【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及被用来驱动输送设备的转向架的直线电机，尤其是，涉及具有以分布式方式布置的定子的直线电机，为了方便起见，下面可将这种电机称为“分布式布置的直线电机”，本专利技术还涉及控制此类包括分布式布置的定子的直线电机的方法。
技术介绍
一般，被用来输送部件或产品的直线电机具有其中可动部件在一个定子上移动的结构。然而，采用具有长的输送路径的结构将导致设备成本的上升，因而是有缺陷的，为了避免上述缺陷，提出了将定子布置成分布式或分开式的方法。在这种分布式定子布置(不连续的布置)中，例如专利文献1公开一种减小直线电机速度变化的方法，通过考虑次级侧转向架的位置与加速度的关系，上述方法即使在采用以开环方式驱动的接地主级侧分布式布置系统时也不会造成速度不均勻。现有技术文献专利文献专利文献1 公开号2004-80881的日本专利申请公报。
技术实现思路
顺带地，在以分布式方式分开布置的定子中，与控制成一个可动部件在一个定子上的结构不同，需要考虑多个定子和多个可动部件之间的相互关系，因此，多种控制方法或方式可以被采用。然而，在专利文献1中公开的技术关注的是减小直线电机速度变化的方法...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.28 JP 2009-1986531中限定的本发明是一种分布式布置的直线电机，其中定子和可动部件布置成能够相对运动，其中所述定子和所述可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置；多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置；相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度；定子的极或可动部件的极由线圈形成；还提供电流控制单元，其基于定子之间的距离来控制供应到线圈的电流。[0012]权利要求2所述的本发明特征在于，在根据权利要求1所述的分布式布置的直线电机中，电流控制单元构造成基于定子之间的距离计算供应到线圈的电流的相位。另外，权利要求3所述的本发明特征在于，在根据权利要求1或2所述的分布式布置的直线电机中，定子之间的距离是相邻定子的极之间的最小距离，并且可动部件的长度是可动部件的极之间的最大距离。另外，权利要求4所述的本发明特征在于，在根据权利要求1至3中任一所述的分布式布置的直线电机中，定子和可动部件的极中的任一由用于驱动的永久磁铁构成，并且还在线圈侧为定子或可动部件提供位置检测器，所述位置检测器检测用于驱动的永久磁铁的位置并计算其位置。另外，权利要求5所述的本发明特征在于，在根据权利要求1至4中任一所述的分布式布置的直线电机中，还提供距离计算单元，所述距离计算单元基于来自位置检测器的信息计算定子之间的距离。另外，权利要求6所述的本发明为一种控制分布式布置的直线电机的方法，所述直线电机包括布置成能够相对运动的定子和可动部件，其中定子和可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置，多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置，相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度，并且定子的极或可动部件的极由线圈形成，其中基于定子之间的距离控制供应到线圈的电流。本发明的效果本发明提供一种直线电机，其中定子和可动部件布置为能够相对运动，其中定子和可动部件分别具有周期性结构，在所述周期性结构中定子和可动部件的多种极相互磁作用，并且所述多种极在定子和可动部件之间的相对运动方向上、根据所述布置按次序依序地、周期性地布置；多个定子在所述相对运动方向上以分布式方式布置；相邻定子之间的距离不大于可动部件的长度；定子的极或可动部件的极由线圈形成；并且还设置了电流控制单元，其基于定子之间的距离控制供应至线圈的电流。根据上述结构的直线电机，当可动部件从一个定子移动到相邻的下一个定子时，供应至线圈的电流受到电流控制单元的控制以便不引起任何可动部件的推力损失，由此控制其速度。