JP2014222967A - Servo device and industrial machine using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーボ装置に関する。 The present invention relates to a servo device.
サーボプレス機、射出成形機、あるいは各種ステージは、対象物をフィードバック制御にもとづいて位置決めするサーボ装置を有する。こうしたサーボ装置は、電気信号を、直線運動あるいは回転運動に変換する交流電動機と、それを駆動するための電力変換装置(インバータ)を備える。 A servo press machine, an injection molding machine, or various stages have a servo device that positions an object based on feedback control. Such a servo device includes an AC motor that converts an electric signal into a linear motion or a rotary motion, and a power converter (inverter) for driving the AC motor.
電力変換装置は、主として、交流電動機の各相ごとに設けられた複数のスイッチング素子、交流電動機の目標トルク(あるいは回転数)に応じて変調された制御信号を生成するコントローラ、制御信号にもとづいて複数のスイッチング素子を駆動するドライバ、を備える。 The power converter is mainly based on a plurality of switching elements provided for each phase of the AC motor, a controller that generates a control signal modulated according to the target torque (or rotation speed) of the AC motor, and the control signal. A driver for driving the plurality of switching elements.
サーボプレス機、射出成形機、あるいは各種ステージに使用される電動機は、負荷の状態に応じて、その発生トルクがダイナミックに変動する。したがってそれを駆動する電力変換装置のスイッチング素子に流れる電流も、負荷の状態に応じてダイナミックに変動することになる。 Servo press machines, injection molding machines, or electric motors used for various stages have their generated torque dynamically fluctuating depending on the state of the load. Therefore, the current flowing through the switching element of the power conversion device that drives it also dynamically varies depending on the state of the load.
一般的に大容量の電力変換装置には、スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワーモジュールが用いられる。 In general, a power module such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as a switching element in a large-capacity power conversion device.
パワーモジュールには、それに流れる電流に応じた熱変動が発生する。パワーモジュール内のはんだ、配線、基板等の材料はそれぞれ異なる熱膨張率を有しているため、パワーモジュールの温度変動にともなって熱ストレス(応力ひずみ)が発生する。熱ストレスは、はんだクラックなどの原因となり、パワーモジュールの信頼性に影響を与える。このような、熱ストレスに起因するパワーモジュールの寿命は、パワーサイクル寿命と称される。 In the power module, thermal fluctuations occur according to the current flowing through it. Since the materials such as solder, wiring, and board in the power module have different thermal expansion coefficients, thermal stress (stress strain) is generated in accordance with the temperature variation of the power module. Thermal stress causes solder cracks and affects the reliability of the power module. Such life of the power module due to thermal stress is referred to as power cycle life.
サーボ装置を長時間にわたりメンテナンスフリーで運用するためには、パワーサイクル寿命を長くすることが必要であり、そのためには、パワーモジュールにおいて発生する熱変動を抑制することが望まれる。 In order to operate the servo device without maintenance for a long time, it is necessary to extend the power cycle life, and for that purpose, it is desired to suppress the thermal fluctuation generated in the power module.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、パワーモジュールの熱変動を抑制可能な電力変換装置の提供にある。 This invention is made | formed in view of this subject, and one of the exemplary objectives of the aspect exists in provision of the power converter device which can suppress the thermal fluctuation of a power module.
本発明のある態様は、所定のシーケンスにしたがって対象物の位置を制御するサーボ装置に関する。サーボ装置は、モータと、電力変換装置と、コントローラと、を備える。電力変換装置は、パワーモジュールを含み、現在の位置に応じた位置検出値が位置指令値と一致するようにモータを駆動するとともに、少なくとも、通常の第1モードと、パワーモジュールの温度上昇を抑制可能な第2モードと、が切りかえ可能に構成される。コントローラは、あらかじめ定められた波形を有する位置指令値を生成する。電力変換装置は、位置指令値と同期したあらかじめ定められたパターンで第1モードと第2モードが切りかえ可能となっている。 One embodiment of the present invention relates to a servo device that controls the position of an object according to a predetermined sequence. The servo device includes a motor, a power conversion device, and a controller. The power conversion device includes a power module, drives the motor so that the position detection value corresponding to the current position matches the position command value, and at least suppresses the temperature increase of the normal first mode and the power module. The possible second mode is configured to be switchable. The controller generates a position command value having a predetermined waveform. The power converter can be switched between the first mode and the second mode in a predetermined pattern synchronized with the position command value.
