CN102474217B - 分布式布置的直线电机及分布式布置的直线电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定子以分布式方式布置的分布式布置的直线电机。还公开用于控制分布式布置的直线电机的方法。在所公开的直线电机(1)中，定子(10、10B)和可动部件(20)相对于彼此移动。定子和可动部件各具有：彼此相互磁作用的多种极(12a、12b、12c)(22a、22b)；周期性结构，其中多种极在相对运动方向上、按种类的次序、周期性地布置。定子布置成在相对运动的方向上分开的组，其中在相邻定子之间的定子间距离(D1、D2)小于可动部件的长度(Lmv)。定子极包括线圈(11)，直线电机设置有电流控制装置，其基于相邻定子之间的定子间距离控制供应到线圈的电流。

Description

分布式布置的直线电机及分布式布置的直线电机的控制方法

技术领域

本发明涉及被用来驱动输送设备的转向架的直线电机，尤其是，涉及具有以分布式方式布置的定子的直线电机，为了方便起见，下面可将这种电机称为“分布式布置的直线电机”，本发明还涉及控制此类包括分布式布置的定子的直线电机的方法。

背景技术

一般，被用来输送部件或产品的直线电机具有其中可动部件在一个定子上移动的结构。然而，采用具有长的输送路径的结构将导致设备成本的上升，因而是有缺陷的，为了避免上述缺陷，提出了将定子布置成分布式或分开式的方法。在这种分布式定子布置(不连续的布置)中，例如专利文献1公开一种减小直线电机速度变化的方法，通过考虑次级侧转向架的位置与加速度的关系，上述方法即使在采用以开环方式驱动的接地主级侧分布式布置系统时也不会造成速度不均匀。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：公开号2004-80881的日本专利申请公报。

发明内容

顺带地，在以分布式方式分开布置的定子中，与控制成一个可动部件在一个定子上的结构不同，需要考虑多个定子和多个可动部件之间的相互关系，因此，多种控制方法或方式可以被采用。

然而，在专利文献1中公开的技术关注的是减小直线电机速度变化的方法以避免在驱动时间(此时主要是加速度改变)中速度上的不均匀。特别是，所公开的方法是在可动部件一度与定子分开并随后移动到下一个定子的情形中的控制方法。

因为这种结构，还不能说所公开的直线电机充分考虑了可动部件跨骑相邻定子的结构中定子的分布式布置。

构思本发明以解决上述缺陷，本发明的目的是提供适用于以分布式方式布置的定子的分布式布置直线电机，还提供一种这种分布式布置的直线电机的控制方法。

解决问题的手段

为了实现上述目的，在权利要求1中限定的本发明是一种分布式布置的直线电机，其中定子和可动部件布置成能够相对运动，其中所述定子和所述可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置；多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置；相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度；定子的极或可动部件的极由线圈形成；还提供电流控制单元，其基于定子之间的距离来控制供应到线圈的电流。

权利要求2所述的本发明特征在于，在根据权利要求1所述的分布式布置的直线电机中，电流控制单元构造成基于定子之间的距离计算供应到线圈的电流的相位。

另外，权利要求3所述的本发明特征在于，在根据权利要求1或2所述的分布式布置的直线电机中，定子之间的距离是相邻定子的极之间的最小距离，并且可动部件的长度是可动部件的极之间的最大距离。

另外，权利要求4所述的本发明特征在于，在根据权利要求1至3中任一所述的分布式布置的直线电机中，定子和可动部件的极中的任一由用于驱动的永久磁铁构成，并且还在线圈侧为定子或可动部件提供位置检测器，所述位置检测器检测用于驱动的永久磁铁的位置并计算其位置。

另外，权利要求5所述的本发明特征在于，在根据权利要求1至4中任一所述的分布式布置的直线电机中，还提供距离计算单元，所述距离计算单元基于来自位置检测器的信息计算定子之间的距离。

另外，权利要求6所述的本发明为一种控制分布式布置的直线电机的方法，所述直线电机包括布置成能够相对运动的定子和可动部件，其中定子和可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置，多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置，相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度，并且定子的极或可动部件的极由线圈形成，其中基于定子之间的距离控制供应到线圈的电流。

本发明的效果

本发明提供一种直线电机，其中定子和可动部件布置为能够相对运动，其中定子和可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置；多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置；相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度；定子的极或可动部件的极由线圈形成；并且还设置了电流控制单元，其基于定子之间的距离控制供应至线圈的电流。根据上述结构的直线电机，当可动部件从一个定子移动到相邻的下一个定子时，供应至线圈的电流受到电流控制单元的控制以便不引起任何可动部件的推力损失，由此控制其速度。因而，本发明提供能够获得上述效果的分布式布置的直线电机以及这种直线电机的控制方法。

