CN101517887B - 多台交流线性电动机的控制方法、多台交流线性电动机驱动装置和多台交流线性电动机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连接多台同一规格的交流线性电动机，使它们同时工作，由此在表面上如一台线性电动机那样控制具有希望的推力的一组线性电动机的方法。一种多台线性电动机的控制方法，连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，作为一组的交流线性电动机控制，使交流线性电动机的动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔变为相同地紧合交流线性电动机；将所述交流线性电动机中的任意一个作为主交流线性电动机，通过根据主交流线性电动机的反馈信号生成的指令信号和使所述主交流线性电动机的相电流和其他交流线性电动机的相电流进行比较从而取得的电流差分信息，控制所述一组的交流线性电动机。
Description
技术领域
本发明涉及通过连接多台同一规格的交流线性电动机(线圈特性、输入输出特性等规格相同)，使它们同时工作，由此在表面上如一台线性电动机那样控制具有所希望的推力的多台交流线性电动机的方法、多台交流线性电动机驱动装置及其系统。
背景技术
在工作机械的各种台、产业用机器人的行驶部、各种输送装置中经常使用的线性电动机致动器具有对台等可动体提供直线运动，并且使可动体在给定的位置停止的功能。作为它们的驱动部件，使用交流线性同步电动机、交流线性感应电动机等(以下，线性电动机)，但是其构造是在定子或者动子的一部分卷绕由铜线构成的励磁线圈，使励磁流电流到励磁线圈，产生驱动力，进行直线运动。
对线性电动机要求的推力由线性电动机移动的工作台的重量和速度决定。而由于能取得的线性电动机以一定规格制造，所以具有无法容易取得适合于要求推力的线性电动机的情形。此外，随着要求推力增大，有必要新设计和开发与它相称的线性电动机驱动装置，如果对线性电动机要求的推力越大，在线性电动机驱动装置的开发中需要很多的时间和劳力，并且必须解决很多技术的课题。
作为同时驱动多个线性电动机的线性电动机驱动装置，知道以下的技术。文献1中记载的线性电动机驱动装置是同时驱动大致平行的2个线性电动机的线性电动机驱动装置，涉及根据来自外部的指令，生成推力的发生所必要的励磁电流，使取得的励磁电流对各线性电动机输出，同时驱动2个线性电动机的线性电动机驱动装置。
可是，该技术是同时驱动规格不同的2个线性电动机的线性电动机驱动装置，是与本发明的目的的连接多台同一规格的线性电动机，作为具有所希望的推力的一组的线性电动机来行驶、控制的技术似是而非的技术。
文献2涉及使刺绣框在X轴方向或者Y轴方向驱动的线性电动机经过总动力的细分化，在外部连线，由此通过一个驱动器和一个线性刻度，同时控制多个线性电动机的技术。在文献2中，使线性电动机的动子块的三相线圈的6个向外部引出，在外部连接多个线性电动机，通过一个驱动器和一个线性刻度，控制多个线性电动机。因此，是与本发明的目的的连接多台同一规格的线性电动机，作为具有所希望的推力的一组的线性电动机来行驶、控制的技术似是而非的技术。
如上所述，未公开组合多台作为标准产品，通用地制造的线性电动机，由此实现所希望的推力，使多台线性电动机如1台线性电动机那样控制的技术。
专利文献1：特开2003-284388号公报
专利文献2：特开2004-024877号公报
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供连结多台同一规格的交流线性电动机(线圈特性、输入输出特性等规格相同)，使它们同时工作，作为具有所希望的推力的一组线性电动机，在表面上如一台线性电动机那样控制有关的多台交流线性电动机的方法、驱动有关的多台交流线性电动机的线性电动机驱动装置及其系统。
本发明是多台线性电动机的控制方法，连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，作为一组的交流线性电动机控制，按照使交流线性电动机的动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔变为相同的方式紧合交流线性电动机；使所述交流线性电动机中的任意一个作为主交流线性电动机，通过根据交流线性电动机的反馈信号生成的指令信号和使所述主交流线性电动机的相电流和其他交流线性电动机的相电流比较从而取得的电流差分信息，控制所述一组的交流线性电动机。
