线性电动机的控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及线性电动机的控制装置以及控制方法。
[0002]本申请基于2013年9月13日在日本申请的特愿2013-190961号主张优先权，并将其内容援引于此。
【背景技术】
[0003]线性电动机若不进行与多个线圈和驱动用磁铁之间的相对位置关系(磁极位置)相应的通电，则不能产生与线性电动机的推力常数相应的推力，其中，多个线圈设置于动子或定子的任意一者，驱动用磁铁设置于动子或定子的另一者。
[0004]为此，在开始线性电动机的驱动时，需要了解动子相对于定子的位置。例如，在开始线性电动机的驱动时，通过将与预先规定的磁极位置对应的电流施加至线性电动机一定时间，来进行将动子拉向该磁极位置的动作(直流励磁)(专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1: JP特开平5-015179号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在动子位于相对于预先规定的电角偏离180°的磁极位置的情况下，有可能即使将与该磁极位置对应的电流施加至线性电动机，也不能产生拉引动子的推力，从而不能将动子拉向该磁极位置。另外，在作用于动子的外力存在的情况下，有可能即使将与磁极位置对应的电流施加至线性电动机，也不能将动子拉向磁极位置。在这样的情况下，有可能无法掌握磁极位置，从而无法高精度地进行产生给定的推力或者使其向给定的位置移动的控制。
[0010]本发明为了解决上述问题而提出，其目的是，提供一种能够使检测磁极位置的精度得到提高的线性电动机的控制装置以及控制方法。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]根据本发明的第一方式，对线性电动机进行控制的控制装置具备:区间估算部，其根据基于多次脉冲通电的动子的移动方向，来估算在对0°至360°的磁极位置进行分割而得到的多个区间的哪一区间中包含所述线性电动机的当前的磁极位置;磁极位置锁定部，其使估算磁极位置从由所述区间估算部估算出的区间的最小值或最大值的任意一方起朝向另一方以给定的第I变化量进行变化的同时进行脉冲通电，并基于进行了脉冲通电时的所述动子的运动来使估算磁极位置接近于所述当前的磁极位置；以及磁极位置检测部，其使由所述磁极位置锁定部执行接近后的估算磁极位置以比所述第I变化量小的第2变化量进行变化的同时进行直流励磁，每次使估算磁极位置变化时都获取所述动子的移动量，在获取到的移动量与所述第2变化量所对应的移动量一致的情况下，判定为估算磁极位置与所述当前的磁极位置一致。
[0013]根据本发明的第二方式，在第一方式所涉及的线性电动机的控制装置中，所述磁极位置锁定部，在连续的2次脉冲通电中所述动子运动的方向不同的情况下，或者在一次脉冲通电中所述动子运动而在另一次脉冲通电中所述动子不动的情况下，判定为使估算磁极位置接近于所述当前的磁极位置的锁定完成。
[0014]根据本发明的第三方式，在第二方式所涉及的线性电动机的控制装置中，所述磁极位置检测部，在连续的2次脉冲通电中所述动子运动的方向不同的情况下、和在连续的2次脉冲通电中在本次脉冲通电时所述动子不运动而在上次脉冲通电时所述动子运动、且在上次脉冲通电后所述动子反向运动的情况下、以及在连续的2次脉冲通电中在本次脉冲通电时所述动子运动而在上次脉冲通电时所述动子不运动的情况下、和在连续的2次脉冲通电中在本次脉冲通电时所述动子不运动而在上次脉冲通电时所述动子运动、且在上次脉冲通电后所述动子未反向运动的情况下，对是使估算磁极位置每次增加所述第2变化量的同时进行直流励磁、还是使估算磁极位置每次减少所述第2变化量的同时进行直流励磁进行切换。
[0015]根据本发明的第四方式，由对线性电动机进行控制的控制装置进行的控制方法具有:区间估算步骤，根据基于多次脉冲通电的动子的移动方向，来估算在对0°至360°的磁极位置进行分割而得到的多个区间的哪一区间中包含所述线性电动机的当前的磁极位置;磁极位置锁定步骤，使估算磁极位置从在所述区间估算步骤中估算出的区间的最小值或最大值的任意一方朝向另一方以给定的第I变化量进行变化的同时进行脉冲通电，并基于进行了脉冲通电时的所述动子的运动来使估算磁极位置接近于所述当前的磁极位置；以及磁极位置检测步骤，使在所述磁极位置锁定步骤中执行接近后的估算磁极位置以比所述第I变化量小的第2变化量进行变化的同时进行直流励磁，每次使估算磁极位置变化时都获取所述动子的移动量，在获取到的移动量与所述第2变化量所对应的移动量一致的情况下，判定为估算磁极位置与所述当前的磁极位置一致。
