TWI833622B - 線性馬達的驅動裝置及線性馬達 - Google Patents

Abstract

線性馬達的驅動裝置，包括：串聯的複數的線圈（1～6）排列配置的定子；複數的半橋（11～17）。線圈的串聯體的兩端、以及各線圈之間的連接點，分別連接到不同的半橋的輸出點，而各線圈（1～6）被施加交流電壓。線性馬達的驅動裝置更包括：半橋輸出電壓運算器（81），根據施加到各線圈（1～6）上的電壓的各施加電壓指令，運算求出各個半橋輸出電壓指令（11～17）；以及開關控制器（8），使用求出的各個半橋輸出電壓指令，求出控制各個半橋（11～17）開關的開關訊號。

Description

線性馬達的驅動裝置及線性馬達

本申請案有關於線性馬達的驅動裝置及線性馬達。

線性馬達由排列複數線圈的定子、以及與該定子間隔配置，以朝向定子的線圈排列的方向移動的永久磁鐵構成的動子所組成。這個線性馬達中，各別控制流過定子的各線圈的電流，藉此特別來獨立控制複數的動子，對線性馬達增加新的附加價值的技術被產品化。習知的技術中，為了實現各線圈的電流的各別控制，使用了每個線圈連接上全橋或者是半橋的單相反相器，對各個線圈各別施加電壓的方式(例如專利文獻1，Fig.2a、Fig.2b)。

又，直流線性馬達中，有一種線性馬達的驅動裝置，將排列的複數的線圈電性串聯，在線圈之間的連接點各自連接開關串聯連接的半橋電路的輸出點，施加直流電源的電壓到各半橋的輸入端，藉由以位置感測器的訊號作為輸入的邏輯電路來控制各開關，使直流電流流過各線圈來驅動(例如專利文獻2)。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：美國專利說明書第2019/0386588號

專利文獻2：日本發明專利特開昭64-1466號公報

專利文獻1中揭露的方式中，能夠施加各線圈的電壓波形的自由度高，但對1個線圈像半橋一樣使用2個開關的情況下，能夠施加到線圈的電壓最大值被限制到直流電源的電壓的一半。又，為了施加正負直流電源的電壓到線圈上，需要像全橋一樣，一個線圈使用4個開關，比起使用半橋的情況下開關的數量增加一倍。

另一方面，專利文獻2揭露的線性馬達的驅動方式，只不過是將直流線性馬達中電刷對正電源或負電源的導通，單純置換成半橋的開關切換而已。因此，無法對各線圈施加任意的電壓，動子的動作控制自由度非常低。

本申請案為了解決上述的問題，目的是提供一種線性馬達的驅動裝置，其開關的數量少，且施加到各線圈的電壓波形的自由度高，能夠施加正負直流電源的電壓，動子的動作自由度高。

本揭露的線性馬達的驅動裝置包括：複數的線圈排列配置的定子；比前述該線圈的個數多1個，並由複數的開關的串聯體所構成的半橋。前述複數的線圈電性串聯，這個串聯的線圈的串聯體的兩端、以及各線圈之間的連接點，分別連接到不同的前述半橋的輸出點，而各個前述半橋的兩端連接到直流源，對各線圈施加交流電壓。前述線性馬達的驅動裝置更包括：半橋輸出電壓運算器，根據施加到前述複數的線圈的每一者上的電壓的各施加電壓指令，運算求出各個前述半橋的輸出電壓指令；以及開關控制器，使用前述半橋輸出電壓運算器所求出的對各個前述半橋的半橋輸出電壓指令，求出控制各個前述半橋開關的開關訊號，來控制全部的前述半橋的開關的驅動

