JP2010110146A - Drive unit of multi-phase linear motor, and drive control device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの駆動装置、及びこれを備えている駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a multi-phase linear motor having a plurality of coils for each phase, and a drive control device having the drive device.
リニアモータには、各相毎に複数のコイルを有する固定子と、永久磁石を有する可動子とを備えたMM(Moving Magnet)型と呼ばれるものがある。このMM型リニタモータでは、各相の全コイルが励磁されて可動子を移動させるときと、各相の一部のコイルが順次励磁されて可動子を移動させるときとがある。 Some linear motors are called MM (Moving Magnet) type including a stator having a plurality of coils for each phase and a mover having a permanent magnet. In this MM type linita motor, there are a case where all the coils of each phase are excited to move the mover and a case where some coils of each phase are sequentially excited to move the mover.
このようなMM型リニアモータの駆動装置では、各相の各コイル毎に、切替スイッチが設けられ、この各コイル毎の切替スイッチを制御することで、各相の全コイル励磁状態と、各相の一部コイルのみの励磁状態とを実現している。しかし、単に、切替スイッチの制御のみで、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とを実現すると、両状態間における励磁電流の応答特性の変化が生じることより、可動子を正確に制御できなくなってしまう。 In such an MM type linear motor drive device, a changeover switch is provided for each coil of each phase, and by controlling the changeover switch for each coil, the coil excitation state of each phase, The excitation state of only some of the coils is realized. However, if the entire coil excitation state of each phase and the excitation state of only a part of the coils of each phase are realized simply by controlling the changeover switch, a change in the response characteristic of the excitation current between the two states occurs. The mover cannot be controlled accurately.
そこで、以下の特許文献1に開示されている駆動装置では、励磁電流の応答特性の変化を抑える特性変更部を設けている。この特性変更部は、複数の抵抗及び複数のコイルを有して構成され、コイルへ駆動電流を供給するモータ駆動回路に入力する指令電流値を、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とで変更するものである。 Therefore, in the drive device disclosed in Patent Document 1 below, a characteristic changing unit that suppresses a change in the response characteristic of the excitation current is provided. This characteristic changing unit is configured to include a plurality of resistors and a plurality of coils, and the command current value input to the motor drive circuit that supplies the drive current to the coils is set to the all coil excitation state of each phase and one of each phase. It changes with the excitation state of only a part coil.
しかしながら、上記従来技術は、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とにおける励磁電流の応答特性の変化を抑えて、可動子を正確に制御できる優れた技術であるものの、回路構成が複雑になり、製造コストがかかるという問題点がある。 However, the above prior art is an excellent technique that can accurately control the mover by suppressing the change in the response characteristics of the excitation current between the excitation state of all the coils of each phase and the excitation state of only a part of the coils of each phase. However, there is a problem that the circuit configuration becomes complicated and the manufacturing cost increases.
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、製造コストを抑えつつも、モータ可動子を正確に制御することができる多相リニアモータの駆動装置及びこれを備えている駆動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention pays attention to such problems of the prior art, and a drive device for a multiphase linear motor capable of accurately controlling a motor mover while suppressing manufacturing cost, and a drive control device including the same The purpose is to provide.
前記問題点を解決するための発明に係る多相リニアモータの駆動装置は、
各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの駆動装置において、
前記多相リニアモータの前記各相毎に、駆動電流を供給するモータ駆動部を備え、
前記各相毎の前記モータ駆動部は、それぞれ、
前記多相リニアモータの対応相に供給する駆動電流を出力するモータ駆動回路と、前記対応相の全コイル毎に、前記モータ駆動回路からの前記駆動電流の供給及び供給断を行う第一の切替スイッチと、前記モータ駆動回路に直列接続され、前記第一の切替スイッチの動作により前記対応相の全コイルに駆動電流が供給されているときに、該全コイルとの合成インピーダンスを該対応相の一部のコイルの合成インピーダンスと等価にするインピーダンス部材と、前記対応相の全コイルに駆動電流を供給するときに、前記モータ駆動回路と前記インピーダンス部材と該全コイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させ、該対応相の前記一部のコイルに駆動電流を供給するときに、該インピーダンス部材を経ずに、該モータ駆動回路と該一部のコイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させる第二の切替スイッチと、を有することを特徴とする。
A drive device for a multi-phase linear motor according to the invention for solving the above problems is as follows:
In a multiphase linear motor drive device comprising a plurality of coils for each phase,
For each of the phases of the multiphase linear motor, a motor drive unit that supplies a drive current,
The motor drive unit for each phase is respectively
A motor drive circuit that outputs a drive current to be supplied to the corresponding phase of the multiphase linear motor, and a first switch that performs supply and disconnection of the drive current from the motor drive circuit for every coil of the corresponding phase When a drive current is supplied to all the coils of the corresponding phase by the operation of the first changeover switch and the switch is connected in series to the motor drive circuit, the combined impedance of all the coils is set to the corresponding phase. An impedance member that is equivalent to the combined impedance of some of the coils, and when supplying a drive current to all the coils of the corresponding phase, the motor drive circuit, the impedance member, and the first changeover switch for the all coils; Are connected in series, and when the drive current is supplied to the partial coils of the corresponding phase, the motor drive circuit and the A second changeover switch for the said first changeover switch related parts of the coil are connected in series, and having a.
