(57)【要約】【課題】相互に干渉する機構で連結された２軸を構成するリニアモータについて電子サーマル方式による過負荷保護が適切に行えるリニアモータ制御装置を得ること。【解決手段】第２軸駆動装置６では、自軸速度と上位コントローラ８から取得し他軸速度とから合成速度を求めて第１軸リニアモータが駆動中である場合に当該第２軸リニアモータの運転状態を判断し、当該第２軸リニアモータが運転停止中であるときは自然対流時用の熱伝達率を選択し、運転中であるときは強制対流時用の熱伝達率を選択する。そして、当該第２軸リニアモータの発熱量がゼロである場合は自然対流時用の熱伝達率を用いて温度上昇値を求め、その発熱量がゼロ以外である場合は強制対流時用の熱伝達率を用いて温度上昇値を求め、求めた温度上昇値が許容温度上昇値を超えるときに過負荷処理を実施する。不要な保護が掛からずモータ性能を十分に引き出して使用することが可能になる。【選択図】        図１
2006333686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を保持して固定配置される固定子および巻線部を保持して前記固定子に沿って移動可能に設けられる可動子からなるリニアモータの２つのうち、一方のリニアモータはその固定子が第１軸方向に配置され、他方のリニアモータはその固定子が前記一方のリニアモータの可動子に固定されるとともに前記第１軸方向と交差する第２軸方向に配置される場合に、それぞれのリニアモータを上位コントローラからの指令に基づき駆動制御する２つのリニアモータ制御装置の少なくとも一方は、
自軸速度と前記上位コントローラから送られてきた他軸速度とから求めた合成速度に基づき、他軸リニアモータが駆動中である場合において自軸リニアモータの運転状態を判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果に基づき適用する熱伝達率として自然対流時用と強制対流時用の一方を選択する選択手段と、
自軸リニアモータの巻線部に供給する電流とその巻線抵抗とから発熱量を求め、前記選択手段が選択した自然対流時用と強制対流時用の熱伝達率のうち、求めた発熱量に対応した熱伝達率を用いて温度上昇値を求める温度演算手段と、
前記温度演算手段が求めた温度上昇値が許容温度上昇値を超えるとき過負荷処理を実施する保護手段と、
を備えることを特徴とするリニアモータ制御装置。
【請求項２】
前記少なくとも一方のリニアモータ制御装置は、前記第２軸を構成する他方のリニアモータを駆動制御するものであり、
前記選択手段は、前記判断手段の判断結果が、自軸リニアモータが運転停止状態であることを示すときは自然対流時用の熱伝達率を、運転中であることを示すときは強制対流時用の熱伝達率をそれぞれ選択し、
前記温度演算手段は、求めた発熱量がゼロである場合は前記選択手段が選択した自然対流時用の熱伝達率を用いて温度上昇値を求める一方、求めた発熱量がゼロ以外である場合は前記選択手段が選択した強制対流時用の熱伝達率を用いて温度上昇値を求める
ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相互に干渉する機構で連結された２軸のそれぞれを構成するリニアモータを駆動制御するリニアモータ制御装置に関し、特に、リニアモータの過負荷保護を電子サーマル方式で行うリニアモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーボモータなどを制御するモータ制御装置では、モータの焼損を防ぐ過負荷保護の方式として、モータ制御装置においてモータ電流値と巻線抵抗値とからモータ温度特性を演算するサーマル方式が一般に用いられている。
【０００３】
すなわち、例えば特許文献１では、モータの過負荷状態を、当該モータに想定した熱モデルから検出する方式のモータ制御装置において、前記モータの巻線抵抗と巻線電流により決定されるモータ内部の発熱量を第１の電圧源、前記モータの内部の熱容量を容量分、前記モータ内部の熱抵抗を第１の抵抗分、前記モータから周囲空間への熱抵抗を第２の抵抗分、それに周囲温度を第２の電圧源とし、前記容量分は前記第１の電圧源に並列接続し、前記第１の電圧源と前記第２の電圧源の間に前記第１と第２の抵抗分を直列に接続した等価回路で前記熱モデルを想定し、前記第１の電圧源と前記第１の抵抗分の接続点に現れる電圧を前記モータの内部温度とし、前記第１と第２の抵抗分の間の接続点に現れる電圧を前記モータの表面温度として前記モータの過負荷検出を行うように構成したモータ制御装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４５１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、相互に干渉する機構で連結された２軸を持つ装置としてＸＹテーブルを例に挙げると、リニアモータ駆動方式のＸＹテーブルでは、Ｘ軸とＹ軸をそれぞれリニアモータの走行路で構成し、軸上をリニアモータが移動する。この場合、例えばＸ軸が主操作軸で、Ｙ軸がＸ軸に乗って移動できる副操作軸であるとすると、Ｙ軸は、Ｘ軸での移動操作に連動してＸ軸方向に移動するとともに、独自にＹ軸方法への移動操作が行える。すなわち、リニアモータ駆動方式のＸＹテーブルでは、Ｙ軸上のリニアモータは、Ｘ軸での移動操作による対流によって冷却されるだけでなく、リニアモータ自体が移動することによる冷却効果が生ずる。
