TWI482401B - Distributed control of linear motor and distributed control of linear motor control method - Google Patents

Distributed control of linear motor and distributed control of linear motor control method Download PDF

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Description

分散配置線型馬達及分散配置線型馬達的控制方法
本發明是有關於使用於搬運裝置的台車的驅動的線型馬達，尤其是關於一種線型馬達的定子被分散而被配置的分散配置線型馬達，及控制其線型馬達的分散配置線型馬達的控制方法。
被使用於零件或工件等的搬運等的線型馬達，一般是活動元件移動一個定子上的構造。但是搬運路變長，則產生設備成本變高等的問題之故，提案一種分散定子而加以配置的方法。在此種分散配置(非連續配置)的定子中，例如在專利文獻1，揭示著把握二次側台車的位置與加速度的關係，即使採用在開環驅動的地上一次側分散配置方式也不會產生速度不均的線型馬達的速度變動減低方法。
專利文獻1：日本特開2004-80881號公報
然而，在分散配置的定子，在一個定子上與控制一個活動元件情形不相同，必須考慮複數定子或複數活動元件的互相關連性等之故，因而控制做法也成為多種各樣。
然而，專利文獻1的技術是一種為了避免主要變更加速度時的運行的速度不均的線型馬達的速度變動減低方法。尤其是，有活動元件由定子一旦遠離，再移動至下一 定子的情形的控制方法。
所以，活動元件橫跨定子間時等，並不是充分考慮到定子的分散配置的線型馬達。
本發明是為了解決上述課題而創作者，提供一種適用於定子的分散配置的分散配置線型馬達及分散配置線型馬達的控制方法作為課題。
為了解決上述的課題，如申請專利範圍第1項所述的發明，是一種分散配置線型馬達，屬於定子與活動元件互相地相對運動的線型馬達，其特徵為：上述定子與上述活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極，及上述複數種類的極依上述種類的順序朝著上述相對運動的方向周期性地排列的周期構造，上述定子是在上述相對運動的方向上做複數間隔排列，相鄰接的上述定子的定子間距離，為上述活動元件的長度以下，上述定子之極或上述活動元件之極，為藉由線圈所構成，具備依據上述定子間距離來控制供應於上述線圈的電流的電流控制手段，上述定子之極及上述活動元件之極的任一方，為藉由驅動用的永久磁鐵所構成，具備複數個位置檢測裝置，其設於上述線圈側的上述定子或上述活動元件，且檢測出上述驅動用的永久磁鐵而用以算出位置；及位置資訊切換器，其切換來自上述複數個位置檢測裝置的訊號，並輸出至上述電流控制手段；上述電流控制手段，依據來自上述位置資訊切換器的訊號以及上述定子間距離，控制供應於上述線圈的電流。
又，如申請專利範圍第2項所述的發明，是在如申請專利範圍第1項所述的分散配置線型馬達中，上述位置檢測裝置，於上述相對運動的方向上配置在上述線圈側的上述定子或上述活動元件的極之外側，為其特徵者。
又，如申請專利範圍第3項所述的發明，是如申請專 利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達中，上述位置資訊切換器，將來自上述複數個位置檢測裝置的訊號當中最新輸入的訊號，輸出至上述電流控制手段，為其特徵者。
又，如申請專利範圍第4項所述的發明，是在如申請專利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達中，又具備定子間距離算出手段，其依據上述位置檢測裝置的資訊，算出上述定子間距離，上述電流控制手段，依據上述定子間距離，算出供應於上述線圈的電流之相位，為其特徵者。
又，如申請專利範圍第5項所述的發明，是在如申請專利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達中，上述定子間距離為相鄰接的上述定子的極彼此間的最小距離，上述活動元件的長度為上述活動元件的極彼此間的最大距離，為其特徵者。
又，如申請專利範圍第6項所述的發明是一種分散配置線型馬達的控制方法，在定子與活動元件互相地相對運動的線型馬達中，上述定子與上述活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極，及上述複數種類的極依上述種類的順序朝著上述相對運動的方向周期性地排列的周期構造，上述定子是在上述相對運動的方向上做複數間隔排列，相鄰接的上述定子的定子間距離，為上述活動元件的長度以下，上述定子之極或上述活動元件之極，為藉由線圈所構成，上述定子之極及上述活動元件之極的任一方，為藉由驅動用的永久磁鐵所構成，具備複數個位置檢測裝置，其設於上述線圈側的上述定子或上述活動元件，且檢測出上述驅動用的永久磁鐵而用以算出位置；及位置資訊切換器，其切換來自上述複數個位置檢測裝置的訊號並輸出；的分散配置線型馬達，其特徵為：依據來自上述 位置資訊切換器的訊號以及上述定子間距離來控制供應於上述線圈的電流。
