、微分器微分器8023を介して速度増幅器8022へ入力され、電流情報S84は電流増幅器8024へ入力される。位置増幅器8021、速度増幅器8022および電流増幅器8024では指令S81に含まれる位置指令速度指令および電流指令と上記の各情報とによってパワスイッチ8025を制御して、電動機803への供給電流を変調制御する。

このように、電動機と電源および制御器が固定されており両方が分離しないことを前提に行われてきた。ところが、近年、工作機械ロボットを含む機械全般において各機能単位自律分散化すすみ、電動機により自動化を計る場合でも電動機制御の構成を適切な箇所で物理的に分断した形としたうえで従来通りの制御性を得たいという要求が起こっている。

例えば、工作機械分野においては段取り工程から加工工程へと移動するパレット上のワークの位置決め、芯だし、クランピングなどを電動化し、治具の完全自動化を実現することなどである。また物理的な分離まで到らなくても、多回転する回転体上で電動機を駆動するという形の制御が望まれるようになって来ている。例えば、工作機主軸の先に取りつく刃物台の電動機による直線駆動旋盤ヘッドチャッキング部の電動化などがこれに相当する。

これらの要求に対して通常の電極コネクタによるパワや信号の伝送を用いれば、短期使用ならば完全な結合が可能であるが、油や水などの介在による接触劣化短絡スパーキングによる損傷のために長期動作における信頼性が低く、実用にならない場合が多かった。また、回転部を経由した動力伝達に関してはホローシャフトによるメカニカルな動力伝達やスリップリングによってパワや情報を伝送し電動機を制御する方法があるがいずれも、耐久性、制御性に問題があった。

さらに、ロボットの関節アクチュエータの駆動の様に1回転内の回転部への電力信号伝送においても、配線数の増大はケーブル信頼性上大きなネックとなっていた。これに対して、図9に示されるような高周波誘導型の電源供給光パルス高周波電磁誘導パルスによる情報伝送組合せにより分離型アクチュエータを駆動するという方法が考えられる。

図9に示す例では、固定設置側には電源9021と高周波誘導パワ発生器9022より構成される電源装置902が設けられ、分離移動側には電圧安定変換器903と、図8に示したものと同構成の制御器802、電動機803および検出器804が設けられている。電源装置902にて発生した誘導パワは、分離型高周波変圧器901を介して分離移動側に伝えられ、整流回路905によって整流された後に、電圧安定変換器903と制御器802に供給される。制御器802の動作電圧は電圧安定変換器903より制御電源S93として供給される。制御器802による電動機803の制御は図8に示した従来例と同様に検出器804の検出内容によってなされるが、図9に示す例では、指令S91が光伝送もしくは高周波カプラ904を介して固定設置側より送られており、また、分離移動側からは、カプラ904を介してフィードバック情報S92が固定設置側に送られている。これにより、制御器802は指令S91に基づいた制御を電動機803に対して行う。

概要

信頼性、耐久性および制御性を向上し、利用範囲を広げることのできる電動機の無接触制御方法及び装置を実現すること。

電動機と該電動機の動作情報を検出する検出器とを備えた独立電動機部と、該独立電動機部へ無接触で電力を供給するとともに前記電動機に対するトルク指令を該独立電動機部へ無接触で送信する固定側コントローラとの間でなされる電動機の無接触給電制御方法であって、前記固定側コントローラは、前記検出器での検出内容と所定の指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、前記独立電動機部は、前記固定側コントローラからのトルク指令に応じて電動機を駆動する。

目的

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、信頼性、耐久性および制御性を向上し、利用範囲を広げることのできる電動機の無接触給電制御方法及び装置を実現することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
8件
牽制数
8件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電動機と該電動機の動作情報を検出する検出器とを備えた独立電動機部と、該独立電動機部へ無接触で電力を供給するとともに前記電動機に対するトルク指令を該独立電動機部へ無接触で送信する固定側コントローラとの間でなされる電動機の無接触給電制御方法であって、前記固定側コントローラは、前記検出器での検出内容と所定の指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、前記独立電動機部は、前記固定側コントローラからのトルク指令に応じて電動機を駆動することを特徴とする電動機の無接触給電制御方法。

