(57)【要約】  磁界検出器の位置決めにおける製造誤差またはアセンブリ誤差を補償する改良されたリニアモータ。リニアモータは、磁界検出器のうちの１つの出力に単に組み合わせる(例えば、加算する)ことができる補正信号を合成して、磁界検出器出力が適正な位相関係を有するようにする。その結果として、これにより、ステータに対するロータの正確な位置決めを達成できるようになる。好ましい実施形態では、意図的な誤差が磁界検出器の位置決めに導入され、この誤差は、製造許容差またはアセンブリ許容差による誤差を加えて、補正信号を使用して補正される。これにより、使用される一方向の位相オフセット誤差だけを補正する単純化された補正回路が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤差を導入することがある製造/アセンブリ許容差の影響を受ける所定の公称距離だけ相互に離隔された第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を備え、前記誤差が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器を、実際には、前記所定の公称距離とは異なることがある実際の距離だけ相互に離隔させ、
理想的な信号を得るために前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離が存在し、
前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離とは異なるリニアモータ。
【請求項２】
前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離よりも大きい、請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記実際の距離が前記既知の許容差のために前記理想的な作動距離よりも大きくなるような量だけ、前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離よりも大きい、請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記所定の公称距離が、前記第１の磁界検出器と前記第２の磁界検出器との間の約95°の位相シフトに対応する距離である、請求項１から３のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記実際の距離が前記既知の許容差のために前記理想的な作動距離よりも小さくなるような量だけ、前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離よりも小さい、請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記理想的な作動距離が、前記第１の磁界検出器と前記第２の磁界検出器との間の90°の位相シフトに対応する距離であり、前記距離が前記リニアモータのロータの磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１であることになる、請求項１から５のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項７】
補正後に得られる信号が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が適正に相互に前記理想的な作動距離だけ離隔された場合に得られたはずの信号にいっそう近く対応するように、前記第１の磁界検出器の出力信号を補正するための補正信号を合成するように構成される補正手段をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項８】
ユーザに提示される前記出力信号が既に補正されているように、前記補正手段が前記リニアモータの構造体内に組み込まれる、請求項７に記載のリニアモータ。
【請求項９】
前記補正手段が、補正された第１の磁界検出器の信号を得るために、前記補正信号を前記第１の磁界検出器の前記出力信号に加算するように構成される、請求項７または８に記載のリニアモータ。
【請求項１０】
前記補正信号が前記第２の磁界検出器の前記出力信号の倍率変更された形態を含む、請求項７、８または９のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項１１】
前記補正手段が、前記少なくとも２つの磁界検出器を離隔する前記実際の距離に依存する量だけ前記第２の磁界検出器の前記出力を倍率変更するように構成される、請求項１０に記載のリニアモータ。
【請求項１２】
前記倍率変更量が前記補正手段の加算回路内の抵抗によって決定される、請求項１０または１１に記載のリニアモータ。
【請求項１３】
前記抵抗が調整可能なポテンショメータである、請求項１２に記載のリニアモータ。
【請求項１４】
前記調整可能なポテンショメータが較正コンピュータによってデジタルで制御可能である、請求項１３に記載のリニアモータ。
【請求項１５】
前記補正信号が、前記第１の磁界検出器の前記出力信号の倍率変更されかつ位相シフトされた形態を含む、請求項７、８または９のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項１６】