位置指令値の波形があらかじめ定まっているサーボ装置では、パワーモジュールに流れる電流は、位置指令値と同期してあらかじめ決まった波形にしたがって変化することになる。この態様によれば、位置指令値と同期したオープンループにて、電流(すなわち発熱量)が小さいときには第1モードとし、電流が大きいときには第2モードとすることで、パワーモジュールの熱変動を抑制できる。 In a servo device in which the waveform of the position command value is determined in advance, the current flowing through the power module changes according to a predetermined waveform in synchronization with the position command value. According to this aspect, in the open loop synchronized with the position command value, the first mode is set when the current (that is, the amount of heat generation) is small, and the second mode is set when the current is large, thereby suppressing the thermal fluctuation of the power module. it can.
電力変換装置は、電力変換装置のモードを指示するモード制御信号に応じて、そのモードが切りかえられてもよい。 The power converter may be switched in accordance with a mode control signal that indicates the mode of the power converter.
モータは3相モータであってもよい。電力変換装置は、第1モードにおいて、3相変調によりモータを駆動し、第2モードにおいて、2相変調によりモータを駆動するよう構成されてもよい。 The motor may be a three-phase motor. The power conversion device may be configured to drive the motor by three-phase modulation in the first mode and to drive the motor by two-phase modulation in the second mode.
ある態様において、電力変換装置は、電力変換装置自身を冷却するための冷却用ファンを含んでもよい。第1モードと第2モードとで、冷却用ファンの回転数が異なってもよい。 In an aspect, the power conversion device may include a cooling fan for cooling the power conversion device itself. The number of rotations of the cooling fan may be different between the first mode and the second mode.
コントローラは、ユーザからの位置指令値の波形の入力を受け付ける第1ステップと、モード制御信号を初期値に固定した状態で、入力された位置指令値の波形を電力変換装置に出力する第2ステップと、第2ステップにおいて、電力変換装置のパワーモジュールに流れる電流波形を測定する第3ステップと、電流波形にもとづいて、モード制御信号のパターンを生成する第4ステップと、を実行してもよい。 The controller receives the input of the position command value waveform from the user, and the second step of outputting the input position command value waveform to the power converter with the mode control signal fixed to the initial value. In the second step, a third step of measuring a current waveform flowing in the power module of the power conversion device and a fourth step of generating a mode control signal pattern based on the current waveform may be executed. .
コントローラは、第4ステップにおいて、電流波形が所定のしきい値より小さいときに第1モード、大きいときに第2モードとなるように、モード制御信号を生成してもよい。 In the fourth step, the controller may generate the mode control signal so that the first mode is set when the current waveform is smaller than a predetermined threshold value, and the second mode is set when the current waveform is larger.
コントローラは、ユーザからの位置指令値の波形の入力を受け付ける第1ステップと、モード制御信号を初期値に固定した状態で、入力された位置指令値の波形を電力変換装置に出力する第2ステップと、第2ステップにおいて、電力変換装置のパワーモジュールの温度の波形を測定する第3ステップと、温度の波形にもとづいて、モード制御信号のパターンを生成する第4ステップと、を実行してもよい。 The controller receives the input of the position command value waveform from the user, and the second step of outputting the input position command value waveform to the power converter with the mode control signal fixed to the initial value. In the second step, the third step of measuring the temperature waveform of the power module of the power conversion device and the fourth step of generating the mode control signal pattern based on the temperature waveform may be executed. Good.
コントローラは、第4ステップにおいて、温度の波形が所定のしきい値より小さいときに第1モード、大きいときに第2モードとなるように、モード制御信号を生成してもよい。 In the fourth step, the controller may generate the mode control signal so that the first mode is set when the temperature waveform is smaller than a predetermined threshold value, and the second mode is set when the temperature waveform is larger.