根據本申請案，能夠提供一種線性馬達的驅動裝置，其開關的數量少，且施加到各線圈的電壓波形的自由度高，能夠施加正負直流電源的電壓，動子的動作自由度高。

1,2,3,4,5,6:線圈

7:直流電源

8,80:開關控制器

9,9a,9b:動子

10:電流控制器

11,12,13,14,15,16,17:半橋

11a,11b,12a,12b,13a,13b,14a,14b,15a,15b,16a,16b,17a,17b:開關

20:定子

21,22,23,24,25,26:電流感測器

81:半橋輸出電壓運算器

82:調變率運算器

83:比較器

84:載波產生器

85:電壓修正器

88:控制器

101:線圈電流運算器

801:運算處理裝置

802:儲存裝置

803:輸出入介面

g₁₁,g₁₂,g₁₃,g₁₄,g₁₅,g₁₆,g₁₇:開關訊號

i₁~i₆:電流量測值

i₁*~i₆*:線圈電流指令

i₁₁~i₁₆:半橋電流訊號

m₁₁,m₁₂,m₁₃,m₁₄,m₁₅,m₁₆,m₁₇:調變率

v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆:感應電壓

v₁*,v₂*,v₃*,v₄*,v₅*,v₆*:施加電壓指令

v₁₁,v₁₂,v₁₃,v₁₄,v₁₅,v₁₆,v₁₇:電壓

v₁₁*,v₁₂*,v₁₃*,v₁₄*,v₁₅*,v₁₆*,v₁₇*:半橋輸出電壓指令

圖1為概要顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的架構的電路圖。

圖2為顯示一般的線性馬達的架構的示意圖。

圖3為顯示包含動子的實施型態1的線性馬達的驅動裝置的架構的方塊圖。

圖4顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的開關控制器的構造。

圖5為顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的線圈上產生感應電壓的波形的一例的線圖。

圖6以波形顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的開關動作的一例。

圖7為顯示實施型態2的線性馬達的驅動裝置的架構的方塊圖。

圖8為顯示實施型態2的線性馬達的驅動裝置的線圈上產生感應電壓的波形的一例的線圖。

圖9顯示實施型態3的線性馬達的驅動裝置的半橋輸出電壓運算器81的內部構造。

圖10為顯示實施型態3的線性馬達的驅動裝置的線圈上產生感應電壓的波形的一例的線圖。

圖11為顯示實施型態3的線性馬達的驅動裝置的線圈上產生感應電壓的波形的另一例的線圖。

圖12為顯示實施型態3的線性馬達的驅動裝置的線圈上產生感應電壓的波形的又另一例的線圖

圖13為顯示實施型態4的線性馬達的驅動裝置的架構的方塊圖。

圖14為顯示實施型態4的線性馬達的驅動裝置的另一架構的方塊圖。

圖15為顯示實施型態4的線性馬達的驅動裝置的圖14的架構中的線圈電流運算器的內部構造的方塊圖。

圖16為顯示本申請案的線性馬達的驅動裝置的開關控制器的具體架構的一例的方塊圖。

[實施型態1]

圖1為概要顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的架構的電路圖。圖2為顯示一般的線性馬達的架構的示意圖。線性馬達如圖2所示，由定子20、以及與此定子20間隔配置並且以永久磁鐵構成的動子9所組成。定子20是排列複數的線圈配置而成，動子9朝向定子20的線圈排列的方向移動。圖1中，線圈1至6是纏繞於線性馬達的定子20上的線圈。配置於一端的線圈1的一端連接到串連的開關11a及11b之間的連接點，線圈1的另一端連接到線圈2的一端，以及串聯的開關12a及12b之間的連接點。線圈2的另一端連接到線圈3的一端，以及串聯的開關13a及13b之間的連接點。同樣地，線圈3、4、5、6串聯連接，且線圈之間的連接點會各自連接到串連的開關14a及14b、開關15a及15b、開關16a及16b的連接點。配置於另一端的線圈6的另一端連接到串連的開關17a及17b之間的連接點。又，串連的開關的兩端會連接到共通的直流電源7的正(+)側及負(-)側而被供電。

像這樣，實施型態1的線性馬達的驅動裝置中，線性馬達定子的各線圈串聯連接，且該線圈串聯體的兩端以及線圈之間的連接點連接了複數開關串聯的半橋的輸出。圖1所示的線性馬達的驅動裝置中顯示了線圈數是6的定 子的例子，但本申請案所揭露的線性馬達的驅動裝置的線圈數是任意的，是N個線圈會連接N+1個半橋電路的架構。然而，為了使具有複數個獨立的定子線圈的效果反映到實際的動子的移動動作上，一般線圈數量必須在4個以上，因此本揭露所揭示的線性馬達的驅動裝置發揮效用是線圈數量在4個以上，半橋電路數在5個以上的情況。

