(57)【要約】  ベクトル制御形式の電流制御手段１３を設ける。推力電流制御部１８の出力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、可動子の速度検出値ｘ・と、誘起電圧定数Φとで得られる電圧補償値を加算する誘起電圧補償手段３１を設ける。また、位置検出値ｘと、速度検出値ｘ・と、ｑ軸電流検出値ｉq，ｄ軸電流検出値ｉdとによって、ｑ軸電圧補償値およびｄ軸電圧補償値を演算し、ｑ軸電圧指令値Ｖq′およびｄ軸電圧指令値Ｖd′を補償する位置変化インダクタンス補償手段３２を設ける。
2012056844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の各相のコイルが直線方向に並び１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータを、可動子の移動経路に沿って間隔を開けて配置し、前記可動子を永久磁石で構成した同期型のリニアモータを制御する装置であって、
前記各個別モータをそれぞれ制御する複数の個別モータ制御手段と、入力された位置指令に応じて前記各個別モータに位置指令を分配する統括制御手段とを備え、
前記各個別モータ制御手段が、位置制御および速度制御の両方または位置制御のみを行う位置・速度制御手段と、電流制御を行う電流制御手段とを有し、前記個別モータの各相の電流成分を検出する電流検出手段と、前記可動子の位置および速度をそれぞれ検出する位置検出手段および速度検出手段とを設け、
前記電流制御手段は、前記位置・速度制御手段から与えられる推力電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉq*に対して、前記電流検出手段の検出値から得られる個別モータのｑ軸電流検出値ｉqが追随するように制御するｑ軸電圧指令値Ｖq′を出力する推力電流制御部と、設定された磁束電流指令値であるｄ軸電電流値ｉd*に対して、個別モータのｄ軸電流検出値ｉdが追随するように制御するｄ軸電圧指令値Ｖd′を出力する磁束電流制御部と、これらｑ軸電圧指令値Ｖq′とｄ軸電圧指令値Ｖd′とを、個別モータの各相の座標の指令値に変換する座標変換部と、この座標変換部の出力を個別モータの駆動電流に変換する電力変換部とを有するベクトル制御形式であり、
前記推力電流制御部で出力されて前記座標変換部に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、前記速度検出手段で検出された可動子の速度検出値ｘ・と、定められた誘起電圧定数Φとで得られる電圧補償値Φｘ・を加算する誘起電圧補償手段を設けたリニアモータ制御装置。
【請求項２】
前記位置検出手段で検出される可動子の位置検出値ｘと、前記速度検出手段で検出される可動子の速度検出値ｘ・と、前記電流検出手段で検出した電流値をｑ軸およびｄ軸の電流値に座標変換して得られるｑ軸電流検出値ｉqおよびｄ軸電流検出値ｉdとによって、定められた演算式に従ってｑ軸電圧補償値およびｄ軸電圧補償値を演算し、
前記推力電流制御部で出力されて前記座標変換部に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して前記ｑ軸電圧補償値を加算し、前記磁束電流制御部で出力されて前記座標変換部に入力するｄ軸電圧指令値Ｖd′に対して前記ｄ軸電圧補償値を加算する位置変化インダクタンス補償手段を設けた請求項１記載のリニアモータ制御装置。
【請求項３】
前記位置・速度制御手段から与えられた推力電流指令値に対して、定められたコギング補償電流値ｉcoggingを減算し、前記推力電流制御部に入力する前記ｑ軸電流指令値ｉq*とするコギング補償手段を設けた請求項２記載のリニアモータ制御装置。
【請求項４】
前記誘起電圧補償手段で用いる前記誘起電圧定数Φを、個別モータの可動子移動方向の中間部では一定値とし、両端部では端側へ次第に小さくなる値とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータ制御装置。
【請求項５】
前記位置変化インダクタンス補償手段が加算するｑ軸電圧補償値ｄ軸電圧補償値は、次式（５ｑ），（５ｄ）によって定まる値である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータ制御装置。
【数１】
2012056844.tif 000024
τp：可動子の１磁極対のピッチ
Ｌd：Ｌ−Ｍ
Ｌq：Ｌ−Ｍ
Ｌ：各相の自己インダクタンス
Ｍ：各相間の相互インダクタンス
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は、２０１０年１０月２６日出願の特願２０１０−２３９６０２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
【技術分野】
【０００２】
この発明は、工作機械用の搬送装置や、産業機械における搬送装置、その他各種の機器の駆動に用いられる同期型の地上一次側離散配置リニアモータに適用されるリニアモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
リニアモータは、物流装置の搬送台車等において、その走行駆動等に広く用いられている（例えば、特許文献１）。リニアモータには、リニア誘導モータ（ＬＩＭ）、リニア同期モータ（ＬＳＭ）、リニア直流モータ等があるが、長距離の走行システムとして主に使用されているのは、リニア誘導モータである。リニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。【０００４】
