TWI470904B - 線性馬達驅動裝置 - Google Patents

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Description

線性馬達驅動裝置
本發明係關於一種線性馬達(linear motor)驅動裝置。
作為控制線性馬達之停止位置(移動距離)之構成，已知有一種除了設置用以產生推力之線圈(coil)及磁鐵之外，另設有用以增減因為磁性吸引力所導致之摩擦力之線圈及磁鐵的構成(例如專利文獻1)。
另一方面，在旋轉馬達的停止控制中，係使用一種藉由d軸電流控制產生制動轉矩(brake torque)使之減速的方法(例如專利文獻2)。
[先前技術文獻]
專利文獻
專利文獻1：日本特開平11-122902號公報
專利文獻2：日本特開2003-88168號公報
除產生推力用之線圈及磁鐵之外，又另行設置用以增減磁性吸引力所導致之摩擦力之線圈及磁鐵的構成中，用以控制停止位置(移動距離)的構成會變得複雜。
然而，即使是線性馬達的驅動控制，由於係使用與旋轉馬達相同的向量(vector)控制，因此只要可在線性馬達中亦藉由進行d軸電流控制來增減磁性吸引力所導致之摩擦力來進行停止位置控制(移動距離控制)，就可謀求構成的簡單化。
本發明係有鑑於上述情形而研創者，其目的在獲得一種可進行d軸電流控制來增減磁性吸引力所導致之摩擦力的線性馬達驅動裝置。
為了解決上述問題而達成目的，本發明提供一種線性馬達驅動裝置，用以驅動具有固定部與可動部而構成的線性馬達，該固定部係具備由直線狀排列之複數個永久磁鐵所構成之磁鐵列及在前述磁鐵列兩側用以支撐及引導可動部而與該磁鐵列並行配置之2條軌道(rail)，該可動部係具備分別由前述2條軌道支撐滑接而可滑動之2個承件(bearing一般稱為軸承，但本件發明中所謂bearing之支承形態為滑動接觸，故本文中稱為承件。)及在前述2個承件之間與前述磁鐵列靠近而相對向配置之電樞；用以產生及控制供給至前述電樞之線圈之d軸電流及q軸電流之電流控制電路中之d軸電流控制電路係具備使所產生之d軸電流變化來控制在前述軌道與前述承件之間所產生之摩擦力的構成。
依據本發明，在除產生推力用之線圈及磁鐵外，不另行設置用以增減磁性吸引力所導致之摩擦力之線圈及磁鐵，可進行d軸電流控制來增減磁性吸引力所導致之摩擦力。因此，可達成可謀求線性馬達構成之簡單化的功效。
以下根據圖式來詳細說明本發明之線性馬達驅動裝置之實施例。另外，本發明並不限定於該實施例。
(實施例)
第1圖及第2圖係為顯示本發明之一實施例之線性馬達之外觀構成之斜視圖及Y軸方向剖面圖。在兩圖中，線性馬達100係由固定部1、及以可朝X軸方向移動之方式配置於固定部1上之可動部2所構成。
固定部1係於X軸方向形成於長形之底座(base)13上。亦即，在底座13上朝X軸方向固定有狹長條板狀安裝座12，而於安裝座12上則朝X軸方向以等間隔地固定配置有複數個永久磁鐵11。在安裝座12之短邊方向(Y軸方向)之兩側之底座13上，係分別於X軸方向並行固定配置有2條軌道31。再者，在一方之軌道31之外側之底座13上，係於X軸方向並行固定配置有尺規(scale)41。在尺規41中，係以光學式或磁性式記錄有位置資訊。
可動部2係安裝於頂板24。頂板24之長邊寬度係較2條軌道31之間隔為長，在頂板24兩端側之下面，係固定有與2條軌道31分別滑接之2個承件(bearing)32。藉此，使得2個承件32於由2條軌道31支撐之狀態下滑動於2條軌道31上，而頂板24可朝X軸方向移動。
此外，在頂板24之下表面且為2個承件32之間，於永久磁鐵11之配置位置的正上方位置，固定有電樞之鐵心23。在鐵心23之外周圍，係固定有收容有電樞之線圈21之樹脂製繞線管(bobbin)22。另外，線圈21之相數係設為3。在三相線圈21中，係藉由電源用導(lead)線51，從驅動裝置之反相器(inverter)95(參照第3圖)接受三相交流電流供給。藉此，藉由電流流通於三相線圈21而形成於鐵心23之磁性迴路所形成之磁通與永久磁鐵11所形成磁通之相互作用，在鐵心23與永久磁鐵11之間，產生從鐵心23側朝向永久磁鐵11側之磁性吸引力62、及朝向未圖示之X軸方向之推力。可得知由於磁性吸引力62，會在軌道31與承件32之間產生與推力之方向相反方向的摩擦力。