現在說明實施型態1的線性馬達的驅動裝置的基本動作。線圈1、開關11a、11b及開關12a、12b構成全橋電路，因此藉由4個開關11a、11b、12a、12b的切換，能夠對線圈1施加正逆方向的直流電源7的電壓V_dc，且藉由高速地切換開關，也能夠平均來說對線圈施加中間電壓。同樣地，連接於各線圈的兩端的開關構成全橋電路，因此藉由圖1的驅動電路，能夠與例如專利文獻1記載的習知的全橋電路同樣地，對線圈施加振福的最大電壓在-V_dc至+V_dc之間的範圍的交流電壓。當然，因為控制的動子的動作，也會有對某個線圈只施加交流的正側或負側的電壓的情況。

另一方面，比較開關的數量的話，習知技術的各個線圈連接1個全橋電路，需要線圈數量的4倍的開關的數量，相對於此，實施型態1的線性馬達的驅動裝置中，能夠以(線圈數量+1)×2的開關來組成。例如，圖1所示的線圈數是6的情況下，習知的全橋電路中需要24個開關，對此，圖1的電路中能夠以14個開關構成驅動電路，可知開關數量能夠大幅削減。

接著，說明實施型態1的線性馬達的驅動裝置的動作。圖3為顯示包含動子9的實施型態1的線性馬達的驅動裝置的架構的方塊圖。圖3中，顯示線性馬達的動子9具備永久磁鐵磁極(N極、S極)的例子，藉由這個動子9的位置、速度以及想讓它產生的推力，施加於各線圈1~6的電壓變化。圖3中，開關11a及開關11b合起來標記成半橋11，其他的半橋12~17也同樣地標記。

為了控制線性馬達而施加於各個線圈1、2、3、4、5、6的各個施 加電壓指令以v₁*、v₂*、v₃*、v₄*、v₅*、v₆*來表示。開關控制器8根據這些施加電壓指令v₁*~v₆*算出開關訊號g₁₁、g₁₂、g₁₃、g₁₄、g₁₅、g₁₆、g₁₇，並輸出到各半橋11~17。各半橋在開關訊號是1時導通上側開關，中斷下側開關，在開關訊號是0時反過來中斷上側開關，導通下側開關。

圖4顯示實施型態1的線性馬達的驅動裝置的開關控制器8的構造。對各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*會被輸入到半橋輸出電壓運算器81，被內部的加法器換算成以下式子所表示的各半橋輸出電壓指令v₁₁*、v₁₂*、v₁₃*、v₁₄*、v₁₅*、v₁₆*、v₁₇*。施加電壓指令假設定義成線圈右側端子為+側，線圈左側端子為-側。在此，6個線圈的串聯體的一端所連接的半橋11(也稱為第1半橋)的半橋輸出電壓指令v₁₁*會作為基準電壓而設定0。另外，施加電壓指令是根據相對各線圈的動子的位置、速度、流過線圈的希望電流值等，使用線性馬達的特性參數，就每一個線圈算出。假設算出的施加電壓指令為v₁*~v₆*。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*

v₁₃*=v₁₂*+v₂*

v₁₄*=v₁₃*+v₃*

v₁₅*=v₁₄*+v₄*

v₁₆*=v₁₅*+v₅*

v₁₇*=v₁₆*+v₆*

這些半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*會被調變率運算器82乘上各自的增益2/V_dc倍，而算出各半橋的調變率m₁₁~m₁₇。在此，V_dc是直流電源7所輸出的對各半橋的施加電壓。

載波產生器84產生進行脈衝幅度調變的載波c，例如三角波，在 圖4的情況下，因為與調變率運算器82的增益的關係，這個三角波會在-1~1之間變化。比較器83比較從調變率運算器82輸入的各半橋調變率m₁₁~m₁₇、以及從載波產生器84輸入的載波c之間的大小，當調變率比較大的情況下將1作為開關訊號g₁₁~g₁₇輸出到各半橋，當載波比較大的情況下將0作為開關訊號g₁₁~g₁₇輸出到各半橋。

