(57)【要約】【課題】  可動子がストローク端近傍に位置する場合であっても、簡易な構成により、速やかに磁極位置を検出すること。【解決手段】  電源投入直後において、磁極位置推定部１１により、固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの可動子１の加速度に基づいて、可動子の磁極位置が推定される。続いて、可動子移動部１２による電流制御により可動子１が原点位置まで移動させ、可動子１の位置を明確にした後、この可動子１をストローク幅の中央部に設定された安全領域に移動させる。そして、この位置から磁極位置検出部１３による磁極検出が開始されることにより、磁極位置検出の途中において、可動子１がストローク端に接触することを防止することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータの励磁位相制御装置であって、
電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
前記励磁位置推定手段により推定された励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御手段と、
前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御手段と、
前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出手段と
を具備するリニアモータの励磁位相制御装置。
【請求項２】
前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域である請求項１に記載のリニアモータの励磁位相制御装置。
【請求項３】
可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータの励磁位相制御方法であって、
電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定過程と、
推定された前記励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御過程と、
前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御過程と、
前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出過程と
を具備するリニアモータの励磁位相制御方法。
【請求項４】
前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域である請求項３に記載のリニアモータの励磁位相制御方法。
【請求項５】
可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータに用いられる励磁位相制御プログラムであって、
電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定処理と、
推定された前記励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御処理と、
前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御処理と、
前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出処理と
をコンピュータに実行させるためのリニアモータの励磁位相制御プログラム。
【請求項６】
前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域である請求項５に記載のリニアモータの励磁位相制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホールセンサ等の磁極位置検出センサを使用することなく、リニアモータの励磁位相を制御するリニアモータの励磁位相制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁極位置検出センサなどを使用することなく磁極検出を実現することのできる磁極検出方法として、例えば、特開平８−１８２３９９号公報に開示される手法がある。
このような磁極検出方法によれば、磁極位置検出センサなどを使用せずに、高い精度で磁極検出を行うことができる。
しかしながら、このような磁極位置検出方法では、実際に電機子を移動させることにより、磁極検出を行うため、例えば、所定のストローク幅において電機子を摺動させるようなリニアモータには、電機子の初期位置がストローク端から所定の距離以上、離れていることが条件となる。
そこで、例えば、電機子の初期磁極位置がストローク端の近傍に存在している場合には、電機子をストロークの中央付近に移動させてから、上記磁極検出を実施する発明が、例えば、特開２００２−２４７８８６号公報（特許文献２）に開示されている。
【特許文献１】特開平８−１８２３９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４７８８６号公報（第２−５頁、第１図及び第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献２に開示されている方法では、ストローク端から所定の距離内側に、リミットスイッチを設け、このリミットスイッチにより可動子（電機子）がストローク端近傍に存在するか否かを検出している。
従って、電源投入時において、可動子がリミットスイッチの内側近傍に存在していた場合には、磁極検出を実施している最中に、可動子がリミットスイッチに接触する場合も考えられることとなる。このような場合には、途中まで行った磁極検出を一旦終了した後に、可動子を中央部まで移動させ、その場所から再度、磁極検出を実施する必要があり、時間的ロスが大きいという問題があった。
更に、リミットスイッチを必ず設ける必要があるため、センサを配置するスペースがない小型の装置などでは、装置が大型化するなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、磁極検出時において、可動子がストローク端に接触することを回避し、速やかに磁極位置の検出を行うことの可能なリニアモータの励磁位相制御装置及びその方法並びにプログラム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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータの励磁位相制御装置であって、電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、前記励磁位置推定手段により推定された励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御手段と、前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御手段と、前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出手段とを具備するリニアモータの励磁位相制御装置を提供する。