請求項2

請求項1に記載の電動機の無接触給電制御方法において、固定側コントローラは、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、独立電動機部は、前記固定側コントローラからのトルク指令を電流指令として電動機を駆動することを特徴とする電動機の無接触給電制御方法。

請求項3

請求項1に記載の電動機の無接触給電制御方法において、固定側コントローラは、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、独立電動機部は、前記固定側コントローラからのトルク指令と前記検出器の検出内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成して電動機を駆動することを特徴とする電動機の無接触給電制御方法。

請求項4

電動機と、該電動機を駆動する電力を無接触で受電する分離型高周波変圧器2次側と、該電動機を駆動する電流を制御する手段と、該電動機を駆動する電流を制御するために必要な信号を無接触で受信する受信手段と、該電動機の動作情報を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を無接触で送信する送信手段とを備えた独立電動機部と、前記独立電動機部への電力を無接触で給電する分離型高周波変圧器の1次側と、前記独立電動機部の検出器の出力を無接触で受信する信号受信手段と、前記受信した信号と指令信号からトルク指令を生成する手段と、前記トルク指令を前記独立電動機部へ無接触で送信する送信手段とを備えた固定側コントローラと、からなる分離型制御電動機。

請求項5

請求項4に記載の分離型制御電動機において、固定側コントローラには、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令とから電動機へのトルク指令を生成する位置増幅器および速度増幅器が設けられ、独立電動機部には、前記トルク指令に応じて電動機を駆動する電流増幅器が設けられていることを特徴とする分離型制御電動機。

請求項6

請求項4に記載の分離型制御電動機において、固定側コントローラには、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令とから電動機へのトルク指令を生成する位置増幅器および速度増幅器が設けられ、独立電動機部には、前記トルク指令と前記検出器の検出内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成する電流指令発生器と、該電流指令に応じて電動機を駆動する電流増幅器が設けられていることを特徴とする分離型制御電動機。

請求項7

請求項4乃至請求項6のいずれかに記載の分離型制御電動機において、固定側コントローラに対して多段に構成された複数の独立電動機部が設けられ、各段の独立電動機部は分離型高周波変圧器およびカプラをそれぞれ具備し、固定側コントローラから各独立電動機部への電力供給および信号の授受は、各段の独立電動機部に備えられた分離型高周波変圧器およびカプラを介して行われることを特徴とする分離型制御電動機。

請求項8

請求項4乃至請求項7のいずれかに記載の分離型制御電動機において、独立電動機部と固定側コントローラとの間での電力伝送を行うための分離型高周波変圧器および信号の授受を行うためのカプラとが一体に作製されていることを特徴とする分離型制御電動機。

請求項9

請求項4乃至請求項8のいずれかに記載の分離型制御電動機を用いた機械装置であって、独立電動機部が分離して移動または回転する部分として用いられることを特徴とする機械装置。

請求項10

請求項4乃至請求項8のいずれかに記載の分離型制御電動機を用いた機械装置であって、独立電動機部が該独立電動機部に取り付けられた可動部材の駆動、または該独立電動機部自身の機構の駆動に用いられることを特徴とする機械装置。

請求項11

請求項9または請求項10のいずれかに記載の分離型制御装置を用いた機械装置は、工作機械またはロボット装置もしくはそれらの附属装置であることを特徴とする機械装置。

技術分野

0001

本発明は電動機の制御方法及び電動機の制御装置に関する。

背景技術

0002

図8は従来の電動機制御の基本的な構成を示すブロック図である。商用周波数電源を入力する電源801は、制御器802に対して主電源S82と制御電源S83とを供給する。制御電源S83によって動作する制御器802は、位置増幅器8021、速度増幅器8022、微分器8023、電流増幅器8024およびパワスイッチ8025によって構成されるもので、上位システムから送られてくる指令S81に応じて主電源S82を変調して電動機803に供給する。検出器804は電動機803の速度や回転状態(位置および位相)を検出し、各検出内容を示す動作情報S85を制御器802へ出力する。また、電動機803への供給電流も検出されており、電流情報S84として制御器802へ出力されている。

0003

動作情報S85は位置増幅器8021と、微分器微分器8023を介して速度増幅器8022へ入力され、電流情報S84は電流増幅器8024へ入力される。位置増幅器8021、速度増幅器8022および電流増幅器8024では指令S81に含まれる位置指令速度指令および電流指令と上記の各情報とによってパワスイッチ8025を制御して、電動機803への供給電流を変調制御する。

