CN106612095B - 动磁式线性马达控制系统及部件制造方法 - Google Patents

动磁式线性马达控制系统及部件制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了动磁式线性马达控制系统及部件制造方法。提供了即使当多个线圈单元向台车施加力时也可以高精度地控制台车的动磁式线性马达控制系统。该动磁式线性马达控制系统具有：具有多个线圈的多个线圈单元；用于检测沿着这多个线圈单元移动的多个台车的位置的位置检测单元；以及用于基于这多个台车的位置以及多个线圈单元中的每个线圈单元的阻抗和推力特性来确定提供给多个线圈单元的电流的比例的控制单元。

Description

动磁式线性马达控制系统及部件制造方法
技术领域
本发明涉及用于对工厂自动化(FA)的输送装置的台车(cart)的驱动等的线性马达控制系统，并且更具体地涉及动磁式(moving-magnet)线性马达的控制系统。
背景技术
一般而言，在用于组装工业产品的工厂自动化生产线中，用于输送部件等的输送系统被使用。作为这种输送系统，已经提出了动磁式线性马达系统，其具有设有多个永磁体的动子、沿着该动子的移动路径布置的线圈以及用于给这些线圈提供电流的电流控制器。
日本专利申请特开No.H05-30784提出了垂直式线性马达的驱动器控制装置。根据这种驱动器控制装置，其具有多个电枢线圈，每个电枢线圈的激励电流根据动子的位置检测值而被控制，并且仅当位置检测值位于预定阈值内时，电枢线圈被通电，从而降低电力消耗。
日本专利申请特开No.2011-50220提出了分散布置的线性马达。根据这种分散布置的线性马达，基于相邻定子之间的距离来控制向线圈提供的电流。
日本专利申请特开No.05-191962提出了动场式线性马达。根据这种线性马达，引导开关被用于对定子侧的线圈的通电控制，从而仅向特定线圈提供电流。更具体地说，根据动场式线性马达，通过在动子的永磁体的尖端已经到达电枢线圈时的时间点打开引导开关，电流被提供给线圈。
发明内容
然而，根据在日本专利申请特开No.H05-30784中公开的技术，因为仅根据动子的位置来控制通电的通/断，因此铜损耗和与铜损耗相关联的发热增加。如果这种发热被传播到壳体等，则壳体等的变形增加并且难以高精度地控制动子。根据在日本专利申请特开No.2011-50220中公开的技术，因为其与其中仅一个动子根据定子而被控制的系统有关，因此以多个动子不同时进入一个定子的方式进行控制，动子之间的距离无法被设置为比预定值更小的值，并且多个动子无法被高精度地控制。根据在日本专利申请特开No.H05-191962中公开的技术，因为通过切换与每个电枢线圈相连的引导开关来进行对每个电枢线圈的通电控制，因此不论其它动子的位置如何而确定对线圈的通电的切换。因此，如果多个动子存在于它们接收到来自一个电枢线圈的推力的位置处，则难以高精度地控制动子。
本发明是鉴于前述情形而做出的并且本发明的一个方面是提供动磁式线性马达控制系统，其中即使在多个线圈单元向台车施加推力的情况下，台车也可被高精度地控制。
根据本发明的一个方面，动磁式线性马达控制系统包括：多个线圈单元，具有多个线圈；位置检测单元，被配置成检测沿着这多个线圈单元移动的多个台车的位置；以及控制单元，被配置成基于这多个台车的位置以及多个线圈单元中的每个线圈单元的阻抗和推力特性来确定提供给多个线圈单元的电流的比例。
根据本发明的实施例，提供给线圈单元的电流的比例是基于多个台车的位置以及多个线圈单元中的每个线圈单元的阻抗和推力特性来确定的。因此，即使当台车被多个线圈单元控制时，也可以基于该比例针对每个线圈单元精确地计算用来获得台车所必需的推力的电流。因此，即使当多个线圈单元向台车施加推力时，台车也可以被高精度地控制。
参考附图根据对示例性实施例的以下描述，本发明的另外特征将变得清楚。
附图说明
图1是例示出根据本发明的第一实施例的工件加工系统的整体构造的示意图。
图2是根据本发明的第一实施例的工件加工系统中的台车的布局图。
图3是根据本发明的第一实施例的线圈单元的示意图。
图4是根据本发明的第一实施例的输送系统控制器的框图。
图5是例示出对根据本发明的第一实施例的台车的控制的流程图。
图6A和图6B是例示出根据本发明的第一实施例的推力常数配置文件(thrustconstant profile)的示图。
图7A和图7B是例示出根据本发明的第一实施例的相等推力配置文件和相等损耗配置文件的示图。
图8是根据本发明的第二和第五实施例的台车的布局图。
图9是例示出根据本发明的第二实施例的推力常数配置文件的示图。
图10是根据本发明的第三实施例的台车的布局图。
图11是例示出根据本发明的第三实施例的推力常数配置文件的示图。
图12是根据本发明的第四实施例的台车的布局图。