なお、リニア同期モータにおいて、部分的に地上側に１次コイルを離散配置した例はあるが（例えば、特許文献２）、リニア同期モータは曲線路や経路端部での補助的な使用であり、基本的にはリニア誘導モータを用いている。また、非特許文献１には、加減速が必要な箇所のみ固定子を配置した地上一次型間欠配置（離散配置）リニア同期モータに関し、モデル化について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１１４８８７号公報
【特許文献２】特開２００７−８２３０７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鈴木憲吏、金容載、百目鬼英雄共著，「永久磁石型リニア同期モータの間欠固定子配置間隔に関するモデル化」，電気学会リニアドライブ研究会，ＬＤ−０７−３５，２００７年１０月，ｐｐ１７−ｐｐ２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リニア誘導モータは推力が低くて走行性能の向上が困難である。そのため、工作機械のローダとなる搬送装置等への適用において、リニア同期モータの採用を試みた。従来のリニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。しかし、コイル側を移動させるには、可動子に給電が必要であり、可動子への配線の都合上、無端経路での走行が不能であるなど、走行経路が限られたり、給電系が複雑化したりする。このため、リニア同期モータにおいて、経路全長に渡り、地上側に１次コイルを配置することを試みた。しかし、地上側に１次コイルを配置する場合、従来のリニアモータのように、移動経路の全長に渡って連続してコイルを配置するのでは、コイルの使用量が増えてコストが増大する。【０００８】
このような課題を解消する同期形リニアモータとして、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる複数の個別モータを、可動子の移動方向に、経路全長に渡って間隔を開けて配列した離散配置のリニア同期モータを考えた。この構成によると、個別モータが離散配置されるため、コイルの使用量が削減できて、コスト低下が図れる。【０００９】
しかし、離散配置リニアモータ特有の問題として、インダクタンスや誘起電圧が、個別モータに対する可動子の位置によって変化し、また個別モータ端部における外乱（例えば、コギング力）も生じる。これらは、モータを制御する上で大きな外乱となる。この問題は、非特許文献１に触れられているが、その影響を考慮した制御については、提案されていない。【００１０】
この発明の目的は、コイル使用量の削減や給電形式上で有利となる個別モータの地上離散配置形式を採用しながら、個別モータに対する可動子の位置に対する誘起電圧の変化に対応した円滑な移動制御が行えるリニアモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のリニアモータ制御装置を実施形態に用いた符号を付して説明する。
なお、この明細書では、速度検出値を示す「ｘ・」の符号につき、図では分かり易いように「・」を「ｘ」の文字の上側に付したが、明細書中では、使用可能な文字の制限上、「ｘ」の文字の右上に「・」を付して「ｘ・」と示した。【００１２】
この発明のリニアモータ制御装置は、３相の各相のコイルが直線方向に並び１台のリニアモータ（１）の一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータ（３）を、可動子（４）の移動経路に沿って間隔を開けて配置し、前記可動子（４）を永久磁石で構成した同期型のリニアモータ（１）を制御する装置であって、前記各個別モータ（３）をそれぞれ制御する複数の個別モータ制御手段（６）と、入力された位置指令に応じて前記各個別モータ（３）に位置指令を分配する統括制御手段（７）とを備える。前記各個別モータ制御手段（６）は、位置制御および速度制御の両方または位置制御のみを行う位置・速度制御手段（１７）と、電流制御を行う電流制御手段（１３）とを有し、さらに、前記各個別モータ制御手段（６）に、前記個別モータ（３）の各相の電流成分を検出する電流検出手段（１４）と、前記可動子（４）の位置および速度をそれぞれ検出する位置検出手段（１５）および速度検出手段（１６）とを設ける。前記電流制御手段（１４）は、前記位置・速度制御手段（１７）から与えられる推力電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉq*に対して、前記電流検出手段（１４）の検出値から得られる個別モータ（３）のｑ軸電流検出値ｉqが追随するように制御するｑ軸電圧指令値Ｖq′を出力する推力電流制御部（１８）と、設定された磁束電流指令値であるｄ軸電電流値ｉd*に対して、個別モータ（３）のｄ軸電流検出値ｉdが追随するように制御するｄ軸電圧指令値Ｖd′を出力する磁束電流制御部（１９）と、これらｑ軸電圧指令値Ｖq′とｄ軸電圧指令値Ｖd′とを、個別モータ（３）の各相の座標の指令値に変換する座標変換部（２０）と、この座標変換部（２０）の出力を個別モータ（３）の駆動電流に変換する電力変換部（２１）とを有するベクトル制御形式である。この構成において、前記推力電流制御部（１８）で出力されて前記座標変換部（２０）に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、速度検出手段（１６）で検出された可動子（４）の速度検出値ｘ・と、定められた誘起電圧定数Φとで得られる電圧補償値Φｘ・を加算する誘起電圧補償手段（３１）を設けている。【００１３】