0004

このように、電動機と電源および制御器が固定されており両方が分離しないことを前提に行われてきた。ところが、近年、工作機械ロボットを含む機械全般において各機能単位自律分散化すすみ、電動機により自動化を計る場合でも電動機制御の構成を適切な箇所で物理的に分断した形としたうえで従来通りの制御性を得たいという要求が起こっている。

0005

例えば、工作機械分野においては段取り工程から加工工程へと移動するパレット上のワークの位置決め、芯だし、クランピングなどを電動化し、治具の完全自動化を実現することなどである。また物理的な分離まで到らなくても、多回転する回転体上で電動機を駆動するという形の制御が望まれるようになって来ている。例えば、工作機主軸の先に取りつく刃物台の電動機による直線駆動旋盤ヘッドチャッキング部の電動化などがこれに相当する。

0006

これらの要求に対して通常の電極コネクタによるパワや信号の伝送を用いれば、短期使用ならば完全な結合が可能であるが、油や水などの介在による接触劣化短絡スパーキングによる損傷のために長期動作における信頼性が低く、実用にならない場合が多かった。また、回転部を経由した動力伝達に関してはホローシャフトによるメカニカルな動力伝達やスリップリングによってパワや情報を伝送し電動機を制御する方法があるがいずれも、耐久性、制御性に問題があった。

0007

さらに、ロボットの関節アクチュエータの駆動の様に1回転内の回転部への電力信号伝送においても、配線数の増大はケーブル信頼性上大きなネックとなっていた。これに対して、図9に示されるような高周波誘導型の電源供給光パルス高周波電磁誘導パルスによる情報伝送組合せにより分離型アクチュエータを駆動するという方法が考えられる。

0008

図9に示す例では、固定設置側には電源9021と高周波誘導パワ発生器9022より構成される電源装置902が設けられ、分離移動側には電圧安定変換器903と、図8に示したものと同構成の制御器802、電動機803および検出器804が設けられている。電源装置902にて発生した誘導パワは、分離型高周波変圧器901を介して分離移動側に伝えられ、整流回路905によって整流された後に、電圧安定変換器903と制御器802に供給される。制御器802の動作電圧は電圧安定変換器903より制御電源S93として供給される。制御器802による電動機803の制御は図8に示した従来例と同様に検出器804の検出内容によってなされるが、図9に示す例では、指令S91が光伝送もしくは高周波カプラ904を介して固定設置側より送られており、また、分離移動側からは、カプラ904を介してフィードバック情報S92が固定設置側に送られている。これにより、制御器802は指令S91に基づいた制御を電動機803に対して行う。

発明が解決しようとする課題

0009

上述した電動機制御の構成を適切な箇所で物理的に分断するための従来の技術のうち、通常の電極コネクタによりパワや信号の伝送を行うものおよび回転部を経由した動力伝達を行うものにおいては、信頼性が低く、耐久性、制御性に問題がある。

0010

図9に示されるような誘導型の電源供給と光パルスや電磁誘導パルスによる情報伝送とを組合せた場合には、上記の点については問題はないが、電源装置と電動機制御器が完全に分離する構成であり、電動機制御器全体がすべて分離移動する側(即ち電動機搭載側)に搭載される形となるため、寸法、重量上および保守上その実現が無理となる場合が殆どであるという問題点がある。

0011

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、信頼性、耐久性および制御性を向上し、利用範囲を広げることのできる電動機の無接触給電制御方法及び装置を実現することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明の電動機の無接触給電制御方法は、電動機と該電動機の動作情報を検出する検出器とを備えた独立電動機部と、該独立電動機部へ無接触で電力を供給するとともに電動機に対するトルク指令を該独立電動機部へ無接触で送信する固定側コントローラとの間でなされる電動機の無接触給電制御方法であって、固定側コントローラは、検出器での検出内容と所定の指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、独立電動機部は、固定側コントローラからのトルク指令に応じて電動機を駆動する。

0013

この場合、固定側コントローラは、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、独立電動機部は、固定側コントローラからのトルク指令を電流指令として電動機を駆動してもよい。また、固定側コントローラは、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令からトルク指令を生成して独立電動機部へ与え、独立電動機部は、固定側コントローラからのトルク指令と検出器の検出内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成して電動機を駆動してもよい。