前記補正信号が、90°だけ位相シフトされた前記第１の磁界検出器の前記出力信号の倍率変更された形態である、請求項１５に記載のリニアモータ。
【請求項１７】
前記補正信号がデジタルで合成される、請求項７、８または９のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項１８】
リニアモータを製作する方法であって、
(a)理想的な信号を得るために第１の磁界検出器および第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離を決定するステップと、
(b)前記理想的な作動距離とは異なる所定の公称距離を選択するステップと、
(c)前記所定の公称距離を離すようにステータ部材上の第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を組み立てるステップと
を含む方法。
【請求項１９】
前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離よりも大きくなるように選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記実際の距離が前記既知の許容差のために前記理想的な作動距離よりも大きくなるような量だけ、前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離よりも大きい、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記理想的な作動距離が、前記第１の磁界検出器と前記第２の磁界検出器との間の90°の位相シフトに対応し、前記リニアモータのロータの磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１であることになる距離である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記所定の公称距離が、前記第１の磁界検出器と前記第２の磁界検出器との間の約95°の位相シフトに対応する距離である、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
誤差を導入することがある製造/アセンブリ許容差の影響を受ける所定の公称距離だけ相互に離隔された第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を備え、前記誤差が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器を、実際には、前記所定の公称距離とは異なることがある実際の距離だけ相互に離隔させ、
理想的な信号を得るために前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離が存在し、
補正後に得られる信号が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が適正に相互に前記理想的な作動距離だけ離隔された場合に得られたはずの信号にいっそう近く対応するように、前記第１の磁界検出器の出力信号を補正するための補正信号を合成するように構成される補正手段をさらに備えるリニアモータ。
【請求項２４】
リニアモータを製作する方法であって、
(a)ステータ部材上の第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を所定の公称距離を離すように組み立てるステップと、
(b)前記磁界検出器からの信号を、補正信号を決定するように分析するステップと、
(c)補正後の前記信号が、理想信号にいっそう近く対応するように、使用中に、前記補正信号が合成されて使用され、前記第１の磁界検出器の出力を補正することを可能にするための補正手段を調整するステップと
を含む方法。
【請求項２５】
ステップ(b)が、前記第２の磁界検出器の出力を倍率変更する際に使用されるべき倍率変更量を決定するステップを含み、前記倍率変更された出力が前記補正信号として使用するためのものである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップ(b)が、
(i)前記第２の磁界検出器からの前記信号が実質的に0であるロータ位置を決定するステップと、
(ii)前記ロータの磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１に実質的に等しい量だけ前記ステータに対して前記ロータを移動させるステップと、
(iii)前記第１の磁界検出器からの前記信号を計測するステップと
を含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記倍率変更量が、ステップ(iii)で計測された前記第１の磁界検出器からの前記信号に応じて決定される、請求項２５に従属する場合の請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記補正手段が前記リニアモータに接続されたコンピュータによってデジタルで調整される、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記信号が実質的に理想的であると決定されるまで前記補正手段が調整される、請求項２４から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
