CN101635499A - 圆筒型线性电动机及使用其的电磁悬架及电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高阻尼且高推力的线性电动机及使用其的电磁悬架及电动动力转向装置。定子(2)具有定子绕组(7)和定子铁心(5)。移动件(3)具备移动件铁心(11)和多个永久磁铁(9)。定子铁心(5)具备：在移动件侧的表面具有多个小磁极(51b)的多个定子铁心磁极(51)；配置于定子铁心磁极的两端的两个辅助磁极(53)；与定子铁心及辅助磁极一同构成磁路的轭部。利用定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化。分别位于与多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个小磁极(51b)对置的位置的移动件(3)的多个永久磁铁(9)构成为相同极性。

Description

圆筒型线性电动机及使用其的电磁悬架及电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及圆筒型线性电动机及使用其的电磁悬架(Electromagneticsuspension)及电动动力转向装置。
背景技术
探讨了对于永久磁铁式圆筒线性电动机，尝试使用逆变器，限制新干线的车辆或汽车等的摆动。在这种情况下，在逆变器发生了故障的情况下，也只要使圆筒型线性电动机的三相之间的端子短路，确保大的衰减(阻尼(damping))力，就能够消除与线性电动机并列设置的液压阻尼器或将其减小，能够以小型、低价格构成悬架系统整体。
以往，在这些中，作为用作电磁悬架的电动机的线性电动机，已知使用永久磁铁三相同步型圆筒型线性电动机(例如，参照专利文献1)。在三相同步型圆筒型线性电动机中，形成为在双重筒的外筒(定子)的内周侧设置有磁极，在其间安装了线圈的结构，形成为在内筒(移动件)的外周侧安装有磁铁的结构。进而，如专利文献1中所述，通过将磁极的间距(τm)和永久磁铁(τp)的极间距形成为2/3＜τm/τp＜4/3的结构，实现小型高推力、低推力脉动的圆筒型线性电动机。
另外，作为其他圆筒型线性电动机，已知有形成为按U相、V相、W相每一个独立的结构的磁极，磁极的间距(τm)和永久磁铁(τp)的磁间距的关系为1/2＜τm＜τp，即τm＜τp＜1/2的结构(例如，参照专利文献2)。
【专利文献1】日本特开2006-187079号公报；
【专利文献2】日本特开2005-51884号公报。
然而，在专利文献1中记载的结构中，磁极的间距(τm)和永久磁铁(τp)的磁间距之比为2/3＜τm/τp＜4/3，因此，由于永久磁铁的磁路的饱和，能够发挥的推力存在极限，存在高阻尼不能发挥的问题。
另外，在专利文献2中记载的线性电动机中，磁极的间距(τm)和永久磁铁(τp)的磁间距之比为τm/τp＜1/2的结构，因此，频率高，不需要增大定子绕组的磁通量，故能够增大定子绕组封闭的切槽(slot)面积，所以能够形成为具备高阻尼的性质的电动机。但是，在专利文献2中记载的结构中，U相、V相、W相分别独立地构成磁路，因此，向各相间插入间隔物，设置有与性能无关的空间，因此，存在每个体积的推力、阻尼减少的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供高阻尼，且高推力的线性电动机及使用其的电磁悬架及电动动力转向装置。
本发明的最具有代表性的特征在于，其具有：圆筒状的定子；圆筒状的移动件，其相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动，所述圆筒型线性电动机的特征在于，所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置的所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性。
另外，作为本发明的其他特征，利用定子铁心构成的磁路三相共有化，定子的多个所述小磁极的间距与移动件的多个永久磁铁的间距相等。
本发明的代表性圆筒型线性电动机装置，其具有：圆筒型线性电动机，其具有圆筒状的定子和圆筒状的移动件，所述圆筒状的移动件相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动；位置传感器，其用于检测在所述定子铁心的磁路内配置的所述移动件的磁极位置；控制装置，其根据所述位置传感器的输出算出所述移动件的位置，由此控制供给所述线性电动机的电流，所述圆筒型线性电动机装置的特征在于，所述圆筒型线性电动机的所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置的所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性。
进而，这些圆筒型线性电动机适用于电磁悬架或电动动力转向装置。
通过所述结构，得到高阻尼且高推力。
发明效果
根据本发明可知，能够使线性电动机及使用其的电磁悬架高阻尼且高推力。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的结构的横剖视图。
图2是图1的a-a剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的主要部分结构的横剖视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的主要部分的其他结构的横剖视图。
图5是表示使用了本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构的方框图。
图6是表示用于本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的三相短路的结构的方框图。
图7是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第一形状的横剖视图。
图8是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第二形状的横剖视图。
图9是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第三形状的横剖视图。
图10是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的磁铁的其他形状的横剖视图。
图11是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第四形状的横剖视图。
图12是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第五形状的横剖视图。
图13是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第六形状的横剖视图。
图14是表示本发明的第二实施方式的圆筒型线性电动机的结构的横剖视图。
图15是表示本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的结构的横剖视图。
图16是表示使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构的方框图。
图17是使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中的磁极位置传感器的输出信息的修正原理的说明图。
图18是表示使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路的结构的方框图。
图19是使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路的动作及修正结构的说明图。
图20是使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路的动作及修正结果的说明图。
图21是将本发明的各实施方式的圆筒型线性电动机作为电磁悬架来使用的铁道车辆的结构图。
图22是适用了本发明的各实施方式的圆筒型线性电动机的齿条&小齿轮方式的电动动力转向装置的结构图。
图中：1-圆筒型线性电动机；2-定子；3-移动件；4-定子盒；5-定子铁心；51-定子铁心磁极；51a-定子铁心齿部；51b-定子铁心小磁极；51c-定子铁心小磁极狭缝；51d-定子铁心小磁极轭；52-定子铁心轭；53-辅助磁极；53a-辅助磁极齿部；53b-辅助磁极小磁极；53c-辅助磁极小磁极狭缝；53d-辅助磁极小磁极轭；53e-辅助磁极的切口部；6-定子切槽；61-间隙；7-定子绕组；9-永久磁铁；11a-移动件铁心突起部；12-磁极位置传感器；Hu、Hv、Hw-磁极位置传感器；13-行程传感器；13a-行程传感器定子；13b-行程传感器移动件；14-定子内部盒；101-直流电源；102-逆变器电路；103-传感器输出修正电路；104-角度运算电路；105-电流控制系统；106-变换电路；107-电容器；108-电流传感器；109-位置传感器输出信息修正机构；110-传感器输出修正信息确定部；111-存储部；112-位置控制电路；200-电动车辆；201-车体；202-转向架；203-车轴；204-车轮；205、208-弹簧；206-摆动控制装置；207-加速度传感器；209-阻尼器；210-车体侧凸缘；211-转向架侧凸缘；302-齿条壳体；303-齿条轴(ラツク軸)；304-转向横拉杆；305-小齿轮壳体。