图13是例示出根据本发明的第五实施例的推力比的时间依赖的变化的示图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
[第一实施例]
在下文中将参考附图来描述作为根据本发明的第一实施例的动磁式线性马达控制系统的工件加工系统100。图1是例示出工件加工系统100的整体构造的示意图。工件加工系统100具有输送路径101、输送系统控制器121、处理装置131a至131c、RFID读取器141、处理控制器151和台车201i至201l，并且工件加工系统100被放置在水平架台(未示出)上。
台车201i至201l被放置在输送路径101上以便可以沿着将在下文中描述的导轨161移动。输送系统控制器121具有CPU(中央处理单元)和诸如RAM、ROM等的存储器(未示出)，并且控制输送路径101上的所有台车201i至201l的运行操作。诸如推力常数配置文件、线圈单元116的阻抗等的信息——即，计算提供给线圈单元116的电流所必需的信息——已被存储在存储器中。处理装置131a至131c执行对放在台车201上的工件206的加工。处理装置131a至131c执行各种处理，诸如向工件206涂覆粘合剂、附接和分离构件、照射光束等，从而制造部件。RFID读取器141被连接到输送系统控制器121。RFID读取器141读取附接于台车201的RFID标签207并且将包括台车ID在内的台车通过信息传输到输送系统控制器121。基于接收到的信息，输送系统控制器121标明(specify)已经通过RFID读取器141的检测范围的台车。
处理控制器151被连接到处理装置131a至131c和输送系统控制器121。处理控制器151使处理装置131a至131c可操作于被输送系统控制器121移动的台车201i至201l，从而向分别安装到台车201i至201l的工件206顺序地执行处理。台车201i至201l中的每个都具有工件支架205和RFID标签207。工件支架205是将工件206保持在台车201i至201l中的每个上的支架。作为用来区分台车201i至201l中的每个台车的特有标识符的台车ID已被登记在RFID标签207中。台车201i至201l被沿着输送路径101移动。虽然在图1中示出了四个台车201i至201l，但是台车的数目不限于4个。虽然输送路径101形成了椭圆形的循环路径，但是其不限于这种形状。在图1中，分别地，台车201i的输送方向被定义为X轴，垂直方向被定义为Z轴，并且与X轴和Z轴垂直相交的轴被定义为Y轴。
图2是根据实施例的工件加工系统100中的台车201i的布局图。虽然在图2中台车201i将作为示例被描述，但是台车201j至201l中的每个台车的构造也类似于台车201i的构造。台车201i具有台车托架(bracket)202、永磁体203、刻度(scale)204、工件支架205和RFID标签207。永磁体203、刻度204、工件支架205和RFID标签207被附接到台车托架202。导向块(未示出)被固定到台车托架202。通过将导向块附接到导轨161，台车201被支撑以便可以在导轨161的延伸方向上移动。三个永磁体203被布置在台车托架202上并且每个永磁体203的N极和S极交替地布置。虽然永磁体203在该实施例中由三个永磁体构成，但是永磁体的数目不限于3个。台车201i的沿着移动方向的位置信息已被记录在刻度204上。
输送路径101具有壳体(未示出)、导轨161、编码器(位置检测单元)113a至113e、线圈单元116a至116c以及电流控制器112a至112c。电流控制器112a至112c、编码器113a至113e、线圈单元116a至116c和导轨161被附接到壳体。电流控制器112a至112c基于台车的从输送系统控制器121传输的位置信息等来控制提供给线圈单元116a至116c的电流。
编码器113a至113e被按照如下间隔沿着输送路径101附接：即使台车201i位于输送路径101上的任何位置，台车201i的位置也可以被检测到。编码器113a至113e读取刻度204的图案(pattern)并且通过传输路径(未示出)将刻度204上的位置——即，刻度位置信息——传输到输送系统控制器121。希望的是，为了检测台车201i的位置，编码器113a至113e和刻度204具有比控制系统所必需的定位精度足够小的位置分辨率。作为示例，为了获取±5μm的定位精度，具有大约0.5μm的分辨率的高精度编码器113a至113e和刻度204被使用。当电流被提供给线圈单元116a至116c并且在它们与永磁体203之间存在预定位置关系时，线圈单元116a至116c可以生成电磁力。台车201i通过所生成的电磁力而在输送路径101上移动或停止。输送系统控制器121根据台车201i的从编码器113a至113e传输的位置信息来控制线圈单元116a至116c的电流。因此，输送系统控制器121可以移动台车201i和在恰当位置使台车201i停止。