90°の位相ずれがある前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器からの信号が理想的な信号であるとみなされる、請求項２４から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記補正手段が前記リニアモータの構造体内に組み込まれる、請求項２４から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記所定の公称距離が、理想的な信号を与える前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器の相互離隔として定義された理想的な作動距離とは異なるように選択される、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
リニアモータを作動させる方法であって、
(a)前記リニアモータのステータのコイルに駆動電流を供給するステップと、
(b)第１の磁界検出器および第２の磁界検出器からの信号を受け取るステップと、
(c)前記第１の磁界検出器の出力を補正するための補正信号を合成するステップと、
(d)前記補正信号を使用して前記第１の磁界検出器の前記出力を補正するステップと、
(e)前記ステータに対してロータの位置を決定するために前記補正された第１の磁界検出器の出力および前記第２の磁界検出器の出力を使用するステップと
を含む方法。
【請求項３４】
前記補正信号が、ステップ(d)において、前記第１の磁界検出器の前記出力に加算される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記補正信号が、前記第２の磁界検出器の前記出力信号を倍率変更することによって、ステップ(c)において合成される、請求項３３または３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記倍率変更量が前記リニアモータの補正回路内の抵抗によって決定される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が、理想的な信号を与える前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器の前記相互離隔として定義される理想的な作動距離とは異なる所定の公称距離だけ、前記リニアモータの前記ステータ上で長手方向に離隔される、請求項３３から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記理想的な作動距離が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器の間の90°の位相シフトに対応する距離である、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ、リニアモータを製作する方法、およびリニアモータを作動させる方法に関する。本発明は、詳細には、特に電流の方向の転換(転流；commutation)に使用される磁界検出器の製造許容差またはアセンブリ許容差に関連するいくつかの問題を克服するための改善された手段および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
GB2,079,068-Aは、本発明を適用することができる基本的なリニアモータを開示している。この文献の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
リニア電気モータは、現在、ある構成要素を別の構成要素に対して迅速かつ正確に位置決めする必要がある産業用途で広く使用されている。そのような用途の一例は、例えば、プリント回路基板に高価な集積回路を装着するに先立ち、プリント回路基板の回路配線経路を検査するためにプリント回路基板全面にわたりテストプローブを迅速かつ正確に位置決めすることである。さらなる例は、移動されている構成要素の速度のわずかな変化に関して、非常に滑らかな運動が必要とされるものである。どちらの場合でも、モータのステータに対するロータの運動について厳格で正確なサーボ制御の実現が不可欠である。さらに、検出された移動に対する高分解能が正確な制御を実現するために望ましい。
【０００４】
永久磁石リニアモータのコイルの電流の方向を転換するために、永久磁石リニアモータのステータに対してロータの位置決めをする場合に、ホール効果センサなどの1つまたは複数の磁界検出器を使用することがよく知られている。センサは、モータのコイルに電力を供給する電気回路、およびモータのロータのサーボ位置決めに使用されるソフトウェアに制御用信号を与える。センサは、おそらく、例えば、モータのステータ上に装着され、ステータがロータによって横切られるにつれて、モータのステータに対するロータの位置を示す周期的な信号が得られる。信号は、ロータから出る磁界の繰返しシーケンスの強度に従って変化する。多くの場合に、センサによって与えられる信号は、ロータの長さに沿った磁界強度の正弦波変動を反映して、正弦波とほぼ同じである。そのようなセンサの使用の一例は、登録された英国特許第2,235,783号に記載され、それの開示は参照により本明細書に組み込まれる。GB2,079,068およびGB2,235,783は、中央ロッドを「ステータ」と、およびアウタチューブを「アーマチュア」と呼んでいることに注意されたい。本出願では、永久磁石を含む中央ロッドを「ロータ」と呼び、コイルを収容するアウタチューブを「ステータ」と呼び、EP1,014,539と一致する。
