專利名稱：線性同步電機(jī)控制方法和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與利用永久磁體作為場(chǎng)的線性同步電機(jī)控制方法和控制裝置有關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在線性同步電機(jī)中，通過(guò)永久磁體所產(chǎn)生的場(chǎng)和電樞所產(chǎn)生的移動(dòng)磁場(chǎng)來(lái)線性移動(dòng)可移動(dòng)元件，通過(guò)使用位置傳感器、速度傳感器、磁極傳感器等傳感器來(lái)控制可移動(dòng)元件的位置和移動(dòng)速度。另一方面，作為不使用傳感器來(lái)驅(qū)動(dòng)線性同步電機(jī)的控制方法，通常使用無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)(例如，參考專利公開1)。在無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)中，通常采用利用感應(yīng)電動(dòng)力對(duì)可移動(dòng)元件的位置和移動(dòng)速度進(jìn)行估計(jì)的方法，其中所述感應(yīng)電動(dòng)力是通過(guò)線性同步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)到電樞的?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利公開專利公開1 日本專利公開No. 2002-223587。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，很難在低速移動(dòng)或減速移動(dòng)以停止操作時(shí)精確估計(jì)可移動(dòng)元件的位置和移動(dòng)速度，其中低速移動(dòng)或減速移動(dòng)時(shí)感應(yīng)的電動(dòng)力較小，因此很難控制可移動(dòng)元件的位置和移動(dòng)速度。因此，無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)尚未用于定位可移動(dòng)元件的目的?？紤]到上述情況實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種線性同步電機(jī)的控制方法和控制裝置，該線性同步電機(jī)能夠在恒定速度區(qū)域在無(wú)傳感器矢量控制下平滑移動(dòng)可移動(dòng)元件，并且能夠不使用任何位置傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)停止控制和在低速區(qū)域中的控制。解決問(wèn)題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明提供了一種線性同步電機(jī)控制方法，其中，電流流經(jīng)線性同步電機(jī)的電樞，所述線性同步電機(jī)具有由電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)移動(dòng)的可移動(dòng)元件，其中，在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度快的情況下，通過(guò)預(yù)定的無(wú)傳感器矢量控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流，所述預(yù)定的速度是在一定范圍內(nèi)預(yù)先確定的，在該范圍中通過(guò)所述無(wú)傳感器矢量控制，與電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)同步地來(lái)移動(dòng)可移動(dòng)元件；以及在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度慢的情況下，在d-q坐標(biāo)中，控制d軸電樞電流和q軸電樞電流，使得產(chǎn)生d軸電角，并且使得電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q軸電樞，其中d軸表示場(chǎng)所產(chǎn)生的通量的方向，q軸表示相對(duì)于d軸提前π /2的相位。如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明是一種線性同步電機(jī)控制方法，其中，如果在可移動(dòng)元件的移動(dòng)期間，在位置傳感器通過(guò)讀取線性標(biāo)度來(lái)檢測(cè)可移動(dòng)元件的位置的區(qū)域內(nèi)，停止可移動(dòng)元件，則基于位置傳感器檢測(cè)到的可移動(dòng)元件的位置來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流。如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明是一種用于對(duì)通過(guò)線性同步電機(jī)的電樞的電流進(jìn)行控制的控制裝置，其中，電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)使可移動(dòng)元件移動(dòng)，所述控制裝置包括 無(wú)傳感器矢量控制單元，通過(guò)預(yù)定的無(wú)傳感器矢量控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流；開環(huán)控制單元，通過(guò)開環(huán)控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流；以及選擇單元，選擇用于對(duì)流經(jīng)電樞的電流加以控制的控制單元，其中，開環(huán)控制單元包括相位產(chǎn)生單元，在d_q坐標(biāo)中產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的 