專利名稱：線性電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠節(jié)能和低成本地延長線性電機(jī)沖程的線性電機(jī)系統(tǒng)，更具體地涉及包括繞組切換設(shè)備的長沖程線性電機(jī)系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明還涉及固定電樞型的線性電機(jī)，其中定子側(cè)由線性電機(jī)定子和電樞繞組形成，而活動(dòng)元件側(cè)由一組永磁體和二次導(dǎo)體(secondary conductor)形成。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)包括作為活動(dòng)元件的永磁體，其用作磁性負(fù)載裝置；作為定子的繞組，其用作電力負(fù)載裝置。在沖程方向上布置有多個(gè)繞組，為供給電流而將控制器分別提供給所述繞組，并將控制器連接到區(qū)間切換(interval switching)設(shè)備(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
現(xiàn)將參考圖14描述傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)。
在圖14中，參考數(shù)字900表示傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)；901，活動(dòng)元件；902，永磁體；903，定子；904，控制器；905，區(qū)間切換設(shè)備。用作電力負(fù)載裝置的繞組提供給定子903，該定子903分別連接到控制器904而。當(dāng)控制器904給定子903供應(yīng)電流時(shí)，在定子903和活動(dòng)元件901之間產(chǎn)生牽引力，從而使得活動(dòng)元件901在沖程方向上移動(dòng)。區(qū)間切換設(shè)備905為這樣的設(shè)備，其使用從用于測(cè)量活動(dòng)元件901的位置的特定裝置所獲取的關(guān)于活動(dòng)元件901的位置信息，并只為連接到定子903的控制器904提供電流供給指令，其中所述定子903與活動(dòng)元件901相對(duì)設(shè)置，并有助于產(chǎn)生牽引力。
如上所述，根據(jù)傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)，控制器904連接到定子903，區(qū)間切換設(shè)備905給連接到有助于產(chǎn)生牽引力的定子903的控制器904發(fā)出指令，以便僅對(duì)所需的定子903供給電流。因此，由于電流并不流到無助于產(chǎn)生牽引力的定子903，因此降低了產(chǎn)生的損耗，并且在節(jié)能的同時(shí)獲得了較長的沖程。
但是，對(duì)于上述的傳統(tǒng)線性電機(jī)，為了延長沖程，定子903必須被布置穿過與所需沖程相等的距離，并且對(duì)于要被連接到所述定子903的控制器904，也需要與所述定子903的數(shù)量相同的單元數(shù)。控制器904通常很昂貴，因此當(dāng)使用控制器904來延長沖程時(shí)會(huì)存在成本問題。
此外，用于向控制器904發(fā)出電流供給指令的區(qū)間切換設(shè)備905必須獲得在沖程方向上移動(dòng)的活動(dòng)元件901的精確位置，并且必須為連接到面對(duì)著活動(dòng)元件901并有助于產(chǎn)生牽引力的定子903的控制器904提供電流供給指令。此外，該指令必須包括電流的幅度、相位和頻率。因此，相對(duì)于控制器904，存在區(qū)間切換設(shè)備905的控制非常復(fù)雜的問題。
此外，對(duì)于傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)900，在將活動(dòng)元件901放置在相鄰定子903之間的狀態(tài)和將活動(dòng)元件901放置地完全對(duì)著定子903的狀態(tài)之間，在感應(yīng)電壓和電感上存在差異。因此，當(dāng)控制器904給定子903供給電流時(shí)，根據(jù)活動(dòng)元件901相對(duì)于定子903的位置的不同，感應(yīng)電壓和電感會(huì)不同，從而會(huì)發(fā)生控制性能的下降和速度波動(dòng)的問題。
此外，通常，將線性電機(jī)粗略地分成活動(dòng)電樞型線性電機(jī)和固定電樞型線性電機(jī)。
對(duì)于活動(dòng)電樞型線性電機(jī)，定子側(cè)由永磁體和二次導(dǎo)體構(gòu)成，而活動(dòng)側(cè)由電樞繞組構(gòu)成(例如，參見專利文獻(xiàn)2)。在這種情況下，用來驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)的伺服放大器被連接到活動(dòng)元件，并且由于如同對(duì)于旋轉(zhuǎn)型電機(jī)，這樣的布置可以被處理成電機(jī)塊(motor block)，因此活動(dòng)電樞型的電機(jī)控制可以很容易地實(shí)現(xiàn)。
另一方面，對(duì)于固定電樞型的線性電機(jī)，定子側(cè)由線性電機(jī)定子和電樞繞組構(gòu)成，而活動(dòng)元件側(cè)由永磁體和二次導(dǎo)體構(gòu)成(例如，參見專利文獻(xiàn)3)。在這種情況下，用于驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)的伺服放大器連接到定子側(cè)。對(duì)于涉及長沖程的情況，提出了多個(gè)電樞繞組的串聯(lián)和多個(gè)電樞繞組的并聯(lián)作為定子側(cè)的電樞繞組的布置。在串聯(lián)的情況下，包括活動(dòng)元件不重疊的所有區(qū)間，都是通電的。而在并聯(lián)的情況下，需要根據(jù)活動(dòng)元件的移動(dòng)而對(duì)于電樞繞組的每塊在區(qū)間之間切換。
作為區(qū)間切換的方法，提供了一種方法，其準(zhǔn)備了在數(shù)量上等于定子塊的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服放大器，以便一個(gè)伺服放大器控制一個(gè)定子，并且切換伺服放大器，或在控制程序由一個(gè)伺服放大器或少量伺服放大器執(zhí)行的情況中，從伺服放大器分別提供區(qū)間選擇開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)控制。
專利文獻(xiàn)1JP-A-3-45147(第四列，圖5)專利文獻(xiàn)2JP-A-2001-78420專利文獻(xiàn)3JP-A-2000-22483
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題上述各種類型的線性電機(jī)的弊端將在下面列舉。
在活動(dòng)電樞型線性電機(jī)中，用來驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)的伺服放大器被連接到活動(dòng)元件側(cè)，并且由于如在旋轉(zhuǎn)型電機(jī)中一樣，活動(dòng)電樞型被處理成相對(duì)于電機(jī)控制方面的電機(jī)塊，因此這種類型很好控制。但是，由于活動(dòng)元件側(cè)是通電的，因此對(duì)于它的布線處理就成了問題，特別是為了獲得長沖程的活動(dòng)電樞型的線性電機(jī)，布線處理是很困難的。此外，在線性電機(jī)的情況下，由于永磁體位于定子側(cè)，因此必須使用許多昂貴的永磁體來延長沖程，在一定程度上，成本是相當(dāng)高的。
另一方面，對(duì)于固定電樞的線性電機(jī)，由于用于驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)的伺服放大器被連接到定子側(cè)，因此可以消除由上述的布線處理所帶來的問題。在長沖程的情況下，對(duì)于定子側(cè)的電樞繞組，提出了包括多個(gè)電樞繞組串聯(lián)和多個(gè)電樞繞組并聯(lián)的布置；但是，在串聯(lián)的情況下，包括在活動(dòng)元件不重疊的區(qū)間在內(nèi)的所有區(qū)間都是通電的，這對(duì)于功耗來說，是不合適的。此外，由于電樞的電感峰值增加了，因此降低了功率因數(shù)和效率。
對(duì)于如下這樣的系統(tǒng)而言，即其中每個(gè)定子塊中的電樞繞組并聯(lián)并且準(zhǔn)備了在數(shù)量上與定子塊的數(shù)量相等的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服放大器，以便一個(gè)伺服放大器控制一個(gè)定子，并且切換所述的伺服放大器，其是復(fù)雜且昂貴的系統(tǒng)。
此外，還存在如下的情況，其中由一個(gè)或少量伺服放大器實(shí)現(xiàn)控制，并提供了與伺服放大器隔開的區(qū)間選擇開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)控制。但是，由于切換操作的延遲周期，會(huì)產(chǎn)生諸如轉(zhuǎn)矩電流或轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等的問題。
