JP2006296136A - Linear motor control system and stirling refrigeration system - Google Patents

Linear motor control system and stirling refrigeration system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor control system capable of precisely calculating the stroke of a moving member, and preventing collision with other parts in the moving member, and to provide a stirling refrigeration system using the linear motor control system. <P>SOLUTION: A microcomputer assumes that each of a motor voltage v(t), a motor current i(t), and an induction voltage generated in the linear motor is a sinusoidal wave having the same angular velocity ω, and uses a voltage signal for indicating the motor voltage v(t) of the linear motor and a current signal for indicating the motor current i(t) for calculating the effective value E of the induction voltage in one cycle of the sinusoidal wave. After that, the effective value E of the induction voltage, the angular velocity ω, and an induction voltage coefficient (thrust coefficient) α are used for calculating a stroke ST of the moving member in one cycle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、リニアモータを制御するリニアモータ制御システムおよびそれが用いられたスターリング冷凍システムに関するものである。   The present invention relates to a linear motor control system that controls a linear motor and a Stirling refrigeration system using the linear motor control system.

従来から、交流電圧を印加してリニアモータを駆動するシステムが用いられている。このシステムは、変位センサを用いず、リニアモータに生じる逆起電力すなわち誘起電圧を用いて、ピストンのストロークを算出する。
特開平9−126147号公報 特開2003−339188号公報 特開2003−314919号公報 特開2003−65244号公報
Conventionally, a system for applying an AC voltage to drive a linear motor has been used. This system calculates the stroke of a piston using a back electromotive force, that is, an induced voltage generated in a linear motor without using a displacement sensor.
JP-A-9-126147 JP 2003-339188 A JP 2003-314919 A JP 2003-65244 A

上記従来のリニアモータ制御システムにおいては、可動子のストロークをリニアモータに生じる誘起電圧に基づいて算出する方法を採用している。   The conventional linear motor control system employs a method of calculating the stroke of the mover based on the induced voltage generated in the linear motor.

たとえば、特開平9−126147号公報に開示されているシステムにおいては、まず、リニアモータの電流の微分値を用いて誘起電圧の瞬時値を算出する。次に、誘起電圧の瞬時値を用いて可動子の速度の瞬時値を算出する。その後、可動子の速度の瞬時値を1周期間積分する。最後に、その積分値の最大値と最小値との差の値を用いて可動子のストロークを算出する。この方法によれば、微分回路および積分回路またはマイクロコンピュータの計算処理でのストロークの算出誤差が大きくなるとともに、それらの制御装置に要するコストが大きくなるという問題がある。   For example, in the system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-126147, first, the instantaneous value of the induced voltage is calculated using the differential value of the current of the linear motor. Next, the instantaneous value of the speed of the mover is calculated using the instantaneous value of the induced voltage. Thereafter, the instantaneous value of the velocity of the mover is integrated for one period. Finally, the stroke of the mover is calculated using the difference value between the maximum value and the minimum value of the integral values. According to this method, there is a problem that stroke calculation errors in calculation processing of the differentiation circuit and integration circuit or the microcomputer increase, and the cost required for these control devices increases.

また、特開2003−339188号公報に開示されているシステムにおいては、モータ電流のピーク時の可動子の速度の瞬時値から可動子のストロークを推測する方法を用いているが、モータ電流の位相および誘起電圧の位相のそれぞれが一定でないか、または、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致しない場合には、可動子のストロークの算出誤差が大きくなる。   Further, in the system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-339188, a method is used in which the stroke of the mover is estimated from the instantaneous value of the mover speed at the peak of the motor current. If the phase of the induced voltage is not constant, or if the phase of the motor current and the phase of the induced voltage do not match, the calculation error of the stroke of the mover becomes large.

さらに、特開2003−314919号公報に開示されているシステムは、交流量のベクトル表記方法に従った計算を行なっていないため、高い精度でストロークを算出することができないという問題がある。   Furthermore, since the system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-314919 does not perform calculation according to the vector method of alternating current amount, there is a problem that the stroke cannot be calculated with high accuracy.

また、特開2003−65244号公報に開示されている方法においては、誘起電圧の瞬時値(最大値)を用いて、ストロークを算出している。しかしながら、この方法によれば、誘起電圧の瞬時値は、ノイズ等に起因する変動が大きいため、ストロークの算出誤差が大きくなってしまう。   In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-65244, the stroke is calculated using the instantaneous value (maximum value) of the induced voltage. However, according to this method, since the instantaneous value of the induced voltage varies greatly due to noise or the like, a stroke calculation error increases.

また、リニアモータに生じる負荷が増大すると、磁気飽和の影響により、リニアモータに固有の推力係数すなわち誘起電圧係数が低下する。そのため、一定の誘起電圧係数を使用して可動子のストロークを算出する方法によれば、リニアモータの負荷の増加に応じて、可動子のストロークの算出結果の精度が低下するという問題もある。   Further, when the load generated in the linear motor increases, the thrust coefficient inherent to the linear motor, that is, the induced voltage coefficient, decreases due to the influence of magnetic saturation. Therefore, according to the method of calculating the stroke of the mover using a constant induced voltage coefficient, there is also a problem that the accuracy of the calculation result of the mover stroke is reduced as the load of the linear motor is increased.

以上の問題点により、従来のリニアモータ制御システムにおいては、可動子のストローク値の算出精度が低いために、可動子のストロークを高い精度で制御することはできない。そのため、可動子が限界ストロークよりも大きなストロークで動作し他の部位に衝突してしまうという不具合が生じてしまう。   Due to the above problems, in the conventional linear motor control system, since the calculation accuracy of the stroke value of the mover is low, the stroke of the mover cannot be controlled with high accuracy. Therefore, the malfunction that a needle | mover will operate | move with a stroke larger than a limit stroke and will collide with another site | part will arise.

本発明は、前述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、可動子の実際のストロークを高い精度で算出することによって、可動子のストローク制御を正確に行なうことができるリニアモータ制御システムおよびそれが用いられたスターリング冷凍システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a linear motor control system capable of accurately performing the stroke control of the mover by calculating the actual stroke of the mover with high accuracy. And providing a Stirling refrigeration system in which it is used.

本発明の一の局面のリニアモータ制御システムは、可動子が往復運動するリニアモータと、リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備えている。また、マイクロコンピュータは、モータ電圧、モータ電流、および可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)のそれぞれが同一の角速度を有する正弦波であると仮定し、電圧信号および電流信号を用いて、正弦波の一周期における誘起電圧の実効値を算出する手段と、誘起電圧の実効値、電圧信号および電流信号の角速度、および誘起電圧係数(推力係数)を用いて、一周期における可動子のストロークを算出する手段とを有する。   A linear motor control system according to one aspect of the present invention includes a linear motor in which a mover reciprocates, voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor, and a motor current flowing in the linear motor. And a microcomputer for receiving a voltage signal capable of specifying the instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying the instantaneous value of the motor current. Further, the microcomputer assumes that each of the motor voltage, the motor current, and the induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the mover is a sine wave having the same angular velocity, and uses the voltage signal and the current signal. Using the means for calculating the effective value of the induced voltage in one cycle of the sine wave, the effective value of the induced voltage, the angular velocity of the voltage signal and the current signal, and the induced voltage coefficient (thrust coefficient), the mover in one cycle Means for calculating the stroke.

上記の構成によれば、誘起電圧の実効値を用いて可動子のストロークを高い精度で算出することができるため、より正確に可動子のストロークを制御することができる。   According to the above configuration, since the stroke of the mover can be calculated with high accuracy using the effective value of the induced voltage, the stroke of the mover can be controlled more accurately.

本発明の他の局面のリニアモータ制御システムは、可動子が往復運動するリニアモータと、リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備えている。また、マイクロコンピュータは、電圧信号および電流信号を用いて、モータ電圧とモータ電流との位相差θ、ならびに、電圧信号および電流信号の角速度ωを算出する手段と、モータ電圧、モータ電流、および可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)のそれぞれが同一の角速度ωを有する正弦波であると仮定し、電圧信号および電流信号を用いて、正弦波の一周期におけるモータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iを算出する手段と、モータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、位相差θ、リニアモータの巻線抵抗値RおよびリニアモータのインダクタンスL値を次式(1)に代入し、誘起電圧の実効値Eを算出する手段と、   A linear motor control system according to another aspect of the present invention includes a linear motor in which a mover reciprocates, voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor, and a motor current flowing through the linear motor. And a microcomputer for receiving a voltage signal capable of specifying the instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying the instantaneous value of the motor current. Further, the microcomputer uses the voltage signal and the current signal to calculate the phase difference θ between the motor voltage and the motor current and the angular velocity ω of the voltage signal and the current signal, the motor voltage, the motor current, and the movable Assuming that each induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the child is a sine wave having the same angular velocity ω, the effective value of the motor voltage in one cycle of the sine wave using the voltage signal and the current signal Means for calculating V and effective value I of motor current, effective value V of motor voltage, effective value I of motor current, phase difference θ, winding resistance value R of linear motor, and inductance L value of linear motor Means for substituting in (1) and calculating the effective value E of the induced voltage;