再者，在尺規41側之頂板24的側端，係以與尺規41相對向之方式藉由位置檢測器結合構件43安裝有位置檢測器42。在位置檢測器42中，係連接有用以將檢測出之位置信號傳遞至驅動裝置之位置檢測器用導線52。
第3圖係為顯示驅動第1圖所示之線性馬達之線性馬達驅動裝置之構成例之方塊圖。在第3圖中，線性馬達驅動裝置90係具備：加減算電路91、93；位置控制電路92；速度控制電路94；電流控制電路95；二相/三相轉換電路96；反相器97；微分電路98；及電流檢測器99。電流檢測器99係安裝於反相器97之輸出端，而所檢測出之輸出電流係輸入於電流控制電路95。電流控制電路95係由d軸電流控制電路95a、及q軸電流控制電路95b所構成。此外，位置檢測器42所檢測出之尺規41上的位置資訊，係輸入於加減算電路91、與微分電路98。
加減算電路91係求出從外部輸入之目標位置之位置指令與位置檢測器42所檢測出之尺規41上之目前位置的偏差。位置控制電路92係進行從加減算電路91所求出之位置偏差來算出內部速度指令之比例控制，且將所獲得之內部速度指令予以輸出。
加減算電路93係求出位置控制電路92所求得之內部速度指令、與微分電路98將來自位置檢測器42之位置資訊微分後所求得之馬達速度的偏差。速度控制電路94係就加減算電路93所求得之速度偏差來進行比例積分控制而算出d軸電流指令及q軸電流指令，且將所算出之d軸電流指令及q軸電流指令輸出至電流控制電路95。
在電流控制電路95中，雖係進行產生輸入於d軸電流控制電路95a之d軸電流指令所指示之d軸電流的動作，且進行產生輸入於q軸電流控制電路95b中所輸入之q軸電流指令所指示之q軸電流的動作，惟d軸電流控制電路95a及q軸電流控制電路95b係以電流檢測器99所檢測出之馬達供給電流為參考來控制各個產生的電流。
二相/三相轉換電路96係將電流控制電路95所輸出之d軸及q軸之電流id、iq轉換成uvw之三相交流電流iu、iv、iw。反相器97係將所轉換之三相交流電流iu、iv、iw分別轉換且放大成PWM信號，且供給至三相之線圈21。藉此，產生磁性吸引力62及朝X軸方向的推力。
再者，在可動部2與固定部1之間產生作用之負(minus)Z軸方向之磁性吸引力62，若表示為Fm[N]，則可使用導磁率μ[H/m]、永久磁鐵11所作成之磁通ψm[Wb]、d軸電感(inductance)Ld[H]、d軸電流id[A]、固定部1與可動部2之磁路剖面積S[m2 ]以公式(1)來求出。
Fm=(S/2μ){(ψm+Ldid)/S}2 ‧‧‧(1)
此外，藉由朝X軸方向之推力將可動部2引導於軌道31而移動時，在承件32與軌道31之間產生的摩擦力Ff[N]，雖會在與推力反向之X方向產生作用，惟可使用承件32與軌道31之間的動摩擦係數k、在承件32產生作用之垂直阻力N[N]而以公式(2)來求出。
Ff=kN‧‧‧(2)
再者，垂直阻力N係使用可動部2之質量M[kg]、重力加速度g[m/s2 ]、磁性吸引力Fm[N]而以公式(3)來求出。
N=Mg+Fm‧‧‧(3)
在公式(1)至公式(3)中，動摩擦係數k、可動部2之質量M、導磁率μ、永久磁鐵11之磁通ψ、及d軸電感Ld係為已知。因此，由磁性吸引力Fm所導致之摩擦力Ff，係可藉由d軸電流id的控制來控制。
第4圖係為顯示第1圖所示之線性馬達之速度特性之波形圖。在第4圖中，至目標為止之移動時間80，係區分為加速時間81、等速時間82、與減速時間83。至目前為止，在加速時間81與減速時間83，已使承件32與軌道31之間產生相同大小的摩擦力。