附图说明

图1为框图，示出根据本发明第一实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构的一个例子。

图2为图1所示的分布式布置的直线电机的定子和可动部件的一个实例在模式图中的透视图。

图3为平面图，示出表现图1的分布式布置的一个实例。

图4为模式图，示出图1中所示的分布式布置的直线电机的驱动系统的定子之间的详细状态的一个实例。

图5为框图，示出图1中所示的电子控制装置的结构的一个实例。

图6示出在图5中所示的磁性传感器中具有两组全桥结构的磁性传感器的一个实例(在图5中，(A)为平面图示出磁性传感器的铁磁薄金属的形状，而(B)示出等效电路)。

图7示出从图5所示的磁性传感器产生的正弦波信号和余弦波信号的一个实例。

图8为模式图，示出图1所示的定子和可动部件的极的周期性结构的一个实例。

图9为模式图，表现图1的框图中的信号流的一个实例。

图10包括(A)到(E)，示出图1的位置信息开关的运动的模式图的一个实例。

图11为根据本发明第二实施例的分布式布置的直线电机的定子和可动部件在模式图中的一个实例的透视图。

图12为模式图，示出图11所示的定子的周期结构的一个实例。

具体实施方式

下面参照附图来解释体现本发明的最佳模式。

(第一实施例)

将参照附图来描述根据本发明第一实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构和功能。此外，应注意到，在下面的公开中，术语“分布式布置的直线电机”表示多个定子以分布式方式布置的直线电机。

图1为框图，示出根据本发明当前实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构的一个实例。图2为透视图，示出图1所示的分布式布置的直线电机的定子和可动部件。图3为平面图，示出表现图1的定子布置的一个实例。图4为模式图，示出图1所示的分布式布置的直线电机的驱动系统的定子之间的详细状态。图5为框图，示出图1所示的马达控制装置的结构的一个实例。

如图1中所示，分布式布置的直线电机的驱动系统包括直线电机1(其中定子以分布式方式布置)、多个电机驱动器(电机驱动器件)40、40B、40C以用来控制分布式布置的直线电机1，以及上级(更高级)控制器50以控制多个电机驱动器40、40B、40C。

分布式布置的直线电机1包括通过磁作用而能够相对移动的定子10、10B、10C，以及可动部件20、多个位置检测器(位置检测器件)30以检测可动部件20至定子10、10B、10C的相对位置，以及位置信息开关(位置信息开关器件)35以切换来自多个位置检测器的信号。在这样的分布式布置的直线电机中，多个定子10、10B、10C在输送方向上以预定间隔布置成分布式方式。

上级控制器50和各电机驱动器40借助于控制线51彼此连接。电机驱动器40和位置信息开关35借助于编码器缆线52彼此连接。位置信息开关35和为相同定子10、10B、10C提供的位置检测器30也借助于编码器缆线52连接。电机驱动器40和定子10、10B、10C分别借助于电力缆线53连接。

此外，可动部件20被引导装置(未示出)沿预定输送架(truck)引导，并且在可动部件20和每个定子10、10B、10C之间保持间隙。

如图2和4中所示，每个定子10和10B包括供应三相电流且关于可动部件20磁作用的线圈11(线圈11a-11c)，以及线圈11缠绕于其上的突出极(projecting pole)12(极12a-12c)。线圈11包括U相线圈11a、V相线圈11b和W相线圈11c。突出极12包括分别对应于线圈11a、11b、11c的用于U相的极12a、极12b和12c。这些是通过让电流流至线圈11在可动部件侧产生磁极的一个实例，定子的这样的极是由线圈11构成的实例。这些线圈11a、11b、11c和突出极12a、12b、12c以U相、V相和W相的次序在可动部件20的相对运动(移动)方向上周期性地布置，因而构成周期性结构。就是说，线圈11和极12在定子10、10B的纵向方向(作为相对运动的方向的一个例子)上构成U相、V相和W相的周期性结构。

此外，包括突出极12的定子10、10B、10C的电磁铁的芯部由磁性滞后损失较小的磁性材料(例如硅钢(silicone steel))构成，如图2所示，所述芯部形成在定子10和10B的宽度方向上延伸的突出极12，以便在与可动部件20相对的一侧突出，这些突出极12在定子10和10B的纵向方向上并排布置成梳状。

如图3所示，定子10、10B、10C在定子10、10B、10C的纵向方向上(该方向作为相对运动的方向的一个实例)以所描述的顺序布置，并具有预定定子间距(在相邻定子之间的距离)。这里，作为定子间距的一个实例，如图4所示，显示出在相邻定子10和10B的同种极之间的最小距离D1和在相邻定子10和10B的极之间的最小距离D2。

接下来，如图2所示，可动部件20设置有台21(在台21上放置零件或工件)，以及安装在台21的下表面上的用于驱动的永久磁铁22，这样可动部件20用作所述零件或工件的运载器。

每个永久磁铁22包括在与定子10和10B的相对侧上具有N极的N极磁铁22a和具有S极的S极磁铁22b，以及周期结构，其中作为N极的N极磁铁22a和作为S极的S极磁铁22b在定子10、10B和可动部件20之间的相对运动方向上周期性交替布置。就是说可动部件20在定子10的纵向方向(作为相对运动方向的一个例子)上具有N极/S极周期结构。此外，可动部件20具有例如长度Lmv，其为可动部件20的极之间的最大长度。

根据流经定子10的线圈11a、11b和11c的每一个的三相交流的方向及/或强度而产生可移动的磁场，突出极12a、12b、12c与N极磁铁22a和S极磁铁22b彼此磁作用，由此导致定子10和可动部件20在定子10的纵向方向上的相对运动。就是说，定子10和可动部件20相互磁作用，可动部件20在定子10的纵向方向上进行相对运动。