具体实施方式
以下，使用图1～图13说明本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的结构。
首先，使用图1及图2说明本实施方式的圆筒型线性电动机的整体结构。
图1是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的整体结构的横剖视图。图2是图1的a-a剖视图。另外，图1是图2的b-b剖视图。
如图1所示，本实施方式的永久磁铁式三相圆筒型线性电动机1包括：圆筒形状的定子2；在定子2的内部被保持为能够滑动移动的圆筒形状的移动件3。
定子2包括：定子盒4；定子铁心5；定子绕组7；定子内部盒14。另外，在定子盒4的外周形成有用于散热的凹凸部(未图示)。在定子盒4的内周侧固定有定子铁心5。定子盒4是用分割面合并沿轴向将有底的圆筒形状的结构分割为两个部分的结构，形成为圆筒形状。在分割为一半的一方的定子盒4中配置了定子的各结构部件(后述的定子铁心轭52、定子铁心磁极51、定子绕组7、辅助磁极53)后，盖上剩余的分割一半的盒，构成定子。
定子铁心5在图示的例子中，包括9个环状的定子铁心轭52、8个环状的定子铁心磁极51和2个环状的辅助磁极53。交替地层叠定子铁心轭52和定子铁心磁极51而构成，并且，形成为在该层叠体的两侧层叠了辅助磁极53的结构。定子铁心轭52、定子铁心磁极51和辅助磁极53均为铁制。定子铁心磁极51独立于定子铁心轭52而构成，因此，与一体地形成两者的情况相比，分别可以为比较单纯的环结构，因此，提高制作性。此外，作为定子铁心磁极51、定子铁心轭52和辅助磁极53，还可以使用压缩铁粉而凝固的压粉。通过使用压粉，能够增大定子齿部的电阻值，能够减小涡流损耗，因而能够增大所产生的推力。
通过交替地配置定子铁心轭52和定子铁心磁极51，进而在该层叠体的两端配置辅助磁极53，能够形成定子侧2一侧的磁路。
在包括由定子铁心轭52和位于其两侧的定子铁心磁极51形成的切槽、或由位于定子铁心轭52的一侧的定子铁心磁极51和位于另一侧的辅助磁极53形成的切槽的、9个切槽6的内部配置9个定子绕组7(U1、U2、U3、V1、V2、V3、W1、W2、W3)。还有，虽未图示，但利用适当的绝缘机构(绝缘纸、清漆)，实现定子绕组7、定子铁心磁极51、定子铁心轭52之间的绝缘。
定子绕组7使用将表面被漆包的铜线以环状折回卷绕的绕组。在此，各绕组均使用向同一方向卷绕的绕组。还有，通过使用扁线等绕组，能够提高切槽6内的定子绕组7的填充系数，提高推力，对高阻尼化起到贡献作用。定子绕组7的U1、U2、U3与U相连接，V1、V2、V3与V相连接，W1、W2、W3与W相连接。在此，U、V、W相的绕组通常星形连线。
进而，定子铁心磁极51包括：定子铁心齿部51a；定子铁心小磁极51b；定子铁心小磁极狭缝51c；定子铁心小磁极轭51d。定子铁心齿部51a是位于定子铁心磁极51中外周侧及中央部附近的部件。定子铁心齿部51a形成与定子铁心轭52的磁路。定子铁心小磁极51b是位于定子铁心磁极51中内周侧的与移动件3对置部分的凸状的部件。在图示的例子中，一个定子铁心磁极51具有三个定子铁心小磁极51b。定子铁心小磁极轭51d是磁连结定子铁心小磁极51b和定子铁心齿部51a的部件。定子铁心小磁极狭缝51c是位于定子铁心磁极51中内周侧的与移动件3对置的部分的凹状部分。定子铁心小磁极狭缝51c由定子铁心小磁极51b和定子铁心小磁极轭51d形成。在定子铁心小磁极51b为三个的情况下，定子铁心小磁极狭缝51c为两个。一体地形成定子铁心齿部51a、定子铁心小磁极51b、定子铁心小磁极狭缝51c和定子铁心小磁极轭51d，构成定子铁心磁极51。
由相邻的定子铁心磁极51之间和定子铁心轭52包围的空间形成切槽6。在切槽6的内部配置定子绕组7。另外，在切槽6的移动件3侧形成狭缝61，发挥防止相邻的定子铁心磁极51之间的磁短路的作用。
另一方面，辅助磁极53包括：辅助磁极齿部53a；辅助磁极小磁极53b；辅助磁极小磁极狭缝53c；辅助磁极小磁极轭53d。辅助磁极齿部53a是位于辅助磁极53中外周侧及中央部附近的部件。辅助磁极齿部53a形成与定子铁心轭52的磁路。辅助磁极小磁极53b是位于辅助磁极53中内周侧的与移动件3对置的部分的凸状的部件。在图示的例子中，一个辅助磁极53具有两个辅助磁极小磁极53b。辅助磁极小磁极轭53d是磁连结辅助磁极小磁极53b和定子铁心齿部51a的部件。辅助磁极小磁极狭缝53c是位于辅助磁极53中内周侧的与移动件3对置的部分的凹状部分。辅助磁极小磁极狭缝53c由辅助磁极小磁极53b和辅助磁极小磁极轭53d形成。在辅助磁极小磁极53b为两个的情况下，辅助磁极小磁极狭缝53c为一个。一体地形成辅助磁极齿部53a、辅助磁极小磁极53b、辅助磁极小磁极狭缝53c和辅助磁极小磁极轭53d，构成辅助磁极53。
辅助磁极53与定子铁心磁极51或定子铁心轭52一同形成定子磁路。尤其，辅助磁极53对包括齿槽(cogging)的脉动推力减少起到重要的作用。
其次，移动件3包括：移动件盒10；移动件铁心11；64个永久磁铁9。移动件盒10为有底的圆筒形状，其内径比定子盒4的外径大。另外，在移动件盒10的底部侧的外端面固定有安装部(未图示)。安装部在使用图21说明的后述的车辆的情况下是用于安装在车体或转向架而使用的部分。
移动件铁心11是固定于移动件盒10的底部，并且为圆筒形状。64个永久磁铁9为环状，并且，在移动件铁心11的外周侧以相互等间隔安装。就邻接的永久磁铁9的极性来说，形成为N极、S极在轴向上交替地排列的结构。在移动件铁心11的两端部形成移动件铁心突起部11a，防止永久磁铁9在轴向上移动。还有，在此，永久磁铁9的极性为N极是指：永久磁铁9的外周侧被N极磁化，内周侧被S极磁化的环状磁铁的意思。另外，永久磁铁9的极性为S极是指：永久磁铁9的外周侧被S极磁化，内周侧被N极磁化的环状的磁铁的意思。
在永久磁铁9的外周侧和定子铁心磁极51的内周侧之间设置有规定的空隙，移动件3在定子2的内部能够沿轴向以非接触往返移动。
另外，在位于移动件3的端部的永久磁铁的外周附近分别设置有包括三个霍尔元件Hu、Hv、Hw的磁极位置传感器12。三个霍尔元件Hu、Hv、Hw分别检测U相、V相、W相的磁极位置。
另外，在定子内部盒14的移动件侧的端部设置有行程传感器定子13a，在移动件3的移动件盒10的底部设置有棒状的行程传感器移动件13b。利用行程传感器定子13a和行程传感器移动件13b构成行程传感器13。行程传感器13是检测相对于定子2的移动件3的x方向的移动量的线性传感器，例如，用电位计检测绝对位置(行程)。另外，作为行程传感器，可以为利用了磁阻的非接触传感器。进而，行程传感器还可以代用为磁极位置传感器。另一方面，还可以利用行程传感器代用磁极位置传感器。
其次，使用图3，说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心磁极51和永久磁铁9的关系。
图3是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的主要部分结构的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
在此，作为图1所示的定子铁心磁极51的主要部分，图示了三个定子铁心轭52A、52B、52C、两个定子铁心51A、51B、三个定子绕组7A、7B、7C。定子铁心51A具有三个定子铁心小磁极51bA1、51bA2、51bA3。另外，定子铁心51B具有三个定子铁心小磁极51bB1、51bB2、51bB3。进而，作为图1所示的永久磁铁9的主要部分，图示了10个永久磁铁9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9h、9i、9j。
在此，在本实施方式中，邻接的定子铁心小磁极51b之间的间距τs与永久磁铁9的中心间的距离τp的两倍相等。从而，例如，S极的永久磁铁9a与定子铁心51A的定子铁心小磁极51bA1对置的情况下，S极的永久磁铁9c、9e分别与定子铁心51A的定子铁心小磁极51bA2、51bA3对置。即，在本实施方式中，一个定子铁心51A具有三个定子铁心小磁极51bA1、51bA2、51bA3，并且，与这些定子铁心小磁极51bA1、51bA2、51bA3对置的三个永久磁铁9a、9c、9e为相同极性。另外，邻接的一个定子铁心磁极51B具有三个定子铁心小磁极51bB1、51bB2、51bB3，并且，与这些定子铁心小磁极51bB1、51bB2、51bB3对置的三个永久磁铁9f、9h、9i为相同极性的N极。