0014

本発明の分離型制御電動機は、電動機と、該電動機を駆動する電力を無接触で受電する分離型高周波変圧器の2次側と、該電動機を駆動する電流を制御する手段と、該電動機を駆動する電流を制御するために必要な信号を無接触で受信する受信手段と、該電動機の動作情報を検出する検出器と、検出器の出力信号を無接触で送信する送信手段とを備えた独立電動機部と、独立電動機部への電力を無接触で給電する分離型高周波変圧器の1次側と、独立電動機部の検出器の出力を無接触で受信する信号受信手段と、受信した信号と指令信号からトルク指令を生成する手段と、トルク指令を独立電動機部へ無接触で送信する送信手段とを備えた固定側コントローラと、からなる。

0015

この場合、固定側コントローラには、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令とから電動機へのトルク指令を生成する位置増幅器および速度増幅器を設け、独立電動機部には、トルク指令に応じて電動機を駆動する電流増幅器が設けてもよい。

0016

また、固定側コントローラには、検出器の検出内容が示す電動機の位置および速度と指令とから電動機へのトルク指令を生成する位置増幅器および速度増幅器を設け、独立電動機部には、トルク指令と検出器の検出内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成する電流指令発生器と、該電流指令に応じて電動機を駆動する電流増幅器とを設けてもよい。

0017

さらに、上記のような分離型制御電動機の他の形態として、固定側コントローラに対して多段に構成された複数の独立電動機部を設け、各段の独立電動機部は分離型高周波変圧器およびカプラをそれぞれ具備するものとして、固定側コントローラから各独立電動機部への電力供給および信号の授受は、各段の独立電動機部に備えられた分離型高周波変圧器およびカプラを介して行われるものとしてもよい。

0018

また、独立電動機部と固定側コントローラとの間での電力伝送を行うための分離型高周波変圧器および信号の授受を行うためのカプラとが一体に作製されてもよい。本発明の機械装置は、上述したような分離型制御電動機を用いた機械装置であって、独立電動機部が分離して移動または回転する部分として用いられている。

0019

この場合、独立電動機部が該独立電動機部に取り付けられた可動部材の駆動、または該独立電動機部自身の機構の駆動に用いられてもよい。また、上記の機械装置は、工作機械またはロボット装置もしくはそれらの附属装置であってもよい。

0020

本発明においては、電動機が搭載される独立電動機部には搭載する電動機の種類に応じた固有制御回路となる電流制御回路のみを搭載し、該電流制御回路以外の電動機の種類に関わらない位置制御回路および速度制御回路固定コントローラに搭載されているので、分離移動する独立電動機部が小さくなる。

0021

電動機として誘導電動機や位相電動機を用いる場合には、トルク指令と検出器の検出内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成する電流指令発生器を設ける必要があるが、電動機として直流電動機を用いる場合にはトルク指令をそのまま電流指令として用いることができ、独立電動機部を他の電動機によるものと比較してさらに小さく構成できる。

0022

また、固定コントローラの構成は使用する電動機の種類に関わらずに同じ構成となる。

0023

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。本実施例は、固定設置側となる固定側コントローラ101と、分離移動側となり、分離自律化する機械要素である独立電動機部115と、これらの間で行われる電力供給および信号の送受を無接触にて行う分離型高周波変圧器107およびカプラ1081,1082とから構成されている。

0024

固定側コントローラ101は、電源102、高周波誘導パワ発生制御器103、位置増幅器104、微分器105および速度増幅器106より構成され、独立電動機部115は、整流回路109、電圧安定変換器110、パワスイッチ111、電動機112、検出器113、電流増幅器114および電流指令発生器116より構成されている。

0025

本実施例においては分離移動側に設けられる電動機112を直流機交流機の区別をすることなく、統一的にトルク発生機と理解し、固定設置側に設けられた固定側コントローラ101によって、独立電動機部115からの光パルスないしは高周波電磁誘導パルスをカプラ1082による電極無しの伝送によりフィードバックされる電動機の位置および速度を示す信号から電動機トルク発生のためのパワとトルク指令値を作り上げ、これらのうちのトルク指令をカプラ1081によって再度電極無しの伝送により電動機側に供給する形態である。