因而，本发明提供能够获得上述效果的分布式布置的直线电机以及这种直线电机的控制方法。附图说明图1为框图，示出根据本发明第一实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构的一个例子。图2为图1所示的分布式布置的直线电机的定子和可动部件的一个实例在模式图中的透视图。图3为平面图，示出表现图1的分布式布置的一个实例。图4为模式图，示出图1中所示的分布式布置的直线电机的驱动系统的定子之间的详细状态的一个实例。图5为框图，示出图1中所示的电子控制装置的结构的一个实例。[0024]图6示出在图5中所示的磁性传感器中具有两组全桥结构的磁性传感器的一个实例(在图5中，(A)为平面图示出磁性传感器的铁磁薄金属的形状，而(B)示出等效电路)。图7示出从图5所示的磁性传感器产生的正弦波信号和余弦波信号的一个实例。图8为模式图，示出图1所示的定子和可动部件的极的周期性结构的一个实例。图9为模式图，表现图1的框图中的信号流的一个实例。图10包括㈧到(E)，示出图1的位置信息开关的运动的模式图的一个实例。图11为根据本发明第二实施例的分布式布置的直线电机的定子和可动部件在模式图中的一个实例的透视图。图12为模式图，示出图11所示的定子的周期结构的一个实例。具体实施方式 下面参照附图来解释体现本发明的最佳模式。(第一实施例)将参照附图来描述根据本发明第一实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构和功能。此外，应注意到，在下面的公开中，术语“分布式布置的直线电机”表示多个定子以分布式方式布置的直线电机。图1为框图，示出根据本发明当前实施例的分布式布置的直线电机的驱动系统的示意性结构的一个实例。图2为透视图，示出图1所示的分布式布置的直线电机的定子和可动部件。图3为平面图，示出表现图1的定子布置的一个实例。图4为模式图，示出图1 所示的分布式布置的直线电机的驱动系统的定子之间的详细状态。图5为框图，示出图1 所示的马达控制装置的结构的一个实例。如图1中所示，分布式布置的直线电机的驱动系统包括直线电机1(其中定子以分布式方式布置)、多个电机驱动器(电机驱动器件)40、40B、40C以用来控制分布式布置的直线电机1，以及上级(更高级)控制器50以控制多个电机驱动器40、40B、40C。分布式布置的直线电机1包括通过磁作用而能够相对移动的定子10、10B、10C，以及可动部件20、多个位置检测器(位置检测器件)30以检测可动部件20至定子10、10B、IOC 的相对位置，以及位置信息开关(位置信息开关器件)35以切换来自多个位置检测器的信号。在这样的分布式布置的直线电机中，多个定子10、10B、10C在输送方向上以预定间隔布置成分布式方式。上级控制器50和各电机驱动器40借助于控制线51彼此连接。电机驱动器40和位置信息开关35借助于编码器缆线52彼此连接。位置信息开关35和为相同定子10、10B、 IOC提供的位置检测器30也借助于编码器缆线52连接。电机驱动器40和定子10、10B、IOC 分别借助于电力缆线53连接。此外，可动部件20被引导装置(未示出)沿预定输送架(truck)引导，并且在可动部件20和每个定子10、10BU0C之间保持间隙。如图2和4中所示，每个定子10和IOB包括供应三相电流且关于可动部件20磁作用的线圈11(线圈lla-llc)，以及线圈11缠绕于其上的突出极(projecting pole) 12(极 12a-12c)。线圈11包括U相线圈lla、V相线圈lib和W相线圈11c。突出极12包括分别对应于线圈11a、lib、Ilc的用于U相的极12a、极12b和12c。这些是通过让电流流至线圈页11在可动部件侧产生磁极的一个实例，定子的这样的极是由线圈11构成的实例。这些线圈 IlaUlbUlc和突出极12a、12b、12c以U相、V相和W相的次序在可动部件20的相对运动 (移动)方向上周期性地布置，因而构成周期性结构。就是说，线圈11和极12在定子10、 IOB的纵向方向(作为相对运动的方向的一个例子)上构成U相、V相和W相的周期性结构。