d軸電角，在d_q坐標(biāo)中，d軸表示場(chǎng)所產(chǎn)生的通量的方向，q軸表示相對(duì)于d軸提前π/2 的相位；相位產(chǎn)生單元，產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的d軸電角；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)通過(guò)電樞的三相電流；三相交流電轉(zhuǎn)換單元，執(zhí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中，基于相位產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的電角，將電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的三相交流電轉(zhuǎn)換成d軸電樞電流和q軸電樞電流；以及電流控制單元，控制d軸電樞電流和q軸電樞電流，使得電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q軸電樞，以及其中，選擇單元選擇控制單元，使得在可移動(dòng)單元的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度快的情況下，選擇無(wú)傳感器矢量控制，而在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度慢的情況下，選擇開環(huán)控制，其中所述預(yù)定的速度是在一定范圍內(nèi)預(yù)先確定的，在該范圍中通過(guò)所述無(wú)傳感器矢量控制，與電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)同步地來(lái)移動(dòng)可移動(dòng)元件。在權(quán)利要求3的控制裝置中，如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明還包括反饋控制單元， 基于位置傳感器檢測(cè)到的位置，使用反饋控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流，所述位置檢測(cè)器通過(guò)讀取線性標(biāo)度來(lái)檢測(cè)可移動(dòng)單元的位置，其中，如果在移動(dòng)元件的可移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)期間，在位置傳感器檢測(cè)可移動(dòng)元件的位置的區(qū)域內(nèi)，停止可移動(dòng)元件，則選擇單元在選擇反饋控制。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于在可移動(dòng)元件的移動(dòng)速度比預(yù)定的移動(dòng)速度快的情況下，可以通過(guò)無(wú)傳感器矢量控制來(lái)對(duì)可移動(dòng)單元的移動(dòng)進(jìn)行控制，因此在這樣的情況下，可以通過(guò)無(wú)傳感器矢量控制來(lái)平滑地移動(dòng)可移動(dòng)元件，相反，在可移動(dòng)元件的移動(dòng)速度比預(yù)定的移動(dòng)速度慢的情況下，產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的電角，并且產(chǎn)生使電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q軸電樞的控制，并且根據(jù)這樣的控制，可以執(zhí)行對(duì)可移動(dòng)單元的停止控制和在低速區(qū)域中的控制。
圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)1的示意結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是示出了同步電機(jī)的示意圖，以說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的開環(huán)控制；圖3是示出了控制裝置的一個(gè)示例的框圖，以說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的開環(huán)控制；圖4示出了 d_q坐標(biāo)上所示的同步電機(jī)的操作，并且包括(a)示出了使用位置檢測(cè)器的傳統(tǒng)反饋控制的操作的視圖，以及(b)示出了不使用位置檢測(cè)器的根據(jù)本實(shí)施例的開環(huán)控制操作的視圖。圖5是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器3的示意結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的框圖。圖6示出了在電樞6a沿著磁板6b的縱方向從磁板6b的一端向另一端移動(dòng)的情況下，表示移動(dòng)時(shí)間與移動(dòng)速度之間關(guān)系的圖。圖7是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器3的控制開關(guān)41的處理示例的流程圖。圖8是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)10的示意結(jié)構(gòu)的視圖。圖9是根據(jù)第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器30的示意結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。圖10是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器30的控制開關(guān)41的處理示例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照