0026

電動機112を駆動するパワは、分離型高周波変圧器107を用いた高周波電磁誘導により行われる。商用電源を電源102および高周波誘導パワ発生制御器103によって高周波電源として分離型高周波変圧器107の1次側に供給され、該分離型高周波変圧器107の2次側出力が独立電動機部115に供給される。この高周波パワは独立電動機部115に設けられたブリッジダイオードフィルタからなる整流回路109によって整流された後に電圧安定変換器110とパワスイッチ111とに供給され、該パワスイッチ111を経て電動機駆動パワとなる。また、電圧安定変換器110では、整流回路109からの供給電圧を安定化した制御電圧S16として電流増幅器114へ供給する。

0027

検出器113は電動機112に直結して、もしくは機構部の先端に設けられて電動機112の位置および速度の検出を行うもので、該検出内容を光パルスあるいは高周波電磁誘導パルスに変換する。この光パルスないしは高周波電磁誘導パルスは動作情報S17としてカプラ1082によって電極無しの無接触伝送で固定側コントローラ101へフィードバックされる。動作情報S17は固定側コントローラ101内の位置増幅器104に入力し、また、微分器106を介することにより制御情報S12として誘導パワ発生器103および速度増幅器106とに供給され、電動機112の制御およびモニタに使われる。

0028

位置増幅器104は上記の動作情報S17の他に上位システムより与えられる指令S11を入力し、速度増幅器106は上記の制御情報S12の他に位置増幅器104の出力を入力している。位置増幅器104および速度増幅器106は指令S11に含まれる位置、及び速度指令値とフィードバックされた動作情報S17(および制御情報S12)が示す値からトルク指令値S13を作り、これをカプラ1081により光パルスあるいは高周波電磁誘導パルス伝送により無接触にて独立電動機部115に与える。

0029

上記の様にパルスにて情報を伝達するのは、パワ伝送用の分離型高周波変圧器107と一体にカプラ1081,1082として取り付けられる光カプラあるいは高周波電磁誘導カプラの隙間変化によってデータが変化しない様にするためであり、トルク指令S13はV/F変換あるいはPWM変調により不図示のアナログデジタル変換器によってパルス変換されてカプラ1081により伝送される。

0030

独立電動機部115では、この指令パルスを不図示のデジタルアナログ変換器によってアナログのトルク指令S13を得る。電流指令発生器116は、トルク指令S13と、検出器113より得られる電動機112の磁極位置を示す位相情報S15から電流指令S14をつくり電流増幅器114へ出力する。なお、電動機が直流機である場合にはトルク指令S13がそのまま電流指令S14となり、電流指令発生器116は不要となる。

0031

電動機112への供給電流がフィードバックされる比例型あるいは比例積分型の電流増幅器114は、電流指令S14と検出電流値との差による増幅を行い、三角波との比較によるPWM変調波形の形でパワスイッチ111へ出力する。該出力はパワトランジスタMOSFET、IGBTなどによって構成されるパワスイッチ111のベース(もしくはゲートドライブ前段増幅器入力信号となる。パワスイッチ111は上記の整流回路109より供給される直流主電源を、電流増幅器114出力であるベースドライブ信号に応じて変調し、トルク指令S13とトルクフィードバック電流フィードバック)が一致する様なPWM電圧を電動機112に供給する。

0032

以上説明したように本実施例は、近年のパワスイッチの小型化及び周辺回路との集積化動向のもとになされたもので、電動機とともに分離移動する部分(例えばパレットや回転体上)に電動機種類に固有な制御部の一部(電流制御回路)とパワスイッチのみを含めて搭載し、これらを一括してトルク発生機とみなして固定側コントローラからは電動機の種類に関係なく制御する方法である。その結果、電動機を制御する制御系として必要な位置制御速度制御および電流制御のうちの電動機の種類に関係なく普遍的な位置制御、速度制御を行う位置ループおよび速度ループは、電動機種類に固有な電流制御を行う電流ループと分離される。固定側コントローラにおいてパワ電源制御部とともに総合的に制御を行い、独立電動機部では搭載する電動機に固有な電流ループのみが設けられる形態となる。これにより上記のパレットなど自律機能要素上そして回転体上の電動機制御が可能となるとともに、分離移動する部分の物理的な大きさが小さくなる。さらに図2に示す様に直流電動機201、誘導電動機202および同期電動機203をそれぞれ搭載する独立電動機部2001〜2003のそれぞれを一種類の固定側コントローラ101で分離駆動できるようになる。