【０００５】
本発明は、特に、GB2,235,783の図５に示される構成に適用可能である。この構成では、２つのホール効果センサ１０がステータに装着され、ロータ１の磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１に対応する距離だけ長手方向に離隔される。ロータ１がステータ２に対して移動するとともに、正弦波信号がホール効果センサ１０で計測される。これらはGB2,235,783の図６ａに示される。ホール効果センサの長手方向の間隔は、一方の信号が正弦波で、他方の信号が余弦波であり、すなわち信号は互いに対して90°の位相ずれになるようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
得られた信号が、正確に90°の位相ずれになるように、ホール効果センサを適切に長手方向に離間させる際に特定の問題が生じる。センサの間隔におけるどのような誤差も、得られた信号中の位相オフセット誤差に変換されることになる。
【０００７】
ホール効果センサは、一般に、図１に示されるように、ハウジング１内に事前実装される。所定の公称距離dnomだけハウジング１の正確な間隔を確保するために、センサＡ、Ｂのハウジング１をステータ内の基準凹部２に強く接触して装着することは可能であるが、これにより、得られた信号が必要な位相関係を有することがひとりでに保証されるものでない。ホール効果センサの実際の検出プローブヘッド３が、ハウジング１内の不確かな場所に位置決めされるという点で問題が生じる。第１のホール効果センサAが、第２のホール効果センサＢよりもさらに右に、およびさらに後ろに位置決めされたプローブヘッド３を有することが図１で分かる。したがって、ホール効果センサのハウジング１が高い許容差に応じてステータに正確に装着されるときでさえ、ハウジング１内のプローブヘッド３の不正確な実装により誤差が生じる。
【０００８】
ホール効果センサの製造業者は、通常、ハウジング１内のプローブヘッド３の位置決めに許容差を与える。例えば、ハウジング１内のプローブヘッド３の位置に対する一般の許容差は、任意の方向に、ある位置+/-0.2mmである。したがって、この製造業者からの2つのホール効果センサＡ、Ｂが使用されるとき、図１に示されるように、互いに実際のプローブヘッドの長手方向の間隔はdnom+/-0.4mmであることになる。
【０００９】
一般的な大きさのリニアモータでは、間隔dnomは12.8mmであり、したがって、センサのハウジング１が絶対的に正確に装着されるときでさえ、２つのホール効果センサのプローブヘッド３の間の距離は12.4mmから13.2mmの範囲になることがある。プローブヘッド３の位置におけるこの許容差は、両方向に3°の起こりうる位相オフセット誤差に相当する。したがって、第１のホール効果センサＡからの信号は、第２のホール効果センサＢから得られた信号に対して87°から93°の範囲に位相シフトを有する。ホール効果センサを使用してステータに対するロータの位置を検出するとき、この問題は最も重大である。ホール効果センサからの信号中の3°の位相オフセット誤差は、上記の例において、位置計測における+/-210μmの誤差に相当する。
【００１０】
したがって、ホール効果センサＡ、Ｂのハウジング１内でプローブヘッド３の不確かな位置決めの問題をある程度緩和する改善されたリニアモータを考案することが望ましいことになる。
【００１１】
EP1,014,539A2はこの問題に対処し、その文献の図７は本出願の図１に似ている。EP1,014,539によって示唆された解決策は、ハウジング１内のプローブヘッド３の位置における製造許容差がストアされているメモリユニット(４７０)をリニアモータ内に含むことである(EP1,014,539A2の請求項６および７参照)。このように許容差をストアすると、ユーザはリニアモータの精度を計算するときこれらの許容差を考慮に入れることができるが、モータ出力が許容差のため不正確なままであるので、このようなメモリ手段の使用そのもので問題は克服されない。EP1,014,539は、正確な信号を得るために製造許容差の問題が実際にどのように克服されるかを教示していない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記で述べられた問題に対処し、第１の態様では、誤差を導入することがある製造/アセンブリ許容差の影響を受ける所定の公称距離だけ相互に離隔された第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を備え、前記誤差が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器を、実際には、前記所定の公称距離とは異なることがある実際の距離だけ相互に離隔させ、理想的な信号を得るために前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離が存在し、補正後に得られる信号が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器が適正に相互に理想的な作動距離だけ離隔された場合に得られたはずの信号にいっそう近く対応するように、前記第１の磁界検出器の出力信号を補正するための補正信号を合成するように構成される補正手段をさらに備えるリニアモータを提供する。