本発明の別の態様は、産業機械に関する。産業機械は、上述のいずれかのサーボ装置を備えてもよい。 Another aspect of the present invention relates to an industrial machine. The industrial machine may include any one of the servo devices described above.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、パワーモジュールの熱変動を抑制することができる。 According to the present invention, the thermal fluctuation of the power module can be suppressed.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
図1は、実施の形態に係るサーボ装置2を備える産業機械100を示すブロック図である。産業機械100は、サーボプレス機、射出成形機、各種ステージ(たとえば半導体製造プロセスに使用されるウェハ搬送用のXYステージ)などが例示される。かかる産業機械100に使用されるサーボ装置2は、あらかじめ定められたシーケンスにしたがって、対象物を1回、あるいは複数回繰り返して変位させる。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an
サーボ装置2は、コントローラ10、電力変換装置12、モータ14、負荷16、を備える。
The
モータ14は、回転モータあるいはリニアモータであり、負荷16に動力を伝達する。本実施の形態において、モータ14は3相モータである。負荷16は、サーボプレス機や射出成形機においては、回転運動を直線運動に変換するクランク機構と、ピストンの組み合わせを含んでもよい。あるいは負荷16は、リニアモータにより制御されるステージを含んでもよい。
The
コントローラ10は、サーボ装置2全体を統括的に制御する。具体的にはコントローラ10は、対象物の目標位置を示す位置指令値POS_REFを生成する。この位置指令値POS_REFは、サーボ装置2の動作シーケンスに応じてあらかじめ定められた波形を有している。
The
コントローラ10は、位置指令値POS_REFと同期したモード制御信号MODEを生成する。モード制御信号MODEについては後述する。
The
電力変換装置12は、パワーモジュール222を含む。電力変換装置12は、現在の位置に応じた位置検出値POS_FBが位置指令値POS_REFと一致するようにモータ14をフィードバック制御する。この電力変換装置12は、通常の第1モードと、第1モードに比べてパワーモジュール222の温度上昇を抑制可能な第2モードと、の少なくとも2つのモードが、コントローラ10からのモード制御信号MODEに応じて切りかえ可能に構成される。
The
本実施の形態においてモータ14は三相モータであり、電力変換装置12は、第1モードにおいて、モータ14を3相変調で駆動し、第2モードにおいて、モータ14を2相変調で駆動する。この観点からいえば、第1モードと第2モードは、第2モードの方が消費電力が小さく、第1モードの方が制御性に優れるという関係にある。
In the present embodiment, the
電力変換装置12は、トルク指令値生成部203、パルス変調器210、ゲート駆動回路222U〜222W、パワーモジュール224U〜224Wを備える。
The
トルク指令値生成部203は、コントローラ10からの位置指令値POS_REFを受け、それに応じたトルク指令値S1を生成する。トルク指令値生成部203の構成は特に限定されないが、たとえばトルク指令値生成部203は、減算器204およびPI(比例・積分)制御部206を含む。減算器204には、負荷16の現在の位置(変位量)を示す位置検出信号POS_FBがフィードバックされる。減算器204は、位置指令値POS_REFと位置検出値POS_FBの偏差を算出する。PI制御部206は、偏差を受け、偏差がゼロとなるように値が制御されるトルク指令値S1を出力する。PI制御に代えて、P制御、PID制御などを用いてもよい。
The torque command
パワーモジュール224U〜224Wはそれぞれ、上アームと下アームを含み、たとえばIGBTやFETで構成される。ゲート駆動回路222U〜222Wはそれぞれ、パルス変調器210からの駆動信号S2に応じて、対応するパワーモジュール224U〜224Wをスイッチングする。
Each of the
パルス変調器210は、トルク指令値S1に応じてパルス変調された駆動信号S2を生成する。その結果、電力変換装置12は、トルク指令値S1に応じた電力を、モータ14に供給する。
The
たとえばパルス変調器210は、第1モードにおいて3相変調により駆動信号S2_1を生成し、第2モードにおいて2相変調により駆動信号S2_2を生成する。
For example, the
2相変調は、3相変調に比べて、制御性、応答性、静音性の観点で劣るが、インバータのスイッチング素子のスイッチング回数が少ないため、スイッチング損失が小さく、省エネ性に優れる。そこで変調方式を切りかえることにより、制御性が優先される第1モードと、パワーモジュール224の発熱量の抑制が優先される第2モードを切りかえることができる。 Two-phase modulation is inferior in terms of controllability, responsiveness, and quietness compared to three-phase modulation. However, since the switching frequency of the inverter switching element is small, switching loss is small and energy saving is excellent. Therefore, by switching the modulation method, it is possible to switch between the first mode in which controllability is prioritized and the second mode in which suppression of the heat generation amount of the power module 224 is prioritized.