据此，组合多台以一定规格制造的交流线性电动机，能变为具有所希望的推力的交流线性电动机。
优选所述相电流的比较是基于运算放大器和比较器的电流波形的比较，所述电流差分信息是电流波形的差异比例。通过比较电流波形，能以高精度监视连结的交流线性电动机的状况，能可靠地防止交流线性电动机线圈的烧损等。
优选包含比较对所述主交流线性电动机的线圈供给励磁电流的交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压值和其他交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压值，取得的电压差分信息，控制所述一组的线性电动机。据此，能二重保护交流线性电动机。此外，优选计算所述交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压的平均值，在所述反馈信号中包含该平均值，控制。
本发明是多台交流线性电动机系统，连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，作为一组的交流线性电动机控制，包括：按照交流线性电动机的动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔变为同一间隔的方式紧合的多台交流线性电动机；和交流线性电动机驱动装置包含：与所述交流线性电动机一对一地对应对所述交流线性电动机的线圈供给励磁电流的驱动电流供给部、包含比较各交流线性电动机的相电流的电流比较器的保护监视部、使所述交流线性电动机中的一台作为主交流线性电动机并且生成包含来自主交流线性电动机的反馈信号和所述保护监视部生成的信号并对所述驱动电流供给部配送的指令信号的控制指令部。
优选所述保护监视部还具有比较所述驱动电流供给部的一次侧电压的电压比较器。此外，所述电流比较器适合具有运算放大器和比较器。优选此外，所述电压比较器具有计算所述驱动电流供给部的一次侧线间电压的平均值，将该平均值作为所述反馈信号，对所述控制指令部配送的部件。
本发明是多台交流线性电动机驱动装置，控制连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，按照动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔成为相同间隔的方式紧合的一组多台交流线性电动机，包括：与所述交流线性电动机一对一对应，对所述交流线性电动机的线圈供给驱动电流的驱动电流供给部；包含比较所述交流线性电动机的相电流的电流比较器的保护监视部；控制指令部，使所述交流线性电动机中的一台作为主交流线性电动机，并且生成包含来自主交流线性电动机的反馈信号和所述保护监视部生成的电流比较信号，对所述驱动电流供给部配送的指令信号。
优选所述保护监视部还具有比较所述驱动电流供给部的一次一侧电压的电压比较器。优选此外，所述电流比较器具有运算放大器和比较器。
根据本发明，连结多台同一规格的交流线性电动机，使它们同时工作，由此能在表面上如一台线性电动机那样控制作为具有所希望的推力的一组线性电动机。
附图说明
图1是表示线性电动机致动器的一个例子的立体图。
图2是表示从图1所示的线性电动机致动器去除台板的状态的立体图。
图3是表示励磁线圈和台板的结合状态的立体图(包含励磁线圈的构造的剖视图)。
图4是连结同一规格的2台交流线性同步电动机时的线性电动机致动器的立体图。
图5是表示从图4所示的立体图取下台板的状态的立体图。
图6是线性电动机驱动装置的结构框图。
图7是表示保护和监视部的U相电流不平衡比较器的细节的图。
图8是表示在保护和监视部中比较相电流时的电流波形和比较总线电压时的电压波形的比较状况的图。
符号的说明。
1-基构件；2-轨道；3-滑动台；4-交流线性同步电动机；5-滑块；6-台板；40-定子磁铁；41-励磁线圈；100-线性电动机驱动装置(交流线性电动机驱动装置)；101-对交流线性同步电动机供给驱动电流的驱动电流供给部(变极器)；102-保护和监视部；103-控制指令部。
具体实施方式
图1是使用1台交流线性同步电动机的线性电动机驱动装置的立体图。另外，虽然在该实施方式中，是交流线性同步电动机，但是应用的线性电动机并不局限于同步电动机。