如圖3所示地，動子以一定速度在線圈1~3上移動的情況下，將動子9的永久磁鐵磁束在線圈上產生的感應電壓的波形顯示於圖5。圖5中，線圈1的感應電壓以v₁，線圈2的感應電壓以v₂，線圈3的感應電壓以v₃表示，橫軸表示時刻t的經過。圖3所示的線性馬達中，動子9的磁極間距(N極中央及S極中央之間的距離)與獨立捲繞的鄰接的各線圈之間的距離相等，因此如圖5所示，假設動子9通過某個線圈時產生的感應電壓是正弦波1週期，鄰接的線圈的感應電壓成為這個正弦波的相位移動180°的波形。

此時，例如為了使動子9不產生推力，將流過各線圈的電流設定為0即可，為此只要對各線圈施加與感應電壓相等的電壓即可。在這個情況下，圖5的時刻t1中，各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*如下。雖然未在圖5顯示，但在時刻t1的線圈4、5、6的施加電壓全部為0。

v₁*=a

v₂*=-a

v₃*=0

v₄*=0

v₅*=0

v₆*=0

這個施加電壓指令被輸入到開關控制器8的半橋輸出電壓運算器 81，而算出以下的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=a

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=0

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=0

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=0

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=0

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

圖6以波形顯示上述說明的驅動裝置的開關動作的一例。調變率運算器82從各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*算出半橋調變率m₁₁~m₁₇，比較器83藉由這個調變率及載波來產生開關訊號g₁₁~g₁₇。這個開關訊號驅動各半橋，在圖3所示的半橋輸出點的電壓v₁₁~v₁₇被施加到線圈1~6的兩端。圖6顯示了各半橋輸出點的電壓，但施加到各線圈的電壓是連接到線圈兩端的半橋輸出的電壓差，如圖6所示的線圈施加電壓v₁、v₂，平均上相當於各線圈施加電壓指令的電壓被施加，線圈3、4、5、6的線圈兩端的半橋輸出點的電壓相同，因此線圈施加電壓是0。在上述說明中，說明了使產生於動子9的推力為0的情況，但也能夠藉由操作各線圈的施加電壓指令，使動子9產生希望的推力，或者是使其進行希望的動作。以上的說明中，說明了對-V_dc~+V_dc之間的中間電壓的產生，進行三角波的脈衝寬度調變的方法，但當然，使用除此之外的電壓產生方法也會具有效果。

藉由以上的動作，實施型態1的線性馬達的驅動裝置，比起例如專利文獻1所記載的習知的使用全橋電路的驅動裝置，大幅地減少了必要的開關數，且與習知的全橋電路同樣地，能夠對各線圈施加具有最大到直流電源的電 壓大小的+或-的任意的電壓。藉此，能夠實現一種線性馬達的驅動裝置，減少了驅動電路的大小和成本，且也具有與習知技術相同的控制的自由度。

[實施型態2]

圖7為顯示實施型態2的線性馬達的驅動裝置的架構的方塊圖，顯示了驅動2個動子9a、9b的情況的例子。圖7所示的位置有動子9a、9b，各自以一定的速度往箭頭方向移動，且動子9a是以動子9b的一半的速度移動的情況下，動子的永久磁鐵磁束在線圈產生的感應電壓的波形會顯示於圖8。圖8中，線圈1的感應電壓為v₁，線圈2的感應電壓為v₂，線圈3的感應電壓為v₃，線圈4的感應電壓為v₄，線圈5的感應電壓為v₅，線圈6的感應電壓為v₆。圖7所示的線性馬達中，動子的磁極間距與各線圈間距離的關係與圖3相同，以一定速度運動的動子所產生的感應電壓在鄰接的線圈形成正弦波的相位移動180°的波形，且該正弦波的振幅與動子的移動速度成比例。圖8中，動子9b在線圈產生的感應電壓的振幅以a表示。

此時，為了例如動子9a、9b不產生推力，使流過各線圈的電流為0即可，也就是對各線圈施加與感應電壓相等的電壓即可。在這個情況下，圖8的時刻t2中，各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*如以下所示。

v₁*=a/2

v₂*=-a/2

v₃*=0

v₄*=0

v₅*=a

v₆*=-a

這個施加電壓指令會被輸入到開關控制器8的半橋輸出電壓運算器81，算出以下的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=a/2

