WO2017006744A1 - モータシステム及びこれを備える機器 - Google Patents

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WO2017006744A1
WO2017006744A1 PCT/JP2016/068025 JP2016068025W WO2017006744A1 WO 2017006744 A1 WO2017006744 A1 WO 2017006744A1 JP 2016068025 W JP2016068025 W JP 2016068025W WO 2017006744 A1 WO2017006744 A1 WO 2017006744A1
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WO
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winding
mover
phase
lower arms
motor system
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/068025
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English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　尚礼
恵理 丸山
康明 青山
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type

Definitions

  • the present invention relates to a motor system and a device including the motor system.
  • Patent document 1 is disclosing the structure which floats the shaft 2 using the magnetic bearing 4 (FIG. 1).
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which currents applied to electromagnets 6 and 7 are controlled by six transistors (switching elements) (FIGS. 1 and 2). The electromagnets 6 and 7 are paired with the iron core 9 interposed therebetween (0008).
  • Patent Document 1 does not describe anything about a configuration in which the shaft 2 is stably levitated and reciprocated, or a specific aspect of the attitude control of the shaft.
  • the present invention made in view of the above circumstances includes a power conversion unit including first, second, and third upper and lower arms in which switching elements are connected in series, a first winding that receives the output of the power conversion unit, and a second winding
  • An armature having a winding
  • a mover having a permanent magnet, the mover having a first relative to the armature according to a magnetic flux generated by the first winding and the second winding.
  • the first winding and the second winding are opposed to each other with a gap in the second direction, and are motor systems located on one side and the other side of the mover, respectively.
  • the power conversion unit can independently control outputs to the first winding and the second winding.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of a linear motor system according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of an armature according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the plane A-A ′ of FIG. 2.
  • FIG. The figure which shows the relationship between the electric current of the linear motor of Example 1, and a magnetic levitation force.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a linear motor using a full bridge circuit that can be employed as an example of the power conversion unit of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a voltage command value generator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a voltage amplitude generator according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 6 is a perspective view of an armature according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of an armature according to a second embodiment. The figure showing the connection relation of the winding of the linear motor of Example 2.
  • FIG. 6 is a perspective view of an armature according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a hermetic compressor according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of a hermetic compressor according to a third embodiment.
  • FIG. Configuration diagram of electric element and full bridge circuit according to embodiment 3 Simplified winding connection diagram showing windings connected in series in FIG. 29 as one.
  • the longitudinal cross-sectional view of the refrigerator which is an example of the apparatus which mounts a linear motor or a hermetic compressor.
  • the various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other.
  • a plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. It is allowed that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps a part of another component, and the like.
  • the thrust of the motor system can be controlled while detecting the presence or absence of the eccentricity of the mover or the amount of eccentricity using the armature connected to the power conversion circuit.
  • the number of switching elements required for this detection and control can be reduced.
  • it is applicable not only to a linear motor system but to a rotary motor system using the same components as the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a linear motor system 100.
  • the linear motor system 100 includes a linear motor control device 101 and a linear motor 104.
  • the linear motor control device 101 includes a position detection unit 106, an eccentricity / tilt detector 135, a control unit 102, and a power conversion circuit 105.
  • the up-down direction and the front-rear direction shown in FIG. 1 are for use in explaining the positional relationship of the components of the linear motor 104.
  • the position detection unit 106 detects the relative position in the front-rear direction of the mover 6 with respect to an armature 9 described later.
  • the eccentricity / tilt detector 135 detects the relative position of the movable element 6 with respect to the armature 9 in the vertical direction (hereinafter referred to as an eccentricity amount) and the inclination of the movable element 6 with respect to the front-rear direction.
  • the control unit 102 outputs an output voltage command value to the power conversion circuit 105 or a drive signal (pulse signal) for driving the power conversion circuit 105 according to the detection results of the position detection unit 106 and the eccentricity / tilt detector 135. To do.
  • the power conversion circuit 105 is an example of a power conversion unit that converts the voltage of the DC voltage source 120 and outputs an AC voltage. Note that a DC current source may be used instead of the DC voltage source 120.
  • the linear motor 104 in FIG. 1 is a schematic side sectional view.
  • the linear motor 104 has a mover 6 that can move relative to the armature 9 in the front-rear direction.
  • Each of the armatures 9 has magnetic poles 7 that are opposed to each other in the vertical direction through a gap.
  • the mover 6 is disposed in this gap.
  • the armature 9 can apply a vertical force (hereinafter referred to as a levitation force) to the mover 6 in addition to a longitudinal force (hereinafter referred to as a thrust).
  • the thrust is controlled so that the mover 6 reciprocates in the front-rear direction, and the levitation force using magnetic force so that the mover 6 is held in the gap (hereinafter referred to as magnetic levitation force).
  • magnetic levitation force can be controlled.
  • a magnetic levitation force can be applied so that the mover 6 floats between the two magnetic poles 7 in consideration of gravity.
  • the mover 6 has one or more flat permanent magnets 2 magnetized in the vertical direction.
  • the permanent magnet 2 has at least permanent magnets 2a and 2b facing the armature 9, and has a main surface (a surface having a large surface area with respect to the permanent magnet 2.
  • the a ⁇ b plane is disposed so as to face the magnetic pole 7.
  • the permanent magnets 2a and 2b are arranged such that the N pole and the S pole are alternately arranged.
  • the two permanent magnets 2a and 2b are arranged in the front and back with magnetizations in opposite directions. Has been placed. That is, the permanent magnet 2a is arranged with the S pole as the upper surface, and the permanent magnet 2b is arranged with the N pole as the upper surface.
  • the control unit 102 can output a drive signal so that the mover 6 is reciprocated in a range where one or both of the permanent magnets 2 a and 2 b face the armature 9. Since the thrust applied to the mover 6 is small at the position where the permanent magnets 2a and 2b are substantially opposed to the armature 9, the mover can be effectively applied to the mover 6 even in such a case.
  • An external mechanism including an elastic body such as a spring connected to 6 may be provided, and the movable element 6 may be returned. The elastic body should just give a thrust according to the front-back direction position of the needle
  • FIG. 2 is a perspective view of the armature 9, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2 and 3 also show the permanent magnet 2 disposed on the mover 6.
  • the arrow lines in FIG. 3 show an example of magnetic flux lines when a current is passed through one or both of the two windings 8. The direction of the flow of magnetic flux is not limited to that shown in the figure because it can be reversed depending on the direction of the current flowing through the winding 8.
  • the armature 9 has a magnetic pole 7.
  • the magnetic pole 7 is positioned on the outer side in the left-right direction of the upper magnetic pole teeth 70u, the upper magnetic pole teeth 70u wound with the upper winding 8u, the lower magnetic pole teeth 70d wound with the lower winding 8d, and the upper magnetic pole teeth 70u and It has an iron core 7e extending in the vertical direction that connects the lower magnetic pole teeth 70d.
  • the mover 6 is disposed in a gap between two opposing magnetic pole teeth 70 (an upper magnetic pole tooth 70u and a lower magnetic pole tooth 70d).
  • the distance between the two magnetic pole teeth 70 in the vertical direction can be made smaller than the length in the horizontal direction of the permanent magnet 2.
  • two opposing magnetic pole teeth 70 are referred to as a magnetic pole tooth set.
  • One or two or more armatures 9 may be arranged in the front-rear direction, for example, and a magnetic or non-magnetic spacer may be provided between the armatures 9.
  • the number of armatures 9 is arbitrary
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the thrust received by the mover 6 due to the magnetization of the magnetic pole teeth 70.
  • the polarities of the magnetic pole teeth 70 generated by the current flowing through the winding 8 are represented by “N” and “S” written in the vicinity of the magnetic pole teeth 70 in the drawing.
  • FIG. 5 is a diagram showing the connection relationship of the windings 8 provided in the magnetic pole tooth set.
  • the winding 8 is indicated by a circuit symbol of “inductance”, and the polarity of the magnetic pole teeth 70 is the same as in FIG. “N” and “S” written in the vicinity of the winding 8.
  • the white arrow in FIG. 5 represents the current flowing through the winding 8.
  • one direction of the current flowing through the winding 8 is called “positive” and the other is called “negative”.
  • magnetic flux can be supplied to the magnetic circuit including the two magnetic poles 7 to magnetize the magnetic pole tooth set.
  • an alternating voltage such as a sine wave voltage or a rectangular wave voltage as the voltage or current
  • a thrust for reciprocating the mover 6 can be applied. Thereby, the movement of the mover 6 can be controlled.
  • various known synchronous motor control methods can be employed, for example.
  • each armature 9 faces one or more permanent magnets 2a and 2b through the reciprocation.
  • the reciprocating motion of the mover 6 does not necessarily need to move until the permanent magnets 2a and 2b face the armature 9.
  • the polarity of the winding 8 can be controlled to be different from the polarity of the nearest permanent magnet 2. It is movable by controlling the polarity of the magnetic pole teeth 70 in accordance with the angle formed by the center position of the permanent magnet 2 and the center line of the armature 9 at each time (relative position in the front-rear direction of the armature 6 and the armature 9). Thrust can be given to the child 6.
  • each winding 8 is provided such that the two magnetic pole teeth 70 of the magnetic pole tooth set have opposite polarities when a common-mode current is applied.
  • FIG. 4A when the upper magnetic pole tooth 70u is magnetized to the S pole and the lower magnetic pole tooth 70d is magnetized to the N pole by a positive current, the magnetic pole teeth are aligned with respect to the center line of the magnetic pole set.
  • the mover 6 receives thrust in the left direction of the page.
  • FIG. 4B a force is applied in the right direction on the paper surface.
  • the two windings 8 wound around the two magnetic pole teeth 70 of the magnetic pole tooth group are formed on different upper and lower arms (first and second upper and lower arms), respectively. Further, the other ends of the two windings 8 are connected to the same upper and lower arms (third upper and lower arms), and two windings 8 positioned opposite to each other with a gap interposed therebetween are connected in parallel.
  • an in-phase current can be passed through the two windings 8.
  • the switching duty of the upper and lower arms to which one end of the two windings 8 is connected is substantially the same.
  • the eccentricity can be controlled by making the switching duty of the first and second upper and lower arms different.
  • FIG. 6 conceptually shows the relative current magnitude by the width of the arrow, and the relative magnetization strength by the magnitudes of “N” and “S” in the vicinity of the winding 8. ing.