ベクトル制御は、モータの電流や鎖交磁束をベクトルの瞬時値として把握し、それらのベクトルを瞬時値で制御することで、モータの瞬時推力を指令に追従させる技術であり、効率の良い制御が可能であるため、回転型モータの制御において広く採用されている。この発明では、前記推力電流制御部、磁束電流制御部、および座標変換部によりベクトルが成される。しかし、一次側の電機子である個別モータ（３）を、地上側に間隔を開けて設置した離散配置リニアモータ（１）では、個別モータ（３）に対する可動子（４）の位置によってインダクタンスが変化し、誘起電圧が変化する。これらの変化に対する制御は、一般的なベクトル制御だけでは、適切に行うことができない。【００１４】
これにつき、上記構成によると、推力電流制御部（１８）で出力されて前記座標変換部（２０）に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、前記速度検出手段（１６）で検出された可動子（４）の速度検出値ｓと、定められた誘起電圧定数Φとで得られる電圧補償値Φｓを加算する誘起電圧補償手段（３１）を設けたため、可動子（４）の位置によるインダクタンス変化、誘起電圧変化に対して、ｑ軸電圧指令値Ｖq′を適切に補償し、可動子（４）の円滑な動作が得られる。また、制御対象となるリニアモータ（１）は、固定側として、一次側の電機子からなる個別モータ（３）を離散配置したため、コイル使用量が少なくて済み、かつ移動側に給電する場合に比べて給電系が簡素にできると言う離散配置リニアモータ（１）の利点を得ることができる。【００１５】
この発明において、次の位置変化インダクタンス補償手段（３２）を設けるのが良い。この位置変化インダクタンス補償手段（３２）は、前記位置検出手段（１５）で検出される可動子（４）の位置検出値ｘと、前記速度検出手段（１６）で検出される可動子（４）の速度検出値ｓと、前記電流検出手段（１）で検出した電流値をｑ軸およびｄ軸の電流値に座標変換して得られるｑ軸電流検出値ｉqおよびｄ軸電流検出値ｉdとによって、定められた演算式に従ってｑ軸電圧補償値およびｄ軸電圧補償値を演算する。前記推力電流制御部（１８）で出力されて前記座標変換部（２０）に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して前記ｑ軸電圧補償値を加算し、前記磁束電流制御部（１９）で出力されて前記座標変換部（２０）に入力するｄ軸電圧指令値Ｖd′に対して前記ｄ軸電圧補償値を加算する。【００１６】
このように、ｑ軸電圧補償値およびｄ軸電圧補償値を演算し、ｑ軸電圧指令値Ｖq′およびｄ軸電圧指令値Ｖd′を補償することで、可動子（４）の位置によるインダクタンス変化に対して、ｑ軸電圧指令値Ｖq′およびｄ軸電圧指令値Ｖd′を適切に補償し、可動子（４）のより円滑な動作を得ることができる。【００１７】
この発明において、前記位置・速度制御手段（１７）から与えられた推力電流指令値に対して、定められたコギング補償電流値ｉcoggingを減算し、前記推力電流制御部に（１８）入力する前記ｑ軸電流指令値ｉq*とするコギング補償手段（３３）を設けるのが良い。適切なコギング軽減ができるコギング補償電流値ｉcoggingは、可動子（４）の位置により一義的に決まるため、予め試験等で求めるとこができる。その求まった値でコギング補償を行うことで、個別モータ（３）の離散配置に起因するコギングを軽減することができる。【００１８】
この発明において、誘起電圧補償手段（３１）で用いる前記誘起電圧定数Φを、個別モータの可動子移動方向の中間部では一定値とし、両端部では端側へ次第に小さくなる値としても良い。例えば、誘起電圧定数Φを台形状に変化する値としても良い。これにより、可動子（４）の位置による誘起電圧の変化に対応した円滑な移動制御を、演算処理能力の比較的低い処理装置を用いても可能となる簡単な制御で実現可能となる。【００１９】
この発明において、前記位置変化インダクタンス補償手段（３２）が加算するｑ軸電圧補償値ｄ軸電圧補償値は、次式（５ｑ），（５ｄ）によって定まる値である。
【数１】
2012056844.tif 000003
τp：可動子の１磁極対のピッチ
Ｌd：Ｌ−Ｍ
Ｌq：Ｌ−Ｍ
Ｌ：各相の自己インダクタンス
Ｍ：各相間の相互インダクタンス
これにより、可動子（４）の位置によるインダクタンスの変化に対応した円滑な移動制御を、演算処理能力の比較的低い処理装置を用いても可能となる簡単な制御で実現可能となる。【００２０】
請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。 
【図面の簡単な説明】
【００２１】
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
【図１】この発明の一実施形態に係るリニアモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は、同そのリニアモータにおける個別モータの平面図で、（Ｂ）は、同断面図である。
【図３】同リニアモータ制御装置における個別モータ制御手段のブロック図である。
【図４】同リニアモータ制御装置における電流制御手段の詳細を示すブロック図である。
【図５】同電流制御手段から補償手段を省いた基本構成のブロック図である。
【図６】離散配置リニアモータにおけるインダクタンスおよび鎖交磁束の変化を示す説明図である。