在此，在本实施方式中，邻接的定子铁心磁极51的中心间的距离(间距)设为τm，邻接的永久磁铁9的中心间的距离(间距)为τp。在此，在邻接的定子铁心磁极51的中心间的间距τm和邻接的永久磁铁9的中心间的距离τp之间，形成为在一个定子铁心磁极51附有三个定子铁心小磁极51b的结构，因此，以下的式(1)成立。
τm＝τp·(5+1/3)＝16/3·τp...(1)
从而，邻接的定子铁心磁极51的中心间的距离(间距)τm为16/3·τp，若考虑周期性，则按电角成为240度的间隔。从而，成为通过移动件向轴向右侧移动，在定子绕组7的U、V、W相产生按电角错开120度相位的感应电压的原理。
还有，以上为在一个定子铁心磁极51附有三个定子铁心小磁极51b的情况，但也可以为在一个定子铁心磁极51附有两个定子铁心小磁极51b的情况、在一个定子铁心磁极51附有四个定子铁心小磁极51b的情况。
在一个定子铁心磁极51附有两个定子铁心小磁极51b的情况下，成为τm＝10/3·τp，在一个定子铁心磁极51附有四个定子铁心小磁极51b的情况下，成为τm＝22/3·τp。
在此，若重新书写上式，则在一个定子铁心磁极51附有三个定子铁心小磁极51b的情况下，成为τm/τp＝16/3，在一个定子铁心磁极51附有两个定子铁心小磁极51b的情况下，成为τm/τp＝10/3，在一个定子铁心磁极51附有定子铁心小磁极51b的情况下，成为τm/τp＝22/3。
另一方面，在所述专利文献1中，形成为2/3＜τm/τp＜4/3的结构，在专利文献2中，形成为τm/τp＜1/2的结构。即，在本实施方式中，τm/τp比专利文献1或专利文献2的结构大。
如上所述，在定子绕组7的U、V、W相产生按电角错开120度相位的感应电压，因此，通过利用后述的控制装置，将按电角错开120度相位的电流向该定子绕组7通电，能够产生在轴向上连续的推力。
在包括上述定子2和移动件3的圆筒型线性电动机1中，进而，具备：控制在定子绕组7流过的电流，控制产生的推力的控制装置，构成电磁悬架。关于控制装置的结构在后叙述。电磁悬架在此尤其可以使用于铁道车辆的摆动防止中。在这种情况下，例如，通过将定子2的轴向端部的安装部(未图示)安装于车体，将移动件的轴向端部的安装部(未图示)安装于转向架侧，能够使其发挥功能。
其次，通过以上的结构，对得到高阻尼的原理进行说明。
若认为通过图1所示的本实施方式的结构，定子铁心磁极51的内周侧的面积设为A，移动件3和定子2之间的空隙的磁通密度的最大值为Bg，以正弦波状变化，则通过一个定子铁心磁极51的磁通的最大值φm1由式(2)表示。
Φm1＝2/π·Am·3/5·Bg...(2)
另一方面，在专利文献1中所示的结构中，通过一个定子铁心磁极51的磁通的最大值
Figure G2009101646509D00101
如下。
Φm2＝2/π·Am·Bg...(3)
认为通过定子铁心磁极51的磁通的约1/2与各定子绕组7交链。
在此，若考虑感应电压E，则感应电压E通常由下式(4)表示。
在此，K1为常数，P为极数。
在此，本实施方式的圆筒型线性电动机的极数P1为48，专利文献1中所示的圆筒型线性电动机的极数P2为9。从而，两者的极数之比(P1/P2)为48/9，因此约为5。还有，由本实施方式的圆筒型线性电动机产生的感应电压E1和由专利文献1中所示的圆筒型线性电动机产生的感应电压E2之比(E1/E2)可以表示为3P1/5P2，因此，成为48/15。从而，由本实施方式的圆筒型线性电动机产生的感应电压E1成为由专利文献1中所示的圆筒型线性电动机产生的感应电压E2的约3倍。
还有，实际上，从永久磁铁9通过定子铁心齿部51a的磁通通过定子铁心小磁极轭51d、定子铁心小磁极狭缝51c而返回，与定子绕组7不交链，因此，不成为像上述那么大的值。但是，如上所述，能够提高感应电压，能够增大发电常数Ke。阻尼力与(Ke2/R)成比例而变大，因此，能够增大阻尼力。
另外，绕组电阻R在本实施方式的结构和专利文献1的结构中基本上相同。但在本实施方式中，磁路能够减小通过定子铁心磁极51的磁通，因此，能够减小定子2及移动件3的磁路的截面积。阻尼力与(Ke2/R)成比例而变大，因此，通过降低电阻R，能够增大阻尼力。
其次，使用图4说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心磁极51和永久磁铁9的其他结构。
图4是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的主要部分的结构的横剖视图。还有，与图1或图3相同的符号表示相同部分。
在此，定子铁心51A具有两个定子铁心小磁极51bA1、51bA2。另外，作为永久磁铁，图示了三个永久磁铁9a、9b、9c。
在这种情况下，邻接的定子铁心小磁极51b之间的间距τs与永久磁铁9的中心间的间距τp的两倍相等。从而，例如，N极的永久磁铁9a与定子铁心51A的定子铁心小磁极51bA1对置的情况下，N极的永久磁铁9c与定子铁心51A的定子铁心小磁极51bA2对置。即，在本实施方式中，一个定子铁心51A具有两个定子铁心小磁极51bA1、51bA2，并且，与这些定子铁心小磁极51bA1、51bA2对置的两个永久磁铁9a、9c为相同磁性。
在此，在本实施方式中，邻接的定子铁心磁极51的中心间的距离(间距)设为τm，邻接的永久磁铁9的中心间的距离(间距)设为τp。在此，在邻接的定子铁心磁极51的中心间的间距τm和邻接的永久磁铁9的中心间的距离τp之间，形成为在一个定子铁心磁极51附有两个定子铁心小磁极51b的结构，因此，成为τm＝10/3·τp。
邻接的定子铁心磁极51的中心间的距离(间距)τm为10/3·τp，若考虑周期性，则按电角成为240度的间隔。从而，成为通过移动件向轴向右侧移动，在定子绕组7的U、V、W相产生按电角错开120度相位的感应电压的原理。
如上所述，在定子绕组7的U、V、W相产生按电角错开120度相位的感应电压，因此，通过利用后述的控制装置，使按电角错开120度相位的电流向该定子绕组7通电，能够产生在轴向上连续的推力。
在该例子中，也与以往相比，由圆筒型线性电动机产生的感应电压E1可以比由在专利文献1中所示的圆筒型线性电动机产生的感应电压E2大。因此，能够增大发电常数Ke，因此，能够增大阻尼力。
另外，在专利文献2中记载的线性电动机中，U相、V相、W相分别独立地构成磁路。即，如专利文献2的<图1>、<图3>及段落号<0028>中的记载，U相的环状线圈2被一对电枢轭1夹持。另外，V相的环状线圈2被一对电枢轭1夹持。进而，W相的环状线圈2被一对电枢轭1夹持。还有，在U相用电枢轭和V相用电枢轭之间插入间隔物，在两者之间设置间隔。这样，向各相间插入间隔物，设置有与性能无关的空间，从而减少每个体积的推力、阻尼。
另一方面，在本实施方式中，U相、V相、W相的磁路被共有化。例如，在图3所示的例子中，定子绕组7A设为W相的绕组，定子绕组7B设为V相的绕组，定子绕组7C设为U相的绕组的情况下，定子铁心51A以W相和V相共有，构成磁路。另外，定子铁心51B以V相和U相共有构成磁路。这样，通过共有化U相、V相、W相的磁路，不形成不需要的空间，因此，提高每个体积的推力、阻尼。
其次，使用图5，说明使用了本实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构。
图5是表示使用了本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构的方框图。还有，与图1或图3相同的符号表示相同部分。
本实施方式的圆筒型线性电动机装置包括：圆筒型线性电动机1；构成圆筒型线性电动机1的驱动电源的直流电源101；控制供给于圆筒型线性电动机1的电力而控制驱动的控制装置100。
直流电源101能够进行进行直流电力的供给。
控制装置100是将从直流电源101供给的直流电力变换为规定的直流电力，向圆筒型线性电动机1的定子绕组7供给的逆变器装置。
控制装置100具备：在直流电源101和定子绕组7之间电连接的电力系统的逆变器电路102(电力变换电路)；控制逆变器电路102的运行的控制电路103。
逆变器电路102是包括开关用半导体元件(例如，MOS-FET：金属氧化膜半导体形电场效果晶体管、IGBT：绝缘栅双极晶体管)的桥接电路。桥接电路是被称为支路的串联电路以圆筒型线性电动机1的相数量(在本例中为三相，因此为三个)电方面并联连接而构成的。在各支路中，上支路侧的开关用半导体元件和下支路侧的开关用半导体元件电方面串联连接而构成。各支路的高电位侧电路端与直流电源101的正极侧电连接，低电位侧电路端与直流电源101的负极侧电连接而接地。各支路的中点(上支路侧的开关用半导体元件和下支路侧的开关用半导体元件的连触点)与定子绕组7对应的相绕组(U1、U2、U3；V1、V2、V3；W1、W2、W3)电连接。
在逆变器电路102和直流电源101之间电方面并联连接有平滑用电容器107。在逆变器电路102和定子绕组7之间设置有电流传感器108。电流传感器108包括变流器等，用于检测在各相流过的交流电流。