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=0

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=0

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=0

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=a

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

依照以上的各半橋輸出電壓指令，與實施型態1同樣地，藉由開關控制器8產生的訊號使各半橋11~17動作，將希望的電壓施加到各線圈。以上的說明中，說明了使發生於動子9a、9b的推力為0的情況，但也能夠藉由操作各線圈的施加電壓指令，使動子9a、9b產生希望的推力，或者是進行希望的動作。另外，上述說明的例子中，說明了動子2個，線圈6個的情況，但當然更多動子及線圈的組合也能夠動作。也就是，在對應到串聯的線圈的串聯體的位置存在至少2個動子的情況下，包括各線圈的施加電壓指令來進行控制，能夠使複數的動子進行希望的動作。

藉由以上的動作，實施型態2的線性馬達的驅動裝置，比起例如專利文獻1所記載的習知的驅動裝置，大幅地減少了必要的開關數，且動子動作的控制自由度高，與習知的電路同樣地，能夠使複數的動子進行希望的動作。藉此，能夠減少了驅動電路的大小和成本，並實現與習知技術相同的功能。

[實施型態3]

圖9顯示實施型態3的線性馬達的驅動裝置的半橋輸出電壓運算器81的內部構造，除此之外的部分與實施型態1及2相同。為了顯示圖9所示的半橋輸出電壓運算器81的效果，首先說明本申請案的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的特 性。如實施型態1中所說明，圖3所示的動子9的磁極間距(N極中央及S極中央之間的距離)與獨立纏繞的鄰接的各線圈之間的距離相等的線性馬達中，動子9以固定速度在線圈上移動的情況下，動子9的永久磁鐵磁束對各線圈產生如圖5所示的感應電壓，藉此在時刻t1所需的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*重述如下。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=a

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=0

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=0

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=0

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=0

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

這個時刻t₁是各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差成為最大的一點，各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值為a，最小值為0，在這個情況下可知半橋輸出電壓指令偏向正側。半橋輸出電壓指令偏向會使得調變率的絕對值變大。圖6所示的載波及調變率的關係中，當調變率變得比載波的峰值1大或比-1小，半橋輸出電壓就不會追隨調變率，而變得無法輸出正確的電壓。

為了修正半橋輸出電壓指令的偏向來最大限度確保半橋輸出電壓，不對半橋輸出電壓指令的基準v₁₁*給予0的基準電壓，而是給予適當的值即可。例如v₁₁*~v₁₇*的最大值為a，最小值為0，所以這個最大值及最小值的平均是a/2，然後將抵銷該平均的值-a/2作為修正的基準電壓，重新給予半橋輸出電壓指令的基準v₁₁*即可。藉此修正的修正半橋輸出電壓指令v₁₁**~v₁₇**如下。 藉由以上的處理，如以下的結果能夠理解，一邊維持線圈施加電壓指令v₁*~v₆*，一邊將半橋輸出電壓指令的最大值修正為a/2，最小值修正為-a/2，消除半橋輸出電壓指令的偏向。

v₁₁**=-a/2

v₁₂**=v₁₁**+v₁*=a/2

v₁₃**=v₁₂**+v₂*=-a/2

v₁₄**=v₁₃**+v₃*=-a/2

v₁₅**=v₁₄**+v₄*=-a/2

v₁₆**=v₁₅**+v₅*=-a/2

v₁₇**=v₁₆**+v₆*=-a/2

現在說明圖9所示的加入這個修正機能的實施型態3的半橋輸出電壓運算器81的動作。首先使第1半橋輸出電壓指令v₁*為0，加法器從各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*，依序算出修正前的半橋輸出電壓指令v₁₂*~v₁₇*，電壓修正器85從這些半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*算出適當的修正半橋輸出電壓指令v₁₁**，根據作為這個修正的基準電壓的修正半橋輸出電壓指令v₁₁**，加法器依序算出修正半橋輸出電壓指令v₁₂**~v₁₇**並輸出。

在此，說明線性馬達的動子的磁極間距及各線圈間距離的關係所影響的各線圈感應電壓波形的變化。圖5所示的電壓波形，在動子的磁極間距以及獨立纏繞的鄰接的各線圈間的距離相等的線性馬達的情況下，是鄰接的線圈間正弦波的相位移動180°的波形。與圖5不同，磁極間距是鄰接的各線圈的距離的1.5倍的情況下的各線圈的感應電壓波形的例子顯示於圖10。在這個情況下的時刻t3的修正前的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*如下。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=a/2