图3是根据实施例的线圈单元116的示意图。在该实施例中，线圈单元116以如下方式具有六个线圈301：为了使得能够驱动包括U相、V相和W相的三个相，每个相的每两个线圈301被串联。虽然线圈单元116在该实施例中由六个线圈构成，但是其可以由三个线圈或仅一个线圈构成。
电流检测器302被连接到电流控制器112并且检测从电流控制器112向每个相的线圈301提供的电流。更具体地说，电流检测器302具有电阻器302u、302v和302w并且基于电阻器302u、302v和302w中的每个电阻器的电阻值以及每个电阻器两端的电压来测量电流。电流控制器112基于输入到电流控制器112的电流指令值以及电流检测器302所检测到的电流的信息来控制提供给线圈单元116的电流。开关303——即，开关303u、303v和303w——被布置在电流控制器112与电流检测器302之间。电流控制器112分别控制开关303u、303v和303w的通/断。
图4是输送系统控制器121的示意图。输送系统控制器121具有台车组控制器401、台车控制器403、电流计算单元407、电流组控制单元409、台车位置计算单元411和推力常数剖析(profiling)单元416。台车组控制器401和处理控制器151通过传输路径432而被电气连接。处理控制器151将每个台车ID的目标位置作为目标位置信息传输到台车组控制器401。台车组控制器401通过传输路径433而被电气连接到电流计算单元407。台车组控制器401、台车控制器403和电流计算单元407通过传输路径412而被电气连接到台车位置计算单元411。台车组控制器401可以将每个台车ID的台车位置传输到处理控制器151。台车组控制器401基于从处理控制器151传输的目标位置信息和台车位置信息将每个台车201在特定时间的目标位置输出到台车控制器403。
台车控制器403基于从台车组控制器401输入的目标位置信息和台车位置信息来计算控制台车201所必需的推力。更具体地说，台车控制器403基于台车201的位置与其目标位置之间的差异来计算推力。台车控制器403将推力信息输出到电流计算单元407。输送系统控制器121具有与作为控制目标的台车201的数目一样多数目的台车控制器403。一个台车201被分配给每个台车控制器403。在图4中，台车控制器403i控制台车201i并且台车控制器403j控制台车201j。电流计算单元407基于多个推力信息、台车位置信息和存储在推力常数剖析单元416中的推力常数配置文件(推力特性)而产生每个线圈单元116所必需的电流指令值组。电流计算单元407将电流指令值组输出到电流组控制单元409。假定推力常数配置文件先前已被存储在推力常数剖析单元416中。
电流组控制单元409基于电流指令值组将电流指令值输出到每个电流控制器112。从电流组控制单元409输出的电流指令值是提供给每个线圈单元116的电流值。台车位置计算单元411基于从编码器113接收到的刻度位置信息和从RFID读取器141接收到的台车通过信息来计算每个台车201的位置。台车位置计算单元411通过传输路径412将计算出的位置作为台车位置信息传输到台车组控制器401、台车控制器403和电流计算单元407。因为每个台车ID的位置信息被包括在台车位置信息中，因此台车组控制器401和台车控制器403可掌握每个台车ID的台车的位置。
图5是例示出对根据该实施例的台车的控制的流程图。在图5中示出的流程图的处理步骤在输送系统控制器121开始对所有台车201的控制时被执行。在步骤S501中，台车组控制器401获取每个台车201的台车位置信息。更具体地说，台车组控制器401从台车位置计算单元411接收每个台车201的台车位置信息。在步骤S502中，台车组控制器401计算台车201的目标位置。更具体地说，台车组控制器401从处理控制器151接收台车201的目标位置信息，计算每个台车201在特定时间的目标位置，并将目标位置信息输出到台车控制器403。在步骤S503中，台车控制器403基于台车201的目标位置信息和台车位置信息来计算控制台车201所必需的推力并且将计算出的推力作为推力信息输出到电流计算单元407。
在步骤504中，电流计算单元407基于每个台车201的推力信息和推力常数配置文件以及线圈单元116的阻抗来计算提供给每个线圈单元116的电流。更具体地说，将参考图6A、图6B、图7A和图7B进行描述。
图6A和图6B是例示出根据该实施例的推力常数配置文件的示图。在图6A中，推力常数配置文件601示出了如下的图表：其中台车的位置x与推力常数η之间的关系被绘制。推力常数表示每单位q轴电流[A]生成的推力的大小[N]。q轴电流指示在马达的一般矢量控制中使用的对台车的前进方向有贡献的电流分量。d轴电流指示与q轴电流垂直相交的电流分量。