依照本發明，一種分散配置線型馬達，屬於定子與活動元件互相地相對運動的線型馬達，其特徵為：定子與活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極，及複數種類的極依種類的順序朝著相對運動的方向周期性地排列的周期構造，定子是具備朝相對運動的方向隔著排列複數，相鄰接的定子的定子間距離，為上述活動元件的長度以下，定子之極或活動元件之極，為藉由線圈所構成，依據相鄰接的定子的定子間距離來控制供應於線圈的電流的電流控制手段，藉此，可提供一種活動元件從定子移動至相鄰的定子之際，不會在活動元件的推進力產生損失的方式，依據電流控制手段，來控制供應於線圈的電流，而可控制速度的適用於定子的分散配置的分散配置線型馬達及分散配置線型馬達的控制方法。
以下，參照圖式來說明實施本發明所用的最好形態。
(第1實施形態)
首先，針對於本發明的第1實施形態的分散配置線型馬達的驅動系統的概略構成及功能，依據圖式加以說明。
第1圖是表示本實施形態的分散配置線型馬達的驅動系統的概略構成的方塊圖。第2圖是表示第1圖的分散配置線型馬達的定子與活動元件的立體圖。第3圖是表示第1圖的定子的排列的俯視圖。第4圖是在第1圖的分散配置線型馬達的驅動系統中，詳細表示定子間的模式圖。第5圖是表示第1圖的馬達控制裝置的構成的一例的方塊圖。
如第1圖所示地，分散配置線型馬達的驅動系統是具備：搬運零件或工件等的分散配置線型馬達1，及控制分散配置線型馬達1的複數個馬達驅動裝置40，40B，40C，及控制複數個馬達驅動裝置(驅動器)40，40B，40C的上級控制器50。
分散配置線型馬達1是具有：藉由磁性作用互相相對運動的定子10，10B，10C及活動元件20，及檢測出對於定子10，10B，10C的活動元件20的相對性位置的複數個位置檢測裝置30，及切換來自複數個位置檢測裝置30的信號的位置資訊切換器35。又，分散配置線型馬達1是定子10，10B，10C朝著被搬運方向隔著所定間隔被排列。
上級控制器50與各個馬達驅動裝置40是藉由控制路線51所連接。馬達驅動裝置40與位置資訊切換器35是藉由編碼電纜52所連接。位置資訊切換器35，及設於相同定子10，10B，10C的位置檢測裝置30，是藉由編碼電纜52所連接。馬達驅動裝置40與定子10，10B，10C是藉由動力電纜53所連接。
又，活動元件20是未圖示的引導裝置，被引導所定軌道，又，定子10，10B，10C與活動元件20的間隙被維持。
如第2圖或第4圖所示地，定子10，10B是具有供應有3相交流電流而與活動元件20進行磁性地作用的線圈11，及捲繞有線圈11的凸極12。線圈11是有U相用的線圈11a，V相用的線圈11b，及W相用的線圈11c的三種類。凸極12是有對應於線圈11a，11b，11c而U相用的凸極12a，V相用的凸極12b，W相用的凸極12c的三種類。此些為藉由將電流流在線圈11而產生活動元件20側的極的一例子，如此地，定子的極為利用線圈11所構成的一例子。又，此些線圈11a，11b，11c及凸極12a，12b，12c為依U相，V相，W相的順序，形成有周期性地排列於定子10，10B與活動元件20的相對運動的方向的周期構造。亦即，在相對運動的方向的一例子的定子10，10B的長度方向，線圈11及凸極12是形成U相‧V相‧W相的周期構造。
又，包含凸極12的定子10，10B，10C的電磁鐵的磁心部，是矽鋼等的磁滯損耗少的磁性材料所構成，如第2圖所示地，磁心部是朝著定子10，10B的寬度方向延伸而形成突出於活動元件20的一側的凸極12，此凸極12朝著定子10，10B的長度方向梳形地排列。
如第3圖所示地，定子10，10B，10C是隔著某一間隔(定子間距離)，依定子10，10B，10C等的順序隔著排列於相對運動的方向的一例的定子10，10B，10C的長度方向。在此，作為定子間距離的一例子，如第4圖所示地，列舉有相鄰接的定子10，10B的相同種類的極彼此間的最小距離D1或相鄰接的定子10，10B的極彼此間的最小距離D2。
接著，如第2圖所示地，活動元件20是具有裝載零件或工件等的工作台21，及被設置於工作台21的下面的驅動用的永久磁鐵22，作為零件或工件等的載體。
如第4圖所示地，永久磁鐵22是具有：相對於定子10，10B的一側的極為N極的N極磁鐵22a，及S極的S極磁鐵22b。又，依N極，S極的順序，N極磁鐵22a與S極磁鐵22b交互地，形成有周期性地排列於定子10，10B與活動元件20的相對運動方向的周期構造。亦即，活動元件20是在相對運動的方向的一例子的定子10的長度方向具有N極，S極的周期構造。又，活動元件的長度是例如活動元件20的極彼此間的最大距離Lmv。
又，因應於流在定子10的各線圈11a，11b，11c的3相交流的電流的方向或強度而發生移動磁場，使得凸極12a，12b，12c，及N極磁鐵22a及S極磁鐵22b磁性地作用，而在定子10a的長度方向產生定子10與活動元件20的相對運動。亦即，定子10與活動元件20是互相磁性地作用，活動元件20是相對運動於定子10的長度方向。
如第4圖所示地，位置檢測裝置30(30L，30R)是具有檢測出磁性的磁性感測器31，及將來自磁性感測器31的信號，變換成特定位置所檢測所用的信號的位置檢測電路32。磁性感測器31是在設於定子10的位置檢測裝置30中，相對於活動元件20的一側的中心部分。