如图4所示，位置检测器30(30L、30R)包括用于检测磁性的磁性传感器31，以及位置检测电路32，所述位置检测电路32用于将来自磁性传感器31的信号转变成指定位置的信号并且检测所述位置。这里，磁性传感器31定位在与可动部件20相对侧上的中心部分，位置检测器30设定到定子10。

如图1、3等图所示，位置检测器30布置在突出极12的外面并且布置在定子10、10B、10C的宽度方向中的中心位置处，位置检测器30被设定成使得磁性传感器31面向定子10、10B、10C的与可动部件20相对的一侧。

可以期望的，只要不被线圈11影响，位置检测器30在定子10、10B、10C的纵向方向上定位成分布式布置。另外，如图4所示，定子10的位置检测器30R布置在右端突出极12c的外面，而定子10B的位置检测器30L布置在左端突出极12a的外面。

磁性传感器31检测由在定子10和可动部件20的相对运动方向上延伸的永久磁铁22产生的磁场。磁性传感器31检测由于定子10和可动部件20的相对运动造成的磁场的变化。特别是，磁性传感器31是检测磁场方向的传感器。在位置传感器30之间(即，在磁性传感器之间)的距离Ds，小于(或不大于)可动部件20的长度Lmv。就是说，这是这样的实例：在第一磁性传感器31和第二磁性传感器31之间的距离小于(或不大于)可动部件20的极之间的最大距离。

接下来，位置信息开关35通过选择来自多个位置检测器30的输入信号中的一个而产生到电机驱动器40的输出。例如，位置信息开关35输出输入信号(该输入信号是第一输入)。另外，在输入信号仅仅是一个信号的情况下，位置信息开关35按照原状输出该信号，如果没有信号被输入，则不产生输出信号。

如图5所示，电机驱动器40包括：基于来自传感器等的信息控制流至直线电机的定子10的电流的控制器41；基于控制器41变换来自电源45的电力的电力变换器42；用于检测从电力变换器42流到定子10的电力的电流检查器43；以及用于输入涉及定子10B和10C之间的距离的信息的输入单元(未示出)。电机驱动器40B和40C也具有和上面提到的参照电机驱动器40相同的结构。

控制器41通过控制线51连接到上级控制器50，并通过编码器缆线52连接到位置信息开关35。

控制器41控制电力变换器42，例如PWN(脉宽调制)逆变器，从而可动部件20确定地响应于来自上级控制器50的指令值而移动，并最终控制要供应到定子10、10B、10C的线圈11的电流。控制器41的控制系统由执行位置控制的位置控制环、执行速度控制的速度控制环和执行电流控制的电流控制环构成。控制器41用作电流控制单元的一个实例，用于基于定子之间的距离控制要供应到线圈的电流。此外，关于定子之间距离的信息和关于基于定子之间的距离的电流相位的信息从上级控制器50获得。

如图1和4所示，电机驱动器40由来自上级控制器50的指令值控制，并且电流基于来自位置检测器30的信息供应到定子10的线圈，直到可动部件到达基于来自上级控制器50的指令值的那个位置。

上级控制器50设置有CPU(中央处理单元)、RAM(随机访问存储器)和ROM(只读存储器)，并依照事先设定的工作顺序，输出关于位置指令的信息或者关于速度指令的信息(作为指令值)到相应电机驱动器40、40B和40C。此外，上级控制器50基于定子10、10B和10C之间的定子距离，计算通过各电机驱动器40、40B、40C供应到线圈11的电流的相位，所述定子距离例如是如图4所示的在相邻定子10和10B的同种极之间的最小距离D1或者在相邻定子10和10B的极之间的最小距离D2。另外，当各电机驱动器40、40B和40C被控制时，上级控制器50输出关于位置指令的信息或者关于速度指令的信息到各电机驱动器40、40B和40C。如上所述，作为电流控制装置的一个实例，上级控制器50基于定子距离D1和D2计算要供应到线圈的电流的相位。

顺带地，直线电机1以扁平型直线电机为一个实例，其包括作为可动部件和定子中之一的场磁铁单元，在所述场磁铁单元中，多个永久磁铁具有应用N极和S极的两端，垂直于N极和S极交替布置所沿的一个轴向方向，并且直线电机1还包括作为可动部件和定子中的另一个的以一间距与场磁铁单元相对的多个线圈。

下面参考图4，来具体解释在定子10和10B的分布式布置中的关系。

如图4所示，对于定子10和10B的突出极12，突出极12a、12b和12c以线圈节距Cp的一个周期性循环的长度按顺序布置。作为定子10(10B)的周期结构中的一个周期性循环的长度的一个实例，线圈节距Cp是U相、V相、W相中相同相位的突出极之间的最小距离。例如，线圈节距Cp是用于U相的突出极12a和下一个U相的突出极12a之间的距离。此外，在图4的图解中，描述上述距离以突出极12的中心为标准。此处，可以不管永久磁铁20和突出极12的极的种类，而通过连接周期性结构中的相同相位的部分执行对可动部件20和定子10、10B的长度和距离的测量。就是说，例如可以采用下述距离或长度：连接突出极12的一侧的角部的距离或长度而非连接突出极12的中心的距离或长度。