また、前記問題点を解決するための多相リニアモータの駆動制御装置は、
以上の駆動装置と、前記各相毎の前記モータ駆動部の前記第一の切替スイッチ及び前記第二の切替スイッチに、切替信号を出力する制御装置と、を備えていることを特徴とする。
In addition, a drive control device for a multi-phase linear motor for solving the above problems is
The above drive device, and a control device that outputs a switching signal to the first changeover switch and the second changeover switch of the motor drive unit for each phase are provided.
本発明によれば、簡単な構成でコストをかけずに、モータ可動子を正確に制御することができる。 According to the present invention, the motor movable element can be accurately controlled with a simple configuration and without cost.
以下、本発明に係る多相リニアモータの駆動制御装置の実施形態について、図面を用いて説明する。 Embodiments of a drive control apparatus for a multiphase linear motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の駆動制御装置が駆動制御する多相リニアモータ30は、図2に示すように、U相、V相、W相の各相毎に複数のコイルを有する可動子31と、永久磁石32mを有する可動子32とを備えているMM型リニアモータである。可動子31の各コイルは、例えば、U相の第一コイルU1、V相の第一コイルV1、W相の第一コイルW1、U相の第二コイルU2、V相の第二コイルV2、W相の第二コイルW2、U相の第三コイルU3、V相の第三コイルV3、W相の第三コイルW3、…の順に並んでいる。
As shown in FIG. 2, the multiphase
このリニアモータ30は、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が不明なとき等に、同図(A)に示すように、全相の全コイルが励磁され、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握されると、同図(B)に示すように、各相の2個のコイルが選択的に順次励磁される。なお、同図において、励磁されているコイルにハッチングを施している。また、ここでは、各相のコイルは、いずれも、7個であり、部分励磁の際は2個のコイルが励磁するものとしているが、これらの数量は本発明を限定するものではない。
In this
以上のリニアモータ30を駆動制御する駆動制御装置は、図1に示すように、リニアモータ30の各相に供給する駆動電流の電流値を示す電流指令等を出力する制御装置20と、電源回路40からの電力を各相毎の電流指令等に応じた駆動電流に調整してリニアモータ30の各相に供給する駆動装置10と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the drive control device that drives and controls the
制御装置20は、機能的には、前述の電流指令を生成する電流指令生成部21と、後述の各スイッチに対する切替指令を生成する切替指令生成部22と、を有している。この制御装置20は、ハードウェア的には、コンピュータであり、各種演算処理を実行するCPUと、CPUが実行するプログラムやデータ等が予め格納されているROMと、CPUのワークエリア等になるRAMと、キーボード等の入力装置と、駆動装置10や三相リニアモータ30との間で信号の受送信を行うインタフェースと、を備えている。この制御装置20の前述の各機能部21,22は、いずれも、CPUがROM等に格納されているプログラムを実行することで機能する。
Functionally, the control device 20 includes a current
駆動装置10は、リニアモータ30の各U相コイル31u1,31u2,…に電流を供給するU相駆動部11uと、各V相コイル31v1,31v2,…に電流を供給するV相駆動部11vと、W相コイル31w1,31w1,…に電流を供給するW相駆動部11wと、制御装置20からの電流指令を示すディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータ12と、を有している。
Drive 10, the U-phase coil 31u 1 of the
各相の駆動部11u,11v,11wは、いずれも、リニアモータ30の対応相に供給される駆動電流の電流値を検知する電流検知器15と、この電流検知器15からの出力を増幅するアンプ16と、D/Aコンバータ12でアナログ信号に変換された制御装置20からの電流指令値とアンプ18からの出力との偏差に応じた電流値を示す新たな電流指令を出力する電流フィードバック制御部13と、電流フィードバック制御部13からの電流指令値に応じた駆動電流をリニアモータ30の対応相Uに供給するモータドライバ回路14と、インピーダンス部材としてインピーダンス調整コイル17と、モータドライバ回路14とインピーダンス調整コイル17とを接続状態と接続断状態に切替えるインピーダンス調整スイッチ(第二の切替スイッチ)18と、対応相Uの全コイル31u1,31u2,…,31u7それぞれに接続されている電力供給切替スイッチ(第一の切替スイッチ)19a,19b,…,19gと、を備えている。
Each of the drive units 11u, 11v, and 11w of each phase amplifies the
モータドライバ回路14は、フィードバック制御部13から電流指令が入力するPWM(Pulse Width Modulation)制御回路(図示されていない)と、電源回路40からの電力をPWM制御回路からの出力に応じた電流値の駆動電流に変えて、対応相Uにこの駆動電流を供給する出力段回路(図示されていない)と、を有している。なお、ここでは、電流値制御のために、効率が高く低発熱のPWM制御回路を用いているが、この替わりに、リニア制御回路等、他の制御回路を用いてもよい。