如第1圖或第3圖等所示地，位置檢測裝置30是被排列於位於定子10，10B，10C的長度方向的兩端的凸極12的外側，且配置於定子10，10B，10C的寬度方向的中央。又，在相對於定子10，10B，10C的活動元件20的一側設置成面對著磁性感測器31。位置檢測裝置30的設置位置是隔著設置於定子10，10B，10C的長度方向，只要不會受到線圈11的影響就可以。又，如第4圖所示地，定子10的位置檢測裝置30R只是被設置於圖中右端的凸極12c的外側，而在定子10B的位置檢測裝置30L是被設置於圖中左端的凸極12a的外側。
又，磁性感測器31是檢測出朝著定子10及活動元件20的相對運動的方向所延伸的永久磁鐵22的磁場。磁性感測器31是檢測出定子10及活動元件20相對運動所致的磁性的變化。尤其是，磁性感測器31是檢測出磁場的方向。位置檢測裝置30間的距離Ds，亦即，磁性感測器間的距離Ds為活動元件20的長度Lmv以下。亦即，此為第1磁性感測器31與第2磁性感測器31之距離，為活動元件20的極彼此間的最大距離以下的一例子。
接著，如第1圖或第5圖所示地，位置資訊切換器35是若來自複數位置檢測裝置30的輸入信號有複數，則選擇其中之一信號，對於馬達驅動裝置40進行輸出。例如，位置資訊切換器35是輸出最新的輸入的輸入信號。位置資訊切換器35是輸入信號為一信號時，直接輸出，而無輸入信號時，則未輸出。
接著，如第5圖所示地，馬達驅動裝置40是具有：依據感測器等的資訊來控制流在線型馬達的定子10的電流的控制器41，及依據控制器41從電源45變換的電力變換器42，及檢測出電力變換器42流在定子10的電力的電流感測器43，及輸入定子10，10B，10C間的距離的資訊的輸入手段(未圖示)。又，馬達驅動裝置40B，40C也具同樣之構成。
控制器41是與電流感測器43相連接，藉由控制線路51與上級控制器50，相連接，而藉由編碼電纜52與位置資訊切換器35相連接。
又，控制器41是來自上級控制器50的指令值地使得活動元件20移動的方式，來控制PWM換流器(PWM:Pulse Width Modulation)等的電力變換器42，最終進行控制供應於定子10，10B，10C的線圈11的電流。控制器41的控制系統是由：進行位置控制的位置控制環路，及進行速度控制的速度控制環路，及進行電流控制的電流控制環路等所構成。又，控制器41是將供應於線圈11的電流，功能作為依據定子間距離本控制的電流控制手段的一例。又，控制器41是由上級控制器50得到有關於定子間距離的資訊，或依據定子間距離有關於電流的相位的資訊。
如第1圖或第4圖所示地，馬達驅動裝置40是藉由來自上級控制器50的指令值被控制，一直達到如上級控制器50的指令值的位置為止，依據來自位置檢測裝置30的資訊，將電流供應於定子10的線圈11。
上級控制器50是具有CPU(Central Processing Unit)或RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等，將有關於位置指令的資訊或是有關於速度指令的資訊，依照事先設定的作業的順序，於各馬達驅動裝置40，40B，40C輸出指令值。又，上級控制器50是依據定子10，10B，10C間的定子間距離，例如如第4圖所示地，相鄰接的定子10，10B的相同種類的極彼此間的最小距離D1或相鄰接的定子10，10B的極彼此間的最小距離D2算出經各馬達驅動裝置40，40B，40C供應於線圈11的電流的相位。又，控制各馬達驅動裝置40，40B，40C之際，附加相位差的資訊，將有關於位置指令的資訊或有關於速度指令的資訊輸出至各各馬達驅動裝置40，40B，40C。如此地，上級控制器50是作為電流控制手段的一例子，依據定子間距離D1，D2來算出供應於線圈11的電流的相位。
又，線型馬達1是作為活動元件或定子之一方，在與N極及S極的磁極交互地排列的一軸線方向正交的方向的兩端面起磁有N極及S極的磁極的複數個永久磁鐵，具有朝軸線方向排列的場磁磁鐵，而作為活動元件或定子的另一方，於場磁磁鐵經由間隙具有相對的複數線圈的平坦式線型馬達的一例。
接著，依據第4圖詳述定子10，10B的排列關係等。
如第4圖所示地，定子10，10B的凸極12是以線圈節距Cp的1周期的長度，依凸極12a，12b，12c的順序被排列。定子10，10B的周期構造的1周期的長度的一例的線圈節距Cp，是UVW相中相同相位的凸極彼此間的最小距離。例如，U相用的凸極12a與下一U相用的凸極12a之距離。又，在第4圖中，以凸極12的中心部分為基準來描繪距離。在此，定子10，10B或活動元件20的距離或長度的計測方法，是連結未考慮凸極12或永久磁鐵22的極的種類的周期構造的相同相位之處加以計測也可以。例如，除了凸極12的中心以外，連結凸極12的一方側的角的距離或長度也可以。
相鄰接的定子10，10B的相同種類的極彼此間的最小距離D1的一例子是連結在定子10中最接近定子10B側的U相凸極12a，及在定子10B中最接近定子10側的U相凸極12a的距離。如此地，距離D1為活動元件20的長度Lmv以下，則使活動元件20可能橫跨於定子10與定子10B的狀態，定子10，10B的極的任一極與活動元件20的極的任一極為經常地成為相對的狀態。又，定子10，10B的極的一組的UVW相的極12a，12b，12c，及活動元件20的任一極經常地成為相對的狀態。如此地，最小距離D1與長度Lmv之關係，相鄰接的定子10，10B的定子間距離D1為活動元件20的長度Lmv以下的一例子。
