伺服马达驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种伺服驱动装置，且特别是有关于一种能以一台驱动器连接数台伺服马达，以达到节省成本的伺服马达驱动器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着高效率、高质量生产技术的提升，使得机械设备已朝向快速化、系统化和自动化高速发展，相对的，机械设备各系统之间的关连性也越来越密切，且更加复杂化。
[0003]以计算机数值控制工具机为例，其加工方式通常是依照所需加工工件规格大小来建立CAD/CAM指令程序，以规划设计出轮廓与刀具路径，机台的控制单元再解译出相对应的指令程序，并借由伺服驱动器将控制单元所解译的程序指令，以脉波命令或类比电压形式、或网络通讯型式驱动终端的伺服马达进行输出，并将伺服马达编码器讯号回授至伺服驱动器作闭回路控制，使工具机能准确完成所要加工的工件。
[0004]而为了提高加工效率，在单一机台上增加轴数的多轴复合工具机，已成为近年来工具机产业的重要发展趋势，而在加工轴数增加的情况下，为了协调各轴的动作并监控机台的运作，多轴伺服控制系统乃应运而生，其常规做法是通过数字控制系统来操控多台伺服驱动器，每台伺服驱动器分别用来控制一轴的伺服马达。但这种模式由于是采用多台的伺服驱动器，势必会占用较多的机台空间与成本，常见的改善方案是将多台伺服驱动器以同轴电缆或光纤线来串连并排，但这种作法在实际上还是一台驱动器连接一台伺服马达，而非以一台驱动器连接数台伺服马达，所以整个伺服驱动系统并不能真正的节省空间与成本。
[0005]此外，中国台湾公告第1308819号发明专利进一步地揭露了一种三合一的交流伺服驱动器，其主要是将数台马达所需的电源模块及控制模块放在同一个模块里，对于控制单元部分可以节省重复部分，如通讯接口、显示单元、输入/输出单元，而电源模块上的IGBT模块的总线电容量也可共享而减少，体积也可因此较原本数台电源模块的总合体积要来得小，并可有效节省成本、配线及安装时间。但是，在该电源模块中，需要控制数个伺服马达，就必须相对设置等数的换流器(Inverter)及电流传感器(Current Sensor),此法不但增加扩增电源模块的占用体积，且换流器为大电流、大功率的电路，价格相当高昂，因此在整个驱动系统的制造成本上，更是有增无减，不够经济与实惠。其次，在此电源模块内部虽设置有一可共享的煞车单元，以在电源总线的电压过高时，利用放电原理将其能量释放掉，但是，此举不但浪费电力，且不环保。
[0006]综上所述，即使有号称可连接一对多台马达的伺服驱动器产品，但其设计却是以扩充电源模块来实现，如此，使得整个伺服驱动系统在效能、成本及体积的节省上，并不会产生太大的效果之外，相反地却衍生高制造成本，同时亦可能耗费配线与安装的工时的困扰。
【发明内容】
[0007]本发明所提供的一种伺服马达驱动器，利用一个智能型功率模块控制一切换单元以分别驱动数台伺服马达，不但不须扩充电源，且在制造成本及体积上亦可有效地节省，以真正实现一台伺服驱动器控制多台伺服马达的使用目的与功效。
[0008]本发明的伺服马达驱动器，在电源单元的输出端上接设有一刹车回充单元，以使得伺服马达操作在减速状态，利用充电原理将电流回充至电源单元，达到节能的使用目的，使兼具有环保效益。
[0009]为达上述目的，本发明的解决方案是:
本发明所提出的一种伺服马达驱动器，供接设至少两个伺服马达，且接受一主控制单元的讯号后而能驱动任一伺服马达动作，进而使前述伺服马达以异步方式启动各自的受控体，该种驱动器包含一主控制单元、一电源单元及一伺服驱动模块。该电源单元，用以供给以下各单元所需的电力。该伺服驱动模块，包含一通讯接口单元、一输入/输出单元、一微处理单元、一场域可编程门阵列、一电流控制单元及一切换单元。该通讯接口单元，电连接在该主控制单元和该微处理单元之间，用以作序列式双向传输数据。该输入/输出单元，电连接在该主控制单元和该场域可编程门阵列之间，用以作数字/模拟数据的双向传递。该场域可编程门阵列，根据该等伺服马达的旋转角度与转速数据，转换成数字旋转角度数据与数字转速数据，以返送至该微处理单元作运算处理。该微处理单元，与该通讯接口单元和该场域可编程门阵列电连接，并根据来自于该主控制单元的速度、位置及扭矩命令数据，以及建入于该场域可编程门阵列的该伺服马达的旋转角度及转速数据，运算出数字载波讯号，用以异步操控该等伺服马达运转。该电流控制单元，包含一智能型功率模块及一用以检测电流量的电流传感器，该智能型功率模块接收来自于该微处理单元输出的数字载波电流数据，作电流功率放大处理，用以启动该等伺服马达的运作。该切换单元，根据前述微处理单元的命令数据，驱使该智能型功率模块控制该切换单元切换至其中一接点，进而启动其中一个伺服马达运转。
[0010]依照上述的伺服马达驱动器，其中，该电源单元具有一主电源及一受电于该主电源的控制电源，该主电源供给交流电给该智能型功率模块，该控制电源则供给直电流该微处理单元及该场域可编程门阵列。
[0011]依照上述的伺服马达驱动器，其中，更包含一刹车回充单元，接设在该电源单元的输出端，当该伺服马达操作在减速状态，能将电流回充至该电源单元。