【図７】補償の程度と制御手段の負担の関係を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は、インダクタンスおよび鎖交磁束の変化につき、各相の違いを考慮しない場合の説明図で、（Ｂ）は、各相の違いを考慮する場合の説明図である。
【図９】誘起電圧補償パラメータの説明図である。
【図１０】誘起電圧定数の説明図である。
【図１１】精度上で理想的な誘起電圧補償の説明図である。
【図１２】インダクタンス補償パラメータの説明図である。
【図１３】コギング補償の説明図である。
【図１４】同実施形態のリニアモータ制御装置およびそのリニアモータを用いた搬送装置を含む加工システムの正面図である。
【図１５】同搬送装置の破断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の一実施形態を図１ないし図１３と共に説明する。図１は、制御対象となるリニアモータ１と、リニアモータ制御装置２とでなるリニアモータシステムを示す。リニアモータ１は、リニア同期モータ（ＬＳＭ）であって、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる地上側の複数の個別モータ３を、可動子４の移動方向Ｘに間隔を開けて設置した離散配置リニアモータである。個別モータ３は、可動子４の移動範囲の全体に渡って配列する。各個別モータ３は、可動子４のレール（図示せず）を有する共通のフレーム５に設置されている。
【００２３】
フレーム５には、この他に、各個別モータ３毎に、可動子４の位置を検出する位置検出器となるセンサ１５が設置される。なお、センサ１５は、図１では図示の便宜上、個別モータ３間に示しているが、実際には、可動子移動方向（Ｘ方向）につき、個別モータ３と同じ位置に配置され、個別モータ３よりも若干長い範囲で位置検出が可能なリニアセンサ１５が用いられる。可動子４は、永久磁石からなるＮ，Ｓの磁極を可動子基体４ａに移動方向Ｘに並べて複数設けたものであり、前記フレーム５に設けられたレール（図示せず）によって進退自在に案内される。可動子４は、複数の個別モータ３間に渡る長さに形成されている。
【００２４】
各個別モータ３は、例えば図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、各層の磁極となる複数のコイル３ａとコア３ｂを、前記移動方向Ｘに並べたものである。各コア３ｂは、共通の本体部からくし歯状に突出した部分で構成される。この例では、３相の交流電流で駆動するものとされ、その各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）毎に一つの電極を設けた３極の一次側の電機子とされている。なお、個別モータ３は、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）毎に複数の電極を設け、相数の整数倍の電極を有する電機子としても良い。
【００２５】
図１において制御系を説明する。制御装置２は、各個別モータ３をそれぞれ制御する複数の個別モータ制御手段６と、これら複数の個別モータ制御手段６に位置指令を与える一つの統括制御手段７とを備える。統括制御手段７は、弱電系の回路素子や、コンピュータおよびそのプログラムの一部等で構成される。統括制御手段７は、リニアモータ全体の移動範囲を各個別モータ３毎に区分した担当範囲を記憶していて、上位制御手段（図示せず）から入力された位置指令の指令位置を、各個別モータ３に対応する位置指令に変換して与える。各個別モータ３に対応する位置指令は、その個別モータ３の座標に座標変換した指令とされる。
【００２６】
各個別モータ制御手段６は、モータ電流を個別モータに流す強電系のモータ駆動回路と、このモータ駆動回路を制御する弱電系の制御部（図示せず）とでなる。弱電系の制御部は、マイクロコンピュータおよびそのプログラムや回路素子によって構成され、図３に示すフィードバック制御を行う。
【００２７】
図３において、個別モータ制御手段６は、それぞれ位置，速度，電流のフィードバック制御を行う位置制御手段１１と、速度制御手段１２と、電流制御手段１３とを有し、位置ループ、速度ループ、および電流ループを有するカスケード制御のフィードバック制御を行う。位置制御手段１１は、個別モータ３に対する可動子４の現在位置を検出する前記センサ１５の検出値と位置指令の指令値との偏差に応じ、定められた位置ループゲインのフィードバック制御を行う。位置制御手段１１は、その出力として速度指令値を出力する。
【００２８】
速度制御手段１２は、速度検出手段１６を経て得られる可動子４の速度検出値と、速度指令値との偏差に応じ、定められた速度ループゲインのフィードバック制御を行う。速度制御手段１２は、その出力として電流指令値を出力する。速度検出手段１６は、この例では、センサ１５の位置検出値から速度を求める微分手段等からなるが、センサ１５とは別に設けられて速度を直接に検出するものであっても良い。なお、これら位置制御手段１１と速度制御手段１２とを合わせた手段を、位置・速度制御手段１７と称す。この実施形態では、位置制御および速度制御を行うようにしたが、位置・速度制御手段１７は、速度制御を行わずに位置制御だけを行うものとしても良い。
【００２９】
電流制御手段１３は、個別モータ３に印加される駆動電流を電流検出器等の電流検出手段１４で検出して、電流検出値と電流指令値との偏差に応じた電流指令値を、定められ電流ループゲインを用いて生成し、モータ駆動電流を制御する。電流検出手段１４は、詳しくは前記駆動電流の各相の成分を検出するものであり、３相のうちの２相の検出を行う相電流検出部１４ａ，１４ｂ（図４）を有する。２相分の検出を行えれば、残り１相の電流成分は計算により求まる。