推力常数配置文件可以由Ga(x)表示，其中a指代线圈单元116的指数。
如在上面提到，推力常数配置文件可被表达为如下的函数：其中针对线圈单元116的每个指数，台车201的位置x被设置为变量。
图6B是示出了推力常数配置文件601a至601c的图表，其中横轴指示台车201的位置x并且多个线圈单元116a至116c相对位置x的推力常数被绘制到纵轴。更具体地说，在图6B中，分别地，推力常数配置文件601a是线圈单元116a的推力常数配置文件，推力常数配置文件601b是线圈单元116b的推力常数配置文件，并且推力常数配置文件601c是线圈单元116c的推力常数配置文件。假定每个台车201在+x方向上移动。附接于台车201的永磁体203对于线圈单元116a至116c中的每个线圈301生成交连磁通。如在图6B中示出的，相邻的推力常数配置文件601a和601b部分地重叠并且相邻的推力常数配置文件601b和601c部分地重叠。
图6B例示出其中一个台车201i位于这种重叠间隔中的位置xi的情况。台车201i接收来自两个线圈单元116a和116b的推力并且对应于图2中的台车201i的位置。基于台车201i的位置，台车组控制器401选择为之提供电流的线圈单元116。例如，在图6B中，台车组控制器401选择线圈单元116a和116b。在图6B中，当台车201i位于位置xi时，线圈单元116a和116b的推力常数等于Ga(xi)和Gb(xi)。在这种情况下，现在假定通过电流控制器112a提供给线圈单元116a的q轴电流值等于Ia并且通过电流控制器112b提供给线圈单元116b的q轴电流值等于Ib，则台车201i所接收到的q轴方向上的推力Fi可以由以下方程(1)表达。
Fi＝Ia·Ga(xi)+Ib·Gb(xi)...(1)
电流计算单元407决定q轴电流值Ia和Ib以使得施加到台车201i的推力等于Fi。
图7A和图7B是用于描述决定q轴电流值Ia和Ib的方法的示图并且是其中q轴电流值Ia被绘制到横轴并且q轴电流值Ib被绘制到纵轴的图表。在图7A中，相等推力配置文件701-1是通过示意性地绘制使推力Fi变得恒定的q轴电流值Ia和Ib的组合而得到的配置文件。相等损耗配置文件702-1是通过示意性地绘制使由于电流供给产生的能量损耗P变得恒定的相等损耗配置文件而得到的配置文件。
电流计算单元407计算q轴电流值Ia和Ib的组合以使当推力Fi被施加时的能量损耗最小化。就是说，电流计算单元407计算满足以下方程(2)的q轴电流值Ia和Ib。
Figure BDA0001131974640000091
通过方程(2)，相等推力配置文件701-1和相等损耗配置文件702-1的接点(contact)703-1可被计算。接点703-1对应于适用于使能量损耗最小化的q轴电流值Ia和Ib。通过向线圈单元116a和116b提供适用于使能量损耗最小化的q轴电流值Ia和Ib，由于铜损耗产生的发热等的影响可被降低。
(Ia,Ib)＝(a1,b1)...(3)
当方程(2)被满足时，如方程(3)所示，相等推力配置文件701-1和相等损耗配置文件702-1在接点703-1处相互接触，换言之，接点703-1的值(a1，b1)可被唯一地确定。
当更简单地描述时，在除铜损耗之外的损耗作为能量损耗可被充分地忽略并且两个线圈单元116a和116b的阻抗几乎等于值R时，能量损耗P可以由以下方程(4)表达。
P＝R·Ia2+R·Ib2...(4)
图7B例示出由方程(4)示出的几乎圆形的相等损耗配置文件702-2以及由方程(2)示出的几乎直线的相等推力配置文件701-2。由方程(4)示出的相等损耗配置文件702-2如图7B中所示几乎是圆形的。当两个线圈单元116a和116b之间的磁通量的交互(诸如干扰等)足够小时，相等推力配置文件701-2如图7B中所示几乎是直线的。适用于使能量损耗P最小化的q轴电流值Ia和Ib等于相等推力配置文件701-2和相等损耗配置文件702-2的接点703-2的值。
此时，相等推力配置文件701-2和相等损耗配置文件702-2的在接点703-2处的q轴电流值Ia和Ib可以由以下方程(5)表达。
Ia:Ib＝Ga(xi):Gb(xi)...(5)
方程(5)是由几乎直线示出的相等推力配置文件701-2和由几乎圆形示出的相等损耗配置文件702-2相互接触的情况下的条件方程。q轴电流值Ia和Ib的比例等于台车201i在位置xi处的推力常数Ga(xi)和Gb(xi)的比例。以这种方式，电流计算单元407基于台车201i的位置xi、线圈单元116a和116b的阻抗以及推力常数配置文件601a和601b来计算被提供给线圈单元116a和116b的q轴电流值Ia和Ib。
