直线电机系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种适于长距离化的直线电机系统。所述直线电机系统包括空出规定间隔来配置多个电枢绕组单元的定子；具有永久磁铁的可动部件；以及控制装置。控制装置将可动部件所对置的电枢绕组单元作为供电对象，针对每个供电对象进行基于速度指令的供电控制的运算，并对电枢绕组单元依次进行供电。另外，控制装置具有切换供电对象时的供电切换补偿功能。
【专利说明】直线电机系统
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及直线电机系统。
【背景技术】
[0002]以往，已有如下直线电机系统，其包括具有多个电枢绕组单元的定子、与定子相对置地配置的可动部件、以及进行对定子的供电控制的控制装置(例如，参照专利文献I)。
[0003]在该直线电机系统中，电枢绕组单元在可动部件的移动方向上划分成多个来连续地被配置，并设置有与多个电枢绕组单元分别相对应的电力转换器。控制装置根据可动部件的当前位置来切换电力转换器，并从切换后的电力转换器向与可动部件相对应的电枢绕组单元供给驱动电力以产生推力，由此使可动部件移动。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2011 — 120454号公报
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题
[0008]然而，在上述直线电机系统中，如果要实现长距离化，则电枢绕组单元的数量增多，因此导致成本变高。
[0009]本发明实施方式的一个方式是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供适于长距离化的直线电机系统。
[0010]为解决技术问题的方法
[0011]本发明实施方式的一个方式涉及的直线电机系统包括:定子，其中多个电枢绕组单元空出规定间隔来配置成列状；可动部件，其具有永久磁铁并与所述定子相对置地配置；以及控制装置，其驱动所述可动部件。所述控制装置将所述可动部件所对置的所述电枢绕组单元作为供电对象，针对每个所述供电对象，进行基于速度指令的供电控制的运算，并基于该运算的结果对所述供电对象的所述电枢绕组单元依次进行供电，由此驱动所述可动部件。另外，所述控制装置具有在切换所述供电对象时，对切换目标的电枢绕组单元进行所述供电控制的切换补偿的供电切换补偿功能。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明实施方式的一个方式，能够抑制高成本的同时实现长距离化，并且能够提高对电枢绕组单元进行供电控制的切换补偿的供电切断补偿功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A是表示实施方式涉及的直线电机系统的说明图。
[0015]图1B是表示实施方式涉及的直线电机系统的具体结构例的图。
[0016]图2A是表示实施方式涉及的直线电机系统的结构的框图。
[0017]图2B是表示与配置在进给区域的电枢绕组单元相对应的第二控制装置所具有的速度/磁极运算部的框图。
[0018]图3是表不移动路的一部分的说明图。
[0019]图4是表示供电切换补偿部的结构的框图。
[0020]图5是表示进行无传感器控制的第二控制装置的供电控制部所具有的估算部的框图。
[0021]图6是表示供电切换补偿前的动作波形的图。
[0022]图7是表示供电切换补偿后的动作波形的图。
[0023]图8是表示定位区域和进给区域中的速度指令和推力指令的变化的图。
[0024]图9A是将转矩指令切换时的速度指令和速度偏差作为比较例示出的图。
[0025]图9B是表示实施方式涉及的直线电机系统中的速度指令切换时的速度指令和速度偏差的图。
[0026]附图标记说明如下:
[0027]I直线电机2控制装置
[0028]4直线标尺5标尺检测头(位置传感器)
[0029]11电枢绕组单元12定子
[0030]13可动部件23通信连接用总线
[0031]24供电控制部25供电切换补偿部
[0032]31定位区域32进给区域
[0033]71估算部100直线电机系统
[0034]111第一单元112第二单元
[0035]113第三单元114第四单元
[0036]115第五单元116第六单元
[0037]211速度指令输出部212控制放大器选择部
[0038]221第一放大器222第二放大器
[0039]223第三放大器224第四放大器
[0040]225第五放大器226第六放大器
[0041]243速度控制部245电流控制部
【具体实施方式】