Figure 2006296136
Figure 2006296136

誘起電圧の実効値E、角速度ω、および誘起電圧係数(推力係数)αを次式(2)に代入し、前述の一周期における可動子のストロークSTを算出する手段と、   Means for substituting the effective value E of the induced voltage E, the angular velocity ω, and the induced voltage coefficient (thrust coefficient) α into the following equation (2) to calculate the stroke ST of the mover in the above-mentioned one cycle;

Figure 2006296136
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を有する。   Have

本発明の一の局面または他の局面のリニアモータ制御システムは、直流電源と、直流電源とリニアモータとの間に電気的に接続され、リニアモータを駆動するインバータ回路と、直流電源とインバータ回路との間に接続された抵抗器とをさらに備えており、マイクロコンピュータが、抵抗器の両端の電位差の一周期分の瞬時値を検知することによって、モータ電流の一周期内の最大値および最小値を算出し、最大値および最小値を用いて、モータ電流の実効値Iを算出することが望ましい。   A linear motor control system according to one aspect or another aspect of the present invention includes a DC power source, an inverter circuit that is electrically connected between the DC power source and the linear motor, and drives the linear motor, and a DC power source and an inverter circuit. And a microcomputer connected to each other, and the microcomputer detects an instantaneous value corresponding to one period of the potential difference between both ends of the resistor, whereby a maximum value and a minimum value within one period of the motor current are detected. It is desirable to calculate the value and calculate the effective value I of the motor current using the maximum value and the minimum value.

上記の構成によれば、モータ電圧のゼロクロスポイントの近傍のタイミングのPWM(Pulse Width Modulation)のパルスの幅が小さいために、そのタイミングにおけるモータ電流の瞬時値を検出することができない場合であっても、モータ電流の実効値を正確に推測することができる。   According to the above configuration, since the pulse width of PWM (Pulse Width Modulation) at the timing near the zero cross point of the motor voltage is small, the instantaneous value of the motor current at that timing cannot be detected. In addition, the effective value of the motor current can be accurately estimated.

本発明のさらに他の局面のリニアモータ制御システムは、可動子が往復運動するリニアモータと、リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備えている。また、マイクロコンピュータは、電圧信号および電流信号を用いて、その角速度、可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)、およびリニアモータの磁気回路に生じる総磁束数の実効値を算出する手段と、総磁束数の実効値と誘起電圧係数(推力係数)との関係を特定する近似式またはデータテーブルと、総磁束数の実効値と近似式またはデータテーブルとを用いて、誘起電圧係数を補正する手段と、誘起電圧、角速度、および補正された誘起電圧係数を用いて、可動子のストロークを算出する手段とを有する。   A linear motor control system according to still another aspect of the present invention includes a linear motor in which a mover reciprocates, voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor, and a motor current flowing through the linear motor. Current detection means for detecting, and a microcomputer for receiving a voltage signal capable of specifying the instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying the instantaneous value of the motor current are provided. Further, the microcomputer uses the voltage signal and the current signal to calculate the effective value of the angular velocity, the induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the mover, and the total number of magnetic fluxes generated in the magnetic circuit of the linear motor. Means, an approximate expression or data table for specifying the relationship between the effective value of the total magnetic flux number and the induced voltage coefficient (thrust coefficient), and the effective value of the total magnetic flux number and the approximate expression or data table. And means for calculating the stroke of the mover using the induced voltage, the angular velocity, and the corrected induced voltage coefficient.

上記の構成によれば、リニアモータの負荷に応じて誘起電圧係数が補正されるため、より正確に可動子のストロークを算出することができる。   According to said structure, since an induced voltage coefficient is correct | amended according to the load of a linear motor, the stroke of a needle | mover can be calculated more correctly.

本発明のスターリング冷凍システムは、前述の一の局面、他の局面、またはさらに他の局面のリニアモータ制御システムと、前述の可動子としてのピストンの往復運動に従って往復運動するディスプレーサとを備えている。   The Stirling refrigeration system of the present invention includes the linear motor control system according to the above-described one aspect, another aspect, or still another aspect, and the displacer that reciprocates according to the reciprocating movement of the piston as the above-described mover. .

上記の構成によれば、ピストンのストロークが正確に検知されるため、ピストンとディスプレーサとの衝突を確実に防止することができる。   According to said structure, since the stroke of a piston is detected correctly, the collision with a piston and a displacer can be prevented reliably.

本発明によれば、可動子の実際のストロークを高い精度で算出することによって、可動子のストローク制御を正確に行なうことができるリニアモータ制御システムおよびそれが用いられたスターリング冷凍システムが得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the linear motor control system which can perform the stroke control of a needle | mover accurately by calculating the actual stroke of a needle | mover with high precision, and the Stirling refrigeration system using the same are obtained.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態のリニアモータ制御システムを説明する。   Hereinafter, a linear motor control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態のリニアモータ制御システムにおいては、リニアモータの誘起電圧の瞬時値を用いてリニアモータの可動子のストロークを算出する方法の問題点を解決するために、リニアモータの回路変数(電圧および電流等)がすべて正弦波と見なされ、リニアモータに生じる誘導電圧が1周期間の実効値単位で算出される。この方法によれば、簡単な処理によって、かつ、高い精度で、可動子のストロークを算出することが可能になる。以下、本実施の形態のリニアモータ制御システムを具体的に説明する。   In the linear motor control system of the present embodiment, in order to solve the problem of the method of calculating the stroke of the linear motor movable element using the instantaneous value of the induced voltage of the linear motor, the linear motor circuit variable (voltage And current etc.) are all regarded as sine waves, and the induced voltage generated in the linear motor is calculated in units of effective values for one cycle. According to this method, the stroke of the mover can be calculated with a simple process and with high accuracy. Hereinafter, the linear motor control system of the present embodiment will be specifically described.

まず、図1〜図3を用いて、本発明のリニアモータ制御システムの構成を説明する。なお、図1は、リニアモータ駆動回路の構成を示している。図1において、i(t)はリニアモータに流れるモータ電流を示す関数であり、v(t)はリニアモータに印加されるモータ電圧を示す関数であり、e(t)は可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)を示す関数であり、Rはリニアモータの巻線抵抗値を示す定数であり、Lはリニアモータのインダクタンスを示す定数である。なお、tは時間を示す変数である。   First, the configuration of the linear motor control system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the configuration of the linear motor drive circuit. In FIG. 1, i (t) is a function indicating a motor current flowing through the linear motor, v (t) is a function indicating a motor voltage applied to the linear motor, and e (t) is a reciprocating motion of the mover. Is a function indicating the induced voltage (counterelectromotive force) generated by, R is a constant indicating the winding resistance value of the linear motor, and L is a constant indicating the inductance of the linear motor. Note that t is a variable indicating time.

図1に示される回路を一般的な式で示すと、次の式(3)のようになる。   When the circuit shown in FIG. 1 is represented by a general equation, the following equation (3) is obtained.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

さらに、誘起電圧e(t)は、リニアモータの磁気特性および駆動回路に依存した誘起電圧係数α(推力係数)と可動子(ピストン)の速度vp(t)との関数で表され、次式のようになる。   Further, the induced voltage e (t) is expressed as a function of the induced voltage coefficient α (thrust coefficient) depending on the magnetic characteristics and drive circuit of the linear motor and the velocity vp (t) of the mover (piston). become that way.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

図2は、リニアモータに実効値Vかつ角速度ωの正弦波のモータ電圧V(t)が印加された場合における、モータ電流i(t)、モータ電圧v(t)、および誘起電圧e(t)のそれぞれの瞬時値の一周期の変化の様子を示している。   FIG. 2 shows a motor current i (t), a motor voltage v (t), and an induced voltage e (t when a sinusoidal motor voltage V (t) having an effective value V and an angular velocity ω is applied to the linear motor. ) Shows a change in one cycle of each instantaneous value.

図2に示されるように、仮に、リニアモータの可動子が、理想的な正弦波で表わされる運動すなわち単振動をしており、かつ、モータ電圧v(t)の角速度ωと同じ角速度を有しており、また、誘起電圧係数αの値が可動子の位置に関係なく一定値であれば、電流i(t)も、理想的な正弦波であり、モータ電圧v(t)の角速度ωと同じ角速度を有している。   As shown in FIG. 2, it is assumed that the mover of the linear motor has a motion represented by an ideal sine wave, that is, a simple vibration, and has the same angular velocity as the angular velocity ω of the motor voltage v (t). If the value of the induced voltage coefficient α is constant regardless of the position of the mover, the current i (t) is also an ideal sine wave, and the angular velocity ω of the motor voltage v (t) Have the same angular velocity.