【０００６】
上記構成によれば、電源投入直後において、磁極位置推定手段により、固定子巻線にパルス状の電流を複数回にわたり印加させ、このときの可動子の加速度に基づいて、可動子の磁極位置が推定される。続いて、第１の移動制御手段により、上記磁極位置推定手段により推定された磁極位置に基づいて、固定子巻線に所定の電流が与えられることにより、可動子が予め設定された原点位置まで移動させることとなる。これにより、可動子の位置を確定される。そして、位置が確定した可動子は、第２の移動制御手段により、ストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動され、この位置から磁極位置検出手段による精度の高い磁極位置検出が実施されることとなる。
これにより、常に、ストローク幅の中央部分から磁極位置検出手段による磁極位置検出が実施されることとなるので、磁極位置検出の途中において、可動子がストローク端に接触することを防止することが可能となる。また、電源投入時において、磁極位置推定手段により、磁極位置が推定されるので、可動子を速やかに原点位置まで移動させることが可能となる。
【０００７】
上記記載のリニアモータの励磁位相制御装置において、前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域であることが好ましい。
【０００８】
上記構成によれば、安全領域が、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域に設定されるので、磁極位置検出を実施するのに必要となる距離が、常に、各ストローク端から確保されることとなる。
この結果、磁極位置検出の途中において、可動子がストローク端に接触することを確実に防止することができる。
【０００９】
本発明は、可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータの励磁位相制御方法であって、電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定過程と、推定された前記励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御過程と、前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御過程と、前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出過程とを具備するリニアモータの励磁位相制御方法を提供する。
【００１０】
上記記載のリニアモータの励磁位相制御方法において、前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域であることが好ましい。
【００１１】
本発明は、可動子の位置に応じて、固定子巻線の励磁位相角を切換えることにより、前記可動子を所定のストローク幅で摺動させるリニアモータに用いられる励磁位相制御プログラムであって、電源投入直後において、前記固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの前記可動子の加速度に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する磁極位置推定処理と、推定された前記励磁位置に基づいて、前記固定子巻線に電流を与えることにより、前記可動子を予め設定された原点位置まで移動させる第１の移動制御処理と、前記原点位置に移動された前記可動子をストローク幅の中央部分に設定されている安全領域内に移動させる第２の移動制御処理と、前記可動子が前記安全領域に移動された後に、前記可動子の磁極位置検出を行う磁極位置検出処理とをコンピュータに実行させるための励磁位相制御プログラムを提供する。
【００１２】
上記記載の励磁位相制御プログラムにおいて、前記安全領域は、各ストローク端から所定の距離、内側に設定されている検出限界位置によって挟まれる領域であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモータの励磁位相制御装置及びその方法並びにプログラムによれば、磁極検出時において、可動子がストローク端に接触することを回避し、速やかに磁極位置の検出を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るリニアモータの励磁位相制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るリニアモータの励磁位相制御装置の概略構成を示す図である。
図１において、可動子１は、所定のストローク幅を備える固定子２と所定の空隙を介して対向配置されている。
この可動子１は、例えば、ムービングマグネット型でもよいし、ムービングコイル型であっても良い。可動子１がムービングマグネット型であれば、固定子２は一定の間隔で配置された複数の電機子巻線を備える構成となる。また、可動子１がムービングコイル型であれば、固定子２は、一定の間隔で配置された複数の界磁磁界を備えるとともに、その一端には−側ストッパ４を、他端に＋側ストッパ５を備える構成をとる。
【００１５】
そして、本実施形態に係る励磁位相制御装置１０は、可動子１の位置に応じて、固定子２が備える固定子巻線などに印加する電流の励磁位相角を切換えることにより、可動子１を上記ストローク幅、つまり、固定子２に設置された−側ストッパ４と＋側ストッパ５の間で摺動させる。
このような励磁位相制御装置１０は、電源投入時において、可動子１の励磁位置を正確に検出するための機能、例えば、磁極位置推定部（磁極位置推定手段）１１、可動子移動部（第１の移動制御手段及び第２の移動制御手段）１２、及び磁極位置検出部（磁極位置検出手段）１３を備えている。
励磁位相制御装置１０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＨＤ（Hard
Disc）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムにより構成されている。上記磁極位置推定部１１、可動子移動部１２、及び磁極位置検出部１３の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でＨＤ或いはＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
【００１６】