  • the voltage output to the two opposing windings 8 can be controlled, and the thrust and magnetic levitation force on the mover 6 can be controlled. That is, for example, the control of the synchronous motor is employed to synchronize the front-rear direction position of the mover 6 and the phase of the AC voltage, and when the mover 6 is decentered, information on the front-rear direction position of the mover 6 is obtained. Can be used to control the magnitude of the voltage applied to the upper winding 8u and / or the lower winding 8d. When one end of each of the two windings 8 is connected to the same upper and lower arms, the currents flowing through the coils 8u and 8d are substantially equal to each other, but the eccentricity can still be controlled to a certain degree.
  • FIG. 7A shows the relationship between the current applied to the armature 9 and time
  • FIG. 7B shows the relationship between the relative position of the mover 6 and the armature 9 in the front-rear direction and time.
  • the point in time when the center point of the permanent magnet 2 a of the mover 6 and the center point of the armature 9 coincide with each other in the front-rear direction is set to zero.
  • thrust applied to the mover 6 can be controlled by changing the amplitude of the applied current or voltage. For example, when the amplitude of the applied current or voltage is increased, the amplitude in the front-rear direction of the mover 6 can be increased.
  • the mover 6 substantially cancels the force in the up-down direction when the mover 6 is at the center position in the up-down direction of the air gap (referred to as an axial center in this specification). it can.
  • the mover 6 deviates from the axial center in the vertical direction (referred to as eccentricity in the present specification)
  • the mover 6 approaches the upper magnetic pole tooth 70u or the lower magnetic pole tooth 70d, but is controlled as described above.
  • the magnetic levitation force can be controlled so as to compensate the eccentricity and maintain the movable element 6 at the axial center.
  • the magnetic pole teeth 70 are magnetic bodies, a magnetic attractive force that attracts the permanent magnet 2 works.
  • the two magnetic pole teeth 70 are arranged opposite to each other via the mover 6, the resultant magnetic attractive force acting on the mover 6 can be reduced.
  • the eccentricity / tilt detector 135 estimates the amount of eccentricity and the eccentric direction (upward or downward) of the mover 6 from the detected circulating current. This estimation method will be described on the assumption that the difference in impedance between the two windings 8 provided in the magnetic pole tooth set is zero.
  • FIG. 8 is a schematic diagram in which a full bridge circuit 126 that can be adopted as an example of the power conversion circuit 105 is connected to the linear motor 104.
  • one end of the two windings 8 may not necessarily be connected to different upper and lower arms (first and second upper and lower arms) as shown in FIG.
  • One end of the two windings 8 may be connected to the same upper and lower arm.
  • one end of the two windings 8 is connected to the first upper and lower arms, and the other end of the two windings 8 is connected to the third upper and lower arms.
  • the full bridge circuit 126 switches the DC voltage source 120 in accordance with the drive signal input by the control unit 102 and outputs a voltage to the linear motor 104.
  • the full bridge circuit 126 includes four switching elements 122, a first upper and lower arm (hereinafter referred to as a U phase) having switching elements 122a and 122b connected in series, and a third upper and lower arm having switching elements 122e and 122f. It constitutes an arm (hereinafter referred to as W phase).
  • the DC voltage source 120, the U phase and the W phase are connected in parallel, and a shunt resistor 125, which is an example of a current detection unit, is connected between the low voltage side of the DC voltage source 120 and the lower arm of each phase. Yes.
  • the DC voltage of the DC voltage source 120 can be converted into an AC voltage or the like and output to the winding 8.
  • a DC current source may be used instead of the DC voltage source 120.
  • the switching element 122 for example, a semiconductor switching element such as IGBT or MOS-FET can be employed. In the case where the switching element 122 is an IGBT, it is preferable to include a reflux diode.
  • Two opposing windings 8u and 8d connected to the full bridge circuit 126 are connected in parallel.
  • One end of each of the two windings 8 of the magnetic pole group is electrically connected between the switching elements 122a and 122b constituting the U phase.
  • the other ends of the two windings 8 are electrically connected between the switching elements 122e and 122f constituting the W phase. For this reason, a closed loop including two windings 8 is formed.
  • the upper winding 8 u is also referred to as a coil Uu
  • the lower winding 8 d is also referred to as a coil Ud.
  • FIG. 9 is a diagram showing an eccentric movable element 6, and FIG. 10 is a diagram showing an induced electromotive force in the case of eccentricity as shown in FIG. 9.
  • ⁇ is the gap length between the surface of the permanent magnet 2 and the magnetic pole teeth 70 in a state where the mover 6 is in the axial center
  • Z 1 — 2 is the impedance of the closed circuit through which the circulating current I CIR, u flows.
  • the circulating current I CIR by detecting or estimating the u, can be determined displacement amount A.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the voltage flowing through the coil Uu and the coil Ud and the induced electromotive force ⁇ E. It can be seen that the phases of both are substantially equal.
  • a movable current is detected. 6 eccentricities can be detected.
  • a mechanism capable of controlling the levitation force on the mover 6 with higher accuracy can be prepared in accordance with the detected eccentricity of the mover 6.
  • the mechanism for applying the levitation force may be a mechanism using a three-phase inverter 121, which will be described later, or may be levitated by mechanically applying a force to the mover 6.
  • FIG. 5 an example of the power conversion circuit when one end of each of the two windings 8 is connected to different upper and lower arms is shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram in which another example of the power conversion circuit 105 is connected to the linear motor 104.
  • the power conversion circuit 105 includes a three-phase inverter 121, a DC voltage source 120, a gate driver circuit 123, and a shunt resistor 125.
  • the three-phase inverter 121 has six switching elements 122, a first upper and lower arm (U phase) having switching elements 122a and 122b, and a second upper and lower arm (hereinafter referred to as V phase) having switching elements 122c and 122d.
  • the third upper and lower arms (W phase) having switching elements 122e and 122f are connected in series to form three upper and lower arms.
  • the DC voltage source 120, U phase, V phase and W phase are connected in parallel, and a shunt resistor 125 is connected between the low voltage side of the DC voltage source 120 and the lower arm of each phase.
  • connection point located between the two switching elements 122 of each phase is wired and electrically connected to the winding 8 of the magnetic pole tooth set of the linear motor 104.
  • the connection point of the U phase located between the two switching elements 122a and 122b is one end of the upper winding 8u
  • the connection point of the V phase located between the two switching elements 122c and 122d is the lower winding 8d.
  • a W-phase connection point located between the two switching elements 122e and 122f is electrically connected to the other ends of the upper winding 8u and the lower winding 8d, respectively.
  • the switching element 122 can perform a switching operation according to the pulsed drive signals (124a to 124f) output from the gate driver circuit 123 based on the voltage command value generated by the control unit 102. As will be described later, the magnetic levitation force on the mover 6 can be effectively controlled by making the duty ratios of the switching operations of the U phase and the V phase different.
  • the power conversion circuit 105 has a second upper and lower arm (hereinafter referred to as V phase) having switching elements 122 c and 122 d.
  • a circuit such as a three-phase inverter circuit having a current detection unit such as a shunt resistor 125 and three upper and lower arms for detecting the currents of the coils Uu and Ud, the circulating current is detected. 6 as well as the eccentricity of the mover 6 can be controlled.
  • the current detection unit By adding a current sensor (current detection unit) that detects the current flowing through the winding 8, the amount of circulating current can be detected.
  • a current sensor composed of a current transformer, a shunt resistor, a Hall element, etc. can be added to the U phase and V phase of the power conversion circuit 105 as shown in FIG.
  • the circulating current can be detected by comparing or taking the difference between the current detection values at the timing when the U-phase and V-phase switching states are the same.
  • the voltage induced by the magnetic flux of the permanent magnet is the same for each coil when the mover 6 is in the axial center at the same timing when the switching states of the U phase and the V phase are the same. Does not occur.
  • the current detection values of the U phase and the V phase are the same value.
  • the mover 6 when the mover 6 is eccentric, a potential difference ⁇ E is generated between the two coils, and even if the same voltage is output from the U phase and the V phase due to the influence (even if the switching states of the U phase and the V phase are the same), A difference occurs in the current detection values of the U phase and the V phase.
  • a current detection unit may be provided for the W phase, it may be calculated from Kirchhoff's law using current information of the U phase and the V phase.
  • a shunt resistor 125 can be added between any two of the lower arms 122b, 122d, and 122f and the low voltage side of the DC voltage source 120. From the viewpoint of ease of control, it is preferable that the resistance value attached to each arm is equal. Therefore, the shunt resistor 125 is provided in all the arms, or two shunt resistors are provided, and the lower arm of the remaining phase has substantially the same value. A resistor should be provided.
  • the shunt resistor 125 is not necessarily attached to the lower arm, and may be added to each phase upper arm as shown in FIG.
  • FIG. 13 shows a drive signal generation method using a standard triangular wave comparison method.
  • FIG. 13 shows an AC voltage command value and a triangular wave carrier signal for generating a drive signal. The two are compared, and the upper arm drive signal Gp and the lower arm drive signal Gn are generated as shown in the figure, depending on the magnitude relationship.
  • the switching element 122 of the upper and lower arms may be short-circuited. Therefore, the dead time (several microseconds to ten microseconds) in which both the upper and lower arms are actually switched off. Add a few microseconds) to make the final drive signal.
  • this assumption does not affect the essence of the control of the thrust to the mover 6 and the magnetic levitation force described above. Of course, it is good also as a structure which added the dead time.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the details of one period of the triangular wave carrier signal of FIG.
  • the voltage command value of each phase in FIG. 14 is shown as a constant value during one period of the triangular wave carrier signal, and the gate signal shows only the drive signal of the upper arm of each phase.
  • a drive signal for each phase is generated based on the magnitude relationship between the triangular wave carrier signal and each phase voltage command value.
  • the sections are divided according to the combination of each phase drive signal, that is, the state of the switching element of each phase, and are referred to as sections A to G, respectively.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state and a current path of each basic switching element 122 in thrust control. The arrows in the figure indicate the direction of current.
  • FIG. 15 will be described with reference to FIG. FIG. 15A corresponds to the section A and the section G in FIG. Similarly, FIG. 15B corresponds to section B and section F, FIG. 15C corresponds to section C and section E, and FIG. 15D corresponds to section D.
  • FIG. 15 is a diagram in which shunt resistors are added to the lower arms of the U phase and the V phase.
  • the U-phase and V-phase currents are detected at the timing shown in FIG. 15D, and the circulating current can be detected from the difference between the currents.
  • the eccentric amount of the mover 6 can be estimated.