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=0

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=0

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=0

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=0

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

又，磁極間距是鄰接的各線圈的距離的2倍的情況下的各線圈的感應電壓波形的例子顯示於圖11。在這個情況下的時刻t₄的修正前的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*如下。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=a/√2

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=2a/√2

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=a/√2

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=0

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=0

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

又，磁極間距是鄰接的各線圈的距離的3倍的情況下的各線圈的感應電壓波形的例子顯示於圖12。在這個情況下的時刻t₅的修正前的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*如下。

v₁₁*=0

v₁₂*=v₁₁*+v₁*=√3a/2

v₁₃*=v₁₂*+v₂*=√3a

v₁₄*=v₁₃*+v₃*=0

v₁₅*=v₁₄*+v₄*=√3a/2

v₁₆*=v₁₅*+v₅*=0

v₁₇*=v₁₆*+v₆*=0

如圖5所示，動子的磁極間距與鄰接的線圈之間的距離相等的情況下，各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差等於各線圈的感應電壓振幅a。又，如圖10所示，動子的磁極是鄰接的線圈之間的距離的1.5倍的情況下，各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差等於各線圈的感應電壓振幅a。在這個情況下，使用實施型態3中具備電壓修正器85的半橋輸出電壓運算器81的話，直到母線電壓V_dc變得與線圈感應電壓振幅a相等為止，半橋輸出電壓會追蹤調變率，而做正確的電壓輸出。這等於全橋電路能夠施加給線圈的電壓範圍。就算複數的動子移動，當動子的移動方向相同的話，如實施型態2所示，必要的各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差，會與最高速移動的動子的感應電壓振幅a一致，因此電壓輸出不會變困難。另外，如果動子往反方向移動的情況下，各個感應電壓的符號變成相反，這將限制輸出電壓範圍，但從實際的裝置運動來看，不太可能發生複數的動子在由有限數量的線圈組成的同一軌道上朝反方向高速運動，實際上並不會形成限制。

相對於此，如圖11所示，動子的磁極間距是鄰接的線圈之間的距離2倍的情況下，各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差是2a/√2。動子的磁極間距是鄰接的線圈之間的距離3倍的情況下，各半橋輸出電壓指令v₁₁*~v₁₇*的最大值及最小值的差是√3a，超過了各線圈的感應電壓振幅a。在這個情況下，本申請案的線性馬達的驅動裝置能夠正常運轉的各線圈的感應電壓振幅的範圍，會變得比習知的全橋電路小，產生例如動子的最大速度減小 等的運轉上的限制，特別是在動子的磁極間距是鄰接的線圈之間的距離3倍的情況下，相對於全橋電路來說，本申請案的線圈施加電壓範圍擴大的效果幾乎消失。這個運轉的限制會隨著動子的磁極間距相對鄰接的線圈之間的距離越大而越強，因此使用本申請案的線性馬達的驅動裝置的線性馬達中，動子的磁極間距是鄰接的線圈之間的距離1.5倍以下，考慮到成本及尺寸的優點的話也在2.5倍以下，在設計上較為妥當。

另外，關於本申請案的線性馬達的驅動裝置，也可以透過改變驅動電路與線圈的連接方法，來避免先前所述的半橋輸出電壓對動子運轉上的限制，例如顛倒相鄰的線圈的纏繞方向來顛倒產生的感應電壓的符號，或者是不按順序連接半橋及線圈而是交互連接相互之間有一定距離的線圈，來顛倒相鄰的半橋之間產生的線圈感應電壓的符號等。這樣的驅動電路與線圈的連接法中雖然減少了電壓的限制，但卻增加了流到半橋的電流，不過這能夠作為設計上的選項來使用。

藉由以上的作用，實施型態3的線性馬達的驅動裝置比起例如專利文獻1所記載的習知的驅動裝置，大幅削減了必要的開關數，且對於具有適合的設計條件的線性馬達，能夠對各線圈施加與習知的裝置相同或接近的電壓。藉此，能夠削減驅動裝置的大小、成本，且能夠實現與習知技術相同的功能。

[實施型態4]