[0042]以下，参照附图对本发明所公开的直线电机系统的实施方式进行具体说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。
[0043]图1A是表示实施方式涉及的直线电机系统的说明图。如图1A所示，直线电机系统100包括直线电机I和控制装置2。
[0044]本实施方式涉及的直线电机I包括配置有多个作为绕组的集合体的电枢绕组单元11的定子12、以及与定子12相对置地配置的可动部件13。
[0045]电枢绕组单元11的设置数量可以适当地设定，但是，在下面，为了易于说明，定子12为配置有6个电枢绕组单元11的结构。此外，在下面，有时将6个电枢绕组单元11简便地记载为第一单元111至第六单元116。
[0046]另外,直线电机I是所谓的丽(Moving Magnet:动磁铁式)形直线电机，可动部件13包括永久磁铁131。
[0047]定子12中，6个电枢绕组单元11空出规定间隔来配置成列状，并构成可动部件13的移动路3。即，6个电枢绕组单元11在可动部件13的移动方向上隔开间隔来被配置。因此，节省配线，能够实现成本下降，例如，能够适合用于长距离搬运。
[0048]如图所示，可动部件13的移动路方向长度被设定为各电枢绕组单元11的移动路方向长度以上。并且，6个电枢绕组单元11被配置为至少一个电枢绕组单元11的整体被可动部件13覆盖。
[0049]控制装置2具有供电控制功能，将位于整体覆盖相对置的可动部件13的位置上的电枢绕组单元11作为供电对象来依次进行切换，并向成为供电对象的电枢绕组单元11依次供电，由此驱动可动部件13。
[0050]该供电控制功能具体地说是如下的功能，针对每个成为供电对象的电枢绕组单元11，进行基于速度指令的供电控制的运算，并基于该运算的结果向成为供电对象的电枢绕组单元11依次供电。如此，控制装置2能够驱动可动部件13。
[0051]另外，控制装置2具有在切换作为供电对象的电枢绕组单元11时对于切换目标的电枢绕组单元11进行供电控制的切换补偿的供电切换补偿功能。
[0052]即，本实施方式涉及的直线电机系统100的控制装置2在切换作为供电对象的电枢绕组单元11时，关于供电控制的处理，也针对每个供电对象依次进行切换。
[0053]当对该供电控制的处理进行切换时，有可能发生因可动部件13的速度变化产生的冲击、所谓的切换冲击。因此，通过附加供电切换补偿功能，在实施方式涉及的直线电机系统100中，能够有效地抑制作为供电对象的电枢绕组单元11切换时的切换冲击。
[0054]在此，对于实施方式涉及的直线电机系统100，参照通过更具体的构成例表示的图1B来说明控制装置2。图1B是表示本实施方式涉及的直线电机系统100的具体的构成例的图。
[0055]如图1B所示，控制装置2包括:与6个电枢绕组单元11分别相对应地设置的6个第二控制装置22 ;以及成为所述第二控制装置22的上位装置的第一控制装置21。
[0056]第一控制装置21将速度指令向第二控制装置22输出，并且将与可动部件13所对置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22依次选择为供电控制对象。
[0057]与作为6个电枢绕组单元11的第一单元111至第六单元116分别相对应的6个第二控制装置22向一对一地对应的电枢绕组单元11供电。各第二控制装置22在被选择为供电控制对象时，基于从第一控制装置21输出的速度指令，进行供电控制的运算，并基于该运算的结果，向相对应的电枢绕组单元11供电。另外，在进行供电控制的运算时，对于供电控制处理进行上述的切换补偿。此外，在以下的说明中，有时将6个第二控制装置22表示为与第一单元111至第六单元116分别一对一地对应的第一放大器221至第六放大器226。
[0058]如图1B所示，根据可动部件13的当前位置，对于隔开间隔来被配置的第一单元111至第六单元116，从分别一对一地相对应的6个第一放大器221至第六放大器226依次供给驱动电力。例如，如图1B所示，在可动部件13所对置的第二控制装置22从第五单元115向第六单兀116移动时,供给电力的第二控制装置22从第五放大器225向第六放大器226切换。
[0059]另外，如图1B所示，可动部件13的移动路3中的多个电枢绕组单元11的配置区域被划分为定位区域31和进给区域32。
[0060]定位区域31是利用后述的位置传感器的检测信号来进行可动部件13的高精度定位的区域。另一方面，进给区域32是无需利用来自位置传感器的检测信号而使可动部件13以大致恒定速度移动的区域。