在步骤S505中，电流计算单元407基于在步骤S504中计算出的电流值而产生被传输到每个线圈单元116的电流指令值组并且输出到电流组控制单元409。在步骤S506中，电流组控制单元409将电流值作为电流指令信号输出到每个电流控制器112。每个电流控制器112基于电流指令信号的电流值向对应的线圈单元116提供电流。例如，电流控制器112a向线圈单元116a提供电流Ia并且电流控制器112b向线圈单元116b提供电流Ib。
如在上面提到，在该实施例中，提供给线圈单元116的电流的比例是基于台车的位置x、每个线圈单元116的阻抗以及推力常数配置文件601a和601b来确定的。结果，即使在一个台车201被多个线圈单元116控制的情况下，使得到与台车201的位置相对应的推力的电流被提供给线圈单元116，台车201可以被高精度地控制。适用于使线圈单元116的能量损耗最小化的电流Ia和Ib基于台车的位置x、多个线圈单元116的阻抗R、推力常数配置文件601a和601b以及电流的比例而被提供给线圈单元116a和116b。因此，即使在一个台车201接收到来自多个线圈单元116的电磁力的情况下，也可以在使线圈单元116的能量损耗最小化的同时向多个线圈单元116提供电流。因此，可以在抑制由于铜损耗产生的发热等的影响的同时高精度地控制台车201。
[第二实施例]
将在下文中描述根据本发明的第二实施例的动磁式线性马达控制系统。第二实施例与第一实施例的不同点在于多个台车被控制，并且其它构造是共同的。因此，共同部分的描述被省略。
图8是根据该实施例的工件加工系统100中的台车的布局图。如在图8中示出的，台车201i和201j按照一间隔位于线圈单元116a至116c之间。台车201i(第一台车)位于其可接收到来自线圈单元116a(第二线圈单元)和线圈单元116b(第一线圈单元)的推力的位置。台车201j(第二台车)位于其可接收到来自线圈单元116b(第一线圈单元)和线圈单元116c(第三线圈单元)的推力的位置。
在处理装置131分别对台车201i和201j上的工件206执行预定处理操作的情况下，台车201i和201j有必要已被分别精确地停止在预定位置处。由于从周围环境接收到的扰动产生的力和处理操作时的力被施加到台车201i和201j。因为，为了将台车201i和201j保持在预定位置，有必要向台车201i和201j中的每个台车施加预定推力。然而，因为施加到台车201i和201j中的每个台车的推力的大小依赖于时间变化并且在台车201i和201j中的每个台车中是不同的，因此高精度地控制台车201i和201j是不容易的。在下文中将描述用于补偿推力变化的台车控制。
图9是例示出根据实施例的推力常数配置文件的示图。更具体地说，示出了台车201i和201j的位置和线圈单元116a至116c的推力常数配置文件601a至601c。在该实施例中，电流控制器112b关断开关303以使得电流不在线圈单元116b中流动，从而电气地关断线圈单元116b。当电流控制器112b将开关303设置为接通状态时，一个台车——例如台车201i——被移动并且进入线圈单元116b，以使得电流流入线圈单元116b。这是因为通过台车201i的永磁体203的磁力而在线圈单元116b的线圈中生成了电流，使得线圈单元116b起发电机的作用。当开关303处于接通状态时，电磁力通过在线圈单元116b中流动的电流而被生成并且推力被施加到另一台车201j。因此，台车201i和201j通过线圈单元116b相互施加力。这种现象变成使对台车201i和201j的移动控制不稳定的因素。在该实施例中，通过将线圈单元116b的开关303——即，开关303u、303v和303w——设置为关断状态，防止了生成意外的推力。
提供给线圈单元116a和116c的q轴电流值Ia和Ic被获取如下。现在分别假定台车201i和201j所必需的推力等于Fi和Fj并且线圈单元116a在台车201i位于位置xi处的情况下的推力常数等于Gai。还假定线圈单元116c在台车201j位于位置xj处的情况下的推力常数等于Gcj。在这种情况下，电流计算单元407计算q轴电流值Ia和Ic以满足以下方程(6)和(7)。
Fi＝Gai·Ia...(6)
Fj＝Gcj·Ic...(7)
电流不被提供给线圈单元116b并且电流计算单元407基于推力Fi和位置xi处的推力常数Gai来计算q轴电流值Ia。类似地，电流计算单元407基于位置xj处的推力常数Gcj来计算q轴电流值Ic。推力Fi和Fj被从台车控制器403输出。台车控制器403通过传输路径433向电流计算单元407输出这种指令信号——没有电流被提供给线圈单元116b。
如在上面提到的，在该实施例中，台车控制器403关断开关303，切断到线圈单元116的电流，并且控制台车201i和201j。因此，因为线圈单元116b不向多个台车201i和201j施加推力，因此台车201的移动控制可以被稳定并且台车201i和201j中的每个台车可以被高精度地控制。
[第三实施例]