また電力変換装置12は、冷却ファン226を備える。冷却ファン226の回転数は、第1モードと第2モードとで異なっており、具体的には、第1モードに比べて第2モードの回転数は高く設定される。なお、第1モードにおいて、冷却ファン226の回転数はゼロ、つまり冷却ファン226は停止していてもよい。
Further, the
第2モードでは冷却ファン226の回転数が高まることにより、パワーモジュール224が強く冷却されるため、そのパワーモジュール224の温度上昇は、第1モードに比べて抑制される。反対に第1モードでは冷却ファン226の回転数を低下させることにより、冷却ファン226ひいてはサーボ装置2全体の消費電力を低減できる。
In the second mode, the power module 224 is strongly cooled by increasing the number of rotations of the cooling
モード制御部260は、コントローラ10からのモード制御信号MODEに応じて、電力変換装置12の動作モード、つまりパルス変調器210および冷却ファン226それぞれの動作モードを切りかえる。
The
続いて、モード制御信号MODEについて説明する。 Next, the mode control signal MODE will be described.
上述のように、サーボプレス機におけるプレス動作や、射出成形機の型締め動作では、あらかじめ定められた動作シーケンスが実行され、したがってコントローラ10が生成する位置指令値POS_REFは、あらかじめ定められた波形を有している。半導体製造プロセスに使用されるXYステージでも、ウェハは同じ経路を繰り返し搬送されるため、位置指令値POS_REFはあらかじめ定められた波形を有している。位置指令値POS_REFの波形は、サーボ装置2のユーザにより、その用途に応じて規定される。
As described above, in the press operation in the servo press machine and the mold clamping operation of the injection molding machine, a predetermined operation sequence is executed. Therefore, the position command value POS_REF generated by the
かかる状況においては、モータ14をあるシーケンスにしたがった位置指令値POS_REFに応じて駆動したとき、パワーモジュール224の発熱量は、所定の波形を有することになる。つまり、位置指令値POS_REFの1サイクルの波形と、パワーモジュール224の温度の波形は、1:1で対応づけることができる。コントローラ10は、パワーモジュール224の発熱量が相対的に小さいときには、第1モードを指示し、パワーモジュール224の発熱量が相対的に大きいときには、第2モードを指示する。
In such a situation, when the
以上がサーボ装置2を備える産業機械100の構成である。
The above is the configuration of the
続いて産業機械100の具体的な構成例とその動作を説明する。
Next, a specific configuration example and operation of the
図2(a)、(b)は、産業機械100であるサーボプレス機(鍛造プレス機械)の正面図および側面図である。
2A and 2B are a front view and a side view of a servo press machine (forging press machine) that is the
閉塞鍛造は、上下金型とパンチを用い、上下金型を型締めして素材を型空間に閉じ込めた後、素材にパンチを押し込んで型空間を埋め尽くして成形する方法である。この閉塞鍛造には複動鍛造プレスが用いられ、複数の加圧装置で上下金型とパンチとを別々のタイミングで加圧するようになっている。 Closed forging is a method in which an upper and lower mold and a punch are used, the upper and lower molds are clamped to confine the material in the mold space, and then the punch is pushed into the material to fill the mold space. A double-action forging press is used for the closed forging, and the upper and lower molds and the punch are pressed at different timings by a plurality of pressurizing devices.
鍛造プレスとして、コンロッド式、ナックル式、リンク式等の機械式のものがある。図21(a)、(b)に示すように、一般的なコンロッドプレスは、エキセン軸801と、エキセン軸801の偏心部に回転自在に嵌め込まれたコンロッド802が用いられ、コンロッド802の下端にスライド803が揺動自在に取り付けられた構造を有している。このため、エキセン軸801を回転させるとコンロッド802が揺動し、スライド803を上下に昇降させることができる。
Forging presses include mechanical types such as a connecting rod type, a knuckle type, and a link type. As shown in FIGS. 21A and 21B, a general connecting rod press uses an
コンロッドプレス等の機械式プレスはシンプルな回転運動と直線運動だけでスライド駆動ができるので、液圧式プレスに比べて高速かつ精度の良い運転ができる。 Since mechanical presses such as connecting rod presses can be slid by simple rotational and linear motions, they can be operated at higher speeds and higher accuracy than hydraulic presses.