【０００６】
したがって、リニアモータ制御装置において電子サーマル方式を採用する場合、単に、モータ電流値と巻線抵抗値とからモータ温度特性を演算するのみでは、モータ動作速度が速くなるほど、電子サーマルによる検出温度と実際のモータ温度との差が大きくなり、モータ温度に余裕があるにもかかわらず電子サーマルによる不要な保護が働きモータの性能を十分に発揮できない場合が起こる。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、相互に干渉する機構で連結された２軸を構成するリニアモータについて電子サーマル方式による過負荷保護が適切に行えるようにし、モータ性能を十分に引き出して使用することを可能にするリニアモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、この発明は、永久磁石を保持して固定配置される固定子および巻線部を保持して前記固定子に沿って移動可能に設けられる可動子からなるリニアモータの２つのうち、一方のリニアモータはその固定子が第１軸方向に配置され、他方のリニアモータはその固定子が前記一方のリニアモータの可動子に固定されるとともに前記第１軸方向と交差する第２軸方向に配置される場合に、それぞれのリニアモータを上位コントローラからの指令に基づき駆動制御する２つのリニアモータ制御装置の少なくとも一方は、自軸速度と前記上位コントローラから送られてきた他軸速度とから求めた合成速度に基づき、他軸リニアモータが駆動中である場合において自軸リニアモータの運転状態を判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果に基づき適用する熱伝達率として自然対流時用と強制対流時用の一方を選択する選択手段と、自軸リニアモータの巻線部に供給する電流とその巻線抵抗とから発熱量を求め、前記選択手段が選択した自然対流時用と強制対流時用の熱伝達率のうち、求めた発熱量に対応した熱伝達率を用いて温度上昇値を求める温度演算手段と、前記温度演算手段が求めた温度上昇値が許容温度上昇値を超えるとき過負荷処理を実施する保護手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、相互に干渉する機構で連結された２軸を構成する２つのリニアモータのうちの少なくとも１つについては、他軸リニアモータが駆動されることによる冷却効果を自軸リニアモータの停止中と駆動中とに分けて考慮するようにしたので、電子サーマル方式による過負荷保護を実際のモータ温度に近い状態で行えるようになる。したがって、モータ性能を十分に引き出して使用することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、相互に干渉する機構で連結された２軸を構成するリニアモータについて電子サーマル方式による過負荷保護が適切に行えるので、モータ性能を十分に引き出して使用することを可能にするリニアモータ制御装置が得られ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】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明にかかるリニアモータ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
[実施の形態]
図１は、この発明の一実施の形態によるリニアモータ制御装置を備えるＸＹテーブル制御システムの構成を示す概念図である。この実施の形態では、相互に干渉する機構で連結された２軸を持つ装置として、ＸＹテーブルを例に挙げて説明する。
【００１３】
図１において、第１軸はＸＹテーブルの一方の軸であり、第２軸は他方の軸である。第１軸は、その第１軸の方向を定めるべく固定配置される第１軸固定子１と、この第１軸固定子１に移動可能に支持される第１軸可動子２とで構成される。第２軸は、その第２軸の方向を定めるべく第１軸可動子２に固定される第２軸固定子３と、この第２軸固定子３に移動可能に支持される第２軸可動子４とで構成される。
【００１４】
第１軸固定子１と第２軸固定子３には、それぞれ多数の永久磁石が一列に配置された磁石部が設けられている。また、第１軸可動子２と第２軸可動子４には、それぞれ巻線部が設けられている。つまり、第１軸と第２軸は、それぞれリニアモータで構成され、第１軸固定子１と第２軸固定子３は、それぞれリニアモータの走行路になっている。そして、第１軸可動子２と第２軸可動子４には、それぞれリニアモータの位置を検出する位置検出器と速度を検出する速度検出器とが設けられている。