考慮到這些問題而提供了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種線性電機(jī)系統(tǒng)，其即便使用了上述的區(qū)間切換設(shè)備，也能輕易地以低成本延長沖程而無需增加控制器數(shù)量，也不需要復(fù)雜的控制處理，也不會(huì)有速度波動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種廉價(jià)的固定電樞型的線性電機(jī)，其能解決布線處理的問題，并能使用單個(gè)伺服放大器來有效和實(shí)時(shí)地切換多個(gè)電樞繞組。
解決問題的方式為了解決上述問題，根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明涉及一種線性電機(jī)系統(tǒng)。提供了一種線性電機(jī)系統(tǒng)，包括線性電機(jī)，其中包括由永磁體形成的磁性負(fù)載組件的活動(dòng)元件，和包括由具有面對(duì)著所述永磁體的繞組的多個(gè)繞組形成的磁性負(fù)載組件的定子彼此相對(duì)放置，并由間隙隔開，其中所述定子由在沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組(wingding group)形成，并且形成每個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組包括繞組開始端和繞組末端；控制器，其用來給線性電機(jī)提供具有可變頻率的可變電壓；和繞組切換設(shè)備，其用來在需要時(shí)閉合或斷開形成在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組，其中所述繞組切換設(shè)備包括；三相整流組件，半導(dǎo)體開關(guān)，其位于所述三相整流組件的兩個(gè)直流輸出側(cè)上，和并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)的電阻和電容，形成在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組的所述相位繞組的每個(gè)的一端連接到所述控制器的輸出端，而另一端連接到所述繞組切換設(shè)備的所述三相整流組件的交流輸入側(cè)，和斷開或閉合包括在所述繞組切換設(shè)備中的所述半導(dǎo)體開關(guān)，以僅激勵(lì)在所述沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組中的所需繞組組。
根據(jù)權(quán)利要求2，提供了根據(jù)權(quán)利要求1的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中對(duì)于形成所述定子的所述繞組組，在所述沖程方向上提供至少一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)相對(duì)的至少一個(gè)活動(dòng)元件或更多的活動(dòng)元件；和基于從所述傳感器來的信號(hào)，閉合連接到對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組的所述繞組切換設(shè)備的所述半導(dǎo)體開關(guān)。
根據(jù)權(quán)利要求3，提供了根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中當(dāng)Lc表示形成所述定子的繞組組在所述沖程方向上的長度，Lml表示所述活動(dòng)元件在所述沖程方向上的長度時(shí)，確定Lc和Lml以建立以下關(guān)系Lml＝n×Lcn二或更大的整數(shù)，和僅激勵(lì)在所述沖程方向上完全對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組。
根據(jù)權(quán)利要求4，提供了根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中當(dāng)Lc表示形成所述定子的繞組組在所述沖程方向上的長度，Lms表示所述活動(dòng)元件在所述沖程方向上的長度時(shí)，根據(jù)以下建立的關(guān)系布置在所述沖程方向上的多個(gè)活動(dòng)元件Lms＝Lc/nn二或更大的整數(shù)，將所述活動(dòng)元件以建立如下關(guān)系的活動(dòng)元件布置間距Lmp附著于固定板上Lmp＝Lms×(n+1)，和僅激勵(lì)在所述沖程方向上完全對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組。
根據(jù)權(quán)利要求5，提供了根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中分別在形成有圖案的基板上安置用作所述電力負(fù)載裝置的所述繞組組、用來檢測(cè)所述活動(dòng)元件的所述檢測(cè)傳感器和用來處理從所述檢測(cè)傳感器來的傳感器的處理電路；和通過連接器耦合多個(gè)基板以形成所述定子。
根據(jù)權(quán)利要求6本發(fā)明涉及線性電機(jī)系統(tǒng)。所提供的線性電機(jī)系統(tǒng)，包括線性電機(jī)，其中包括由永磁體形成的磁性負(fù)載組件的活動(dòng)元件，和包括由具有面對(duì)著所述永磁體的繞組的多個(gè)繞組形成的磁性負(fù)載組件的定子彼此相對(duì)放置，跨過一間隙，其中所述定子由在沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組形成，并且形成每個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組包括繞組開始端和繞組末端，并且其中用來檢測(cè)所述活動(dòng)元件完全相對(duì)的傳感器分別提供給在所述沖程方向上的所述繞組；控制器，其用來提供可變電壓可變頻率；和繞組切換設(shè)備，包括；三相整流組件，半導(dǎo)體開關(guān)，其位于所述三相整流組件的兩個(gè)直流輸出側(cè)上，和并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)的電阻和電容，形成在所述沖程方向上隔開的多個(gè)所述繞組組的所述相位繞組的每個(gè)的繞組開始端都被連接到所述控制器的輸出端，而另一端連接到所述繞組切換設(shè)備的所述三相整流組件的交流輸入側(cè)，和閉合包括在所述繞組切換設(shè)備中的所述半導(dǎo)體開關(guān)，以激勵(lì)在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組，當(dāng)Lc表示在所述沖程方向上所述繞組組的每個(gè)的長度，Lm表示在所述沖程方向上所述活動(dòng)元件的長度時(shí)，確定Lc和Lml以建立以下關(guān)系Lm＝n×Lcn2或3；和為所述繞組組的每個(gè)提供信號(hào)準(zhǔn)備電路，其使用從為繞組組而準(zhǔn)備的傳感器來的信號(hào)和從為與所述繞組組相鄰的繞組組中的至少一個(gè)而準(zhǔn)備的傳感器來的信號(hào)，并準(zhǔn)備用于斷開和閉合連接到所述繞組組的所述繞組切換設(shè)備的信號(hào)。
根據(jù)權(quán)利要求7，提供了根據(jù)權(quán)利要求6的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路輸出總是設(shè)定n-1個(gè)繞組組為受激狀態(tài)的信號(hào)。
根據(jù)權(quán)利要求8，提供了根據(jù)權(quán)利要求7的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的每個(gè)都由邏輯電路構(gòu)成，用以輸出通過對(duì)由為提供有所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組布置的傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理而獲得的信號(hào)，和由為與所述繞組組相鄰的繞組組中的一個(gè)布置的傳感器所輸出的信號(hào)的反向信號(hào)。
根據(jù)權(quán)利要求9，提供了根據(jù)權(quán)利要求7的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的每個(gè)都由邏輯電路構(gòu)成，其使用通過對(duì)由為提供有所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組布置的傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理所得的結(jié)果，和通過對(duì)由為與兩個(gè)繞組組相鄰的繞組組布置的兩個(gè)傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理所得的信號(hào)，并對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行反向，作為輸出信號(hào)。