【００１３】
補正信号を合成するように構成される補正手段の使用により、第１の磁界検出器からの信号は、第２の磁界検出器からの信号に対して誤った位相関係を潜在的に有するが、より適正な位相関係を有するように補正されるようになる。補正手段は、磁界検出器Ａ、Ｂのハウジング1内のプローブヘッド３の位置決めにおけるどのような変動も補償するようにリニアモータの製造時に設定される。
【００１４】
好ましくは、磁界検出器はホール効果センサによって構成される。
【００１５】
補正手段は、ユーザに提示される出力信号が既に補正されているように、リニアモータの構造体内に組み込まれることが好ましい。これにより、ユーザがホール効果センサからの信号を補正するために追加の装置を取り付ける必要がないことになる。この好ましい実施形態によれば、ユーザは、リニアモータの出力端子から取られた信号が、２つのホール効果センサ出力の間の位相シフトに関して高品質であることが保証される。
【００１６】
補正手段によって合成された補正信号は、第１のホール効果センサの出力に加算されて、第１のホール効果センサの出力を補正できるものであることが好ましい。ホール効果センサ信号のうちの１つにおける位相誤差は、一般に、3°までの程度であり、したがって小さな補正信号しか必要ないことが理解されよう。補正信号は、第２のホール効果センサの出力信号の倍率変更された形態から都合よく形成することができる。あるいは、補正信号は、第１のホール効果センサの出力信号の倍率変更されかつ位相シフトされた形態から合成することができる。第３の可能性として、補正信号はアナログエレクトロニクスまたはデジタルエレクトロニクスのいずれかを使用して電子的に合成することができる。
【００１７】
補正信号の振幅(その信号がホール効果信号のいずれかから引き出される場合、それに適用される倍率変更によって決定される)は、必要とされる補正の程度によって決定される。そしてまた、これは、ホール効果センサのプローブヘッド３を離隔している実際の距離によって決定される。この距離は製造工程中に計測でき、そのときに、補正手段を、効果的な補正信号がリニアモータの使用中に合成されるように更新することができる。
【００１８】
特に便利な配置は、補正手段が加算回路を含むとき、第２のホール効果センサの出力がこの加算回路の抵抗器の値に従って倍率変更されるものである。可変の倍率変更は、この抵抗を調整可能なポテンショメータとするように選択することによって得ることができる。これにより、同じ構成要素を、定められた許容差内にあるプローブヘッド３のどのような変化も、較正時にポテンショメータを調整することによって、補償できるように製造された全てのリニアモータに使用することができる。その後、適切な補正信号が常に得られ、ユーザは適切に位相シフトされた信号が供給されるようになる。
【００１９】
リニアモータの初期較正を支援するために、調整可能なポテンショメータは、較正コンピュータによって直接にデジタルで制御できることが好ましい。これにより、較正コンピュータは、ホール効果センサから自動的に読み出された計測値に従って加算回路で使用される抵抗を選択することができる。これにより、高度に自動化された較正手順を、面倒なおよび/または退屈なマニュアル較正を避けて実行することができる。
【００２０】
ホール効果センサのハウジング１内のプローブヘッド３の位置の許容差により、プローブヘッドが非常に遠く離れるかまたは非常に接近するかのどちらかであることが可能になる。プローブヘッドが非常に遠く離れているとき、出力信号間の位相シフトは所望のものより大きく、これは一方の信号の倍率変更した形態を他方の信号に加算することによって補正することができる。しかし、プローブヘッド３が非常に接近している場合、得られた位相シフトは所望の位相シフトよりも少なく、単純な加算によって補正を得ることができない。その代りに、補正は、一方の信号の倍率変更した形態を他方の信号から減算することによって得ることができるが、これは、加算回路と異なり、より複雑である減算回路の使用が必要である。したがって、一般に、補正信号が正または負であることを必要とすることがあることを補償するために２つの回路が必要である。
【００２１】
したがって、本発明の第２の態様では、誤差を導入することがある製造/アセンブリ許容差の影響を受ける所定の公称距離だけ相互に離隔された第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を備え、前記誤差が、前記第１の磁界検出器および前記第２の磁界検出器を、実際には、前記所定の公称距離とは異なることがある実際の距離だけ相互に離隔させ、理想的な信号を得るために前記第１磁界検出器および前記第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離が存在し、前記所定の公称距離が前記理想的な作動距離とは異なるリニアモータを提供する。