[0061]在本实施方式涉及的直线电机系统100中，如图所示，可动部件13具有直线标尺4，在定位区域31上所配置的电枢绕组单元11上设置有作为位置传感器的一例的标尺检测头5。在此，如图所示，标尺检测头5分别设置在定位区域31上所配置的第一、第二单元111、112以及第五、第六单元115、116。
[0062]标尺检测头5构成为以磁性方式或光学方式检测出直线标尺4，并基于对直线标尺4进行检测的结果，生成由脉冲信号组成的位置检测信号。而且，标尺检测头5通过电缆51与第二控制装置22电连接，从标尺检测头5输出的位置检测信号被输入到第二控制装置22。
[0063]如此，控制装置2在定位区域31中，基于来自标尺检测头5的位置检测信号的输入，导出可动部件13的位直，并控制可动部件13的驱动。
[0064]另一方面，在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11上没有设置标尺检测头5。在进给区域32中，控制装置2进行不利用由标尺检测头5检测出的位置检测信号的无传感器控制。关于该无传感器控制，在后面详细叙述。
[0065]如上所述，在本实施方式涉及的直线电机系统100中，在可动部件13上设置直线标尺4，并通过多个标尺检测头5检测出该直线标尺4。因此，能够缩短直线标尺4，无需担心标尺偏斜等，并且还能够有利于成本降低。
[0066]另外，如上所述，在本实施方式涉及的直线电机系统100中，在定位区域31上所配置的电枢绕组单元11上设置标尺检测头5。但是，考虑到扩大定位区域31或者在可动部件13的移动路3中增设定位区域31的情况，对于进给区域32上所配置的电枢绕组单元11，也可以预先设置标尺检测头5。
[0067]在此，参照图2A至图4，对本实施方式涉及的直线电机系统100的构成，更具体地进行说明。图2A是表示本实施方式涉及的直线电机系统100的构成的框图，图2B是表示与进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22所具有的速度/磁极运算部的框图。另外，图3是表示移动路3的一部分的说明图，图4是表示供电切换补偿部的构成的框图。
[0068]如图2A所示，直线电机系统100具有直线电机I和控制装置2。
[0069]直线电机I包括具有省略图示的多个电枢绕组单元11的定子12(参照图1A、图1B)和可动部件13。另外，控制装置2包括多个第二控制装置22、以及作为所述第二控制装置22的上位装置的第一控制装置21。
[0070]此外，所述多个第二控制装置22与在图1A、1B所示的表示可动部件13的移动方向的X轴方向(移动路3的长度方向)上隔开间隔来被配置的多个电枢绕组单元11分别相对应地被配置。
[0071]并且，所述多个第二控制装置22经由与第一控制装置21的通信连接用总线23相互分别连接。另外，在此，电枢绕组单元11的配置区域也被划分为定位区域31和进给区域32 (参照图1B)。
[0072]如图所示，第一控制装置21包括:向各第二控制装置22输出速度指令Spd*的速度指令输出部211 ;运算可动部件13的位置的可动部件位置运算部213 ;以及输出ID的控制放大器选择部212 (以下，表示为“选择部212”)。
[0073]S卩，第一控制装置21根据可动部件13的位置，从多个第二控制装置22中选择向电枢绕组单元11进行供电控制的第二控制装置22而作为供电控制对象，并输出用于供电控制的指令。
[0074]此时，可动部件位置运算部213将表示是供电控制对象的ID输出至第二控制装置22。该ID是表示第二控制装置22的选择编号的ID。例如，当作为第二控制装置22具有与6个电枢绕组单元11分别相对应的第一放大器221至第六放大器226时(参照图1B)，IDl?ID6与第一放大器221至第六放大器226相对应。
[0075]可动部件位置运算部213基于经由通信连接用总线23获得的可动部件13的位置检测信号Posl?6，将表示可动部件13的位置的位置信号Pos输出至选择部212。
[0076]在本实施方式涉及的直线电机系统100中，直线标尺4没有遍及整个移动路3，而仅设置在可动部件13上。因此，在这种状态下无法获得可动部件13的位置。因此，第一控制装置21 —边切换输入来自标尺检测头5的位置检测信号的第二控制装置22，一边基于从两个第二控制装置22获得的位置信息来运算可动部件13的位置。
[0077]图3是示出移动路3的一部分的说明图。在此，将多个电枢绕组单元11如图1A、图1B相同地，区分表示为第一单元111、第二单元112、第三单元113……。另外，同样地，对于第二控制装置22，也区分表示为第一放大器221、第二放大器222、第三放大器223……。