また、モータ電流の実効値がIであり、モータ電圧の実効値がVであり、かつ誘起電圧の実効値がEであるものとすると、モータ電流i(t)、モータ電圧v(t)、および誘起電圧e(t)のそれぞれの瞬時値は、電流i(t)の位相を基準にして、次の式(5)〜式(7)で表わされる。   If the effective value of the motor current is I, the effective value of the motor voltage is V, and the effective value of the induced voltage is E, the motor current i (t), the motor voltage v (t), The instantaneous values of the induced voltage e (t) are expressed by the following equations (5) to (7) with the phase of the current i (t) as a reference.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、式(6)において、θは、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差である。   In Equation (6), θ is a phase difference between the motor current i (t) and the motor voltage v (t).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、式(7)において、θ2は、モータ電流i(t)と誘起電圧e(t)との間の位相差である。 In Equation (7), θ 2 is a phase difference between the motor current i (t) and the induced voltage e (t).

また、式(3)のコイルの誘導電圧L・di(t)/dtの項は、次の式(8)で表わされる。   Further, the term of the induction voltage L · di (t) / dt of the coil in the equation (3) is expressed by the following equation (8).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

前述の事項を、交流量のベクトル表記方法に従って図示すると、図3のようになる。
したがって、モータ電圧の実効値V、角速度ω、モータ電流の実効値I、位相差θを得ることができれば、次の式(9)および式(10)を用いて、誘起電圧の実効値E、および位相差θ2を算出することができる。
The above-described matters are illustrated in FIG. 3 according to the vector notation method of the AC amount.
Therefore, if the effective value V of the motor voltage, the angular velocity ω, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ can be obtained, the effective value E of the induced voltage E, using the following equations (9) and (10): And the phase difference θ 2 can be calculated.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vは、次の式(11)および式(12)で表わされる。   The effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are expressed by the following equations (11) and (12).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、式(11)において、i(1),i(2),…i(n-1),i(n)のそれぞれは、モータ電流i(t)の瞬時値である。nは自然数である。また、モータ電流i(t)の瞬時値のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致している。   In equation (11), each of i (1), i (2),... I (n-1), i (n) is an instantaneous value of the motor current i (t). n is a natural number. Further, the sampling period of the instantaneous value of the motor current i (t) coincides with the PWM carrier period.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、式(12)において、v(1),v(2),…v(n-1),v(n)のそれぞれは、モータ電圧v(t)の瞬時値である。nは自然数である。また、モータ電圧v(t)の瞬時値のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致している。   In equation (12), each of v (1), v (2),... V (n−1), v (n) is an instantaneous value of the motor voltage v (t). n is a natural number. The sampling period of the instantaneous value of the motor voltage v (t) is coincident with the PWM carrier period.

また、リニアモータの可動子の速度vp(t)は、式(4)に式(7)を代入して、整理すると、   The speed vp (t) of the mover of the linear motor can be summarized by substituting Equation (7) into Equation (4).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

となる。   It becomes.

式(13)の両辺を時間積分すると、可動子の位置Xpが次の式(14)で表される。   When both sides of the equation (13) are integrated over time, the position Xp of the mover is expressed by the following equation (14).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、式(14)において、Xp0は、可動子の1周期におけるニュートラル位置の値、すなわち、ストロークの中心位置の値である。   In Expression (14), Xp0 is a value of the neutral position in one cycle of the mover, that is, a value of the center position of the stroke.

したがって、ニュートラル位置Xp0とニュートラル位置Xp0から最も離れた位置との間の距離Xpmaxは、次の式(15)によって表わされる。   Therefore, the distance Xpmax between the neutral position Xp0 and the position farthest from the neutral position Xp0 is expressed by the following equation (15).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

なお、距離Xpmaxは、可動子の振幅に相当するため、可動子のストロークSTは、距離Xpmaxの2倍の値、すなわち2Xpmaxである。   Since the distance Xpmax corresponds to the amplitude of the mover, the stroke ST of the mover is a value twice the distance Xpmax, that is, 2Xpmax.

以上より、モータ電圧の実効値V、角速度ω、モータ電流の実効値I、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との位相差θのそれぞれの値が得られれば、前述の計算式を用いて、リニアモータのストロークSTを正確に算出することができる。   From the above, if the respective values of the effective value V of the motor voltage, the angular velocity ω, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t) are obtained, the above calculation is performed. The stroke ST of the linear motor can be accurately calculated using the equation.

次に、前述のリニアモータ駆動回路の変数のそれぞれの取得方法を説明する。   Next, a method for acquiring each variable of the linear motor driving circuit described above will be described.

モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)の角速度ωは、マイクロコンピュータがインバータ回路に送信する制御指令に対応しているため、マイクロコンピュータは、常時、角速度ωを把握することは可能である。   Since the angular velocity ω of the motor voltage v (t) and the motor current i (t) corresponds to a control command transmitted from the microcomputer to the inverter circuit, the microcomputer can always grasp the angular velocity ω. is there.

また、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vは、次のように検出される。まず、所定のサンプリング周期で、マイクロコンピュータのAD(Analog to Digital)変換機能を利用して、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれの瞬時値を測定する。次に、前述の式(11)を用いて、1周期におけるモータ電流i(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根すなわちモータ電流の実効値Iを算出する。また、前述の式(12)を用いて、1周期におけるモータ電圧v(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根すなわちモータ電圧の実効値Vを算出する。なお、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれが正弦波であるという仮定の下に、1周期分のモータ電流i(t)の最大値および最小値、ならびに、1周期分のモータ電圧v(t)の最大値および最小値を取得し、それらの値を用いて、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vを算出すれば、より計算が簡単になる。   The effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are detected as follows. First, instantaneous values of the motor voltage v (t) and the motor current i (t) are measured at a predetermined sampling period by using an AD (Analog to Digital) conversion function of the microcomputer. Next, the square root of the mean square value of all instantaneous values of the motor current i (t) in one cycle, that is, the effective value I of the motor current is calculated using the above-described equation (11). Further, the square root of the mean square value of all instantaneous values of the motor voltage v (t) in one cycle, that is, the effective value V of the motor voltage is calculated using the above-described equation (12). Note that, under the assumption that each of the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is a sine wave, the maximum value and minimum value of the motor current i (t) for one cycle, and one cycle If the maximum value and the minimum value of the motor voltage v (t) are obtained and the effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are calculated using these values, the calculation becomes easier.

また、前述の位相差θの検出においては、まず、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれの瞬時値を利用して、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれのゼロクロスポイントの位相を把握する。次に、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のゼロクロスポイント同士の位相差を算出する。この位相差をモータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差θとする。   In the detection of the phase difference θ described above, first, the motor current i (t) and the motor voltage v (t) are used by using the instantaneous values of the motor current i (t) and the motor voltage v (t). Figure out the phase of each zero cross point. Next, the phase difference between the zero cross points of the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is calculated. This phase difference is defined as a phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t).

また、前述の本実施の形態のリニアモータにおいても、従来のリニアモータと同様に、その磁気飽和の影響によって、誘起電圧係数αが低下する。したがって、この問題を解決するために、本実施の形態のリニアモータにおいては、磁気の強さ(1周期間の総磁束数の実効値Φ)を用いて、誘起電圧係数αを補正する処理が実行される。それにより、リニアモータの磁気飽和の影響が除去され、可動子のストロークの算出の精度の低下が防止される。   Also in the linear motor of the above-described embodiment, the induced voltage coefficient α decreases due to the influence of the magnetic saturation as in the conventional linear motor. Therefore, in order to solve this problem, in the linear motor of the present embodiment, there is a process for correcting the induced voltage coefficient α using the magnetic strength (effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in one cycle). Executed. As a result, the influence of magnetic saturation of the linear motor is removed, and a decrease in the accuracy of calculating the stroke of the mover is prevented.

リニアモータが動作しているときに前述の補正を行なうためには、図4に示すような、磁気の強さ(1周期間の磁束数の実効値Φ)と誘起電圧係数αとの関係を示す相関カーブを示す近似式またはデータテーブルを予め作成しておく必要がある。   In order to perform the above-described correction when the linear motor is operating, the relationship between the magnetic strength (effective value Φ of the number of magnetic fluxes in one cycle) and the induced voltage coefficient α as shown in FIG. It is necessary to prepare an approximate expression or a data table indicating the correlation curve to be shown in advance.

そのために、相関カーブを作成するための適切なリニアモータ動作条件(リニアモータへ印加される電圧の大きさおよび周波数、ならびに、負荷条件)で、誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φを測定する。   For this purpose, the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes are set under appropriate linear motor operating conditions (the magnitude and frequency of the voltage applied to the linear motor and the load conditions) for creating the correlation curve. taking measurement.