将在下文中描述根据本发明的第三实施例的动磁式线性马达控制系统。第三实施例与第一实施例的不同点在于多个台车被控制，并且其它构造是共同的。因此，共同部分的描述被省略。
图10是根据该实施例的工件加工系统100中的台车的布局图。如在图10中示出的，台车201i(第一台车)位于其可接收到来自线圈单元116a(第二线圈单元)和线圈单元116b(第一线圈单元)的推力的位置。台车201j(第二台车)位于其可接收到仅来自线圈单元116b(第一线圈单元)的推力的位置。图10中示出的台车201i和201j之间的间隔比在第二实施例中描述的图8中的台车201i和201j之间的间隔窄。将参考图11进行详细描述。图11是例示出推力常数配置文件的示图并且分别示出了台车201i和201j的位置以及线圈单元116a至116c的推力常数配置文件601a至601c。在该实施例中，基于台车201i和201j的位置，台车组控制器401选择向其提供电流的线圈单元116a和116b。电流控制器112c可关断开关303以使得没有电流在线圈单元116c(第三线圈单元)中流动并且可电气地关断线圈单元116c。
现在假定台车201i和201j所必需的推力等于Fi和Fj。还假定台车201i位于位置xi处的情况下的线圈单元116a的推力常数等于Gai，线圈单元116b的推力常数等于Gbi，并且线圈单元116b在台车201j位于位置xj处的情况下的推力常数等于Gbj。在这种情况下，电流计算单元407计算q轴电流值Ia和Ib以满足以下方程(8)和(9)。
Fi＝Gai·Ia+Gbi·Ib...(8)
Fj＝Gbj·Ib...(9)
电流计算单元407基于推力常数Gbj和推力Fj来计算q轴电流值Ib。电流计算单元407还基于推力Fi、推力常数Gai和Gbi以及q轴电流值Ib来计算被提供给线圈单元116a的q轴电流值Ia。计算出的q轴电流值Ib是这种大小的电流值，其使得台车201j的操作可以被控制。计算出的q轴电流值Ia和Ib是这种大小的电流值，其使得台车201i的操作可以被控制。在对台车201i的控制中，线圈单元116a和116b在位置xi处的推力常数的比例等于(Gai：Gbi)并且台车201i通过合成线圈单元116a和116b的推力而得到的合成推力驱动。在对台车201j的控制中，线圈单元116b在位置xj处的推力常数等于Gbj并且台车201j仅通过线圈单元116b的推力驱动。电流组控制单元409分别向线圈单元116a和116b提供计算出的q轴电流值Ia和Ib。因此，台车201i和201j的移动可以被高精度地控制。
如在上面提到的，在该实施例中，关于线圈单元116b，q轴电流值Ib是基于台车201j的位置xj和线圈单元116b的推力常数配置文件601b来计算的。关于线圈单元116a，q轴电流值Ia是基于台车201i的位置xi、q轴电流值Ib以及线圈单元116a和116b的推力常数配置文件601a和601b来计算的。就是说，台车201i从线圈单元116a并且从线圈单元116b获取推力。台车201i的总推力是从线圈单元116a接收到的推力和从线圈单元116b接收到的推力的总和。因为要提供给线圈单元116b的q轴电流值Ib是基于台车201j的位置xj来计算的，因此基于台车201i的在位置xi处的推力常数配置文件，台车201i从线圈单元116b接收到的推力的大小被计算。相应的，要提供给线圈单元116a的q轴电流值Ia使用推力常数配置文件被计算，使得台车201i从线圈单元116a接收到的推力补偿台车201i从线圈单元116b接收到的推力(该补偿是基于对台车201i从线圈单元116b接收到的推力的考虑而确定的)。
[第四实施例]
将在下文中描述根据本发明的第四实施例的动磁式线性马达控制系统。第四实施例与第二实施例的不同点在于三个线圈单元被用来控制多个台车，并且其它构造是共同的。因此，共同部分的描述被省略。
图12例示出根据该实施例的台车的布局图。在图12中示出的台车201i和201j的布局类似于在第二实施例中描述的图8中的台车201i和201j的布局。台车201i位于其可接收到来自线圈单元116a和116b的推力的位置处。台车201j位于其可接收到来自线圈单元116b和116c的推力的位置处。
提供给线圈单元116a至116c的q轴电流值Ia至Ic被计算如下。现在假定台车201i和201j所必需的推力等于Fi和Fj。还假定台车201i位于位置xi的情况下的线圈单元116a的推力常数等于Gai并且线圈单元116b的推力常数等于Gbi。还假定台车201j位于位置xj的情况下的线圈单元116b的推力常数等于Gbj并且线圈单元116c的推力常数等于Gcj。在这种情况下，电流计算单元407计算q轴电流值Ia至Ic以满足以下方程(10)和(11)。
Fi＝Gai·Ia+Gbi·Ib...(10)
Fj＝Gbj·Ib+Gcj·Ic...(11)