[0078]在此，如图所示，假设为可动部件13位于定位区域31，且从第一单元111向第二单元112移动的情况。从标尺检测头5获得的标尺信息从第一放大器221作为初始值Pos (A)被输出。另一方面，从直线标尺4获得的差分位置从与第二单元112相对应的第二放大器222作为dPos (B)被输出。
[0079]第一控制装置21的可动部件位置运算部213根据上述的两个位置信息，基于下式
(I)获得可动部件13的位置(Posi)。
[0080]Posi = Pos (A) +d Pos(B).......(I)
[0081]另一方面，在可动部件13位于进给区域32时，由于没有由标尺检测头5产生的位置检测信号，因此可动部件位置运算部213基于由第二控制装置22估算的位置信息来导出可动部件13的位置(Posi)。此外，对于由进给区域32中的第二控制装置22进行的可动部件13的位置估算将在后叙述。
[0082]从可动部件位置运算部213输入了表示可动部件13的位置(Posi)的位置信号Pos的选择部212根据该位置信号Pos，向第二控制装置22输出用于将可动部件13所对置的电枢绕组单元11切换成供电对象的ID。
[0083]S卩，选择部212通过表示可动部件13的位置的位置信号Pos来识别成为供电对象的电枢绕组单元11。然后，选择作为与其相对应的供电控制对象的第二控制装置22，并将表示所选择的供电对象的ID输出至第二控制装置22而执行供电控制。
[0084]此外，在图2A中，为了方便，示出了速度指令Spd*和ID的信号传递从第一控制装置21仅向规定的第二控制装置22直接输出，但实际上经由通信连接用总线23向所有的第二控制装置22通信。
[0085]如此，第一控制装置21能够基于可动部件13的位置，将与可动部件13所对置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22依次切换作为供电控制对象。而且，从第二控制装置22向成为供电对象的电枢绕组单元11依次供电而产生推力，由此能够驱动可动部件13。
[0086]接下来，对第二控制装置22进行说明。第二控制装置22在基于来自上述的第一控制装置21的速度指令Spd*，输入ID并被选择为供电控制对象时，进行针对所对应的电枢绕组单元11的供电控制。该第二控制装置22例如是作为图1B所示的第一放大器221至第六放大器226而发挥作用的装置，并向一对一地对应的电枢绕组单元11供电。
[0087]多个第二控制装置22分别具有供电控制部24和供电切换补偿部25。
[0088]供电控制部24包括速度/磁极运算部241 (以下，有时简称为“运算部241”)、减法部242、速度控制部243、乘法部244、以及电流控制部245。
[0089]而且，供电控制部24基于从第一控制装置21的速度指令输出部211输出的速度指令Spd*进行供电控制的运算，并基于该运算结果，以规定的电压Vuvw向对应的电枢绕组单元11供电。
[0090]运算部241经由通信连接用总线23输入与切换为供电对象之前的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的位置信息即X轴的位置脉冲P0SX(P0SX’)。而且，将该位置脉冲Posx (Posx’ )通过差分运算等转换成速度，并将可动部件13的速度信号Spdx输出至减法部242，并且运算可动部件13的磁极位置Θ，将其输出至电流控制部245。此外，在此，X轴表示移动路3中的可动部件13的移动方向。
[0091]在此,对位置脉冲Posx、Posx’、以及速度反馈值Spdx’进行追加说明。此外,在以下的说明中，有时将与可动部件13所对置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22记载为本地装置，将除此以外的装置记载为外部装置。
[0092]位置脉冲Posx是从标尺检测头5输出的信号，相当于本地装置经由标尺检测头5输入的信息、即用于控制可动部件13的移动路3上的位置的位置信息。另一方面，位置脉冲Posx’是外部装置将本地装置经由标尺检测头5输入的信号经由通信连接用总线23输入的信号。或者，位置脉冲Posx’是本地装置以外的外部装置进行估算运算得到的信号。
[0093]另外，速度反馈值Spdx’是对从其他的第二控制装置22 (外部装置)获得的可动部件13的估算速度、或者被输入到与可动部件13所对置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22 (本地装置)的信号进行微分运算得到的信号。
