JPWO2012127687A1 - Linear motor drive device - Google Patents
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Abstract
直線状に配列された複数の永久磁石からなる磁石列および前記磁石列の両側において可動部を支持および案内するために該磁石列と並行に配置される2本のレールを備える固定部と、前記2本のレールにそれぞれ支持され摺接して滑動できる2個のベアリングおよび前記2個のベアリングの間において前記磁石列と近接して対向配置される電機子を備える可動部とで構成されるリニアモータを駆動するリニアモータ駆動装置において、前記電機子のコイルに供給するd軸電流およびq軸電流を生成制御する電流制御回路におけるd軸電流制御回路は、生成するd軸電流を変化させて前記レールと前記ベアリングとの間に生ずる摩擦力を制御する構成を備える。A fixed part having two rails arranged in parallel with the magnet row, in order to support and guide the movable part on both sides of the magnet row, the magnet row comprising a plurality of permanent magnets arranged in a straight line; A linear motor comprising two bearings that are respectively supported by two rails and are slidable in sliding contact with each other, and a movable part that has an armature disposed in close proximity to the magnet row between the two bearings. The d-axis current control circuit in the current control circuit for generating and controlling the d-axis current and the q-axis current supplied to the armature coil changes the generated d-axis current to change the rail And a structure for controlling a frictional force generated between the bearing and the bearing.
Description
本発明は、リニアモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a linear motor driving device.
リニアモータの停止位置(移動距離)を制御する構成として、推力を発生させるためのコイルおよび磁石のほかに、磁気吸引力による摩擦力を増減させるためのコイルおよび磁石を設ける構成が知られている(例えば、特許文献1)。 As a configuration for controlling the stop position (movement distance) of the linear motor, a configuration is known in which a coil and a magnet for increasing and decreasing a frictional force due to a magnetic attractive force are provided in addition to a coil and a magnet for generating a thrust. (For example, patent document 1).
一方、回転モータの停止制御では、d軸電流制御によりブレーキトルクを発生させて減速させる方法が用いられている(例えば、特許文献2)。 On the other hand, in the stop control of the rotary motor, a method of generating a brake torque by d-axis current control and decelerating is used (for example, Patent Document 2).
推力発生用のコイルおよび磁石とは別に、磁気吸引力による摩擦力を増減させるためのコイルおよび磁石を設ける構成では、停止位置(移動距離)を制御するための構成が複雑になる。 In the configuration in which the coil and the magnet for increasing and decreasing the frictional force due to the magnetic attraction force are provided separately from the thrust generating coil and the magnet, the configuration for controlling the stop position (movement distance) becomes complicated.
ところが、リニアモータの駆動制御でも、回転モータと同様のベクトル制御が用いられるので、リニアモータにおいてもd軸電流制御を行って磁気吸引力による摩擦力を増減することで、停止位置制御(移動距離制御)が行えれば、構成の簡素化が図れる。 However, since the vector control similar to that of the rotary motor is also used in the drive control of the linear motor, the stop position control (movement distance) is also performed in the linear motor by performing d-axis current control to increase / decrease the frictional force due to the magnetic attractive force. If the control can be performed, the configuration can be simplified.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、d軸電流制御を行って磁気吸引力による摩擦力を増減することができるリニアモータ駆動装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a linear motor driving device capable of increasing / decreasing a frictional force due to a magnetic attractive force by performing d-axis current control.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直線状に配列された複数の永久磁石からなる磁石列および前記磁石列の両側において可動部を支持および案内するために該磁石列と並行に配置される2本のレールを備える固定部と、前記2本のレールにそれぞれ支持され摺接して滑動できる2個のベアリングおよび前記2個のベアリングの間において前記磁石列と近接して対向配置される電機子を備える可動部とで構成されるリニアモータを駆動するリニアモータ駆動装置において、前記電機子のコイルに供給するd軸電流およびq軸電流を生成制御する電流制御回路におけるd軸電流制御回路は、生成するd軸電流を変化させて前記レールと前記ベアリングとの間に生ずる摩擦力を制御する構成を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention provides a magnet array composed of a plurality of linearly arranged permanent magnets and the magnets for supporting and guiding the movable part on both sides of the magnet array. A fixed portion having two rails arranged in parallel with the row, two bearings supported by the two rails and slidable in sliding contact with each other, and the magnet row between the two bearings. In a linear motor driving apparatus for driving a linear motor composed of a movable part having armatures arranged opposite to each other, in a current control circuit for generating and controlling d-axis current and q-axis current supplied to the coil of the armature The d-axis current control circuit includes a configuration for controlling a frictional force generated between the rail and the bearing by changing a generated d-axis current.