  • the wiring can be simplified.
  • FIG. 16 is a configuration example of the control unit 102 of the present embodiment.
  • the control unit 102 receives a position detection value by the position detection means 106, an eccentricity or inclination value by the eccentricity / inclination detector 135, and a phase current detection value.
  • the three-phase voltage command value created by the voltage command value generator 103 described later is input to the PWM signal generator 133, and the voltage command value of each phase is compared with the triangular wave carrier signal as illustrated in FIG.
  • the six drive signals for the upper and lower arms of each phase are output.
  • FIG. 17 is a configuration example of the voltage command value generator 103.
  • the voltage amplitude generator 131 generates a voltage amplitude command value from the thrust command value or position command value given from the host control (not shown) and the phase current detection value.
  • the proportional-integral-derivative controller 133 outputs a magnetic levitation force voltage command value Vs * for controlling the magnetic levitation force based on the value of the eccentricity or inclination by the eccentricity / inclination detector 135.
  • the AC voltage command value generator 132 inputs the voltage amplitude command value and the magnetic levitation force voltage command value Vs *, and as shown in equations (3) to (5), three-phase The sine wave voltage command value (Vu *, Vv *, Vw *) is output. As is apparent from the equation (5), the W phase has a waveform that is 180 degrees out of phase with the other two phases.
  • the U phase and the V phase have the same voltage command value.
  • the line voltage between the W phase and the other two phases is sinusoidal.
  • positive and negative thrusts are applied to the mover 6 and it can be driven in the front-rear direction.
  • the magnetic levitation force voltage command value Vs * is non-zero, the magnetic levitation force can be applied together with the thrust.
  • FIG. 18 is a configuration example of the voltage amplitude generator 131.
  • the phase current command value is obtained by dividing the thrust command value by the thrust constant KN.
  • current control is performed by a current controller composed of a proportional-plus-integral controller and the like, and the voltage amplitude command value Vm * is generated by multiplying the resistance set value of the linear motor 104 .
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of each phase voltage command value, time change of magnetic levitation force and thrust.
  • the magnetic levitation force applied to the mover 6 is changed at the timing indicated by arrows and Roman numerals in the figure. While an external force is not applied to the mover 6 and normal thrust control is performed, Vs * is zero, and the voltage command value of each phase is a sine wave or a rectangular wave. Until (i), the magnetic levitation force is zero because the U-phase and V-phase voltages are the same.
  • a thrust and a magnetic levitation force in a direction different from the timing (i) can be applied to the mover 6.
  • the magnitude relationship between the absolute values of the U-phase and V-phase voltage command values is opposite.
  • the control according to (ii) may be control according to the application of another external force after (i), or to suppress overshoot caused by the control according to the external force of (i). Control may also be used.
  • FIG. 20 is an example in which shunt resistors are added to the lower arm of the V phase and the DC side of the power conversion circuit.
  • FIG. 20 is a diagram showing the state and current path of each switching element 122 at the same timing as in FIG.
  • the current flowing through the single shunt resistor is equivalent to the U-phase current. Therefore, the difference between the current flowing through the V-phase lower arm in the section B or section F in FIG. 14 and the current flowing through the single shunt resistor in the section C or section E can estimate the circulating current. Since the single shunt resistor is provided for protecting the power conversion circuit, the effect of reducing the number of components can be obtained.
  • the configuration of the second embodiment can be the same as that of the first embodiment except for the following points.
  • the present embodiment with respect to the motor system, using the two magnetic pole tooth groups (four magnetic pole teeth) connected to the power conversion unit, the presence or absence of the eccentricity of the movable element or the amount of eccentricity is detected. Magnetic levitation force can be controlled. In addition, the number of switching elements required for this detection and control can be reduced. In addition, it is applicable not only to a linear motor system but to a rotary motor system using the same components as the present embodiment.
  • FIG. 21 is a perspective view of a configuration example of the armature 9a according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a side sectional perspective view of a configuration example of the armature 9a according to the second embodiment.
  • the armature 9a is constituted by two magnetic poles 7 arranged in front and rear and a bridge 10 inserted between the two magnetic poles 7.
  • the distance between the two magnetic poles 7 can be defined by the thickness of the bridge 10.
  • the bridge 10 may be a magnetic body or a non-magnetic body, but it is preferable to form the bridge with a magnetic body because a three-dimensional magnetic flux path described later can be formed. For this reason, below, the case where the bridge
  • the magnetic pole 7 has two magnetic pole teeth 70, and the two opposing magnetic pole teeth 70 are connected by an iron core 7e connecting the magnetic pole teeth.
  • Each magnetic pole tooth 70 is provided with a winding 8, and magnetism is generated in the magnetic pole tooth 70 by passing a current through the winding 8.
  • the upper winding 8 is referred to as windings 8a and 8c
  • the lower winding 8 is referred to as windings 8b and 8d.
  • the windings 8a, 8b, 8c, and 8d are defined as first, second, third, and fourth windings, respectively.
  • the windings 8 wound around the magnetic pole teeth 70 are connected so that the opposite or adjacent magnetic pole teeth 70 have different polarities and have the same polarity as the diagonally opposite magnetic pole teeth 70.
  • the opposite magnetic pole teeth 70 b have S poles adjacent to the S pole
  • the diagonally opposite magnetic pole teeth 70 c have N poles. ing.
  • the magnetic flux forms a loop that penetrates the upper and lower opposing magnetic pole teeth 70 and a loop that penetrates the iron core 7e that connects the magnetic pole teeth located on both sides.
  • This magnetic flux flow (loop) is in a plane perpendicular to the moving direction of the mover 6.
  • a magnetic flux flow (loop) as shown by a broken line arrow in the figure can be formed as shown in FIG.
  • a three-dimensional magnetic circuit By constructing a three-dimensional magnetic circuit in this way, magnetic flux saturation of the magnetic pole can be prevented. Accordingly, high thrust can be generated.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a winding connection method suitable for detecting eccentricity.
  • the other ends of the upper two windings 8a and one end of the winding 8c are connected in series, one end of the winding 8a is in the U phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8c is in W.
  • the other end of the lower two windings 8b and one end of the winding 8d are connected in series, one end of the winding 8b is in the V phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8d is in the W phase. It is connected.
  • This connection constitutes a parallel circuit vertically with the mover 6 in between.
  • a circulating current flows when the mover 6 is eccentric in the vertical direction. That is, the amount of eccentricity in the vertical direction can be detected from the circulating current, and the thrust in the front-rear direction and the magnetic levitation force in the vertical direction are applied to the mover 6 by controlling the U-phase and V-phase voltage command values. be able to.
  • FIG. 24 is a diagram showing a winding connection method suitable for detecting the inclination.
  • the other end of the rear two windings 8a and one end of the winding 8b are connected in series, one end of the winding 8a is the U phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8b is the W phase. It is connected to the.
  • the other end of the two front windings 8c and one end of the winding 8d are connected in series, one end of the winding 8c is connected to the V phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8d is connected to the W phase.
  • This connection forms a parallel circuit before and after the mover 6.
  • a circulating current flows when the mover 6 is tilted in the front-rear direction. That is, the amount of inclination of the mover 6 can be detected from the circulating current, and the U-phase and V-phase voltage command values are controlled to obtain the thrust in the front-rear direction and the magnetic levitation force for returning the inclination. Can be granted.
  • the winding connection method of FIG. 24 is particularly suitable for a configuration in which the mover 6 is cantilevered (a support mechanism is attached to one end).
  • FIG. 25 is a diagram showing a winding connection method suitable for detecting the inclination.
  • the other ends of the upper and lower windings 8a and one end of the winding 8d are connected in series, and one end of the winding 8a is connected to the U phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8d. Is connected to the W phase.
  • the other ends of the front upper and rear lower windings 8c and one end of the winding 8b are connected in series, one end of the winding 8c is in the V phase of the power conversion circuit, and the other end of the winding 8b is Connected to W phase.
  • This connection forms a parallel circuit at an angle of the movable element 6.
  • a circulating current flows when the mover 6 is tilted in the front-rear direction. That is, the tilt amount of the mover 6 can be detected from the circulating current, and the thrust in the front-rear direction and the magnetic levitation force in the tilt direction are applied to the mover 6 by controlling the U-phase and V-phase voltage command values. can do.
  • the winding connection method of FIG. 25 is particularly suitable when the end portion of the mover 6 is inclined with the center of the mover 6 as the center. For example, it is suitable for the case where the one end side and the other end side of the mover 6 are both free ends that are not supported.
  • Example 3 relates to a hermetic compressor equipped with a linear motor system 100.
  • Example 3 can be configured in the same manner as Example 1 or 2 except for the following points.
  • FIG. 26 is an example of a longitudinal sectional view of the hermetic compressor 50 having the linear motor 104.
  • the hermetic compressor 50 is a reciprocating compressor in which the compression element 20 and the electric element 30 are arranged in the hermetic container 3.
  • the compression element 20 and the electric element 30 are elastically supported in the sealed container 3 by a support spring 49. According to the present embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained. Even when the linear motor 104 is installed in the sealed container 3, the hermetic connector or hermetic seal has airtightness. The need for connectors can be reduced.
  • the compression element 20 includes a cylinder block 1 that forms a cylinder 1a, a cylinder head 16 that is assembled to an end face of the cylinder block 1, and a head cover 17 that forms a discharge chamber space.
  • the working fluid supplied into the cylinder 1a is compressed by the reciprocating motion of the piston 4, and the compressed working fluid is sent to a discharge pipe communicating with the outside of the compressor.
  • FIG. 27 is a perspective view of the hermetic compressor 50
  • FIG. 28 is a perspective view of a horizontal section of the hermetic compressor 50.
  • FIG. 28 and FIG. 29 show the closed container 3 omitted.
  • the movable element 6 is supported by connecting one piston 4 to one end of the movable element 6.
  • the compression element 20 is disposed at one end of the electric element 30, and the end frame 25 is disposed on the opposite side.
  • the cylinder block 1 and the end frame 25 have guide rods 24.
  • the mover 6 can reciprocate along the guide rod 24 when the magnetic levitation force is weak and it is difficult to hold the mover 6 in the gap. Providing the guide rod 24 can further suppress the mover 6 from coming into contact with the magnetic pole 7.
  • the guide rod 24 may be omitted.
  • FIG. 29 is a configuration diagram of the electric element 30 and the full bridge circuit 126 according to the third embodiment.
  • FIG. 30 is a simplified winding connection diagram showing the windings 8 connected in series in FIG. 29 as one.