【００３０】
図４は、図３の電流制御手段１３の詳細を示す。電流制御手段１３は、ベクトル制御を行う制御手段であって、この発明，実施形態の特徴となる各種の補償手段を有するが、説明の簡明化のために、まず、図４から各補償手段３１〜３３を省略した、ベクトル制御の基本構成を、図５を用いて説明する。
【００３１】
この電流制御手段１３は、基本構成として、推力電流制御部１８と、磁束電流制御部１９と、座標変換部２０と、電力変換部２１とを有する。推力電流制御部１８は、前記位置・速度制御手段１７の速度制御手段１２から与えられる推力電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉq*に対して、電流検出手段１４の検出値から、検出座標αβ変換部２２および検出座標ｄｑ変換部２３を介して得られる個別モータ３のｑ軸電流検出値ｉqが追随するように制御する手段であり、出力としてｑ軸電圧指令値Ｖq′を出力する。推力電流制御部１８は、ｑ軸電流検出値ｉqを減算する減算部１８ａと、減算部１８ａの出力を制御する演算部１８ｂとでなる。
【００３２】
磁束電流制御部１９は、磁束電流指令値設定手段２９に設定された磁束電流指令値であるｄ軸電流値ｉd*に対して、電流検出手段１４の検出値から、検出座標αβ変換部２２および検出座標ｄｑ変換部２３を介して得られる個別モータ３のｄ軸電流検出値ｉdが追随するように制御する手段であり、出力としてｄ軸電圧指令値Ｖd′を出力する。磁束電流指令値設定手段２９は、個別モータ３のモータ特性等に応じて適宜設定されるが、通常は、ｄ軸電電流値ｉd*を「０」に設定する。磁束電流制御部１９は、ｄ軸電流検出値ｉdを減算する減算部１９ａと、減算部１９ａの出力を制御する演算部１９ｂとでなる。
【００３３】
前記検出座標αβ変換部２２は、個別モータ３のＵ相，Ｖ相，Ｗ相を流れる電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃの検出値を、静止直交２相座標成分の実電流（α軸上の実電流、およびβ軸上の実電流）の検出値ｉα，ｉβに変換する手段である。検出座標ｄｑ変換部２３は、可動子４の位相に基づき、前記静止直交２相座標成分の実電流の検出値ｉα，ｉβを、ｑ，ｄ軸上の検出値ｉq，ｉdに変換する手段である。ｑ軸とは、リニアモータの進行方向の軸であり、ｄ軸はｑ軸に直交する方向の軸である。検出座標ｄｑ変換部２３に入力される可動子位相は、位置検出器であるセンサ１５の出力を、磁極テーブル２４およびsin/cos変換部２５で変換して得た位相の検出値である。磁極テーブル２４は、センサ１５から得られる直線位置の検出値を、電気角θに変換するテーブルである。sin/cos変換部２５は、磁極テーブル２４で出力される電気角θにつき、cos，sin間で変換する手段である。
【００３４】
前記推力電流制御部１８および磁束電流制御部１９の各演算部１８ｂ，１９ｂは、例えば、定められた演算式により、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行う。
この演算式として、例えば次式が用いられる。
【数２】
2012056844.tif 000004
なお、Ｋpは比例制御のゲイン、Ｋiは積分制御のゲイン、Ｋdは微分制御のゲインである。
【００３５】
前記座標変換部２０は、αβ変換部２０ａと、ａｂｃ変換部２０ｂとでなる。αβ変換部２０ａは、ｑ軸電圧指令値Ｖqおよびｄ軸電圧指令値Ｖdを、可動子位相に基づき、前記固定２層座標成分の実電圧の指令値Ｖα，Ｖβに変換する手段である。可動子位相は、前記センサ１５の位置検出値から、前記磁極テーブル２４およびsin/cos変換部２５を介して得る。ａｂｃ変換部２０ｂは、αβ変換部２０ａの出力する実電圧の指令値Ｖα，Ｖβを、個別モータ３のＵ相，Ｖ相，Ｗ相を制御する電圧指令値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換する手段である。
【００３６】
電力変換部２１は、座標変換部２０の出力を個別モータ３の駆動電流に変換する手段であり、インバータ２１ａとこのインバータ２１ａを制御する出力制御部２１ｂとでなる。出力制御部２１ｂは、インバータ２１ａによる出力される電力を制御できるものであれば良く、特に制御形式は問わないが、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う手段とされる。
【００３７】
図４に示す実施形態の電流制御手段１３は、図５と共に前述したベクトル制御を基本とし、誘起電圧補償手段３１、位置変化インダクタンス補償手段３２、およびコギング補償手段３３を設けたものである。
【００３８】
誘起電圧補償手段３１は、推力電流制御部１８で出力されて座標変換部２０に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、速度検出手段１６で検出された可動子４の速度検出値ｘ・と、定められた誘起電圧定数Φとで得られる電圧補償値を加算する手段である。この誘起電圧補償値は、可動子の速度検出値ｘ・と誘起電圧定数Φとの積、Φｘ・とする。誘起電圧補償手段３１は、電圧補償値Φｘ・を演算する演算部３１ａと、この演算した電圧補償値Φｘ・を加算する加算部３１ｂとでなる。
【００３９】
