CN103430445B - 线性电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种对线性电动机进行驱动的线性电动机驱动装置，该线性电动机由以下部分构成：固定部，其具有磁铁列和2根导轨，其中，该磁铁列由以直线状排列的多个永磁铁构成，2根导轨与该磁铁列平行地配置，用于在所述磁铁列的两侧对可动部进行支撑及引导；以及可动部，其具有电枢及2个支承部，其中，2个支承部分别支撑在所述2根导轨上，与所述2根导轨滑动接触且能够滑动，电枢在所述2个支承部之间与所述磁铁列接近且相对配置，在该线性电动机驱动装置中，用于生成并控制向所述电枢的线圈供给的d轴电流及q轴电流的电流控制电路中的d轴电流控制电路，具有下述结构：使所生成的d轴电流变化，对在所述导轨和所述支承部之间产生的摩擦力进行控制。

Description

线性电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种线性电动机驱动装置。
背景技术
作为对直线电动机的停止位置（移动距离）进行控制的结构，已知除了用于产生推力的线圈及磁铁以外，还设有用于使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线圈及磁铁的结构（例如专利文献1）。
另一方面，在旋转电动机的停止控制中，使用通过d轴电流控制而产生制动扭矩，使其减速的方法（例如专利文献2）。
专利文献1：日本特开平11－122902号公报
专利文献2：日本特开2003－88168号公报
发明内容
在除了用于产生推力的线圈及磁铁以外而设有用于使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线圈及磁铁的结构中，用于对停止位置（移动距离）进行控制的结构变得复杂。
此外，由于在线性电动机的驱动控制中也使用与旋转电动机同样的矢量控制，因此，如果在线性电动机中也能够通过进行d轴电流控制，使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小，从而进行停止位置控制（移动距离控制），则能够实现结构简化。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种能够进行d轴电流控制，使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线性电动机驱动装置。
为了解决上述课题、实现目的，本发明的线性电动机驱动装置对线性电动机进行驱动，该线性电动机由以下部分构成：固定部，其具有磁铁列和2根导轨，其中，该磁铁列由以直线状排列的多个永磁铁构成，2根导轨与该磁铁列平行配置，用于在所述磁铁列的两侧对可动部进行支撑及引导；以及可动部，其具有电枢及2个支承部，其中，2个支承部分别支撑在所述2根导轨上，与所述2根导轨滑动接触且能够滑动，所述电枢在所述2个支承部之间与所述磁铁列接近且相对配置，该线性电动机驱动装置的特征在于，用于生成并控制向所述电枢的线圈供给的d轴电流及q轴电流的电流控制电路中的d轴电流控制电路，具有下述结构：使所生成的d轴电流变化，对在所述导轨和所述支承部之间产生的摩擦力进行控制。
发明的效果
根据本发明，无需除了用于产生推力的线圈及磁铁以外而设置用于使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线圈及磁铁，能够进行d轴电流控制而使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小。因此，具有能够实现线性电动机结构简化的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例所涉及的线性电动机的外观结构的斜视图。
图2是Y轴方向剖视图。
图3是表示对图1所示的线性电动机进行驱动的线性电动机驱动装置的结构例的框图。
图4是表示图1所示的线性电动机的速度特性的波形图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明所涉及的线性电动机驱动装置的实施例详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施例。
实施例