  • the electric element 30 in FIGS. 29 and 30 can control the thrust of the mover and the magnetic levitation force while detecting the presence or absence of the eccentricity of the movable element by using six magnetic pole tooth groups (12 magnetic pole teeth). .
  • the power conversion circuit has a configuration of (N + 1) or more phases. Even in this case, the same effect as the present embodiment can be obtained. More specifically, when at least one phase winding is in parallel, the eccentricity and inclination of the mover 6 can be detected using the difference current. Further, when the power conversion circuit has the number of phases of (N + 1) or more, the eccentricity and inclination of the mover 6 can be controlled by controlling the output voltage to the upper winding 8u and the lower winding 8d.
  • the cylinder block 1 has the effect of positioning the piston as a result. Therefore, when the parallel phases are located far from the cylinder block 1, an effect of improving the detection accuracy of the eccentricity amount or the inclination can be obtained.
  • the armature to which the two windings 8 are connected in parallel can be set to a position closest to the X ( ⁇ 2) th of the cylinder blocks 1 or preferably the farthest among the N armatures.
  • FIG. 31 is a longitudinal sectional view of a refrigerator 60 which is an example of a device on which the linear motor 104 or the hermetic compressor 50 is mounted.
  • the hermetic compressor 50 has a linear motor 104 in the container.
  • the refrigerator 60 further includes a cooler 66, and is equipped with, for example, a refrigeration cycle using the refrigerant R600a.
  • the internal space consisting of the refrigerator compartment 62, the upper freezer compartment 63, the lower freezer compartment 64, and the vegetable compartment 65 is cooled by operating a refrigeration cycle (not shown) by driving the hermetic compressor 50.
  • the device on which the linear motor 104 or the hermetic compressor 50 can be mounted is not limited to a refrigerator, and can be applied to various devices such as room air conditioners and refrigerator air conditioners.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing procedures, and the like may be realized in hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • SYMBOLS 1 Cylinder block 1a ... Cylinder 2 ... Permanent magnet 3 ... Sealed container 4 ... Piston 6 ... Movable element 7 ... Magnetic pole 7e ... Iron core 8 which connects magnetic pole teeth ... Winding 9 ... Armature (armature, thrust supply part, levitation force) Supply department) DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Cylinder head 17 ... Head cover 20 ... Compression element 22 ... Top packing 23 ... Resonant spring 24 ... Guide rod 25 ... End frame 30 ... Electric element 40 ... Discharge valve device 49 ... Support spring 50 ... Sealed compressor 70 ... Magnetic pole tooth DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ...
  • Linear motor system 101 Linear motor drive device 102 ... Control part 104 ... Linear motor 105 ... Power conversion circuit (power conversion part) 121 ... Three-phase inverter 122 ... Switching element 125 ... Shunt resistor (current detection unit) 126 ... Full bridge circuit 131 ... Voltage amplitude generator 132 ... AC voltage command value generator 135 ... Eccentricity / tilt detector

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Abstract

少数のスイッチング素子を低減しつつ可動子の制御性を改善する。 スイッチング素子を直列に接続した第一、第二及び第三上下アームを備える電力変換部と、電力変換部の出力を受ける第一巻線及び第二巻線を有する電機子と、永久磁石を有する可動子と、を備え、可動子は、第一巻線及び第二巻線が生ずる磁束に応じて、電機子に対して第一の方向に相対移動可能であり、第一巻線及び第二巻線は、第二の方向に空隙を介して対向し、可動子の一方側及び他方側それぞれに位置するモータシステムであって、電力変換部は、第一巻線及び第二巻線それぞれへの出力を独立して制御可能。

Description

モータシステム及びこれを備える機器
　本発明は、モータシステム及びこれを備える機器に関する。
　特許文献１は、磁気軸受４を利用してシャフト２を浮上させる構成を開示している（図１）。
  特許文献２は、電磁石６，７に印加する電流を６つのトランジスタ（スイッチング素子）で制御する構成を開示している（図１，２）。電磁石６，７は、鉄心９を挟んで対になっている（０００８）。
特開平７－４７６３号公報 特開平８－１４５０５６号公報
　駆動中のシャフト（可動子）は往復動方向に直交する方向に変位又は傾くことがある。このため、何らかの姿勢制御を行わなければ、シャフトがステータ（固定子）に接触して破損等するおそれがある。しかし、特許文献１は、シャフト２を安定させて浮上させ、往復動させる構成や、シャフトの姿勢制御の具体的な態様について何ら記載していない。
　特許文献２の電磁石６，７は同じ座標軸上に働く第一の方向の力を制御しているが、鉄心９に付与する第一の方向の力の制御をトランジスタの使用数を低減しつつ実現し、かつ、鉄心９の第二の方向の位置を検出したり、鉄心９に付与する第二の方向の力を制御する構成について何ら記載していない。
　上記事情に鑑みてなされた本発明は、スイッチング素子を直列に接続した第一、第二及び第三上下アームを備える電力変換部と、該電力変換部の出力を受ける第一巻線及び第二巻線を有する電機子と、永久磁石を有する可動子と、を備え、前記可動子は、前記第一巻線及び前記第二巻線が生ずる磁束に応じて、前記電機子に対して第一の方向に相対移動可能であり、前記第一巻線及び前記第二巻線は、第二の方向に空隙を介して対向し、前記可動子の一方側及び他方側それぞれに位置するモータシステムであって、前記電力変換部は、前記第一巻線及び前記第二巻線それぞれへの出力を独立して制御可能なことを特徴とする。