控制电路103基于输入信息控制逆变器电路102的开关用半导体元件的运行(接通/断开)，作为输入信息，输入对圆筒型线性电动机1的要求推力(电流指令信号Is)和圆筒型线性电动机1的移动件3的磁极位置信息θ。要求推力(电流指令信号Is)是根据对被驱动体要求的要求量，从上位控制电路输出的指令信息。磁极位置信息θ是从磁极位置传感器12的输出得到的检测信息。在此，电流指令信号Is如图所示，利用上位的位置控制电路112，由来自行程传感器13的位置信息θ0和位置指令θs制作。
在图中，利用构成位置传感器12的霍尔元件Hu、Hv、Hw的信号，角度运算电路104输出磁极位置信息θ。由此，变换为根据与定子绕组7的各相的感应电压相同相的正弦波输出的、或根据被相位转换的正弦波输出的各相的电流指令值Isu、Isv、Isw，向电流控制系统(ACR)105输出。
从变换电路106输出的各相的电流指令值Isu、Isv、Isw向对应的相的电流控制系统(ACR)105输入。在各相的电流控制系统(ACR)105中此外输入从对应的相的电流传感器108输出的输出信号Ifu、Ifv、Ifw。各相的电流控制系统(ACR)105基于从对应的相的电流传感器108的输出信号Ifu、Ifv、Ifw得到的各相的电流值、和对应的相的电流指令值Isu、Isv、Isw，输出用于驱动逆变器电路102的、对应的相的支路的开关用半导体元件的驱动信号。
从各相的电流控制系统(ACR)105输出的驱动信号输入于构成对应的相的支路的开关用半导体元件的控制端子。由此，接通/断开运行各开关用半导体元件，将从直流电源101供给的直流电力变换为交流电力，供给于定子绕组7对应的相绕组。
在本例的逆变器装置中，以使在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量与永久磁铁9产生的磁通或磁场的方向正交，或变换相位(使在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9产生的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上)的方式，始终形成在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)。由此，在本例的永久磁铁旋转电机装置中，能够使用无整流子(无电刷)的圆筒型线性电动机1，得到与直流线性电动机相等的特性。还有，将如下所述地始终形成定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)的控制称为磁场削弱控制，即：在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9制作的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上。
本例的逆变器装置在以限定的直流电压高速驱动圆筒型线性电动机1时使用。
从而，在本例的圆筒型线性电动机装置中，以使在定子绕组7流过的电流制作的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9制作的磁通或磁场的方向正交的方式，基于移动件3的磁极位置，控制在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)的情况下，能够从圆筒型线性电动机1连续地输出最大推力。在需要磁场削弱控制时，以使在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁6产生的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上的方式，基于移动件3的磁极位置，控制在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)即可。
另外，在本例的圆筒型线性电动机1中，在定子绕组7的各相绕组感应的电压的波形为正弦波。这是通过增大图1所示的圆筒型线性电动机1中的永久磁铁9的极数，定子2、移动件3之间的空隙的分布自然地成为正弦波状而引起的。在本例的逆变器装置中，对于所述正弦波感应电压，使与移动件3的磁极位置对应的正弦波电流以180度(电角)向定子绕组7的各相绕组通电。
从而，通过以上的结构、控制，在本例的圆筒型线性电动机装置中，能够将圆筒型线性电动机1的输出推力的变动抑制到较小。
其次，使用图6说明用于本实施方式的圆筒型线性电动机中的三相短路的结构。
图6是表示用于本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的三相短路的结构的方框图。还有，与图1、图3及图5相同的符号表示相同部分。
在图5所示的逆变器102发生了故障的情况下，为了使圆筒型线性电动机产生大的阻尼，需要使圆筒型线性电动机的三相之间的端子短路。
因此，如图6所示，在逆变器102和定子绕组7的各相线圈U、V、W之间设置有开关SW-u、Sw-v、SW-w。各开关SW-u、Sw-v、SW-w分别具有两个触点，一方的触点与逆变器102的三相输出端子分别连接。各开关SW-u、Sw-v、SW-w的另一方的触点相互连接。
通常，开关SW-u、Sw-v、SW-w以连接逆变器102和定子绕组7的各相线圈U、V、W的方式切换。
控制电路103在判断为逆变器102发生了故障的情况下，切换开关SW-u、Sw-v、SW-w，使定子绕组7的各相线圈U、V、W短路。由此，圆筒型线性电动机产生大的阻尼。
在防止车辆的摆动时，使定子绕组发生三相短路，得到高阻尼，由此能够省略在车辆通常具备的阻尼器。
其次，使用图7～图13，说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭52、定子铁心磁极51及辅助磁极53的其他形状。
图1所示的定子铁心5是将本实施方式的线性电动机产生的推力向定子盒4传递的部件。另外，定子铁心5是传递由定子绕组7产生的热量的部件。因此，需要环状定子铁心轭52、定子铁心磁极51及辅助磁极53在轴向上没有间隙地保持同轴度而构成。
以下，说明保持同轴度的定子铁心轭、定子铁心磁极及辅助磁极的其他结构。
首先，使用图7说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭、定子铁心磁极及辅助磁极的其他第一形状。
图7是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第一形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5K在图示的例子中，包括：多个环状定子铁心磁极51K、两个环状辅助磁极53K。定子铁心磁极51K是在定子绕组7的正上方以大致T字形分割的形状。形成为依次层叠了定子铁心磁极51K的结构，并且，形成为在该层叠体的两侧层叠了未图示的辅助磁极的结构。通过这些结构，能够形成定子侧的磁路。
在包括由邻接的定子铁心磁极51K形成的切槽的、三个切槽的内部配置三个定子绕组7。定子铁心磁极51K与图1相同地具有位于内周侧的与移动件3对置的部分的三个定子铁心小磁极。
还有，在图7中，为了便于说明，示出了三个定子绕组的情况，但如图1所示，在U相、V相、W相的各相具有各三个定子绕组，总计9个的情况下，定子铁心5K包括8个环状的定子铁心磁极51K和两个环状辅助磁极。
这样，通过在定子绕组7的正上方沿径向分割，能够相对于定子铁心5的内部的磁通的流动垂直地构成分割面，能够减小阻碍磁通的流动的影响。
其次，使用图8说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭、定子铁心磁极及辅助磁极的其他第二形状。
图8是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第二形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5L在图示的例子中，包括多个环状定子铁心磁极51L。定子铁心磁极51L是在定子绕组7的端部以大致L字形分割的形状。形成为依次层叠了定子铁心磁极51L的结构，并且，形成为在该层叠体的两侧层叠了未图示的辅助磁极的结构。通过这些结构，能够形成定子侧的磁路。
在包括由邻接的定子铁心磁极51L形成的切槽的、三个切槽的内部配置三个定子绕组7。定子铁心磁极51L与图1相同地具有位于内周侧的与移动件3对置的部分的三个定子铁心小磁极。
还有，在图8中，为了便于说明，示出了三个定子绕组的情况，但如图1所示，在U相、V相、W相的各相具有各三个定子绕组，总计9个的情况下，定子铁心5L包括：8个环状定子铁心磁极51L、两个环状辅助磁极53L1、53L2。
这样，通过在定子绕组7的端部以大致L字形分割，相对于定子铁心5L的定子绕组7的定位、保持等变得容易。另外，例如，在定子铁心5L和定子绕组7之间没有间隙地填充固定定子铁心5L和定子绕组7的粘接剂变得容易，能够形成为散热性优越的结构。
其次，使用图9，说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭、定子铁心磁极及辅助磁极的其他第三形状。