The
各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gは、互いに、モータドライバ回路14に対して並列接続されている。各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gは、いずれも、制御装置20の切替指令生成部22からの切替指令により駆動する。なお、この切替指令は、D/Aコンバータ12を介さず、デジタル信号のまま、各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gに送られる。
The power
インピーダンス調整コイル17は、この電力供給切替スイッチ群に対して直列接続されている。インピーダンス調整スイッチ18は、モータドライバ回路14とインピーダンス調整コイル17と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態と、インピーダンス調整コイル17を経ずに、モータドライバ回路14と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態とに、切り替える。このインピーダンス調整スイッチ18も、各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gと同様、制御装置20の切替指令生成部22からの切替指令により駆動する。
The
次に、本実施形態の駆動制御装置の作用について説明する。 Next, the operation of the drive control device of this embodiment will be described.
リニアモータ30の駆動開始時等で、駆動制御装置側で可動子32の正確な位置が不明なとき、制御装置20の電流指令生成部21は、リニアモータ30の各相の全てのコイルに、所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令を出力する。
When the driving position of the
フィードバック制御部13は、電流指令生成部21からの電流指令を受けると、この電流指令が示す電流値と、電流検知器15で検知された電流値との偏差に応じた電流値を示す電流指令を出力する。モータドライバ回路14は、この電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を出力する。
When the
また、制御装置20の電流指令生成部21から電流指令が出力された際、制御装置20の切替指令生成部22から、インピーダンス調整スイッチ18及び全電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gに対して切替指令が出力される。この切替指令は、各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gに対して、接続状態への切替指令である。このため、全電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gは、図2(A)に示すように、いずれも、接続状態になる。また、インピーダンス調整スイッチ18は、全電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gに対する接続状態への切替指令を受けると、モータドライバ回路14とインピーダンス調整コイル17と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。
When the current command is output from the current
この結果、モータドライバ回路14から出力された駆動電流は、インピーダンス調整コイル17及び各電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gを経て、各コイル31u1,31u2,…,31u7に供給され、対応相Uの全コイル31u1,31u2,…,31u7は励磁状態となる。
As a result, the drive current output from the
この際、駆動電流を供給する対応相Uのモータドライバ回路14にとって、モータ側のインピーダンスは、インピーダンス調整コイル17と対応相Uの全コイル31u1,31u2,…,31u7の合成インピーダンスZAとなる。具体的に、この合成インピーダンスZAは、各コイル31u1,31u2,…,31u7それぞれのインピーダンスをZ1とし、インピーダンス調整コイル17のインピーダンスをZ0とすると、以下の式に示す値になる。
At this time, taking the drive current to the
ZA=Z0+1/(1/Z1+1/Z1+1/Z1+1/Z1+1/Z1+1/Z1+1/Z1)
=Z0+Z1/7
ここで、仮に、インピーダンス調整コイル17のインピーダンスZ0を5Z1/14とすると、この際の合成インピーダンスZA、以下の値になる。
Z A = Z 0 + 1 / (1 / Z 1 + 1 / Z 1 + 1 / Z 1 + 1 / Z 1 + 1 / Z 1 + 1 / Z 1 + 1 / Z 1 )
= Z 0 + Z 1/7
Here, if, when the impedance Z 0 of the
ZA=Z0+Z1/7
=5Z1/14+Z1/7
=7Z1/14
=Z1/2
全相の全コイルが励磁され、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握されると、以降、制御装置20の電流指令生成部21は、リニアモータ30の各相の全てのコイルのうち、2個のコイルに、所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令を出力する。なお、2個のコイルは、モータ可動子の移動に伴って順次、他の2個のコイルに変わる。そして、モータドライバ回路14は、前述したように、フィードバック制御部13からの電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を出力する。
Z A = Z 0 + Z 1 /7
= 5Z 1/14 + Z 1 /7