【００２２】
所定の公称距離が理想的な作動距離とは異なるようにすると、単一の加算または減算回路だけを使用することができ、装置は複雑さが少なくなる。
【００２３】
所定の公称距離は、好ましくは実際の距離が、既知の許容差のために、理想的な作動距離よりも大きくなるような量だけ、理想的な作動距離よりも大きいことが好ましい。ホール効果センサ(磁界検出器)を理想的であるよりも大きく離隔すると、ホール効果センサは常に確実に非常に遠く離れるようになり、したがって信号は常に加算回路だけを使用して補正することができるようになる。逆に、ホール効果センサが常に非常に接近するように、所定の公称距離を理想的な距離よりも短くなるように選択すると、単一の減算回路しか必要としないことになり、これは本発明の範囲内である。両方の場合、同じリニアモータに加算回路および減算回路の両方を必要としない。これにより補正手段の複雑さが減少し、リニアモータをより競争力のある価格で販売できるようになる。
【００２４】
好ましい実施形態では、理想的な作動距離は第１のホール効果センサの出力と第２のホール効果センサの出力との間に90°の位相シフトを与え、所定の公称距離は第１ホール効果センサと第２のホール効果センサとの間で公称位相シフトの約95°が得られるように設定される。ホール効果センサＡ、Ｂのハウジング１内のプローブヘッド３の位置決めの許容差により、92°から98°の範囲で位相シフトの実際の量が得られることになる。この量は単一の加算回路を使用して補正可能である。
【００２５】
本出願は２つのホール効果センサだけを備えるリニアモータによって例証されるが、本発明の原理は、２つを超えるセンサが使用され、所定の長手方向の距離だけオフセットされるとき適用可能である。例えば、本発明は、WO03/028194に開示されたリニアモータのいずれにも適用可能である。その文献の図４では、検出器セット２２および２３が、180°の位相シフトだけ長手方向に離隔されるように意図されている。センサの製造における許容差により実際の位相シフトが異なることになる場合、本発明を使用して位相シフトを180°にまで戻して補正できる。同様に、本発明を使用して、セット２４および２５から得られた信号が、セット２２および２３から得られた信号に対してほぼ正確に90°の位相ずれになるようにすることができる。
【００２６】
本発明の別の態様は、リニアモータを製作する方法を含み、前記方法は、
(a)ステータ部材上の第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を所定の公称距離を離すように組み立てるステップと、
(b)前記磁界検出器からの信号を、補正信号を決定するように分析するステップと、
(c)補正後の信号が、理想信号にいっそう近く対応するように、使用中に、前記補正信号が合成され、使用されて前記第１の磁界検出器の出力を補正することを可能にする補正手段を調整するステップと
を含む。
【００２７】
この方法によれば、補正手段は、適切な補正信号を使用してリニアモータの使用中に第１の磁界検出器の出力を補正するように製造時に調整される。上述のように、補正手段を調整するステップは、加算回路内の抵抗の値の調整することによって実行することができる。
【００２８】
補正信号は、２つの磁界検出器の出力の間の実際の位相差を評価または計測することによって決定されることが好ましい。実際の位相差を使用して、第２の磁界検出器の出力を倍率変更するために使用される倍率変更量を決定することができる。次いで、第２の磁界検出器の倍率変更された出力は補正信号として使用され、第１の磁界検出器の出力に使用中に加算される。２つの磁界検出器の信号の間の位相差を評価するために、以下の方法、すなわち
(i)前記第２の磁界検出器からの信号が実質的に０であるロータ位置を決定するステップと、
(ii)ロータの磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１と実質的に等しい量だけステータに対してロータを移動させるステップと、
(iii)前記第１の磁界検出器からの信号を計測するステップと
を含む方法を適用することができる。
【００２９】
２つの磁界検出器が完全に位置調整された場合、ステップ(iii)で計測された第１のホール効果センサからの信号は０になるはずである。ステップ(iii)で計測された信号の符号は、磁界検出器が非常に近いかまたは非常に遠く離れているかを示す。所定の公称距離が理想的な作動距離よりも大きい場合、常にステップ(iii)の信号の符号が同じであると見込むことになる。ステップ(iii)で計測された信号の大きさは、補正信号を生成するために必要な倍率変更の量を示す。ステップ(iii)で計測された信号の大きさが小さい場合、小さな補正信号しか必要ないことになり、逆の場合も同じである。
【００３０】
好ましくは、負のフィードバックループが使用され、それによってステップ(iii)が補正手段を調整した後に繰り返され、さらなる調整が必要かどうか決定される。第１の磁界検出器からの信号が０であることが決定されるまで、補正手段は連続的に調整することができる。これは、信号が実質的に理想的になる(すなわち、90°の相互位相シフトを有する)ことを示す。