图9是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第三形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5M在图示的例子中，包括多个环状的定子铁心磁极51M。定子铁心磁极51M是在定子绕组7的端部以大致L字形分割的形状。进而，在定子绕组7的端部中的分割面设置有凹坑。形成为依次层叠了定子铁心磁极51M的结构，并且，形成为在该层叠体的两侧层叠了未图示的辅助磁极的结构。通过这些结构，能够形成定子侧的磁路。
在包括由邻接的定子铁心磁极51M形成的切槽或由定子铁心磁极51M和辅助磁极53M1、53M2形成的切槽的、三个切槽的内部配置三个定子绕组7。定子铁心磁极51M与图1相同地具有位于内周侧的与移动件3对置的部分的三个定子铁心小磁极。
还有，在图9中，为了便于说明，示出了三个定子绕组的情况，但如图1所示，在U相、V相、W相的各相具有各三个定子绕组，总计9个的情况下，定子铁心5M包括：8个环状定子铁心磁极51M、两个环状辅助磁极53M1、53M2。
这样，通过在定子绕组7的端部以大致L字形分割，相对于定子铁心5M的定子绕组7的定位、保持等变得容易。另外，例如，在定子铁心5M和定子绕组7之间没有间隙地填充固定定子铁心5M和定子绕组7的粘接剂变得容易，能够形成为散热性优越的结构。进而，通过在分割面设置凹坑，能够提高轴向的同轴度。
其次，使用图10说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的磁铁的其他形状。
图10是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的磁通的其他形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
在本例中，定子铁心5的形状与图1所示的结构相同。还有，为了便于说明，示出了三个定子绕组的情况，但如图1所示，在U相、V相、W相的各相具有各三个定子绕组，总计9个的情况下，定子铁心5包括：8个环状定子铁心磁极51、两个环状辅助磁极53。
永久磁铁9A在移动件铁心11A的外周部隔着规定的间隔以等间隔配置。永久磁铁9A的磁性均相同。另一方面，作为移动件铁心11A的材料使用磁性材料。永久磁铁9A埋入包括磁性材料的移动件铁心11A中。或者，也可以在各永久磁铁9A之间填充磁性材料。各永久磁铁9A之间的磁性材料的部分作为假想的S极来发挥功能。
由此，能够将使用的永久磁铁的数量减少一半，因此，能够降低成本。
其次，使用图11说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第四形状。
图11是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第四形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5N在图示的例子中，包括：环上的定子芯52、环状的定子铁心磁极51N。
在定子铁心磁极51N中插入有包括与定子铁心轭52相同的磁性材料的环54。在环54的内周侧的端部能够与在定子铁心磁极51N形成的定子铁心小磁极51b相同地，形成定子铁心小磁极51b’。
由此，能够削减加工图1所示的定子铁心小磁极狭缝51c的工时。
其次，使用图12，说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第五形状。
图12是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第五形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5P在图示的例子中，包括：环上的定子芯52、环状定子铁心磁极51P。在定子铁心磁极51P的内周侧端部形成有两个定子铁心小磁极。
在定子铁心磁极51P的内周侧端部的定子铁心小磁极形成有间隙51f。
由此，定子铁心小磁极的分割变得容易。
其次，使用图13说明本实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第六形状。
图13是表示本发明的第一实施方式的圆筒型线性电动机中的定子铁心轭及定子铁心磁极的其他第六形状的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
定子铁心5Q在图示的例子中，包括：环上的定子芯52、环状的定子铁心磁极51Q。在定子铁心磁极51Q的内周侧端部形成有两个定子铁心小磁极。
在定子铁心磁极51Q的两个定子铁心小磁极之间的切槽部设置有非磁性材料的环状的滑动轴承55。滑动轴承55能够将在移动件的永久磁铁9的外周部设置的薄壁管3X作为滑动面来滑动。
由此，增加基于轴承的支承构造的变动。
如上述的说明，根据本实施方式可知，能够得到高阻尼且高推力的线性电动机。
其次，使用图14说明本发明的第二实施方式的圆筒型线性电动机的整体结构。
图14是表示本发明的第二实施方式的圆筒型线性电动机的结构的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
在本实施方式中，辅助磁极53A的形状与图1所示的结构不同。即，在辅助磁极53A中，除了构成永久磁铁9的磁路的辅助磁极小磁极53b和阻塞相邻的磁铁的磁通的辅助磁极狭缝53c之外，在辅助磁极53A与定子轭52相接的一侧的相反侧即位于定子铁心5的两端侧的部分即与移动件3对置的一侧设置有辅助磁极的切口部53e。
在图1中的结构中，通过定子铁心5和移动件3的磁路，永久磁铁9的间距τp、或具有其整数量的一个周期的齿槽可以产生磁。
相对于此，通过设置辅助磁极的切口部53e，辅助磁极的切口部53e能够使伴随移动件3的永久磁铁9的轴向的移动的、定子2、移动件3之间的磁能的变动平缓。其结果，能够使齿槽转矩的产生平缓。通过最佳化位于轴向两端的辅助磁极的切口部53e的轴向的长度、斜率，能够使齿槽转矩及推力脉动等最小。
还有，图7～图13所示的结构还可以适用于本实施方式。
如上述的说明，根据本实施方式可知，能够得到高阻尼且高推力的线性电动机。
另外，能够减少齿槽。
其次，使用图15～图20说明本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的整体结构。
首先，使用图15说明本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的整体结构。
图15是表示本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的结构的横剖视图。还有，与图1相同的符号表示相同部分。
在本实施方式中，主要特征在于定子2和移动件3的内外周的配置与图1相反这一点。
在原理上，在定子2和移动件3之间作用的电磁推力的原理不变化，但在以下方面具有特征。
第一，作为推力产生面的定子2和移动件3之间的空隙部的位置沿径向移动，因此，该部分的面积增加。电磁现象引起的每单位面积的推力的最大为大致恒定，因此，通过增加该面积，能够增加推力。
第二，定子绕组7的中心位置与图1中所示的情况相比，靠向内径侧，因此，能够缩短每一周的定子绕组的长度。由此，能够增大作为发电常数的Ke，能够进一步减小电阻R，因此，能够得到高阻尼(Ke2/R)。
其次，在本实施方式中，磁极位置传感器的位置与图1所示的结构不同。在此，说明两种磁极传感器的位置。
作为第一配置，包括霍尔元件Hu、Hv、Hw的磁极位置传感器12配置于邻接的定子铁心磁极51之间的狭缝61。邻接的定子铁心磁极51之间的狭缝61按电角与定子铁心磁极51之间的间隔相等，由此，在连续的间隙配置作为各相的磁极位置传感器12的霍尔元件Hu、Hv、Hw，由此能够检测定子2和移动件3之间的永久磁铁9的磁通密度分布。在图示的极数多的结构中，所述磁通密度分布为大致正弦波状，因此，通过简单的变换，能够检测移动件3和定子2的相对位置。
作为第二配置，包括霍尔元件Hu’、Hv’、Hw’的磁极位置传感器12’配置于定子铁心小磁极狭缝51c的内侧。在该位置也能够检测移动件3和定子2的相对位置。
还有，在本实施方式中，省略图1所示的行程传感器13，利用磁极位置传感器12检测行程。
其次，使用图16说明使用了本实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构。
图16是表示使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置的结构的方框图。还有，与图15相同的符号表示相同部分。
本实施方式的圆筒型线性电动机装置包括：圆筒型线性电动机1；构成圆筒型线性电动机1的驱动电源的直流电源101；控制供给于圆筒型线性电动机1的电力而控制驱动的控制装置100A。