图1及图2是表示本发明的一个实施例所涉及的线性电动机的外观结构的斜视图及Y轴方向剖视图。在这两幅图中，线性电动机100由固定部1和可动部2构成，其中，可动部2配置在固定部1上方，可沿X轴方向移动。
固定部1形成在长边沿X轴方向的长条形基座13上。即，在基座13上沿X轴方向固定有长方形板状的安装底座12，在安装底座12上沿着X轴方向等间隔地固定配置有多个永磁铁11。在安装底座12的短边方向（Y轴方向）两侧的基座13上，分别平行于X轴方向而固定配置有2根导轨31。并且，在一根导轨31外侧的基座13上，以平行于X轴方向的方式固定配置有标尺41。在标尺41上光学式或磁式地记录有位置信息。
可动部2安装在顶板24上。顶板24的长边方向的宽度比2根导轨31的间隔大，在该顶板24的两端侧的下表面，固定有分别与2根导轨31滑动接触的2个支承部32。由此，通过使2个支承部32以由2根导轨31支撑的状态在2根导轨31上滑动，从而顶板24能够在X轴方向上移动。
另外，在顶板24的下表面，在2个支承部32之间的位于永磁铁11的配置位置的正上方位置处，固定有电枢的铁心23。在铁心23的外周固定有树脂制的线轴22，该线轴22上收容有电枢的线圈21。此外，线圈21的相数为三相。通过电源用引线51，从驱动装置的逆变器95（参照图3）向三相线圈21供给三相交流电流。由此，通过使电流流过三相线圈21而在铁心23上形成磁回路，通过该磁回路的磁通量和永磁铁11产生的磁通量之间的相互作用，而在铁心23和永磁铁11之间产生从铁心23侧朝向永磁铁11侧的磁吸引力62、和未图示的朝向X轴方向的推力。可知通过磁吸引力62而在导轨31和支承部32之间产生与推力方向相反的摩擦力。
并且，位置检测器42以与标尺41相对的方式，通过位置检测器结合部件43而安装在标尺41侧的顶板24的侧端。在位置检测器42上连接有用于将检测到的位置信号传递至驱动装置的位置检测器用引线52。
图3是表示对图1中示出的线性电动机进行驱动的线性电动机驱动装置的结构例的框图。在图3中，线性电动机驱动装置90具有加减法计算电路91、93、位置控制电路92、速度控制电路94、电流控制电路95、两相/三相转换电路96、逆变器97、微分电路98、和电流检测器99。电流检测器99安装在逆变器97的输出端，检测到的输出电流被输入至电流控制电路95。电流控制电路95由d轴电流控制电路95a和q轴电流控制电路95b构成。另外，位置检测器42检测到的标尺41上的位置信息被输入至加减法计算电路91和微分电路98。
加减法计算电路91求出从外部输入的目标位置的位置指令与位置检测器42检测到的标尺41上的当前位置之间的偏差。位置控制电路92进行比例控制，并输出所得到的内部速度指令，其中，该比例控制是指根据由加减法计算电路91求出的位置偏差对内部速度指令进行计算。
加减法计算电路93求出内部速度指令和电动机速度之间的偏差，其中，内部速度指令是由位置控制电路92求出的，电动机速度是由微分电路98对来自位置检测器42的位置信息进行微分而求出的。速度控制电路94对由加减法计算电路93求出的速度偏差进行比例积分控制，对d轴电流指令及q轴电流指令进行计算，将计算出的d轴电流指令及q轴电流指令输出至电流控制电路95。
在电流控制电路95中，进行生成d轴电流的动作，并进行生成q轴电流的动作，但d轴电流控制电路95a及q轴电流控制电路95b以由电流检测器99检测到的电动机供给电流作为参考，对各生成电流进行控制，其中，该d轴电流是由向d轴电流控制电路95a中输入的d轴电流指令所指示的，该q轴电流是由向q轴电流控制电路95b中输入的q轴电流指令所指示的。
两相/三相转换电路96将电流控制电路95输出的d轴及q轴电流id、iq转换为uvw三相交流电流iu、iv、iv。逆变器97将转换得到的三相交流电流iu、iv、iv分别变换为PWM信号并进行放大，供给至三相线圈21。由此，产生磁吸引力62及沿着X轴方向的推力。
另外，如果将在可动部2和固定部1之间作用的负Z轴方向的磁吸引力62记为Fm[N]，则使用导磁率μ[H/m]、永磁铁11产生的磁通量φm[Wb]、d轴电感Ld[H]、d轴电流id[A]、固定部1和可动部2的磁路截面积S[m2]，通过式（1）求出Fm。
Fm=(S/2μ){(φm+Ldid)/S}2…（1）