线性电动机致动器由基构件1、铺设在基构件1上的轨道2、能沿着该轨道2自由往返运动的滑动台3、在基构件1上推进该滑动台3的交流线性同步电动机4、交流电动机驱动装置100构成。
线性电动机致动器的构成构件的基构件1具有底板10、在该底板10的两侧立设的一对侧壁11、11，形成沟道状，在底板10，沿着基构件1的纵向形成用于使轨道2定位的安装沟12。
此外，滑动台3由沿着轨道2运动的滑块5、固定在该滑块5上的台板6构成。
图2是表示从图1所示的立体图取下台板6的状态的立体图。滑块5与轨道2一起，构成线性导向器(linear guide)，沿着轨道2引导台板6。
交流线性同步电动机4的输出(推力)由安放在滑动台3上的负荷的大小决定。一般，交流线性同步电动机4的推力由通过在电动机的励磁线圈41中流动的驱动电流在动子(在本说明书中使动子表现为交流线性同步电动机4)的磁极产生的磁场、和在基构件1的各侧壁11排列为一列的多个定子磁铁40的斥力决定。
在基构件1的各侧壁11，定子磁铁40排列为使N极和S极交替朝向励磁线圈41。这些定子磁铁40排列在合成树脂制的保持板42上，使有关的保持板42与基构件1的各侧壁11的内侧面紧贴，能容易进行定子磁铁40对于基构件1的排列。此外，通过使保持板42注射模塑成形，定子磁铁40与保持板42一体化。
此外，对于由铁等的强磁性体形成的核心构件，卷绕线圈，形成励磁线圈41。在该线性电动机致动器中，存在与在基构件1的各侧壁11排列的定子磁铁40相对的一对励磁线圈41、41，但是在图2所示的例子中，使用一个核心板(core plate)43形成这一对励磁线圈41、41。
图3是表示励磁线圈41和台板6的结合状态的立体图，励磁线圈41的构造作为剖视图描画。在核心板43卷绕线圈44，形成励磁线圈41。该核心板43由与所述台板6结合的中央部43a、位于该中央部43a的两侧的一对核心部43b、43b构成，在核心部43b分别形成用于容纳线圈44的槽。
即通过对各核心部43b卷绕线圈44，来由核心板43构成一体化的一对励磁线圈41。各励磁线圈41具有U相、V相和W相的三相的线圈44，对于这些线圈44，使交流电动机驱动装置100供给的三相交流电流流过，对励磁线圈41，产生沿着定子磁铁40的排列方向的推力。
在图2中，在基构件1的一方的侧壁固定有截面大致L字型的托架13，在托架13的上表面，沿着基构件1的纵向，粘贴线性刻度14。此外，在所述台板6的下表面固定有按照该台板6的移动来读取线性刻度14的编码器15，以与台板6的移动速度对应的间隔输出脉冲信号。
在对励磁线圈41的通电、编码器15的输出信号的传送中使用柔性印刷电路板，它们固定在台板6的下表面，向基构件1的侧方引出，与交流电动机驱动装置100连接。
在如以上那样构成的线性电动机致动器中，如果对固定在台板6上的励磁线圈41通三相交流电流，在励磁线圈41就发生沿着定子磁铁40的排列方向的推力，滑动台3沿着轨道2进退。所述编码器15读取线性刻度14，输出与滑动台3的移动速度以及移动距离对应的输出信号，所以一边参照编码器15的输出，一边控制向励磁线圈41的通电，能任意控制滑动台3的往返运动。
线性电动机致动器如上述那样进行往返运动，但是根据线性电动机致动器的负荷，有时在生产线上制造的规格的交流线性同步电动机中无法取得要求的推力的情况。在有关的情况下，按以下那样组合控制标准产品的交流线性同步电动机，由此作成满足要求的推力的交流线性同步电动机，能进行行驶控制。
图4表示连结同一规格的2台交流线性同步电动机时的线性电动机致动器的立体图。此外，图5是表示从图4所示的立体图取下台板6的状态的立体图。另外，在本实施方式中，使用2台交流线性同步电动机，但是在3台以上也同样能应用它，此外，并不局限于交流线性同步电动机。
例如，通过螺栓固定等，不松懈地牢固地使同一规格的交流线性同步电动机4a、交流线性同步电动机4b连接到台板6上。这里，连接2个交流线性同步电动机时，交流线性同步电动机4a的励磁线圈41a和与它相邻的交流线性同步电动机4b的励磁线圈41b的间隔变为与励磁线圈41的间距(U相、W相、V相生成的磁极的间距)相同地连接。
通过这样紧合2台交流线性同步电动机，由动子即交流线性同步电动机4的励磁线圈41a、41b生成的磁极(U、W、V、U、W、V相)和定子磁铁40一对一对应，能取得在励磁线圈41具有沿着定子磁铁40的排列方向的推力(与一个交流线性同步电动机相比，最多为2倍的推力)的线性电动机致动器。