鍛造プレス機械において、エキセン軸801には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構が連結されている。図1の負荷16は、図21(a)、(b)のエキセン軸801、コンロッド802、スライド803および図示しない減速機に相当する。
In the forging press machine, a drive mechanism such as a servo motor is connected to the
図3は、図2のサーボプレス機の動作を示す波形図である。位置指令値POS_REFは、エキセン軸801の回転角(0〜360°)を指示する。たとえばPOS_REF=0°(360°)は、スライド803がもっとも上に引き上げられた状態に対応し、POS_REF=180°は、スライド803がもっとも下に押し下げられた状態に対応する。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the servo press machine of FIG. The position command value POS_REF indicates the rotation angle (0 to 360 °) of the
たとえばプレス機械において、コントローラ10は、図3に示すような波形を有する位置指令値POS_REFを繰り返し生成する。POS_REF=180°の状態は、プレス動作に対応するため、モータ14の発生トルクが最も高くなる。したがって、パワーモジュール224に流れる電流IPMは、POS_REF=180°のときに大きくなり、したがってパワーモジュール224の発熱量もこのときが最も大きくなる。
For example, in a press machine, the
そこでコントローラ10は、位置指令値POS_REFと同期して、オープンループでモード制御信号MODEを生成する。具体的には、各時刻における位置指令値POS_REFの値に応じて、パワーモジュール224の発熱量が定まり、その発熱量に応じて、各時刻(いいかえれば位置指令値の値)ごとのモードが定められる。図3の例では、プレス動作中の状態φ2において第2モードとなり、その他の状態φ1では第1モードとなる。
Therefore, the
以上がサーボプレス機の動作である。
実施の形態に係るサーボ装置2によれば、その動作中にパワーモジュール224の温度やパワーモジュール224に流れる電流を検出せずに、位置指令値にもとづいてオープンループ制御にてパワーモジュール224の発熱量を制御する。
従来技術に開示されるような、温度や電流検出をともなうフィードバック制御(クローズドループ制御)では、フィードバックループによる応答遅れが発生する。この応答遅れにより、本来第2モードで動作すべき期間に第1モードで動作し、これによりパワーモジュール224が意図しない温度まで上昇したり、反対に、第1モードで動作すべき期間に、第2モードで動作し、これにより制御特性が劣化したりする可能性がある。
The above is the operation of the servo press.
According to the
In feedback control (closed loop control) with temperature and current detection as disclosed in the prior art, a response delay due to the feedback loop occurs. Due to this delay in response, the power module 224 operates in the first mode during the period in which it should originally operate in the second mode. As a result, the power module 224 rises to an unintended temperature. There is a possibility of operating in two modes, thereby degrading the control characteristics.
実施の形態にかかるサーボ装置2によれば、フィードバックループの応答遅れの影響を受けずに、パワーモジュール224の発熱量を制御し、その熱変動を抑制可能することができる。これにより、パワーモジュール224のパワーサイクル寿命を延ばすことができ、長期間、メンテナンスフリーでサーボ装置2を運用することができる。
According to the
続いて、コントローラ10による、モード制御信号MODEの生成方法を説明する。図4(a)〜(c)は、モード制御信号MODEの生成方法を示すフローチャートである。
Next, a method for generating the mode control signal MODE by the
(第1の生成方法)
図4(a)は、モード制御信号MODEの第1の生成方法を示す。
コントローラ10は、ユーザから、位置指令値POS_REFの波形の入力を受け付ける(S100)。
続いて、モード制御信号MODEを初期値(第1モード)に固定した状態で、入力された位置指令値POS_REFの波形を電力変換装置12に出力し、サーボ装置2を仮運転動作させる(S102)。
続いて、このときに電力変換装置12のパワーモジュール224に流れる電流波形IPMを測定する(S104)。
そして、電流波形IPMにもとづいて、モード制御信号MODEのパターンを決定する(S106)。たとえばコントローラ10は、電流波形IPMを所定のしきい値ITHと比較し、IPM<ITHのとき第1モードに、IPM>ITHのとき第2モードに設定する。
(First generation method)
FIG. 4A shows a first generation method of the mode control signal MODE.