[0016]发明效果
[0017]根据上述线性电动机的控制装置以及控制方法，由于使用抑制了动子的移动量的脉冲通电来锁定线性电动机的当前的磁极位置所在的范围，使进行锁定后的估算磁极位置以第2变化量进行变化的同时进行直流励磁，在每次使估算磁极位置变化时所获取到的动子的移动量与第2变化量的移动量一致的情况下判定为估算磁极位置与线性电动机的当前的磁极位置一致，因此能够使检测磁极位置的精度得到提高。
【附图说明】
[0018]图1是表示本实施方式的线性电动机21的控制装置10的概略框图。
[0019 ]图2是表示d_q座标系中的永磁同步电动机的等效电路的图。
[0020]图3是表示同实施方式中的控制装置10所进行的设定初始磁极位置的处理的第I
流程图。
[0021]图4是表示同实施方式中的控制装置10所进行的设定初始磁极位置的处理的第2
流程图。
[0022]图5是表示同实施方式中的控制装置10所进行的设定初始磁极位置的处理的第3
流程图。
[0023]图6是表示同实施方式中的控制装置10所进行的设定初始磁极位置的处理的第4
流程图。
[0024]图7是表示在同实施方式中控制装置10所进行的电动机动作子程序的流程图。
[0025]图8A是表示成为初始磁极位置的设定的对象的线性电动机21的设置例I的图。
[0026]图SB是表示成为初始磁极位置的设定的对象的线性电动机21的设置例I的图。
[0027]图SC是表示成为初始磁极位置的设定的对象的线性电动机21的设置例I的图。
[0028]图9A是表示成为初始磁极位置的设定的对象的线性电动机21的设置例2的图。
[0029]图9B是表示成为初始磁极位置的设定的对象的线性电动机21的设置例2的图。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照附图来说明本发明的实施方式中的线性电动机的控制装置以及控制方法。图1是表示本实施方式的线性电动机21的控制装置10的概略框图。控制装置10通过在线性电动机21所具备的U、V、W相的线圈中流动三相电枢电流，来产生直线移动的移动磁场，使线性电动机21的动子相对于定子直线移动。
[0031]即使是磁场直线移动的可动线圈型永磁同步线性电动机，也与磁场旋转的旋转磁场型同步电动机同样，使用旋转座标的d_q座标系来控制d轴以及q轴的电枢电流。将电动机的固定部分(定子)和旋转部分(动子)均向旋转的正交座标系进行变换的是d_q变换，其座标系是d_q座标系。q轴相对于d轴超前V2的相位。在永磁同步电动机的情况下，d轴一般采用磁场产生的磁通的方向，在旋转磁场型永磁同步电动机中，d_q座标成为旋转座标。
[0032]图2是表不d_q座标系中的永磁同步电动机的等效电路的图。在该图中，vd是d轴电枢电压，vq是q轴电枢电压。Id是d轴电枢电流，iq是q轴电枢电流。Φ?是电枢绕组交链磁通数，R是电枢绕组电阻，L是电枢绕组的自电感。若使用q轴电枢电流，则永磁同步电动机的推力T由下式来表示。
[0033]Τ = ρ Φ f.iq
[0034]在永磁同步电动机的情况下，电枢绕组交链磁通数Φf无变动，因此通过控制q轴电枢电流iq，能控制推力。在此，从电动机效率的观点出发，d轴电枢电流id—般被控制为O。为了如此控制电流id、iq，为了控制这些电流，需要控制d轴电枢电压Vd以及q轴电枢电压Vq。另外，需要掌握d轴和q轴的位置。此时，若在线性电动机21中的实际的d_q座标与在控制装置10中掌握的(Γ-Cf座标(真值)发生偏差，则会在线性电动机21的控制中产生误差，因此需要高精度地获取(Γ _q~座标。
[0035]回到图1，说明控制装置10的构成。控制装置10具备:相位计算器101、速度计算器102、位置计算器103、位置控制器104、速度控制器105、矢量旋转器和3相2相变换器106、d轴电流控制器107、q轴电流控制器108、矢量旋转器和2相3相变换器109、电力变换器110、变流器111、以及初始磁极位置设定器112。
[0036]从安装于线性电动机21的编码器22向相位计算器101输入线性电动机21的动子的移动量。若进行初始磁极位置的设定，则相位计算器101基于初始磁极位置和从编码器22输入的移动量，来计算线性电动机21的磁极位置0re(d轴的位置、电角)。相位计算器101将计算出的磁极位置输入至矢量旋转器和3相2相变换器106以及矢量旋转器和2相3相变换器109。
[0037]从编码器22向速度计算器102输入线性电动机21的动子的移动量。速度计算器102基于在进行初始磁极位置的设定后所输入的动子的移动量，来计算动子的移动速度。速度计算器102将计算出的移动速度corm输入至速度