在相邻定子10和10B的同种极之间的最小距离D1的一个实例是：连接U相的位于最靠近定子10B侧的突出极12a和U相的位于最靠近定子10侧的突出极12a的距离。如上所述，在距离D1小于可动部件20的长度Lmv的情形中，可动部件20可以占据跨骑相邻定子10和10B的位置，其中定子10和10B的极中的任一以及可动部件20的所述极中的任一总是彼此相对，另外，作为定子10的一组极的U相、V相和W相的所述极12a、12b和12c和可动部件20的所述极的任一也总是彼此相对。在最小距离D1和长度Lmv之间的关系是这样一个实例，其中相邻定子10和10B之间的距离D1小于(或不大于)可动部件20的长度Lmv。

此外，同样如图4所示，相邻定子10和10B的极之间的最小距离D2的一个例子是：连接W相的位于最靠近定子10B侧的突出极12C和U相的位于最靠近定子10侧的突出极12a的距离。距离D2小于可动部件20的长度Lmv。此处，可动部件20的长度Lmv对应如图4所示连接沿可动部件20的相对运动方向设置在两端的永久磁铁22的距离。即，这是在可动部件20的所述极之间的最大距离的一个例子。

如上所述，在距离D2小于可动部件20的长度Lmv的情形中，可动部件20可以占据跨骑相邻定子10和10B的位置，其中定子10和10B的所述极中的任一和可动部件20的所述极中的任一总是彼此相对，在最小距离D2和长度Lmv之间的这种关系是这样的例子：其中相邻定子10和10B之间的距离D2小于(不大于)可动部件20的长度Lmv。

接下来，将在下面解释定子10的线圈11和要供应的电流的相位。

如图4中所示，距离λ是相邻定子10和10B之间的距离D1和线圈节距Cp与自然数乘积之间的差，其表达如下。

λ＝D1-Cp×自然数(λ＜Cp)    (1)

在这种情形中，在流到定子10的线圈11的电流和流到定子10B的线圈11的电流之间的相位差ψ表达如下。

ψ＝2π·λ/Cp    (2)

假定流经定子10的线圈11的电流波形为cos(ωt)，流经定子10B的线圈11的电流的波形将是cos(ωt+ψ)

此外，在采用相邻定子10和10B之间的距离D2的情形中，如图8所示，在U相的极12a和W相的极12c之间的距离，即，线圈节距Cp的2/3，可以被加到距离D2上。距离D1和距离D2之间的关系表达式如下。

D1＝D2+2/3·Cp    (3)

另外，关于V相和W相，设定相位差相邻定子10和10B之间的距离D1被输入到上级控制器50作为分布式布置的直线电机的结构的设计值。

下面，参考附图来解释构成位置检测器30的磁性传感器31。

图6示出组成图1的位置检测器的具有两组全桥结构的磁性传感器(在图6中，(A)是平面图，示出磁性传感器的铁磁薄金属的形状，而(B)示出等效电路)。

位置检测器30的磁性传感器31具有磁电阻(magnetro-resistance)元件和合金制成的铁磁薄金属膜，所述磁电阻元件由Si或玻璃基底构成，所述合金具有铁磁金属例如Ni、Fe等主要成分并形成在所述基底上。磁性传感器被称为AMR(各向异性磁电阻)传感器(各向异性磁电阻元件)，因为其阻值在特定场方向中改变。

如图6中所示，位置检测器30的磁性传感器形成在一个基底上，从而两组全桥结构的元件彼此成45度倾斜以确认运动方向。两组全桥电路获得的输出功率VoutA和VoutB构成彼此相位差为90度的余弦波和正弦波，如图7所示。由于磁铁22a和22b在相对运动方向上交替地布置，位置检测器30的输出形成余弦和正弦波。如提到的那样，位置检测器30基于驱动可动部件20的永久磁铁的周期性结构输出由相对运动周期性产生的磁场的方向上的变化，因为正弦波信号和余弦波信号具有90的相位差。

来自磁性传感器的输出信号进入位置检测电路32，其中通过加入数字式的差值处理到具有90度相位差的正弦波信号和余弦波信号，所述输出信号被转变成具有更高分辨率的相位角数据。

然后，位置检测器32从该相位角数据产生A相编码器脉冲信号(对应正弦波信号)和B相编码器脉冲信号(对应余弦波信号)，并且在每一个周期性循环则产生一次Z相脉冲信号。这些A相编码器脉冲信号、B相编码器脉冲信号及Z相脉冲信号组成的位置信号被输入到位置信息开关35中。如图5所示，电机驱动器40响应于这些A相编码器脉冲信号、B相编码器脉冲信号及Z相脉冲信号组成的位置信号来控制电力变换器42。

接下来，将解释在定子10和10B之间的距离为线圈节距Cp和自然数的乘积时的情形。

图8为模式图，示出定子10、10B和可动部件20的周期性结构。

如图8中所示，相邻定子10和10B之间的距离设定为使得距离D1预定为线圈节距Cp和自然数的乘积的距离，定子10和10B以分布式布置设置。以其它观点看，可以说定子10的周期性结构的相位和定子10B的周期性结构的相位彼此一致。就是说，定子10布置成使得定子10的U相、V相和W相的周期性结构在定子(10B)侧虚拟延伸，如图4中虚线所示，从而定子10B的周期性结构在该延伸部分上交迭。