The
Subsequently, in a state where the mode control signal MODE is fixed to the initial value (first mode), the waveform of the input position command value POS_REF is output to the
Then, to measure the current waveform I PM flowing in the power module 224 of the
Then, based on the current waveform I PM, to determine the pattern of the mode control signal MODE (S106). For example, the
(第2の生成方法)
図4(b)は、モード制御信号MODEの第2の生成方法を示す。
コントローラ10は、ユーザから、位置指令値POS_REFの波形の入力を受け付ける(S200)。
続いて、モード制御信号MODEを初期値(第1モード)に固定した状態で、入力された位置指令値POS_REFの波形を電力変換装置12に出力し、電力変換装置12を動作させる(S202)。
続いて、このときに電力変換装置12のパワーモジュール224の温度TPMを測定する(S204)。
そして温度の波形TPMにもとづいて、モード制御信号MODEのパターンを決定する(S206)。たとえばコントローラ10は、温度波形TPMを所定のしきい値TTHと比較し、TPM<TTHのとき第1モードに、TPM>TTHのとき第2モードに設定する。
(Second generation method)
FIG. 4B shows a second generation method of the mode control signal MODE.
The
Subsequently, in a state where the mode control signal MODE is fixed to the initial value (first mode), the waveform of the input position command value POS_REF is output to the
Subsequently, at this time, the temperature T PM of the power module 224 of the
And based on the temperature of the waveform T PM, to determine the pattern of the mode control signal MODE (S206). For example, the
(第3の生成方法)
図4(c)は、モード制御信号MODEの第3の生成方法を示す。
コントローラ10は、ユーザから、位置指令値POS_REFの波形の入力を受け付ける(S300)。
(Third generation method)
FIG. 4C shows a third generation method of the mode control signal MODE.
The
コントローラ10は、位置指令値POS_REFの波形から、パワーモジュール224に流れる電流IPMの波形を計算する。モータ14の特性、負荷16の構造が既知であれば、位置指令値POS_REFの波形から電流IPMを計算することは可能である(S302)。
コントローラ10は、計算された電流波形IPMにもとづき、モード制御信号MODEのパターンを決定する(S304)。たとえばコントローラ10は、電流波形IPMを所定のしきい値ITHと比較し、IPM<ITHのとき第1モードに、IPM>ITHのとき第2モードに設定する。
The
あるいはコントローラ10は、低減率k、電流しきい値ITH2、負荷しきい値LoadTHの3つのパラメータを定めておき、式(1)、(2)により、各サイクルiにおける負荷Loadiを順次算出していき、Loadi<LoadTHのとき第1モードに、Loadi>LoadTHのとき第2モードに設定してもよい。
IPM>ITH2のとき、Loadi+1=Loadi+(IPM−ITH2)2 …(1)
IPM<ITH2のとき、Loadi+1=Loadi−k(IPM−ITH2)2 …(2)
なお式(1)は過熱状態、式(2)は冷却状態を記述するものであるが、(IPM−ITH2)が同じ値であっても、過熱と冷却で温度変化幅が異なることも想定される。そこで冷却効率が過熱効率と同等な系では、低減率k=1とし、冷却効率が過熱効率より低い系では、その値を適切な値(<k)に設定することにより、系の過熱、冷却プロセスをより正確に記述することが可能となる。
Alternatively, the
When I PM > I TH2 , Load i + 1 = Load i + (I PM −I TH2 ) 2 (1)
When I PM <I TH2 , Load i + 1 = Load i −k (I PM −I TH2 ) 2 (2)
Note that equation (1) describes the overheating state and equation (2) describes the cooling state, but even if (I PM −I TH2 ) is the same value, the temperature change width may differ between overheating and cooling. is assumed. Therefore, in a system where the cooling efficiency is equal to the superheat efficiency, the reduction rate k is set to 1, and in a system where the cooling efficiency is lower than the superheat efficiency, the value is set to an appropriate value (<k), so that the system is overheated and cooled. It becomes possible to describe the process more accurately.