圆筒型线性电动机1如图15所示地构成。在此，如利用图15的说明，有磁极位置传感器12配置于狭缝61内的例子和磁极位置传感器12’配置于定子铁心小磁极狭缝51c的例子，但在此，对配置于更大幅度地受到定子绕组电流引起的磁场的影响的定子铁心小磁极狭缝51c的情况，说明磁极位置传感器12的输出和磁场引起的对角度的影响、修正其的方法及基于其位置信息，进行的向圆筒型线性电动机1的电流的通电控制的结构和动作。
在图16中，直流电源101能够进行直流电力的供给。控制装置100A是将从直流电源101供给的直流电力变换为规定的交流电力，将所述交流电力向圆筒型线性电动机1的定子绕组7供给的逆变器装置。
控制装置100A具备：在直流电源101和定子绕组7之间电连接的电力系统逆变器电路(电力变换电路)102；控制逆变器电路102的运行的控制电路103A。
逆变器电路102是包括开关用半导体元件(例如，MOS-FET：金属氧化膜半导体形电场效果晶体管、IGBT：绝缘栅双极晶体管)的桥接电路。桥接电路是被称为支路的串联电路以圆筒型线性电动机1的相数量(在本例中为三相，因此为三个)电方面并联连接而构成的。在各支路中，上支路侧的开关用半导体元件和下支路侧的开关用半导体元件电方面串联连接。各支路的高电位侧电路端与直流电源101的正极侧电连接，低电位侧电路端与直流电源101的负极侧电连接而接地。各支路的中点(上支路侧的开关用半导体元件和下支路侧的开关用半导体元件之间)与定子绕组7对应的相绕组电连接。
在逆变器电路102和直流电源101之间电方面并联连接有平滑用电容器107。在逆变器电路102和定子绕组7之间设置有电流传感器108。电流传感器108包括变流器等，用于检测在各相流过的交流电流。
控制电路103A基于输入信息控制逆变器电路102的开关用半导体元件的运行(接通/断开)。控制电路103A除了图5所示的结构之外，还具备传感器输出修正电路107。
作为控制电路103A的输入信息，输入对圆筒型线性电动机1的要求推力(电流指令信号Is)和圆筒型线性电动机1的移动件3的磁极位置θ。要求推力(电流指令信号Is)是根据对被驱动体要求的要求量，从上位控制电路输出的指令信息。磁极位置θ是从磁极位置传感器12的输出得到的检测信息。在此，电流指令信号Is如图所示，从上位的位置控制电路112赋予。位置控制电路112根据来自磁极位置传感器12的位置信息θo(与θ相同且为行程信号的代用)和位置指令θs，算出电流指令信号Is。
从包括三个霍尔元件Hu、Hv、Hw的磁极位置传感器12’输出的输出信号Bt与从电流传感器108输出的输出信号(供给于定子绕组7的三相电流的检测信号)Ia一同，利用A/D变换器(省略图示)，输入于传感器输出修正电路107。传感器输出修正电路107基于从电流传感器108的输出信息得到的传感器输出信息，生成传感器输出修正信息Ba，基于该传感器输出修正信息Ba，修正从磁极位置传感器12的输出信号得到的传感器输出信息。进而，制作位置传感器修正输出信息Bo，向控制电路输送。还有，关于传感器输出修正电路107中的传感器输出信息的具体的修正方法在后叙述。
在此，在从电流传感器108输出的输出信号中包含脉冲宽度调制(QWM：脉冲宽度调制)引起的高频成分。为了提高移动件3的磁极位置检测精度，需要去除其高频波成分。因此，在本实施例中，在传感器输出修正电路107的输入侧设置滤波器电路(省略图示)，去除所述高频成分。
被修正的传感器输出信息Bo从传感器输出修正电路107输入于角度运算电路104。角度运算电路104根据位置传感器修正输出信息Bo算出移动件3的磁极位置信息θ而输出。
从角度运算电路104输出的磁极位置信息θ输入于变换电路106。在变换电路106中此外输入有从上位控制电路输出的要求推力(电流指令信号Is)。变换电路106基于从角度运算电路104输出的磁极位置信息θ，将从电流指令信号Is得到的电流指令值变换为对应于与定子绕组7的各相的感应电压同相的正弦波输出、或对应于被相位变换的正弦波输出的各相的电流指令值Isu、Isv、Isw而输出。
从变换电路106输出的各相的电流指令值Isu、Isv、Isw输入于对应的相的电流控制系统(ACR)105。在各相的电流控制系统(ACR)105中此外输入有从对应的相的电流传感器108输出的输出信号Ifu、Ifv、Ifw。各相的电流控制系统(ACR)105基于从对应的相的电流传感器108的输出信号Ifu、Ifv、Ifw得到的各相的电流值和对应的相的电流指令值Isu、Isv、Isw，输出用于驱动对应的相的支路的开关用半导体元件的驱动信号。
从各相的电流控制系统(ACR)105输出的驱动信号输入于构成对应的相的支路的开关用半导体元件的控制端子。由此，接通/断开运行各开关用半导体元件，将从直流电源101供给的直流电力变换为交流电力，供给于定子绕组7对应的相绕组。
在本例的逆变器装置中，以使在定子绕组7流过的电流制作的电枢起磁力的合成矢量与永久磁铁9制作的磁通或磁场的方向正交，或变换相位(使在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9产生的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上)的方式，始终形成在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)。由此，在本例的永久磁铁旋转电机装置中，能够使用无整流子(无电刷)的圆筒型线性电动机1得到与直流线性电动机相等的特性。还有，将如下所述地始终形成在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)的控制称为磁场削弱控制，即：在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9产生的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上。
在以限定的直流电压高速驱动本例的圆筒型线性电动机1时使用。
从而，在本例的圆筒型线性电动机装置中，以使在定子绕组7流过的电流产生的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁9产生的磁通或磁场的方向正交的方式，基于移动件3的磁极位置，控制在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)的情况下，能够从圆筒型线性电动机1连续地输出最大推力。在需要磁场削弱控制时，以使在定子绕组7流过的电流动作的电枢起磁力的合成矢量相对于永久磁铁6产生的磁通或磁场的方向超前90度(电角)以上的方式，基于移动件3的磁极位置，控制在定子绕组7流过的电流(在各相绕组流过的相电流)即可。
另外，在本例的圆筒型线性电动机1中，在定子绕组7的各相绕组感应的电压的波形为正弦波。这是通过增大图15所示的圆筒型线性电动机1中的永久磁铁9的极数，定子2、移动件3之间的空隙的分布自然地成为正弦波状而引起的。在本例的逆变器装置中，对于所述正弦波感应电压，使与移动件3的磁极位置对应的正弦波电流以180度(电角)向定子绕组7的各相绕组通电。从而，在本实施例的圆筒型线性电动机装置中，能够减小抑制圆筒型线性电动机1的输出推力的变动。
另外，在本实施例的旋转电机装置中，作为磁极位置传感器12使用了作为磁敏元件的霍尔元件或霍尔IC，因此，与使用了行程传感器13等传感器的情况相比，能够大幅度减少空间，因此，通过将其在磁路、绕组空间中围绕，能够形成为高阻尼的圆筒型线性电动机。
进而，能够以简单的结构且廉价地进行磁极位置检测。
另外，在本实施例的旋转电机装置中，在定子铁心5安装了霍尔元件，因此，不需要感应电压和霍尔元件或霍尔IC的输出之间的相位调节作业，能够使磁极位置传感器12的安装作业容易。
在此，使用图17说明使用了本实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中的磁极位置传感器12的输出信息的修正原理。
图17是使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中的磁极位置传感器的输出信息的修正原理的说明图。
在本实施方式中，磁极位置传感器12配置于定子绕组7产生的磁场中，由此，在移动件3的轴端不需要行程传感器13等特别的磁极位置传感器。由此，在本例中，能够小型化旋转电机，并且，能够省略磁极位置传感器的磁极位置的对位等作业。
为了实现这个，在本实施方式中，根据电流传感器的输出信息(电流信息)，从受到了驱动电流引起的磁场的影响的磁极位置传感器的输出信息(位置信息)排除驱动电流引起的磁场的影响量，由排除了驱动电流引起的磁场的影响量后的位置信息检测移动件3的磁极位置。由此，在本实施方式中，能够减少在磁极位置传感器的输出信息(位置信息)中包含的误差，能够减小圆筒型线性电动机1的脉动推力。