又，如第4圖所示地，相鄰接的定子10，10B的極彼此間的最小距離D2的一例子是連結在定子10中最接近定子10B側的W相凸極12c，及在定子10B中最接近定子10側的U相的凸極12a的距離。此距離D2是活動元件20的長度Lmv以下。在此，如第4圖所示地，活動元件20的長度Lmv是連結活動元件20的相對運動方向的兩端的永久磁鐵22彼此間的距離。亦即，活動元件20的極彼此間的最大距離的一例子。
如此地，若距離D2為活動元件20的長度Lmv以下，則活動元件20可能為橫跨定子10與定子10B的狀態下，定子10，10B的極的任一極，及活動元件20的極的任一極經常成為相對的狀態。如此地，最小距離D2與長度Lmv之關係為相鄰接的定子10，10B的定子間距離D2在活動元件20的長度Lmv以下的一例子。
接著，針對於定子10的線圈11，及定子10B的線圈11，及所供應的電流的相位加以說明。
如第4圖所示地，鄰接的定子10，10B之間的距離D1，及線圈節距Cp的自然數倍的相差的距離λ是
λ=D1-Cp×自然數(λ<Cp)‧‧‧(1)
。這時候，流在定子10的線圈11的電流，及流在定子10B的線圈11的電流的相位差ψ是成為
ψ=2π‧λ/Cp‧‧‧(2)
。若流在定子10的線圈11的電流的波形作為cos(ωt)，則流在定子10B的線圈11的電流波形是成為cos(ωt+ψ)。
又，如第8圖所示地，使用鄰接的定子10，10B間的距離D2時，將U相的極12a與W相的極12c之距離，亦即，將線圈節距Cp的2/3施加於距離D2就可以。距離D1與距離D2之關係式是成為
D1=D2+2/3‧Cp　‧‧‧(3)。
又，對於U相，V相，W相的電流，設置相位差ψ。又，鄰接的定子10，10B間的距離D1是作為分散配置線型馬達的構造的設計值被輸入於上級控制器50。
接著，針對於構成位置檢測裝置30的磁性感測器31依據圖式加以說明。
第6圖是表示構成第1圖的位置檢測裝置的兩組的全橋接構造的磁性感測器的圖式[圖中(A)是表示磁性感測器的強磁性薄膜金屬的形狀的俯視圖，圖中(B)是等值電路圖]。
位置檢測裝置30的磁性感測器31是具有：矽(Si)或玻璃基板，及以形成於其上面的鎳(Ni)，鐵(Fe)等的強磁性金屬作為主成分的合金的強磁性薄膜金屬所構成的磁性電阻元件。磁性感測器是被稱為為了在特定的磁場方向變更電阻值的異性磁性電阻元件(AMR: Aniso tropic-Magnetro-Resistance)感測器。
如第6圖所示地，位置檢測裝置30的磁性感測器，是為了知悉運動方向，將兩組的全橋接構成的元件，互相地傾斜45°形成於一個基板上。如第7圖所示地，藉由兩組的全橋接電路所得到的輸出VoutA與VoutB，是成為互相地具有90°的相位差的餘弦波及正弦波。磁鐵22a，22b朝相對運動方向交互地排列之故，因而位置檢測裝置30的輸出成為餘弦波及正弦波。如此地，位置檢測裝置30是依據活動元件20的驅動用的永久磁鐵22的周期構造，將藉由相對運動周期性地產生的磁場的方向變化，輸出作為具有90°的相位差的正弦波狀信號及餘弦波狀信號。
磁性感測器的輪出信號是被取入於位置檢測電路32，而在90°相位不相同的正弦波狀信號及餘波狀信號施加數位性的內插處理而被變換成高分解能的相位角資料。
又，位置檢測電路32是從此相位角資料生成A相編碼脈衝信號(對應於正弦波狀信號)及B相編碼脈衝信號(對應於餘弦波狀信號)，一周期地生成一次的Z相脈衝信號。此些A相編碼脈衝信號。B相編碼脈衝信號及Z相脈衝信號的位置信號，被輸入於位置資訊切換器35。如第5圖所示地，馬達驅動裝置40是依據此些A相編碼脈衝信號，B相編碼脈衝信號及Z相脈衝信號的位置信號，來控制電力變換器42。
接著，定子10，10B的間隔為將線圈節距Cp的自然數倍的情形加以說明。第8圖表示定子10，10B及活動元件20的極的周期構造的模式圖。
如第8圖所示地，此距離D1成為線圈節距Cp的自然數倍的方式，定子10，10B採取彼此間的間隔，隔著排列有定子10，10B。又，以另外方面觀看，定子10的周期構造的相位與定子10B的周期構造的相位為互相一致。亦即，將定子10的UVW相的周期構造，如第4圖中以虛線所示地，朝定子10B側假想地延長，使得定子10B的周期構造重疊於此延長上的方式，配置有定子10。
又，將定子10的周期構造的相位與定子10B的周期構造的相位互相地一致的情形予以換言之，在從定子10一直到定子10B為止連續，而具有線圈11或凸極12的周期構造所連續的一定子中，相當於省略距離D2的部分的線圈11或凸極12。但是，除掉距離D2的兩端部分的線圈11或凸極12。又，第8圖的情形，距離D1是線圈節距Cp的2以上的自然數倍。又，假設沒有定子10的定子10側的端的V，W相的突極12b，12c，而U相的凸極12a最接近定子10側的情形，則距離D1是線圈節距Cp的1以上的自然數倍。
如此地若配置定子10，10B，亦即，成為λ=0的方式，若配置定子10，10B，則上級控制器50是同相的電流流在馬達驅動裝置40，40B的方式，輸出指令值。