此外，為了解決上述問題，根據(jù)權(quán)利要求10的本發(fā)明涉及線性電機(jī)系統(tǒng)。提供了一種線性電機(jī)系統(tǒng)，其中線性地布置有多個(gè)定子塊，其中每個(gè)定子塊都包括線性電機(jī)定子和具有多個(gè)相位的電樞繞組，其中電樞元件側(cè)由一組永磁體和二次導(dǎo)體構(gòu)成，其包括繞組切換電路，其中在所述多個(gè)定子塊的每個(gè)中的每個(gè)電樞繞組的一個(gè)終端被連接到一個(gè)線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服放大器的每個(gè)相位線，而所述電樞繞組的另一個(gè)終端被連接到具有多個(gè)相位的二極管電橋的中點(diǎn)，在所述二極管電橋的正極共用終端和負(fù)極共用終端之間連接有半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，由第一回流二極管(reflux diode)、放電電阻和第二回流二極管形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)，所述放電電阻并聯(lián)連接有平滑電容器，和當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)基于在所述線性電機(jī)定子側(cè)上布置的活動(dòng)元件位置傳感器來的位置信號(hào)而順序接通或關(guān)斷時(shí)，具有多個(gè)相位的電樞繞組在受激狀態(tài)和未受激狀態(tài)間切換。
根據(jù)本發(fā)明，在所述半導(dǎo)體開關(guān)接通時(shí)，所述二極管電橋的正極共用終端和負(fù)極共用終端短路。這樣，伺服電機(jī)將驅(qū)動(dòng)電流提供給相關(guān)定子塊的電樞繞組的各個(gè)相位，并且線性電機(jī)定子受到激勵(lì)，在活動(dòng)元件上施加動(dòng)力。在所述半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷的情況下，所述二極管電橋的正極共用終端和負(fù)極共用終端開路，這樣，從伺服電機(jī)來的驅(qū)動(dòng)電流就不會(huì)提供給相關(guān)定子塊的電樞繞組。但是，在所述電樞繞組中累積的能量經(jīng)由所述二極管電橋的二極管以及第一和第二回流二極管而由平滑電容器吸收，并且由平滑電容器累積的能量通過放電電阻而放電。
當(dāng)提供的繞組切換電路的數(shù)量與所述多個(gè)定子塊的數(shù)量相同時(shí)，所述定子塊僅需要順序切換，以驅(qū)動(dòng)在預(yù)定方向上的活動(dòng)元件。
此外，當(dāng)活動(dòng)元件的位置傳感器產(chǎn)生用于半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以順序切換所述多個(gè)定子塊時(shí)，所述活動(dòng)元件可以在預(yù)定方向上移動(dòng)。
發(fā)明效果根據(jù)在權(quán)利要求1中所述的本發(fā)明，構(gòu)成繞組切換設(shè)備的半導(dǎo)體開關(guān)可以斷開或閉合，當(dāng)它閉合時(shí)，連接到繞組切換設(shè)備的繞組組被設(shè)定為其作為星形連接而連接到控制器的狀態(tài)。這樣，當(dāng)控制器提供電流時(shí)，電流流到所述繞組組，從而激勵(lì)所述繞組組。此外，當(dāng)斷開半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)，星形連接的中性點(diǎn)(neutral point)側(cè)處于斷開狀態(tài)，并且即便當(dāng)電流由控制器提供時(shí)，該電流也不會(huì)流過所述繞組組，從而不會(huì)激勵(lì)所述繞組組。因此，通過斷開或閉合連接到在牽引力方向上隔開的多個(gè)繞組組中的一個(gè)的繞組開關(guān)設(shè)備的半導(dǎo)體開關(guān)，只會(huì)激勵(lì)所需的繞組組。牽引力產(chǎn)生在對(duì)著為定子提供的永磁體的所述定子的繞組組上。
由于這種線性電機(jī)系統(tǒng)可以只激勵(lì)所需的繞組組，因此當(dāng)延長沖程時(shí)，系統(tǒng)能將損耗降低至僅為在產(chǎn)生牽引力的繞組組中產(chǎn)生的損耗。從而能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
此外，控制器只需要提供產(chǎn)生牽引力的能力，并且唯一的損耗由產(chǎn)生牽引力的繞組組所導(dǎo)致，而且在這種線性電機(jī)系統(tǒng)中，能降低所產(chǎn)生的損耗。因此，當(dāng)延長沖程時(shí)，控制器的能力仍然不需要增加，從而實(shí)現(xiàn)成本降低。
此外，由于定子由在沖程方向上布置多個(gè)繞組組而形成，因此能布置所需數(shù)量的定子，并且當(dāng)布置很多定子時(shí)，一個(gè)控制器仍然能操作它們，因此能很容易地獲得沖程的延長。
根據(jù)在權(quán)利要求2中所述的本發(fā)明，使用從傳感器來的信號(hào)，該傳感器檢測(cè)為繞組組提供的活動(dòng)元件是否對(duì)著所述繞組組，并且當(dāng)傳感器檢測(cè)到活動(dòng)元件時(shí)，只有構(gòu)成對(duì)著所述活動(dòng)元件的定子的繞組組能夠被自動(dòng)激勵(lì)。由于并不需要用來測(cè)量活動(dòng)元件的位置以及用來檢測(cè)要被附于要受激勵(lì)的繞組組的繞組切換設(shè)備的裝置，因此實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的簡化以及成本的降低。
根據(jù)在權(quán)利要求3中所述的本發(fā)明，由于在沖程方向上的活動(dòng)元件的長度至少是繞組組的兩倍或更多，因此至少一個(gè)繞組組進(jìn)入到其完全對(duì)著活動(dòng)元件的狀態(tài)，并且僅激勵(lì)完全對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組。
構(gòu)建定子的所有繞組組都并聯(lián)到提供可變電壓可變頻率的控制器。當(dāng)繞組組在它們未完全對(duì)著活動(dòng)元件的狀態(tài)中被激勵(lì)時(shí)，由于面對(duì)著活動(dòng)元件的區(qū)域的尺寸不同，因此在各個(gè)繞組組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓會(huì)發(fā)生不同，并且循環(huán)電流(cyclic current)將流過，從而導(dǎo)致所產(chǎn)生的牽引力的減小。但是，由于只有完全對(duì)著活動(dòng)元件的繞組組被激勵(lì)，因此可以消除循環(huán)電流的發(fā)生。
根據(jù)在權(quán)利要求4中所述的本發(fā)明，在此情況下，例如，對(duì)于要被連附于固定板的兩個(gè)活動(dòng)元件，所述活動(dòng)元件中的一個(gè)處于在沖程方向上它處于繞組組的邊界上，并且跨兩個(gè)繞組組延伸的狀態(tài)中，即，它并不是完全對(duì)著繞組組，而另一個(gè)活動(dòng)元件處于完全對(duì)著繞組組的狀態(tài)中。因此，至少一個(gè)活動(dòng)元件完全對(duì)著繞組組，當(dāng)僅激勵(lì)完全對(duì)著活動(dòng)元件的繞組組時(shí)，能夠消除循環(huán)電流的發(fā)生，并且能在沖程方向上執(zhí)行連續(xù)操作。
根據(jù)在權(quán)利要求5中所述的本發(fā)明，構(gòu)成定子的繞組組通過在基板上布置線圈并電連接它們而能很容易地制造，用來檢測(cè)活動(dòng)元件的存在/缺失的傳感器和對(duì)其的信號(hào)處理電路通過在基板上安裝設(shè)備也能很容易地制造。
此外，由于定子能通過使用連接器連接繞組組而很容易地生產(chǎn)，因此可以預(yù)料成本上的降低。
根據(jù)在權(quán)利要求6中所述的線性電機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成繞組切換設(shè)備的半導(dǎo)體開關(guān)可以斷開或閉合，當(dāng)它閉合時(shí)，連接到繞組切換設(shè)備的繞組組被設(shè)定到它作為星形連接而連接到控制器的狀態(tài)。這樣，當(dāng)控制器提供電流時(shí)，該電流流經(jīng)所述繞組組，從而激勵(lì)所述繞組組。此外，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)斷開時(shí)，星形連接的中性點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，即便當(dāng)控制器提供電流時(shí)，該電流也不流經(jīng)所述繞組組，從而不激勵(lì)所述繞組組。
活動(dòng)元件在沖程方向上的長度Lm是在構(gòu)成定子的繞組組的沖程方向上的長度Lc的n倍(n為2或3)?；谠跊_程方向上活動(dòng)元件和定子的位置關(guān)系，在沖程方向上n或n-1個(gè)繞組組完全對(duì)著活動(dòng)元件。
信號(hào)準(zhǔn)備電路準(zhǔn)備了信號(hào)來斷開或閉合連接到為其提供信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組的繞組切換設(shè)備?；谟糜谔峁┝诵盘?hào)準(zhǔn)備電路的繞組組的傳感器信號(hào)，和用于與繞組組相鄰的繞組組的傳感器信號(hào)，斷開或閉合連接到繞組組的繞組切換設(shè)備。結(jié)果，在考慮在相鄰繞組組和活動(dòng)元件間的位置關(guān)系的同時(shí)，可以斷開或閉合連接到提供有信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組的繞組切換設(shè)備。