采用了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。還應(yīng)注意以下實(shí)施例不限于每個(gè)權(quán)利要求中記載的本發(fā)明，并且相應(yīng)實(shí)施例中公開的主題特征的所有組合對(duì)本發(fā)明的解決方案不是必要的。[第一實(shí)施例]以下，將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于作為線性同步電機(jī)的扁平型線性同步電機(jī)。[1. 1線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)]參照?qǐng)D1說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。這里圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)1的示意結(jié)構(gòu)的視圖。如圖1所示，線性電機(jī)系統(tǒng)1包括致動(dòng)器2和作為控制器的驅(qū)動(dòng)器3，致動(dòng)器2具備滑塊4 (作為可移動(dòng)的零件)和底座5，底座5支撐可滑動(dòng)的滑塊4。采用線性同步電機(jī)6作為滑塊4的驅(qū)動(dòng)裝置。線性同步電機(jī)6由電樞6a和磁板 6b組成，電樞6a作為安裝到滑塊4的下部的可移動(dòng)元件，磁板6a作為安裝到底座5的下表面的定子(固定元件)。電樞6a由磁材料制成的磁心和三相線圈組成，三相線圈繞磁心的突極纏繞，將三相交流電分別提供給三相線圈。磁板6b由多個(gè)永久磁體組成，這多個(gè)永久磁體沿著底座5 的縱向在底座5的表面上并排布置，使得永久磁體的N極和S極交替出現(xiàn)。那么，當(dāng)三相電流在三相線圈中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生在附圖上沿橫向移動(dòng)的可移動(dòng)場(chǎng)。通過(guò)可移動(dòng)場(chǎng)獲得的推力使電樞6a和滑塊4與可移動(dòng)場(chǎng)的移動(dòng)速度同步地線性移動(dòng)。由驅(qū)動(dòng)器3來(lái)控制流經(jīng)電樞6a的三相線圈的三相電流，將從驅(qū)動(dòng)器3輸出的三相電流通過(guò)電力電纜51提供給電樞6a。不為直接移動(dòng)的裝置安裝線性標(biāo)度和位置傳感器，相應(yīng)地，驅(qū)動(dòng)器3不執(zhí)行反饋控制，備選地，驅(qū)動(dòng)器3執(zhí)行無(wú)傳感器矢量控制和開環(huán)控制，同時(shí)根據(jù)滑塊(電樞6a)的移動(dòng)速度來(lái)選擇性地切換這些控制，其中在開環(huán)控制中，電流在d軸電樞中流動(dòng)但不在q軸電樞中流動(dòng)。[1. 2根據(jù)實(shí)施例的開環(huán)控制原理]以下，參照?qǐng)D2說(shuō)明本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器4所執(zhí)行的開環(huán)控制的原理。此外，圖2是示出了用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的開環(huán)控制的同步電機(jī)的示意圖，圖3是示出了用于說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的開環(huán)控制的控制裝置的一個(gè)示例的框圖。在線性同步電機(jī)中，磁場(chǎng)線性地移動(dòng)，可以通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的d-q坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)控制d和q軸電樞電流。d-q轉(zhuǎn)換是指將同步電機(jī)的固定部分和可移動(dòng)部分均轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)笛卡爾坐標(biāo)，并且其坐標(biāo)系統(tǒng)是d-q坐標(biāo)系統(tǒng)。q軸處在相對(duì)于d軸提前π/2的相位。d軸通常沿著形成磁場(chǎng)的通量的方向定向。在圖2中，vda和vqa分別表示d軸電樞電壓和q軸電樞電壓，lda和iqa分別表示d軸電樞電流和q軸電樞電流，Φ fa指示電樞繞組鏈接磁通的數(shù)目，Ra指示電樞繞組電阻、以及La是自阻抗。當(dāng)根據(jù)方程電路獲得電壓、電流和阻抗之間的關(guān)系方程(表達(dá)式) (即，電路方程)時(shí)，關(guān)系方程表示如下。[方程1]
權(quán)利要求
1.一種線性同步電機(jī)控制方法，其中，電流流經(jīng)線性同步電機(jī)的電樞，所述線性同步電機(jī)具有由電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)移動(dòng)的可移動(dòng)元件，其中在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度快的情況下，通過(guò)預(yù)定的無(wú)傳感器矢量控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流，所述預(yù)定的速度是在一范圍內(nèi)預(yù)先確定的，在該范圍中通過(guò)所述無(wú)傳感器矢量控制，與電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)同步地來(lái)移動(dòng)可移動(dòng)元件；以及在電樞的移動(dòng)速度比所述預(yù)定的速度慢的情況下，在d-q坐標(biāo)中，控制d軸電樞電流和 