実施例１のリニアモータシステムの構成の模式図。 実施例１の電機子の斜視図。 図２のＡ－Ａ’平面での断面図。 実施例１の可動子が受ける推力を示す図。 実施例１のリニアモータの巻線の接続関係を表す図。 実施例１のリニアモータの電流と磁気浮上力の関係を示す図。 実施例１のリニアモータの電流と推力の関係を示す図。 実施例１の電力変換部の一例として採用できるフルブリッジ回路を用いたリニアモータの模式図。 可動子が偏心した場合を示す図。 可動子の電気角位置に応じた誘導起電圧の一例を示す図。 実施例１の電力変換部の一例である電力変換回路をリニアモータに接続した模式図。 電力変換回路に設ける電流検出部の配置例を示す図。 ＰＷＭキャリア信号と電圧指令値との関係を示す図。 ＰＷＭキャリア信号と電流検出タイミングの関係を示す図。 実施例１の電力変換部の各スイッチング状態における電流経路を示す図。 実施例１の制御部の一例を示す図。 実施例１の電圧指令値作成器の一例を示す図。 実施例１の電圧振幅作成器の一例を示す図。 実施例１の（ａ）電力変換部の電圧指令値、（ｂ）電圧指令値による電圧に応じて生じる推力及び磁気浮上力、を示す図。 実施例１のシングルシャント抵抗を付加した場合の電流経路を示す図。 実施例２の電機子の斜視図。 実施例２の電機子の断面斜視図。 実施例２のリニアモータの巻線の接続関係を表す図。 実施例２のリニアモータの巻線の第２の接続関係を表す図。 実施例２のリニアモータの巻線の第３の接続関係を表す図。 実施例３の密閉型圧縮機の縦断面図。 実施例３の密閉型圧縮機の斜視図。 実施例４の密閉型圧縮機の水平断面の斜視図。 実施例３に係る電動要素とフルブリッジ回路の構成図 図２９の直列接続された巻線を１つとして表示した簡略巻線接続図 リニアモータ又は密閉型圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫の縦断面図。
　以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。
  各実施例では、説明の便宜のため、互いに直交する前後方向、上下方向及び左右方向という語を用いるが、重力方向は必ずしも上下方向と平行である必要はない。特に言及のない限り、重力方向は、上下方向、左右方向、前後方向又はその他の方向と平行にできる。
　本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
　本実施例によれば、モータシステムについて、電力変換回路に接続した電機子を用いて、可動子の偏心の有無又は偏心量を検知しつつ推力を制御できる。また、この検知及び制御に要するスイッチング素子の個数を低減できる。なお、本実施例と同様の構成要素を用いて、リニアモータシステムに限らず回転式モータシステムにも適用可能である。
　＜リニアモータ制御装置１０１＞
  図１は、リニアモータシステム１００の模式図である。リニアモータシステム１００は、リニアモータ制御装置１０１とリニアモータ１０４とから構成される。
　リニアモータ制御装置１０１は、位置検出部１０６と、偏心／傾き検出器１３５と、制御部１０２と、電力変換回路１０５と、を有する。図１中に示した上下方向及び前後方向は、リニアモータ１０４の構成要素の位置関係の説明に用いられるためのものである。
  位置検出部１０６は、後述する電機子９に対する可動子６の前後方向の相対位置を検出する。
  偏心／傾き検出器１３５は、電機子９に対する可動子６の上下方向の相対位置（以下、偏心量という。）や前後方向を軸とした場合の可動子６の傾きを検出する。
  制御部１０２は、位置検出部１０６や偏心／傾き検出器１３５の検出結果に応じて、電力変換回路１０５への出力電圧指令値、又は電力変換回路１０５を駆動するドライブ信号（パルス信号）を出力する。
  詳細は後述するが、電力変換回路１０５は、直流電圧源１２０の電圧を変換して交流電圧を出力する電力変換部の一例である。なお、直流電圧源１２０に代えて直流電流源を用いても良い。
　＜リニアモータ１０４＞
  図１中のリニアモータ１０４は、側面断面の模式図である。リニアモータ１０４は、電機子９に対して前後方向に相対移動可能な可動子６を有する。電機子９はそれぞれ、空隙を介して２つが上下方向に並んで対向する磁極７を有している。可動子６は、この空隙に配されている。
  電機子９は、可動子６に対して前後方向の力（以下、推力という。）に加えて上下方向の力（以下、浮上力という。）を付与できる。例えば、後述するように、可動子６が前後方向に往復動するように推力を制御し、可動子６が空隙に保持されるように磁力を利用した浮上力（以下、磁気浮上力という。）を制御できる。例えば下方向が重力方向下流と平行である場合、重力を考慮した上で可動子６が２つの磁極７の間に浮上するように磁気浮上力を付与できる。
　［可動子６］
  可動子６は、上下方向に磁化した平板状の永久磁石２を１つ又は２つ以上並べて有している。永久磁石２としては、少なくとも電機子９に対向する永久磁石２ａ，２ｂを有しており、主面（永久磁石２について表面積の大きい面。例えば、寸法ａ×ｂ×ｃ（但し、a＞ｂ＞ｃ）の直方体状の永久磁石２であれば、ａ×ｂの面。）が磁極７に対向するように配されている。なお、少なくとも永久磁石２ａ，２ｂの並びは、Ｎ極とＳ極が交互になるようにされており、本実施例では２つの永久磁石２ａ，２ｂが、互いに反対方向の磁化で前後に並んで配置されている。すなわち、永久磁石２ａは上面をＳ極、永久磁石２ｂは上面をＮ極として配されている。
　制御部１０２は、可動子６を永久磁石２ａ、２ｂの一方又は両方が電機子９に対向する範囲で往復動させるようにドライブ信号を出力できる。なお、永久磁石２ａ、２ｂが電機子９に略正対した位置では、可動子６に付与される推力が小さいため、そのような場合でも効果的に可動子６に推力を与えるべく、可動子６に接続されたばね等の弾性体を含む外部機構を設けて、可動子６が戻される機構としても良い。弾性体は、可動子６の前後方向位置に応じて、推力を与えることができればよい。
　［電機子９］
  図２は電機子９の斜視図、図３は図２のＡ－Ａ’線に沿った平面での断面図である。図２，３には、可動子６に配した永久磁石２も示している。図３の矢印線は、２つの巻線８の一方又は両方に電流を流したときの磁束線の一例を示している。磁束の流れの向きは、巻線８に流れる電流の向きにより逆方向になり得るため、図に示す限りではない。
　電機子９は、磁性体の磁極７を有している。磁極７は、上側巻線８ｕを巻回した上側磁極歯７０ｕと、下側巻線８ｄを巻回した下側磁極歯７０ｄと、磁極歯７０の左右方向外側に位置し、上側磁極歯７０ｕ及び下側磁極歯７０ｄを繋ぐ、上下方向に延びる鉄心７ｅとを有している。可動子６は、対向する２つの磁極歯７０（上側磁極歯７０ｕ及び下側磁極歯７０ｄ）の間の空隙に配されている。２つの磁極歯７０の上下方向の間隔は、永久磁石２の左右方向の長さより小さくできる。以下、対向する２つの磁極歯７０を、磁極歯組と呼ぶ。
  なお、電機子９を１つ又は２つ以上例えば前後方向に並べ、任意で電機子９同士の間に磁性体や非磁性体のスペーサを設けてもよい。電機子９の数は１以上の任意である。
　［可動子６に付与する推力及び磁気浮上力］
  図４は磁極歯７０の磁化により可動子６が受ける推力を説明する図である。巻線８に流れる電流により生じる磁極歯７０の極性を、図中の磁極歯７０近傍に記した「Ｎ」、「Ｓ」で表している。図５は、磁極歯組に設けた巻線８の接続関係を表した図であり、巻線８を「インダクタンス」の回路記号で示し、磁極歯７０の極性を図４と同様に、図中の巻線８近傍に記した「Ｎ」、「Ｓ」で表している。図５の白抜き矢印は巻線８を流れる電流を表している。ここで、巻線８に流す電流の方向の一方を「正」と、他方を「負」と呼ぶことにする。
　巻線８に電圧や電流を印加することで、２つの磁極７を含む磁気回路に磁束を供給して、磁極歯組を磁化できる。電圧や電流として、例えば正弦波電圧や矩形波電圧といった交流電圧を与えることで、可動子６を往復動させる推力を与えることができる。これにより可動子６の運動を制御できる。巻線８に与える電圧や電流については、例えば種々公知の同期式モータの制御方法を採用できる。
　推力を前後方向交互に印加して可動子６を往復動させる場合、それぞれの電機子９は、往復動を通じて１つ又は２つ以上の永久磁石２ａ，２ｂに対向する。なお、可動子６の往復運動は必ずしも永久磁石２ａ，２ｂが電機子９に対向するまで移動する必要はない。また、巻線８の極性は、最も近い永久磁石２の極性に対して異極となるように制御できる。それぞれの時刻で永久磁石２の中心位置及び電機子９の中心線が成す角度（可動子６と電機子９の前後方向の相対位置）に応じて磁極歯７０の極性を制御することで、可動子６に推力を与えることができる。また、各巻線８の巻方向は、同相電流が印加されたときに、磁極歯組の２つの磁極歯７０が互いに逆の極性になるように設けられている。
  図４（ａ）に例示するように、正の電流により上側の磁極歯７０ｕがＳ極、下側の磁極歯７０ｄがＮ極に磁化したとき、磁極歯組の中心線に対して、磁極歯組に対向する永久磁石２ｂの中心線が紙面右側に位置していると、可動子６は紙面左方向に推力を受ける。同様に、図４（ｂ）の場合は紙面右方向に力を受ける。
　磁極歯組の２つの磁極歯７０に巻かれた２つの巻線８は、図５に示すように、２つの巻線８の一端それぞれが異なる上下アーム（第一、第二の上下アーム）に接続し、さらに２つの巻線８の他端それぞれが同じ上下アーム（第三の上下アーム）に接続するとともに、空隙を挟んで対向に位置する２つの巻線８が並列接続している。第一、第二の上下アームから略同じ電圧を印加することにより、２つの巻線８に同相の電流を流すことができる。言い換えると、２つの巻線８の一端が接続されている上下アームのスイッチングデューティは略同じである。ここで、例えば第一、第二の上下アームそれぞれのスイッチングデューティを異なるものにすることで、偏心を制御できる。
　例えば、永久磁石２ｂが磁極歯７０に対向する時刻に可動子６が偏心した場合を考える。可動子６が下方向に偏心した場合、図６（ａ）に示すように、コイル８ｄよりも大きい電圧をコイル８ｕに印加する。すると、コイル８ｕに流れる電流の方が大きくなり、相対的に上側の磁極歯７０ｕの磁化が強くなる。これにより、空隙の上下で磁束のアンバランスが生じ、磁束密度の高い方に可動子６は吸引される。すなわち、可動子６に磁気浮上力を付与できる。同様に、可動子６が上方向に偏心した場合、図６（ｂ）に示すように、コイル８ｄに流れる電流の方を大きくすることで、可動子６を下方向に吸引できる。
　次に、永久磁石２ａが磁極歯７０に対向する時刻に可動子６が偏心した場合を考える。公知の同期式モータの制御を採用すれば、このとき、巻線８に流れる電流は、永久磁石２ｂが磁極歯７０に対向するときと逆方向になっている。可動子６が下方向に偏心した場合、図６（ｃ）に示すように相対的にコイル８uに大きい電流を流し、可動子が上方向に偏心した場合、図６（ｄ）に示すように相対的にコイル８ｄに大きい電流を流す。
　なお、図６は、相対的な電流の大小を矢印の幅で、相対的な磁化の強さを巻線８近傍に示した「Ｎ」、「Ｓ」の大きさで、それぞれ概念的に示している。
　以上のように、合計３つの上下アームを用いることで、対向する２つの巻線８に出力する電圧を制御でき、可動子６への推力及び磁気浮上力を制御できる。すなわち、例えば同期式モータの制御を採用して、可動子６の前後方向位置と交流電圧の位相を同期させるとともに、可動子６の偏心が生じた場合は、可動子６の前後方向位置の情報を利用して上側巻線８ｕ及び／又は下側巻線８ｄに印加する電圧の大きさを変える制御を行える。
  なお、２つの巻線８の一端を同一の上下アームに接続した場合は、コイル８ｕ，８ｄに流れる電流は互いに略等しくなるが、これでも偏心を一定程度制御し得る。