此外，包括突出极12的定子10、10BU0C的电磁铁的芯部由磁性滞后损失较小的磁性材料(例如硅钢(silicone steel))构成，如图2所示，所述芯部形成在定子10和IOB 的宽度方向上延伸的突出极12，以便在与可动部件20相对的一侧突出，这些突出极12在定子10和IOB的纵向方向上并排布置成梳状。如图3所示，定子10、10B、10C在定子10、10B、10C的纵向方向上(该方向作为相对运动的方向的一个实例)以所描述的顺序布置，并具有预定定子间距(在相邻定子之间的距离)。这里，作为定子间距的一个实例，如图4所示，显示出在相邻定子10和IOB的同种极之间的最小距离Dl和在相邻定子10和IOB的极之间的最小距离D2。接下来，如图2所示，可动部件20设置有台21 (在台21上放置零件或工件)，以及安装在台21的下表面上的用于驱动的永久磁铁22，这样可动部件20用作所述零件或工件的运载器。每个永久磁铁22包括在与定子10和IOB的相对侧上具有N极的N极磁铁2 和具有S极的S极磁铁22b，以及周期结构，其中作为N极的N极磁铁2 和作为S极的S极磁铁22b在定子10、10B和可动部件20之间的相对运动方向上周期性交替布置。就是说可动部件20在定子10的纵向方向(作为相对运动方向的一个例子)上具有N极/S极周期结构。此外，可动部件20具有例如长度Lmv，其为可动部件20的极之间的最大长度。根据流经定子10的线圈IlaUlb和Ilc的每一个的三相交流的方向及/或强度而产生可移动的磁场，突出极12a、12b、12c与N极磁铁2 和S极磁铁22b彼此磁作用，由此导致定子10和可动部件20在定子10的纵向方向上的相对运动。就是说，定子10和可动部件20相互磁作用，可动部件20在定子10的纵向方向上进行相对运动。如图4所示，位置检测器30(30L、30R)包括用于检测磁性的磁性传感器31，以及位置检测电路32，所述位置检测电路32用于将来自磁性传感器31的信号转变成指定位置的信号并且检测所述位置。这里，磁性传感器31定位在与可动部件20相对侧上的中心部分， 位置检测器30设定到定子10。如图1、3等图所示，位置检测器30布置在突出极12的外面并且布置在定子10、 10BU0C的宽度方向中的中心位置处，位置检测器30被设定成使得磁性传感器31面向定子 10、10BU0C的与可动部件20相对的一侧。可以期望的，只要不被线圈11影响，位置检测器30在定子10、10B、10C的纵向方向上定位成分布式布置。另外，如图4所示，定子10的位置检测器30R布置在右端突出极 12c的外面，而定子IOB的位置检测器30L布置在左端突出极12a的外面。磁性传感器31检测由在定子10和可动部件20的相对运动方向上延伸的永久磁铁22产生的磁场。磁性传感器31检测由于定子10和可动部件20的相对运动造成的磁场的变化。特别是，磁性传感器31是检测磁场方向的传感器。在位置传感器30之间(S卩，在磁性传感器之间)的距离Ds，小于(或不大于)可动部件20的长度Lmv。就是说，这是这样的实例在第一磁性传感器31和第二磁性传感器31之间的距离小于(或不大于)可动部件20的极之间的最大距离。接下来，位置信息开关35通过选择来自多个位置检测器30的输入信号中的一个而产生到电机驱动器40的输出。例如，位置信息开关35输出输入信号(该输入信号是第一输入)。另外，在输入信号仅仅是一个信号的情况下，位置信息开关35按照原状输出该信号，如果没有信号被输入，则不产生输出信号。如图5所示，电机驱动器40包括基于来自传感器等的信息控制流至直线电机的定子10的电流的控制器41 ；基于控制器41变换来自电源45的电力的电力变换器42 ；用于检测从电力变换器42流到定子10的电力的电流检查器43 ；以及用于输入涉及定子IOB和 IOC之间的距离的信息的输入单元(未示出)。电机驱动器40B和40C也具有和上面提到的参照电机驱动器40相同的结构。控制器41通过控制线51连接到上级控制器50，并通过编码器缆线52连接到位置信息开关35。控制器41控制电力变换器42，例如PWN (脉宽调制)逆变器，从而可动部件20确定地响应于来自上级控制器50的指令值而移动，并最终控制要供应到定子10、10BU0C的线圈11的电流。