実施の形態に係るサーボ装置2によれば、ユーザが位置指令値POS_REFの波形を入力すると、その波形に応じて、コントローラ10が自動的にモード制御信号MODEを生成することができる。
According to the
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.
(変形例1)
実施の形態では、第1モードと第2モードで、変調方式の制御と、冷却ファンの回転数の制御を併用する場合を説明したが、いずれか一方のみを用いてもよい。つまり、冷却ファンの回転数はモードとは無関係に固定してもよい。あるいは、変調方式はモードとは無関係に固定してもよい。
(Modification 1)
In the embodiments, the case where the modulation mode control and the cooling fan rotation speed control are used in combination in the first mode and the second mode has been described, but only one of them may be used. That is, the rotation speed of the cooling fan may be fixed regardless of the mode. Alternatively, the modulation method may be fixed regardless of the mode.
(変形例2)
モードに応じて、変調方式を制御することに代えて、あるいはそれに加えて、変調周波数(キャリア周波数)を制御してもよい。変調周波数を低下させると、制御特性が低下する反面、消費電力が小さくなる。したがって、第2モードの周波数を、第1モードの変調周波数より低く設定することで、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(Modification 2)
Depending on the mode, the modulation frequency (carrier frequency) may be controlled instead of or in addition to controlling the modulation method. When the modulation frequency is lowered, the control characteristic is lowered, but the power consumption is reduced. Therefore, by setting the frequency of the second mode to be lower than the modulation frequency of the first mode, the same effect as in the embodiment can be obtained.
(変形例3)
あるいは、第1モード、第2モードに加えて、さらに別のモードを用意し、3つ以上のモードを切りかえてもよい。
(Modification 3)
Alternatively, in addition to the first mode and the second mode, another mode may be prepared and three or more modes may be switched.
(変形例4)
実施の形態では、産業機械100の動作について、サーボプレス機を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば射出成形機の場合も、サーボプレス機と同様にモード制御を行えばよい。
(Modification 4)
In the embodiment, the servo press machine has been described for the operation of the
(変形例5)
上述のように産業機械100は、ステージであってもよい。図5は、XYステージの動作を示す波形図である。位置指令値POS_REFは、ステージのX方向の座標を指示する。
(Modification 5)
As described above, the
XYステージの場合、ステージを加速、あるいは減速させるときにパワーモジュールに大きな電流が流れる。したがって、加速、減速のタイミングに応じて、モードを切りかえてもよい。ステージの場合であっても、図4(a)〜(c)のフローチャートにしたがってモード制御信号MODEを生成することができる。 In the case of the XY stage, a large current flows through the power module when the stage is accelerated or decelerated. Therefore, the mode may be switched according to the timing of acceleration and deceleration. Even in the case of the stage, the mode control signal MODE can be generated in accordance with the flowcharts of FIGS.