根據(jù)在權(quán)利要求7中所述的線性電機(jī)系統(tǒng)，在n或n-1個(gè)繞組組完全對(duì)著活動(dòng)元件的情況下，基于在沖程方向上的活動(dòng)元件和定子的位置關(guān)系，當(dāng)n個(gè)繞組組相對(duì)時(shí)，信號(hào)準(zhǔn)備電路能夠只斷開僅連接到所需繞組組的繞組切換設(shè)備，并且能進(jìn)入只有n-1個(gè)繞組被恒定激勵(lì)的狀態(tài)。因此，從控制器來看，定子的感應(yīng)電壓和電感以及電阻的阻抗總是恒定的。這樣，能提高控制性能并能減少速度波動(dòng)。
根據(jù)在權(quán)利要求8中所述的線性電機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)活動(dòng)元件在沖程方向上的長度Lm是在沖程方向上的構(gòu)成定子的繞組組的長度Lc的兩倍(n＝2)時(shí)，通過使用僅用了NOT器件和AND器件的非常簡單的邏輯電路就可以提供所述信號(hào)準(zhǔn)備電路。
根據(jù)在權(quán)利要求9中所述的線性電機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)活動(dòng)元件在沖程方向上的長度Lm是在沖程方向上構(gòu)成定子的繞組組的長度Lc的三倍(n＝3)時(shí)，通過使用僅用了NOT器件和AND器件的非常簡單的邏輯電路就可以提供所述信號(hào)準(zhǔn)備電路。
根據(jù)本發(fā)明的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中提供了繞組切換電路，一個(gè)伺服放大器控制要提供給多個(gè)定子塊的各個(gè)電樞繞組的電流，從而能以低成本提供具有長沖程的固定電樞型的線性電機(jī)，并且由于采用了使用半導(dǎo)體開關(guān)元件的切換方法，因此切換的延遲時(shí)間可以最小化并且還能進(jìn)行平滑切換。結(jié)果，電流連續(xù)流過從而消除了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(torquepulsation)。此外，由于線性電機(jī)定子的電樞繞組并聯(lián)連接，因此除了線電阻外，總能為繞組獲得相同的阻抗。因此，伺服放大器能很容易地執(zhí)行矢量控制，并能增加電機(jī)功率因數(shù)和效率。


圖1是顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用來說明用于本發(fā)明的繞組切換設(shè)備的電路圖。
圖3是顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是顯示本發(fā)明的第三實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是顯示本發(fā)明的第四實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是顯示本發(fā)明的第五實(shí)施例的繞組組的前視圖。
圖7是顯示本發(fā)明的第五實(shí)施例的繞組組的側(cè)視圖。
圖8是顯示本發(fā)明的第五實(shí)施例的繞組組的側(cè)視圖。
圖9是顯示本發(fā)明的第六實(shí)施例的繞組選擇線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是用來說明本發(fā)明的繞組電路的電路圖。
圖11是用來說明本發(fā)明的繞組切換電路的電路圖。
圖12是在n＝2的情況下，用來說明本發(fā)明的信號(hào)處理的邏輯電路圖。
圖13是在n＝3的情況下，用來說明本發(fā)明的信號(hào)處理的邏輯電路圖。

圖14是傳統(tǒng)的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的固定電樞型線性電機(jī)的框圖。
圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的繞組切換電路的選擇切換部分和定子塊的示例性布置的電路圖。
圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的選擇切換部分的實(shí)際布置的實(shí)例的電路圖。
圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的總體布置的實(shí)例的框圖，其包括用于產(chǎn)生要提供給選擇切換部分的選擇信號(hào)的布置。
參考數(shù)字和標(biāo)記的說明1活動(dòng)元件2永磁體3定子4繞組組5繞組51繞組開始端52繞組末端6繞組切換設(shè)備7控制器8、81、82傳感器9、91信號(hào)處理電路10固定板11、12活動(dòng)元件13基板14a、14b、14c、14d連接器15線圈
16區(qū)間切換設(shè)備61、181三相整流器62、162半導(dǎo)體開關(guān)63、183電阻64、184電容器100線性電機(jī)110活動(dòng)元件120永磁體130定子140(141至143)繞組組150信號(hào)準(zhǔn)備電路161至168連接器171、172傳感器180繞組切換設(shè)備190控制器201伺服放大器202定子塊203線性電機(jī)活動(dòng)元件204選擇切換部分204-1整流二極管部分(二極管電橋)204-2半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備204-3回流二極管204-4平滑電容器204-5放電電阻205驅(qū)動(dòng)電路206選擇信號(hào)處理器207傳感器單元具體實(shí)施方式
現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1圖1是顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用來說明在圖1中的繞組切換設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
在圖1中，參考數(shù)字100表示線性電機(jī)；1，活動(dòng)元件；2，永磁體；3，定子；4，繞組組；5，繞組；6，繞組切換設(shè)備；和7，控制器。
活動(dòng)元件1通過在沖程方向上的永磁體2的粘合構(gòu)成，使得它們相鄰的極性不同。定子3通過在沖程上排列多個(gè)繞組組4構(gòu)成，繞組組4的每個(gè)均由具有U相位、V相位和W相位的繞組5形成?；顒?dòng)元件1和定子3通過導(dǎo)軌(未示出)耦合在一起，活動(dòng)元件1相對(duì)于定子3在沖程方向上自由移動(dòng)。對(duì)于形成每個(gè)繞組組4的具有U相位、V相位和W相位的繞組5，它們的開始端51連接到控制器7的輸出端，它們的繞組末端52使用連接器連接到繞組切換設(shè)備6的輸入端。
如圖2所示，每個(gè)繞組切換設(shè)備6都通過提供三相整流器61，并通過在三相整流器61的直流輸出側(cè)安置半導(dǎo)體開關(guān)62、并將電阻63和電容器64并聯(lián)布置到半導(dǎo)體開關(guān)62而構(gòu)建。應(yīng)當(dāng)注意的是，使用IGBT來作為半導(dǎo)體開關(guān)62。
將用于斷開和閉合半導(dǎo)體開關(guān)62的信號(hào)輸入到半導(dǎo)體開關(guān)62。用于連接到對(duì)著活動(dòng)元件1(圖1)的繞組組4的繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62(圖2)是閉合的，而用于連接到未對(duì)著活動(dòng)元件1的繞組組4的繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62是斷開的。
當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)62閉合時(shí)，由三相整流器61整流的直流電流經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)62，并且形成連接到該半導(dǎo)體開關(guān)62的繞組組4的U相位、V相位和W相位繞組5的繞組末端52全都是連接的。
因此，從繞組5的繞組開始端51來看，U相位、V相位和W相位繞組5處于繞組末端52連接到一個(gè)公共點(diǎn)的星形連接狀態(tài)。
這樣，當(dāng)可變頻率電源7將電流提供給連接到其半導(dǎo)體開關(guān)62為閉合的繞組切換設(shè)備6的繞組組4時(shí)，電流流經(jīng)U相位、V相位和W相位繞組5，并且在這些繞組5和對(duì)著繞組組4的活動(dòng)元件1之間產(chǎn)生牽引力，并且在活動(dòng)元件1上安置有永磁體2作為磁性負(fù)載裝置。
當(dāng)活動(dòng)元件1在沖程方向上移動(dòng)，并且從連接到其半導(dǎo)體開關(guān)62為閉合的繞組切換設(shè)備6的繞組組4移開時(shí)，斷開信號(hào)被輸入到半導(dǎo)體開關(guān)62，并且形成繞組組4的U相位、V相位和W相位繞組5的繞組末端52被設(shè)定為斷開狀態(tài)。這樣，即便當(dāng)電流由控制器7提供時(shí)，該電流也不流經(jīng)繞組5，從而不會(huì)產(chǎn)生牽引力。
并聯(lián)連接到半導(dǎo)體開關(guān)62的電阻63和電容器64構(gòu)成緩沖電路，其在半導(dǎo)體開關(guān)62從閉合到斷開變化時(shí)消耗在繞組5中積累的能量。
