(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストの上昇を抑えつつも、各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの可動子を正確に制御する。【解決手段】モータドライバ回路１４に直列接続され、対応相の全コイルに駆動電流が供給されているときに、全コイルとの合成インピーダンスを対応相の一部のコイルの合成インピーダンスと等価にするインピーダンス調整コイル１７と、対応相の全コイルに駆動電流を供給するときに、モータドライバ回路３０とインピーダンス調整コイル１７と全コイルに関する電力供給切替スイッチ１９ａ〜１９ｇとを直列接続させ、対応相の一部のコイルに駆動電流を供給するときに、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、モータドライバ回路３０と一部のコイルに関する電力供給切替スイッチとを直列接続させるインピーダンス調整スイッチ１８と、を備えている。【選択図】図１
2010110146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの駆動装置において、
前記多相リニアモータの前記各相毎に、駆動電流を供給するモータ駆動部を備え、
前記各相毎の前記モータ駆動部は、それぞれ、
前記多相リニアモータの対応相に供給する駆動電流を出力するモータ駆動回路と、
前記対応相の全コイル毎に、前記モータ駆動回路からの前記駆動電流の供給及び供給断を行う第一の切替スイッチと、
前記モータ駆動回路に直列接続され、前記第一の切替スイッチの動作により前記対応相の全コイルに駆動電流が供給されているときに、該全コイルとの合成インピーダンスを該対応相の一部のコイルの合成インピーダンスと等価にするインピーダンス部材と、
前記対応相の全コイルに駆動電流を供給するときに、前記モータ駆動回路と前記インピーダンス部材と該全コイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させ、該対応相の前記一部のコイルに駆動電流を供給するときに、該インピーダンス部材を経ずに、該モータ駆動回路と該一部のコイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させる第二の切替スイッチと、
を有することを特徴とする多相リニアモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多相リニアモータの駆動装置と、
前記各相毎の前記モータ駆動部の前記第一の切替スイッチ及び前記第二の切替スイッチに、切替信号を出力する制御装置と、
を備えていることを特徴とする多相リニアモータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの駆動装置、及びこれを備えている駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータには、各相毎に複数のコイルを有する固定子と、永久磁石を有する可動子とを備えたＭＭ（Moving  Magnet）型と呼ばれるものがある。このＭＭ型リニタモータでは、各相の全コイルが励磁されて可動子を移動させるときと、各相の一部のコイルが順次励磁されて可動子を移動させるときとがある。
【０００３】
このようなＭＭ型リニアモータの駆動装置では、各相の各コイル毎に、切替スイッチが設けられ、この各コイル毎の切替スイッチを制御することで、各相の全コイル励磁状態と、各相の一部コイルのみの励磁状態とを実現している。しかし、単に、切替スイッチの制御のみで、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とを実現すると、両状態間における励磁電流の応答特性の変化が生じることより、可動子を正確に制御できなくなってしまう。
【０００４】
そこで、以下の特許文献１に開示されている駆動装置では、励磁電流の応答特性の変化を抑える特性変更部を設けている。この特性変更部は、複数の抵抗及び複数のコイルを有して構成され、コイルへ駆動電流を供給するモータ駆動回路に入力する指令電流値を、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とで変更するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開2005−304121号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術は、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とにおける励磁電流の応答特性の変化を抑えて、可動子を正確に制御できる優れた技術であるものの、回路構成が複雑になり、製造コストがかかるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、製造コストを抑えつつも、モータ可動子を正確に制御することができる多相リニアモータの駆動装置及びこれを備えている駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決するための発明に係る多相リニアモータの駆動装置は、
各相毎に複数のコイルを備えている多相リニアモータの駆動装置において、
前記多相リニアモータの前記各相毎に、駆動電流を供給するモータ駆動部を備え、
前記各相毎の前記モータ駆動部は、それぞれ、