【００１５】
第１軸の第１軸可動子２を駆動制御する第１軸駆動装置５と、第２軸の第２軸可動子４を駆動制御する第２軸駆動装置６とは、それぞれネットワーク７を介して上位コントローラ８に接続されている。図１では、主な構成要素として、第１軸駆動装置５と第２軸駆動装置６は、可動子への供給電流を制御する電流制御部５ａ，６ａと、ネットワーク７とのインタフェースであるコントローラ通信部５ｂ，６ｂとを備えている。また、上位コントローラ８は、第１軸および第２軸への位置指令を作成する位置指令作成部８ａと、ネットワーク７とのインタフェースであるサーボアンプ通信部８ｂとを備えている。
【００１６】
図１に示すＸＹテーブルの構成では、第１軸が主操作軸であり、第２軸が副操作軸である。第１軸可動子２を第１軸の方向に移動操作すると、それと連動して第２軸固定子３が第１軸の方向に移動する。つまり、第２軸は全体として第１軸の方向に移動する。同時に第２軸可動子４は、独立して第２軸の方向に移動操作することができる。
【００１７】
図１に示すＸＹテーブル制御システムでは、上位コントローラ８は、まず、ネットワーク７上に第１軸向けに第１軸指令を送出する。第１軸駆動装置５は、ネットワーク７から第１軸指令を取り込み、制御結果である第１軸速度をネットワーク７上に送出する。次に、上位コントローラ８は、第２軸向けに第２軸指令とネットワーク７から取り込んだ第１軸速度とを送出する。第２軸駆動装置６は、ネットワーク７から第２軸指令と第１軸速度とを取り込み、制御結果である第２軸速度をネットワーク７上に送出する。この動作が繰り返される。
【００１８】
ここで、第２軸のリニアモータでは、第２軸可動子４が動くことにより自身が冷却される他に、第１軸のリニアモータを駆動した場合に第２軸可動子４が動かなくとも第１軸可動子２が動くことにより第２軸全体が動くので走行風が当たり冷却される。
【００１９】
そこで、この実施の形態では、電子サーマル方式の過負荷保護は、第１軸と第２軸のいずれのリニアモータにも適用するが、第２軸のリニアモータに関しては、上記した走行風による冷却効果を考慮して温度演算を行い不要な保護が掛からないようにしている。つまり、第１軸制御装置５と第２軸制御装置６は、電子サーマル方式に差異があるのみで、構成要素は同じである。以下、第２軸制御装置６に絞って説明する。
【００２０】
図２は、図１に示す第２軸制御装置の構成例を示すブロック図である。図２において、第２軸制御装置６は、ｄ・ｑ軸変換駆動回路２１、電流制御部２２，２３、電子サーマル部２４およびフィードバック回路２９を備えている。電流センサ（ＣＴ）２５，２６は、電流制御部２２，２３から第２軸可動子４の巻線部への電流供給路に設けられている。また、位置検出器２７と速度検出器２８は、前記したように第２軸可動子４に設けられている。この構成は、第１軸駆動装置５でも同様である。
【００２１】
フィードバック回路２９は、位置検出器２７と速度検出器２８の各検出値と、ネットワーク７からの第２軸指令および第１軸速度との偏差を検出してｄ・ｑ軸変換駆動回路２１に出力する。このとき、第２軸駆動装置６でのフィードバック回路２９では、ネットワーク７から取り込んだ第１軸速度と速度検出器２８の検出値（自軸速度）との合成速度を求め、電子サーマル部２４に与えるようになっている。
【００２２】
ｄ・ｑ軸変換駆動回路２１は、フィードバック回路２９からの位置偏差値および速度偏差値に基づき指令値を生成し、それをｄ軸用とｑ軸用とに座標変換し、ｄ軸用指令値は電流制御部２２に与え、ｑ軸用指令値は電流制御部２３に与える。
【００２３】
電流制御部２２，２３は、対応する指令値に従って第２軸可動子４の巻線部に電流を供給する。その際に、電流制御部２２，２３は、電流センサ（ＣＴ）２５，２６の検出値を参考にして供給電流を制御する。
【００２４】
電子サーマル部２４は、電流センサ（ＣＴ）２５，２６が検出した電流値によってモータ温度を計算して過負荷保護を行うが、第２軸駆動装置６での電子サーマル部２４では、例えば図３に示す手順で第２軸の過負荷保護を図るようになっている。以下、図３と図４を参照して具体的に説明する。なお、図３は、図１に示す第２軸制御装置の電子サーマル方式による過負荷保護動作を説明するフローチャートである。図４は、図３での合成速度算出手順で求めた合成速度を示す図である。
【００２５】
図３において、ステップＳＴ（以降、単に「ＳＴ」と記す）１では、第２軸速度（自軸速度）とネットワーク７を介して上位コントローラ８から取り込んだ第１軸速度とから、
Ｖ＝（第１軸速度2＋第２軸速度2）1/2                  ・・・（１）
の演算を行って合成速度Ｖを求める。第１軸と第２軸の双方が駆動されている場合の合成速度Ｖは、図４に示すように変化する。一方、第２軸のみが駆動されている場合は、Ｖ＝第２軸速度となる。また、第１軸のみが駆動されている場合は、Ｖ＝第１軸速度となる。