在本實施例中，d軸電流控制電路95a係以電流檢測器99所檢測出之馬達電流為參照信號，以於加速時減少摩擦力，而於減速時增加摩擦力之方式來控制d軸電流。此控制係可在加速時與減速時之兩方來進行，亦可在單方來進行，藉此，由於可將加速時間81與減速時間83之兩方或一方較目前更為縮短，因此可縮短移動時間80。
如此，依據本實施，不需如專利文獻1所示，除產生推力用之線圈及磁鐵之外，又另行設置用以增減磁性吸引力所導致之摩擦力之線圈及磁鐵，即可進行d軸電流控制來增減因磁性吸引力所導致之摩擦力，因此可謀求構成的簡單化。
(產業上之可利用性)
綜上所述，本發明之線性馬達驅動裝置係適用作為可進行d軸電流控制來增減因磁性吸引力所導致之摩擦力的線性馬達驅動裝置。
1．．．固定部
2．．．可動部
11．．．永久磁鐵
12．．．安裝座
13．．．底座
21．．．線圈
22．．．繞線管
23．．．鐵心
24．．．頂板
31．．．軌道
32．．．承件
41．．．尺規
42．．．位置檢測器
43．．．位置檢測器結合構件
51．．．電源用導線
52．．．位置檢測器用導線
62．．．磁性吸引力
80．．．移動時間
81．．．加速時間
82．．．等速時間
83．．．減速時間
90．．．線性馬達驅動裝置
91、93．．．加減算電路
92．．．位置控制電路
94．．．速度控制電路
95．．．電流控制電路
95a．．．d軸電流控制電路
95b．．．q軸電流控制電路
96．．．二相/三相轉換電路
97．．．反相器
98．．．微分電路
99．．．電流檢測器
100．．．線性馬達
Ff．．．摩擦力
Fm．．．磁性吸引力
id、iq．．．電流
K．．．動摩擦係數
Ld．．．d軸電感
M．．．質量
N．．．垂直阻力
μ．．．導磁率
第1圖係為顯示本發明之一實施例之線性馬達之外觀構成之斜視圖。
第2圖係為Y軸方向剖面圖。
第3圖係為顯示驅動第1圖所示之線性馬達之線性馬達驅動裝置之構成例之方塊圖。
第4圖係為顯示第1圖所示之線性馬達之速度特性之波形圖。
1．．．固定部
2．．．可動部
11．．．永久磁鐵
12．．．安裝座
13．．．底座
21．．．線圈
22．．．繞線管
23．．．鐵心
24．．．頂板
31．．．軌道
32．．．承件
41．．．尺規
42．．．位置檢測器
43．．．位置檢測器結合構件
51．．．電源用導線
52．．．位置檢測器用導線
100．．．線性馬達

Claims (4)

  1. 一種線性馬達驅動裝置，係用以驅動線性馬達者，該線性馬達具有固定部與可動部，該固定部係具備由直線狀排列之複數個永久磁鐵所構成之磁鐵列及在前述磁鐵列兩側用以支撐及引導可動部而與該磁鐵列並行配置之2條軌道，該可動部係具備分別由前述2條軌道支撐滑接而可滑動之2個承件(bearing)及在前述2個承件之間與前述磁鐵列靠近而相對向配置之電樞；用以產生及控制供給至前述電樞之線圈之d軸電流及q軸電流之電流控制電路中之d軸電流控制電路係具備使所產生之d軸電流變化來控制藉由推力將前述可動部引導於前述軌道而移動時在前述軌道與前述承件之間所產生之摩擦力的構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達驅動裝置，其中，前述d軸電流控制電路係於使前述可動部朝目標位置移動之情形下之加減速時，使所產生之d軸電流變化來控制前述摩擦力。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之線性馬達驅動裝置，其中，前述d軸電流控制電路係於使前述可動部朝目標位置移動之情形下之加速時，使所產生之d軸電流朝減少前述摩擦力的方向變化。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之線性馬達驅動裝置，其中，前述d軸電流控制電路係於使前述可動部朝目標位置移動之情形下之減速時，使所產生之d軸電流朝增加 前述摩擦力的方向變化。
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