位置変化インダクタンス補償手段３２は、演算部３２ａと２つの加算部３２ｂ，３２ｃとでなる。演算部３２ａは、位置検出手段であるセンサ１５で検出される可動子４の位置検出値ｘと、前記速度検出手段１６で検出される可動子の速度検出値ｘ・と、電流検出手段１４で検出した電流値をｑ軸およびｄ軸の電流値に座標変換して得られるｑ軸電流検出値ｉqおよびｄ軸電流検出値ｉdとによって、定められた演算式に従ってｑ軸電圧補償値およびｄ軸電圧補償値を演算する。加算部３２ｂは、前記推力電流制御部１８で出力されて前記座標変換部２０に入力するｑ軸電圧指令値Ｖq′に対して、演算部３２ａで演算されたｑ軸電圧補償値を加算する。加算部３２ｃは、前記磁束電流制御部１９で出力されて前記座標変換部２０に入力するｄ軸電圧指令値Ｖd′に対して、演算部３２ａで演算されたｄ軸電圧補償値を加算する。
【００４０】
位置変化インダクタンス補償手段３２の演算部３２ａは、例えば次式（５ｑ），（５ｄ）の演算を行う。
【数３】
2012056844.tif 000005
ただし、τpは可動子の１磁極対のピッチ、ＬdはＬ−Ｍ、ＬqはＬ−Ｍ、Ｌは各相の自己インダクタンス、Ｍは各相間の相互インダクタンスである。
【００４１】
コギング補償手段３３は、位置・速度制御手段１７から与えられた推力電流指令値に対して、定められたコギング補償電流値ｉcoggingを減算し、前記推力電流制御部１８に入力するｑ軸電流指令値ｉq*とする手段である。つまり、個別モータ３の端部での外乱を考慮して任意に定めた電流補償値ｉcoggingだけ、ｑ軸電流指令値から減算を行う。これにより、可動子４が個別モータ３に突入または突出する場合のコギングが緩和される。コギング補償手段３３は、前記電流補償値ｉcoggingを定めた電流補償値設定部３３ａと、前記減算を行う減算部３３ｂとでなる。
【００４２】
つぎに、上記各補償手段３１〜３３が必要となる理由と、これら補償手段３１〜３３の作用を説明する。まず、離散配置リニアモータにおける問題点を整理する。
（問題点１）
図６に示すように、永久磁石からなる可動子４の個別モータ３への突入・突出時において、コイルインダクタンスや鎖交磁束が位置で変化する。
（問題点２）
例えば、この変化は、図６において、可動子４の個別モータ３への突入時や突出時に、Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相の順で変化する。また、逆走ではＷ相→Ｖ相→Ｕ相の順で変化する。
なお、Ｌu，Ｌv，Ｌwは、各相のコイルインダクタンスである。φfu，φfv，φfwは、可動子４と個別モータ３の各相が対向する範囲における鎖交磁束である。図６では、例として台形変化させている。また、同図は、各相の違いの考慮した変化を示す。
【００４３】
上記問題点１，２を解決するための補償器を考えたが、これらの補償器の導入は、個別モータ制御手段６を構成するサーボアンプの性能（ＣＰＵの処理速度やメモリ容量）により導入が困難な場合がある。そこで、次の表１に各場合を示した４つの場合に分け、この実施形態では、場合（１）、（２）で補償器（補償手段３１〜３３）の導入を行った。表中の４つの場合（１）〜（４）は、理論上，精度が上がる補償器である。このうち、場合（１）、（２）は、サーボアンプ性能が低くても導入可能な補償器である。
【００４４】
【表１】
2012056844.tif 000006
モータ端部とは、固定子（個別モータ）領域において、磁石（可動子）と固定子のかかり具合が完全対向でない状態のことを指す。
【００４５】
各相の違いを考慮しないものに関しては、図８（Ａ）のようにパラメータが変化するとみなして補償器の導入を行う。各相の違いを考慮しない場合、同図のように、個別モータ３の端部でパラメータが変化する。図８（Ｂ）は、各相の違いを考慮した変化であり、比較のために示す。各相の違いを考慮すると、同図のように個別モータ３の中間でもパラメータが変化する。なお、Φf は、可動子４と個別モータ３が対向したときの個別モータ３側の鎖交磁束である。
【００４６】
図７は、上記４つの場合（１）〜（４）のメモリやＣＰＵへの負担と精度との関係を示す。サーボアンプへの負担を考えなくても良い状況であれば、場合（４）の補償器を用いることが計算上、理想である。しかし、場合（３）、（４）は、メモリやＣＰＵへの負担が高い。そこで、この実施形態では、メモリやＣＰＵ等のサーボアンプへの負担を考慮し、場合（１）、（２）の補償とした。
【００４７】
図９と共に、誘起電圧補償のパラメータの説明をする。同図において、τpは、個別モータ３の磁石の１極辺りの長さであり、１磁極対のピッチと同じである。なお、磁極は等ピッチとしてある。ｘ・は、図では台車速度と記したが、可動子４の速度であり、可動子４が台車等の走行体に設置されている場合、その走行体の速度である。φf1〜φf5は、１磁極対辺りの鎖交磁束である。個別モータ３の各相の電極のピッチは等しいものとする。この個別モータ３をモデル化すると、鎖交磁束φfおよび電圧Ｖq″は、図中にも示したように、次式のようになる。なお、ｎは個別モータ３と可動子４とが対向している部分の鎖交磁束の数であり、個別モータ３の両端部上にある磁極の鎖交磁束は、Φfn×対向面積比で計算する。
【００４８】
【数４】
2012056844.tif 000007
【００４９】
以上のようにモデルを行うことで、鎖交磁束φfは、図１０のような形で変化する。また、誘起電圧定数Φは、鎖交磁束φfに比例するため、同じく図１０の形で表せる。なお同図は、速度ｘ・が一定で、各相の違いは考慮していない。
【００５０】
