專利名稱：三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流伺服驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
目前多軸運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)架構(gòu)屬于集中式控制，也就是都包含主控制器，通過傳統(tǒng)式配線或高速通信等方式，以控制伺服驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)伺服馬達(dá)的直線/圓弧等多軸補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)。
交流伺服馬達(dá)常用于三軸以上的加工機(jī)或是多軸的工作系統(tǒng)，目前的設(shè)計(jì)大都是一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器接一臺(tái)馬達(dá)。即使是目前一對(duì)多的設(shè)計(jì)可以連接多臺(tái)的馬達(dá)，在設(shè)計(jì)上也是屬于擴(kuò)充型態(tài)的模塊設(shè)計(jì)，也就是要接更多臺(tái)馬達(dá)，則擴(kuò)充用以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電源模塊。這樣在效能、成本及體積上的節(jié)省上也不會(huì)產(chǎn)生太大的效果，并且沒有實(shí)質(zhì)上節(jié)省配線及安裝時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其包括主控制器、控制模塊、電源模塊及多個(gè)伺服馬達(dá)。其中，該控制模塊包括通信接口，用以與該主控制器雙向傳輸命令及數(shù)據(jù)；輸入/輸出單元，用以與該主控器雙向傳輸數(shù)字/模擬的輸入/輸出信號(hào)；電流檢測(cè)器，用以接收分別對(duì)應(yīng)于伺服馬達(dá)的多個(gè)電流信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號(hào)輸出；現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列，用以檢測(cè)伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置及速度，以輸出旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)以產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于伺服馬達(dá)的電流的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；以及數(shù)字信號(hào)處理器，用以接收經(jīng)由該通信接口而由該主控制器所送出的速度命令、位置命令及扭矩命令，接收該輸入/輸出單元所送出數(shù)字/模擬的輸入/輸出信號(hào)，接收該電流檢測(cè)器所輸出的數(shù)字電流信號(hào)，接收該現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列所輸出的旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)，以運(yùn)算出分別對(duì)應(yīng)伺服馬達(dá)的電流的脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)，并輸出至該現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列，經(jīng)由該傳輸接口傳送各個(gè)伺服馬達(dá)的操作狀態(tài)；以及該電源模塊包括轉(zhuǎn)換器，用以將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源；電源總線，用以提供該轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的直流電源；電容，用以穩(wěn)壓該電源總線上的直流電源；多個(gè)換流器，用以將該電源總線上的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，并根據(jù)該現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)分別產(chǎn)生輸出給相對(duì)應(yīng)的伺服馬達(dá)的交流電壓及電流；以及多個(gè)電流傳感器，用以分別感測(cè)換流器供應(yīng)給伺服馬達(dá)的電流，并輸出所感測(cè)的電流信號(hào)至該電流檢測(cè)器。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，單純提供一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器就可以連接數(shù)臺(tái)馬達(dá)，將數(shù)臺(tái)馬達(dá)所需的電源模塊及控制模塊放在同一個(gè)模塊里，對(duì)于控制單元部分可以節(jié)省重復(fù)部分，如通信接口、顯示單元、輸入/輸出單元，電源模塊上的IGBT模塊的總線電容量也可共享而減少，體積也可因此較原本數(shù)臺(tái)的總體積要小，并可有效節(jié)省成本、減少配線及安裝時(shí)間，實(shí)現(xiàn)具成本競(jìng)爭(zhēng)力的交流伺服驅(qū)動(dòng)器。


圖1是本發(fā)明三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電路框圖。
附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下10三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器12主控制器 14控制模塊
16電源模塊 18伺服馬達(dá)20通信接 22輸入/輸出單元24電流檢測(cè)器 26現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列28數(shù)字信號(hào)處理器 30顯示單元32位置/速度檢測(cè)器34脈沖寬度調(diào)制控制器36轉(zhuǎn)換器 38電源總線40電容 42制動(dòng)單元44換流器 46電流傳感器48三相交流電源具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1為本發(fā)明三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電路框圖。在圖1中，三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器10包括主控制器12、控制模塊14、電源模塊16及多個(gè)伺服馬達(dá)18。
控制模塊12包括通信接口(Communication Interface)20、輸入/輸出單元22、電流檢測(cè)器24、現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列(Field ProgrammableGate Array，F(xiàn)PGA)26、數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)28及顯示單元30。其中，現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26具有位置/速度檢測(cè)器32及脈沖寬度調(diào)制控制器(Phase Width Modulation，PWM)34。