接著，針對於活動元件20從定子10通過定子10B而停止在定子10C的類型依據第9圖及第10圖加以說明。
首先如第9圖所示地，上級控制器50為輸出定子10，10B，10C的馬達驅動裝置40輸出指令值。這時候，上級控制器50是依據定子10，10B間的距離，將具相位差ψ的電流供應於定子10的線圈與定子10B的線圈，而依據定子10B，10C間的距離，俾將供應具相位差ψ的電流所用的指令值輸出至定子10的線圈與定子10B的線圈。如此，從定子10的位置資訊切換器35傳送信號之故，因而定子10的馬達驅動裝置40為將電流供應至定子10。
由表示於第10(A)圖的狀態，成為表示於第10(B)圖的狀態，則定子10B的位置檢測裝置30L開始輸出信號，而位置資訊切換器35將此信號輸出至馬達驅動裝置40B。活動元件20是得到來自定子10的推進力，與定子10B的推進力，惟上級控制器50以依據定子10，10B間的距離的相位差使得馬達驅動裝置40，40B可供應電流的方式，來控制馬達驅動裝置40，40B。
接著，成為表示於第10(C)圖的狀態，則定子10B的位置檢測裝置30R開始輸出信號，使得位置資訊切換器35將輸出信號切換至此信號。在此，定子10上的原點是如表示於第10(B)圖的狀態的位置檢測裝置30L，或是如表示於第10(C)圖的狀態的位置檢測裝置30R都可以。由此些原點，在途中修正定子20的位置也可以，惟在下一定子10C上，做最終地修正位置也可以。
接著，成為表示於第10(D)圖的狀態，則定子10C的位置檢測裝置30L開始輸出信號，而位置資訊切換器35將此信號輸出至馬達驅動裝置40C。活動元件20是得到來自定子10B的推進力，與定子10C的推進力，惟上級控制器50以依據定子10B，10C間的距離的相位差使得馬達驅動裝置40B，40C，可供應電流的方式，來控制馬達驅動裝置40B，40C。
接著，經由第10(D)圖的狀態，達到如第10(E)圖所示的目標位置。
依照本實施形態，屬於定子10，10B，10C與活動元件20互相地相對運動的線型馬達1，其特徵為：定子與活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極(12a，12b，12c)(22a，22b)，及複數種類的極依種類的順序朝著相對運動的方向周期性地排列的周期構造，定子是具備朝相對運動的方向隔著排列複數，相鄰接的定子的定子間距離D1，D2，為活動元件的長度Lmv以下，定子之極為藉由線圈11所構成，依據相鄰接的定子的定子間距離D1，D2，來控制供應於線圈的電流的電流控制手段，藉此，可提供一種活動元件從定子移動至鄰接的定子之際，在活動元件的推進力不會產生損失的方式，依據電流控制手段，來控制供應於線圈的電流可控制速度的適用定子的分散配置的分散配置線型馬達及分散配置線型馬達的控制方法。
又，本實施形態的線型馬達1，是定子10，10B間的距離為定子10的周期構造的相位與定子10B的周期構造的相位互相地一致的方式，又，即使距離D1不會成為線圈節距Cp的自然數倍時，定子的極與活動元件的極可作成在推進力不會產生損失之故，因而會增加定子10，10B的配置的設計的自由度。
又，本實施形態的線型馬達1是相鄰接的定子的定子間距離D1，D2為活動元件的長度Lmv以下，而在活動元件20橫跨定子間的狀態下，可作成不會干擾來自各定子的推進力之故，因而活動元件20是可順利地移動。尤其是，定子間距離為相鄰接的定子的極彼此間的最小距離D1，D2，而活動元件20的長度為活動元件的極彼此間的最大距離Lmv時，則定子10，10B的極的任一極，及活動元件20的極的任一極，成為經常地相對的狀態。
又，上述控制器50為作為電流控制手段，依據定子間距離D1，D2來算出供應於線圈11的電流的相位時，則在活動元件20的推進力不會產生損失的方式，來控制供應於線圈11的電流，而可控制速度。
又，活動元件20的極為藉由驅動用的永久磁鐵22所構成，又具備設於線圈11側的定子10，且檢測出驅動用的永久磁鐵22而用以算出位置的位置檢測裝置30時，則藉由位置檢測裝置30，就可計測變更流在線圈11的電流的相位時的定時。
又，位置檢測裝置30檢測出排列於活動元件20的永久磁鐵22，當兩個位置檢測裝置30以活動元件20的長度以下配置於相對運動方向，可決定各定子10，10B，10C等的基準位置，而且任一位置檢測裝置30經常地可檢測出活動元件20。因此，定子10，10B，10C等別地，成為不需要原點用的標誌與原點檢測用的感測器，藉由更簡便構成正確地可控制位置。如此地減少原點用的標誌與原點檢測用的感測器部分的零件數，又，可省略設置此些的費時。又，因應於活動元件20的狀況就可決定原點，對於指令值有誤差時加以修正之故，因而可實現高精度的搬運系統。
又，定子10，10B，10C別地配置馬達驅動裝置40，40B，40C，分別獨立地可移動定子10，10B，10C之故，因而可形成移動的自由度高的搬運系統。可實現各種移動類型，對應於作業的順序，柔軟地可控制活動元件20。
又，依據活動元件20所具有的極的周期構造，將藉由相對運動周期性變化產生的磁場方向，輸出作為具有90°的相位差的正弦波狀信號及餘弦波狀信號，依據此些正弦波狀信號及餘弦波狀信號，藉由檢測出活動元件20的位置，成為不需要設置於各定子10，10B，10C或活動元件20的線性標度，可將定子10，10B，10C被分散配置的線型馬達作成更簡便的構成。又，為了正確地進行控制位置而必須高精度地線性標度，惟可省略設置線性標度的費時。