[0094]另外，如图2B所示，与在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的运算部241，输入通过规定的检测器检测出的电流值Iuvw、以及从电流控制部245输出的电压指令V uvw*0而且，通过后述的估算部71 (参照图5)对估算相位Θ八[k]和估算速度ω八lpf[k]进行估算，并且基于所估算的估算相位Θ八[k]和估算速度ωa lpf[k]，对可动部件位置posx a [k]和可动部件速度spdx a [k]进行估算。进而，根据可动部件位置posx八[k]和上述的位置脉冲Posx’计算出磁极Θ，并且根据可动部件速度spdx八[k]和上述的速度反馈值Spdx’计算出可动部件速度spdx。
[0095]减法部242对经由通信连接用总线23获得的来自第一控制装置21的速度指令Spd*与从运算部241输入的速度信号Spdx进行比较，并将速度指令Spd*与速度信号Spdx的偏差、即速度偏差输出至速度控制部243。
[0096]速度控制部243输入来自减法部242的速度偏差和从后述的供电切换补偿部25的积分值补偿部251输入的X轴的积分补偿值Intg comp并进行运算，然后输出规定的转矩指令F*。
[0097]该速度控制部243如图4所示，具有积分器TsK1、加法器246、以及转矩过滤器248，利用对从减法部242输入的速度偏差进行积分得到的速度积分值来生成转矩指令Fx*。
[0098]乘法部244将来自速度控制部243的转矩指令F*和从下述的供电切换补偿部25的分配率运算部252输出的分配率α相乘，并将补偿后的适当的转矩指令F*输出至电流控制部245。
[0099]电流控制部245包括由逆变电路等组成的未图示的电力转换部等。该电流控制部245基于与速度指令Spd*相应的转矩指令F*，控制向对应的电枢绕组单元11的供电电流，并以规定的电压Vuvw向构成定子12的电枢绕组单元11供电。
[0100]接下来，对供电切换补偿部25进行说明。供电切换补偿部25具有在从第一控制装置21输出的ID被输入时对供电控制部24进行切换补偿的功能。即，具有补偿由供电控制部24进行的供电控制的运算的功能。
[0101]本实施方式涉及的切换补偿例如是积分值补偿、分配率运算，如图2所示，供电切换补偿部25包括积分值补偿部251和分配率运算部252。
[0102]本实施方式涉及的积分值补偿部251将刚刚被选择为供电控制对象的第二控制装置22所具有的速度积分值设定为作为切换目标的第二控制装置22的速度控制部243的速度积分值。例如，若参照图1B进行说明，则当可动部件13经过第五单元115向第六单元116移动时,积分值补偿部251将第五放大器225所具有的速度积分值设定为在第六放大器226的速度控制部243中利用的速度积分值。
[0103]如图4所示，积分值补偿部251具有开关部255和加法部256。执行由该积分值补偿部251进行的处理的时间是从第一控制装置21输出的ID被输入之时。
[0104]如图所示，本实施方式涉及的积分值补偿部251构成为当从第一控制装置21输入表示被选择为供电对象的ID时，开关部255进行切换。
[0105]并且，如前所述，例如，如果是可动部件13经过第五单元115向第六单元116移动的情况，则作为在第六放大器226的速度控制部243中利用的速度积分值，输入第五放大器225的速度偏差积分值Intgx’。之后，开关部255进行切换而成为通常的循环，X轴的积分补偿值Intg comp作为速度积分值从积分值补偿部251被输出至速度控制部243。
[0106]如此，本实施方式涉及的直线电机系统100中，在被切换为供电控制对象的两个第二控制装置22、22之间，继续利用将要切换之前的速度积分值，由此抑制切换时的冲击。此外，作为从切换前的第二控制装置22输入速度偏差积分值Intgx’的结构，无需一定要包括开关部255。只要是在供电控制对象被切换的时间输入将要切换之前的第二控制装置22的速度偏差积分值Intgx’的结构，则可以是任意的结构。
[0107]另外，分配率运算部252包括分配率运算器258，例如，为了在可动部件13移动时可动部件13能够顺畅地移动，运算转矩的分配率，来抑制第二控制装置22彼此之间的输出干涉。
[0108]S卩，分配率运算部252当从第一控制装置21输入表示被选择为供电对象这一情况的ID时，为了抑制与刚刚被选择为供电控制对象的第二控制装置22之间的控制干涉，通过可动部件13的位置关系来确定转矩分配率α。而且，该转矩分配率α被乘法部244与被输入到电流控制部245的转矩指令F*相乘，由此进行切换补偿。
[0109]例如，如图1B所示，假定是移动中的可动部件13处于跨越第五单元115和第六单元116的状态之时。分配率运算部252以使第五单元115和第六单元116的推力的上升、下降成为线形的转矩指令F*输出至电流控制部245的方式，确定转矩分配率α。