誘起電圧補償について説明する。鎖交磁束を直接に測定することは困難であるため、例えば、誘起電圧定数Φは、個別モータ３と可動子４が完全対向しているときに、速度ｘ・〔ｍ／sec〕で可動子４を走行させた時に発生する誘起電圧から求める。なお、このとき、可動子４は制御フリーで、別の駆動源（図示せず）を用いて引っ張る。このようにして、誘起電圧定数Φは、次式のように定まる。このようにして試験により求めた誘起電圧定数Φを、図４の誘起電圧補償手段３１における計算に用いる。なお、上記の誘起電圧定数Φを実験的に求める方法は一例である。
【００５１】
【数５】
2012056844.tif 000008
【００５２】
誘起電圧定数ΦのＭＡＸ値が求まると、端部は対向面積に応じて変化するため、前述の図１０の図の形で書くことができる。図４の誘起電圧補償手段３１で用いる誘起電圧定数Φは、このような位置に応じて可変となる値、つまり個別モータ３の両端で次第に小さくなる値としても良い。この可変の誘起電圧定数Φを用いる場合の位置のデータは、位置検出値ｘから得られる。
【００５３】
性能面から理想的な誘起電圧補償について説明する。より精度の高い誘起電圧補償器を用いるためには、図１１と共に示す、次のモデルを用いる必要がある。
【００５４】
【数６】
2012056844.tif 000009
φfu，φfv，φfwに関しては、各相のモータが完全対応したときの、各相の鎖交磁束を最大とし、モータ端部では面積比に応じて値を変化するようなモデル化を行う。
【００５５】
この場合の図４の誘起電圧補償手段３１による計算は、誘起電圧係数Φにつき、図１１のように個別モータ３の端部では、対向面積の面積比に応じて変化し、かつ各相の違いも考慮して変化する値とする。
【００５６】
図１２と共にインダクタンス補償のパラメータを説明する。同図において、φu，φv，φwは、各相に電流が流れた時に発生する磁束を示す。これには、互いに影響を及ぼす項として、相互インダクタンスが入る。φu，φv，φwは、次式で示される。コイル抵抗Ｒは、例えば、どの相も同じとする。一例として、Ｒu＝Ｒv＝Ｒw＝Ｒ、とする。
【００５７】
【数７】
2012056844.tif 000010
【００５８】
この実施形態では、位置変化インダクタンス補償手段３２によるインダクタンス補償は次の式で定まる値を用いる。
【数８】
2012056844.tif 000011
【００５９】
なお、上式のインダクタンス補償は、次式の関係式における、右辺の線で囲んだ項に相当する。このインダクタンス補償は、インダクタンスの変化を考慮しないと見なした補償であり、計算の負荷が小さくて済み、個別モータ制御手段６を構成するサーボアンプにおけるメモリやＣＰＵの能力が低くても採用できる。
【００６０】
【数９】
2012056844.tif 000012
【００６１】
精度上で理想的なインダクタンス変化補償について説明する。より精度の高いインダクタンス変化補償器を用いるためには、次式のモデルを用いる必要がある。
【数１０】
2012056844.tif 000013
【００６２】
インダクタンス変化の部分に関して式展開を行うと、次式のようになる。
【数１１】
2012056844.tif 000014
【００６３】
同図の式において、実線で囲んだ部分は、逆軸電流補償に係る部分であり、点線で囲んだ部分はＬの位置・時間変化補償に係る部分である。これらの部分を、図４の位置変化インダクタンス補償手段３２で用いる。なお、１点鎖線で囲んだ部分は、制御の時定数に関する項である。
【００６４】
コギング補償について説明する。図１３に示すように、可動子４が個別モータ３に突入または突出する場合、可動子４と個別モータ３との間に引き込み力が発生し、外乱として制御に影響を与える。この外乱を予め予測してモデル化しておき、その分の外乱を考慮して電流指令を出すことで、引き込み力による外乱を抑えることができる。図４のコギング補償手段３３は、この外乱を考慮して任意に定めた電流補償値ｉcoggingだけ、ｑ軸電流指令値から減算を行う。これにより、可動子４が個別モータ３に突入または突出する場合のコギングが緩和される。
【００６５】
上記モータのモデルや補償等の明確化のため、モータ回路方程式、誘起電圧、インダクタンス等につき、まとめ直して説明する。この実施形態における３相同期リニアモータの
電圧と電流の関係式を書き表すと、次の式となる。
【数１２】
2012056844.tif 000015
【００６６】
交流の制御を直流とみなして簡単に行えるようにするため、３相の回転方程式を２相に座標変換すると、次式となる。
【数１３】
2012056844.tif 000016
【００６７】
座標変換を行い、ｑｄ座標系でまとめると、次の式となる。
【数１４】
2012056844.tif 000017
【００６８】
上記の式の一部を、明確化のために拡大式して次に示す。
【数１５】
2012056844.tif 000018
【００６９】
本来、離散リニアモータの端部において、個別モータ３の各相と対向する可動子４の鎖交磁束は、その対向面積に比例する。このことを考慮すると、より精度の高い誘起電圧補償器を作成することができる。しかし、アンプ性能によっては、数式を簡略化する必要がある。ここで、個別モータ３と可動子４とが完全に対向したとき、各相の鎖交磁束φfu＝φfv＝φfw＝φfとなり、誘起電圧に関する項は次の式でまとめられる。
【００７０】
【数１６】
2012056844.tif 000019
一般に、一次側電気子と永久磁石とが完全に対向したリニアモータや回転モータ等では、φfu＝φfv＝φfw＝φfと置いても、その誤差は非常に小さい。
【００７１】
上記の式の一部を、明確化のために拡大式して次に示す。