根据方程(10)和(11)得到其中推力Fi和Fj相等的相等推力配置文件。还是在这种情况下，因为q轴电流值Ia至Ic可以通过使能量损耗P最小化而被唯一地确定，因此电流计算单元407计算满足以下方程(12)的q轴电流值Ia至Ic的组合。
Figure BDA0001131974640000151
以类似于第一实施例的方式，除铜损耗之外的能量损耗作为能量损耗可被充分地忽略并且当三个线圈单元116a至116c的阻抗R等于大体相同值时，适用于提供相等损耗配置文件的能量损耗P通过以下方程(13)来计算。
P＝R·Ia2+R·Ib2+R·Ic2...(13)
现在分别假定当台车201i位于位置xi时的推力常数等于Ga(xi)和Gb(xi)并且当台车201j位于位置xj时的推力常数等于Gb(xj)和Gc(xj)。在这种情况下，相等推力配置文件和相等损耗配置文件中的q轴电流值Ia至Ic可以由以下方程(14)和(15)表达。
Ia:Ib＝Ga(xi):Gb(xi)...(14)
Ib:Ic＝Gb(xj):Gc(xj)...(15)
方程(14)和(15)是在方程(10)和(11)中的由几乎直线表达的两个相等推力配置文件相交处的交点与由方程(13)的球体表达的相等损耗配置文件接触的情况下的条件方程。q轴电流值Ia和Ib的比例等于台车201i的位置xi处的推力常数Ga(xi)和Gb(xi)的比例。q轴电流值Ib和Ic的比例等于台车201j的位置xj处的推力常数Gb(xj)和Gc(xj)的比例。
如在上面提到的，在该实施例中，q轴电流值Ia至Ic基于台车201的位置xi和xj、线圈单元116a至116c的阻抗R以及电流的比例而被提供给线圈单元116a至116c。提供给线圈单元116a至116c的q轴电流值Ia至Ic是使线圈单元116a至116c的能量损耗最小化的电流值。因此，即使在台车201i接收到来自线圈单元116a和116b的电流供给并且台车201j接收到来自线圈单元116b和116c的电流供给的情况下，可以降低由于铜损耗等产生的能量损耗并且可以在抑制来自线圈的发热的同时进行高精度控制。
[第五实施例]
将在下文中描述根据本发明的第五实施例的动磁式线性马达控制系统。第五实施例与第二实施例的不同点在于提供给线圈单元116的电流的比例根据台车201的位置随着时间的推移而变化，并且其它构造是共同的。因此，共同部分的描述被省略。
将针对如在图8和图9中示出的当两个台车201i和201j以一间隔位于线圈单元116a和116c之间并且台车201j已停止在位置xj处时台车201i在+x方向上运行并且停止在位置xi处的情况来描述该实施例。图13是例示出推力比例的时间依赖的变化的示图。在图13中，假定在图8中示出的台车201j从线圈单元116c接收到的推力的大小的比例等于推力比例1301并且台车201j从线圈单元116b接收到的推力的大小的比例等于推力比例1302。在图13中，假定在图8中示出的台车201i从线圈单元116a接收到的推力的大小的比例等于推力比例1303。
假定当台车201j已经停止在位置xj处时的时间等于时间t0并且当台车201i已经在+x方向上运行并且线圈单元116a已经开始生成推力时的时间等于时间t1。
因为台车组控制器401管理工件加工系统100中的所有台车201的运行情形，因此当台车201i到达在线圈单元116a和116b之间发生交互的区域时的时间可以被计算。在图11中，在线圈单元116a和116b之间发生交互的区域是推力常数配置文件601a和601b部分地重叠的区域。台车组控制器401计算当台车201i到达其可以接收到来自线圈单元116b的推力的位置xk(假定位置)时的时间，即，当台车201i到达在线圈单元116a和116b之间发生交互的区域时的时间。例如，假定台车组控制器401计算出当运行的台车201i已经到达位置xk时的时间t4。在这种情况下，台车组控制器401在时间t4之前的时间t3处将提供给线圈单元116b的电流设置为0。台车组控制器401计算与时间依赖的变化相关联地改变电流的推力并且通过传输路径433将该推力输出到电流计算单元407。电流控制器112b基于从电流计算单元407输出的电流值而向线圈单元116b提供电流。由线圈单元116b施加到台车201j的推力在时间t2处逐渐减小。由线圈单元116b施加到台车201i的推力在时间t3处等于0。
将在下文中描述与时间推移相关联的推力变化如上所述被减小的原因。现在假定在台车201i到达位置xk的情况下，提供给线圈单元116b的电流被突然停止。在这种情况下，因为施加到台车201j的推力也突然改变，因此台车201j接收到扰动并且台车201j的停止位置大幅波动。在该实施例中，通过与时间推移相关联地逐渐改变提供给线圈单元116b的电流，从线圈单元116b施加到台车201j的推力也逐渐减小，使得对台车201j起作用的扰动可以被抑制。