= 7Z 1/14
= Z 1/2
Once all the coils of all phases are energized and once the exact position of the mover is grasped on the drive control device side, the current
また、制御装置20の電流指令生成部21から、各相の2個のコイルに所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令が出力された際にも、制御装置20の切替指令生成部22から、インピーダンス調整スイッチ18及び全電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gに対して切替指令が出力される。この切替指令は、全電力供給切替スイッチ19a,19b,…,19gのうち、例えば、ある2個の電力供給切替スイッチ19a,19bに対して、接続状態への切替指令であり、残りの電力供給切替スイッチ19c,19d,…,19gに対して、接続断状態への切替指令である。
Further, when the current
このため、接続状態への切替指令を受けた2個の電力供給切替スイッチ19a,19bは、図2(B)に示すように、接続状態になり、接続断状態への切替指令を受けた残りの電力供給切替スイッチ19c,19d,…,19gは、接続断状態になる。また、インピーダンス調整スイッチ18は、ある2個の電力供給切替スイッチ19a,19bに対する接続状態への切替指令を受けると、インピーダンス調整コイル17を経ずに、モータドライバ回路14と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。なお、インピーダンス調整スイッチ18は、特定の2個の電力供給切替スイッチ19a,19bに対する接続状態への切替指令を受けたときのみならず、いずれか2個の電力供給切替スイッチに対する接続状態への切替指令を受けたときでも、インピーダンス調整コイル17を経ずに、モータドライバ回路14と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。すなわち、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握された以降、インピーダンス調整スイッチ18は、インピーダンス調整コイル17を経ずに、モータドライバ回路14と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態を維持する。
For this reason, the two power
この結果、モータドライバ回路14から出力された駆動電流は、インピーダンス調整コイル17を経ずに、接続状態の2個の電力供給切替スイッチ19a,19bを経て、2個のコイル31u1,31u2に供給され、この2個のコイル31u1,31u2のみが励磁状態となる。
As a result, the drive current output from the
この際、駆動電流を供給する対応相Uのモータドライバ回路14にとって、モータ側のインピーダンスは、対応相Uの2個のコイル31u1,31u2の合成インピーダンスZPとなる。具体的に、この合成インピーダンスZPは、以下の式に示す値になる。
At this time, taking the drive current to the
ZP=1/(1/Z1+1/Z1)
=Z1/2
ここで、注目すべきことは、駆動電流を供給する対応相Uのモータドライバ回路14にとって、全コイルの励磁状態と2個のコイルのみ励磁状態とのいずれのときでも、モータ側のインピーダンスが、Z1/2で、同じである点である。
Z P = 1 / (1 / Z 1 + 1 / Z 1 )
= Z 1/2
Here, it should be noted that for the
このため、本実施形態では、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とにおける励磁電流の応答特性の変化を抑えることができ、可動子32を正確に制御できる。しかも、本実施形態では、インピーダンス調整コイル17及びインピーダンス調整スイッチ18を追加しただけで、上記効果を得ることができるので、製造コストを抑えることもできる。
For this reason, in this embodiment, the change of the response characteristic of the excitation current in the all-coil excitation state of each phase and the excitation state of only the partial coil of each phase can be suppressed, and the
なお、以上の実施形態では、インピーダンス調整スイッチ18に対する切替指令として、電力供給切替スイッチ19c,19d,…,19gに対する切替指令を用いているが、切替指令作成部22からは、インピーダンス調整スイッチ18に対する切替指令と、電力供給切替スイッチ19c,19d,…,19gに対する切替指令と、別々に出力するようにしてもよい。
In the above embodiment, as the switching command for the
また、以上の実施形態では、インピーダンス調整コイル17を駆動装置10内に設けたが、これをリニアモータ30内に設けてもよい。
In the above embodiment, the