根據(jù)上述布置，只有作為定子3的組件并對(duì)著活動(dòng)元件的繞組組4可以被所提供的電流激勵(lì)。因此，從控制器7來看，電流必須只提供給需要產(chǎn)生牽引力的繞組組4，并且操作能非常高效地執(zhí)行。同時(shí)接觸控制器7的能力必須簡單地基于只在由提供的電流激勵(lì)的繞組組4處的牽引力和損耗而確定，并且只需要很小的電源，非常地經(jīng)濟(jì)。
此外，根據(jù)在本實(shí)施例中所示的結(jié)構(gòu)，對(duì)于構(gòu)成定子3的繞組組4，只有對(duì)著活動(dòng)元件1并且產(chǎn)生牽引力的繞組組4可以由所提供的電流激勵(lì)。這樣，無論沖程是多少，產(chǎn)生的損耗都是恒定的，從而在沖程方向上能布置所需數(shù)量的繞組組4來形成定子3。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在本實(shí)施例中，由于半導(dǎo)體開關(guān)通過使用IGBT元件來構(gòu)成，因此斷開和閉合操作能在非常短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。
實(shí)施例2圖3顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。
在圖3中，參考數(shù)字8表示用來檢測(cè)活動(dòng)元件是否處于相對(duì)位置的傳感器。
對(duì)于構(gòu)成定子3的各個(gè)繞組組4，用來檢測(cè)活動(dòng)元件1是否對(duì)著繞組組4的傳感器8布置在直接朝著活動(dòng)元件1的面上。為了斷開和閉合半導(dǎo)體開關(guān)62，傳感器8的輸出端連接到繞組切換設(shè)備6的信號(hào)端，其中所述繞組切換設(shè)備6被連接到提供有傳感器8的繞組組4。
當(dāng)傳感器8檢測(cè)到它對(duì)著活動(dòng)元件1時(shí)，傳感器8將閉合信號(hào)傳送到所連接的半導(dǎo)體開關(guān)62。一旦接收到了該信號(hào)，則半導(dǎo)體開關(guān)62閉合，并且通過接收從控制器7來的電流而激勵(lì)連接到布置有半導(dǎo)體開關(guān)62的繞組切換設(shè)備6的繞組組4的繞組5。
當(dāng)未對(duì)著活動(dòng)元件1時(shí)，傳感器8將斷開信號(hào)傳送給所連接的半導(dǎo)體開關(guān)62，并且電流不流經(jīng)連接到提供有半導(dǎo)體開關(guān)62的繞組切換設(shè)備6的繞組組4的繞組5。
如上所述，傳感器8檢測(cè)活動(dòng)元件1是否處于對(duì)向位置，并且基于該信號(hào)，使得繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62保持?jǐn)嚅_或閉合。這樣，當(dāng)活動(dòng)元件1在沖程方向上移動(dòng)時(shí)，改變活動(dòng)元件1相對(duì)于定子3的位置，并通過提供電流而僅自動(dòng)激勵(lì)對(duì)著活動(dòng)元件1的繞組組4。
實(shí)施例3圖4顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例。
在圖4中，對(duì)于活動(dòng)元件1在沖程方向上的長度Lml，和構(gòu)成定子3的繞組組4在沖程方向上的長度Lc，建立如下的長度關(guān)系Lml＝n×Lcn2或更大的整數(shù)在本實(shí)施例中，n為2，并且繞組組4的長度Lc限定為活動(dòng)元件1在沖程方向上的長度Lml的一半。
在每個(gè)繞組組4對(duì)著活動(dòng)元件1的面上，在沖程方向上的各個(gè)末端安置有用來檢測(cè)活動(dòng)元件1是否對(duì)著繞組組4的兩個(gè)傳感器81和82。信號(hào)處理電路9提供在傳感器81和82以及從傳感器81和82接收信號(hào)的繞組開關(guān)設(shè)備6之間，以便當(dāng)在沖程方向上的兩個(gè)末端安置的傳感器81和82檢測(cè)到活動(dòng)元件1處于對(duì)向位置時(shí)，傳感器81和82將閉合信號(hào)傳送給繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62。
根據(jù)上述布置，只有當(dāng)活動(dòng)元件1在沖程方向上完全對(duì)著構(gòu)成定子3的繞組組4時(shí)，連接到繞組組4的繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62才閉合，并通過由變頻電源7所提供的電流激勵(lì)繞組組4。
在本實(shí)施例中，構(gòu)成定子3的所有繞組組4都并聯(lián)連接到變頻電源7。根據(jù)上述布置，由于要被激勵(lì)的繞組組4在沖程方向上總是精確地對(duì)著為活動(dòng)元件1所提供的作為磁性負(fù)載裝置的永磁體2，因此每個(gè)被激勵(lì)的繞組組4都產(chǎn)生相同的感應(yīng)電壓。這樣，當(dāng)繞組組并聯(lián)連接到電源時(shí)，就不會(huì)因?yàn)橛筛袘?yīng)電壓不同所導(dǎo)致的循環(huán)電流而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
實(shí)施例4在圖5中顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例。
在圖5中，對(duì)于構(gòu)成定子3的繞組組4在沖程方向上的長度Lc，和對(duì)于活動(dòng)元件11或12在沖程方向上的長度Lms，建立如下的長度關(guān)系Lms＝Lc/nn2或更大的整數(shù)在本實(shí)施例中，采用n＝3。包括了永磁體2的兩個(gè)活動(dòng)元件11和12以間距Lmp牢固地布置在固定板10上，其中Lmp＝Lms×(n+1)。
將用來檢測(cè)活動(dòng)元件11和12相對(duì)放置的傳感器81和82安置在構(gòu)成定子3的繞組組4的表面上，并通過使用繞組組4的兩個(gè)末端表面在沖程方向上到活動(dòng)元件1的距離Lms作為間距而直接朝向活動(dòng)元件11和12。信號(hào)處理電路91提供在傳感器81和82以及從傳感器81和82接收信號(hào)的繞組切換設(shè)備6之間，以便當(dāng)附著于在沖程方向上的兩個(gè)末端的兩個(gè)傳感器81和82中的至少一個(gè)檢測(cè)到活動(dòng)元件11或12處于對(duì)向位置時(shí)，傳感器81或82將閉合信號(hào)傳送到繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62。
根據(jù)這種布置，只有在活動(dòng)元件11或12精確地對(duì)著構(gòu)成定子3的繞組組4的狀態(tài)中，繞組切換設(shè)備6的半導(dǎo)體開關(guān)62才閉合并且由控制器7提供電流，同時(shí)由附著于相對(duì)的活動(dòng)元件11或12的永磁體2產(chǎn)生的磁性回流產(chǎn)生牽引力。在活動(dòng)元件11或12跨過在沖程方向上相鄰的繞組組4定位的狀態(tài)中，傳感器81和82都不會(huì)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，從而電流不會(huì)流到繞組組4且不產(chǎn)生牽引力。
以上述的間距Lms在沖程方向上布置活動(dòng)元件11和12。因此，在活動(dòng)元件11和12間的區(qū)間相應(yīng)于在沖程方向上的繞組組的長度Lc，同時(shí)在圖5中，在活動(dòng)元件12跨繞組組4延伸的狀態(tài)中，一個(gè)活動(dòng)元件11總是處于對(duì)著繞組組的位置，但并不延伸跨過繞組組4，并支持牽引力的產(chǎn)生。
根據(jù)在上述實(shí)施例中所示的布置，構(gòu)成定子3的所有繞組組4都并聯(lián)連接到控制器7，并且只有當(dāng)活動(dòng)元件11或12相對(duì)放置時(shí)才提供電流。因此，在受激勵(lì)的繞組組4中產(chǎn)生相同的感應(yīng)電壓，并且不會(huì)由于循環(huán)電流而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此外，由于活動(dòng)元件11和12以上述的間距Lmp布置，因此總會(huì)存在產(chǎn)生牽引力的定子(圖5中的定子11)和繞組組4，同時(shí)牽引力在沖程方向上不會(huì)被中斷。
實(shí)施例5在圖6和7中顯示了本發(fā)明的第五實(shí)施例。
圖6是用于本發(fā)明的實(shí)施例的繞組組4的前視圖，而圖7是側(cè)視圖。
由于活動(dòng)元件1、定子3、控制器7和繞組切換設(shè)備6與在上述實(shí)施例1至5中是相同的，因此，并未對(duì)它們進(jìn)行顯示，而僅以繞組4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
在圖6至8中，參考數(shù)字13表示其上提供繞組圖案的基板；參考數(shù)字14a、14b、14c、14d表示連接器；參考數(shù)字15表示線圈。
為了構(gòu)建繞組組4的繞組5，線圈15是螺旋卷曲的并通過焊接電連接到提供有布線的基板13，并使用粘合劑固定到基板13。
圖8是顯示用于基板13和繞組5的通過布線圖案所形成的繞組組4的電路圖。電連接到繞組5的繞組開始端51和繞組末端52的連接器14a和14b被附著。此外，為基板13提供有圖案以將相鄰繞組組4并聯(lián)連接到控制器7，并且在終端末端布置連接器14c。