[0110]S卩，分配率运算部252确定相应于可动部件13与第五单元115以及第六单元116之间的各个距离的转矩分配率α，以使第五单元115和第六单元116之间的控制干涉得到抑制。
[0111]因此，以在第五单元115中推力以规定的倾角逐渐减小、且在第六单元116中推力以规定的倾角逐渐增加的方式，进行切换补偿，其结果是，可动部件13从第五单元115到第六单元116之间顺畅地移动。
[0112]如此，本实施方式涉及的供电切换补偿部25在电枢绕组单元11切换为供电对象时，基于刚刚被选择为供电控制对象的第二控制装置22的控制状态，来对切换目标的电枢绕组单元11进行供电控制的切换补偿。因此，能够抑制作为供电对象的电枢绕组单元11切换时的对于可动部件13的切换冲击。
[0113]在此，对与在可动部件13以大致恒定速度移动的进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22所执行的无传感器控制进行说明，并对利用了由该估算部71估算的估算结果的切换补偿进行说明。
[0114]图5是进行无传感器控制的第二控制装置22的供电控制部24在运算部241内所具有的估算部71的框图。此外，此时的第二控制装置22为图1B中与在进给区域32上所配置的第三单元113和第四单元114分别相对应的作为第二控制装置22的第三放大器223和第四放大器224。因此，图5的上部所示的是第三放大器223的估算部71，图5的下部所示的是第四放大器224的估算部71。此外，所述两个估算部71的结构均是相同的。
[0115]如图所示，估算部71包括感应电压估算部711、相位估算部712、以及相位运算部713。感应电压估算部711例如是感应电压估算器、观测器等，并将估算感应电压E?Y、E八s输出至相位估算部712。
[0116]相位估算部712包括PLL电路，并基于所输入的估算感应电压E八y>E ^ δ来输出估算速度ω八lpf[k]。另外，通过将估算速度ω八lpf[k]输入到相位运算部713并进行积分，输出估算相位Θ a [k]。另外，估算部71如上所述，基于估算相位Θ ^ [k]和估算速度ω a lpf[k]，来估算用于计算磁极Θ的可动部件位置P0SX a [k]、以及用于计算可动部件速度spdx的可动部件速度spdx八[k] ο如图所示,可动部件位置posx八[k]通过第一运算部714乘以作为磁极一可动部件位置的转换系数的Kl来得到。另外，可动部件速度spdx a [k]通过第二运算部715乘以电角速度一可动部件速度的转换系数K2而得到。
[0117]在该估算部71中，将由与切换为供电对象之前的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的估算部71运算出的估算相位Θ ^ [k]以及估算速度ω a lpf[k]在第二控制装置22彼此之间进行交接(参照箭头al)。即，在切换作为供电对象的电枢绕组单元11之时，将由估算部71估算的估算相位Θ八[k]以及估算速度ω八lpf[k]在第二控制装置22彼此之间进行交接。如此，切换为供电对象之前的估算相位Θ ^ [k]以及估算速度ωa lpf[k]直接被设定为切换后的估算相位Θ a [k]以及估算速度ω a ipf[k]。
[0118]并且，将基于该估算相位Θ a [k]和估算速度ω a ipf[k]的估算位置脉冲Posx’作为估算位置信息进行输出。即，与在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22无法利用来自标尺检测头5的位置脉冲Posx。因此，作为取代来自标尺检测头5的位置脉冲Posx的信息，输出由估算部71估算的估算位置脉冲Posx’。
[0119]此外，利用由该估算部71估算的估算结果的切换补偿的执行时间优选是，比从第一控制装置21输出ID的时间稍微提前的时间、S卩比积分值补偿、由分配率运算进行的补偿提前的时间。因此，例如，在第一控制装置21判断为可动部件13位于进给区域32的情况下，可以采用输出与上述的ID不同的，成为由估算部71估算的切换补偿的执行时间的指令的信号等适当的方法。
[0120]如此，在本实施方式涉及的直线电机系统100中，关于进行无传感器控制的第二控制装置22的供电控制部24所具有的估算部71，也作为供电切换补偿部的一例发挥作用。通过进行该切换补偿，在进行无传感器控制的进给区域32中，能够使供电控制对象切换时的上升提前，并且能够提高无传感器控制的响应性而使估算误差尽可能快地收敛。