前記多相リニアモータの対応相に供給する駆動電流を出力するモータ駆動回路と、前記対応相の全コイル毎に、前記モータ駆動回路からの前記駆動電流の供給及び供給断を行う第一の切替スイッチと、前記モータ駆動回路に直列接続され、前記第一の切替スイッチの動作により前記対応相の全コイルに駆動電流が供給されているときに、該全コイルとの合成インピーダンスを該対応相の一部のコイルの合成インピーダンスと等価にするインピーダンス部材と、前記対応相の全コイルに駆動電流を供給するときに、前記モータ駆動回路と前記インピーダンス部材と該全コイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させ、該対応相の前記一部のコイルに駆動電流を供給するときに、該インピーダンス部材を経ずに、該モータ駆動回路と該一部のコイルに関する前記第一の切替スイッチとを直列接続させる第二の切替スイッチと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、前記問題点を解決するための多相リニアモータの駆動制御装置は、
以上の駆動装置と、前記各相毎の前記モータ駆動部の前記第一の切替スイッチ及び前記第二の切替スイッチに、切替信号を出力する制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構成でコストをかけずに、モータ可動子を正確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る多相リニアモータの駆動制御装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１２】
本実施形態の駆動制御装置が駆動制御する多相リニアモータ３０は、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に複数のコイルを有する可動子３１と、永久磁石３２ｍを有する可動子３２とを備えているＭＭ型リニアモータである。可動子３１の各コイルは、例えば、Ｕ相の第一コイルＵ1、Ｖ相の第一コイルＶ1、Ｗ相の第一コイルＷ1、Ｕ相の第二コイルＵ2、Ｖ相の第二コイルＶ2、Ｗ相の第二コイルＷ2、Ｕ相の第三コイルＵ3、Ｖ相の第三コイルＶ3、Ｗ相の第三コイルＷ3、…の順に並んでいる。
【００１３】
このリニアモータ３０は、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が不明なとき等に、同図（Ａ）に示すように、全相の全コイルが励磁され、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握されると、同図（Ｂ）に示すように、各相の２個のコイルが選択的に順次励磁される。なお、同図において、励磁されているコイルにハッチングを施している。また、ここでは、各相のコイルは、いずれも、７個であり、部分励磁の際は２個のコイルが励磁するものとしているが、これらの数量は本発明を限定するものではない。
【００１４】
以上のリニアモータ３０を駆動制御する駆動制御装置は、図１に示すように、リニアモータ３０の各相に供給する駆動電流の電流値を示す電流指令等を出力する制御装置２０と、電源回路４０からの電力を各相毎の電流指令等に応じた駆動電流に調整してリニアモータ３０の各相に供給する駆動装置１０と、を備えている。
【００１５】
制御装置２０は、機能的には、前述の電流指令を生成する電流指令生成部２１と、後述の各スイッチに対する切替指令を生成する切替指令生成部２２と、を有している。この制御装置２０は、ハードウェア的には、コンピュータであり、各種演算処理を実行するＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムやデータ等が予め格納されているＲＯＭと、ＣＰＵのワークエリア等になるＲＡＭと、キーボード等の入力装置と、駆動装置１０や三相リニアモータ３０との間で信号の受送信を行うインタフェースと、を備えている。この制御装置２０の前述の各機能部２１，２２は、いずれも、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されているプログラムを実行することで機能する。
【００１６】
駆動装置１０は、リニアモータ３０の各Ｕ相コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…に電流を供給するＵ相駆動部１１ｕと、各Ｖ相コイル３１ｖ1，３１ｖ2，…に電流を供給するＶ相駆動部１１ｖと、Ｗ相コイル３１ｗ1，３１ｗ1，…に電流を供給するＷ相駆動部１１ｗと、制御装置２０からの電流指令を示すディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ/Ａコンバータ１２と、を有している。
【００１７】
各相の駆動部１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは、いずれも、リニアモータ３０の対応相に供給される駆動電流の電流値を検知する電流検知器１５と、この電流検知器１５からの出力を増幅するアンプ１６と、Ｄ/Ａコンバータ１２でアナログ信号に変換された制御装置２０からの電流指令値とアンプ１８からの出力との偏差に応じた電流値を示す新たな電流指令を出力する電流フィードバック制御部１３と、電流フィードバック制御部１３からの電流指令値に応じた駆動電流をリニアモータ３０の対応相Ｕに供給するモータドライバ回路１４と、インピーダンス部材としてインピーダンス調整コイル１７と、モータドライバ回路１４とインピーダンス調整コイル１７とを接続状態と接続断状態に切替えるインピーダンス調整スイッチ（第二の切替スイッチ）１８と、対応相Ｕの全コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…，３１ｕ7それぞれに接続されている電力供給切替スイッチ（第一の切替スイッチ）１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇと、を備えている。
【００１８】