誘起電圧係数αの測定方法は、任意の動作条件(モータ電圧の大きさ、モータ電圧の角速度、および負荷条件)で、外部センサ(レーザ変位計など)により可動子のストロークSTを測定しながら、外部測定器によりモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θを測定する。そして、測定されたストロークST(=2Xpmax)、モータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θのそれぞれと、予め把握している巻線抵抗値R、コイルのインダクタンスL、および角速度ωを前述の式(15)に代入し、誘起電圧係数αを算出する。   The method of measuring the induced voltage coefficient α is to measure the stroke ST of the mover with an external sensor (such as a laser displacement meter) under arbitrary operating conditions (the magnitude of the motor voltage, the angular velocity of the motor voltage, and the load condition) The effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ are measured by an external measuring instrument. The measured stroke ST (= 2Xpmax), the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ, the winding resistance value R, the coil inductance L, The induced voltage coefficient α is calculated by substituting the angular velocity ω into the above equation (15).

次に、リニアモータ駆動回路の磁気回路に生じる総磁束数の実効値Φの求め方を説明する。   Next, how to obtain the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes generated in the magnetic circuit of the linear motor drive circuit will be described.

リニアモータの磁気回路における磁気の強さを表す総磁束数φ(t)の瞬時値は、コイルに電流が流れることによって発生する磁束数φI(t)の瞬時値と、可動子の磁石の往復運動によって発生する磁束数φmagnet(t)の瞬時値との和によって、次の式(16)のように表わされる。 The instantaneous value of the total number of magnetic fluxes φ (t) representing the magnetic strength in the magnetic circuit of the linear motor is equal to the instantaneous value of the number of magnetic fluxes φ I (t) generated when a current flows through the coil, The sum of the number of magnetic fluxes φ magnet (t) generated by the reciprocating motion and the instantaneous value is expressed by the following equation (16).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

また、磁束数φI(t)の瞬時値は、次式(17)で表わされる。 The instantaneous value of the number of magnetic fluxes φ I (t) is expressed by the following equation (17).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

この式(17)に式(5)を代入すれば、次の式(18)が得られる。   Substituting equation (5) into equation (17) yields the following equation (18).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

また、磁束数φmagnet(t)の瞬時値は、次式(19)で示される。 The instantaneous value of the number of magnetic fluxes φ magnet (t) is expressed by the following equation (19).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

磁束数φmagnet(t)の瞬時値のオフセット値が0であると仮定し、式(19)に式(7)を代入すれば、次の式(20)が得られる。 Assuming that the instantaneous offset value of the number of magnetic fluxes φ magnet (t) is 0 and substituting equation (7) into equation (19), the following equation (20) is obtained.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

さらに、交流量のベクトル表記方法によって、総磁束数の実効値Φ、磁束数の実効値ΦIおよび実効値φmagnetを図示すると、図5に示すようなものとなる。 Furthermore, the vector notation of the AC amount, effective value of the total number of magnetic fluxes [Phi, To illustrate the effective value [Phi I and the effective value phi magnet flux number becomes as shown in FIG.

なお、図5に示すベクトル図は、図3に示すベクトル図と同様に、モータ電流の位相を基準として描かれている。   In addition, the vector diagram shown in FIG. 5 is drawn on the basis of the phase of the motor current, similarly to the vector diagram shown in FIG.

図5において、総磁束数の実効値Φは、コイルに電流が流れることによって発生する磁束数の実効値ΦIと可動子の磁石の往復運動によって発生する磁束数の実効値Φmagnetとのベクトル和であるため、1周期間の総磁束数の実効値Φは、次の式(21)で求められることになる。 In FIG. 5, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes is a vector of the effective value Φ I of the number of magnetic fluxes generated by the current flowing through the coil and the effective value Φ magnet of the number of magnetic fluxes generated by the reciprocating motion of the mover magnet. Since it is the sum, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in one cycle is obtained by the following equation (21).

Figure 2006296136
Figure 2006296136

以上の計算により、ある1つの条件下での誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φのデータが得られる。このようにして、様々な条件下で多数の誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φのデータをプロットすると、前述の図4に示すような誘起電圧係数αと総磁束数の実効値Φとの関係を示す相関カーブを作成することができる。   By the above calculation, data of the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes under a certain condition can be obtained. In this way, when plotting data of a large number of induced voltage coefficients α and the effective value Φ of the total magnetic flux number under various conditions, the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total magnetic flux number as shown in FIG. A correlation curve showing the relationship between

この相関カーブを特定するデータテーブルまたは近似式がマイクロコンピュータ内部のメモリに記憶されていれば、リニアモータの動作条件が予め定められた所定の条件の範囲内であれれば、総磁束数の実効値Φを用いて、その動作条件に適した誘起電圧係数αを取得することができる。したがって、本実施の形態のリニアモータ制御システムによれば、リニアモータの磁気飽和の悪影響を排除することによって、高い精度でストロークを算出することができる。   If a data table or an approximate expression for specifying this correlation curve is stored in the memory inside the microcomputer, the effective value of the total number of magnetic fluxes can be obtained if the operating conditions of the linear motor are within a predetermined range. Using Φ, an induced voltage coefficient α suitable for the operating condition can be obtained. Therefore, according to the linear motor control system of the present embodiment, the stroke can be calculated with high accuracy by eliminating the adverse effect of magnetic saturation of the linear motor.

なお、誘起電圧係数αの補正は、前述のような誘起電圧の実効値Eを用いてストロークSTを算出するシステムにおいてのみならず、特開2003−65244号公報に開示されているようなシステム、つまり、誘起電圧の瞬時値(最大値)、誘起電圧係数、および角速度を用いてストロークを算出するシステムにおいても用いることができる。   The correction of the induced voltage coefficient α is not limited to the system that calculates the stroke ST using the effective value E of the induced voltage as described above, but also a system as disclosed in JP-A-2003-65244, That is, the present invention can also be used in a system that calculates a stroke using an instantaneous value (maximum value) of an induced voltage, an induced voltage coefficient, and an angular velocity.

上述した本実施の形態のリニアモータ制御システムは、具体的には、図6に示すように、往復運動する可動子を有するリニアモータMと、直流電源を構成する交流電源Gおよび平滑回路Pと、前述の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、リニアモータMに交流電力を供給するインバータ回路Tと、インバータ回路TをPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータCとを備えている。   Specifically, the linear motor control system of the present embodiment described above includes a linear motor M having a reciprocating mover, an AC power source G and a smoothing circuit P that constitute a DC power source, as shown in FIG. The inverter circuit T that converts the DC power supplied from the above-mentioned DC power source into AC power and supplies the AC power to the linear motor M, and the microcomputer C that controls the inverter circuit T by PWM (Pulse Width Modulation) I have.

また、リニアモータ制御システムは、リニアモータMに印加されているモータ電圧v(t)の瞬時値を検出するためのモータ電圧検出手段Uと、所定のサンプリング周期でリニアモータMに流れているモータ電流の瞬時値i(t)を検出するためのモータ電流検出手段Sとを備えている。   Further, the linear motor control system includes a motor voltage detecting means U for detecting an instantaneous value of the motor voltage v (t) applied to the linear motor M, and a motor flowing through the linear motor M at a predetermined sampling period. Motor current detection means S for detecting an instantaneous current value i (t).

なお、本実施の形態におけるモータ電流検出手段Sは、インバータ回路Tと直流電源との間においてリニアモータMに直列に接続されたシャント抵抗器、およびその両端の電位差を増幅するオペアンプ等を有している。モータ電圧検出手段Uは、リニアモータMの両端のそれぞれに接続された電位測定用の分圧手段としての抵抗器を有している。また、モータ電圧検出手段Uおよびモータ電流検出手段Sは、それぞれ、モータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流i(t)の瞬時値を特定可能な電流信号をマイクロコンピュータCへ送信する。   The motor current detection means S in the present embodiment has a shunt resistor connected in series with the linear motor M between the inverter circuit T and the DC power supply, and an operational amplifier that amplifies the potential difference between both ends thereof. ing. The motor voltage detecting means U has resistors as voltage measuring voltage dividing means connected to both ends of the linear motor M. Further, the motor voltage detecting means U and the motor current detecting means S are respectively a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) and a current signal that can specify the instantaneous value of the motor current i (t). Send to computer C.

マイクロコンピュータCは、リニアモータMの可動子の目標とするストロークを出力するストローク指令値出力部101と、ストローク指令値のデータを受けるストローク制御部102と、ストローク制御部102から送信されてきたPWMの変調率指令値に基づいて、インバータ回路TへPWMパルス信号を送信するPWM制御部103とを備えている。   The microcomputer C includes a stroke command value output unit 101 that outputs a target stroke of the mover of the linear motor M, a stroke control unit 102 that receives stroke command value data, and a PWM signal transmitted from the stroke control unit 102. And a PWM control unit 103 that transmits a PWM pulse signal to the inverter circuit T based on the modulation rate command value.

ストローク指令値は、負荷状況に応じて決定されるものであり、可動子と他の部位とが衝突する限界値以下の値である。また、変調率指令はPWMの変調率を特定可能な信号である。また、PWM制御部103は、所定の角速度ωと変調率指令値に基づいて、インバータ回路を構成するスイッチング素子のオン/オフを制御するためのパルス信号を出力する。これにより、所定の交流電圧がリニアモータMに印加される。   The stroke command value is determined according to the load condition, and is a value equal to or less than a limit value at which the mover collides with another part. The modulation rate command is a signal that can specify the PWM modulation rate. Further, the PWM control unit 103 outputs a pulse signal for controlling on / off of the switching elements constituting the inverter circuit based on the predetermined angular velocity ω and the modulation factor command value. As a result, a predetermined AC voltage is applied to the linear motor M.