0033

図3(a),(b)のそれぞれは、図1中の分離型高周波変圧器107の具体的な構成を示す斜視図、図4は本実施例において行われる高周波励磁を説明するための図である。電動機112を駆動するパワは、固定側コントローラ101内の高周波誘導パワ発生制御器103(図1参照)を構成するトランジスタスイッチ401により高周波の形とされ、分割型変圧器107を通して高周波電磁誘導により独立電動機部115に伝送される。図3(a)に示すものでは、E型コア3021,3022に巻き付けられた巻線3011,3012の巻線比に応じて変圧される。また、図3(b)に示すものでは、ポットコア3041,3042に巻き付けられた巻線3031,3032の巻線比に応じて変圧される。

0034

高周波パワは独立電動機部115内の整流回路109で整流され、パワスイッチ111を経て電動機駆動パワとなる。分割型高周波変圧器107の1次側は固定側コントローラ101内部の矩形波(あるいは正弦波インバータにより高周波励磁される。その結果、1次2次の巻線比に応じた矩形波(あるいは正弦波)電圧が2次側に生じるが、この電圧は整流回路109を構成する高周波ダイオードブリッジ402とリアクトルLおよび平滑キャパシタCからなるLCフィルタによって全波整流され、電動機駆動用の直流主電源となる。また独立電動機部115の通信および制御回路の制御電源S16は、独立電動機部115内でこのパワの一部をレギュレータである電圧安定変換器110により安定化制御して得られる。

0035

なお、特に、受電側の電源を安定化する必要がある場合には、電圧検出値先述の位置データと同様な形で電極無しでフィードバックされる。この電圧検出フィードバックと速度フィードバック情報に基いて固定側コントローラ101側で振幅ないしは時間幅変調の制御を行うことでその安定化が可能となる。この様にして分離型でしかもトルク制御性の優れた電動機制御系が構成される。この構成は分離型の制御のみならず、回転体を経た電動機制御にも適用可能である。ただし、回転体の場合は回転軸に対して同軸上に電力供給と信号伝送が必要であるので多少の工夫を要する。電力供給については、図3(b)に示されるポットコア状の分割変圧器を用いることにより伝送可能である。一方、信号の授受は、このポットコア状の分割変圧器と同軸に配置された光パルス通信ないしは高周波電磁誘導通信により行われる必要がある。

0036

光パルスによる場合は、図5に示すように発光受光感度特性波長により大きく異なる光カップラを多数用いて、ホローシャフト回転軸の中を通して行う方法がある。固定台501にベアリングボール5031,5032を介することによって回転自在に固定される回転軸502の内部には、発光素子もしくは受光素子である光素子5041〜5044と5051〜5054とのそれぞれが光カプラを構成するように対向して設けられている。光カプラを構成する光素子5041〜5044と5051〜5054は、発光波長ピークおよび受光波長のピークが他の光カプラとそれぞれ異なるように構成されて伝送信号が互いに影響することを防いでいる。

0037

光パルスによる他の例としては、図6(a),(b)に示すように、同軸状に発光、受光エレメントを配置し、お互いに影響しないように遮蔽する方法がある。この場合には、複数の光カプラの発光波長や受光波長が同じでもよい。図6(a)は回転部側の構成を示すもので、回転軸601と同軸に導光部材6021〜6023がそれぞれ径が異なる円形状に形成され、各導光部材6021〜6023の外周部は光遮蔽部材6031〜6033によって覆われている。図6(b)に示される固定部側では、軸受け605の周囲に導光部材6021〜6023と同型に形成されて光カプラを構成するた光遮蔽体6061〜6063内に導光部材6041〜6043がそれぞれ埋設されている。光カプラを構成する一方の導光部材を通る光は、光遮蔽部材6031〜6033および光遮蔽体6061〜6063によって互いに影響を及ぼすことなく対向して設けられ他方の導光部材に伝播する。