又，於定子10側設有位置檢測裝置30，而在活動元件20不必設置編碼電纜52，不會有圍住編碼電纜52，或是不會有編碼電纜52彼此間的情形之故，因而在活動元件20為複數的搬運系統中，特別有效。又，於活動元件20設有驅動用的永久磁鐵22，而活動元件20不必具有動力電纜之故，因而完全地可作成無電纜的活動元件20，活動元件20為複數的搬運系統特別有效。
(第2實施形態)
接著，針對於本發明的第2實施形態的分散配置線型馬達的驅動系統加以說明。首先，針對於第2實施形態的分散配置線型馬達的驅動系統的概略構成，使用圖式加以說明。又在與上述第1實施形態相同或對應的部分，使用相同符號，而僅說明不相同的構成及作用。其他的實施形態及變形例也作成同樣。
第11圖是模式地表示本發明的第2實施形態的分散配置線型馬達的定子及活動元件的一例子的立體圖。第12圖是表示第11圖的定子的極的周圍構造的模式圖。
如第11圖所示地，與第1實施形態的線型馬達不相同，於定子排列著驅動用的永久磁鐵，而於活動元件設有3相用的線圈或位置檢測裝置等。
如第12圖所示地，分散配置線型馬達的驅動系統是具備：搬運零件或工件等的分散配置線型馬達2，及控制分散配置線型馬達2的複數個馬達驅動裝置40，40B，及控制複數個馬達驅動裝置40，40B的上級控制器50。
分散配置線型馬達2是具有利用磁性地作用互相地相對運動的複數定子60，60B及活動元件70等。在分散配置線型馬達2中，複數定子60，60B朝著搬運方向隔著所定間隔被排列。
如第12圖所示地，與第1實施形態不相同，活動元件70的線圈71L，71R是被二分成受到馬達驅動裝置40的控制的線圈71L，及受到馬達驅動裝置40B的控制的線圈71R。亦即，在包含與定子60相對的線圈71L的部分的領域，及包含與定子60B相對的線圈71R的部分的領域，有線圈71L，71R，以UVW相作為一組被分成兩半。
又，與第1實施形態不相同，活動元件70具有位置檢測裝置30(30L，30R)。接著，活動元件70與馬達驅動裝置40，40B藉由動力電纜被連接。活動元件70的位置檢測裝置30L，30R與位置資訊切換器(未圖示)藉由編碼電纜被連接，而位置資訊切換器與馬達驅動裝置40，40B藉由編碼電纜被連接。各個馬達驅動裝置40，40B與上級控制器50藉由控制線路被連接。
又，如第11圖或第12圖所示地，具有磁性感測器的位置檢測裝置30L，30R，是被排列於位在活動元件70的長度方向的兩端的凸極72外側。又，在相對於活動元件70的定子60的一側設置有面對位置檢測裝置30L，30R的磁性感測器。位置檢測裝置30L，30R的設置位置是隔著活動元件70的長度方向被設置，在不容易受到線圈71L，71R的影響的場所就可以。
接著，針對於定子60，60B或活動元件70詳細地說明。
首先，如第11圖所示地，定子60，60B是分別具有基座61，及設於基座61上面的永久磁鐵62。如第11圖或第12圖所示地，永久磁鐵62是具有：相對於活動元件70的一側的極為N極的N極磁鐵62a，及S極的S極磁鐵62b，對活動元件70磁性地進行作用。此些N極，S極為藉由永久磁鐵62產生於活動元件70側的極的一例。又，依N極，S極的順序，N極磁鐵62a與S極62b交互地形成有朝著定子60，60B與活動元件70的相對運動的方向同期性地排列的周期構造。亦即，定子60，60B是在相對運動的方向的一例的定子60的長度方向分別具有N極，S極的周期構造。
接著，如第11圖或第12圖所示地，活動元件70是具有供應3相電流的線圈71L，70R，及捲繞著線圈71L，70R的凸極72。線圈71L，70R是具有U相用的線圈71a，V相用的線圈71b，及W相用的線圈71c的三種類。凸極72是對應於線圈71a，71b，71c而具有U相用的凸極72a，及V相用的凸極72b，W相用的凸極72c的三種類。此些線圈71a，71b，71c及凸極72a，72b，72c為依U相，V相，W相的順序，形成有周期性地排列於定子60A1，60A2與活動元件70A的相對運動的方向的周期構造。
又，如第12圖所示地，線圈71L，70R是被二分成由馬達驅動裝置40供應有電流的位置檢測裝置30L(圖中左邊)側的線圈71a，71b，71c，及由馬達驅動裝置40B供應有電流的位置檢測裝置30R(圖中右邊)側的線圈71a，71b，71c。
因應於流在活動元件70的各線圈71a，71b，71c的3相交流的電流方向或強度發生著移動磁場，磁性地作用著對應於各線圈71a，71b，71c的凸極72，及N極磁鐵62a及S極磁鐵62b，而在定子60，60B的長度方向產生定子60，60B與活動元件70的相對運動。亦即，定子60，60B與活動元件70是互相地進行磁性作用，活動元件70是在定子60，60B的長度方向進行相對運動。