本発明によれば、推力発生用のコイルおよび磁石とは別に、磁気吸引力による摩擦力を増減させるためのコイルおよび磁石を設けることなく、d軸電流制御を行って磁気吸引力による摩擦力を増減することができる。したがって、リニアモータ構成の簡素化を図ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the d-axis current control is performed to reduce the friction force due to the magnetic attraction force without providing the coil and magnet for increasing or decreasing the friction force due to the magnetic attraction force separately from the coil and magnet for generating the thrust. It can be increased or decreased. Therefore, the linear motor configuration can be simplified.
以下に、本発明にかかるリニアモータ駆動装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a linear motor driving apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1および図2は、本発明の一実施例によるリニアモータの外観構成を示す斜視図およびY軸方向断面図である。両図において、リニアモータ100は、固定部1と、固定部1上にX軸方向へ移動可能に配置される可動部2とで構成される。
1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view in the Y-axis direction showing an external configuration of a linear motor according to an embodiment of the present invention. In both figures, the
固定部1は、X軸方向に長尺なベース13上に形成されている。すなわち、ベース13上にX軸方向へ短冊板状の取付座12が固定され、取付座12上に複数の永久磁石11がX軸方向へ等間隔で固定配置されている。取付座12の短手方向(Y軸方向)の両側におけるベース13上には、2本のレール31がそれぞれX軸方向に並行して固定配置されている。そして、一方のレール31の外側におけるベース13上には、スケール41がX軸方向に並行して固定配置されている。スケール41には、位置情報が光学的もしくは磁気的に記録されている。
The
可動部2は、天板24に取り付けられている。天板24は、長手幅が2本のレール31の間隔よりも長くなっていて、その両端側の下面に、2本のレール31とそれぞれ摺接する2個のベアリング32が固定されている。これによって、2個のベアリング32が2本のレール31に支持された状態で2本のレール31上を滑動することで、天板24は、X軸方向へ移動できる。
The
また、天板24の下面において2個のベアリング32の間に、永久磁石11の配置位置の直上位置に、電機子の鉄心23が固定されている。鉄心23の外周囲には、電機子のコイル21を収容した樹脂製のボビン22が固定されている。なお、コイル21の相数は3であるとしている。三相のコイル21には、電源用リード線51により、駆動装置のインバータ95(図3参照)から三相の交流電流が供給される。これによって、三相のコイル21に電流が流れることにより鉄心23に形成される磁気回路による磁束と永久磁石11が作る磁束との相互作用により、鉄心23と永久磁石11との間に、鉄心23側から永久磁石11側へ向かう磁気吸引力62と、図示しないX軸方向へ向かう推力とが生ずる。磁気吸引力62によって、レール31とベアリング32との間に摩擦力が推力の方向とは逆向きに発生することが解る。
An
そして、スケール41側における天板24の側端には、位置検出器42がスケール41と対向するように、位置検出器結合部材43により取り付けられている。位置検出器42には、検出した位置信号を駆動装置へ伝達するための位置検出器用リード線52が接続されている。
A position detector coupling member 43 is attached to the side end of the
図3は、図1に示すリニアモータを駆動するリニアモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。図3において、リニアモータ駆動装置90は、加減算回路91,93と、位置制御回路92と、速度制御回路94と、電流制御回路95と、二相/三相変換回路96と、インバータ97と、微分回路98と、電流検出器99とを備えている。電流検出器99は、インバータ97の出力端に取り付けられ、検出した出力電流は、電流制御回路95に入力される。電流制御回路95は、d軸電流制御回路95aと、q軸電流制御回路95bとで構成される。また、位置検出器42が検出したスケール41上の位置情報は、加減算回路91と、微分回路98とに入力される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a linear motor driving apparatus that drives the linear motor illustrated in FIG. 1. In FIG. 3, a linear motor driving device 90 includes addition /