控制器41的控制系统由执行位置控制的位置控制环、执行速度控制的速度控制环和执行电流控制的电流控制环构成。控制器41用作电流控制单元的一个实例，用于基于定子之间的距离控制要供应到线圈的电流。此外，关于定子之间距离的信息和关于基于定子之间的距离的电流相位的信息从上级控制器50获得。如图1和4所示，电机驱动器40由来自上级控制器50的指令值控制，并且电流基于来自位置检测器30的信息供应到定子10的线圈，直到可动部件到达基于来自上级控制器50的指令值的那个位置。上级控制器50设置有CPU(中央处理单元)、RAM(随机访问存储器)和ROM(只读存储器)，并依照事先设定的工作顺序，输出关于位置指令的信息或者关于速度指令的信息 (作为指令值)到相应电机驱动器40、40B和40C。此外，上级控制器50基于定子10、IOB和 IOC之间的定子距离，计算通过各电机驱动器40、40B、40C供应到线圈11的电流的相位，所述定子距离例如是如图4所示的在相邻定子10和IOB的同种极之间的最小距离Dl或者在相邻定子10和IOB的极之间的最小距离D2。另外，当各电机驱动器40、40B和40C被控制时，上级控制器50输出关于位置指令的信息或者关于速度指令的信息到各电机驱动器40、 40B和40C。如上所述，作为电流控制装置的一个实例，上级控制器50基于定子距离Dl和 D2计算要供应到线圈的电流的相位。顺带地，直线电机1以扁平型直线电机为一个实例，其包括作为可动部件和定子中之一的场磁铁单元，在所述场磁铁单元中，多个永久磁铁具有应用N极和S极的两端，垂直于N极和S极交替布置所沿的一个轴向方向，并且直线电机1还包括作为可动部件和定子中的另一个的以一间距与场磁铁单元相对的多个线圈。下面参考图4，来具体解释在定子10和IOB的分布式布置中的关系。如图4所示，对于定子10和IOB的突出极12，突出极12a、12b和12c以线圈节距 Cp的一个周期性循环的长度按顺序布置。作为定子IO(IOB)的周期结构中的一个周期性循环的长度的一个实例，线圈节距Cp是U相、V相、W相中相同相位的突出极之间的最小距离。例如，线圈节距Cp是用于U相的突出极12a和下一个U相的突出极12a之间的距离。 此外，在图4的图解中，描述上述距离以突出极12的中心为标准。此处，可以不管永久磁铁 20和突出极12的极的种类，而通过连接周期性结构中的相同相位的部分执行对可动部件 20和定子10、10B的长度和距离的测量。就是说，例如可以采用下述距离或长度连接突出极12的一侧的角部的距离或长度而非连接突出极12的中心的距离或长度。在相邻定子10和IOB的同种极之间的最小距离Dl的一个实例是连接U相的位于最靠近定子IOB侧的突出极1 和U相的位于最靠近定子10侧的突出极1 的距离。如上所述，在距离Dl小于可动部件20的长度Lmv的情形中，可动部件20可以占据跨骑相邻定子10和IOB的位置，其中定子10和IOB的极中的任一以及可动部件20的所述极中的任一总是彼此相对，另外，作为定子10的一组极的U相、V相和W相的所述极12a、12b和12c 和可动部件20的所述极的任一也总是彼此相对。在最小距离Dl和长度Lmv之间的关系是这样一个实例，其中相邻定子10和IOB之间的距离Dl小于(或不大于)可动部件20的长度 Lmv。此外，同样如图4所示，相邻定子10和IOB的极之间的最小距离D2的一个例子是 连接W相的位于最靠近定子IOB侧的突出极12C和U相的位于最靠近定子10侧的突出极 12a的距离。距离D2小于可动部件20的长度Lmv。此处，可动部件20的长度Lmv对应如图4所示连接沿可动部件20的相对运动方向设置在两端的永久磁铁22的距离。S卩，这是在可动部件20的所述极之间的最大距离的一个例子。如上所述，在距离D2小于可动部件20的长度Lmv的情形中，可动部件20可以占据跨骑相邻定子10和IOB的位置，其中定子10和IOB的所述极中的任一和可动部件20的所述极中的任一总是彼此相对，在最小距离D2和长度Lmv之间的这种关系是这样的例子 其中相邻定子10和IOB之间的距离D2小于(不大于)可动部件20的长度Lmv。接下来，将在下面解释定子10的线圈11和要供应的电流的相位。如图4中所示，距离λ是相邻定子10和IOB之间的距离Dl和线圈节距Cp与自然数乘积之间的差，其表达如下。