定子3通過在沖程方向上布置多個(gè)具有上述結(jié)構(gòu)的繞組組4而構(gòu)建。構(gòu)建定子3的繞組組4并位于在沖程方向上的末端的連接器14a，并使用連接器連接到從控制器7延伸出的輸出電纜，而位于繞組組4的另一末端的連接器14b被連接到相鄰繞組組4的連接器14a。這樣，通過簡單的連接器連接，控制器7和構(gòu)成定子3的繞組組4并聯(lián)連接。
此外，為基板13提供有用于安置傳感器8的連接盤(land)和用來傳送傳感器信號(hào)的圖案。此外，在實(shí)施例4和5中的信號(hào)處理電路9和91也提供給基板13，并且信號(hào)處理電路9和91的輸出使用連接器14d連接到繞組切換設(shè)備6。
實(shí)施例6圖9是用于根據(jù)第六實(shí)施例的繞組切換線性電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。在此情況下，定子的長度Lm是繞組組的長度Lc的兩倍(n＝2)。
圖10是用于繞組組的電路圖，圖11是用來說明繞組切換設(shè)備布置的圖，而圖12和13分別顯示了在信號(hào)準(zhǔn)備電路中的邏輯電路。
在圖9中，參考數(shù)字110表示活動(dòng)元件；120，永磁體；130，定子；140(141至43)，繞組組；150，信號(hào)準(zhǔn)備電路；161至168，連接器；171和172，傳感器；180，繞組切換設(shè)備；和190，控制器。應(yīng)當(dāng)注意的是，連接器161、162、163和167用于傳送U相位、V相位和W相位電力，而連接器164、165、166和168用于傳送信號(hào)。
活動(dòng)元件110通過在沖程方向上粘合永磁體120而構(gòu)成，使得它們相鄰的極性不同。定子130通過在沖程方向上布置多個(gè)繞組組140(140至143)而形成，所述繞組組的每個(gè)由U相位、V相位和W相位繞組形成。
使用導(dǎo)軌(未示出)來耦合活動(dòng)元件110和定子130，并且活動(dòng)元件110可以相對(duì)于定子130在沖程方向上自由移動(dòng)。
如圖10所示，連接器161和162提供在形成各個(gè)繞組組141至143的U相位、V相位和W相位繞組的繞組開始端和繞組末端，此外，設(shè)置連接器163以電連接到連接器161。
對(duì)于連接器190到各個(gè)繞組組141至143和繞組切換設(shè)備180的連接，首先，各個(gè)繞組組141至143的連接器163電連接到繞組切換設(shè)備180的連接器168，接著，將位于定子130的末端的繞組組141的連接器161電連接到控制器190，在繞組組141和142以及142和143之間連續(xù)執(zhí)行連接器162至相鄰繞組組的連接器161的電連接。結(jié)果，繞組組140(141至143)以與在中性點(diǎn)側(cè)上布置繞組切換設(shè)備180相同的方式并聯(lián)連接到控制器190。
傳感器171和172位于在沖程方向上繞組組140的兩個(gè)末端上。傳感器171和172用來檢測(cè)它們是對(duì)著活動(dòng)元件110，并且只有當(dāng)兩個(gè)傳感器171和172都檢測(cè)到活動(dòng)元件110并傳送信號(hào)時(shí)，邏輯電路(未示出)在接收到兩個(gè)信號(hào)后，才產(chǎn)生表示活動(dòng)元件110精確地對(duì)著繞組組140的信號(hào)S1。
信號(hào)準(zhǔn)備電路150(圖1)提供給繞組組140。每個(gè)信號(hào)準(zhǔn)備電路150被這樣構(gòu)建，使得它也經(jīng)過連接器164和165接受基于由繞組組140的相鄰傳感器171和172傳送的檢測(cè)信號(hào)而產(chǎn)生的信號(hào)S1，并經(jīng)過連接器167和169將從在圖12的邏輯電路中執(zhí)行信號(hào)處理所得的結(jié)果作為斷開/閉合信號(hào)S2傳送給繞組切換設(shè)備180。
在本實(shí)施例中，由于為活動(dòng)元件110的長度Lm和繞組組140的長度Lc建立了關(guān)系Lm＝2×Lc因此如在表I中所示，對(duì)于在沖程方向上的相對(duì)位置關(guān)系的信號(hào)S1，存在三種模式。


由于在圖12中所示的邏輯電路也通過獲取用于相鄰繞組組140的信號(hào)S1的信息而處理用于信號(hào)S1的三種模式，因此作為所得的結(jié)果，只有一個(gè)信號(hào)S2一直被設(shè)定為ON。因此，在傳送信號(hào)S1的情況下，根據(jù)定子130和活動(dòng)元件110的位置關(guān)系，閉合對(duì)繞組切換設(shè)備180來說未改變的兩個(gè)或一個(gè)繞組切換設(shè)備180。但是，由于準(zhǔn)備了信號(hào)準(zhǔn)備電路150，因此無論定子130和活動(dòng)元件110之間的位置關(guān)系怎樣，只有一個(gè)(預(yù)定數(shù)量)繞組切換設(shè)備180總是閉合的。
如圖11中所示，繞組切換設(shè)備180由三相整流器181、位于三相整流器181的直流輸出側(cè)上的半導(dǎo)體開關(guān)182、和并聯(lián)連接到半導(dǎo)體開關(guān)182的電阻183和電容器184構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)注意的是，為半導(dǎo)體開關(guān)182使用了IGBT。將用來斷開或閉合半導(dǎo)體開關(guān)182的信號(hào)輸入到半導(dǎo)體開關(guān)182，并且當(dāng)S2為ON時(shí)，閉合半導(dǎo)體開關(guān)182。接著，由三相整流器181整流的直流電流流經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)182和形成連接到半導(dǎo)體開關(guān)182的繞組組140的U相位、V相位和W相位繞組，從而形成中性點(diǎn)側(cè)電連接的星形連接。因此，當(dāng)控制器190將電流提供給連接到其半導(dǎo)體開關(guān)182為閉合的繞組切換設(shè)備180的繞組組140時(shí)，電流流經(jīng)U相位、V相位和W相位繞組，從而在繞組和活動(dòng)元件110之間產(chǎn)生牽引力，其中活動(dòng)元件110對(duì)著繞組組140并且附著有作為磁性負(fù)載裝置的永磁體120。
當(dāng)將指示OFF的斷開信號(hào)S2輸入給半導(dǎo)體開關(guān)182時(shí)，在中性點(diǎn)側(cè)上形成繞組組140的U相位、V相位和W相位被設(shè)定為斷開狀態(tài)，即便當(dāng)有控制器190提供電流時(shí)，電流也不會(huì)流經(jīng)所述繞組。這樣，就不會(huì)產(chǎn)生牽引力。
應(yīng)當(dāng)注意的是，并聯(lián)連接到半導(dǎo)體開關(guān)182的電阻183和電容器184構(gòu)成了緩沖電路，其用來在半導(dǎo)體開關(guān)182從閉合變?yōu)閿嚅_時(shí)消耗積累在繞組中的能量。
根據(jù)以上的布置，無論活動(dòng)元件的位置相對(duì)于定子如何，都只有相同數(shù)量的繞組組被設(shè)定為激勵(lì)狀態(tài)，并且從控制器來看，感應(yīng)電壓和電感以及電阻的阻抗也都是恒定的。這樣，就能提高控制性能并降低牽引力的波動(dòng)。
此外，在構(gòu)成定子的繞組組中，只有對(duì)著活動(dòng)元件并產(chǎn)生牽引力的繞組組通過接收電流而被激勵(lì)，從而無論沖程為多少，所產(chǎn)生的損耗都是恒定的。因此當(dāng)定子通過在沖程方向上布置所需數(shù)量的繞組組而形成時(shí)，仍然不會(huì)增加所產(chǎn)生的損耗，同時(shí)能輕易地實(shí)現(xiàn)沖程的延長。
表2顯示了當(dāng)活動(dòng)元件在沖程方向上的長度Lm是構(gòu)成定子的繞組組在沖程方向上的長度Lc的三倍(n＝3)時(shí)信號(hào)S1的模式。為了方便起見，在說明中，由表中的141至145來表示繞組組。


如在表2中所示，對(duì)于在沖程方向上的相對(duì)位置關(guān)系信號(hào)S1存在三種模式。由于在圖13中所示的邏輯電路也通過取得用于相鄰繞組組4的信號(hào)S1的信息而處理三種模式，因此作為所得的結(jié)果，只有兩個(gè)信號(hào)S2一直是ON。因此，在傳送信號(hào)S1的情況下，根據(jù)定子和活動(dòng)元件間的位置關(guān)系，而閉合對(duì)繞組切換設(shè)備8來說未改變的三個(gè)或二個(gè)繞組切換設(shè)備8。但是，由于準(zhǔn)備了上述信號(hào)準(zhǔn)備電路150，因此無論定子130和活動(dòng)元件110之間的位置關(guān)系如何，只有兩個(gè)(預(yù)定數(shù)量)繞組切換設(shè)備180總是閉合的。
如上所述，當(dāng)線性電機(jī)的定子通過使用繞組組和繞組切換設(shè)備而構(gòu)成時(shí)，能節(jié)能且低成本地提供沖程的延長，因此本發(fā)明可以用于工廠中的傳送裝置。
此外，由于可以降低速度波動(dòng)，因此本發(fā)明還可以用于在儀器中的傳送裝置。
實(shí)施例7現(xiàn)將基于圖15至18說明本發(fā)明的第七實(shí)施例。