電源模塊16包括轉(zhuǎn)換器(Converter)36、電源總線38、電容40、制動(dòng)單元42、多個(gè)換流器(Inverter)44及多個(gè)電流傳感器46。
通信接口20與主控制器12雙向傳輸命令及數(shù)據(jù)，例如主控制器12送出速度命令、位置命令及扭矩命令至通信接口20，通信接口20送出由數(shù)字信號(hào)處理器28所輸出的各個(gè)伺服馬達(dá)18的操作狀態(tài)。其中，傳輸接口20可以為RS-485、RS232、Modbus及CAN-open。
輸入/輸出單元22與主控器12雙向傳輸數(shù)字/模擬的輸入/輸出信號(hào)，該輸入/輸出單元22具有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的功能，并具有數(shù)字輸入/輸出(DI/DO)的功能。
電流檢測(cè)器24接收分別對(duì)應(yīng)于伺服馬達(dá)18的多個(gè)電流信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號(hào)以輸出至數(shù)字信號(hào)處理器28。其中，電流傳感器46分別感測(cè)換流器44供應(yīng)給伺服馬達(dá)的電流，并輸出所感測(cè)的電流信號(hào)至電流檢測(cè)器24。
現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26的位置/速度檢測(cè)器32檢測(cè)伺服馬達(dá)18的旋轉(zhuǎn)位置及速度，以輸出旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)至數(shù)字信號(hào)處理器28?，F(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26的脈沖寬度調(diào)制控制器34根據(jù)由數(shù)字信號(hào)處理器28所輸出的脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)以產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于伺服馬達(dá)18的電流的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
數(shù)字信號(hào)處理器28接收經(jīng)由通信接口20而由主控制器12所送出的速度命令、位置命令及扭矩命令，接收輸入/輸出單元22所送出模擬/數(shù)字的輸入/輸出信號(hào)，接收電流檢測(cè)器24所輸出的數(shù)字電流信號(hào)，接收現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26的位置/速度檢測(cè)器32所輸出的旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)，根據(jù)該些信號(hào)，以使用高速運(yùn)算能力的數(shù)字信號(hào)處理器28來運(yùn)算出分別對(duì)應(yīng)伺服馬達(dá)18的電流的脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)，并輸出至現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26的脈沖寬度調(diào)制控制器34。數(shù)字信號(hào)處理器28經(jīng)由傳輸接口20傳送各個(gè)伺服馬達(dá)18的操作狀態(tài)至主控器12。
顯示單元30接收數(shù)字信號(hào)處理器28的數(shù)據(jù)，顯示各個(gè)伺服馬達(dá)18的電壓、電流、位置、速度及錯(cuò)誤信息等。其中，顯示單元30可以是七段顯示器。
轉(zhuǎn)換器36將三相交流電源48轉(zhuǎn)換為直流電源。電源總線38提供轉(zhuǎn)換器36所轉(zhuǎn)換的直流電源。電容40用以對(duì)電源總線38上的直流電源進(jìn)行穩(wěn)壓，以降低電源總線38上的電壓脈動(dòng)(Ripple)。其中，轉(zhuǎn)換器36為橋式整流器，其將三相交流電源48轉(zhuǎn)換為直流電源。
換流器44將電源總線38上的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列26的脈沖寬度調(diào)制控制器34所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)分別產(chǎn)生輸出給相對(duì)應(yīng)的伺服馬達(dá)18的交流電壓及電流。其中，換流器44為全橋式三相換流器，其將電源總線38上的直流電源轉(zhuǎn)換為具有變頻及變幅電壓的三相交流電壓及電流。使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模塊中的六橋換流器44，就是通過六橋換流器將電源總線38上的直流電壓以切換(switching)方式輸出想要的變頻及變幅電壓，其是一種大電壓及大電流的直流轉(zhuǎn)換為交流的裝置，由圖1可看出，推動(dòng)這三軸伺服馬達(dá)18的三組六橋換流器44可以共享同一組的直流電壓源，以及當(dāng)電源總線38電壓過高時(shí)可使用的制動(dòng)單元42釋放電源總線38上的能量，如此電源模塊16就可以比原先1對(duì)1驅(qū)動(dòng)器可以省掉共享的部分了。
由上述的架構(gòu)可明顯看出，通過共享相同的轉(zhuǎn)換器36(即橋式整流器)、電源總線38及電容40上的電壓，可以大幅降低重復(fù)使用了的組件如制動(dòng)單元42、電容40、轉(zhuǎn)換器36，使用在轉(zhuǎn)換器36上的散熱片(圖中未示出)的體積也可縮小。這些情況也同樣可以在控制模塊14上發(fā)現(xiàn)，如顯示單元30、通信接口20、輸入/輸出單元22等重復(fù)組件也可大幅減少。高速運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理器(Hi-Speed DSP)即使選用較高等級(jí)的DSP也比三顆一般運(yùn)算速度的DSP總和更具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，所以此產(chǎn)品在需要多軸的系統(tǒng)上如三軸以上加工機(jī)所展現(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)力(成本、體積)都大幅提高。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于單純提供一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器就可以連接數(shù)臺(tái)馬達(dá)，將數(shù)臺(tái)馬達(dá)所需的電源模塊及控制模塊放在同一個(gè)模塊里，對(duì)于控制單元部分可以節(jié)省重復(fù)部分，如通信接口、顯示單元、輸入/輸出單元，電源模塊上的IGBT模塊的總線電容量也可共享而減少，體積也可因此較原本數(shù)臺(tái)的總合體積要來得小，并可有效節(jié)省成本、降低配線及安裝時(shí)間，實(shí)現(xiàn)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的交流伺服驅(qū)動(dòng)器。