10:駆動装置、11u:U相駆動部、11v:V相駆動部、11W:W相駆動部、12:D/Aコンバータ、13:電流フィードバック制御部、14:モータドライバ回路、15:電流検知器、17:インピーダンス調整コイル(インピーダンス部材)、18:インピーダンス調整スイッチ(第二の切替スイッチ)、19a〜19g:電力供給切替スイッチ、20:制御装置、21:電流指令生成部、22:切替指令生成部、30:多相リニアモータ、31:固定子、31u:U相コイル、31v:V相コイル、31W:W相コイル、32:可動子、40:電源回路 10: drive device, 11u: U-phase drive unit, 11v: V-phase drive unit, 11W: W-phase drive unit, 12: D / A converter, 13: current feedback control unit, 14: motor driver circuit, 15: current detection 17: Impedance adjustment coil (impedance member), 18: Impedance adjustment switch (second changeover switch), 19a to 19g: Power supply changeover switch, 20: Control device, 21: Current command generator, 22: Switch command Generating unit, 30: polyphase linear motor, 31: stator, 31u: U phase coil, 31v: V phase coil, 31W: W phase coil, 32: mover, 40: power supply circuit
Claims (2)
前記多相リニアモータの前記各相毎に、駆動電流を供給するモータ駆動部を備え、
前記各相毎の前記モータ駆動部は、それぞれ、
前記多相リニアモータの対応相に供給する駆動電流を出力するモータ駆動回路と、
前記対応相の全コイル毎に、前記モータ駆動回路からの前記駆動電流の供給及び供給断を行う第一の切替スイッチと、
前記モータ駆動回路に直列接続され、前記第一の切替スイッチの動作により前記対応相の全コイルに駆動電流が供給されているときに、該全コイルとの合成インピーダンスを該対応相の一部のコイルの合成インピーダンスと等価にするインピーダンス部材と、
前記対応相の全コイルに駆動電流を供給するときに、前記モータ駆動回路と前記インピーダンス部材と該全コイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させ、該対応相の前記一部のコイルに駆動電流を供給するときに、該インピーダンス部材を経ずに、該モータ駆動回路と該一部のコイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させる第二の切替スイッチと、
を有することを特徴とする多相リニアモータの駆動装置。 In a multiphase linear motor drive device comprising a plurality of coils for each phase,
For each of the phases of the multiphase linear motor, a motor drive unit that supplies a drive current,
The motor drive unit for each phase is respectively
A motor drive circuit for outputting a drive current to be supplied to the corresponding phase of the multiphase linear motor;
A first changeover switch for supplying and disconnecting the drive current from the motor drive circuit for every coil of the corresponding phase;
When the drive current is supplied to all the coils of the corresponding phase by the operation of the first changeover switch in series with the motor drive circuit, the combined impedance with all the coils is set to a part of the corresponding phase. An impedance member equivalent to the combined impedance of the coil;
When supplying a drive current to all the coils of the corresponding phase, the motor drive circuit, the impedance member, and the first changeover switch for the all coils are connected in series, and the partial coils of the corresponding phase A second changeover switch that connects the motor drive circuit and the first changeover switch relating to the partial coil in series without passing through the impedance member when supplying a drive current;
A drive device for a multi-phase linear motor, characterized by comprising:
前記各相毎の前記モータ駆動部の前記第一の切替スイッチ及び前記第二の切替スイッチに、切替信号を出力する制御装置と、
を備えていることを特徴とする多相リニアモータの駆動制御装置。 A driving device for a multi-phase linear motor according to claim 1;
A control device that outputs a switching signal to the first changeover switch and the second changeover switch of the motor driving unit for each phase;
A drive control device for a multi-phase linear motor, comprising:
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