モータドライバ回路１４は、フィードバック制御部１３から電流指令が入力するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路（図示されていない）と、電源回路４０からの電力をＰＷＭ制御回路からの出力に応じた電流値の駆動電流に変えて、対応相Ｕにこの駆動電流を供給する出力段回路（図示されていない）と、を有している。なお、ここでは、電流値制御のために、効率が高く低発熱のＰＷＭ制御回路を用いているが、この替わりに、リニア制御回路等、他の制御回路を用いてもよい。
【００１９】
各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇは、互いに、モータドライバ回路１４に対して並列接続されている。各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇは、いずれも、制御装置２０の切替指令生成部２２からの切替指令により駆動する。なお、この切替指令は、Ｄ/Ａコンバータ１２を介さず、デジタル信号のまま、各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇに送られる。
【００２０】
インピーダンス調整コイル１７は、この電力供給切替スイッチ群に対して直列接続されている。インピーダンス調整スイッチ１８は、モータドライバ回路１４とインピーダンス調整コイル１７と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態と、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、モータドライバ回路１４と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態とに、切り替える。このインピーダンス調整スイッチ１８も、各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇと同様、制御装置２０の切替指令生成部２２からの切替指令により駆動する。
【００２１】
次に、本実施形態の駆動制御装置の作用について説明する。
【００２２】
リニアモータ３０の駆動開始時等で、駆動制御装置側で可動子３２の正確な位置が不明なとき、制御装置２０の電流指令生成部２１は、リニアモータ３０の各相の全てのコイルに、所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令を出力する。
【００２３】
フィードバック制御部１３は、電流指令生成部２１からの電流指令を受けると、この電流指令が示す電流値と、電流検知器１５で検知された電流値との偏差に応じた電流値を示す電流指令を出力する。モータドライバ回路１４は、この電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を出力する。
【００２４】
また、制御装置２０の電流指令生成部２１から電流指令が出力された際、制御装置２０の切替指令生成部２２から、インピーダンス調整スイッチ１８及び全電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇに対して切替指令が出力される。この切替指令は、各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇに対して、接続状態への切替指令である。このため、全電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇは、図２（Ａ）に示すように、いずれも、接続状態になる。また、インピーダンス調整スイッチ１８は、全電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇに対する接続状態への切替指令を受けると、モータドライバ回路１４とインピーダンス調整コイル１７と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。
【００２５】
この結果、モータドライバ回路１４から出力された駆動電流は、インピーダンス調整コイル１７及び各電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇを経て、各コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…，３１ｕ7に供給され、対応相Ｕの全コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…，３１ｕ7は励磁状態となる。
【００２６】
この際、駆動電流を供給する対応相Ｕのモータドライバ回路１４にとって、モータ側のインピーダンスは、インピーダンス調整コイル１７と対応相Ｕの全コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…，３１ｕ7の合成インピーダンスＺＡとなる。具体的に、この合成インピーダンスＺＡは、各コイル３１ｕ1，３１ｕ2，…，３１ｕ7それぞれのインピーダンスをＺ1とし、インピーダンス調整コイル１７のインピーダンスをＺ0とすると、以下の式に示す値になる。
【００２７】
ＺＡ＝Ｚ0＋1／（1／Ｚ1＋1／Ｚ1＋1／Ｚ1＋1／Ｚ1＋1／Ｚ1＋1／Ｚ1＋1／Ｚ1）
＝Ｚ0＋Ｚ1／7
ここで、仮に、インピーダンス調整コイル１７のインピーダンスＺ0を5Ｚ1／14とすると、この際の合成インピーダンスＺＡ、以下の値になる。
【００２８】
ＺＡ＝Ｚ0＋Ｚ1／7
＝5Ｚ1／14＋Ｚ1／7
＝7Ｚ1／14
＝Ｚ1／2
全相の全コイルが励磁され、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握されると、以降、制御装置２０の電流指令生成部２１は、リニアモータ３０の各相の全てのコイルのうち、２個のコイルに、所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令を出力する。なお、２個のコイルは、モータ可動子の移動に伴って順次、他の２個のコイルに変わる。そして、モータドライバ回路１４は、前述したように、フィードバック制御部１３からの電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を出力する。