雖然，以上已參照優(yōu)選的具體實(shí)施例及例示性的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于此。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的形態(tài)及具體實(shí)施例的內(nèi)容可以進(jìn)行各種修改、省略及變化，這些修改、省略及變化均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，包括主控制器、控制模塊、電源模塊及多個(gè)伺服馬達(dá)，所述控制模塊包括通信接口，用以與所述主控制器雙向傳輸命令及數(shù)據(jù)；輸入/輸出單元，用以與所述主控器雙向傳輸數(shù)字/模擬的輸入/輸出信號(hào)；電流檢測(cè)器，用以接收分別對(duì)應(yīng)于所述伺服馬達(dá)的多個(gè)電流信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號(hào)輸出；現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列，用以檢測(cè)所述伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置及速度，以輸出旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)以產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于所述些伺服馬達(dá)的電流的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；以及數(shù)字信號(hào)處理器，用以接收經(jīng)由所述通信接口而由所述主控制器所送出的速度命令、位置命令及扭矩命令，接收所述輸入/輸出單元所送出數(shù)字/模擬的輸入/輸出信號(hào)，接收所述電流檢測(cè)器所輸出的數(shù)字電流信號(hào)，接收所述現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列所輸出的旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)，以運(yùn)算出分別對(duì)應(yīng)所述伺服馬達(dá)的電流的脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)，并輸出至所述現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列，經(jīng)由所述傳輸接口傳送各個(gè)伺服馬達(dá)的操作狀態(tài)；以及所述電源模塊包括轉(zhuǎn)換器，用以將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源；電源總線，用以提供所述轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的直流電源；電容，用以穩(wěn)壓所述電源總線上的直流電源；多個(gè)換流器，用以將所述電源總線上的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，并根據(jù)所述現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)分別產(chǎn)生輸出給相對(duì)應(yīng)的伺服馬達(dá)的交流電壓及電流；以及多個(gè)電流傳感器，用以分別感測(cè)換流器供應(yīng)給伺服馬達(dá)的電流，并將所感測(cè)的電流信號(hào)輸出至所述電流檢測(cè)器。
2.如權(quán)利要求1所述的三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其中，所述傳輸接口為RS-485、RS232、Modbus及CAN-open的任一種。
3.如權(quán)利要求1所述的三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其中，所述控制模塊還包括顯示器，用以接收所述數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)，顯示所述各個(gè)伺服馬達(dá)的電壓、電流、位置、速度及錯(cuò)誤信息。
4.如權(quán)利要求1所述的三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其中，所述現(xiàn)場(chǎng)可程序化閘極陣列包括位置/速度檢測(cè)器，用以檢測(cè)所述伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置及速度，以將旋轉(zhuǎn)位置數(shù)字信號(hào)及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)字信號(hào)輸出至所述數(shù)字信號(hào)處理器；以及脈沖寬度調(diào)制控制器，用以根據(jù)由所述數(shù)字信號(hào)處理器所輸出的脈沖寬度調(diào)制量位信號(hào)以產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于所述伺服馬達(dá)的電流的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其中，所述電源模塊還包括制動(dòng)單元，用以當(dāng)所述電源總線的電壓過高時(shí)以釋放能量。
6.如權(quán)利要求1所述的三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其中，所述轉(zhuǎn)換器為橋式整流器，其將三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，所述換流器為全橋式三相換流器，其將直流電源轉(zhuǎn)換為具有變頻及變幅電壓的三相交流電壓及電流。
全文摘要
一種三合一的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其包括主控制器、控制模塊、電源模塊及多個(gè)伺服馬達(dá)，單純提供一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以連接多臺(tái)馬達(dá)，將多臺(tái)馬達(dá)所需的電源模塊及控制模塊放在同一個(gè)模塊里，對(duì)于控制單元部分可以節(jié)省重復(fù)部分，如通信接口、顯示單元、輸入/輸出單元，電源模塊上的IGBT模塊的總線電容量也可共享而減少，體積也可因此較原本多臺(tái)的總體積更得小，并可有效節(jié)省成本、配線及安裝時(shí)間。
文檔編號(hào)H02P27/08GK101090246SQ200610087190
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者蔡清雄, 陳建達(dá) 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司