在此，根据图17所示的矢量的关系，求出驱动电流引起的磁场的影响量。在图17中，Bt表示负荷时的磁极位置传感器12的输出信息(位置信息)，Ia表示电流传感器108的输出信息(电流信息)。如由图17的矢量的关系的判断，包含于位置信息Bt的、驱动电流引起的磁场的影响量Ba相对于电流信息Ia为相同方向的分量，处于与电流信息Ia的大小大致成比例的关系，因此，能够根据电流信息Ia预先测定、或通过运算等求出，由此，能够求出不受到驱动电流引起的磁场的影响的传感器输出Bo。不受到驱动电流引起的磁场的影响的传感器输出Bo相当于不流过驱动电流时的无负荷时的磁极位置传感器12的输出信息。因此，在本实施例中，根据电流信息Ia确定驱动电流引起的磁场的影响量Ba，从位置信息Bt除去驱动电流引起的磁场的影响量Ba，输出传感器修正输出信息Bo。
其次，使用图18说明使用了本实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路107的结构。
图18是表示使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路的结构的方框图。
传感器输出修正电路107由微型计算机(微机)构成。构成传感器输出修正电路107的微机可以独立于构成逆变器装置的控制电路的微机而设置。另外，利用构成逆变器装置的控制电路的微机构成传感器输出修正电路107也可。从降低成本来说，优选后者。
在传感器输出修正电路107中输入从磁极位置传感器12输出的输出信号(模拟信号)Bt及从电流传感器108输出的输出信号(模拟信号)Ia。磁极位置传感器12及电流传感器108的输出信号利用A/D变换器(省略图示)变换为数字信号。由此，能够得到磁极位置传感器12的传感器输出信息Bt(波形数据)及电流传感器108的传感器输出信息Ia(波形数据)。
磁极位置传感器12的传感器输出信息Bt输入于位置传感器输出信息修正机构109，电流传感器108的传感器输出信息Ia输入于传感器输出修正信息确定部110。另外，在传感器输出修正信息确定部110中输入从存储部111输出的传感器输出修正基础信息Kab。在存储部111中，表示由图7的矢量的关系预先利用测定或运算等求出的、关于电角1周期量的传感器输出信息Ia(驱动电流)和传感器输出修正信息Ba(驱动电流引起的磁场的影响量)的关系的映射图(数据表格)作为传感器输出修正基础信息Kab储存。
传感器输出修正信息确定部110使用传感器输出修正基础信息Kab，确定与电流传感器108的传感器输出信息Ia对应的传感器输出修正信息Ba，将传感器输出修正信息Ba向位置传感器输出信息修正机构109输出。在非线形的情况下，可以通过参照传感器输出信息Ia来确定。
以上的修正可以通过将位置误差分解为各频率成分，按各频率控制来进行更简单的修正控制。
位置传感器输出信息修正机构109运算磁极位置传感器12的传感器输出信息Bt和传感器输出修正信息Ba的差量。由此，基于传感器输出修正信息Ba来修正磁极位置传感器12的传感器输出信息Bt。磁极位置传感器12的传感器输出信息Bt和传感器输出修正信息Ba的差量值作为传感器修正输出信息Bo，向角度运算电路104输出。
其次，使用图19及图20，说明使用了本实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路107的运行及修正结果。
图19及图20是使用了本发明的第三实施方式的圆筒型线性电动机的圆筒型线性电动机装置中使用的传感器输出修正电路的运行及修正结果的说明图。
在图19中，横轴表示电角(度)，纵轴表示磁通密度。图19(A)、(B)、(C)表示相对于一个周期量的电角(度)的磁通密度(T)的关系。
图19(A)表示绕组电流0％中的U相用Hu的磁极位置传感器12的输出波形。即，该波形相当于无负荷时的磁极位置传感器12的输出波形(无负荷时的传感器输出信息Bt)。
图19(B)表示绕组电流100％中的U相用Hu的磁极位置传感器12的输出波形。即，该波形相当于满负荷时的磁极位置传感器12的输出波形(满负荷时的传感器输出信息Bt)。
图19(C)表示绕组电流100％中的U相用Hu的磁极位置传感器12的输出波形。即，该波形相当于满负荷时的磁极位置传感器12的修正后的输出波形(满负荷时的传感器修正输出信息Bo)。
还有，在图19中，仅示出了U相，但V相为从U相按电角变换120度相位的波形，W相为从U相按电角变换240度相位的波形。
在此，省略了传感器输出修正信息Ba的波形，但如上所述，基于电流传感器的输出信息Ia，根据传感器输出修正基础信息Kab确定。
从图19明确可知，对满负荷时的传感器修正输出信息Bo，从满负荷时的传感器输出信息Bt去除传感器输出修正信息Ba量，形成为与无负荷时的传感器输出信息Bt大致相同的波形。由此，判断为能够提高磁极位置传感器12的检测精度。
在图20中，横轴表示电角(度)，纵轴表示角度误差。图20(A)、(B)、(C)表示相对于一个周期量的电角(度)的角度误差的关系。
图20(A)、(B)、(C)表示将图19(A)、(B)、(C)的三个各状态下的各相的波形设为输入波形时的角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度的波形。误差角度是向圆筒型线性电动机1供给了驱动电流时的移动件3的实际的正确的磁极位置和由磁极位置传感器12的输出信息，通过运算推定的磁极位置之差。
在此，图20(A)表示绕组电流0％(无负荷时)的角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度的波形。图20(B)表示绕组电流100％(满负荷时)，且没有传感器输出修正的情况下的、角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度的波形。图20(C)表示绕组电流100％(满负荷时)，且有传感器输出修正的情况下(在此，修正相对于电流的平均的误差角度)的、角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度的波形。
从图明确可知，通过进行传感器输出修正，与不进行传感器输出修正的绕组电流100％(满负荷时)的角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度相比，能够大幅度降低绕组电流100％(满负荷时)的角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度，能够使其与绕组电流0％(无负荷时)的角度运算电路104的输出波形中包含的误差角度大致相同。由此，也判断为能够提高磁极位置传感器12的检测精度。
通过以上的控制可知，能够在圆筒型线性电动机中具备磁极位置传感器12，能够阻止行程传感器13的配置引起的阻尼、推力的降低等。以上，示出了作为磁极位置传感器12配置于定子铁心小磁极狭缝51c内的例子。作为磁极位置传感器12配置于狭缝61内的情况下，相对于定子绕组7的磁场，磁极位置传感器12的方向为水平，灵敏度最小，相对于永久磁铁9的磁场为直角，因此，灵敏度最大，故定子绕组电流引起的检测误差至少比配置于定子铁心小磁极狭缝51c内的情况良好。或者，还可以不需要相对于定子绕组电流的角度修正。
通过以上的磁极位置传感器12的配置、修正控制等，能够省略行程传感器13等，另外，不需要配置磁极位置传感器12的特别的空间，因此，能够将所述空间使用于推力、阻尼增加，能够提供高阻尼、高推力的圆筒型线性电动机。另外，能够进行小型化。
在以上的实施例中，以利用霍尔元件或霍尔IC构成的磁极位置传感器为例进行了说明。作为磁极位置传感器，使用其他磁阻效果元件等也可。在这种情况下，也能够实现在以上的实施例中说明的效果。
另外，图15所示的圆筒型线性电动机装置的控制电路不具备行程传感器。从而，图16及图18所示的圆筒型线性电动机装置的控制电路还能够适用于图1或图15所示的圆筒型线性电动机不具备行程传感器的情况，且磁极位置传感器12’配置于定子铁心小磁极狭缝51c的情况中。
另外，图7～图13所示的结构还可以适用于本实施方式。
如上所述，根据本实施方式可知，能够得到高阻尼且高推力的线性电动机。
另外，能够减少齿槽。
进而，能够小型化。
其次，使用图21说明将本发明的各实施方式的圆筒型线性电动机作为电磁悬架使用的电动车辆的结构。
电动车辆200包括车体201和转向架202。转向架202用弹簧205支承具备车轮204的车轴203。转向架202经由弹簧208支承车体201。另外，经由安装于转向架202的转向架侧凸缘211和安装于车体201的车体侧凸缘210，支承圆筒线性电动机1和阻尼器209。圆筒线性电动机1具有图1、图14或图15所示的结构。
车体201具备加速度传感器207和摆动控制装置206。摆动控制装置206根据加速度传感器207的信号，减小其加速度地向圆筒型线性电动机1产生推力指令，产生抑制摆动的推力。在此，在摆动控制装置206中包括所述圆筒型线性电动机1的控制装置。
由此，发挥与加速度传感器207的输出对应的推力指令，除了圆筒型线性电动机1的控制装置之外，由此得到圆筒型线性电动机1的位置信号的同时，将使推力为最大的电流向各相通电，由此能够发挥期望的摆动防止效果，能够形成为横摆动小的车体201。
在此，在圆筒型线性电动机1的控制装置发生故障时，使圆筒型线性电动机1的三相的端子短路，由此通过在其定子绕组流过短路电流，能够通过在圆筒型线性电动机1的内部消耗的损失来得到高阻尼特性，能够减少摆动。