【００２６】
ＳＴ２では、求めた合成速度Ｖから、第１軸のリニアモータは駆動中であるが、第２軸のリニアモータが停止しているか否かを判断する。これは第２軸のリニアモータの温度演算で用いる熱伝達率αを適切に選択するためである。
【００２７】
ここで、熱伝達率αについて説明する。リニアモータが停止している場合の熱伝達率αは、自然対流時の熱伝達率をα０として、α＝α０とすることができる。また、リニアモータが速度Ｖで駆動されているときの熱伝達率αは、強制対流時の場合の熱伝達率をαｍとすると、速度の平方根に比例する関係にあるので、比例定数Ｋを用いて式（２）で表すことができる。
α＝αｍ＝Ｋ×Ｖ1/2                                  ・・・（２）
【００２８】
すなわち、第２軸のリニアモータが駆動中である場合は（ＳＴ２：Ｎｏ）、熱伝達率αとして強制対流時の熱伝達率αｍを選択する（ＳＴ３）。一方、第２軸のリニアモータが停止している場合は（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、熱伝達率αとして自然対流時の熱伝達率α０を選択する（ＳＴ４）。
【００２９】
次に、第２軸可動子４の巻線部に流れる電流値Ｉと巻線抵抗値Ｒとから、
Ｑ＝ＲＩ2                                            ・・・（３）
なる演算を行ってモータ発熱量Ｑを求め（ＳＴ５）、Ｑ＞０であるか否か、つまり、第２軸のリニアモータが発熱しているか否かを判断する（ＳＴ６）。
【００３０】
リニアモータの温度は、このモータ発熱量Ｑに従って上昇していく。一方、モータ温度とモータ周囲温度との温度差やリニアモータに当たる風速流によってリニアモータが発生した熱量の一部は空気中へと放熱される。リニアモータの発生熱量と放熱される熱量とが等しくなると、モータ温度は一定値となる。
【００３１】
ここで、モータ巻線に電流が流れている場合のモータ温度上昇値（温度上昇特性）ΔＴは、モータ表面積をＡ、モータ熱時定数をＴｓとすると、式（４）で表すことができる。
ΔＴ＝Ｑ／αＡ×（１−ＥＸＰ（−αＡｔ／Ｔｓ））    ・・・（４）
【００３２】
また、モータ巻線に電流が流れていない場合の温度上昇値（冷却特性）ΔＴは、モータ巻線電流が０となった時のモータ温度上昇値をＴｍとすると、式（５）で表すことができる。
ΔＴ＝ＴｍＥＸＰ（−αＡｔ／Ｔｓ）                  ・・・（５）
【００３３】
そこで、温度上昇値ΔＴを、Ｑ＞０であるときは（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、式（４）によって求め（ＳＴ７）、またＱ＝０であるときは（ＳＴ６：Ｎｏ）、式（５）によって求め（ＳＴ８）、求めた温度上昇値ΔＴがモータ許容温度上昇値を超えているか否かを判断する（ＳＴ９）。そして、求めた温度上昇値ΔＴがモータ許容温度上昇値を超えている場合（ＳＴ９：Ｙｅｓ）に、アラームを発行してモータの保護を行う過負荷処理を実行する（ＳＴ１０）。
【００３４】
以上の措置によって、第２軸のリニアモータに対する電子サーマル方式による過負荷保護は、第１軸のリニアモータ駆動によって生ずる対流による冷却効果を加味したモータ温度の元に実行されるので、第２軸のリニアモータは、不要な保護が掛からず、モータ性能を十分に引き出して使用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、この発明にかかるリニアモータ制御装置は、モータ性能を十分に引き出して使用するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の一実施の形態によるリニアモータ制御装置を備えるＸＹテーブル制御システムの構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す第２軸制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す第２軸制御装置の電子サーマル方式による過負荷保護動作を説明するフローチャートである。
【図４】図３での合成速度算出手順で求めた合成速度を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  第１軸固定子（磁石部）
２  第１軸可動子（巻線部）
３  第２軸固定子（磁石部）
４  第２軸可動子（巻線部）
５  第１軸駆動装置
５ａ  電流制御部
５ｂ  コントローラ通信部
６  第２軸駆動装置
６ａ  電流制御部
６ｂ  コントローラ通信部
７  ネットワーク
８  上位コントローラ
８ａ  位置指令作成部
８ｂ  サーボアンプ通信部
【図１】
2006333686.tif 000003
【図２】
2006333686.tif 000004
【図３】
2006333686.tif 000005
【図４】
2006333686.tif 000006