例如，活動元件70相對運動定子60上所移動之期間，馬達驅動裝置40，40B是供應同相位的電流。接著，如第12圖所示地，位於活動元件70的進行方向的前方的位置檢測裝置30R，檢測出定子60B，依據來自位置檢測裝置30R的資訊，上級控制器50為變更流在馬達驅動裝置40，40B的電流的相位。上級控制器50是依據定子60，60B間的距離，亦即，如第12圖所示地，依據相鄰接的定子60，60B的定子間距離D1，D2進行算出供應於馬達驅動裝置40，40B的線圈71L，70R的電流的相位差。又，上級控制器50是控制各馬達驅動裝置40，40B之際，附加相位差的資訊，於各馬達驅動裝置40，40B輸出有關於位置指令的資訊或是有關於速度指令的資訊。如此地，上級控制器50是作為電流控制手段的一例，依據定子間距離D1，D2來算出供應於線圈71L，70R的電流相位。又，馬達驅動裝置40，40B是由上級控制器50得到相位差的資訊，而功能作為依據定子間距離D1，D2來控制供應於線圈71L，70R的電流的電流控制手段的一例。
接著，依據第12圖詳述定子60，60B的排列關係等。
如第12圖所示地，定子60的永久磁鐵62是以磁鐵節距Mp的1周期的長度，依N極磁鐵62a，S極磁鐵62b的順序被交互地排列。定子60的周期構造的1周期的長度的一例的磁鐵節距Mp，是N極磁鐵62a，S極磁鐵62b中相同極彼此間的最小距離。例如，N磁鐵62a與下一N極磁鐵62a之距離。
相鄰接的定子60，60B的相同種類的極彼此間的最小距離D1的一例子是連結在定子60中最接近定子60側的N極磁鐵62a，及在定子60B中最接近定子60B側的N極磁鐵62a的距離。如此地，距離D1為活動元件70的長度Lmv以下，活動元件70為可能橫跨定子60與定子60B的狀態而定子60，60B的極的任一極，與活動元件70的極的任一極經常地成為相對地狀態。如此地，最小距離D1與長度Lmv之關係，相鄰接的定子60，60B的定子間距離D2在活動元件20的長度Lmv以下的一例子。
又，如第12圖所示地，相鄰接的定子60，60B的極彼此間的最小距離D2的一例子是連結在定子60中最接近定子60側的S極磁鐵62b，及在定子60B中最接近定子60側的N極磁鐵62a的距離。此距離D2是活動元件70的長度Lmv以下。在此，如第12圖所示地，活動元件70的長度Lmv是連結活動元件70的相對運動方向的兩端的各個凸極72彼此間的距離。亦即，活動元件70的極彼此間的最大距離的一例子。
如此地，若距離D2為活動元件70的長度Lmv以下，則活動元件70可能為橫跨定子60與定子60B的狀態下，定子60，60B的極的任一極，及活動元件70的極的任一極經常成為相對的狀態。如此地，最小距離D2與長度Lmv之關係為相鄰接的定子60，60B的定子間距離D2在活動元件70的長度Lmv以下的一例子。
在此，流在被分割成兩個領域的活動元件70的線圈71L，70R的電流的相位差ψ是
λ=D1-Mp×自然數(λ<Mp)‧‧‧(4)
。這時候，在第12圖中，流在位置檢測裝置30L側的UVW相的線圈71L的電流，及流在位置檢測裝置30R側的UVW相的線圈71R的電流的相位差ψ是成為
ψ=2π‧λ/Mp　‧‧‧(5)。
又如第12圖所示，使用鄰接的定子60，60B間的距離D2時，在距離D2添加N極磁鐵62a與S極磁鐵62b之距離，亦即，添加磁鐵節距Mp的1/2就可以。距離D1與D2之關係式是成為
D1=D2+1/2‧Mp　‧‧‧(6)
又，距離D1成為磁鐵節距Mp的自然數倍的方式，採用定子60，60B彼此間的間隔，定子60，60B隔著排列時，或是，以其他方法觀看時，在定子60的周期構造的相位與定子60B的周期構造的相位互相地一致的情形，馬達驅動裝置40，40B是即使活動元件70橫跨定子60，60B的情形，供應同相位的電流就可以。
依照本實施形態屬於定子60，60B與活動元件70互相地相對運動的線型馬達2，其特徵為：定子與活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極(62a，62b)(72a，72b，72c)，及複數種類的極依種類的順序朝著相對運動的方向周期性地排列的周期構造，定子是具備朝相對運動的方向隔著排列複數，相鄰接的定子的定子間距離D1，D2，為活動元件的長度Lmv以下，活動元件之極，為藉由線圈71L，70R所構成，依據相鄰接的定子的定子間距離D1，D2來控制供應於線圈的電流的電流控制手段，藉此，可提供一種活動元件從定子移動至鄰接的定子之際，在活動元件的推進力不會產生損失的方式，依據電流控制手段，來控制供應於線圈的電流可控制速度的適用定子的分散配置的分散配置線型馬達及分散配置線型馬達的控制方法。
又，定子60，60B的極為藉由驅動用的永久磁鐵62所構成，具備設於線圈71L，70R側的活動元件70，且檢測驅動用的永久磁鐵62而用以算出位置的位置檢測裝置30L，30R時，活動元件70在定子60上時，則馬達驅動裝置40，40B是流著同相位的電流，惟活動元件70橫跨定子60，60B時，例如位於活動元件70的進行方向的前方的位置檢測裝置30R，檢測出橫跨於定子60，60B，就可計測變更由馬達驅動裝置40，40R所供應的電流的相位的定時。
又，在第1及第2實施形態，又具備並不是測定定子間的距離，依據位置檢測裝置30的資訊，算出定子間距離D1，D2的定子間距離算出手段。例如，依據來自位置檢測裝置30的資訊，上級控制器50算出活動元件20，70的速度，及活動元件20，70的進行方向前頭部通過定子間的通過時間，而由活動元件20，70的速度與通過時間，算出定子間的距離。
