专利名称：具有再生功能的伺服放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来驱动伺服电机的伺服放大器，尤其涉及一种选择性地 具有将伺服电机中产生的再生电能返回到电源的功能的伺服放大器。
背景技术：
在驱动地控制机器人、机床以及制造机器等的相应轴上的电机(motor) 的驱动控制器中，已经使用了伺服放大器，伺月l改大器可将商业交流电流变流 成直流电流并且随后又将直流电流逆变成用来驱动电机的合适频率下的交流 电流，从而控制各个轴的角速度。
图6示意性地描绘了在JP 2004-23956A中公开的用来驱动机器人的控制 轴上的电机的伺服放大器。用作伺服放大器的电机驱动设备10包括交流电流/ 直流电流(AC/DC )变流部(变流器)11和多个直流电流/交流电流(DC/AC ) 逆变部(逆变器)12-1、 ...12-n,其中数字"n，，对应于接受控制的机器人30 的控制轴(电机)的数量。逆变器12-1至12-n都被连接到机器人30的各个 轴上的电机。变流器(converter)是一种用来将由电源提供的交流电流的电能 变流成直流电流的电能的i殳备，逆变器(inverter)是一种用来将直流电流的电 能逆变成交流电流的电能的设备。
进一步，还具有用来分别驱动连接到机器臂的腕部上的点焊机的伺服焊枪 的伺服电机31a和31b、以及作为机器人30的外围设备的用来传送并且定位 机器人30的操作对象的定位器。伺服电机31a、 31b的逆变器20a、 20b都通 过接口 14电连接到变流器11并且变流器11向逆变器20a、20b提供直流电流。
逆变器20a和20b都通过伺服放大器10中设置的接口 13连接到伺服控制 器(未示出)，并且从伺服控制器接收控制信号Sl和状态信号S2/将控制信号 Sl和状态信号S2发送到伺服控制器。
在上述的伺服放大器中,根据所要驱动的电机的规格来确定逆变器的规 格。然而，由于伺服电机的加速/减速的频率以及施加到伺服电机上的负载量会随着机器人的使用条件的变化而变化很大，因此固定不变地设定关于再生功 能的类型和容量的变流器规格是不合适的。
在具有将伺服电机中产生的再生电能返回到电源的再生功能(之后称为电 源返回类型的再生功能)的变流器中，需要具有用来防止再生电能造成变流器 中的晶体管毁损的设置以及用来防止再生电能对电源产生不期望的影响的设 置。
如图7所示，在具有通过电阻放电再生电能的再生功能(之后称为电阻放 电类型的再生功能)的变流器中，通过使用具有足够大容量的再生电阻(REG， regeneration resistor)可应付由再生电能所造成的DC链i 各电压的变化。然而， 大容量的再生电阻具有用来承受所产生的大量热量的较大体积。因此，考虑到 再生电阻的安装空间及其制造成本，期望可以使用具有尽可能小容量的电容。
此外，在具有电源返回类型的再生功能的变流器中，诸如双层电容等的用 来存储再生电能的大容量电容真有较大的体积。考虑到电容的安装空间及其制 造成本，期望可以使用具有尽可能小容量的再生电容。
在图6所示的用来驱动机器人30的伺服电机的伺服放大器10中，用来应 付再生电能的变流器的负载会随着伺服电机的加速/减速的频率的增大以及随 着连接到变流器的逆变器(附加轴)的数量的增大而增大。为了应付这种现象， 伺月良放大器不得不具有高成本和大尺寸等额外性能，使得很难提供充分满足用
户需求的伺月l^:大器。
发明内容
本发明提供了一种伺服放大器，基于伺服放大器的使用条件，而将这种伺 服放大器设置为具有最优类型的再生功能以及最优的再生容量。
本发明所提供的一种伺服放大器用来驱动机器人的伺服电机以便使用来 自电源的电能执行:燥作。这种伺服放大器包括可变化的变流器，其与电源相 连，并且基于机器人所执行的操作的条件，选择性地作为具有将伺服电机中产 生的再生电能返回到电源的功能的变流器或是作为具有通过电阻放电再生电 能的功能的变流器；以及多个逆变器，其与上述变流器和伺服电机电连接。
上述变流器可具有当紧急停止时或是当关闭电源时将连接变流器与逆变 器的DC链路的电压进行快速地放电的功能。上述变流器可具有基于从多个逆变器接收到的关于伺服电机的供电运行 或再生运行的信息来确定再生功能的开始和结束的功能。
当用来连接变流器与逆变器的DC链路的电压达到预定值时，上述变流器
可开始再生功能，并且与电源的相位同步地执行再生电能的切换。
上述变流器可执行再生电能的切换，从而将用来连接变流器与逆变器的
DC链路的电压保持在预定值。
图la和图lb是根据本发明的伺服放大器的示意性方框图，其中每个伺服 放大器都包括具有电源返回类型的再生功能的变流器以及与该变流器相连的 多个逆变器；
图2是根据本发明将变流器和逆变器设置成一个单元的实施例的示意图； 图3是根据本发明将变流器和逆变器分别独立地设置的实施例的示意图； 图4a和图4b是根据本发明的伺服放大器的示意性方框图，其中每个伺服 放大器都包括选择性地作为具有电源返回类型的再生功能的变流器或是作为 具有电阻;改电类型的再生功能的变流器的变流器、以及与该变流器相连的多个 逆变器；
图6是传统的伺月gj改大器的方框图；以及
图7是根据现有技术的电机驱动设备的方框图，其中具有电阻放电类型的 再生功能的变流器与多个逆变器相互连接。
具体实施例方式
通过参考图1至图5来说明本发明的实施例。在这些附图中，使用相同的 附图标记表示具有与图6和图7所示的现有技术中的元件相同或等同功能的元 件。
