專利名稱：具有再生功能的伺服放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來驅(qū)動伺服電機(jī)的伺服放大器，尤其涉及一種選擇性地 具有將伺服電機(jī)中產(chǎn)生的再生電能返回到電源的功能的伺服放大器。
背景技術(shù)：
在驅(qū)動地控制機(jī)器人、機(jī)床以及制造機(jī)器等的相應(yīng)軸上的電機(jī)(motor) 的驅(qū)動控制器中，已經(jīng)使用了伺服放大器，伺月l改大器可將商業(yè)交流電流變流 成直流電流并且隨后又將直流電流逆變成用來驅(qū)動電機(jī)的合適頻率下的交流 電流，從而控制各個軸的角速度。
圖6示意性地描繪了在JP 2004-23956A中公開的用來驅(qū)動機(jī)器人的控制 軸上的電機(jī)的伺服放大器。用作伺服放大器的電機(jī)驅(qū)動設(shè)備10包括交流電流/ 直流電流(AC/DC )變流部(變流器)11和多個直流電流/交流電流(DC/AC ) 逆變部(逆變器)12-1、 ...12-n,其中數(shù)字"n，，對應(yīng)于接受控制的機(jī)器人30 的控制軸(電機(jī))的數(shù)量。逆變器12-1至12-n都被連接到機(jī)器人30的各個 軸上的電機(jī)。變流器(converter)是一種用來將由電源提供的交流電流的電能 變流成直流電流的電能的i殳備，逆變器(inverter)是一種用來將直流電流的電 能逆變成交流電流的電能的設(shè)備。
進(jìn)一步，還具有用來分別驅(qū)動連接到機(jī)器臂的腕部上的點焊機(jī)的伺服焊槍 的伺服電機(jī)31a和31b、以及作為機(jī)器人30的外圍設(shè)備的用來傳送并且定位 機(jī)器人30的操作對象的定位器。伺服電機(jī)31a、 31b的逆變器20a、 20b都通 過接口 14電連接到變流器11并且變流器11向逆變器20a、20b提供直流電流。
逆變器20a和20b都通過伺服放大器10中設(shè)置的接口 13連接到伺服控制 器(未示出)，并且從伺服控制器接收控制信號Sl和狀態(tài)信號S2/將控制信號 Sl和狀態(tài)信號S2發(fā)送到伺服控制器。
在上述的伺服放大器中,根據(jù)所要驅(qū)動的電機(jī)的規(guī)格來確定逆變器的規(guī) 格。然而，由于伺服電機(jī)的加速/減速的頻率以及施加到伺服電機(jī)上的負(fù)載量會隨著機(jī)器人的使用條件的變化而變化很大，因此固定不變地設(shè)定關(guān)于再生功 能的類型和容量的變流器規(guī)格是不合適的。
在具有將伺服電機(jī)中產(chǎn)生的再生電能返回到電源的再生功能(之后稱為電 源返回類型的再生功能)的變流器中，需要具有用來防止再生電能造成變流器 中的晶體管毀損的設(shè)置以及用來防止再生電能對電源產(chǎn)生不期望的影響的設(shè) 置。
如圖7所示，在具有通過電阻放電再生電能的再生功能(之后稱為電阻放 電類型的再生功能)的變流器中，通過使用具有足夠大容量的再生電阻(REG， regeneration resistor)可應(yīng)付由再生電能所造成的DC鏈i 各電壓的變化。然而， 大容量的再生電阻具有用來承受所產(chǎn)生的大量熱量的較大體積。因此，考慮到 再生電阻的安裝空間及其制造成本，期望可以使用具有盡可能小容量的電容。
此外，在具有電源返回類型的再生功能的變流器中，諸如雙層電容等的用 來存儲再生電能的大容量電容真有較大的體積?？紤]到電容的安裝空間及其制 造成本，期望可以使用具有盡可能小容量的再生電容。
在圖6所示的用來驅(qū)動機(jī)器人30的伺服電機(jī)的伺服放大器10中，用來應(yīng) 付再生電能的變流器的負(fù)載會隨著伺服電機(jī)的加速/減速的頻率的增大以及隨 著連接到變流器的逆變器(附加軸)的數(shù)量的增大而增大。為了應(yīng)付這種現(xiàn)象， 伺月良放大器不得不具有高成本和大尺寸等額外性能，使得很難提供充分滿足用
戶需求的伺月l^:大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種伺服放大器，基于伺服放大器的使用條件，而將這種伺 服放大器設(shè)置為具有最優(yōu)類型的再生功能以及最優(yōu)的再生容量。