又，代替上級控制器50，馬達驅動裝置40，40B，40C算出相位或算出定子間距離也可以。這時候，馬達驅動裝置40，40B，40C具有CPU等，算出定子間的距離，或是藉由定子間的距離，算出供應於線圈的電流的相位。
又，本發明是並不被限定於上述各實施形態者。上述各實施形態是例示，具有與本發明的申請專利範圍所述的技術上思想實質上相同的構成，發揮同樣的作用效果者，不管任何者都被包括在本發明的技術性範圍。
1，2．．．分散配置線型馬達
10，10B，10C，60，60B．．．定子
11，71L，70R．．．線圈
20，70‧‧‧活動元件
22，62‧‧‧永久磁鐵
30，30L，30R‧‧‧位置檢測裝置
40，40B，40C‧‧‧馬達控制裝置
50‧‧‧上級控制器
第1圖是表示本發明的第1實施形態的分散配置線型馬達的驅動系統的概略構成的一例子的方塊圖。
第2圖是模式地表示第1圖的分散配置線型馬達的定子及活動元件的一例子的立體圖。
第3圖是表示第1圖的定子的排列的一例子的俯視圖。
第4圖是詳細地表示在第1圖的分散配置線型馬達的驅動系統中定子間的模式圖。
第5圖是表示第1圖的馬達控制裝置的構成的一例子的方塊圖。
第6圖是表示在第5圖的磁性感測器中，二組全橋接構成的磁性感測器的圖式[圖中(A)是表示磁性感測器的強磁性薄膜金屬的形狀的俯視圖，圖中(B)是等值電路圖]。
第7圖是表示從第5圖的磁性感測器所輸出的正弦波狀信號及餘弦波狀信號的圖表。
第8圖是表示第1圖的定子及活動元件的極的周期構造的模式圖。
第9圖是表示在第1圖的方塊圖中，信號的流動的模式圖。
第10(A)圖至第10(E)圖是表示第1圖的位置資訊切換器的動作的類型的一例子的模式圖。
第11圖是模式地表示本發明的第2實施形態的分散配置線型馬達的定子及活動元件的一例子的立體圖。
第12圖是表示第11圖的定子的極的周期構造的模式圖。
1．．．分散配置線型馬達
10，10B．．．定子
11．．．線圈
12a，12b，12c．．．凸極
20．．．活動元件
21．．．工作台
22．．．永久磁鐵
30L，30R．．．位置檢測裝置
31．．．磁性感測器
32．．．位置檢測電路
40，40B．．．馬達控制裝置
50．．．上級控制器
51．．．控制線路
22a．．．N極磁鐵
22b．．．S極磁鐵

Claims (6)

  1. 一種分散配置線型馬達，屬於定子與活動元件互相地相對運動的線型馬達，其特徵為：上述定子與上述活動元件是分別具有互相磁性地作用的複數種類的極；及上述複數種類的極依上述種類的順序朝著上述相對運動的方向周期性地排列的周期構造，上述定子是在上述相對運動的方向上做複數間隔排列，相鄰接的上述定子的定子間距離，為上述活動元件的長度以下，上述定子之極或上述活動元件之極，為藉由線圈所構成，具備依據上述定子間距離來控制供應於上述線圈的電流的電流控制手段，上述定子之極及上述活動元件之極的任一方，為藉由驅動用的永久磁鐵所構成，具備複數個位置檢測裝置，其設於上述線圈側的上述定子或上述活動元件，且檢測出上述驅動用的永久磁鐵而用以算出位置；及位置資訊切換器，其切換來自上述複數個位置檢測裝置的訊號，並輸出至上述電流控制手段；上述電流控制手段，依據來自上述位置資訊切換器的訊號以及上述定子間距離，控制供應於上述線圈的電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的分散配置線型馬達， 其中，上述位置檢測裝置，於上述相對運動的方向上配置在上述線圈側的上述定子或上述活動元件的極之外側。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達，其中，上述位置資訊切換器，將來自上述複數個位置檢測裝置的訊號當中最新輸入的訊號，輸出至上述電流控制手段。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達，其中，又具備定子間距離算出手段，其依據上述位置檢測裝置的資訊，算出上述定子間距離，上述電流控制手段，依據上述定子間距離，算出供應於上述線圈的電流之相位。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的分散配置線型馬達，其中，上述定子間距離為相鄰接的上述定子的極彼此間的最小距離，上述活動元件的長度為上述活動元件的極彼此間的最大距離。
  6. 一種分散配置線型馬達的控制方法，屬於在定子與活動元件互相地相對運動的線型馬達中，上述定子與上述活動元件是分別具有互相磁性地作用 的複數種類的極，及上述複數種類的極依上述種類的順序朝著上述相對運動的方向周期性地排列的周期構造，上述定子是在上述相對運動的方向上做複數間隔排列，相鄰接的上述定子的定子間距離，為上述活動元件的長度以下，上述定子之極或上述活動元件之極，為藉由線圈所構成，上述定子之極及上述活動元件之極的任一方，為藉由驅動用的永久磁鐵所構成，具備複數個位置檢測裝置，其設於上述線圈側的上述定子或上述活動元件，且檢測出上述驅動用的永久磁鐵而用以算出位置；及位置資訊切換器，其切換來自上述複數個位置檢測裝置的訊號並輸出；的分散配置線型馬達，其特徵為：依據來自上述位置資訊切換器的訊號以及上述定子間距離來控制供應於上述線圈的電流。
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