滑块5和轨道2结合起来，构成线性导向器，沿着轨道2引导台板6。如图5所示，交流线性同步电动机4a的励磁线圈41a和交流线性同步电动机4b的励磁线圈41b连续，以同一磁极间距排列，构成一组的交流线性同步电动机。
在对励磁线圈41a、41b的通电、编码器15的输出信号的传送中使用柔性印刷电路板，这些柔性印刷电路板固定在台板6的下表面，向基构件1的侧方引出，与交流电动机驱动装置100连接。
在如以上那样构成的线性电动机致动器中，2台交流线性同步电动机中的任意一个为主交流线性同步电动机(主线性电动机)，另一交流线性同步电动机为从线性电动机，对固定在台板6上的励磁线圈41a、41b，流过三相交流电流。据此，在励磁线圈41a、41b产生沿着定子磁铁40的排列方向的推力，滑动台3沿着轨道2进退。
这里，由于所述编码器15读取线性刻度14，输出与主交流线性同步电动机4a的滑动台3的移动速度以及移动距离对应的输出信号，所以一边参照编码器15的输出，一边将与位置信息、速度信息有关的信号反馈给交流电动机驱动装置100。
根据从编码器15反馈而来的信号，同时控制连结的2台交流线性同步电动机的是线性电动机驱动装置100。图6是线性电动机驱动装置的结构框图。线性电动机驱动装置100包含对交流线性同步电动机供给驱动电流的驱动电流供给部(这里，变极器)101、保护和监视部102、以及控制指令部103。另外，驱动电流供给部101按每个交流线性同步电动机设置，与交流线性同步电动机4a对应的是驱动电流供给部101a，与交流线性同步电动机4b对应的是驱动电流供给部101b。另一方面，保护和监视部102和控制指令部103分别是一台，与全部交流线性同步电动机对应。
保护和监视部102包含比较驱动电流供给部101a、101b的输出电流即交流线性同步电动机4a、4b的U相、V相的相电流的U相电流不平衡比较器、V相电流不平衡比较器；以及比较驱动电流供给部101a、101b的1次电压即总线电压的总线电压不平衡比较器而构成。另外，比较的相电流是至少U、V、W相中的任意2相的比较即可，关于另1相，能从理论计算求出。
控制指令部103根据来自编码器15的反馈信号、来自保护和监视部102的保护和监视信号，生成用于控制交流线性同步电动机4的行驶的指令信号。
图7是表示保护和监视部102的U相电流不平衡比较器的细节的图。由模拟运算放大器和比较器构成不平衡比较器。如果将交流线性同步电动机4a的U相电流(IU1)和交流线性同步电动机4b的U相电流(IU2)输入给模拟运算放大器，根据各电波波形的差异而输出IU1和IU2的差分值或者差异的比例。按照将该差分值或者差异的比例输入给比较器，与预先设定的某值或者比例比较，超过该值或者比例的情况下，输出错误信号的方式构成。另外，在本实施方式中，作为阈值，输出波形的差异比例。此外，电流波形的差异比例超过30％时，输出错误，从而确认能进行良好的行驶控制。
将从保护和监视部102输出的错误信号输入给控制指令部103，控制指令部103输出使交流线性同步电动机停止的指令信号。
图8是表示在保护和监视部102中的相电流波形和总线电压值的比较状况的图。图8(a)是交流线性同步电动机4a的U相电流(IU1)和交流线性同步电动机4b的U相电流(IU2)的模拟运算放大器的电流波形的不平衡比较图。
交流线性同步电动机4a、4b是同一规格，磁极间距也相同，并且对驱动电流供给部输出的指令信号也相同，所以基本上由保护和监视部102的比较器比较的电波波形应该成为相同。可是，由于经时变化，如果电动机的线圈恶化，就如图8(a)所示，电流波形有差异。此外，交流线性同步电动机的连接由于任意的要因而松弛，如果在磁极间距和相邻的动子的磁极间隔(4a、4b之间)产生偏移，就表现为电流的相位不同。因此，IU1和IU2的电流值将30％作为阈值，超过它时，对控制指令部103输出异常信号，能使2台交流线性同步电动机安全地行驶。
图8(b)是表示用总线电压不平衡比较器监视驱动电流供给部101a、101b的1次电压即总线电压的状况的图。将对交流线性同步电动机4a、4b供给的驱动电流作为直流电压监视。如果交流线性同步电动机4a、4b减速，反电动势就作为再生能量回到电源，因此，总线电压上升。有关的再生能量引起的总线电压的上升也相同，但是，在交流线性同步电动机的安装时，由于相邻的动子的磁极间隔与动子的磁极间距不一致等安装问题、此后的连结部的松弛、励磁线圈的经年恶化等，发生本来VDC1的再生能量成为如VDC2那样大的反电动势，再生的情形。