また、マイクロコンピュータCは、AD(Analog to Digital)変換器を内蔵しており、電圧信号および電流信号に基づいて可動子の実際のストロークSTを算出するストローク算出部104を有している。算出された実際のストロークSTのデータは、ストローク制御部102へ送信される。   Further, the microcomputer C has a built-in AD (Analog to Digital) converter, and has a stroke calculation unit 104 that calculates the actual stroke ST of the mover based on the voltage signal and the current signal. The calculated actual stroke ST data is transmitted to the stroke control unit 102.

ストローク制御部102は、実際のストロークSTと目標とするストローク指令値との差に応じてPWMの変調率を変更することによって、実際のストロークを目標とするストローク指令値に近づける制御を行なう。たとえば、ストローク制御部102は、実際のストロークSTの値が所定値以上になっている場合には、ストロークを小さくするために現在の変調率指令値よりも低い変調率指令値をPWM制御部103へ送信する。それにより、PWM制御部103は、与えられたPWMの変調率に応じて、PWMの各パルスを出力する。その結果、リニアモータMに印加される正弦波の交流電圧の振幅が小さくなる。したがって、リニアモータMの可動子の実際のストロークSTがストローク指令値に近づくように変化する。また、ストローク指令値を限界値より低い値に設定することにより、ピストンが他の部位に衝突してリニアモータMが損傷するようなことが防止される。   The stroke control unit 102 performs control to bring the actual stroke closer to the target stroke command value by changing the PWM modulation rate according to the difference between the actual stroke ST and the target stroke command value. For example, when the actual stroke ST value is greater than or equal to a predetermined value, the stroke control unit 102 sets a modulation rate command value lower than the current modulation rate command value to reduce the stroke. Send to. Thereby, the PWM control unit 103 outputs each PWM pulse according to the given PWM modulation rate. As a result, the amplitude of the sinusoidal AC voltage applied to the linear motor M is reduced. Accordingly, the actual stroke ST of the mover of the linear motor M changes so as to approach the stroke command value. Further, by setting the stroke command value to a value lower than the limit value, it is possible to prevent the linear motor M from being damaged due to the piston colliding with another part.

また、ストローク制御部102は、実際のストロークSTと目標とするストローク指令値との差が大きい場合に、その差に応じてPWMの変調率を変更することによって、実際のストロークSTを目標とするストローク指令値に近づける制御を行なう。したがって、可動子のストロークの制御の精度を高めることができる。   In addition, when the difference between the actual stroke ST and the target stroke command value is large, the stroke control unit 102 changes the PWM modulation rate according to the difference to target the actual stroke ST. Control to bring it closer to the stroke command value. Therefore, it is possible to increase the accuracy of control of the stroke of the mover.

また、モータ電圧検出手段Uは、リニアモータMのモータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号をマイクロコンピュータCへ送信する。マイクロコンピュータCは、そのAD変換機能を使用して、リニアモータMの両端子間の電位差を特定可能な信号に基づいて、リニアモータMに印加されているモータ電圧v(t)を算出する。   The motor voltage detection means U transmits a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) of the linear motor M to the microcomputer C. The microcomputer C uses the AD conversion function to calculate the motor voltage v (t) applied to the linear motor M based on a signal that can identify the potential difference between both terminals of the linear motor M.

また、モータ電流検出手段Sは、インバータの入力側のDC(Direct Current)ラインに接続されたシャント抵抗器に流れているモータ電流i(t)を検出する。モータ電流i(t)は、PWMのパルスのON期間にのみ、シャント抵抗器へ流れ込む。そのため、モータ電流検出手段Sは、前述のON期間のシャント抵抗器の両端の電位差信号をマイクロコンピュータCへ送信する。マイクロコンピュータCは、その電位差信号をAD機能によって、モータ電流i(t)を特定可能な電流信号に変換する。したがって、モータ電流i(t)のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致していることが望ましい。   The motor current detection means S detects the motor current i (t) flowing through the shunt resistor connected to the DC (Direct Current) line on the input side of the inverter. The motor current i (t) flows into the shunt resistor only during the ON period of the PWM pulse. Therefore, the motor current detection means S transmits a potential difference signal between both ends of the shunt resistor during the above-described ON period to the microcomputer C. The microcomputer C converts the potential difference signal into a current signal that can specify the motor current i (t) by the AD function. Therefore, it is desirable that the sampling period of the motor current i (t) coincides with the PWM carrier period.

また、ストローク算出部104は、モータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流i(t)の瞬時値を特定可能な電流信号を受け、正弦波の一周期毎にモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、および位相差θを算出する。   The stroke calculation unit 104 receives a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) and a current signal that can specify the instantaneous value of the motor current i (t), and receives a motor signal for each cycle of the sine wave. The effective value V of the voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ are calculated.

モータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iの算出方法としては、前述のように、所定のサンプリング周期で、1周期におけるモータ電圧v(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根および1周期におけるモータ電流i(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根を用いる方法、または、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれが正弦波であるという仮定の下で、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれの最大値および最小値を用いる方法等がある。   As described above, the effective value V of the motor voltage and the effective value I of the motor current are calculated as follows. The square root of the root mean square value of the total instantaneous values of the motor voltage v (t) in one cycle is a predetermined sampling cycle. And the method using the square root of the root mean square of all instantaneous values of motor current i (t) in one cycle, or the assumption that each of motor voltage v (t) and motor current i (t) is a sine wave Below, there is a method using the maximum value and the minimum value of the motor voltage v (t) and the motor current i (t), respectively.

なお、本実施の形態においては、モータ電流検出手段Sのシャント抵抗器の両端の電位差を用いてモータ電流i(t)の瞬時値を算出するため、PWMのパルスのON期間が短い場合、つまり、モータ電圧v(t)のゼロクロスポイントに近いタイミングにおいては、モータ電流i(t)の瞬時値を検出することが困難である。したがって、モータ電流i(t)が正弦波であるという仮定の下に、モータ電流i(t)の1周期の間の最大値および最小値ならびに予め記憶されているモータ電流の波形を特定可能なデータを用いて、1周期間のモータ電流i(t)の全瞬時値を推測する方法を用いることが望ましい。この方法では、次のような計算式を用いてモータ電流の実効値Iを算出することになる。   In the present embodiment, since the instantaneous value of the motor current i (t) is calculated using the potential difference between both ends of the shunt resistor of the motor current detecting means S, when the PWM pulse ON period is short, that is, At the timing close to the zero cross point of the motor voltage v (t), it is difficult to detect the instantaneous value of the motor current i (t). Therefore, under the assumption that the motor current i (t) is a sine wave, the maximum value and the minimum value during one cycle of the motor current i (t) and the waveform of the motor current stored in advance can be specified. It is desirable to use a method of estimating the total instantaneous value of the motor current i (t) during one cycle using data. In this method, the effective value I of the motor current is calculated using the following calculation formula.

まず、マイクロコンピュータCのメモリには、まず、図7に示すように、モータ電流検出手段Sのシャント抵抗器の両端の電位差信号を用いて算出されたモータ電流i(t)の1周期分の全瞬時値のデータ列を記憶する。次に、マイクロコンピュータCは、そのデータ列からモータ電流i(t)の瞬時値の最大値Imaxおよび最小値Iminを抽出し、次に示す式(22)に、最大値Imaxおよび最小値Iminを代入し、モータ電流の実効値Iを算出する。   First, in the memory of the microcomputer C, first, as shown in FIG. 7, one cycle of the motor current i (t) calculated using the potential difference signals at both ends of the shunt resistor of the motor current detection means S is stored. A data string of all instantaneous values is stored. Next, the microcomputer C extracts the maximum value Imax and the minimum value Imin of the instantaneous value of the motor current i (t) from the data string, and the maximum value Imax and the minimum value Imin are expressed in the following equation (22). Substituting and calculating the effective value I of the motor current.

Figure 2006296136
Figure 2006296136

前述のような方法によれば、電圧のゼロクロスポイントに近いタイミングのモータ電流i(t)の瞬時値を正確に検出できない場合にも、モータ電流の実効値Iを正確に算出することができる。   According to the method as described above, the effective value I of the motor current can be accurately calculated even when the instantaneous value of the motor current i (t) at a timing close to the zero cross point of the voltage cannot be accurately detected.