本發(fā)明所提供的一種伺服放大器用來驅(qū)動機(jī)器人的伺服電機(jī)以便使用來 自電源的電能執(zhí)行:燥作。這種伺服放大器包括可變化的變流器，其與電源相 連，并且基于機(jī)器人所執(zhí)行的操作的條件，選擇性地作為具有將伺服電機(jī)中產(chǎn) 生的再生電能返回到電源的功能的變流器或是作為具有通過電阻放電再生電 能的功能的變流器；以及多個逆變器，其與上述變流器和伺服電機(jī)電連接。
上述變流器可具有當(dāng)緊急停止時或是當(dāng)關(guān)閉電源時將連接變流器與逆變 器的DC鏈路的電壓進(jìn)行快速地放電的功能。上述變流器可具有基于從多個逆變器接收到的關(guān)于伺服電機(jī)的供電運(yùn)行 或再生運(yùn)行的信息來確定再生功能的開始和結(jié)束的功能。
當(dāng)用來連接變流器與逆變器的DC鏈路的電壓達(dá)到預(yù)定值時，上述變流器
可開始再生功能，并且與電源的相位同步地執(zhí)行再生電能的切換。
上述變流器可執(zhí)行再生電能的切換，從而將用來連接變流器與逆變器的
DC鏈路的電壓保持在預(yù)定值。


圖la和圖lb是根據(jù)本發(fā)明的伺服放大器的示意性方框圖，其中每個伺服 放大器都包括具有電源返回類型的再生功能的變流器以及與該變流器相連的 多個逆變器；
圖2是根據(jù)本發(fā)明將變流器和逆變器設(shè)置成一個單元的實施例的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明將變流器和逆變器分別獨(dú)立地設(shè)置的實施例的示意圖； 圖4a和圖4b是根據(jù)本發(fā)明的伺服放大器的示意性方框圖，其中每個伺服 放大器都包括選擇性地作為具有電源返回類型的再生功能的變流器或是作為 具有電阻;改電類型的再生功能的變流器的變流器、以及與該變流器相連的多個 逆變器；
圖6是傳統(tǒng)的伺月gj改大器的方框圖；以及
圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動設(shè)備的方框圖，其中具有電阻放電類型的 再生功能的變流器與多個逆變器相互連接。
具體實施例方式
通過參考圖1至圖5來說明本發(fā)明的實施例。在這些附圖中，使用相同的 附圖標(biāo)記表示具有與圖6和圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)中的元件相同或等同功能的元 件。
圖lb示意性地示出了一種整體型的伺服放大器，其中設(shè)置了具有電源返 回類型的再生功能的變流器以及與該變流器電連接的多個逆變器，變流器和逆 變器設(shè)置為形成一個單元。圖la示出了分立型的伺服放大器，其中單獨(dú)地設(shè) 置了具有電源返回類型的再生功能的變流器以及與該變流器電連接的多個逆 變器。在圖2中示出了整體型的伺服放大器的實施例。將具有電源返回類型的再 生功能的變流器11和逆變器12都固定在單塊熱沉17之上。通過DC鏈路16 使得變流器11與逆變器12彼此之間電連接。例如，通過短路條(short bar) 或固定螺桿來形成DC鏈路16。在熱沉17上設(shè)置了功率半導(dǎo)體15。將變流器 11和逆變器12的單元設(shè)置在熱沉17之上，并且將功率半導(dǎo)體15設(shè)置在變流 器11和逆變器12的單元與熱沉17中間。
在圖3中示出了分立型伺月li文大器的實施例。在各個外殼中分別容納了具 有電源返回類型的再生功能的變流器11以及兩個逆變器12-1和12-2,并且通 過DC鏈路16將分別容納在各個外殼中的變流器11以及兩個逆變器12-1和 12-2彼此之間電連接?？瑟?dú)立地提供變流器11以及兩個逆變器12-1和12-2 并且將它們設(shè)置在各個熱沉之上。
圖4a和圖4b示意性地示出了一種伺服放大器，其中基于由圖la和圖lb 所示設(shè)置中的機(jī)器人將要執(zhí)行的操作的條件，將變流器選擇性地作為具有電源 返回類型的再生功能的變流器或是作為具有電阻放電類型的再生功能的變流 器。
在靠近電源的地方不存在用來消耗返回到電源的再生電能的任何電氣裝 置的情況下，或是再生電能超出了電源容量的情況下，優(yōu)選地不使用具有電源 返回類型的再生功能的變流器，而使用具有電阻放電類型的再生功能的變流 器。
如上所述，本發(fā)明提供了一種伺服放大器,用來控制機(jī)器人的伺服電機(jī)以 使其具有合適類型的再生功能和具有應(yīng)付再生電能的合適容量。然而，存在可 能，由于上面提到的不可預(yù)見的原因，所產(chǎn)生的再生電能超出了電源的允許容 量。因此，提供了當(dāng)生成了過多的再生電能時可快速地放電DC鏈路16上電 壓的設(shè)置。圖5示出了當(dāng)快速地放電DC鏈路電壓時DC鏈路電壓的變化。對 于正常操作下的電機(jī)，通過電阻消耗在電機(jī)減速時產(chǎn)生的再生電能以執(zhí)行電阻 放電#1。通過電阻放電#2消耗由于電機(jī)的緊急停止或電源關(guān)閉而產(chǎn)生的大 量再生電能，從而快速地降低DC鏈路電壓。