圖13顯示實施型態4的線性馬達的驅動裝置的架構。除了圖3所示的架構外，本架構中具備電流感測器21~26以及電流控制器10。電流感測器21~26檢測出流過各線圈1~6的電流並輸出各線圈電流訊號i₁~i₆。電流控制器10根據各線圈電流指令i₁*~i₆*及各線圈的電流量測值i₁~i₆，算出往各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*。在此，藉由具有與圖3或圖7所示的開關控制器8相同功能的控制器88及電流控制器10，構成開關控制器80。線圈電流指令i₁*~i₆*是為了控制動子9 產生的推力、動子位置及速度，而由上位的控制器(未圖示)給出。在根據各個線圈1~6，為了使各線圈電流指令i₁*~i₆*與各線圈的電流測量值i₁~i₆一致，而操作並控制施加電壓指令v₁*~v₆*這樣的控制器群中，電流控制器10例如是一種電流回授控制器，其針對每個線圈電流算出電流指令及電流測量值的偏差，並透過比例積分控制器輸出各線圈的施加電壓指令。

圖14將電流感測器21~26的電流檢出對象從各線圈1~6變更成各半橋11~16的輸出電流，各電流感測器21~26會輸出各半橋電流訊號i₁₁~i₁₆。各半橋電流訊號i₁₁~i₁₆會輸入線圈電流運算器101，算出並輸出各線圈的電流測量值i₁~i₆。在此，具有與圖3或圖7所示的開關控制器8相同功能的控制器88、電流控制器10以及線圈電流運算器101，構成開關控制器80。圖15顯示線圈電流運算器101的內部構造。因為各線圈1~6及半橋11~16的連接關係，由以下的式子從各半橋電流訊號i₁₁~i₁₆計算出各線圈的電流測量值i1~i6。

i₁=i₁₁

i₂=i₁+i₁₂

i₃=i₂+i₁₃

i₄=i₃+i₁₄

i₅=i₄+i₁₅

i₆=i₅+i₁₆

如上述，從半橋電流訊號算出線圈電流測量值，因此變得不需要在驅動電路內進行線圈之間的連接，能夠削減連接驅動電路及線圈的端子。另外，取代如圖14所示將各電流感測器設置到半橋電路的輸出，而在各半橋及直流電源的-側端子之間的連接部插入電流檢出用阻抗來檢測電流，並透過半橋電路的開關，在線圈連接到直流電源的-側端子的位置進行電流檢出。使用這 種方式的話，使用直流電源的-側端子做為共通電位的電壓訊號來獲得與半橋電流訊號同等的訊號，因此能夠以更低廉的零件來實現相同的性能。

藉由以上作用，實施型態4的線性馬達的驅動裝置中，依照電流指令控制各線圈電流與指令值一致，因此能夠更高精度地控制線性馬達。又，藉由使用從各半橋電路輸出電流算出各線圈電流的線圈電流運算器，能夠一邊削減驅動電路與線圈之間的連接端子，一邊實現與例如專利文獻1所記載的習知方式同樣的功能。

另外，上述各實施型態的開關控制器8，具體來說如圖16所示，具備CPU(Central Processing Unit)等的運算處理裝置801、與運算處理裝置801交換資料的儲存裝置802、在運算處理裝置801與外部之間輸出入訊號的輸出入介面803等。作為運算處理裝置801，可以具備ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、以及各種的訊號處理電路等。又，作為運算處理裝置801，也可以具備複數個相同種類的、不同種類的，分擔執行各處理。作為儲存裝置802，具備能夠從運算處理裝置801讀出及寫入資料的RAM(Random Access Memory)、能夠從運算處理裝置801讀出資料的ROM(Read Only Memory)等。作為輸出入介面803，例如是由用來將各線圈的施加電壓指令v₁*~v₆*或者是電流指令i₁*~i₆*輸入到指令運算處理裝置801的介面，將來自電流感測器21~26的各線圈電流訊號i₁~i₆輸入到運算處理裝置801用的A/D轉換器、將驅動訊號輸出到各開關元件用的驅動電路等所組成。

本申請案記載了各式各項的例示的實施型態及實施例，但1個或複數的實施型態中記載的各種特徵、態樣及機能並不限定於特定的實施型態中使用，也能夠單獨或者做各種組合來使用於實施型態。因此，沒有例示的無數的變形例在本申請案說明書所揭露的技術範圍內被設想到。例如，包括變形至 少1個組成要素的情況、追加的情況或省略的情況，甚至也包括將至少1個組成要素抽出並與其他實施型態的組成要素結合的情況。