圖15是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固定電樞型線性電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。在圖中，根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的固定電樞型的線性電機(jī)包括伺服放大器201；定子塊202，其每個(gè)都通過在線性電機(jī)定子周圍纏繞電樞繞組而形成；線性電機(jī)活動(dòng)元件203，其由永磁體或二次側(cè)導(dǎo)體形成；和選擇切換部分204，其改變提供給定子塊202的電樞繞組的電流。
現(xiàn)將適當(dāng)?shù)孛枋龈鶕?jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的繞組切換方法。
首先，將給定子塊202的電樞繞組反饋電力的電力線連接到伺服放大器201。多個(gè)定子塊202的各個(gè)電樞繞組并聯(lián)連接到伺服器201，并且將選擇切換部分204分別連接到定子塊202。通過選擇切換部分204，將電力僅提供給線性電機(jī)的活動(dòng)元件203穿過的定子塊202的電樞繞組。
圖16是顯示用于本發(fā)明第七實(shí)施例的繞組切換電路的選擇切換部分204和定子塊202的示例性布置。對(duì)于定子塊202的三相電樞繞組，將在一側(cè)上的末端連接到伺服放大器201的各個(gè)相位，而將在另一側(cè)上的末端連接到選擇切換部分204。當(dāng)并行地增加這種結(jié)構(gòu)時(shí)，就能獲得長沖程。
圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的選擇切換部分204的實(shí)際布置的實(shí)例的電路圖。在圖17中，參考數(shù)字204-1表示整流二極管部分；204-2，半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；204-3，回流二極管；204-4，平滑電容器；和204-5，放電電阻。在圖16和17中，在與連接到伺服放大器201側(cè)的相反側(cè)上，定子塊202的電樞繞組的末端被連接到整流二極管部分204-1的交流輸入側(cè)。在半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備204-2為OFF的情況下，定子塊202的電樞繞組的中性點(diǎn)呈斷開狀態(tài)，并且定子塊202未被激勵(lì)。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)204-2為ON時(shí)，定子塊202的電樞繞組的中性點(diǎn)呈短路狀態(tài)，并且定子塊202被激勵(lì)。此外，當(dāng)定子塊202的電樞繞組從受激狀態(tài)變?yōu)槲词芗顟B(tài)時(shí)，電樞繞組會(huì)迅速由電流流通狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。此時(shí)，由于必須處理在電樞繞組中積累的能量，因此通過整流二極管204-1和回流二極管204-3由平滑電容器204-4吸收能量。在平滑電容器204-4中積累的能量通過放電電阻204-5放電。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖17中，使用參考標(biāo)記IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)來表示半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備204-2；但是，可以根據(jù)電壓和電流而使用最佳的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備。
圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的實(shí)例總的結(jié)構(gòu)的框圖，其包括用于產(chǎn)生要提供給選擇切換部分204的選擇信號(hào)的實(shí)例。在圖18中，多個(gè)定子塊202的電樞繞組被連接到伺服放大器201，并且選擇切換部分204分別連接到電樞繞組的末端。將用來接通或關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備204-2的驅(qū)動(dòng)電路205提供給每個(gè)選擇切換部分204，同時(shí)布置有選擇信號(hào)處理器和用來產(chǎn)生選擇信號(hào)的傳感器部分207。諸如磁阻效應(yīng)元件的霍爾元件、磁性二極管、磁性傳感器或諸如光電傳感器的光學(xué)傳感器都可以使用來作為傳感器部分207。
在線性電機(jī)的活動(dòng)元件203(參見圖15)并不位于定子塊202的位置的狀態(tài)中，傳感器部分207什么也不檢測(cè)，從而選擇切換部分204保持OFF，定子塊202的電樞繞組的中性點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，并且定子塊202并未被激勵(lì)。當(dāng)線性電機(jī)的活動(dòng)元件203到達(dá)定子塊202的位置時(shí)，傳感器部分207檢測(cè)到活動(dòng)元件203的到達(dá)，選擇信號(hào)處理器206處理這個(gè)信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)電路205將得到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于選擇切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以接通選擇切換部分204的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備204-2。此時(shí)，定子塊202的電樞繞組的中性點(diǎn)進(jìn)入短路狀態(tài)，伺服放大器201將三相電流提供給電樞繞組，同時(shí)線性電機(jī)定子被激勵(lì)。當(dāng)多個(gè)結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接到伺服放大器201時(shí)，提供了具有長沖程的固定電樞型的線性電機(jī)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在上述實(shí)施例中，在所描述的實(shí)例中，提供了與多個(gè)定子塊202的數(shù)量相等的選擇切換部分204。但是，例如，在激勵(lì)大面積區(qū)域的情況中，相對(duì)于線性電機(jī)的活動(dòng)元件203，可以只用一個(gè)選擇切換部分204來同時(shí)接通/關(guān)斷多個(gè)定子塊的電樞繞組。
通過參考具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。但，很顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以加入各種修改和替換。
本發(fā)明基于2004年11月15日提交的日本專利申請(qǐng)No.2004-330362和于2004年10月1日提交的日本專利申請(qǐng)No.2004-289677，現(xiàn)將其內(nèi)容包括在本說明書中作為參考。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明是可用于例如線性電機(jī)系統(tǒng)，其能輕易地以低成本實(shí)現(xiàn)沖程的延長，而無需增加控制器的數(shù)量并且也不會(huì)有速度波動(dòng)。
此外，本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)赜糜诰哂虚L沖程的廉價(jià)的固定電樞型的線性電機(jī)，其中可以使用一個(gè)伺服放大器來有效且迅速地切換多個(gè)電樞繞組，并且其中定子側(cè)由線性電機(jī)定子和電樞繞組形成，活動(dòng)元件側(cè)由一組永磁體和二次導(dǎo)體形成。
權(quán)利要求
1.一種線性電機(jī)系統(tǒng)，包括線性電機(jī)，其中包括由永磁體形成的磁性負(fù)載組件的活動(dòng)元件，和包括由具有面對(duì)著所述永磁體的繞組的多個(gè)繞組形成的磁性負(fù)載組件的定子彼此相對(duì)放置，并由間隙隔開，其中所述定子由在沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組形成，并且形成每個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組包括繞組開始端和繞組末端；控制器，其用來給所述線性電機(jī)提供具有可變頻率的可變電壓；和繞組切換設(shè)備，其用來在需要時(shí)閉合或斷開形成在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組，其中所述繞組切換設(shè)備包括；三相整流組件，半導(dǎo)體開關(guān)，其位于所述三相整流組件的兩個(gè)直流輸出側(cè)上，和并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)的電阻和電容，形成在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組的所述相位繞組的每個(gè)的一端連接到所述控制器的輸出端，而另一端連接到所述繞組切換設(shè)備的所述三相整流組件的交流輸入側(cè)，