【００２９】
また、制御装置２０の電流指令生成部２１から、各相の２個のコイルに所定の電流値の交流電流を供給する旨の電流指令が出力された際にも、制御装置２０の切替指令生成部２２から、インピーダンス調整スイッチ１８及び全電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇに対して切替指令が出力される。この切替指令は、全電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂ，…，１９ｇのうち、例えば、ある２個の電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂに対して、接続状態への切替指令であり、残りの電力供給切替スイッチ１９ｃ，１９ｄ，…，１９ｇに対して、接続断状態への切替指令である。
【００３０】
このため、接続状態への切替指令を受けた２個の電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂは、図２（Ｂ）に示すように、接続状態になり、接続断状態への切替指令を受けた残りの電力供給切替スイッチ１９ｃ，１９ｄ，…，１９ｇは、接続断状態になる。また、インピーダンス調整スイッチ１８は、ある２個の電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂに対する接続状態への切替指令を受けると、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、モータドライバ回路１４と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。なお、インピーダンス調整スイッチ１８は、特定の２個の電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂに対する接続状態への切替指令を受けたときのみならず、いずれか２個の電力供給切替スイッチに対する接続状態への切替指令を受けたときでも、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、モータドライバ回路１４と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態にする。すなわち、一旦、駆動制御装置側で可動子の正確な位置が把握された以降、インピーダンス調整スイッチ１８は、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、モータドライバ回路１４と電力供給切替スイッチ群とを直列接続された状態を維持する。
【００３１】
この結果、モータドライバ回路１４から出力された駆動電流は、インピーダンス調整コイル１７を経ずに、接続状態の２個の電力供給切替スイッチ１９ａ，１９ｂを経て、２個のコイル３１ｕ1，３１ｕ2に供給され、この２個のコイル３１ｕ1，３１ｕ2のみが励磁状態となる。
【００３２】
この際、駆動電流を供給する対応相Ｕのモータドライバ回路１４にとって、モータ側のインピーダンスは、対応相Ｕの２個のコイル３１ｕ1，３１ｕ2の合成インピーダンスＺＰとなる。具体的に、この合成インピーダンスＺＰは、以下の式に示す値になる。
【００３３】
ＺＰ＝１／（１／Ｚ1＋１／Ｚ1）
＝Ｚ1／2
ここで、注目すべきことは、駆動電流を供給する対応相Ｕのモータドライバ回路１４にとって、全コイルの励磁状態と２個のコイルのみ励磁状態とのいずれのときでも、モータ側のインピーダンスが、Ｚ1／2で、同じである点である。
【００３４】
このため、本実施形態では、各相の全コイル励磁状態と各相の一部コイルのみの励磁状態とにおける励磁電流の応答特性の変化を抑えることができ、可動子３２を正確に制御できる。しかも、本実施形態では、インピーダンス調整コイル１７及びインピーダンス調整スイッチ１８を追加しただけで、上記効果を得ることができるので、製造コストを抑えることもできる。
【００３５】
なお、以上の実施形態では、インピーダンス調整スイッチ１８に対する切替指令として、電力供給切替スイッチ１９ｃ，１９ｄ，…，１９ｇに対する切替指令を用いているが、切替指令作成部２２からは、インピーダンス調整スイッチ１８に対する切替指令と、電力供給切替スイッチ１９ｃ，１９ｄ，…，１９ｇに対する切替指令と、別々に出力するようにしてもよい。
【００３６】
また、以上の実施形態では、インピーダンス調整コイル１７を駆動装置１０内に設けたが、これをリニアモータ３０内に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一実施形態としての多相リニアモータ、及びその駆動制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係る一実施形態としての多相リニアモータ及びその駆動装置の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：駆動装置、１１ｕ：Ｕ相駆動部、１１ｖ：Ｖ相駆動部、１１Ｗ：Ｗ相駆動部、１２：Ｄ/Ａコンバータ、１３：電流フィードバック制御部、１４：モータドライバ回路、１５：電流検知器、１７：インピーダンス調整コイル（インピーダンス部材）、１８：インピーダンス調整スイッチ（第二の切替スイッチ）、１９ａ〜１９ｇ：電力供給切替スイッチ、２０：制御装置、２１：電流指令生成部、２２：切替指令生成部、３０：多相リニアモータ、３１：固定子、３１ｕ：Ｕ相コイル、３１ｖ：Ｖ相コイル、３１Ｗ：Ｗ相コイル、３２：可動子、４０：電源回路
【図１】
2010110146.tif 000003
【図２】
2010110146.tif 000004