モータ電圧とモータ電流との位相差θは、モータ電流i(t)の波形のゼロクロスポイントとモータ電圧v(t)の波形のゼロクロスポイントとの位相差によって検出される。ただし、前述のシャント抵抗器による電流検出の方法においては、位相差θが小さい、つまり、モータ電圧のゼロクロスポイントとモータ電流のゼロクロスポイントとが近い場合、PWMのパルス幅が小さいためにモータ電流のゼロクロスポイントの検出が困難である。この場合には、一周期におけるモータ電流が最大値となるときの位相およびモータ電流が最小値となるときの位相に基づいて、モータ電流のゼロクロスポイントの位相を推測する方法を用いることが望ましい。   The phase difference θ between the motor voltage and the motor current is detected by the phase difference between the zero cross point of the motor current i (t) waveform and the zero cross point of the motor voltage v (t) waveform. However, in the current detection method using the shunt resistor described above, when the phase difference θ is small, that is, when the motor voltage zero cross point and the motor current zero cross point are close, the PWM pulse width is small and the motor current It is difficult to detect the zero cross point. In this case, it is desirable to use a method for estimating the phase of the zero cross point of the motor current based on the phase when the motor current becomes the maximum value in one cycle and the phase when the motor current becomes the minimum value.

前述のような方法によって算出されたモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θ、PWM制御部がPWM制御指令によって特定される正弦波の角速度ω、ならびに、予めメモリに記憶された巻線抵抗値RおよびインダクタンスLを前述の式(15)に代入すれば、その時点での可動子の実際のストロークSTを算出することができる。   Effective value V of motor voltage, effective value I and phase difference θ of motor current calculated by the method as described above, angular velocity ω of sine wave specified by PWM control command by PWM control command, and previously stored in memory If the winding resistance value R and inductance L thus set are substituted into the above-described equation (15), the actual stroke ST of the mover at that time can be calculated.

また、本実施の形態のマイクロコンピュータCは、リニアモータMの磁気飽和の影響を排除するために、図4に示すような、メモリに誘起電圧係数αと総磁束数の実効値Φとの関係を特定する相関カーブを示す近似式データまたはデータ列が記憶されたデータテーブル105を備えている。なお、前述の相関カーブは、予め実験によって得られたものである。   Further, in order to eliminate the influence of the magnetic saturation of the linear motor M, the microcomputer C of the present embodiment has a relationship between the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in the memory as shown in FIG. Is provided with a data table 105 in which approximate expression data or a data string indicating a correlation curve is stored. The correlation curve described above is obtained in advance by experiments.

リニアモータMの実際のストロークSTの算出時には、まず、前述の式(21)を用いて、総磁束数の実効値Φを算出する。次に、メモリに記憶されている相関カーブの近似式またはデータ列が記憶されたデータテーブル105を用いて、誘起電圧係数αを補正する。その後、補正された誘起電圧係数αの値を用いて、リニアモータMの磁気飽和の悪影響が排除されたストロークSTを算出する。   When calculating the actual stroke ST of the linear motor M, first, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes is calculated using the aforementioned equation (21). Next, the induced voltage coefficient α is corrected using the data table 105 in which the approximate expression or data string of the correlation curve stored in the memory is stored. Thereafter, the stroke ST in which the adverse effect of magnetic saturation of the linear motor M is eliminated is calculated using the corrected value of the induced voltage coefficient α.

また、他の例としてのリニアモータ制御システムは、図8に示すような構成であってもよい。図8に示す他の例のリニアモータ制御システムを次に簡単に説明する。図8に示すリニアモータ制御システムは、図6に示すリニアモータ制御システムと同様の効果を得ることができるため、互いの異なる点についてのみ説明を行なう。   Another example of a linear motor control system may be configured as shown in FIG. Next, another example of the linear motor control system shown in FIG. 8 will be briefly described. Since the linear motor control system shown in FIG. 8 can obtain the same effect as the linear motor control system shown in FIG. 6, only different points will be described.

図8に示す他の例のリニアモータ制御システムにおいては、モータ電圧検出手段Wが、直流電源とインバータ回路Tとの間に設けられている。モータ電圧検出手段Wで検出された直流電力の電圧信号は、マイクロコンピュータC内のモータ電圧推定部106に送信される。モータ電圧推定部106は、直流電力の電圧信号とストローク制御部102からモータ電圧推定部106へ送信される変調率指令値のデータとを用いて、モータ電圧の実効値Vを推定する。そして、推定されたモータ電圧に実効値Vがモータ電圧推定部106からストローク算出部104へ送信される。   In another example of the linear motor control system shown in FIG. 8, the motor voltage detection means W is provided between the DC power supply and the inverter circuit T. The DC power voltage signal detected by the motor voltage detection means W is transmitted to the motor voltage estimation unit 106 in the microcomputer C. The motor voltage estimation unit 106 estimates the effective value V of the motor voltage using the DC power voltage signal and the modulation rate command value data transmitted from the stroke control unit 102 to the motor voltage estimation unit 106. Then, the effective value V of the estimated motor voltage is transmitted from the motor voltage estimation unit 106 to the stroke calculation unit 104.

一方、モータ電流検出手段Hは、ホール素子を有し、インバータ回路TとリニアモータMとの間に設けられている。また、モータ電流検出手段は、ホール素子によって磁束の変化を検知し、その磁束の変化をモータ電流の電流信号としてマイクロコンピュータC内のストローク算出部104へ送信する。   On the other hand, the motor current detection means H has a Hall element and is provided between the inverter circuit T and the linear motor M. The motor current detection means detects a change in magnetic flux by the Hall element, and transmits the change in the magnetic flux to the stroke calculation unit 104 in the microcomputer C as a current signal of the motor current.

次に、図9および図10を用いて、マイクロコンピュータCが行なうストローク制御処理を説明する。   Next, a stroke control process performed by the microcomputer C will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

ストローク制御処理は、原則として、リニアモータ動作の一周期毎に行なわれる。まず、S1において、1周期分の電圧信号すなわちモータ電圧v(t)[t=1〜n]の瞬時値の受信が行なわれる。また、同時に、S2において、1周期分の電流信号すなわちモータ電流i(t)[t=1〜n]の瞬時値の受信が行なわれる。つまり、S1およびS2において、1周期分の電圧波形および電流波形を特定可能な電圧信号および電流信号が受信される。次に、S3において、1周期分の電圧信号および電流信号を用いて、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差θを算出する。次に、S4において、1周期分の電圧信号または電流信号を用いてモータ電圧v(t)またはモータ電流i(t)の角速度ωを算出する。ただし、角速度ωは、予め定められた固定値であって、メモリに記憶されている値であってもよい。   In principle, the stroke control process is performed for each cycle of the linear motor operation. First, in S1, a voltage signal for one cycle, that is, an instantaneous value of the motor voltage v (t) [t = 1 to n] is received. At the same time, in S2, a current signal for one cycle, that is, an instantaneous value of the motor current i (t) [t = 1 to n] is received. That is, in S1 and S2, a voltage signal and a current signal that can specify a voltage waveform and a current waveform for one period are received. Next, in S3, the phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is calculated using the voltage signal and current signal for one cycle. Next, in S4, the angular velocity ω of the motor voltage v (t) or the motor current i (t) is calculated using the voltage signal or current signal for one cycle. However, the angular velocity ω may be a predetermined fixed value and a value stored in the memory.

次に、S5において、モータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iを算出する。S5の処理においては、図10に示すS52において、v(1),v(2),…,v(n−1),v(n)を順次比較する。次に、S53において、v(1),v(2),…,v(n−1),v(n)の最大値v(max)と最小値v(min)とを決定する。次に、S54において、モータ電圧の実効値V={v(max)−v(min)}/2√2を算出する。次に、S55において、i(1),i(2),…,i(n−1),i(n)を順次比較する。次に、S56において、i(1),i(2),…,i(n−1),i(n−1)の最大値i(max)と最小値i(min)とを決定する。次に、S57において、式(22)を用いて、モータ電流の実効値Iを算出する。   Next, in S5, the effective value V of the motor voltage and the effective value I of the motor current are calculated. In the process of S5, v (1), v (2),..., V (n−1), v (n) are sequentially compared in S52 shown in FIG. Next, in S53, the maximum value v (max) and the minimum value v (min) of v (1), v (2), ..., v (n-1), v (n) are determined. Next, in S54, the effective value V = {v (max) −v (min)} / 2√2 of the motor voltage is calculated. Next, in S55, i (1), i (2),..., I (n-1), i (n) are sequentially compared. Next, in S56, the maximum value i (max) and the minimum value i (min) of i (1), i (2), ..., i (n-1), i (n-1) are determined. Next, in S57, the effective value I of the motor current is calculated using Expression (22).

その後、図9のS6の処理が実行される。S6においては、巻線抵抗値RおよびインダクタンスLの値がメモリから読み出される。次に、S7において、モータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、位相差θ、巻線抵抗値RおよびインダクタンスLを上述の式(1)に代入し、誘起電圧の実効値Eを算出する。   Thereafter, the process of S6 in FIG. 9 is executed. In S6, the winding resistance value R and the inductance L are read from the memory. Next, in S7, the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, the phase difference θ, the winding resistance value R, and the inductance L are substituted into the above-described equation (1), and the effective value E of the induced voltage is obtained. calculate.