和斷開或閉合包括在所述繞組切換設(shè)備中的所述半導(dǎo)體開關(guān)，以僅激勵(lì)在所述沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組中的所需繞組組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中對(duì)于形成所述定子的所述繞組組，在所述沖程方向上提供至少一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)相對(duì)的至少一個(gè)活動(dòng)元件或更多的活動(dòng)元件；和基于從所述傳感器來的信號(hào)，閉合連接到對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組的所述繞組切換設(shè)備的所述半導(dǎo)體開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中當(dāng)Lc表示形成所述定子的繞組組在所述沖程方向上的長度，Lm1表示所述活動(dòng)元件在所述沖程方向上的長度時(shí)，確定Lc和Lm1以建立以下關(guān)系Lm1＝n×Lcn二或更大的整數(shù)，和僅激勵(lì)在所述沖程方向上完全對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中當(dāng)Lc表示形成所述定子的繞組組在所述沖程方向上的長度，Lms表示所述活動(dòng)元件在所述沖程方向上的長度時(shí)，根據(jù)以下建立的關(guān)系布置在所述沖程方向上的多個(gè)活動(dòng)元件Lms＝Lc/nn二或更大的整數(shù)，將所述活動(dòng)元件以建立如下關(guān)系的活動(dòng)元件布置間距Lmp附著于固定板上Lmp＝Lms×(n+1)，和僅激勵(lì)在所述沖程方向上完全對(duì)著所述活動(dòng)元件的繞組組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中分別在形成有圖案的基板上安置用作所述電力負(fù)載組件的所述繞組組、用來檢測(cè)所述活動(dòng)元件的所述檢測(cè)傳感器和用來處理從所述檢測(cè)傳感器來的傳感器信號(hào)的處理電路；和通過連接器耦合多個(gè)基板以形成所述定子。
6.一種線性電機(jī)系統(tǒng)，包括線性電機(jī)，其中包括由永磁體形成的磁性負(fù)載組件的活動(dòng)元件，和包括由具有面對(duì)著所述永磁體的繞組的多個(gè)繞組形成的磁性負(fù)載組件的定子彼此相對(duì)放置，跨過一間隙，其中所述定子由在沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組形成，并且形成每個(gè)繞組組的各個(gè)相位的相位繞組包括繞組開始端和繞組末端，并且其中用來檢測(cè)所述活動(dòng)元件完全相對(duì)的傳感器分別提供給在所述沖程方向上的所述繞組；控制器，其用來提供可變電壓可變頻率；和繞組切換設(shè)備，包括；三相整流組件，半導(dǎo)體開關(guān)，其位于所述三相整流組件的兩個(gè)直流輸出側(cè)上，和并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)的電阻和電容，形成在所述沖程方向上隔開的多個(gè)所述繞組組的所述相位繞組的每個(gè)的繞組開始端被連接到所述控制器的輸出端，而另一端連接到所述繞組切換設(shè)備的所述三相整流組件的交流輸入側(cè)，和閉合包括在所述繞組切換設(shè)備中的所述半導(dǎo)體開關(guān)，以激勵(lì)在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組，當(dāng)Lc表示在所述沖程方向上所述繞組組的每個(gè)的長度，Lm表示在所述沖程方向上所述活動(dòng)元件的長度時(shí)，確定Lc和Lm1以建立以下關(guān)系Lm＝n×Lcn2或3；和為所述繞組組的每個(gè)提供信號(hào)準(zhǔn)備電路，其使用從為繞組組準(zhǔn)備的傳感器來的信號(hào)和從為與所述繞組組相鄰的繞組組中的至少一個(gè)準(zhǔn)備的傳感器來的信號(hào)，并準(zhǔn)備用于斷開和閉合連接到所述繞組組的所述繞組切換設(shè)備的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路輸出總是設(shè)定n-1個(gè)繞組組為受激狀態(tài)的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的每個(gè)都由邏輯電路構(gòu)成，用以輸出通過對(duì)由為提供有所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組布置的傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理而獲得的信號(hào)，和由為與所述繞組組相鄰的繞組組中的一個(gè)而布置的傳感器所輸出的信號(hào)的反向信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的每個(gè)都由邏輯電路構(gòu)成，其使用通過對(duì)由為提供有所述信號(hào)準(zhǔn)備電路的繞組組布置的傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理所得的結(jié)果，和通過對(duì)由為與所述繞組組相鄰的兩個(gè)繞組組布置的兩個(gè)傳感器輸出的信號(hào)執(zhí)行AND處理所得的信號(hào)，并對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行反向，作為輸出信號(hào)。
10.一種線性電機(jī)系統(tǒng)，其中線性地布置有多個(gè)定子塊，每個(gè)定子塊都包括線性電機(jī)定子和具有多個(gè)相位的電樞繞組，其中電樞元件側(cè)由一組永磁體和二次導(dǎo)體構(gòu)成，該線性電機(jī)系統(tǒng)包括繞組切換電路，其中在所述多個(gè)定子塊的每個(gè)中的每個(gè)電樞繞組的一個(gè)終端被連接到一個(gè)線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服放大器的每個(gè)相位線，而所述電樞繞組的另一個(gè)終端被連接到具有多個(gè)相位的二極管電橋的中點(diǎn)，在所述二極管電橋的正極共用終端和負(fù)極共用終端之間連接有半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，由第一回流二極管、放電電阻和第二回流二極管形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)，并且平滑電容器并聯(lián)連接到所述放電電阻，和當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)基于在所述線性電機(jī)定子側(cè)上布置的活動(dòng)元件位置傳感器來的位置信號(hào)而順序接通或關(guān)斷時(shí)，具有多個(gè)相位的電樞繞組在受激狀態(tài)和未受激狀態(tài)間切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中提供與所述多個(gè)定子塊數(shù)量相同的繞組切換電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的線性電機(jī)系統(tǒng)，其中所述活動(dòng)元件位置傳感器為所述半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以順序切換所述多個(gè)定子塊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線性電機(jī)系統(tǒng)，其能在節(jié)能的同時(shí)以低成本延長線性電機(jī)的沖程。該線性電機(jī)系統(tǒng)包括線性電機(jī)(100)、用來提供可變電壓的控制器(7)、用來斷開和閉合形成在沖程方向上隔開的多個(gè)繞組組(4)的各個(gè)相位的相位繞組(5)的繞組切換設(shè)備(6)。所述繞組切換設(shè)備(6)由三相整流組件、位于所述三相整流組件的直流輸出側(cè)兩端上的半導(dǎo)體開關(guān)、以及并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)的電阻和電容構(gòu)成。對(duì)于形成在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組(4)的相位繞組的每個(gè)，其一端連接到所述控制器(7)的輸出端，而另一端連接到所述繞組切換設(shè)備(6)的所述三相整流組件的交流輸入側(cè)。通過斷開或閉合包括于在所述沖程方向上隔開的所述多個(gè)繞組組(4)的所述繞組切換設(shè)備(6)中的所述半導(dǎo)體開關(guān)，可以僅激勵(lì)所需的繞組組(4)。
文檔編號(hào)B60L13/03GK101036287SQ20058003351
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者山田健二, 前村明彥, 森本進(jìn)也, 鹿山透, 田中善之, 高木護(hù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)