如在上面提到的，在该实施例中，在台车201i到达其接收到来自线圈单元116b的推力的位置时的时间之前，提供给线圈单元116b的电流根据时间的推移而连续变化。因此，因为施加到台车201j的推力的比例根据时间的推移而连续变化，因此台车201j可以被稳定地保持在停止位置xj处。
其它实施例
本发明不限于前述实施例，而是各种修改在不脱离本发明的精神的范围的情况下是可能的。例如，与不向台车201施加推力的线圈单元116相对应的电流控制器112可以关断开关303并且电气地关断不向台车201施加推力的线圈单元116。
虽然已经针对线圈单元116b被电气地关断的情况描述了第二实施例，但是线圈单元116a可被电气地关断并且台车201i和201j可被线圈单元116b和116c控制。在这种情况下，台车201i仅被线圈单元116b驱动并且台车201j被通过合成线圈单元116b和116c的推力而得到的合成推力驱动。
本发明的一个或多个实施例也可以由读出并执行在存储介质(其也可被更完整地称作‘非瞬时计算机可读存储介质’)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能并且/或者控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能来执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括用来读出并执行计算机可执行指令的单独计算机或单独处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)TM)、闪存装置、存储卡等中的一个或多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是将会明白，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽广的解释以包含所有这种修改以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种动磁式线性马达控制系统，其特征在于，包括：
多个线圈单元，具有多个线圈；
位置检测单元，被配置成检测沿着所述多个线圈单元移动的多个台车的位置；以及
控制单元，被配置成基于所述多个台车的位置来确定提供给所述多个线圈单元的电流的比例，其中，
所述多个线圈单元包括第一线圈单元以及与第一线圈单元相邻的第二线圈单元和第三线圈单元，并且所述多个台车包括第一台车和第二台车；并且
在第一台车和第二台车位于它们接收到来自第一线圈单元的推力的位置的情况下，控制单元基于第一台车和第二台车的位置以及第一线圈单元的推力常数和与第一线圈单元相邻的线圈单元的推力常数的比例，来确定提供给第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元的电流的比例。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，在第一台车位于其接收到来自第一线圈单元和第二线圈单元的推力的位置并且第二台车位于其接收到来自第一线圈单元和第三线圈单元的推力的位置的情况下，控制单元切断提供给第一线圈单元的电流。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，在第一台车位于其接收到来自第一线圈单元和第二线圈单元的推力的位置并且第二台车位于其接收到仅来自第一线圈单元的推力的位置的情况下，控制单元控制第二线圈单元以提供补偿第一台车从第一线圈单元接收到的推力的推力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，控制单元基于台车在预定时间的位置来根据时间的逝去改变所述比例。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，控制单元基于所述多个台车的位置、所述多个线圈单元中的每个线圈单元的推力特性和阻抗来确定提供给所述多个线圈单元中的所述每个线圈单元的电流的比例。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，控制单元基于所述多个台车的位置、所述多个线圈单元中的每个线圈单元的推力特性和阻抗来确定提供给所述多个线圈单元中的所述每个线圈单元的电流的比例。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，控制单元具有用于电气地关断线圈单元的开关。
8.一种部件的制造方法，其中，部件是使用根据权利要求1至7中任一项所述的动磁式线性马达控制系统来制造的。
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