　図７（ａ）は電機子９に印加する電流と時間の関係、図７（ｂ）は可動子６及び電機子９の前後方向の相対位置と時間の関係を示す図である。図７では、可動子６の永久磁石２ａの中央点と、電機子９の中央点の前後方向位置が一致する時点をゼロとしている。巻線８に交流の電流あるいは電圧を印加することで、可動子６に推力を付与できる。なお、可動子６に付与する推力は、印加する電流あるいは電圧の振幅を変更することで制御できる。例えば、印加する電流或いは電圧の振幅を大きくすると、可動子６の前後方向振幅を大きくできる。
  磁極歯組はそれぞれ逆の極性になるため、可動子６が空隙の上下方向の中心位置（本明細書で、軸心という。）にある場合、可動子６は上下方向への力を略相殺できる。一方、可動子６が軸心から上下方向にずれる（本明細書で、偏心という。）と、可動子６は上側磁極歯７０ｕ又は下側磁極歯７０ｄに近づくが、上記のように制御することで、偏心を補償して可動子６を軸心に維持させるように磁気浮上力を制御できる。
　なお、磁極歯７０は磁性体であるため、永久磁石２を吸引する磁気吸引力がはたらく。本実施例では可動子６を介して２つの磁極歯７０を対向配置しているため、可動子６にはたらく磁気吸引力の合力を低減できる。
　［循環電流の検出による偏心の検出］
  偏心／傾き検出器１３５は、検出した循環電流から可動子６の偏心量と偏心方向（上方向か下方向か）を推定する。この推定方法について、磁極歯組に設けた２つの巻線８のインピーダンスの差を０と仮定して説明する。
　図８は、電力変換回路１０５の一例として採用できるフルブリッジ回路１２６をリニアモータ１０４に接続した模式図である。循環電流の検出は、図５に示したように２つの巻線８の一端が異なる上下アーム（第一及び第二上下アーム）に必ずしも接続していなくても良く、図８に示すように、２つの巻線８の一端が同一の上下アームに接続していてもよい。ここでは、２つの巻線８の一端は、第一上下アームに接続しており、２つの巻線８の他端が第三上下アームに接続しているとして説明する。
　フルブリッジ回路１２６は、制御部１０２により入力されたドライブ信号に応じて直流電圧源１２０をスイッチングして、リニアモータ１０４に電圧を出力する。フルブリッジ回路１２６は４つのスイッチング素子１２２を備えており、直列接続されたスイッチング素子１２２ａ，１２２ｂを持つ第一上下アーム（以下、Ｕ相という。）と、スイッチング素子１２２ｅ，１２２ｆを持つ第三上下アーム（以下、Ｗ相という。）とを構成している。直流電圧源１２０、Ｕ相及びＷ相は並列接続しており、直流電圧源１２０の低圧側と各相の下アームとの間には、電流検出部の一例であるシャント抵抗１２５が接続している。
　スイッチング素子１２２の導通状態（オン／オフ）を制御することにより、直流電圧源１２０の直流電圧を交流電圧等に変換して巻線８に出力できる。なお、直流電圧源１２０に代えて直流電流源を用いても良い。スイッチング素子１２２としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ－ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を採用できる。スイッチング素子１２２がＩＧＢＴの場合は還流ダイオードを備えていると好ましい。
　フルブリッジ回路１２６に接続した対向する２つの巻線８ｕ，８ｄは並列接続している。Ｕ相を構成するスイッチング素子１２２ａ，１２２ｂの間には、磁極歯組が有する２つの巻線８それぞれの一端が電気的に接続している。Ｗ相を構成するスイッチング素子１２２ｅ，１２２ｆの間には、２つの巻線８それぞれの他端が電気的に接続している。このため、２つの巻線８を含む閉ループが形成されている。以下、図８で例示するように、上側の巻線８ｕをコイルＵuと、下側の巻線８ｄをコイルＵｄとも呼ぶことにする。
　フルブリッジ回路１２６が電圧を出力すると、電流は２つの巻線８に略２等分されて流れる。コイルＵuに出力された電流をＩＵｕ、コイルＵｄに出力された電流をＩＵｄとすると、インピーダンスの差を０としていることから、可動子６が軸心にある場合、ＩＵｕ＝ＩＵｄとなる。可動子６が軸心にある状態では、各コイルＵに対して永久磁石２の磁束により誘起される電圧は同等となることから循環電流は発生しない。
　一方、可動子６が軸心からずれる（偏心する）と、永久磁石２からコイルＵ内部を通過する磁束が異なる値になる。このため、並列回路を構成している同相コイルＵ間に電位差ΔＥが発生し、これを打ち消すため閉ループに循環電流が発生して、ＩＵｕ≠ＩＵｄの関係となる。ここで、並列回路（コイルＵｕ、コイルＵｄで構成される回路）の循環電流をＩＣＩＲ,ｕとすれば、
　ＩＣＩＲ,ｕ＝（ＩＵｕ－ＩＵｄ ）／２　　　　　・・・（１）
の関係が成立する。
　［循環電流値と偏心量の関係］
  図９は偏心した可動子６を示す図、図１０は図９のように偏心した場合の誘導起電力を示す図である。可動子６が磁極歯組の空隙においてＡだけ偏心したときの循環電流ＩＣIR,Uは、定数α、κを用いて
　ακ（１／（δ―Ａ）－１／（δ＋Ａ））＝ＩＣＩＲ,ｕＺ１＿２＝ΔＥ・・・（２）
で与えられる。但し、δは可動子６が軸心にある状態における永久磁石２の表面と磁極歯７０との空隙長であり、Ｚ１_２は循環電流ＩＣIR,ｕが流れる閉回路のインピーダンスである。
　ここで、δ及びＺ１＿２は既知であるから、循環電流ＩＣＩＲ,ｕを検出又は推定することにより、変位量Ａを求めることができる。
　また、インピーダンスＺ１＿２は、電力変換部が出力する電圧の周波数ｆに略比例し、各コイルに誘起される電圧もｆに比例する。そのため、循環電流は周波数依存性がほとんどないといえる。そのため、低速回転領域でも高精度に変位量を推定することが可能となる。図１０は、コイルＵｕ、コイルＵｄに流れる電圧と、誘導起電力ΔＥの関係を示す図である。両者の位相は略等しいことが分かる。
　このように、コイルＵｕ及びＵｄそれぞれの電流を検出するシャント抵抗１２５等の電流検出部及び２つの上下アームを持つフルブリッジ回路１２６等の回路を利用することで、循環電流を検出して可動子６の偏心を検出できる。
　［検出した偏心量を利用した制御］
  フルブリッジ回路１２６を利用する場合、検出した可動子６の偏心量に応じて、可動子６への浮上力をより高精度に制御できる機構を別に用意しておくことができる。浮上力を付与する機構は、後述する３相インバータ１２１を用いた機構でも良いし、その他機械的に可動子６に力を与えることで浮上させるものでもよい。
　次に、図５に示した様に、２つの巻線８の一端をそれぞれ異なる上下アームに接続する場合の電力変換回路の一例を図１１に示す。
　図１１は、電力変換回路１０５の別の一例をリニアモータ１０４に接続した模式図である。電力変換回路１０５は、３相インバータ１２１、直流電圧源１２０、ゲートドライバ回路１２３、シャント抵抗１２５を有している。
  ３相インバータ１２１は、６つのスイッチング素子１２２を有しており、スイッチング素子１２２ａ，１２２ｂを持つ第一上下アーム（Ｕ相）と、スイッチング素子１２２ｃ，１２２ｄを持つ第二上下アーム（以下、Ｖ相という。）と、スイッチング素子１２２ｅ，１２２ｆを持つ第三上下アーム（Ｗ相）とのそれぞれが直列に接続されて３つの上下アームを構成している。直流電圧源１２０、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相は並列接続しており、直流電圧源１２０の低圧側と各相の下アームとの間にはシャント抵抗１２５が接続している。
　各相の２つのスイッチング素子１２２の間に位置する接続点は、リニアモータ１０４の磁極歯組の巻線８へ配線されて電気的に接続している。２つのスイッチング素子１２２ａ，１２２ｂの間に位置するＵ相の接続点は上側巻線８ｕの一端に、２つのスイッチング素子１２２ｃ，１２２ｄの間に位置するＶ相の接続点は下側巻線８ｄの一端に、２つのスイッチング素子１２２ｅ，１２２ｆの間に位置するＷ相の接続点は上側巻線８ｕ及び下側巻線８ｄの他端に、それぞれ電気的に接続している。
　スイッチング素子１２２は、制御部１０２で生成される電圧指令値を基に、ゲートドライバ回路１２３が出力するパルス状のドライブ信号（１２４ａ～１２４ｆ）に応じてスイッチング動作できる。後述するように、Ｕ相及びＶ相のスイッチング動作のデューティ比を異ならせることで、可動子６への磁気浮上力を効果的に制御できる。
  電力変換回路１０５には、図８のフルブリッジ回路１２６と比較して、スイッチング素子１２２ｃ，１２２ｄを持つ第二上下アーム（以下、Ｖ相という。）が追加されている。
　上側巻線８ｕの一端に接続するＵ相と、下側巻線８ｄの一端に接続するＶ相が存在するため、Ｕ相とＶ相が出力する電圧の大きさを異ならせることで、可動子６の偏心をより効果的に制御できる。
　このように、コイルＵｕ及びＵｄそれぞれの電流を検出するシャント抵抗１２５等の電流検出部及び３つの上下アームを持つ３相インバータ回路等の回路を利用することで、循環電流を検出して可動子６の偏心を検出するとともに、可動子６の偏心を制御できる。
　［電流検出部の種々の構成例］
  巻線８を流れる電流を検出する電流センサ（電流検出部）を付加することで、循環電流量を検出できる。例えば、図１１に示すように電力変換回路１０５のＵ相とＶ相に、カレントトランス、シャント抵抗、ホール素子等から成る電流センサを付加できる。Ｕ相およびＶ相スイッチング状態が同じ状態となっているタイミングの両者の電流検出値を比較あるいは差分を取ることで、循環電流を検出できる。前述の通り、Ｕ相およびＶ相のスイッチング状態が同じタイミングにおいて、可動子６が軸心にある状態では、各コイルに対して永久磁石の磁束により誘起される電圧は同等であるため、循環電流は発生しない。すなわち、Ｕ相およびＶ相の電流検出値は同値である。一方、可動子６が偏心すると、両コイルに電位差ΔＥが発生し、その影響により、Ｕ相およびＶ相から同じ電圧が出力されていても（Ｕ相およびＶ相のスイッチング状態が同じでも）、Ｕ相とＶ相の電流検出値に差が生じる。なお、Ｕ相またはＶ相と、Ｗ相の２相の電流検出値を用いて循環電流を検出することも可能である。このように、循環電流を検出することにより可動子６の偏心量を求める（推定する）ことが可能になるため、配線を簡素化できる効果がある。なお、Ｗ相にも電流検出部を設けても良いが、Ｕ相及びＶ相の電流情報を利用してキルヒホッフの法則から算出するようにしても良い。
　循環電流検出手段の別な構成例として、例えば、図１２に示すように、下アーム１２２ｂ，１２２ｄ、１２２ｆの何れか二つと直流電圧源１２０の低圧側との間にシャント抵抗１２５を付加できる。制御の行い易さの観点から、各アームに取付ける抵抗値を等しくすると好ましいため、シャント抵抗１２５を全てのアームに設けるか、二つにシャント抵抗を設け、残りの相の下アームに略同値の抵抗を設けると良い。シャント抵抗１２５は必ずしも下アームにつける必要は無く、図１２（ｂ）に示すように、各相上アームに付加しても良い。電力変換回路の各相アームにシャント抵抗を付加して電流検出を行う場合、各スイッチング素子１２２のオンオフ状態の影響を受けるため、ドライブ信号生成方法と共に説明する。
　［ドライブ信号］