[0012]依照上述的伺服马达驱动器，其中，该通讯接口单元有一通讯序列总线(USB)、一RS232C串行传输埠、一 RS485串行传输埠及一 RS422串行传输端口，而该通讯接口单元还可连接至以太网络及其它工业控制网络接口，如Mechatrolink、EtherCAT、CANbus等。
[0013]依照上述的伺服马达驱动器，其中，该切换单元为接点开关、无接点开关的任一种。
[0014]而本发明所提出的另一种伺服马达驱动器，供接设至少两个伺服马达，一种伺服马达驱动器，供接设至少两个伺服马达，且接受一主控单元的讯号后而能驱动任一伺服马达动作，进而使工具机的机具产生相对顺序动作的关系，该种驱动器包含一主控制单元、一电源单元及至少一伺服驱动模块。该电源单元，用以供给以下各单元所需的电力。该伺服驱动模块，包含一通讯接口单元、一输入/输出单元、一微处理单元、一场域可编程门阵列、一电流控制单元及一切换单元。该通讯接口单元，电连接在该主控制单元和该微处理单元之间，用以作序列式双向传输数据。该输入/输出单元，电连接在该主控制单元和该场域可编程门阵列之间，用以作数字/模拟数据的双向传递。该场域可编程门阵列，根据该等伺服马达的旋转角度与转速数据，转换成数字旋转角度数据与数字转速数据，以返送至该微处理单元作运算处理。该微处理单元，与该通讯接口单元和该场域可编程门阵列电连接，并根据来自于该主控制单元的速度、位置及扭矩命令数据，以及建入于该场域可编程门阵列的该伺服马达的旋转角度及转速数据，运算出数字载波讯号，用以异步操控该等伺服马达运转。该电流控制单元，包含一智能型功率模块及一用以检测电流量的电流传感器，该智能型功率模块接收来自于该微处理单元输出的数字载波电流数据，作电流功率放大处理。该切换单元，根据前述微处理单元的命令数据，驱使该智能型功率模块控制该切换单元切换至其中一接点，进而启动其中一个伺服马达运转。
[0015]采用上述方案收，相较于现有一对多台马达的伺服驱动器产品，是以扩充电源模块来实现，而更增加成本与扩增占用体积的问题；本发明的伺服马达驱动器，根据微处理单元的命令数据，利用一个智能型功率模块控制一切换单元以分别驱动数台伺服马达，不但不须扩充电源，且在制造成本及体积上亦可有效地节省，以真正实现一台伺服驱动器控制多台伺服马达的使用目的与功效。其次，本发明更在该电源单元的输出端上接设有刹车回充单元，以使得伺服马达操作在减速状态，利用充电原理将电流回充至电源单元，达到节能的使用目的，使兼具有环保效益。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的伺服马达驱动器的电路方块流程图；
图2为本发明的伺服马达驱动器的结构配置图；
图3为本发明运用在刀库和换刀臂上的组合侧视图；
图4为本发明的伺服马达驱动器的另一结构配置图。
[0017]【符号说明】
10主控制单元20电源单元
21主电源22控制电源
30伺服驱动模块31通讯接口单元
311通讯序列总线312串行传输端口
313串行传输埠314串行传输埠
32输入/输出单元321端部
33微处理单元34场域可编程门阵列
35电流控制模块351智能型功率模块
352电流传感器36切换开关
361第一接点362第二接点
37刹车回充单元40伺服马达
50伺服马达60伺服马达
100工具机110换刀臂
120刀库130刀具 140主轴150刀具。
【具体实施方式】
[0018]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0019]参照图1、图2所示，本发明的伺服马达驱动器，供接设至少两个伺服马达40、50，且接受一主控制单元10的讯号后而能驱动任一伺服马达40、50动作，进而使前述伺服马达40,50以异步方式启动各自的受控体(工具机)。该种驱动器包含一主控制单元10、一电源单元20及至少一伺服驱动模块30。由于工具机的种类众多，以下的具体实施例将以CNC工具机的刀库及换刀凸轮箱的控制动作进行说明，但专利范围并不以此为限。
[0020]该主控制单元10，为工具机的主要控制系统。
[0021]该电源单元20，用以供给以下各单元所需的电力。该电源单元20具有一主电源21 (Main Power)及一受电于该主电源21的控制电源22 (Control Power)。
[0022]该伺服驱动模块30，包含一通讯接口单元31、一输入/输出单元32、一微处理单元33、一场域可编程门阵列34、一电流控制单元35及一切换单元36。
[0023]该通讯接口单元31，电连接在该主控制单元10和该微处理单元33之间，用以作序列式双向传输数据。该通讯接口单元31有一通讯序列总线311(USB)、一 RS232C串行传输埠312、一 RS485串行传输埠313及一 RS422串行传输埠314。此外，该通讯接口单元31更可透过以太网络及其它工业控制网络接口的连接，以作远程监控的运用，如Mechatrolink、EtherCAT、CANbus 等。
[0024]该输入/输出单元32，电连接在该主控制单元10和该场域可编程门阵列34之间，用以作数字