1,2,3,4,5,6:線圈

7:直流電源

8:開關控制器

9:動子

11,12,13,14,15,16,17:半橋

g₁₁,g₁₂,g₁₃,g₁₄,g₁₅,g₁₆,g₁₇:開關訊號

v₁*,v₂*,v₃*,v₄*,v₅*,v₆*:施加電壓指令

v₁₁,v₁₂,v₁₃,v₁₄,v₁₅,v₁₆,v₁₇:電壓

Claims (16)

1. 一種線性馬達的驅動裝置，包括： 定子，由複數的線圈排列配置的定子； 半橋，比該線圈的個數多1個，並由複數的開關的串聯體所構成， 該複數的線圈電性串聯，這個串聯的線圈的串聯體的兩端、以及各線圈之間的連接點，分別連接到不同的該半橋的輸出點，而各個該半橋的兩端連接到直流源，對各線圈施加交流電壓， 該線性馬達的驅動裝置更包括： 半橋輸出電壓運算器，根據施加到該複數的線圈的每一者上的電壓的各施加電壓指令，運算求出各個該半橋的輸出電壓指令；以及 開關控制器，使用該半橋輸出電壓運算器所求出的對各個該半橋的半橋輸出電壓指令，求出控制各個該半橋開關的開關訊號，來控制全部的該半橋的開關的驅動。
2. 如請求項1的線性馬達的驅動裝置，其中該各施加電壓指令會以電壓波形的形式給出。
3. 如請求項1的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器使用各施加電壓指令，從該線圈的串聯體的一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令開始，依序求出各個該半橋輸出電壓指令。
4. 如請求項3的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器將該線圈的串聯體的一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令設定為基準電壓，使用該各施加電壓指令，依序求出從連接到該半橋的該線圈的另一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令，到該線圈的串聯體的另一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令為止的各個該半橋輸出電壓指令。
5. 如請求項4的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器將該基準電壓設定為0。
6. 如請求項4的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器，會根據將該基準電壓設定為0所求出的各個該半橋輸出電壓指令當中絕對值最大的輸出電壓，來修正該基準電壓，並求出各個該半橋輸出電壓指令。
7. 如請求項2的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器使用各施加電壓指令，從該線圈的串聯體的一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令開始，依序求出各個該半橋輸出電壓指令。
8. 如請求項7的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器將該線圈的串聯體的一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令設定為基準電壓，使用該各施加電壓指令，依序求出從連接到該半橋的該線圈的另一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令，到該線圈的串聯體的另一端所連接的半橋的半橋輸出電壓指令為止的各個該半橋輸出電壓指令。
9. 如請求項8的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器將該基準電壓設定為0。
10. 如請求項8的線性馬達的驅動裝置，其中該半橋輸出電壓運算器，會根據將該基準電壓設定為0所求出的各個該半橋輸出電壓指令當中絕對值最大的輸出電壓，來修正該基準電壓，並求出各個該半橋輸出電壓指令。
11. 如請求項1至10任一項的線性馬達的驅動裝置，其中該各施加電壓指令是根據流過該各線圈的電流的測量值、針對該各線圈的各個電流指令而產生。
12. 如請求項1至10任一項的線性馬達的驅動裝置，其中該定子的線圈的個數在4以上。
13. 如請求項11的線性馬達的驅動裝置，其中該定子的線圈的個數在4以上。
14. 一種線性馬達，包括： 如請求項1至13任一項的線性馬達的驅動裝置； 動子，與該定子之間具有間隔並設置成可動的動子， 其中該動子的磁極間距是該定子上的鄰接的線圈間距離的2.5倍以下。
15. 一種線性馬達，包括： 如請求項1至13任一項的線性馬達的驅動裝置； 動子，與該定子之間具有間隔並設置成可動的動子， 其中該各施加電壓指令包括在對應到該線圈的串聯體的位置存在至少2個動子的情況下的各施加電壓指令。
16. 如請求項15的線性馬達，其中該動子的磁極間距是該定子上的鄰接的線圈間距離的2.5倍以下。

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