另外，在通过X轴方向的推力而使可动部2由导轨31引导移动时，在支承部32和导轨31之间产生的摩擦力Ff[N]向与推力相反的X方向作用，其大小可使用支承部32和导轨31之间的动摩擦系数k、作用在支承部32上的垂直阻力N[N]，通过式（2）求出。
Ff=kN…（2）
并且，垂直阻力N可使用可动部2的质量M[kg]、重力加速度g[m/s2]、磁吸引力Fm[N]，通过式（3）求出。
N=Mg+Fm…（3）
在式（1）至式（3）中，动摩擦系数k、可动部2的质量M、导磁率μ、永磁铁11的磁通量φ、及d轴电感Ld是已知的。因此，由磁吸引力Fm引起的摩擦力Ff可通过d轴电流id的控制而进行控制。
图4是表示图1中示出的线性电动机的速度特性的波形图。在图4中，到达目标位置为止的移动时间80被分为加速时间81、匀速时间82、减速时间83。以往，在加速时间81和减速时间83内，使支承部32和导轨31之间产生相同大小的摩擦力。
在本实施例中，d轴电流控制电路95a以由电流检测器99检测到的电动机电流为参考信号，对d轴电流进行控制，以在加速时使摩擦力减小，在减速时使摩擦力增大。该控制可以在加速时和减速时进行，也可以仅在一种情况下进行。由此，能够使加速时间81和减速时间83这两段时间或其中一者缩短，因此能够缩短移动时间80。
如上所述，根据本实施例，能够进行d轴电流控制而使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小，无需如专利文献1所示，除了用于产生推力的线圈及磁铁以外而设置用于使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线圈及磁铁，因此能够实现线性电动机结构的简化。
工业实用性
如上所述，本发明所涉及的线性电动机驱动装置适用于能够进行d轴电流控制而使由磁吸引力引起的摩擦力增大/减小的线性电动机驱动装置。
标号的说明
1固定部
2可动部
11永磁铁
12安装底座
13基座
21线圈
22线轴
23铁心
24顶板
31导轨
32支承部
41标尺
42位置检测器
43位置检测器结合部件
51电源用引线
52位置检测器用引线
62磁吸引力
80移动时间
81加速时间
82匀速时间
83减速时间
90线性电动机驱动装置
91、93加减法计算电路
92位置控制电路
94速度控制电路
95电流控制电路
95ad轴电流控制电路
95bq轴电流控制电路
96两相/三相转换电路
97逆变器
98微分电路
99电流检测器
100线性电动机

Claims (4)

1.一种线性电动机驱动装置，其对线性电动机进行驱动，该线性电动机由以下部分构成：固定部，其具有磁铁列和2根导轨，其中，该磁铁列由以直线状排列的多个永磁铁构成，2根导轨与该磁铁列平行配置，用于在所述磁铁列的两侧对可动部进行支撑及引导；以及所述可动部，其具有电枢及2个支承部，其中，2个支承部分别支撑在所述2根导轨上，与所述2根导轨滑动接触且能够滑动，所述电枢在所述2个支承部之间与所述磁铁列接近且相对配置，
该线性电动机驱动装置的特征在于，具有：
电流检测器，其检测电动机供给电流；
位置检测电路，其检测位置；
加减法计算电路，其求出由所述位置检测电路检测出的位置信息、与对所述检测出的位置信息进行微分而求出的电动机速度之间的偏差；
速度控制电路，其对所述加减法计算电路求出的速度偏差进行比例积分控制，至少计算d轴电流指令，并输出所计算出的d轴电流指令；以及
d轴电流控制电路，其将由所述电流检测部检测出的电动机供给电流作为参考，使由来自所述速度控制电路的d轴电流指令生成的d轴电流变化，控制在所述导轨和所述支承部之间产生的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的线性电动机驱动装置，其特征在于，
所述d轴电流控制电路在使所述可动部向目标位置移动的情况下的加/减速时，使所生成的d轴电流变化，对所述摩擦力进行控制。
3.根据权利要求2所述的线性电动机驱动装置，其特征在于，
所述d轴电流控制电路在使所述可动部向目标位置移动的情况下的加速时，使所生成的d轴电流向使得所述摩擦力减小的方向变化。
4.根据权利要求2所述的线性电动机驱动装置，其特征在于，
所述d轴电流控制电路在使所述可动部向目标位置移动的情况下的减速时，使所生成的d轴电流向使得所述摩擦力增大的方向变化。
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