据此，如果一部分的交流线性同步电动机的再生能量引起的总线电压的上升增大，就会烧损交流线性同步电动机的线圈，无法控制多台交流线性同步电动机。监视它，在两者的总线电压值的差超过例如20％时，对控制指令部103输出错误信号，使交流线性同步电动机4a、4b停止，由此能防止电动机线圈的烧损。
通过交流线性同步电动机4a、4b的相电流的监视、驱动电流供给部101a、101b的总线电压的监视而进行二重保护，能安全地控制同一规格的2台交流线性同步电动机。
本说明书根据2006年9月29日提出的特愿2006-268804。其内容全部包含在这里。
Claims (11)
1.一种多台交流线性电动机的控制方法，连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，作为一组的交流线性电动机进行控制，
按照使交流线性电动机的动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔变为相同的方式来紧合交流线性电动机；
将所述交流线性电动机中的任意一个作为主交流线性电动机，通过根据主交流线性电动机的反馈信号生成的指令信号、和对所述主交流线性电动机的相电流与其他交流线性电动机的相电流进行比较从而取得的电流差分信息，控制所述一组的交流线性电动机。
2.根据权利要求1所述的多台交流线性电动机的控制方法，其特征在于：
所述相电流的比较是基于运算放大器和比较器的电流波形的比较，所述电流差分信息是电流波形的差异比例。
3.根据权利要求1或2所述的多台交流线性电动机的控制方法，其特征在于：
包含比较对所述主交流线性电动机的线圈供给励磁电流的交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压值和其他交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压值而取得的电压差分信息，控制所述一组的交流线性电动机。
4.根据权利要求1或2所述的多台交流线性电动机的控制方法，其特征在于：
计算所述交流线性电动机驱动装置的一次侧线间电压的平均值，在所述反馈信号中包含该平均值。
5.一种多台交流线性电动机系统，连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，作为一组的交流线性电动机控制，包括：
按照使交流线性电动机的动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极的间隔变为相同间隔的方式紧合的多台交流线性电动机；和
交流线性电动机驱动装置，具备：与所述交流线性电动机一对一地对应、对所述交流线性电动机的线圈供给励磁电流的驱动电流供给部；包含比较各交流线性电动机的相电流的电流比较器的保护监视部；和将所述交流线性电动机中的一台作为主交流线性电动机，生成配送给所述驱动电流供给部的指令信号的控制指令部，该指令信号包含来自主交流线性电动机的反馈信号和所述保护监视部生成的信号。
6.根据权利要求5所述的多台交流线性电动机系统，其特征在于：
所述保护监视部还具有比较所述驱动电流供给部的一次侧电压的电压比较器。
7.根据权利要求5或6所述的多台交流线性电动机系统，其特征在于：
所述电流比较器具有运算放大器和比较器。
8.根据权利要求6所述的多台交流线性电动机系统，其特征在于：
所述电压比较器具有计算所述驱动电流供给部的一次侧线间电压的平均值，并将该平均值作为所述反馈信号配送给所述控制指令部的部件。
9.一种多台交流线性电动机驱动装置，对连结多台同一规格的交流线性电动机的动子，并且按照动子的磁极间距和相邻的动子的相邻磁极间隔成为相同间隔的方式紧合的一组多台交流线性电动机进行控制，包括：
驱动电流供给部，与所述交流线性电动机一对一对应，对所述交流线性电动机的线圈供给驱动电流；
保护监视部，包含比较所述交流线性电动机的相电流的电流比较器；
控制指令部，将所述交流线性电动机中的一台作为主交流线性电动机，并且生成配送给所述驱动电流供给部的指令信号，该指令信号包含来自主交流线性电动机的反馈信号和所述保护监视部生成的电流比较信号。
10.根据权利要求9所述的多台交流线性电动机驱动装置，其特征在于：
所述保护监视部还具有比较所述驱动电流供给部的一次侧电压的电压比较器。
11.根据权利要求9或10所述的多台交流线性电动机驱动装置，其特征在于：
所述电流比较器具有运算放大器和比较器。
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