次に、S8において、式(10)にモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、誘起電圧の実効値E、位相差θ、および巻線抵抗値Rを代入し、位相差θ2を算出する。また、S9において、誘起電圧の実効値E、モータ電流の実効値I、角速度ω、インダクタンスL、および位相差θ2を式(21)に代入し、総磁束数の実効値Φを算出する。次に、S10において、総磁束数の実効値Φと相関カーブを示す近似式データまたはデータテーブル(図4)を用いて誘起電圧係数(推力係数)αの値が補正される。 Next, in S8, the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, the effective value E of the induced voltage, the phase difference θ, and the winding resistance value R are substituted into the equation (10), and the phase difference θ 2 Is calculated. In S9, the effective value E of the induced voltage, the effective value I of the motor current, the angular velocity ω, the inductance L, and the phase difference θ 2 are substituted into the equation (21) to calculate the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes. Next, in S10, the value of the induced voltage coefficient (thrust coefficient) α is corrected using the approximate expression data or the data table (FIG. 4) showing the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes and the correlation curve.

次に、S11において、誘起電圧係数α、誘起電圧の実効値E、角速度ωを式(2)に代入し、可動子の実際のストロークSTを算出する。S12においては、実際のストロークSTとストローク指令値との差Dが算出される。次に、S13において、差Dに応じてPWMの変調率を変更し、ストローク指令値に実際のストロークSTの値を近づけるための処理が実行される。その後一周期毎にS1〜S13の処理が繰返される。   Next, in S11, the actual stroke ST of the mover is calculated by substituting the induced voltage coefficient α, the effective value E of the induced voltage, and the angular velocity ω into Equation (2). In S12, a difference D between the actual stroke ST and the stroke command value is calculated. Next, in S13, the PWM modulation rate is changed according to the difference D, and processing for bringing the actual stroke ST value closer to the stroke command value is executed. Thereafter, the processes of S1 to S13 are repeated every cycle.

次に、前述のリニアモータ制御システムが適用されるスターリング冷凍システムを説明する。   Next, a Stirling refrigeration system to which the above linear motor control system is applied will be described.

図11は、実施の形態のスターリング冷凍機40を示す断面図である。スターリング冷凍機40においては、2つの部分で構成されている円筒形状のシリンダ3内に、円柱形のピストン1およびディスプレーサ2が嵌め込まれている。ピストン1とディスプレーサ2とは、圧縮空間9を介して設けられ、共通の駆動軸として軸Yを有している。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing the Stirling refrigerator 40 of the embodiment. In the Stirling refrigerator 40, a cylindrical piston 1 and a displacer 2 are fitted in a cylindrical cylinder 3 composed of two parts. The piston 1 and the displacer 2 are provided via a compression space 9 and have an axis Y as a common drive shaft.

ディスプレーサ2の先端側に膨張空間10が形成されている。圧縮空間9と膨張空間10とはヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路11を介して連通している。媒体流通路11内には、再生器12が設けられている。再生器12は、作動媒体の熱を蓄積するとともに、蓄積した熱を作動媒体に供給する。シリンダ3の略中間には鍔部(フランジ)3aが設けられている。鍔部3aにはドーム状の耐圧容器4が取り付けられることによって密閉されたバウンス空間(背圧空間)8が形成されている。   An expansion space 10 is formed on the tip side of the displacer 2. The compression space 9 and the expansion space 10 communicate with each other via a medium flow passage 11 through which a working medium such as helium flows. A regenerator 12 is provided in the medium flow path 11. The regenerator 12 accumulates the heat of the working medium and supplies the accumulated heat to the working medium. A flange (flange) 3 a is provided in the middle of the cylinder 3. A bounce space (back pressure space) 8 is formed in the collar portion 3a by being sealed with a dome-shaped pressure vessel 4 attached thereto.

ピストン1は後端側で支持バネ5と一体化されている。ディスプレーサ2はピストン1の中心孔1aを貫通するロッド2aを介して支持バネ6と一体化されている。支持バネ5と支持バネ6とはボルトおよびナット22により連結されている。後述するように、ピストン1が往復運動すると、ディスプレーサ2は、ピストン1に対して所定の位相差を有する状態で往復運動を行なう。   The piston 1 is integrated with the support spring 5 on the rear end side. The displacer 2 is integrated with the support spring 6 through a rod 2 a that passes through the center hole 1 a of the piston 1. The support spring 5 and the support spring 6 are connected by a bolt and a nut 22. As will be described later, when the piston 1 reciprocates, the displacer 2 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 1.

バウンス空間8内のシリンダ3の外周側には内側ヨーク18が嵌め込まれている。内側ヨーク18は隙間19を介して外側ヨーク17に対向している。外側ヨーク17の内側には駆動用コイル16が嵌め込まれている。隙間19には環状の永久磁石15が移動可能に設けられている。永久磁石15はカップ状スリーブ14を介してピストン1と一体化されている。内側ヨーク18、外側ヨーク17、駆動用コイル16、および永久磁石15によって、ピストン1を軸Yに沿って移動させるリニアモータ13が構成されている。このリニアモータが前述のリニアモータ制御システムのリニアモータMとして機能する。また、駆動用コイル16には、リード線20および21が接続され、インバータ回路200およびマイクロコンピュータ1000によってリニアモータ13に駆動電力が供給されるようになっている。   An inner yoke 18 is fitted on the outer peripheral side of the cylinder 3 in the bounce space 8. The inner yoke 18 faces the outer yoke 17 through a gap 19. A driving coil 16 is fitted inside the outer yoke 17. An annular permanent magnet 15 is movably provided in the gap 19. The permanent magnet 15 is integrated with the piston 1 through a cup-shaped sleeve 14. The inner yoke 18, the outer yoke 17, the driving coil 16, and the permanent magnet 15 constitute a linear motor 13 that moves the piston 1 along the axis Y. This linear motor functions as the linear motor M of the above-described linear motor control system. Further, lead wires 20 and 21 are connected to the driving coil 16, and driving power is supplied to the linear motor 13 by the inverter circuit 200 and the microcomputer 1000.

上記構成のスターリング冷凍機40は、リニアモータ13によってピストン1が往復運動すると、ピストン1に対して所定の位相差を有する状態でディスプレーサ2が往復運動する。これにより、圧縮空間9と膨張空間10との間を作動媒体が移動する。その結果、逆スターリングサイクルが形成される。   In the Stirling refrigerator 40 having the above configuration, when the piston 1 reciprocates by the linear motor 13, the displacer 2 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 1. As a result, the working medium moves between the compression space 9 and the expansion space 10. As a result, a reverse Stirling cycle is formed.

上述のスターリング冷凍機40は、所定の交流波形の駆動電圧がリニアモータ13に印加されると、ピストン1がその所定の交流波形の駆動電圧に対応した周期及びストロークで往復運動を行なう。従って、リニアモータ13に印加される駆動電圧を制御することにより、ピストン1の往復運動の周期及びストロークを制御できる。   When the drive voltage having a predetermined AC waveform is applied to the linear motor 13, the Stirling refrigerator 40 described above reciprocates with a cycle and a stroke corresponding to the drive voltage having the predetermined AC waveform. Therefore, by controlling the drive voltage applied to the linear motor 13, the cycle and stroke of the reciprocating motion of the piston 1 can be controlled.

次に、上記フリーピストン型スターリング冷凍機の動作原理をより詳細に説明する。ピストン1が、その位置と時間との関係が正弦波を描くように運動することにより、圧縮空間9内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように変化し、圧縮空間9から熱を放出し、ディスプレーサ2の周囲に設けられた再生器12で冷却されながら膨張空間10へ流入する。   Next, the operation principle of the free piston type Stirling refrigerator will be described in more detail. As the piston 1 moves so that the relationship between its position and time draws a sine wave, the working gas in the compression space 9 changes so that the relationship between its pressure and time draws a sine wave, and compression. Heat is released from the space 9 and flows into the expansion space 10 while being cooled by the regenerator 12 provided around the displacer 2.

膨張空間10の作動ガスは、ディスプレーサ2の動きにより膨張し、その温度が低下する。膨張空間10内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように変化し、ディスプレーサ2をピストン1に対して所定の位相差を有する状態で往復運動させる。   The working gas in the expansion space 10 expands due to the movement of the displacer 2, and its temperature decreases. The working gas in the expansion space 10 changes so that the relationship between pressure and time draws a sine wave, and the displacer 2 is reciprocated with a predetermined phase difference with respect to the piston 1.

なお、デジタル信号をアナログ信号に変換するときにはPWMが用いられる。つまり、インバータ回路Tから順次出力される複数のパルスは、その幅が正弦波形に対応して変化するように制御され、交流が生成される。この制御のために、前述のリニアモータ制御システムのマイクロコンピュータC、インバータ回路T、ならびに、直流電源を構成する交流電源Gおよび平滑回路Pが用いられる。   Note that PWM is used to convert a digital signal into an analog signal. That is, the plurality of pulses sequentially output from the inverter circuit T are controlled so that the width thereof changes corresponding to the sine waveform, and an alternating current is generated. For this control, the microcomputer C, the inverter circuit T, and the AC power supply G and the smoothing circuit P constituting the DC power supply are used in the linear motor control system described above.