例えば、上記磁極位相推定部１１は、電源投入直後において、固定子巻線に、パルス状の電流を励磁位相角を切換えながら複数回印加し、そのときの可動子１の加速度に基づいて、可動子１の磁極位置を推定する。
また、可動子移動部１２は、磁極位置推定部１１により推定された磁極位置に基づいて、固定子巻線などに印加する電流の励磁位相角を切換えることにより、可動子１を予め設定されている原点位置まで移動させるとともに、原点位置まで移動させた可動子１をストローク幅の中央部分に設定された安全領域に移動させる。前記磁極位置の推定は、原点位置への移動に必要な推力を得るためのもので、高精度に推定する必要はない。
【００１７】
ここで、上記原点位置及び安全領域などの位置関係について図２を参照して説明する。図２は、ストローク端、原点位置、検出限界位置、及び安全領域などの位置関係を表した図である。この図において、符号Ｆ１、Ｆ２は、ストローク端であり、通常の駆動時において、可動子１は、このストローク端Ｆ１からＦ２の間を摺動移動する。つまり、ストローク端Ｆ１、Ｆ２との間がストローク幅となる。また、本実施形態において、原点位置は、ストローク端Ｆ１に設定されており、上記磁極位置推定部１１により磁極位置が推定された後において、可動子移動部１２は、この原点位置まで可動子１を移動させる。
また、ストローク端Ｆ１から所定の距離、内側（中央側、ストローク端Ｆ１に対して右側）には、検出限界位置Ａ１が設定され、ストローク端Ｆ２から所定の距離内側（中央側、ストローク端Ｆ２に対して左側）には検出限界位置Ａ２が設定されている。
【００１８】
ここで、ストローク端Ｆ１と検出限界位置Ａ１との間の距離Ｄ１、及び、ストローク端Ｆ２と検出限界位置Ａ２との間の距離Ｄ２は、後述する磁極位置検出部１３が磁極位置検出を実施するのに要する距離よりも長く設定されている。これにより、可動子１がこれら検出限界位置Ａ１、Ａ２よりも中央側に位置していれば、磁極位置検出部１３により磁極検出が途中で中断されることなく実行されることとなる。ここでは、検出限界位置Ａ１とＡ２との間の領域を安全領域Ｓとし、可動子１がこの安全領域Ｓ内に位置するときに、磁極位置検出部１３による磁極位置検出を開始するものとする。
【００１９】
次に、上述した構成を備える本実施形態に係るモータの励磁位相制御装置の作用について図を参照して説明する。
まず、電源投入が検知されると、励磁位相制御装置１０内の磁極位相推定部１１により、可動子１の磁極位置が推定される（図３のステップＳＰ１）。具体的には、磁極位置推定部１１は、固定子巻線にパルス状の電流を複数回にわたり印加し、そのときの可動子１の加速度に基づいて、可動子１の磁極位置を推定する。磁極位置推定部１１が実行する磁極位置手法としては、例えば、特開平２−２４１３８８号公報などに開示されている、いわゆる自動力率検知方法を採用することができる。この自動力率検知方法によれば、可動子の位置検出センサ（例えば、ホールセンサなど）を使用することなく、更に、短いストローク距離であっても、換言すると、可動子１を多少移動させるだけで、ある程度の精度を持って磁極位置の検出を行うことが可能となる。
なお、励磁位相推定部１１により実現される磁極位置の推定は、上述に例示した方法に限定されることなく、短いストローク距離で磁極位置の検出が可能な公知の磁極位置検出方法を適用することが可能である。
【００２０】
次に、磁極位置推定部１１により推定された磁極位置（以下「推定磁極位置」という。）に基づいて、可動子移動部１２が固定子巻線に印加する電流の励磁位相角を切換えることにより、可動子１を予め設定されている原点位置（本実施形態では、ストローク端Ｆ１）まで移動させる、いわゆる原点復帰を行う（図３のステップＳＰ２）。
このようにして、原点位置に移動させることにより、可動子１の位置が明確になると、続いて、可動子移動部１２は、原点位置にある可動子１をストローク幅の中央部分に設定された安全領域Ｓ（図２参照）に移動させる（図３のステップＳＰ３）。
例えば、安全領域Ｓ内に、予め所定の位置（以下「検出初期位置」という。）を設定しておき、この検出初期位置まで可動子１を移動させるようにしても良い。
なお、上述した可動子移動部１２により行われる可動子１の移動手法については、例えば、特開２００２−２４７８８６号公報、段落「００２０」から「００２４」などに開示されている制御方法を採用することが可能である。
【００２１】
そして、上記可動子移動部１２により、可動子１が安全領域Ｓ内に移動されると、移動後の位置において、磁極位置検出部１３による磁極位置検出が実施される（図３のステップＳＰ４）。
この磁極位置検出部１３により実施される磁極位置検出方法としては、例えば、特開平８−１８２３９９号公報に開示されている磁極位置検出方法などを採用することが可能である。なお、磁極位置検出部１３により実施される磁極位置検出は、上述した磁極位置推定部１１により行われる磁極検出方法よりも精度が高いものであれば良い。
【００２２】
そして、磁極位置検出部１３により、正確な磁極位置が検出されると、励磁位相制御装置１０は、この磁極位置に基づいて、固定子巻線の励磁位相角を切換える。これにより、可動子１は、固定子２に対して所定のストローク幅で摺動し、リニアモータの効率の良い駆動が実現される（図３のステップＳＰ５）。
【００２３】
以上、説明してきたように、本実施形態に係るリニアモータの励磁位相制御装置によれば、磁極位置検出部１３による磁極位置の検出が開始されるときの可動子の位置を、必ず安全領域Ｓ内とすることが可能となるので、磁極位置検出の途中において、可動子１がストローク端に接触することを防止することができる。これにより、可動子１の初期位置がストローク端Ｆ１或いはＦ２の近傍にあった場合であっても、磁極位置検出中においてストローク端に接触することを回避しながら、精度の良い磁極検出を実現することができるという効果を奏する。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態においては、原点位置をストローク端Ｆ１に設定していたが、この例に限られず、原点位置は、ストローク幅の所定の場所に適宜設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るリニアモータの励磁位相制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】ストローク端、検出限界位置、及び安全領域の関係を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリニアモータの励磁位相制御装置により実行される処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１  可動子
２  固定子
１０  励磁位相制御装置
１１  磁極位相推定部
１２  可動子移動部
１３  磁極位置検出部
【図１】
2006230044.tif 000003
【図２】
2006230044.tif 000004
【図３】
2006230044.tif 000005