此外，其中定子10的周期性结构的相和定子10B的周期性结构的相彼此一致的所述布置在表述上可被代替，从而在具有连续的从定子10到定子10B的周期性结构的线圈11及突出极12的一个定子中，除了在距离D2中的两端处的线圈11和突出极12以外，距离D2中的线圈11和突出极12可以部分地消除。此外，在图8所示的实施例中，距离D1是大于2的自然数与线圈节距Cp的乘积。另外，假定在定子10中的定子(10)侧上的端部处的V相和W相的突出极12b和12c不存在，并且U相的突出极12a设置在最靠近定子(10)侧，则距离D1是大于1的自然数与线圈节距Cp的乘积。

在定子10和10B如上所述布置的情形中，即，定子10和10B布置成λ＝0的方式，上级控制器50产生指令值从而相同相位的电流经过电机驱动器40和40B。

下面将参照图9和10来解释另一模式，在该模式中可动部件20从定子10经过定子10B到达可动部件20将停止在其上的定子10C。

首先，如图9所示，上级控制器50输出指令值到定子10、10B、10C的电机驱动器40。此时，上级控制器50基于定子10和10B之间的距离产生指令值以供应电流(该电流在定子10的线圈和定子10B的线圈之间具有相位差)，上级控制器50还基于定子10B和10C之间的距离供应电流(该电流在定子10的线圈和定子10B的线圈之间具有相位差)。然后，基于来自位置信息开关35的信号，定子10的电机驱动器40供应电流到定子10。

当图10(A)所示的状态到图10(B)所示的状态时，定子10B的位置检测器30L开始产生信号，该信号随后被位置信息开关35输出到电机驱动器40B。虽然可动部件20从定子10和定子10B获得推力，上级控制器50控制电机驱动器40和40B以便提供具有基于定子10和10B之间的距离的相位差的电流。

然后，当所述布置采取图10(C)所示的状态时，定子10B的位置检测器30R开始产生信号，而位置信息开关35切换输出信号到前述信号。这里，在定子10上的初始点可以让位置检测器30L在图10(B)所示的状态中或者让位置检测器30R在图10(C)所示的状态中。根据这样的初始点，尽管可以在移动的途中校正可动部件20的位置，可以在下一个定子10C上校正最终的位置。

接下来，当所述布置采取图10(D)中所示的状态时，定子10C的位置检测器30L开始产生信号，该信号随后被从位置信息开关35输出到电机驱动器40C。尽管可动部件20从定子10B和定子10C获得推力，上级控制器50控制电机驱动器40B和40C，从而电机驱动器40B和40C供应具有基于定子10B和10C之间的距离的相位差的电流。

之后，可动部件20经由图10(D)所示的状态到达图10(E)中所示的位置。

根据该实施例，提供直线电机1，其中定子10、10B、10C和可动部件20布置成能够相对移动，定子和可动部件分别设置有相互磁作用的多种极(12a、12b、12c)以及(22a、22b、22c)，并具有周期性结构，在所述周期性结构中所述多种极以极的种类的次序在相对运动的方向上周期性布置。此外，定子在相对运动方向上以分布式方式布置成多个，并且相邻定子之间的距离D1和D2的每一个都小于可动部件的长度Lmv。还有，定子的所述极由线圈11构成，并且电流控制单元设置用于基于相邻定子之间的距离D1、D2控制供应到线圈的电流，从而当可动部件从一个定子移动到相邻的另一定子时，供应到线圈的电流受到电流控制单元的控制，以便不产生可动部件的推力损失，并因此控制移动速度。这样，本实施例可以提供具有合适的分布式布置的定子的直线电机，还提供这种分布式布置的直线电机的控制方法。

此外，根据上面描述的实施例的直线电机，定子10和10B之间的距离被设定为使得定子10的周期性结构的相位和定子10B的周期性结构的相位彼此一致，即使在距离D1不是线圈节距Cp和自然数的乘积的情况下，可动部件和定子的极被形成为不产生任何可动部件的推力损失。因此，可以提高对定子10和10B的布置的设计上的自由度。

另外，根据本发明的直线电机1，相邻定子之间的距离D1和D2设定为小于(不大于)可动部件的长度Lmv，在可动部件跨骑相邻定子的情况中，来自每个定子的推力都不影响，从而可动部件20可以平稳地移动。特别是，当相邻定子的极之间的距离等于最小距离D1、D2并且可动部件的长度等于可动部件20的极之间的最大长度Lmv时，定子10和10B的极中的任一和可动部件20的极中的任一采取极总是彼此相对的状态。

此外，当上级控制器50运行(作为电流控制单元)以基于定子之间的距离D1、D2计算要供应到线圈11的电流的相位时，要供应到线圈11的电流可被控制以便不产生任何可动部件的推力损失，移动速度也受到控制。

另外，在可动部件20的极由用于驱动的永久磁铁22构成并安装到在线圈(11)侧上的定子10，并且还提供位置检测器30以检测驱动永久磁铁22和计算位置的情况中，在改变流经线圈11的电流的相位的情况中的定时动作可以由位置检测器30操控。