q軸電樞電流，使得產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的d軸電角，并且使得電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q軸電樞，其中在d-q坐標(biāo)中，d軸表示場(chǎng)所產(chǎn)生的通量的方向，q軸表示相對(duì)于d軸提前 π/2的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性同步電機(jī)控制方法，其中，如果在可移動(dòng)元件的可移動(dòng)范圍內(nèi)可移動(dòng)元件進(jìn)行移動(dòng)期間，在位置傳感器通過(guò)讀取線性標(biāo)度來(lái)檢測(cè)可移動(dòng)元件的位置的范圍內(nèi)，停止可移動(dòng)元件，則基于位置傳感器檢測(cè)到的可移動(dòng)元件的位置來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流。
3.一種用于對(duì)流經(jīng)線性同步電機(jī)的電樞的電流進(jìn)行控制的控制裝置，其中，電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)使可移動(dòng)元件移動(dòng)，所述控制裝置包括無(wú)傳感器矢量控制單元，通過(guò)預(yù)定的無(wú)傳感器矢量控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流； 開環(huán)控制單元，通過(guò)開環(huán)控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流；以及選擇單元，選擇用于對(duì)流經(jīng)電樞的電流加以控制的控制單元， 其中，開環(huán)控制單元包括相位產(chǎn)生單元，在d-q坐標(biāo)中產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的d軸電角，其中在d-q坐標(biāo)中， d軸表示場(chǎng)所產(chǎn)生的通量的方向，q軸表示相對(duì)于d軸提前π /2的相位； 相位產(chǎn)生單元，產(chǎn)生與位置命令相對(duì)應(yīng)的d軸電角； 電流檢測(cè)單元，檢測(cè)流經(jīng)電樞的三相電流；三相交流電d-q坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，執(zhí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中，基于相位產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的電角，將電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的三相交流電轉(zhuǎn)換成d軸電樞電流和q軸電樞電流；以及電流控制單元，控制d軸電樞電流和q軸電樞電流，使得電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q 軸電樞，以及其中，選擇單元在可移動(dòng)單元的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度快的情況下，選擇無(wú)傳感器矢量控制單元，而在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度慢的情況下，選擇開環(huán)控制單元，其中所述預(yù)定的速度是在一范圍內(nèi)預(yù)先確定的，在該范圍中通過(guò)所述無(wú)傳感器矢量控制，與電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)同步地來(lái)移動(dòng)可移動(dòng)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，還包括反饋控制單元，基于位置傳感器檢測(cè)到的位置，使用反饋控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流，所述位置檢測(cè)器通過(guò)讀取線性標(biāo)度來(lái)檢測(cè)可移動(dòng)單元的位置，其中，如果在移動(dòng)元件的可移動(dòng)范圍內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)期間，在位置傳感器檢測(cè)可移動(dòng)元件的位置的范圍內(nèi)，停止可移動(dòng)元件，則選擇單元選擇反饋控制。
全文摘要
本發(fā)明能夠在等速區(qū)域中通過(guò)無(wú)傳感器控制來(lái)控制可移動(dòng)元件平滑可移動(dòng)，而不使用位置傳感器，并能夠執(zhí)行停止控制以及在低速區(qū)域中控制可移動(dòng)元件。在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度快的情況下，通過(guò)預(yù)定的無(wú)傳感器矢量控制來(lái)控制流經(jīng)電樞的電流，所述預(yù)定的速度是在一定范圍內(nèi)預(yù)先確定的，在該范圍中通過(guò)所述無(wú)傳感器矢量控制，與電樞所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的移動(dòng)同步地來(lái)移動(dòng)可移動(dòng)元件；在電樞的移動(dòng)速度比預(yù)定的速度慢的情況下，在d-q坐標(biāo)中，控制d軸電樞電流和q軸電樞電流，使得產(chǎn)生d軸電角，并且使得電流流經(jīng)d軸電樞但不流經(jīng)q軸電樞，其中在d-q坐標(biāo)中，d軸表示場(chǎng)所產(chǎn)生的通量的方向，q軸表示相對(duì)于d軸提前π/2的相位。
文檔編號(hào)H02P25/06GK102171923SQ20098013382
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者野村祐樹 申請(qǐng)人:Thk株式會(huì)社