(変形例6)
実施の形態では、コントローラ10が、位置指令値の生成(位置制御)と、モード制御信号の生成(モード制御)を行う場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば、電力変換装置12のモード制御部260が位置指令値POS_REFを受け、それにもとづいてモード制御信号MODEを生成し、モードを切りかえてもよい。この場合、モード制御部260は、位置指令値POS_REFとモード制御信号MODEを対応づけるテーブルを含んでもよいし、位置指令値POS_REFからモード制御信号MODEを算出する演算部を含んでもよい。
(Modification 6)
In the embodiment, the case has been described in which the
2…サーボ装置、10…コントローラ、12…電力変換装置、14…モータ、16…負荷、4…コントローラ、202…コントローラ、203…トルク指令値生成部、204…減算器、206…PI制御部、210…パルス変調器、220…インバータ、222…ゲート駆動回路、224…パワーモジュール、226…冷却ファン、260…モード制御部、100…産業機械。
2 ... Servo device, 10 ... Controller, 12 ... Power converter, 14 ... Motor, 16 ... Load, 4 ... Controller, 202 ... Controller, 203 ... Torque command value generation unit, 204 ... Subtractor, 206 ... PI control unit, DESCRIPTION OF
Claims (10)
モータと、
あらかじめ定められた波形を有する位置指令値を生成するコントローラと、
パワーモジュールを含み、現在の位置に応じた位置検出値が位置指令値と一致するように前記モータを駆動するとともに、少なくとも、通常の第1モードと、前記パワーモジュールの温度上昇を抑制可能な第2モードと、が切りかえ可能であり、位置指令値と同期したあらかじめ定められたパターンで第1モードと第2モードが切りかえられる電力変換装置と、
を備えることを特徴とするサーボ装置。 A servo device for controlling the position of an object according to a predetermined sequence,
A motor,
A controller that generates a position command value having a predetermined waveform;
The power module is included, and the motor is driven so that the position detection value corresponding to the current position matches the position command value, and at least the normal first mode and the temperature increase of the power module can be suppressed. A power converter capable of switching between two modes and switching between a first mode and a second mode in a predetermined pattern synchronized with a position command value;
A servo device comprising:
前記電力変換装置は、前記第1モードにおいて、3相変調によりモータを駆動し、前記第2モードにおいて、2相変調によりモータを駆動するよう構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のサーボ装置。 The motor is a three-phase motor;
The power converter is configured to drive a motor by three-phase modulation in the first mode and to drive a motor by two-phase modulation in the second mode. The servo device described.
前記第1モードと前記第2モードとで、前記冷却用ファンの回転数が異なることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のサーボ装置。 The power conversion device includes a cooling fan for cooling the power conversion device itself,
4. The servo device according to claim 1, wherein the number of rotations of the cooling fan differs between the first mode and the second mode. 5.
ユーザからの前記位置指令値の波形の入力を受け付ける第1ステップと、
前記電力変換装置のモードを指示するモード制御信号を初期値に固定した状態で、入力された前記位置指令値の波形を前記電力変換装置に出力する第2ステップと、
前記第2ステップにおいて、前記電力変換装置のパワーモジュールに流れる電流波形を測定する第3ステップと、
前記電流波形にもとづいて、前記モード制御信号のパターンを生成する第4ステップと、
を実行することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のサーボ装置。 The controller is
A first step of receiving an input of a waveform of the position command value from a user;
A second step of outputting a waveform of the input position command value to the power conversion device in a state in which a mode control signal instructing a mode of the power conversion device is fixed to an initial value;
In the second step, a third step of measuring a current waveform flowing in the power module of the power converter,
A fourth step of generating a pattern of the mode control signal based on the current waveform;
The servo device according to claim 1, wherein the servo device is executed.
ユーザからの前記位置指令値の波形の入力を受け付ける第1ステップと、
前記電力変換装置のモードを指示するモード制御信号を初期値に固定した状態で、入力された前記位置指令値の波形を前記電力変換装置に出力する第2ステップと、
前記第2ステップにおいて、前記電力変換装置のパワーモジュールの温度の波形を測定する第3ステップと、
前記温度の波形にもとづいて、前記モード制御信号のパターンを生成する第4ステップと、
を実行することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のサーボ装置。 The controller is
A first step of receiving an input of a waveform of the position command value from a user;
A second step of outputting a waveform of the input position command value to the power conversion device in a state in which a mode control signal instructing a mode of the power conversion device is fixed to an initial value;
In the second step, a third step of measuring a temperature waveform of the power module of the power converter,
A fourth step of generating a mode control signal pattern based on the temperature waveform;
The servo device according to claim 1, wherein the servo device is executed.
ユーザからの前記位置指令値の波形の入力を受け付ける第1ステップと、
前記サーボ装置を前記位置指令値にもとづいて動作させたときに前記パワーモジュールに流れるであろう電流波形を計算する第2ステップと、
前記電流波形にもとづいて、前記電力変換装置のモードを指示するモード制御信号のパターンを生成する第3ステップと、
を実行することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のサーボ装置。 The controller is
A first step of receiving an input of a waveform of the position command value from a user;
A second step of calculating a current waveform that will flow through the power module when the servo device is operated based on the position command value;
A third step of generating a mode control signal pattern for instructing a mode of the power converter based on the current waveform;
The servo device according to claim 1, wherein the servo device is executed.
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