还有，布置到可动部件20的永久磁铁22由位置检测器30检测，在两个位置检测器30设置为沿相对运动方向的长度小于可动部件20的长度的情况中，在各定子10、10B和10C中的基准位置能被确定，另外，位置检测器30的任意一个总是能够检测可动部件20。因此，并不需要定子10、10B、10C的每一个都提供初始点的标记以及检测所述初始点的传感器，由此可以用更简单的结构更精确地完成位置控制。如上所述，可以减少用于初始点的标记的零件或部件的数量以及用于检测初始点的传感器的数量，可以免除定位这些零件的劳动。此外，初始点可以依照可动部件20的情况来设定，可以在发生了关于指令值的错误时进行校正，从而可以实现具有高性能的输送系统。

另外，根据所描述的实施例，由于可以分别为定子10、10B、10C布置电机驱动器40、40B、40C，定子10、10B、10C能够被分别独立驱动，可以提供在输送系统的运动中具有高自由度的输送系统。而且，可以实现各种移动模式，可动部件20可以根据工作程序而被灵活控制。

此外，基于可动部件20的极的周期性结构，由于相对运动造成的周期性变化所产生的场的方向形成为具有90度相位差的正弦波信号和余弦波信号，通过这些正弦波信号和余弦波信号检测可动部件20的位置。根据这样的布置，不需要定位任何线性标度(在常规结构中需要线性标度以提供给可动部件)，因而简化了定子布置成分布式方式的直线电机的结构。另外，尽管为了精确的位置控制需要设置高性能的线性标度，但是可以消除这种线性标度的位置。

还有，位置检测器30安装在定子(10)侧，不需要为可动部件20提供编码器缆线52，也不需要缠绕(take around)编码器缆线52，可以防止编码器缆线50缠住。因此，本发明对于设置有多个可动部件20的输送系统是尤其有用的。另外，用于驱动的永久磁铁22安装到可动部件20，不需要可动部件20设置有电力缆线，可以提供完全无缆线的可动部件20，因而对设置有多个可动部件20的输送系统尤其有效。

(第二实施例)

下面将描述根据本发明第二实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统。

首先将参考附图来描述根据第二实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构。还应该注意到通过应用相同的附图标记或字符来介绍与第一实施例的部分或部件相对应的部分或部件，而仅描述不同的结构和功能。此外，相似的表述可应用至其它实施例或变型。

图11为透视图，示出定子以分布式方式布置的分布式布置的直线电机的定子和可动部件的一个实例的模式图。图12为模式图，示出图11所示的定子的极的周期性结构。

如图11所示，在第二实施例中，不同于第一实施例的直线电机，用于驱动的永久磁铁22安装至以分布式方式布置的定子，为可动部件设置三相线圈和位置检测器。

如图2所示，分布式布置的直线电机的驱动系统设置有用于输送零件和工件的分布式布置的直线电机2、用于控制所述分布式布置的直线电机2的多个电机驱动器40、40B，以及用于控制多个电机驱动器40、40B的上级控制器50。

分布式布置的直线电机2包括布置成能够彼此磁地相对移动的多个定子60、60B和可动部件70。在该分布式布置的直线电机2中，多个定子60和60B布置成分开的分布式方式，在输送方向上有预定距离。

如图12所示，不同于第一实施例，可动部件70的线圈71L和71R被分成受电机驱动器40控制的线圈71L和受电机驱动器40B控制的线圈71R。就是说，作为U相、V相和W相的一组，线圈71L和71R被分成两部分区域，一个区域包括与定子60相对的线圈71L，一个区域包括与定子60B相对的线圈71R。

另外，不同于第一实施例，可动部件70设置有位置检测器30(位置检测器30L、30R)，可动部件70和电机驱动器40、40B通过电力缆线连接。可动部件70的位置检测器30L、30R通过编码器缆线连接到位置信息开关(未示出)，位置信息开关和电机驱动器40、40B也通过编码器缆线连接。各电机驱动器40、40B和上级控制器50分别通过控制线连接。

另外，位置检测器30L和30R(其每个都设置有磁性传感器)布置在突出极72的外面，前述突出极72设置在可动部件70的纵向两端部分处，如图11和12所示，位置检测器30L和30R设定成使得位置检测器30L和30R的磁性传感器面对可动部件70的与定子60相对的一侧。位置检测器30L和30R的定位位置在可动部件70的纵向方向上分开，以便不遭受线圈71L和71R的影响。

下面详细描述定子60、60B和可动部件70。

首先，如图11所示，定子60和60B的每一个包括基部61和设置在基部61的上表面上的永久磁铁62。如图11和12所示，永久磁铁62包括在与可动部件70相对的一侧上具有N极的N极磁铁62a，以及具有S极的S极磁铁，并与可动部件70磁作用。这些N极和S极是由永久磁铁62在可动部件(70)侧发生的极的一个实例。因而，形成周期性结构，其中N极磁铁62a和S极磁铁62b以此顺序在定子60、60B和可动部件70的相对运动方向上周期性交替布置。就是说，每个定子60和60B具有在定子60的纵向方向(作为相对运动方向的一个实例)上的N极和S极的周期性结构。