  図１３に標準的な三角波比較方式によるドライブ信号の生成方法を示す。図１３は、交流の電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示している。両者を比較し、大小関係により図中のように上アームのドライブ信号Ｇｐおよび下アームのドライブ信号Ｇｎを生成する。
　ゲートドライバ回路１２３やスイッチング素子１２２自体の遅れに起因して、上下アームのスイッチング素子１２２が短絡する恐れがあるため、実際には上下アームの両方がスイッチングオフとなるデッドタイム（数マイクロ秒～十数マイクロ秒程度）を付加して最終的なドライブ信号とする。しかしながら、本明細書においては理想的なドライブ信号を仮定して示しているが、この仮定は上述した可動子６への推力や磁気浮上力の制御の本質に影響しない。もちろん、デッドタイムを付加した構成としてもよい。
　図１４は、図１３の三角波キャリア信号の１周期分の詳細を説明する図である。なお、簡略化のため、図１４の各相の電圧指令値は、三角波キャリア信号１周期中は一定値として示し、ゲート信号は各相の上アームのドライブ信号のみ示している。三角波キャリア信号と各相電圧指令値の大小関係により、各相のドライブ信号を生成する。各相ドライブ信号の組合せ、すなわち各相のスイッチング素子の状態に応じて区間を分け、それぞれ区間Ａ～区間Ｇと呼ぶ。
　［スイッチング状態に応じた電流の詳細］
  図１５は、推力制御における基本的な各スイッチング素子１２２の状態と電流経路を示す図である。図中の矢印は電流の向きを示している。図１４も参照しながら、図１５を説明する。図１５（ａ）は、図１４の区間Ａおよび区間Ｇに対応している。同様に、図１５（ｂ）は区間Ｂおよび区間Ｆ、図１５（ｃ）は区間Ｃおよび区間Ｅ、図１５（ｄ）は区間Ｄにそれぞれ対応している。
　図１５（ａ）および（ｄ）は、還流モードと言われているモードである。上下アームのいずれかにシャント抵抗を付加して電流検出を行う場合、この期間において電流検出を行うことで循環電流を検出できる。図１５はＵ相およびＶ相の下アームにシャント抵抗を付加した図である。この場合、図１５（ｄ）のタイミングで、Ｕ相およびＶ相の電流を検出し、両者の差電流から循環電流が検出でき、その結果、可動子６の偏心量を推定できる。
　このように、シャント抵抗を付加して循環電流を検出することにより可動子６の偏心量を求める（推定する）ことが可能になるため、配線を簡素化できる効果がある。
　［制御部］
  図１６は、本実施例の制御部１０２の構成例である。制御部１０２には、位置検出手段１０６による位置検出値と、偏心／傾き検出器１３５による偏心あるいは傾きの値と、相電流検出値を入力する。後に説明する電圧指令値作成器１０３で作成した３相の電圧指令値をＰＷＭ信号生成機１３３に入力し、図１４の説明の様に、各相の電圧指令値と三角波キャリア信号を比較して、各相上下アーム用の６つのドライブ信号を出力する。
　図１７は、電圧指令値作成器１０３の構成例である。電圧振幅作成器１３１は、図示はしていない上位制御から与えられる推力指令値または位置指令値と相電流検出値から、電圧振幅指令値を作成する。比例積分微分制御器１３３は、偏心／傾き検出器１３５による偏心あるいは傾きの値を基に、磁気浮上力を制御するための磁気浮上力電圧指令値Ｖｓ＊を出力する。
　交流電圧指令値作成器１３２は、電圧振幅指令値と磁気浮上力電圧指令値Ｖｓ＊を入力し、（３）式～（５）式のように、可動子の位置θｄに応じて３相の正弦波電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を出力する。（５）式から明らかなように、Ｗ相は、他の２相と１８０度位相がずれた波形となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、磁気浮上力電圧指令値Ｖｓ＊をゼロとした場合を考えると、Ｕ相とＶ相は同じ電圧指令値となる。このとき、Ｗ相と他の２相間の線間電圧は、正弦波状となる。正弦波電圧を巻線８に印加すると、正負の推力が可動子６に付与され、前後方向に駆動させることができる。一方、磁気浮上力電圧指令値Ｖｓ＊を非ゼロとすると、推力と共に磁気浮上力を与えることができる。
　図１８は、電圧振幅作成器１３１の構成例である。推力指令値を推力定数ＫＮで除することで相電流指令値を得る。相電流指令値と相電流検出値を用いて、比例積分制御器等から構成される電流制御器により電流制御を行い、リニアモータ１０４の抵抗設定値と乗じて電圧振幅指令値Ｖｍ＊を生成する。
　図１９は、各相電圧指令値と、磁気浮上力および推力の時間変化の例を示す図である。図中に矢印とローマ数字で示したタイミングで、可動子６に付与する磁気浮上力を変えている。可動子６に外力が加わらず、通常の推力制御をしている間は、Ｖｓ＊がゼロであり、各相の電圧指令値は正弦波や矩形波となっている。（ｉ）までは、Ｕ相とＶ相の電圧が同一であるため磁気浮上力がゼロである。
　例えば、（ｉ）のタイミングで可動子６に外力が加わり、下方向に偏心した場合、誘導起電力が変化して上側巻線８ｕに流れる電流と下側巻線８ｄに流れる電流とが変化する。これにより磁気浮上力電圧指令値Ｖｓ＊が非ゼロに変化し、Ｕ相とＶ相の電圧指令値が変化する。これにより、正（上方向）の磁気浮上力を付与することができる。なお、（３）～（５）式のように指令値を設定することで、Ｕ相とＶ相の平均電圧と、Ｗ相の電圧差を正弦波状で保てるため、正負の推力を継続的に可動子６に付与できる。すなわち、Ｖｓ＊に応じて、Ｕ相の電圧指令値を大きくするとともにＶ相の電圧指令値を同量小さくするように制御できる。
　一方、（ｉｉ）のタイミングで、（ｉ）のタイミングと異なる方向の推力および磁気浮上力を可動子６に付加することができる。（ｉ）と（ｉｉ）では、Ｕ相とＶ相の電圧指令値の絶対値の大小関係が反対になっている。（ｉｉ）の制御は、（ｉ）の後にさらに別の外力が付与されたことに応じた制御であっても良いし、（ｉ）の外力に応じた制御により生じるオーバーシュートを抑制するための制御であっても良い。
　このようにすることにより、任意の方向組合せの推力および磁気浮上力を可動子６に付与することができる。
　なお、図１９（ａ）の縦軸をドライブ信号のオンオフの比率（デューティ比）とみなしても問題ない。また、図１９の横軸は時間としているが、電気角位相あるいは前後方向変位とみなしても問題ない。
　本実施例では、各相の上下アームのいずれかにシャント抵抗を付加する例を示したが、例えば、電力変換回路の直流側に付加されるシングルシャント抵抗に流れる電流を用いても良い。図２０は、Ｖ相の下アームと、電力変換回路の直流側にシャント抵抗を付加した例である。図２０は、図１５（ｃ）と同じタイミングの各スイッチング素子１２２の状態と電流経路を示す図である。図から分かるように、シングルシャント抵抗に流れる電流は、Ｕ相の電流と等価である。したがって、図１４の区間Ｂまたは区間ＦにＶ相下アームに流れる電流と、区間Ｃまたは区間Ｅにシングルシャント抵抗に流れる電流の差が循環電流を推定することが可能である。シングルシャント抵抗は、電力変換回路の保護のためについているため、部品点数削減という効果が得られる。
　実施例２の構成は、以下の点を除き実施例１と同様にできる。本実施例によれば、モータシステムについて、電力変換部に接続した２つの磁極歯組（４つの磁極歯）を用いて、可動子の偏心の有無又は偏心量を検知しつつ可動子の推力及び磁気浮上力を制御できる。また、この検知及び制御に要するスイッチング素子の個数を低減できる。なお、本実施例と同様の構成要素を用いて、リニアモータシステムに限らず回転式モータシステムにも適用可能である。
［電機子９ａ］
　図２１は実施例２に係る電機子９ａの構成例の斜視図である。図２２は実施例２に係る電機子９ａの構成例の側面断面斜視図である。
　電機子９ａは、前後に並んだ２つの磁極７と、２つの磁極７の間に挿入されるブリッジ１０により構成される。２つの磁極７の間隔はブリッジ１０の厚みにて規定することができる。ブリッジ１０は、磁性体でも非磁性体でも良いが、ブリッジを磁性体で構成すると後述する立体的な磁束経路が成し得るため、好ましい。このため、以下ではブリッジ１０が磁性体である場合について説明する。
　磁極７は２つの磁極歯７０を有しており、この２つの対向した磁極歯７０は磁極歯をつなぐ鉄心７eによって接続している。各磁極歯７０には巻線８が設置されており、巻線８に電流を流すことにより磁極歯７０に磁性が生じる。以下、上側の巻線８を巻線８ａ，８ｃとし、下側の巻線８を巻線８ｂ、８ｄとする。また、巻線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄをそれぞれ、第一、第二、第三及び第四巻線と定義する。
　磁極歯７０に巻かれた各巻線８は、対向あるいは隣接する磁極歯７０の極性が異なり、斜向かいの磁極歯７０と同じ極性になるように、接続されている。例えば、図２２を参考にすると、磁極歯７０ａがＮ極の場合、対向する磁極歯７０ｂはＳ極と隣接する磁極歯７０ｃはＳ極、斜向かいの磁極歯７０ｃはＮ極ができるようになっている。
　各磁極歯７０の極性が上述したような関係となるように巻線８に電流を流すと、磁極７内には主に図２２に実線矢印で示すような磁束の流れが生じる。磁束は上下の対向する磁極歯７０内を貫通するループと、両側に位置している磁極歯をつなぐ鉄心７e内を貫通するループとなっている。この磁束の流れ（ループ）は可動子６の移動方向に対して直交する平面内である。
　本実施例ではブリッジ１０を磁性体とすることで、図２２に示すように図中破線矢印のような磁束の流れ（ループ）も構成することができる。このように立体的な磁気回路を構成することで、磁極の磁束飽和を防止することができる。したがって、高推力を発生することが可能になる。
　［巻線８の接続方法」
　図２３は、偏心を検出するのに好適な巻線接続方法を示す図である。図２３では、上側の２つの巻線８ａの他端と巻線８ｃの一端とが直列接続されるとともに、巻線８ａの一端が電力変換回路のＵ相に、巻線８ｃの他端がＷ相に接続されている。同様に、下側の２つの巻線８ｂの他端と巻線８ｄの一端とが直列接続され、巻線８ｂの一端が電力変換回路のＶ相に、巻線８ｄの他端がＷ相に接続されている。この接続は、可動子６を挟んで上下に並列回路を構成している。この場合は、可動子６が上下方向に偏心した時に循環電流が流れる。すなわち、循環電流から、上下方向の偏心量を検出できると共に、Ｕ相およびＶ相の電圧指令値を制御することで、前後方向の推力と上下方向の磁気浮上力とを可動子６に付与することができる。
　図２４は、傾きを検出するのに好適な巻線接続方法を示す図である。図２４では、後側の２つの巻線８ａの他端と巻線８ｂの一端とが直列接続され、巻線８ａの一端が電力変換回路のＵ相に、巻線８ｂの他端がＷ相に接続されている。同様に、前側の２つの巻線８ｃの他端と巻線８ｄの一端とが直列接続され、巻線８ｃの一端が電力変換回路のＶ相に、巻線８ｄの他端がＷ相に接続されている。この接続は、可動子６の前後で並列回路を構成している。この場合は、可動子６が前後方向に傾いた時に循環電流が流れる。すなわち、循環電流から、可動子６の傾き量を検出できると共に、Ｕ相およびＶ相の電圧指令値を制御することで、前後方向の推力と傾きを戻すための磁気浮上力とを可動子６に付与することができる。図２４の巻線接続方法は、特に可動子６が片持ちの（一端には支持機構が付いている）構成に特に好適である。