[0121]然而，在上述的例子中，如箭头al所示，将由与切换为供电对象之前的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的估算部71运算出的估算相位Θ - [k]以及估算速度ω?lpf[k]在第二控制装置22彼此之间进行交接。但是，例如，如图5中的箭头a2所示，也可以将通过速度估算部712获得的估算速度ω a [k]在第二控制装置22彼此之间进行交接。
[0122]如此，与在定位区域31上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22和与在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的不同之处仅在于，由供电控制部24的运算部241进行的处理的设定。在本实施方式涉及的直线电机系统100中，多个第二控制装置22的结构为通用的结构。而且，对于与在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22的运算部241，估算可动部件13的估算相位Θ a [k]以及估算速度ω Alpf[k]。当然，也可以使与在进给区域32上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22和与在定位区域31上所配置的电枢绕组单元11相对应的第二控制装置22为彼此不同的结构。
[0123]图6是表示供电切换补偿前的动作波形的图，图7是表示供电切换补偿后的动作波形的图。如图7所示，本实施方式涉及的直线电机系统100包括供电切换补偿部25，因此在供电对象被切换前后，表示速度偏差的动作波形稳定，不会产生急剧的变动。即，与图6所示的供电切换补偿前的动作波形相比，在供电切换补偿后，如图7所示，动作波形的变动平稳。
[0124]此外，图6和图7的上部曲线图表示速度偏差，图6和图7的下部曲线图表示推力指令。此外，在图6和图7的上部曲线图中，将包含作为供电控制对象的第二控制装置22被切换的时间250的区域用圆形包围来示出。
[0125]图8是表示本实施方式涉及的直线电机系统100中的定位区域31和进给区域32上的速度指令和推力指令的变化的图。图8的上部曲线图表示速度指令的变化，图8的下部曲线图表示推力指令的变化。此外，在图中，示作进给动作区间(无传感器)的区域相当于进给区域32,示作高精度定位区间(带传感器)的区域相当于定位区域31。
[0126]如图所示，根据本实施方式涉及的直线电机系统100，在进给区域32中，推力指令相应于速度指令来变动。例如可知，在执行不利用基于标尺检测头5的检测信号的无传感器控制的进给区域32中，可动部件13相应于速度指令以固定速度移动，但此时的推力指令如图所示地变动极其小。
[0127]即可知，在本实施方式涉及的直线电机系统100中，由于在包含成为供电控制对象的第二控制装置22进行切换的时间T的进给区域32中，也进行上述的切换补偿，因此切换冲击得到抑制。
[0128]然而，在由图2A所示的结构形成的本实施方式涉及的直线电机系统100中，基于速度指令进行对电枢绕组单元11的供电控制。相对于此，有时根据来自上位的控制装置的转矩指令，作为下位装置的放大器进行对成为供电对象的电枢绕组单元11的供电控制。
[0129]在此，一边比较图9A和图9B，一边对基于速度指令的供电控制的优越性进行说明。图9A是将转矩指令切换中的速度指令和速度偏差作为比较例示出的图，图9B是表示实施方式涉及的直线电机系统100中的速度指令切换中的速度指令和速度偏差的图。此夕卜，在图9A、图9B的各图中，上部曲线图表示针对速度指令的响应速度，下部曲线图表示速度偏差。
[0130]如图9A的比较例所示，由于将上位装置和下位装置之间经由通信连接用总线23进行连接，因此，因通信延迟而表示速度偏差的信号的变动变大。从而可知，难以提高控制的精度。
[0131]对此，如图9B所示，在基于速度指令进行供电控制时，速度偏差比较稳定。从而可知，基于速度指令的供电控制相比于基于转矩指令的供电控制，能够实现更高精度的控制。
[0132]以上，如上所说明，本实施方式涉及的直线电机系统100利用包括具有永久磁铁的可动部件13的丽(Moving Magnet:动磁铁式)形直线电机,将电枢绕组单元11在可动部件13的移动方向上隔开间隔来配置。因此，该直线电机系统100能够实现省配线化，并且能够实现成本降低，因此能够适合用于长距离搬运。
[0133]另外，在本实施方式涉及的直线电机系统100中，多个第二控制装置22经由与第一控制装置21的通信连接用总线23相互分别连接。并且，被选择为供电控制对象的第二控制装置22的供电切换补偿部25构成为:将刚刚被选择为供电控制对象的第二控制装置22在供电控制中所利用的控制值在切换前后继续利用来进行切换补偿。