【数１７】
2012056844.tif 000020
【００７２】
インダクタンス行列（Ｌ５〜Ｌ８）について書き表すと、次の前半の式としてまとめることができる。さらに、（Ｌ５〜Ｌ８）に含まれるインダクタンス（Ｌ１〜Ｌ４）について書き表すと、次の後半の式となる。
【００７３】
【数１８】
2012056844.tif 000021
【００７４】
以上のことから、Ｌ５〜Ｌ８は各コイルの自己インダクタンス（Ｌu，Ｌv，Ｌw）と相互インダクタンス（Ｍuv，Ｍvw，Ｍwu）からもとまる。つまり、この６つのインダクタンスに関して適切なモデル化を行うことで、より精度の高い補償器ができる。
【００７５】
各相の自己インダクタンスを（Ｌu＝Ｌv＝Ｌw）、相互インダクタンスを（Ｍuv＝Ｍvw＝Ｍwu）としたとき、すなわち（Ｌ＝Ｌu＝Ｌv＝Ｌw），（Ｍ＝Ｍuv＝Ｍvw＝Ｍwu）としたとき、
Ｌ5＝Ｌ−Ｍ＝Ｌd、
Ｌ6＝０、
Ｌ7＝０、
Ｌ8＝Ｌ−Ｍ＝Ｌq、
となり、次式で書き表すことができる。
【００７６】
【数１９】
2012056844.tif 000022
【００７７】
この式のうち、次のように線で囲んだ部分を電圧補償することで、単純な一次遅れ系の形となり、制御が行い易くなる。
【数２０】
2012056844.tif 000023
【００７８】
次に、図１４，図１５と共に、上記リニアモータ１およびリニアモータ制御装置を適用した搬送装置４１および工作機械４２からなる加工システムにつき説明する。図１４に示すように、工作機械４２は、図示の例では旋盤からなり、ベッド５１上に、主軸からなるワーク支持手段５２を支持する主軸台５３と、加工手段であるタレット型の刃物台５４とが設置されている。
【００７９】
搬送装置４１は、加工の素材となる被搬送物Ｗを搬送する走行体４３を、レール４４に走行自在に設置し、走行体４３を走行駆動するモータとして、前記リニアモータ１を設けたものであり、工作機械４２のワーク支持手段５２に対して被搬送物Ｗの受渡しを行う。レール４４は、支柱４５ａにより架設された水平なフレーム４５に、長手方向に沿って設けられている。
【００８０】
図１５に示すように、走行体４３は、レール４４に案内される走行用の車輪６１と、レール４４の側面に転接して走行体４３の幅方向の位置を規制するガイドローラ６２とを有する。リニアモータ１は、フレーム４６に設置された複数の個別モータ３と、走行体４３に設置された可動子４とでなる。
【００８１】
走行体４３には、走行方向（Ｘ方向）と直交する前後方向（Ｚ方向）に進退する前後移動台４６が搭載され、前後移動台４６に昇降自在に設置された棒状の昇降体４７の下端にワーク保持ヘッド４８が設けられている。ワーク保持ヘッド４８に、被搬送物保持手段である複数のチャック４９が設けられている。前後移動台４６は、走行体３に設置されたモータ等の駆動源（図示せず）により前後移動させられ、昇降体４７は前後移動台４６に設置されたモータ等の駆動源により昇降駆動される。チャック４９は、シリンダ装置やソレノイド等の駆動源で開閉駆動されて被搬送物Ｗを保持するチャック爪（図示せず）を有している。
【００８２】
このような工作機械４２用の搬送装置４１に、前記離散配置の同期型リニアモータ１を適用することで、そのコイル使用量の削減や給電形式上で有利となる効果が、効果的に発揮される。また、そのリニアモータ１の制御にこのリニアモータ制御装置を適用することで、誘起電圧の変化やインダクタンスの変化に対応する円滑な移動制御の効果が、効果的に発揮される。
【００８３】
以上のとおり、図面を参照しながらこの発明の好適な実施形態を説明したが、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものもこの発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１  リニアモータ
２  リニアモータ制御装置
３  個別モータ
４  可動子
５  フレーム
６  個別モータ制御手段
７  統括制御手段
１１  位置制御手段
１２  速度制御手段
１３  電流制御手段
１４  電流検出手段
１５  センサ（位置検出手段）
１６  速度検出手段
１７  位置・速度制御手段
１８  推力電流制御部
１９  磁束電流制御部
２０  座標変換部
２１  電力変換部
３１  誘起電圧補償手段
３２  位置変化インダクタンス補償手段
３３  コギング補償手段
【図１】
2012056844.tif 000025
【図２】
2012056844.tif 000026
【図３】
2012056844.tif 000027
【図４】
2012056844.tif 000028
【図５】
2012056844.tif 000029
【図６】
2012056844.tif 000030
【図７】
2012056844.tif 000031
【図８】
2012056844.tif 000032
【図９】
2012056844.tif 000033
【図１０】
2012056844.tif 000034
【図１１】
2012056844.tif 000035
【図１２】
2012056844.tif 000036
【図１３】
2012056844.tif 000037
【図１４】
2012056844.tif 000038
【図１５】
2012056844.tif 000039
【国際調査報告】
2012056844.tif 000040
2012056844.tif 000041
2012056844.tif 000042
2012056844.tif 000043