0038

これらの導光部材を介して光パルスによる伝送がなされるが、各導光部材を直接発光素子もしくは受光素子にて構成してもよい。また、環境の悪化により光パルス通信の信頼性が低くなる場合には、高周波電磁誘導を用いるが、これも図5および図6に示した光パルスの伝送方法と同様に、誘導ユニットを同軸径方向に配置する方法と軸方向に配置する方法が考えられる。

0039

また、上記の各分割型高周波変圧器および各カプラは、一体に形成されてもよく、例え、回転体を経た独立電動機部の制御を行う場合でも、図3(b)に示したポットコア形状の分割型高周波変圧器3041,3042と図6(a),(b)に示すカプラとを同軸上に配置することにより容易に実現可能である。図7は本発明の第2の実施例の構成を示すブロック図である。

0040

本実施例においては、固定側コントローラ701によって第1の独立電動機部702と第2の独立電動機部703に対して電力供給を行うとともにトルク制御を行うものである。固定側コントローラ701の制御回路の構成および第1の独立電動機部702と第2の独立電動機部703における電動機の構成は図1に示したものと同様であるため、ここでは要部の構成および動作についてのみ説明する。

0041

固定側コントローラ701から供給される高周波電磁誘導パワは、第1の分離型高周波変圧器704を介して第1の独立電動機部702に伝えられ、さらに、第2の分離型高周波変圧器705を介して第2の独立電動機部703に伝えられる。一方、制御を行うために、固定側コントローラ701と第1の独立電動機部702との間にはカプラ7061〜7064が設けられ、第1の独立電動機部704と第2の独立電動機部703との間にはカプラ7071,7072が設けられている。第1の独立電動機部702については、カプラ7061,7062によってトルク指令およびフィードバック情報の送受が行われ、第2の独立電動機部703についてはカプラ7063,7064,7071,7072を介してトルク指令およびフィードバック情報の送受が行われる。

0042

上記のように独立電動機部を介して他の独立電動機部について電力供給およびトルク制御がなされるため、独立電動機部が多段に構成される、例えば、多軸関節のロボット等についての分離駆動を効率よく行うことができる。このように、独立電動機部が該独立電動機部に取り付けられた可動部材を駆動するものとしてもよい。

0043

なお、独立電動機部が多段に構成されず、並列に設けられるものについては、独立電動機部を介することなく、固定側コントローラによって直接制御を行うものとしても当然よい。以上説明した各実施例に示される本発明による新規分離方式の電動機制御を採用すれば、電極付きのコネクタの脱着やメカニカルな機構では高い信頼性が得られなかったパレット上位置決めや治具自動化・工作機ATCツール、ロボットエンドエフェクタなどで代表される機能要素の電動機駆動による自律分散化が実現されるとともに総合的な自動化が可能になる。

0044

また多回転する回転体上で電動機を駆動するという形の制御(例えば、工作機主軸の先に取りつく刃物台の電動機による直線駆動や旋盤ヘッドチャッキング部の電動化など)も可能となる。また、先述のように制御部を固定側と電動機(機械搭載側)に適切に切り分けることにより分離移動する部分の物理的な大きさが小さくなるとともに、同一固定側コントローラで、直流機、誘導機同期機搭載の自律機能要素のいずれもが分離駆動できるようになる。

0045

本発明による機械装置は、分割変圧器を用いた高周波誘導によりパワを伝送するとともに、光伝送あるいは高周波電磁誘導信号伝送の形でトルク指令入力を行うことにより、水や油の介在などの悪環境にも強くしかも火花の発生や電極損傷の発生もなく活線で物理的分割ができるという特徴を有するものとなる。これは電動機を搭載した機械要素の自律化や回転体上電動機制御の実現という最近強まりつつある要求に答える画期的なものである。