如图11和12所示，可动部件70设置有线圈71L和71R和突出线圈72，三相交流电供应至线圈71L和71R，并且线圈71L和71R缠绕在突出线圈72上。线圈71L和71R包括三种类型的线圈：用于U相的线圈71a、用于V相的线圈71b和用于W相的线圈71c；另一方面，突出极72包括三种类型的突出极：用于U相的突出极72a、用于V相的突出极72b和用于W相的突出极72c，它们分别对应线圈71a、71b和71c的布置。这些线圈71a、71b、71c和极72a、72b、72c以U、V、W相的次序在定子60、60B、60C和可动部件70A的相对运动方向上周期性地布置，因而构成周期性结构。

此外，如图12所示，线圈71L和71R被分成两个部分，所述两个部分包括在位置检测器30L侧(图12中的左侧)上的电流从电机驱动器40供应至其的线圈71a、71b、71c以及在位置检测器30R侧(图12中的右侧)上的电流从电机驱动器40B供应至其的线圈71a、71b、71c。

依照经过可动部件70的各线圈71a、71b、71c的三相交流的方向及/或强度而产生变化磁场，对应各线圈71a、71b、71c的突出极72与N极和S极磁铁62a和62b相互磁作用，这是造成定子60、60B和可动部件70在定子60、60B的纵向方向上相对运动的原因。就是说，定子60、60B和可动部件70相互磁作用，可动部件70在定子60、60B的纵向方向上进行相对运动。

例如，在可动部件70在定子60上以及沿着定子60相对运动期间，驱动电机40、40B供应相同相位的电流。接着，如图12所示，在可动部件70的前进方向上设置在前面的位置检测器30R检测定子60B，并且基于来自位置检测器30R的信息，上级控制器50改变要供应到电机驱动器40、40B的电流的相位。

上级控制器50然后基于定子60和60B之间的距离(就是说，如图12所示，基于相邻定子60和60B之间的距离D1、D2)，计算要供应到电机驱动器40和40B的线圈71L和71R上的电流的相位差。然后，当上级控制器50控制各电机驱动器40、40B时，通过加入关于相位差的信息，上级控制器50输出关于位置指令的信息或者关于速度指令的信息到各电机驱动器40和40B。

如上面提到的那样，作为电流控制装置的一个实例，上级控制器50计算要供应到线圈71L、71R的电流的相位。另外，电机驱动器40、40B用作电流控制单元的一个实例，该电流控制单元基于定子之间的距离D1、D2、通过获得来自上级控制器50的关于相位差的信息来控制要供应到线圈71L、71R的电流。

接下来，参照图12描述定子60和60B的布置。

如图12所示，定子60的永久磁铁62以N极磁铁62a和S极磁铁62b的次序交替布置，每个磁铁的一个周期(循环)的长度为磁节距Mp。磁节距Mp作为定子60的周期性结构中的一个周期的长度的一个实例，是N极磁铁62a和S极磁铁62b的相同极的之间的最小距离，例如是一个N极磁铁62a和下一个N极磁铁62a之间的距离。

相邻定子60和60B的相同极之间的最小距离D1的一个例子是，连接设置在定子60中最靠近定子(60)侧上的N极磁铁62a和设置在定子60B中最靠近定子(60B)侧上的N极磁铁62a。如上面提到的那样，在距离D1小于可动部件70的长度Lmv的情况中，可动部件70可能是跨骑定子60和60B的情况，并且它的情况是定子60、60B的极的任一和可动部件70的极的任一总是彼此相对。这是最小距离D1和可动部件70的长度Lmv之间关系的一个实例，其中相邻定子60和60B之间的距离D2小于可动部件70的长度Lmv。

此外，如图12所示，相邻定子60和60B的极之间的最小距离D2的一个例子是，连接设置在定子60中最靠近定子(60)侧上的S极磁铁62b和设置在定子60B中最靠近定子(60)侧上的N极磁铁62a的距离。该距离D2小于可动部件70的长度Lmv。此处，如图12所示，可动部件70的长度Lmv是连接沿可动部件70的相对运动方向设置在两端部分的突出极72的距离，就是说，该距离是可动部件20的极之间的最大距离的一个例子。

如上面提到的那样，当距离D2小于可动部件70的长度Lmv时，可动部件70可能出现跨骑定子60和60B的情况，其中定子60、60B的极中的任一和可动部件70的极中的任一总是彼此相对。这是最小距离D2和可动部件70的长度Lmv之间关系的一个例子，其中相邻定子60和60B之间的距离D2小于可动部件70的长度Lmv。

此处，流经被分成两个区域的可动部件70的线圈71L和71R的电流的相位差ψ表示如下。

λ＝D1-Mp×自然数(λ＜Mp)    (4)

在这种情况中，在图12中，流到位置检测器(30L)侧上的U相、V相和W相的线圈71L的电流和流到位置检测器(30R)侧上的U相、V相和W相的线圈71R的电流之间的相位差ψ表达如下。

ψ＝2π·λ/Mp    (5)

此外，在采用相邻定子60和60B之间的距离D2的情况中，如图12所示，N极磁铁62a和S极磁铁62b之间的距离，即磁节距Mp的1/2，可以被加到距离D2上。距离D1和距离D2之间的关系式如下表达。

D1＝D2+1/2·Mp    (6)