上記のような本実施の形態のリニアモータ制御システムが用いられたスターリング冷凍機制御システムによれば、可動子としてのピストン1のストロークSTが大きくなり過ぎて、ピストン1とディスプレーサ2とが衝突することが確実に防止される。また、より厳密にピストンのストロークを制御することができる。   According to the Stirling refrigerator control system using the linear motor control system of the present embodiment as described above, the stroke ST of the piston 1 as the mover becomes too large, and the piston 1 and the displacer 2 collide. Is reliably prevented. Further, the stroke of the piston can be controlled more strictly.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれていることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

リニアモータ駆動回路の等価回路構成を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit structure of a linear motor drive circuit. モータ電圧、モータ電流、および誘起電圧のそれぞれの瞬時値の一周期の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of one period of each instantaneous value of a motor voltage, a motor current, and an induced voltage. リニアモータに生じる誘起電圧の実効値を求めるためのベクトル図である。It is a vector diagram for calculating | requiring the effective value of the induced voltage which arises in a linear motor. 総磁束数と誘起電圧係数との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of a total magnetic flux number and an induced voltage coefficient. リニアモータの磁気回路に生じる総磁束数を求めるためのベクトル図である。It is a vector diagram for calculating | requiring the total magnetic flux number which arises in the magnetic circuit of a linear motor. リニアモータ制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a linear motor control system. モータ電流の最大値および最小値(ピーク値)を用いてモータ電流の実効値を算出する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating the effective value of a motor current using the maximum value and minimum value (peak value) of a motor current. 他の例のリニアモータ制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the linear motor control system of another example. ストローク制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating a stroke control process. ストローク制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating a stroke control process. リニアモータ制御システムが用いられたスターリング冷凍システムを示す図である。It is a figure which shows the Stirling refrigerating system using the linear motor control system.

符号の説明Explanation of symbols

M リニアモータ、G 交流電源、P 平滑回路、H,S モータ電流検出手段、T インバータ回路、U,W モータ電圧検出手段、C マイクロコンピュータ。   M linear motor, G AC power supply, P smoothing circuit, H, S motor current detection means, T inverter circuit, U, W motor voltage detection means, C microcomputer.

Claims (5)

可動子が往復運動するリニアモータと、
前記リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、
前記リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号および前記モータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記モータ電圧、前記モータ電流、および前記可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)のそれぞれが同一の角速度を有する正弦波であると仮定し、前記電圧信号および前記電流信号を用いて、前記正弦波の一周期における前記誘起電圧の実効値を算出する手段と、
前記誘起電圧の実効値、前記電圧信号および前記電流信号の角速度、および誘起電圧係数(推力係数)を用いて、前記一周期における前記可動子のストロークを算出する手段とを有する、リニアモータ制御システム。
A linear motor in which the mover reciprocates;
Voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor;
Current detecting means for detecting a motor current flowing in the linear motor;
A microcomputer that receives a voltage signal capable of specifying an instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying an instantaneous value of the motor current;
The microcomputer is
Assuming that each of the motor voltage, the motor current, and the induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the mover is a sine wave having the same angular velocity, the voltage signal and the current signal are used. Means for calculating an effective value of the induced voltage in one cycle of the sine wave;
A linear motor control system comprising: means for calculating a stroke of the mover in the one cycle using an effective value of the induced voltage, an angular velocity of the voltage signal and the current signal, and an induced voltage coefficient (thrust coefficient). .
可動子が往復運動するリニアモータと、
前記リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、
前記リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号および前記モータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記電圧信号および前記電流信号を用いて、前記モータ電圧と前記モータ電流との位相差θ、ならびに、前記電圧信号および前記電流信号の角速度ωを算出する手段と、
前記モータ電圧、前記モータ電流、および前記可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)のそれぞれが同一の角速度ωを有する正弦波であると仮定し、前記電圧信号および前記電流信号を用いて、前記正弦波の一周期における前記モータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iを算出する手段と、
前記モータ電圧の実効値V、前記モータ電流の実効値I、前記位相差θ、前記リニアモータの抵抗値R、および前記リニアモータのインダクタンスL値を次式(1)に代入し、前記誘起電圧の実効値Eを算出する手段と、
Figure 2006296136
前記誘起電圧の実効値E、前記角速度ω、および誘起電圧係数(推力係数)αを次式(2)に代入し、前記一周期における前記可動子のストロークSTを算出する手段と、
Figure 2006296136
を有する、リニアモータ制御システム。
A linear motor in which the mover reciprocates;
Voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor;
Current detecting means for detecting a motor current flowing in the linear motor;
A microcomputer that receives a voltage signal capable of specifying an instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying an instantaneous value of the motor current;
The microcomputer is
Means for calculating a phase difference θ between the motor voltage and the motor current, and an angular velocity ω of the voltage signal and the current signal, using the voltage signal and the current signal;
Assuming that each of the motor voltage, the motor current, and the induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the mover is a sine wave having the same angular velocity ω, the voltage signal and the current signal are used. Means for calculating an effective value V of the motor voltage and an effective value I of the motor current in one cycle of the sine wave;
Substituting the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, the phase difference θ, the resistance value R of the linear motor, and the inductance L value of the linear motor into the following equation (1), the induced voltage Means for calculating an effective value E of
Figure 2006296136
Means for substituting the effective value E of the induced voltage E, the angular velocity ω, and the induced voltage coefficient (thrust coefficient) α into the following equation (2) to calculate the stroke ST of the mover in the one cycle;
Figure 2006296136
A linear motor control system.
直流電源と、
前記直流電源と前記リニアモータとの間に電気的に接続され、前記リニアモータを駆動するインバータ回路と、
前記直流電源と前記インバータ回路との間に接続された抵抗器とをさらに備え、
前記マイクロコンピュータは、前記抵抗器の両端の電位差の一周期分の瞬時値を検知することによって、前記モータ電流の一周期内の最大値および最小値を算出し、前記最大値および前記最小値を用いて、前記モータ電流の実効値Iを算出する、請求項2に記載のリニアモータ制御システム。
DC power supply,
An inverter circuit that is electrically connected between the DC power source and the linear motor and drives the linear motor;
A resistor connected between the DC power source and the inverter circuit;
The microcomputer calculates the maximum value and the minimum value within one cycle of the motor current by detecting an instantaneous value for one cycle of the potential difference between both ends of the resistor, and calculates the maximum value and the minimum value. The linear motor control system according to claim 2, wherein an effective value I of the motor current is calculated.
可動子が往復運動するリニアモータと、
前記リニアモータに印加されているモータ電圧を検出する電圧検出手段と、
前記リニアモータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記モータ電圧の瞬時値を特定可能な電圧信号および前記モータ電流の瞬時値を特定可能な電流信号を受信するマイクロコンピュータとを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記電圧信号および前記電流信号を用いて、それらの信号の角速度、前記可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)の実効値、および前記リニアモータの磁気回路に生じる総磁束数の実効値を算出する手段と、
前記総磁束数の実効値と誘起電圧係数(推力係数)との関係を特定する近似式またはデータテーブルと、
前記総磁束数の実効値と前記近似式またはデータテーブルとを用いて、前記誘起電圧係数を補正する手段と、
前記誘起電圧、前記角速度、および補正された前記誘起電圧係数を用いて、前記可動子のストロークを算出する手段とを有する、リニアモータ制御システム。
A linear motor in which the mover reciprocates;
Voltage detection means for detecting a motor voltage applied to the linear motor;
Current detecting means for detecting a motor current flowing in the linear motor;
A microcomputer that receives a voltage signal capable of specifying an instantaneous value of the motor voltage and a current signal capable of specifying an instantaneous value of the motor current;
The microcomputer is
Using the voltage signal and the current signal, the angular velocity of those signals, the effective value of the induced voltage (back electromotive force) generated by the reciprocating motion of the mover, and the effective number of total magnetic fluxes generated in the magnetic circuit of the linear motor. Means for calculating a value;
An approximate expression or data table for specifying the relationship between the effective value of the total number of magnetic fluxes and the induced voltage coefficient (thrust coefficient);
Means for correcting the induced voltage coefficient using the effective value of the total number of magnetic fluxes and the approximate expression or the data table;
A linear motor control system comprising: means for calculating a stroke of the mover using the induced voltage, the angular velocity, and the corrected induced voltage coefficient.
請求項1〜4のいずれかに記載のリニアモータ制御システムと、
前記可動子としてのピストンの往復運動に従って往復運動するディスプレーサとを備えた、スターリング冷凍システム。
A linear motor control system according to any one of claims 1 to 4,
A Stirling refrigeration system comprising a displacer that reciprocates according to a reciprocating motion of a piston as the mover.
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