[0134]从而，能够提高供电控制的切换补偿精度，并且在直线电机系统100中能够实现更稳定的供电控制。并且，作为切换补偿的执行时间，不限于上述的例子，能够适当地进行设定。
[0135]另外，直线电机系统100中的移动路3上的定位区域31和进给区域32的数量、设定位置，不限于上述实施方式的方式，而能够自由地进行设定。
[0136]此外，本领域技术人员能够容易地导出本发明的进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方式并不限定于如上所示且记述的特定的详细和典型的实施方式。因而，在不脱离所附的权利要求书及其等同物定义的总的发明概念的精神或范围的情况下，能够进行各种变更。
【权利要求】
1.一种直线电机系统，其特征在于，包括: 定子，其中多个电枢绕组单元空出规定间隔来配置成列状； 可动部件，其具有永久磁铁并与所述定子相对置地配置；以及控制装置，其将所述可动部件所对置的所述电枢绕组单元作为供电对象，针对每个所述供电对象，进行基于速度指令的供电控制的运算，并基于该运算的结果对所述供电对象的所述电枢绕组单元依次进行供电，由此驱动所述可动部件， 所述控制装置具有供电切换补偿功能，所述供电切换补偿功能为在切换所述供电对象时对切换目标的电枢绕组单元进行所述供电控制的切换补偿的功能。
2.根据权利要求1所述的直线电机系统，其特征在于， 所述控制装置包括第一控制装置、以及与所述多个电枢绕组单元分别相对应地设置的多个第二控制装置， 所述第一控制装置具有: 速度指令输出部，其向所述第二控制装置输出所述速度指令；以及选择部，其将与所述可动部件所对置的电枢绕组单元相对应的第二控制装置依次选择为供电控制对象， 所述多个第二控制装置分别具有: 供电控制部，其在所述第二控制装置被选择为所述供电控制对象时，基于从所述第一控制装置输出的速度指令来进行供电控制的运算，并基于该运算的结果向对应的电枢绕组单元进行供电；以及 供电切换补偿部，其在所述供电控制部进行所述供电控制的运算时，对于所述供电控制部进行所述切换补偿。
3.根据权利要求2所述的直线电机系统，其特征在于， 所述直线电机系统包括检测所述可动部件的位置的位置传感器， 所述选择部基于来自所述位置传感器的检测信号，将与所述可动部件所对置的电枢绕组单元相对应的第二控制装置选择为所述供电控制对象。
4.根据权利要求3所述的直线电机系统，其特征在于， 所述多个电枢绕组单元的配置区域被划分为定位区域和进给区域， 与所述定位区域上所配置的电枢绕组单元相对应的所述第二控制装置利用由所述位置传感器检测的位置检测信号进行位置控制，另一方面，与所述进给区域上所配置的电枢绕组单元相对应的所述第二控制装置进行不利用所述位置检测信号的无传感器控制。
5.根据权利要求3或4所述的直线电机系统，其特征在于， 所述位置传感器是标尺检测头，所述标尺检测头设置在所述电枢绕组单元上，并且通过检测出所述可动部件上所设置的直线标尺来检测所述可动部件的位置。
6.根据权利要求2或3所述的直线电机系统，其特征在于， 所述多个第二控制装置经由与所述第一控制装置的通信连接而相互分别连接， 被选择为所述供电控制对象的第二控制装置的供电切换补偿部，基于刚刚被选择为所述供电控制对象的第二控制装置的供电控制的状态，来进行所述切换补偿。
7.根据权利要求6所述的直线电机系统，其特征在于， 所述供电控制部具有速度控制部，所述速度控制部利用对所述速度指令与所述可动部件的速度的偏差进行积分得到的速度积分值来生成转矩指令， 所述供电切换补偿部将刚刚被选择为所述供电控制对象的第二控制装置所具有的所述速度积分值设定为所述速度控制部的速度积分值，由此进行所述切换补偿。
8.根据权利要求6所述的直线电机系统，其特征在于， 所述供电控制部具有对所述可动部件的估算相位以及估算速度进行运算的估算部， 所述供电切换补偿部将刚刚被选择为所述供电控制对象的第二控制装置中运算出的所述估算相位以及所述估算速度设定为所述估算部的估算相位以及估算速度，由此进行所述切换补偿。
9.根据权利要求6所述的直线电机系统，其特征在于， 所述供电控制部具有电流控制部，所述电流控制部基于与所述速度指令相应的转矩指令来控制向对应的电枢绕组单元供给的供电电流， 所述供电切换补偿部将利用与刚刚被选择为所述供电控制对象的第二控制装置之间的所述可动部件的位置关系来确定的转矩分配率乘以被输入到所述电流控制部的转矩指令，由此进行所述切换补偿。
【文档编号】H02P25/18GK104348399SQ201410258070
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】高濑善康, 森本进也, 鹿山透, 古贺稔, 梅田信弘 申请人:株式会社安川电机