图lb示意性地示出了一种整体型的伺服放大器，其中设置了具有电源返 回类型的再生功能的变流器以及与该变流器电连接的多个逆变器，变流器和逆 变器设置为形成一个单元。图la示出了分立型的伺服放大器，其中单独地设 置了具有电源返回类型的再生功能的变流器以及与该变流器电连接的多个逆 变器。在图2中示出了整体型的伺服放大器的实施例。将具有电源返回类型的再 生功能的变流器11和逆变器12都固定在单块热沉17之上。通过DC链路16 使得变流器11与逆变器12彼此之间电连接。例如，通过短路条(short bar) 或固定螺杆来形成DC链路16。在热沉17上设置了功率半导体15。将变流器 11和逆变器12的单元设置在热沉17之上，并且将功率半导体15设置在变流 器11和逆变器12的单元与热沉17中间。
在图3中示出了分立型伺月li文大器的实施例。在各个外壳中分别容纳了具 有电源返回类型的再生功能的变流器11以及两个逆变器12-1和12-2,并且通 过DC链路16将分别容纳在各个外壳中的变流器11以及两个逆变器12-1和 12-2彼此之间电连接。可独立地提供变流器11以及两个逆变器12-1和12-2 并且将它们设置在各个热沉之上。
图4a和图4b示意性地示出了一种伺服放大器，其中基于由图la和图lb 所示设置中的机器人将要执行的操作的条件，将变流器选择性地作为具有电源 返回类型的再生功能的变流器或是作为具有电阻放电类型的再生功能的变流 器。
在靠近电源的地方不存在用来消耗返回到电源的再生电能的任何电气装 置的情况下，或是再生电能超出了电源容量的情况下，优选地不使用具有电源 返回类型的再生功能的变流器，而使用具有电阻放电类型的再生功能的变流 器。
如上所述，本发明提供了一种伺服放大器,用来控制机器人的伺服电机以 使其具有合适类型的再生功能和具有应付再生电能的合适容量。然而，存在可 能，由于上面提到的不可预见的原因，所产生的再生电能超出了电源的允许容 量。因此，提供了当生成了过多的再生电能时可快速地放电DC链路16上电 压的设置。图5示出了当快速地放电DC链路电压时DC链路电压的变化。对 于正常操作下的电机，通过电阻消耗在电机减速时产生的再生电能以执行电阻 放电#1。通过电阻放电#2消耗由于电机的紧急停止或电源关闭而产生的大 量再生电能，从而快速地降低DC链路电压。
在具有电源返回类型的再生功能的变流器11的例子中，当DC链路电压 达到了预定值时，变流器11开始将再生电能返回到电源，并且与电源的相位同步地执行再生电能的切换。因而，在无论伺服电机如何减速都始终执行DC 链路电压的切换的例子中，可以防止切换设备的不必要毁损。
在这种情况下，变流器11可基于从逆变器12接收到的有关伺服电机的供 电运行或再生运行的信息来确定再生功能的开始及结束。
PWM变流器可以被用作变流器11。可以在供电运行中和执行再生功能中 执行切换，从而将DC链路电压控制为常数。
可使用现有器件构成变流器11、逆变器12、以及用来控制变流器11和逆 变器12的控制器等硬件。
如上所述，根据本发明，提供了一种适用于机器人的伺服放大器，该伺服 放大器基于机器人的操作条件被选择性地设置成具有最优类型的再生功能以 及具有应付伺服电机中产生的再生电能的最优容量，以避免使用过高规格的变 流器，从而实现了器件的体积缩小、成本降低、以及能量节省。
权利要求
1. 一种伺服放大器，用于驱动机器人的伺服电机以使用来自电源的电能执行操作，所述伺服放大器包括可变化的变流器，与所述电源相连，并且基于所述机器人所执行的操作的条件，选择性地作为具有将伺服电机中产生的再生电能返回到电源的再生功能的变流器或是作为具有通过电阻放电再生电能的再生功能的变流器；以及多个逆变器，与所述变流器和所述伺服电机电连接。
2. 根据权利要求1所述的伺服放大器，其中，所述变流器具有当紧急停止时或是当关闭所述电源时将连接所述变流器 与所述逆变器的DC链路的电压快速地放电的功能。
3. 根据权利要求1所述的伺服放大器，其中，所述变流器具有基于从所述多个逆变器接收到的关于所述伺服电机的供 电运行或再生运行的信息来确定再生功能的开始和结束的功能。
4. 根据权利要求l所述的伺服放大器，其中，所述变流器在连接所述变流器与所述逆变器的DC链路的电压达到预定 值时开始再生功能，并且所述变流器与所述电源的相位同步地执行再生电能的 切换。
5. 根据权利要求1所述的伺服放大器，其中，所述变流器执行再生电能的切换，从而连接所述变流器与所述逆变器的 DC链路的电压保持在预定值。
全文摘要
本发明提供了一种具有再生功能的伺服放大器，能够避免为应付再生电能而设置过多容量，从而实现了装置的体积缩小、成本降低、以及能量节省。这种伺服放大器用来驱动机器人的伺服电机以便使用来自电源的电能执行操作。这种伺服放大器包括与电源相连的可变化的变流器以及与变流器和伺服电机电连接的多个逆变器。可变化的变流器基于机器人所执行的操作的条件，选择性地作为具有将伺服电机中产生的再生电能返回到电源的再生功能的变流器或是具有通过电阻放电再生电能的再生功能的变流器。
文档编号H02P5/74GK101534082SQ200910006180
公开日2009年9月16日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年3月13日
发明者堀越真一, 岩下平辅, 松原俊介, 铃木直行 申请人:发那科株式会社