[發明專利]控制直線電機的方法

有效

• 申請號: 201310029147.9
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103227607B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 山岡史樹;川井庸市
• 申請（專利權）人: 大隈株式會社
• 主分類號: H02P25/064
• 分類號: H02P25/064
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王程;何沖

優先權信息

本申請要求以申請日為2012年1月26日、申請號為2012-013669的日本專利申請，以及申請日為2012年10月5日、申請號為2012-223520的日本專利申請為優先權，這兩個申請的全部內容在此以引用的方式并入本申請。

技術領域

本發明涉及對直線電機的控制。

背景技術

近年來，在機床的軸向驅動中，一種直接驅動帶有電機（electrical?motor，以下簡稱“motor”）的臺面且不使用滾珠絲杠的方法已投入商用。在這種類型的機床中使用了直線電機。

在使用直線電機的這種驅動方法中，由于沒有減速構件、例如滾珠絲杠，因此，直線電機的滑動器的定位精度直接對應于驅動軸的定位精度。因此，對于直線電機而言，需求高的定位精度。通常在使用直線電機時，會安裝高分辨率的位置檢測器，以檢測驅動目標的位置。

直線電機包括安裝在移動單元、例如臺面上的滑動器，以及安裝在固定單元、例如床體上的定子。根據不同原理，有各種類型的直線電機。例如，JP?2007-318839?A描述了一種類型的直線電機，其使用的定子具有以預定間距設置在相互面對的表面上的凸極。在直線延伸設置的定子上，沿定子延伸方向設置有凸極。在可沿著以延伸方式設置的定子移動的滑動器上，設置了面對著定子凸極的磁極。所述磁極由線圈和永磁體構成。當線圈中輸入預定電能時，在定子延伸方向上形成了移動磁場，且由于移動磁場與凸極之間的相互作用，滑動器在定子的延伸方向上移動。

接下來將描述一種用于控制直線同步電機的典型方法。圖1為直線電機控制裝置的結構示意框圖。該直線電機控制裝置包括位置檢測器12、比例放大器21和22、電流分配器23、積分放大器24、電流控制器25、微分器26、三相PWM逆變器28和電流檢測器29。在該控制裝置中，當輸入位置指令X時，比例放大器21對位置指令值與位置檢測器12的檢測值（其表示滑動器的位置）之間的差值進行放大，并作為直線電機滑動器的速率指令V*輸出。比例放大器22和積分放大器24對速率指令V*與滑動器速率之間的差值進行PI計算（微分器26對位置檢測器12的檢測值進行微分而得到該差值），產生推力指令F*。在收到輸入的推力指令F*后，電流分配器23產生三相電流指令Iu*、Iv*和Iw*中的電流指令值Iu*?和Iv*，并向電流控制器25輸出這些指令值。在該過程中，在產生電流指令時將位置檢測器12的方向值也考慮了進去。

基于從電流分配器23輸入的電流指令Iu*?和Iv*以及從關系等式Iu*?+?Iv*?+?Iw*?=?0推導的電流指令Iw*，電流控制器25產生三相電壓指令eu*、ev*和ew*，并向三相PWM逆變器28輸出這些電壓指令。基于三相電壓指令eu*、ev*和ew*，通過施加由逆變器28對來自直流電源27的直流電壓進行轉換而得的三相交流電壓來驅動直線電機。實際施加在直線電機上的電壓為三相電壓指令eu*、ev*和ew*，且ew*是由電流控制器25從電流檢測器29所檢測的電流檢測值iu、iv和iw的差值來確定的。

在上述控制方法中，為使同一電流下直線電機的推力最大，須以相對于滑動器位置、尤其是滑動器磁極相對于定子凸極的位置而言的最佳電流相位角施加電流。

以下將描述作為最佳電流相位角的相位角。圖2展示了當滑動器在恒定電流下相對于定子滑動時、直線電機所產生的推力。從圖2可知，當電流相位角為90°時，直線電機的推力最大。

在實際操作中，直線電機的控制裝置對磁極線圈施加電流，以達到90°的電流相位角，同時監控位置檢測器獲得的滑動器位置，即，滑動器磁極的位置。在該過程中，為使控制裝置以精確的電流相位角施加電流，須將位置檢測器、滑動器和定子安裝在預定位置上。如果安裝位置發生偏移，則檢測器將無法精確地檢測滑動器磁極的位置，電流將偏離最佳相位角，因此推力將減小。

盡管如此，在實際中，由于部件的尺寸公差以及安裝螺栓與螺孔的齒隙，直線電機和位置檢測器并不能精確地安裝在預定位置。因此，要以最佳相位角施加電流是困難的。

以下將進行更具體的描述。假定具有圖2所示特征的直線電機的360°電流相位對應于12mm的機械相位（節距）。在這種情形下，如果滑動器、定子和位置檢測器的安裝位置都偏離預定位置30°（即1mm機械相位），如圖2所示，則推力將比以最佳相位角施加電流時獲得的最大推力減小19%。為防止這種推力減小的情形，如JP?2008-178237?A所公開的，提出了一種磁極位置校正方法，其中，磁極位置校正值存儲在控制裝置中，電動校正位置檢測器的磁極位置。