此外，在定子60和60B之间的距离设定为使得距离D1是磁节距Mp和自然数的乘积，并且定子60和60B布置成分布式方式的情形中，或者以其它的观点表述，当定子60的周期性结构的相位和定子60B的周期性结构的相位彼此一致时，电机驱动器40和40B即使在可动部件70跨骑定子60和60B两者的情况中也能提供相位相同的电流。

根据本实施例，可以提供分布式布置的直线电机及其控制方法。该分布式布置的直线电机是直线电机2，其中定子60、60B和可动部件70相对运动；定子和可动部件具有相互磁作用的多种极(62a、62b)(72a、72b、72c)，并具有周期性结构，在该周期性结构中多种极以所述极的种类的次序沿相对运动方向周期性布置；相邻定子之间的距离D1、D2小于(不大于)可动部件的长度Lmv；可动部件的极由线圈71L和71R构成；并且设置了电流控制单元，其基于相邻定子之间的距离D1、D2控制到线圈的电流，因此，当可动部件从一个定子移动到相邻的下一个定子时，电流控制单元控制供应到线圈的电流的相位，因而控制移动速度，以便不造成可动部件的推力损失，因而适合定子的分布式布置。

还有，在定子60和60B的极由用于驱动的永久磁铁62和用于检测用于驱动的永久磁铁62和计算其位置的位置检测器30L和30R构成的结构中，还为可动部件70设置线圈71L和71R，在可动部件70设置在定子60上的状态中，电机驱动器40和40B流过相同相位的电流，但是在可动部件70跨骑定子60和60B的状态中，在可动部件70的前进方向上放在前面的位置检测器30R检测可动部件70跨骑定子60和60B的状态，例如，由此计算用于改变从电机驱动器40和40B供应的电流的相位的时刻。

此外，在第一和第二实施例中，可进一步提供计算单元用来计算定子之间的距离以基于来自位置检测器30的信息在不测量定子之间的距离的情况下计算距离D1、D2。例如，基于来自位置检测器30的信息，上级控制器50计算可动部件20(70)的速度以及让可动部件20(70)的前端前进通过定子之间的部分的时间，然后通过所述速度和可动部件20(70)的通过时间来计算距离。

此外，电机驱动器40(40B、40C)可以代替上级控制器50计算定子之间的距离和相位。在这种情况中，电机驱动器40(40B、40C)可包括CPU，该CPU用于计算定子之间的距离，以及依照算出的定子之间的距离计算要供应到线圈的电流的相位。

还应该注意到，本发明不限于上面描述的实施例，上面描述的实施例是体现本发明的模式或实例，具有与本发明的后附权利要求的范围中所阐述的技术思想基本相同的结构并获得与本发明能够得到的功能和效果相同的功能和效果的每个实施例都包含在本发明的技术范围内。

1、2分布式布置的直线电机(其中定子以分布式方式布置)；

10、10B、10C、60、60B定子；     11、71L、71R线圈；

20、70可动部件；                22、62永久磁铁；

30、30L、30R位置检测器；        40、40B、40C电机控制器；

50上级控制器

Claims (6)

1.一种分布式布置的直线电机，在所述直线电机中，定子和可动部件布置成能够相对运动，其中

所述定子和所述可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中，定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在所述定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置；

多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置；

相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度；

定子的极或可动部件的极由线圈形成；并且

所述直线电机还包括：

多个位置检测器，所述定子的极和所述可动部件的极中的任一者由驱动用的永磁体构成，所述多个位置检测器被设置在所述定子或者所述可动部件中的具有线圈的一侧，用于检测驱动用的永磁体并计算出其位置；

位置信息开关；和

电流控制单元，

其中，所述位置信息开关选择来自所述多个位置检测器的信号并向所述电流控制单元进行输出，

并且，所述电流控制单元基于来自所述位置信息开关的信号与定子之间的距离来控制供应到线圈的电流。

2.根据权利要求1所述的分布式布置的直线电机，其中，

所述位置检测器在所述相对运动的方向上配置在所述定子或者所述可动部件的极的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的分布式布置的直线电机，其中，

所述位置信息开关将来自所述多个位置检测器的信号中的、最先输入的信号向所述电流控制单元输出。

4.根据权利要求1或2所述的分布式布置的直线电机，还包括

距离计算单元，该距离计算单元基于来自位置检测器的信息计算定子之间的距离，

其中，所述电流控制单元基于所述定子之间的距离计算供应到线圈的电流的相位。

5.根据权利要求1或2所述的分布式布置的直线电机，其中

定子之间的距离是相邻定子的极之间的最小距离，并且可动部件的长度是可动部件的极之间的最大距离。

6.一种控制分布式布置的直线电机的方法，所述直线电机包括布置成能够相对运动的定子和可动部件，其中定子和可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中，定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置，多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置，相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度，定子的极或可动部件的极由线圈形成，

并且所述直线电机还包括：

多个位置检测器，所述定子的极和所述可动部件的极中的任一者由驱动用的永磁体构成，所述多个位置检测器被设置在所述定子或者所述可动部件中的具有线圈的一侧，用于检测驱动用的永磁体并计算出其位置；

位置信息开关；和

电流控制单元，

其中，所述位置信息开关选择来自所述多个位置检测器的信号并向所述电流控制单元进行输出，

所述方法的特征在于，基于来自所述位置信息开关的信号与基于定子之间的距离控制供应到线圈的电流。