[发明专利]控制直线电机的方法

说明书

优先权信息

本申请要求以申请日为2012年1月26日、申请号为2012-013669的日本专利申请，以及申请日为2012年10月5日、申请号为2012-223520的日本专利申请为优先权，这两个申请的全部内容在此以引用的方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及对直线电机的控制。

背景技术

近年来，在机床的轴向驱动中，一种直接驱动带有电机（electrical motor，以下简称“motor”）的台面且不使用滚珠丝杠的方法已投入商用。在这种类型的机床中使用了直线电机。

在使用直线电机的这种驱动方法中，由于没有减速构件、例如滚珠丝杠，因此，直线电机的滑动器的定位精度直接对应于驱动轴的定位精度。因此，对于直线电机而言，需求高的定位精度。通常在使用直线电机时，会安装高分辨率的位置检测器，以检测驱动目标的位置。

直线电机包括安装在移动单元、例如台面上的滑动器，以及安装在固定单元、例如床体上的定子。根据不同原理，有各种类型的直线电机。例如，JP 2007-318839 A描述了一种类型的直线电机，其使用的定子具有以预定间距设置在相互面对的表面上的凸极。在直线延伸设置的定子上，沿定子延伸方向设置有凸极。在可沿着以延伸方式设置的定子移动的滑动器上，设置了面对着定子凸极的磁极。所述磁极由线圈和永磁体构成。当线圈中输入预定电能时，在定子延伸方向上形成了移动磁场，且由于移动磁场与凸极之间的相互作用，滑动器在定子的延伸方向上移动。

接下来将描述一种用于控制直线同步电机的典型方法。图1为直线电机控制装置的结构示意框图。该直线电机控制装置包括位置检测器12、比例放大器21和22、电流分配器23、积分放大器24、电流控制器25、微分器26、三相PWM逆变器28和电流检测器29。在该控制装置中，当输入位置指令X时，比例放大器21对位置指令值与位置检测器12的检测值（其表示滑动器的位置）之间的差值进行放大，并作为直线电机滑动器的速率指令V*输出。比例放大器22和积分放大器24对速率指令V*与滑动器速率之间的差值进行PI计算（微分器26对位置检测器12的检测值进行微分而得到该差值），产生推力指令F*。在收到输入的推力指令F*后，电流分配器23产生三相电流指令Iu*、Iv*和Iw*中的电流指令值Iu* 和Iv*，并向电流控制器25输出这些指令值。在该过程中，在产生电流指令时将位置检测器12的方向值也考虑了进去。

基于从电流分配器23输入的电流指令Iu* 和Iv*以及从关系等式Iu* + Iv* + Iw* = 0推导的电流指令Iw*，电流控制器25产生三相电压指令eu*、ev*和ew*，并向三相PWM逆变器28输出这些电压指令。基于三相电压指令eu*、ev*和ew*，通过施加由逆变器28对来自直流电源27的直流电压进行转换而得的三相交流电压来驱动直线电机。实际施加在直线电机上的电压为三相电压指令eu*、ev*和ew*，且ew*是由电流控制器25从电流检测器29所检测的电流检测值iu、iv和iw的差值来确定的。

在上述控制方法中，为使同一电流下直线电机的推力最大，须以相对于滑动器位置、尤其是滑动器磁极相对于定子凸极的位置而言的最佳电流相位角施加电流。

以下将描述作为最佳电流相位角的相位角。图2展示了当滑动器在恒定电流下相对于定子滑动时、直线电机所产生的推力。从图2可知，当电流相位角为90°时，直线电机的推力最大。

在实际操作中，直线电机的控制装置对磁极线圈施加电流，以达到90°的电流相位角，同时监控位置检测器获得的滑动器位置，即，滑动器磁极的位置。在该过程中，为使控制装置以精确的电流相位角施加电流，须将位置检测器、滑动器和定子安装在预定位置上。如果安装位置发生偏移，则检测器将无法精确地检测滑动器磁极的位置，电流将偏离最佳相位角，因此推力将减小。

尽管如此，在实际中，由于部件的尺寸公差以及安装螺栓与螺孔的齿隙，直线电机和位置检测器并不能精确地安装在预定位置。因此，要以最佳相位角施加电流是困难的。

以下将进行更具体的描述。假定具有图2所示特征的直线电机的360°电流相位对应于12mm的机械相位（节距）。在这种情形下，如果滑动器、定子和位置检测器的安装位置都偏离预定位置30°（即1mm机械相位），如图2所示，则推力将比以最佳相位角施加电流时获得的最大推力减小19%。为防止这种推力减小的情形，如JP 2008-178237 A所公开的，提出了一种磁极位置校正方法，其中，磁极位置校正值存储在控制装置中，电动校正位置检测器的磁极位置。