加減算回路91は、外部から入力される目標位置の位置指令と位置検出器42が検出したスケール41上の現在位置との偏差を求める。位置制御回路92は、加減算回路91が求めた位置偏差から内部速度指令を算出する比例制御を行い、得られた内部速度指令を出力する。
The addition /
加減算回路93は、位置制御回路92が求めた内部速度指令と、微分回路98が位置検出器42からの位置情報を微分して求めたモータ速度との偏差を求める。速度制御回路94は、加減算回路93が求めた速度偏差について比例積分制御を行ってd軸電流指令およびq軸電流指令を算出し、算出したd軸電流指令およびq軸電流指令を電流制御回路95へ出力する。
The addition /
電流制御回路95では、d軸電流制御回路95aにおいて入力されたd軸電流指令が指示するd軸電流を生成する動作が行われ、q軸電流制御回路95bにおいて入力されたq軸電流指令が指示するq軸電流を生成する動作が行われるが、d軸電流制御回路95aおよびq軸電流制御回路95bは、電流検出器99が検出したモータ供給電流を参考にしてそれぞれの生成電流を制御する。
In the
二相/三相変換回路96は、電流制御回路95が出力するd軸およびq軸の電流id,iqとをuvwの三相の交流電流iu,iv,ivへ変換する。インバータ97は、変換された三相の交流電流iu,iv,ivを、それぞれPWM信号に変換・増幅し、三相のコイル21に供給する。これによって、磁気吸引力62およびX軸方向への推力が発生する。
The two-phase / three-
さて、可動部2と固定部1との間に働くマイナスZ軸方向の磁気吸引力62は、Fm[N]と表せば、透磁率μ[H/m]、永久磁石11が作る磁束φm[Wb]、d軸インダクタンスLd[H]、d軸電流id[A]、固定部1と可動部2との磁路断面積S[m2]を用いて、式(1)で与えられる。
Fm=(S/2μ){(φm+Ldid)/S}2 …(1)Now, if the magnetic attraction force 62 in the minus Z-axis direction acting between the
Fm = (S / 2μ) {(φm + Ldid) / S} 2 (1)
また、X軸方向への推力により可動部2がレール31に案内されて移動する際に、ベアリング32とレール31との間に発生する摩擦力Ff[N]は、推力と逆向きのX方向に働くが、ベアリング32とレール31との間の動摩擦係数k、ベアリング32に働く垂直抗力N[N]を用いて式(2)で与えられる。
Ff=kN …(2)Further, when the
Ff = kN (2)
そして、垂直抗力Nは、可動部2の質量M[kg]、重力加速度g[m/s2]、磁気吸引力Fm[N]を用いて式(3)で与えられる。
N=Mg+Fm …(3)Then, the vertical drag N is given by Equation (3) using the mass M [kg] of the
N = Mg + Fm (3)
式(1)〜式(3)において、動摩擦係数k、可動部2の質量M、透磁率μ、永久磁石11の磁束φ、およびd軸インダクタンスLdは、既知である。したがって、磁気吸引力Fmによる摩擦力Ffは、d軸電流idの制御によって、制御することができる。
In the equations (1) to (3), the dynamic friction coefficient k, the mass M of the
図4は、図1に示すリニアモータの速度特性を示す波形図である。図4において、目標位置までの移動時間80は、加速時間81と、等速時間82と、減速時間83とに分けられる。今までは、加速時間81と減速時間83とで、ベアリング32とレール31の間に同じ大きさの摩擦力を生じさせていた。
FIG. 4 is a waveform diagram showing speed characteristics of the linear motor shown in FIG. In FIG. 4, the travel time 80 to the target position is divided into an
本実施例では、d軸電流制御回路95aが、電流検出器99が検出したモータ電流を参照信号にして、加速時には摩擦力を減少させるように、減速時には摩擦力を増加させるように、d軸電流を制御する。この制御は、加速時と減速時との両方で行ってもよく、片方で行ってもよい。これによって、加速時間81と減速時間83との両方または一方を今までよりも短くすることができるので、移動時間80を短縮することが可能となる。
In this embodiment, the d-axis current control circuit 95a uses the motor current detected by the
このように、本実施によれば、特許文献1に示されるように、推力発生用のコイルおよび磁石とは別に、磁気吸引力による摩擦力を増減させるためのコイルおよび磁石を設けることなく、d軸電流制御を行って磁気吸引力による摩擦力を増減することができるので、リニアモータ構成の簡素化が図れる。
Thus, according to the present embodiment, as shown in
以上のように、本発明にかかるリニアモータ駆動装置は、d軸電流制御を行って磁気吸引力による摩擦力を増減することができるリニアモータ駆動装置として有用である。 As described above, the linear motor driving device according to the present invention is useful as a linear motor driving device capable of increasing and decreasing the frictional force due to the magnetic attractive force by performing d-axis current control.