在具备阻尼器209的情况下，从摆动控制装置206向阻尼器209输送阻尼器衰减力切换信号，由此能够得到有效的摆动抑制，所述阻尼器衰减力切换信号为在利用圆筒型线性电动机1的推力，主动控制的情况下，使阻尼器209衰减力小地进行切换，在圆筒型线性电动机1的故障时，使阻尼器209衰减力大地进行切换。进而，在本发明中，能够增大圆筒型线性电动机1的阻尼，因此，只要能够发挥在故障时发挥的阻尼器209的作用，就能够省略阻尼器209，能够形成为具备结构简单的电磁悬架的电动车辆。
其次，使用图22说明适用了本发明的各实施方式的圆筒型线性电动机的齿条&小齿轮方式的电动动力转向装置的结构。
图22是适用了本发明的各实施方式的圆筒型线性电动机的齿条&小齿轮方式的电动动力转向装置的结构图。还有，在图22中，用剖面仅示出线性电动机部分。
图22所示的电动动力转向装置将用于辅助操纵的线性电动机1的推力向齿条壳体302的内部的齿条轴303传递，其力向转向横拉杆304传递，辅助未图示的轮胎(通常为前轮)的操纵的电动动力转向装置。圆筒线性电动机1具有图1、图15或图15所示的结构。
在齿条壳体302设置有小齿轮壳体305，在小齿轮壳体305的齿条齿轮侧设置有未图示的小齿轮。另外，经由未图示的操纵柱设置有方向盘。
在为了操纵而旋转操作方向盘的情况下，经由操纵柱使小齿轮旋转，力向齿条齿轮传递，变换为齿条轴303的动作。线性电动机1产生该情况的辅助力。关于产生辅助力的机构、控制内容为公知，因此，在此省略。
通过将本实施方式的线性电动机适用于电动动力转向装置，得到以下的效果。
第一，将线性电动机1的推力在机构方面不经由减速机构或旋转/直动变换机构，而直接作用于齿条轴303，因此，提高操作方向盘的驾驶者的操纵感。
第二，将线性电动机1的推力在机构方面不经由减速机构或旋转/直动变换机构，而直接作用于齿条轴303，因此，在线性电动机1的未运行时，也能够减轻操作方向盘的驾驶者的操纵力，提高安全性。
第三，线性电动机1在未运行时也可能产生高阻尼(高衰减)，因此，提高了辅助力未运行时操纵的稳定性。
第四，以往，用橡胶衬垫等防止来自轮胎的高频振动向方向盘传递的情况，对线性电动机1，推力的响应能够至高的频带，因此，能够抑制高频振动，能够废除橡胶衬垫等。从而提高操作方向盘的驾驶者的操纵感。
还有，除了上述图21、图22所示的实施例以外，例如，出于降低汽车的车体振动或结构物的振动等目的，适用本发明的线性电动机的情况下，能够期待提高减振效果、能够使促动器小型化、能够省略阻尼器等衰减要件或简化衰减要件等效果。

Claims (11)

1.一种圆筒型线性电动机，其具有：圆筒状的定子；圆筒状的移动件，其相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动，所述圆筒型线性电动机的特征在于，
所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，
所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，
所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，
利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，
分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置的所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性。
2.根据权利要求1所述的圆筒型线性电动机，其特征在于，
圆筒状的所述定子配置于内周侧，圆筒状的所述移动件配置于外周侧。
3.根据权利要求1所述的圆筒型线性电动机，其特征在于，
所述小磁极在所述定子的主磁极之间至少配置三个以上。
4.根据权利要求1所述的圆筒型线性电动机，其特征在于，
所述辅助磁极在其轴向的空隙面具备磁性切口部。
5.一种圆筒型线性电动机，其具有：圆筒状的定子；圆筒状的移动件，其相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动，所述圆筒型线性电动机的特征在于，
所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，
所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，
所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，
利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，
所述定子的多个所述小磁极的间距与所述移动件的多个永久磁铁的间距相等。
6.一种圆筒型线性电动机装置，其具有：
圆筒型线性电动机，其具有圆筒状的定子和圆筒状的移动件，所述圆筒状的移动件相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动；
位置传感器，其用于检测在所述定子铁心的磁路内配置的所述移动件的磁极位置；
控制装置，其根据所述位置传感器的输出算出所述移动件的位置，由此控制供给所述线性电动机的电流，
所述圆筒型线性电动机装置的特征在于，
所述圆筒型线性电动机的所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，
所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，
所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，
利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，
所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性，所述多个永久磁铁分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置。
7.根据权利要求6所述的圆筒型线性电动机装置，其特征在于，
所述控制装置具备传感器输出信息修正机构，该传感器输出信息修正机构以向定子绕组的电流控制系统的电流值为基础，修正来自所述位置传感器的输出，
所述传感器输出信息修正机构根据用于修正所述位置传感器的输出的传感器输出修正信息，修正所述位置传感器的输出信息，将该修正的输出信息作为传感器修正输出信息向所述控制装置输出，
所述控制装置从所述传感器修正输出信息得到所述移动件的磁极位置的信息，控制供给所述线性电动机的电流。
8.根据权利要求6所述的圆筒型线性电动机装置，其特征在于，
所述位置传感器在位于所述多个小磁极之间的狭缝内配置。
9.根据权利要求6所述的圆筒型线性电动机装置，其特征在于，
所述位置传感器在位于收容所述定子绕组的切槽的空隙侧的狭缝内配置。
10.一种电磁悬架，其使用于车辆，其特征在于，
使用圆筒型线性电动机作为所述电磁悬架，
所述圆筒型线性电动机具有：圆筒状的定子；圆筒状的移动件，其相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动，
所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，
所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，
所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，
利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，
分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置的所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性。
11.一种电动动力转向装置，其中，使用圆筒型线性电动机作为对车轮的操纵加以辅助的动力源，所述电动动力转向装置的特征在于，
所述圆筒型线性电动机具备：圆筒状定子；圆筒状的移动件，其相对于所述定子隔开间隙配置，并能够相对于所述定子直线地移动，
所述定子具备：三相的定子绕组，其在所述移动件的移动方向上依次排列；定子铁心，其配置于这些定子绕组之间，
所述移动件具备：移动件铁心；多个永久磁铁，其固定于所述移动件铁心，且具有等间隔的磁极，
所述定子铁心具备：多个定子铁心磁极，其在所述移动件侧的表面具有多个小磁极；两个辅助磁极，其配置于所述定子铁心磁极的两端；轭部，其与所述定子铁心及所述辅助磁极一同构成磁路，
利用所述定子铁心构成的磁路相对于所述三相共有化，
分别位于与所述多个定子铁心磁极中一个定子铁心磁极具备的多个所述小磁极对置的位置的所述移动件的多个永久磁铁构成为相同极性。
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