0046

また、電動機の種類に関係なく、直流機、誘導電動機、同期機などを一括してトルク発生機として扱えるため、広い互換性を有した電源制御器を提供するものとなる。本発明を用いれば、次の様な具体的な事例に対して上記の効果が発揮され画期的な改善、技術のブレークスルーがなされる。
1)パレット上のワークの位置割り出し電動機制御。
2)多関節ロボット軸電動機アクチュエータの信号および電力線なしでの駆動。
3)工作機械(マシンニングセンタ)の自動工具交換における工具への配線なしでの駆動。
4)回転を伴う工作機主軸の先にとりつく電動アクチュエータ(例えば旋盤の先のチャッキング部の電動化や、主軸上刃物台等)の制御。
5)特に、電動機にトルク制御性が要求され、かつその電動機が搭載される台そのもののが自律移動する必要がある用途、例えば加工パレットでのワーク芯だし、クランピングのため電動機を用いる場合の制御。
6)ガラスなど透明体ないしは非磁性の金属で隔絶されたチャンバ、例えばクリーンルームにおいて電動機を含めたあらゆる電気負荷への電力供給と制御信号伝達。
7)また、電極給電が不可能な水中、真空中での電動機を含めたあらゆる電気負荷への電力供給と制御信号伝達。

0047

特に上記応用のうち、チャッキングや芯だし、クランプなど電動機をトルク発生機として使う用途では、もともと全ての電動機をトルク発生機として理解し、分離型の制御をする本発明はそのままで有効なものとなる。

発明の効果

0048

本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。請求項1乃至請求項3に記載の方法においては、分離移動する独立電動機部を小型化することができ、分離型制御電動機の実現可能性を高くし、利用範囲を広げることができる効果がある。また、独立電動機部を制御する固定コントローラの構成は、電動機の種類に関わらないため、各種電動機に対して同じ固定コントローラを使用することができ、固定コントローラの種類を少なくして効率のよい製造とすることができる効果がある。

0049

請求項4乃至請求項8に記載のものにおいては、上記各効果を備えた分離型制御電動機となる。請求項9乃至請求項11に記載のものにおいては、水や油の介在などの悪環境にも強くしかも火花の発生や電極損傷の発生もなく活線で物理的分割ができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0050

図1本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
図2図1に示した実施例における独立電動機部の接続例を示す図である。
図3(a),(b)のそれぞれは、図1中の分離型高周波変圧器107の具体的な構成を示す斜視図である。
図4図1に示した実施例において行われる高周波励磁を説明するための図である。
図5光パルス通信を行うための一例を示す図である。
図6(a),(b)のそれぞれは、光パルス通信を行うための他例を示す図である。
図7本発明の第2の実施例の構成を示すブロック図である。
図8従来例の構成を示すブロック図である。
図9従来例の構成を示すブロック図である。

--

0051

101,701 固定側コントローラ
102電源
103高周波誘導パワ発生制御器
104 位置増幅器
105微分器
106速度増幅器
107分離型高周波増幅器
1081,1082,7061〜7064,7071,7072カプラ
109整流回路
110電圧安定変換器
111 パワスイッチ
112電動機
113検出器
114電流増幅器
115,2001〜2003 独立電動機部
116電流指令発生器
201直流電動機
202誘導電動機
203同期電動機
3011,3012,3031,3032巻線
3021,3022 E型コア
3041,3042ポットコア
401トランジスタスイッチ
402高周波ダイオードブリッジ
501固定台
502,601回転軸
5031,5032ベアリングボール
5041〜5044,5051〜5054光素子
6021〜6023,6041〜6043導光部材
6031〜6033光遮蔽部材
605軸受
6061〜6063光遮蔽体
702 第1の独立電動機部
703 第2の独立電動機部
704 第1の分離型高周波変圧器
705 第2の分離型高周波変圧器
S11指令
S12制御情報
S13トルク指令
S14電流指令
S15位相情報
S16制御電源
S17動作情報
S41 電動機主電源
Lリアクトル
C 平滑キャパシタ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • パナソニックIPマネジメント株式会社の「 車載電源装置」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】車両用バッテリーの出力電圧が起動用電圧の下限値未満であるとき、非接触受電部へ外部から供給される電力によって蓄電部が充電されることで、蓄電部に充電された電力が放電部を介して制御部へ供給... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】電動機(7)の巻線の結線状態を切替える結線切替装置(60)と、電動機(7)に周波数及び電圧値が可変の交流電圧を印加するインバータ(30)を備える電動機駆動装置において、電動機(7)に... 詳細

  • ボイス・ライフ・インコーポレーテッドの「 無線給電の効率化」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】無線電力受信を容易にするための受信装置を開示する。この受信装置は、少なくとも1つの送信装置と無線で通信するように構成された受信トランシーバーを含む。さらに、この受信装置は、受信トラン... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