1 固定部
2 可動部
11 永久磁石
12 取付座
13 ベース
21 コイル
22 ボビン
23 鉄心
24 天板
31 レール
32 ベアリング
41 スケール
42 位置検出器
43 位置検出器結合部材
51 電源用リード線
52 位置検出器用リード線
62 磁気吸引力
80 移動時間
81 加速時間
82 等速時間
83 減速時間
90 リニアモータ駆動装置
91,93 加減算回路
92 位置制御回路
94 速度制御回路
95 電流制御回路
95a d軸電流制御回路
95b q軸電流制御回路
96 二相/三相変換回路
97 インバータ
98 微分回路
99 電流検出器
100 リニアモータDESCRIPTION OF
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直線状に配列された複数の永久磁石からなる磁石列および前記磁石列の両側において可動部を支持および案内するために該磁石列と並行に配置される2本のレールを備える固定部と、前記2本のレールにそれぞれ支持され摺接して滑動できる2個のベアリングおよび前記2個のベアリングの間において前記磁石列と近接して対向配置される電機子を備える可動部とで構成されるリニアモータを駆動するリニアモータ駆動装置において、前記電機子のコイルに供給するd軸電流およびq軸電流を生成制御する電流制御回路におけるd軸電流制御回路は、生成するd軸電流を変化させて前記レールと前記ベアリングとの間に生ずる摩擦力を制御する構成を備え、前記可動部を目標位置へ移動させる場合の加減速時に、生成するd軸電流を変化させて前記摩擦力を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention provides a magnet array composed of a plurality of linearly arranged permanent magnets and the magnets for supporting and guiding the movable part on both sides of the magnet array. A fixed portion having two rails arranged in parallel with the row, two bearings supported by the two rails and slidable in sliding contact with each other, and the magnet row between the two bearings. In a linear motor driving apparatus for driving a linear motor composed of a movable part having armatures arranged opposite to each other, in a current control circuit for generating and controlling d-axis current and q-axis current supplied to the coil of the armature d-axis current control circuit changes the d-axis current for generating includes a configuration for controlling the frictional force generated between the bearing and the rail, the movable portion to the target position During acceleration and deceleration of the case of moving, to change the d-axis current generating and controlling said frictional force.
Claims (4)
前記電機子のコイルに供給するd軸電流およびq軸電流を生成制御する電流制御回路におけるd軸電流制御回路は、
生成するd軸電流を変化させて前記レールと前記ベアリングとの間に生ずる摩擦力を制御する構成
を備えることを特徴とするリニアモータ駆動装置。A fixed part comprising a magnet array composed of a plurality of permanent magnets arranged in a straight line, and two rails arranged in parallel with the magnet array to support and guide the movable part on both sides of the magnet array; A linear motor comprising two bearings supported by two rails and slidable in sliding contact with each other, and a movable part having an armature disposed in close proximity to the magnet row between the two bearings. In the linear motor drive device that drives
The d-axis current control circuit in the current control circuit for generating and controlling the d-axis current and the q-axis current supplied to the armature coil is:
A linear motor drive device comprising: a configuration for controlling a frictional force generated between the rail and the bearing by changing a generated d-axis current.
前記可動部を目標位置へ移動させる場合の加減速時に、生成するd軸電流を変化させて前記摩擦力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ駆動装置。The d-axis current control circuit is
The linear motor driving apparatus according to claim 1, wherein the frictional force is controlled by changing a d-axis current generated during acceleration / deceleration when moving the movable portion to a target position.
前記可動部を目標位置へ移動させる場合の加速時では、生成するd軸電流を前記摩擦力を減少させる方向へ変化させる
ことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータ駆動装置。The d-axis current control circuit is
The linear motor drive device according to claim 2, wherein the d-axis current to be generated is changed in a direction in which the frictional force is reduced during acceleration when moving the movable portion to a target position.
前記可動部を目標位置へ移動させる場合の減速時では、生成するd軸電流を前記摩擦力を増加させる方向へ変化させる
ことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータ駆動装置。The d-axis current control circuit is
The linear motor drive device according to claim 2, wherein the d-axis current to be generated is changed in a direction in which the frictional force is increased during deceleration when the movable unit is moved to a target position.
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