在具有電源返回類型的再生功能的變流器11的例子中，當(dāng)DC鏈路電壓 達(dá)到了預(yù)定值時，變流器11開始將再生電能返回到電源，并且與電源的相位同步地執(zhí)行再生電能的切換。因而，在無論伺服電機(jī)如何減速都始終執(zhí)行DC 鏈路電壓的切換的例子中，可以防止切換設(shè)備的不必要?dú)p。
在這種情況下，變流器11可基于從逆變器12接收到的有關(guān)伺服電機(jī)的供 電運(yùn)行或再生運(yùn)行的信息來確定再生功能的開始及結(jié)束。
PWM變流器可以被用作變流器11?？梢栽诠╇娺\(yùn)行中和執(zhí)行再生功能中 執(zhí)行切換，從而將DC鏈路電壓控制為常數(shù)。
可使用現(xiàn)有器件構(gòu)成變流器11、逆變器12、以及用來控制變流器11和逆 變器12的控制器等硬件。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種適用于機(jī)器人的伺服放大器，該伺服 放大器基于機(jī)器人的操作條件被選擇性地設(shè)置成具有最優(yōu)類型的再生功能以 及具有應(yīng)付伺服電機(jī)中產(chǎn)生的再生電能的最優(yōu)容量，以避免使用過高規(guī)格的變 流器，從而實現(xiàn)了器件的體積縮小、成本降低、以及能量節(jié)省。
權(quán)利要求
1. 一種伺服放大器，用于驅(qū)動機(jī)器人的伺服電機(jī)以使用來自電源的電能執(zhí)行操作，所述伺服放大器包括可變化的變流器，與所述電源相連，并且基于所述機(jī)器人所執(zhí)行的操作的條件，選擇性地作為具有將伺服電機(jī)中產(chǎn)生的再生電能返回到電源的再生功能的變流器或是作為具有通過電阻放電再生電能的再生功能的變流器；以及多個逆變器，與所述變流器和所述伺服電機(jī)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服放大器，其中，所述變流器具有當(dāng)緊急停止時或是當(dāng)關(guān)閉所述電源時將連接所述變流器 與所述逆變器的DC鏈路的電壓快速地放電的功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服放大器，其中，所述變流器具有基于從所述多個逆變器接收到的關(guān)于所述伺服電機(jī)的供 電運(yùn)行或再生運(yùn)行的信息來確定再生功能的開始和結(jié)束的功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的伺服放大器，其中，所述變流器在連接所述變流器與所述逆變器的DC鏈路的電壓達(dá)到預(yù)定 值時開始再生功能，并且所述變流器與所述電源的相位同步地執(zhí)行再生電能的 切換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服放大器，其中，所述變流器執(zhí)行再生電能的切換，從而連接所述變流器與所述逆變器的 DC鏈路的電壓保持在預(yù)定值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有再生功能的伺服放大器，能夠避免為應(yīng)付再生電能而設(shè)置過多容量，從而實現(xiàn)了裝置的體積縮小、成本降低、以及能量節(jié)省。這種伺服放大器用來驅(qū)動機(jī)器人的伺服電機(jī)以便使用來自電源的電能執(zhí)行操作。這種伺服放大器包括與電源相連的可變化的變流器以及與變流器和伺服電機(jī)電連接的多個逆變器?？勺兓淖兞髌骰跈C(jī)器人所執(zhí)行的操作的條件，選擇性地作為具有將伺服電機(jī)中產(chǎn)生的再生電能返回到電源的再生功能的變流器或是具有通過電阻放電再生電能的再生功能的變流器。
文檔編號H02P5/74GK101534082SQ200910006180
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者堀越真一, 巖下平輔, 松原俊介, 鈴木直行 申請人:發(fā)那科株式會社