　図２５は、傾きを検出するのに好適な巻線接続方法を示す図である。図２５では、後上と前下の２つの巻線８ａの他端と巻線８ｄの一端とが直列接続され、巻線８ａの一端が電力変換回路のＵ相に、巻線８ｄの他端がＷ相に接続されている。同様に、前上と後下の２つの巻線８ｃの他端と巻線８ｂの一端とが直列接続され、巻線８ｃの一端が電力変換回路のＶ相に、巻線８ｂの他端がＷ相に接続されている。この接続は、可動子６の斜めで並列回路を構成している。この場合は、可動子６が前後方向に傾いた時に循環電流が流れる。すなわち、循環電流から、可動子６の傾き量を検出できると共に、Ｕ相およびＶ相の電圧指令値を制御することで、前後方向の推力と傾き方向の磁気浮上力とを可動子６に付与することができる。図２５の巻線接続方法は、特に可動子６の中央を中心として、可動子６の端部が傾く場合に特に好適である。例えば、可動子６の一端側と他端側がともに支持されない自由端の場合に好適である。
　実施例３は、リニアモータシステム１００を搭載した密閉型圧縮機に関する。実施例３は、以下の点を除き、実施例１又は２と同様の構成にできる。
　図２６は、リニアモータ１０４を有する密閉型圧縮機５０の縦断面図の一例である。密閉型圧縮機５０は、圧縮要素２０と電動要素３０とが密閉容器３内に配置するレシプロ圧縮機である。圧縮要素２０及び電動要素３０は支持ばね４９によって密閉容器３内に弾性的に支持されている。本実施例によれば、実施例１，２と同様の効果を奏することができ、また、密閉容器３にリニアモータ１０４を設置する場合でも、ハーメチックコネクタやハーメチックシールと呼ばれる、気密性を持ったコネクタの必要性を低減できる。
　圧縮要素２０はシリンダ１ａを形成するシリンダブロック１と、シリンダブロック１の端面に組み立てられるシリンダヘッド１６と、吐出室空間を形成するヘッドカバー１７とを備えている。シリンダ１a内に供給された作動流体はピストン４の往復動によって圧縮され、圧縮された作動流体は圧縮機外部に連通する吐出管へと送られる。
 図２７は密閉型圧縮機５０の斜視図、図２８は密閉型圧縮機５０の水平断面の斜視図である。図２８も図２９も密閉容器３を省略して示している。
　可動子６の片端には、１つのピストン４を連結して可動子６を支持している。電動要素３０の片端には圧縮要素２０を配置し、その反対側にはエンドフレーム２５を配置している。シリンダブロック１及びエンドフレーム２５はガイドロッド２４を有している。可動子６は、磁気浮上力が弱く、空隙に保持することが困難になった場合等に、ガイドロッド２４に沿って往復運動できる。ガイドロッド２４を設けることで、可動子６が磁極７と接触することをさらに抑制できる。ガイドロッド２４を省略してもよい。
　［電動要素３０］
  図２９は、実施例３に係る電動要素３０とフルブリッジ回路１２６の構成図である。図３０は、図２９の直列接続された巻線８を１つとして表示した簡略巻線接続図である。図２９および図３０の電動要素３０は、６つの磁極歯組（１２の磁極歯）を用いて、可動子の偏心の有無又は偏心量を検知しつつ可動子の推力及び磁気浮上力を制御できる。
　なお、電動要素の相数に制約は無く、Ｎ相のリニアモータの内、少なくとも１相の巻線が並列になっていて、電力変換回路が（Ｎ＋１）以上の相数の構成となっている場合においても本実施例と同じ効果を得ることができる。より具体的には、少なくとも１相の巻線が並列であると、差電流を利用して可動子６の偏心や傾きを検出できる。また、電力変換回路が（Ｎ＋１）以上の相数であると、上側巻線８ｕと下側巻線８ｄとへの出力電圧を制御して可動子６の偏心や傾きを制御できる。
　シリンダブロック１は、結果的にピストンを位置決めする効果を成す。したがって、並列になっている相がシリンダブロック１から遠くに位置すると、偏心量または傾きの検出精度向上という効果が得られる。例えば、２つの巻線８が並列接続する電機子を、Ｎ個の電機子のうち、シリンダブロック１からＸ（≧２）番目に近い位置にしたり、好ましくは最も遠い位置にできる。
　図３１は、リニアモータ１０４又は密閉型圧縮機５０を搭載した機器の一例である冷蔵庫６０の縦断面図である。密閉形圧縮機５０はリニアモータ１０４を容器内に有している。冷蔵庫６０はさらに冷却器６６を備え、例えば冷媒Ｒ６００ａを用いた冷凍サイクルを搭載している。冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５からなる庫内空間は、密閉形圧縮機５０の駆動により冷凍サイクル（不図示）を動作させることにより冷却される。
　リニアモータ１０４又は密閉型圧縮機５０を搭載可能な機器は冷蔵庫に限られず、ルームエアコンや冷凍機等の冷凍空調機器をはじめとする各種の機器に適用できる。
　本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。
１…シリンダブロック
１ａ…シリンダ
２…永久磁石
３…密閉容器
４…ピストン
６…可動子
７…磁極
７ｅ…磁極歯をつなぐ鉄心
８…巻線
９…電機子（電機子，推力供給部，浮上力供給部）
１６…シリンダヘッド
１７…ヘッドカバー
２０…圧縮要素
２２…トップパッキン
２３…共振ばね
２４…ガイドロッド
２５…エンドフレーム
３０…電動要素
４０…吐出弁装置
４９…支持ばね
５０…密閉型圧縮機
７０…磁極歯
１００…リニアモータシステム
１０１リニアモータ駆動装置
１０２…制御部
１０４…リニアモータ
１０５…電力変換回路（電力変換部）
１２１…３相インバータ
１２２…スイッチング素子
１２５…シャント抵抗（電流検出部）
１２６…フルブリッジ回路
１３１…電圧振幅作成器
１３２…交流電圧指令値作成器
１３５…偏心／傾き検出器

Claims (10)

  1. 　スイッチング素子を直列に接続した第一、第二及び第三上下アームを備える電力変換部と、
    　該電力変換部の出力を受ける第一巻線及び第二巻線を有する電機子と、
    　永久磁石を有する可動子と、を備え、
    　前記可動子は、前記第一巻線及び前記第二巻線が生ずる磁束に応じて、前記電機子に対して第一の方向に相対移動可能であり、
    　前記第一巻線及び前記第二巻線は、第二の方向に空隙を介して対向し、前記可動子の一方側及び他方側それぞれに位置するモータシステムであって、
    　前記電力変換部は、前記第一巻線及び前記第二巻線それぞれへの出力を独立して制御可能なことを特徴とするモータシステム。
  2. 　前記電力変換部は、
    　交流電圧又は交流電流を出力して、第一の方向の力である推力を前記可動子に付与し、
    　前記第一巻線及び前記第二巻線の一方又は両方への出力電圧又は出力電流の大きさの制御を通じて、前記可動子に付与する第二の方向の力である磁気浮上力を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
  3. 　前記第一巻線の一端を前記第一上下アームに電気的に接続し、
    　前記第二巻線の一端を前記第二上下アームに電気的に接続し、
    　前記第一巻線及び前記第二巻線の他端を前記第三上下アームに電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータシステム。
  4. 　前記可動子に対して、前記第一巻線と同一側に位置する第三巻線と、
    　前記可動子に対して、前記第二巻線と同一側に位置する第四巻線と、を有し、
    　前記第一巻線の一端を前記第一上下アームに電気的に接続し、
    　前記第二巻線の一端を前記第二上下アームに電気的に接続し、
    　前記第三巻線の他端及び前記第四巻線の他端を前記第三上下アームに接続し、
    　前記第一巻線の他端を前記第三巻線の一端に電気的に接続し、
    　前記第二巻線の他端を前記第四巻線の一端に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータシステム。
  5. 　前記可動子に対して、前記第一巻線と同一側に位置する第三巻線と、
    　前記可動子に対して、前記第二巻線と同一側に位置する第四巻線と、を有し、
    　前記第一巻線の一端を前記第一上下アームに電気的に接続し、
    　前記第三巻線の一端を前記第二上下アームに電気的に接続し、
    　前記第二巻線の他端及び前記第四巻線の他端を前記第三上下アームに接続し、
    　前記第一巻線の他端を前記第二巻線の一端に電気的に接続し、
    　前記第三巻線の他端を前記第四巻線の一端に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータシステム。
  6. 　前記可動子に対して、前記第一巻線と同一側に位置する第三巻線と、
    　前記可動子に対して、前記第二巻線と同一側に位置する第四巻線と、を有し、
    　前記第一巻線の一端を前記第一上下アームに電気的に接続し、
    　前記第三巻線の一端を前記第二上下アームに電気的に接続し、
    　前記第二巻線の他端及び前記第四巻線の他端を前記第三上下アームに接続し
    　前記第一巻線の他端を前記第四巻線の一端に電気的に接続し、
    　前記第二巻線の他端を前記第三巻線の一端に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータシステム。
  7. 　前記第一巻線及び前記第二巻線に流れる電流それぞれ、又は前記第一巻線に流れる電流及び前記第二巻線に流れる電流の差を検出する電流検出部を有し、
    　前記第一、第二及び第三上下アーム全ての上アーム又は下アームが同時にオンになっているタイミングで、前記電流検出部の検出値を取得することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載のモータシステム。
  8. 　請求項４に記載のモータシステムを備える機器であって、
    　前記可動子を支持する支持機構を前記可動子の一端側に設けたことを特徴とする機器。
  9. 　請求項５に記載のモータシステムを備える機器であって、
    　前記可動子の両端が自由端であることを特徴とする機器。
  10. 　スイッチング素子を直列に接続した第一及び第三上下アームを備える電力変換部と、
    　永久磁石を有する可動子と、
    　空隙を介して対向し、前記可動子の一方側及び他方側それぞれに設けた第一巻線及び第二巻線と、を備えるモータシステムであって、
    　前記第一巻線に流れる電流及び前記第二巻線それぞれ、又は前記第一巻線に流れる電流及び前記第二巻線に流れる電流の差を検出する電流検出部と、
    　前記可動子に対して、前記第一巻線の側又は前記第二巻線の側への力を付与する浮上力付与部と、を有し、
    　前記電流検出部の検出量に応じて前記浮上力付与部の出力を制御することを特徴とするモータシステム。
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