λ = Dl-CpX 自然数(λ < Cp) (1)在这种情形中，在流到定子10的线圈11的电流和流到定子IOB的线圈11的电流之间的相位差Ψ表达如下。ψ = 2 π · λ /Cp (2)假定流经定子10的线圈11的电流波形为COS(COt)，流经定子IOB的线圈11的电流的波形将是cos (cot+Ψ )此外，在采用相邻定子10和IOB之间的距离D2的情形中，如图8所示，在U相的极12a和W相的极12c之间的距离，即，线圈节距Cp的2/3，可以被加到距离D2上。距离 Dl和距离D2之间的关系表达式如下。Dl = D2+2/3 · Cp (3)另外，关于V相和W相，设定相位差0，相邻定子10和IOB之间的距离Dl被输入到上级控制器50作为分布式布置的直线电机的结构的设计值。下面，参考附图来解释构成位置检测器30的磁性传感器31。图6示出组成图1的位置检测器的具有两组全桥结构的磁性传感器(在图6中，(A)是平面图，示出磁性传感器的铁磁薄金属的形状，而(B)示出等效电路)。位置检测器30的磁性传感器31具有磁电阻(magnetro-resistance)元件和合金制成的铁磁薄金属膜，所述磁电阻元件由Si或玻璃基底构成，所述合金具有铁磁金属例如 Ni、狗等主要成分并形成在所述基底上。磁性传感器被称为AMR(各向异性磁电阻)传感器(各向异性磁电阻元件)，因为其阻值在特定场方向中改变。如图6中所示，位置检测器30的磁性传感器形成在一个基底上，从而两组全桥结构的元件彼此成45度倾斜以确认运动方向。两组全桥电路获得的输出功率VoutA和VoutB 构成彼此相位差为90度的余弦波和正弦波，如图7所示。由于磁铁2 和22b在相对运动方向上交替地布置，位置检测器30的输出形成余弦和正弦波。如提到的那样，位置检测器 30基于驱动可动部件20的永久磁铁的周期性结构输出由相对运动周期性产生的磁场的方向上的变化，因为正弦波信号和余弦波信号具有90的相位差。来自磁性传感器的输出信号进入位置检测电路32，其中通过加入数字式的差值处理到具有90度相位差的正弦波信号和余弦波信号，所述输出信号被转变成具有更高分辨率的相位角数据。然后，位置检测器32从该相位角数据产生A相编码器脉冲信号(对应正弦波信号)和B相编码器脉冲信号(对应余弦波信号)，并且在每一个周期性循环则产生一次Z相脉冲信号。这些A相编码器脉冲信号、B相编码器脉冲信号及Z相脉冲信号组成的位置信号被输入到位置信息开关35中。如图5所示，电机驱动器40响应于这些A相编码器脉冲信号、B相编码器脉冲信号及Z相脉冲信号组成的位置信号来控制电力变换器42。接下来，将解释在定子10和IOB之间的距离为线圈节距Cp和自然数的乘积时的情形。图8为模式图，示出定子10、10B和可动部件20的周期性结构。如图8中所示，相邻定子10和IOB之间的距离设定为使得距离Dl预定为线圈节距Cp和自然数的乘积的距离，定子10和IOB以分布式布置设置。以其它观点看，可以说定子10的周期性结构的相位和定子IOB的周期性结构的相位彼此一致。就是说，定子10布置成使得定子10的U相、V相和W相的周期性结构在定子(IOB)侧虚拟延伸，如图4中虚线所示，从而定子IOB的周期性结构在该延伸部分上交迭。此外，其中定子10的周期性结构的相和定子IOB的周期性结构的相彼此一致的所述布置在表述上可被代替，从而在具有连续的从定子10到定子IOB的周期性结构的线圈11 及突出极12的一个定子中，除了在距离D2中的两端处的线圈11和突出极12以外，距离D2 中的线圈11和突出极12可以部分地消除。此外，在图8所示的实施例中，距离Dl是大于 2的自然数与线圈节距Cp的乘积。另外，假定在定子10中的定子(10)侧上的端部处的V 相和W相的突出极12b和12c不存在，并且U相的突出极1 设置在最靠近定子(10)侧， 则距离Dl是大于1的自然数与线圈节距Cp的乘积。在定子10和I...
【专利技术属性】
技术研发人员：东条敏郎，浅生利之，野村祐树，海野旭弘，
申请(专利权)人：THK株式会社，
类型：发明
国别省市：
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