【００３１】
調整手順は、ステップ(iii)で計測された信号を入力として受け取り、補正手段の加算回路内に配置されたデジタルで調整可能なポテンショメータにポテンショメータ設定値を出力するコンピュータによって実行することができる。
【００３２】
本発明の別の態様は、リニアモータを製作する方法を提供し、前記方法は、
(a)理想的な信号を得るために第１の磁界検出器および第２の磁界検出器が相互に離隔されるべき理想的な作動距離を決定するステップと、
(b)前記理想的な作動距離とは異なる所定の公称距離を選択するステップと、
(c)前記所定の公称距離を離すようにステータ部材上の第１の磁界検出器および第２の磁界検出器を組み立てるステップと
を含む。
【００３３】
この方法によれば、単一の加算または減算回路しか必要ない。
【００３４】
本発明のさらなる態様は、リニアモータを作動させる方法を提供し、前記方法は、
(a)前記リニアモータのステータのコイルに駆動電流を供給するステップと、
(b)第１の磁界検出器および第２の磁界検出器からの信号を受け取るステップと、
(c)前記第１の磁界検出器の出力を補正するための補正信号を合成するステップと、
(d)前記補正信号を使用して前記第１の磁界検出器の出力を補正するステップと、
(e)ステータに対してロータの位置を決定するために補正された第１の磁界検出器の出力および第２の磁界検出器の出力を使用するステップと
を含む。
【００３５】
この方法によれば、補正信号はリニアモータの使用中に合成される。上述のように、補正信号は、磁界検出器のうちの１つの出力信号から、または電子回路/ソフトウェアを使用して合成することができる。また上述のように、補正信号を、どの時点でも磁界検出器のうちの一方のものの出力を倍率変更し、それを他方の磁界検出器の出力に加算することによって合成して、他方の磁界検出器用の補正された出力を得ることが好ましい。倍率変更量は、製造時に決定され、上述の方法で補正回路内の抵抗器の値によって決定される。
【００３６】
次に、本発明は、添付の概略図を参照して非限定的な単なる例としてさらに説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図２を参照して、管状のリニアモータの磁気ロータが１０で示される。磁気ロータ１０は、区別して離間され、磁気極性が交互である一連の永久磁石１１を収容することが理解されよう。ステータの位置を検出する目的のために、およびリニアモータのステータコイル(図示せず)の電流の方向を転換するために、１組の２つのホール効果センサＡ、Ｂが、ステータ上で周辺に並べられ長手方向にオフセットされて配置される。これらの各々は、ロータから半径方向に出る磁界の強さに応じて信号を生成する。ロータの表面からの半径方向のセンサの間隔の慎重な選択、ならびにロータ内の磁石およびスペーサーの内部設計によって、検出される磁界は、ロータが検出器の組を通るにつれて実質的に正弦波的に変化する。
【００３８】
図３は、ロータがステータに対して一定速度で移動するときの第１および第２ホール効果センサＡ、Ｂから得られる信号を示す。ホール効果センサの長手方向の間隔のために、信号は形状が同一(正弦波)であるが、互いに90°だけ位相がオフセットされていることが理解できる。しかし、図３は、ホール効果センサＡ、Ｂが精密に正確に長手方向に適正な量だけ離間されている理想的な場合を表わす。しかし、図１に関して上述したように、ホール効果センサのプローブヘッド３は、センサのハウジング１内の不確実な位置に配置されることがある。これにより、センサ間の位相シフトが所望の90°の両側に最大２〜３度になることがある。
【００３９】
図４はこの問題を示す。ホール効果センサのプローブヘッド３は、許容差Ｔによって定義された確実性をもってハウジング１内の公称の点に配置される。したがって、ハウジング１が長手方向の間隔ｄnomで装着されるとき、プローブヘッドの実際の間隔はｄminからｄmaxの範囲で変化することがある。すなわち、
ｄmin＝ｄnom−２Ｔ
ｄmax＝ｄnom＋２Ｔ
である。したがって、磁界検出器がそれらの間の所定の公称距離ｄnomで装着されるときでさえ、製造および/またはアセンブリ許容差が誤差を導入し、その誤差により、磁界検出器が、実際には、所定の公称の距離とは異なる実際の距離だけ相互に離隔されることがある。図４に示されるように、この距離は、ｄminからｄmaxに定めることができ、ｄminとｄmaxとの間の差は４Ｔである。
【００４０】
従来技術では、所定の公称距離ｄnomは、理想的な信号を得るために必要とされる理想的な作動距離と同じになるように常に設定された。図２の例では、理想的な信号は90°の相互位相オフセットを有する信号である。したがって、そのような場合の理想的な作動距離は、ロータ１０の磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１である。所定の公称距離が理想的な作動距離と同じになるように設定された理由は、これにより、離間において起こりうる誤差が両方向に２Ｔまで最小化されたからであった。
【００４１】
本発明によれば、後でより詳細に説明されるように、所定の公称距離ｄnomは、理想的な作動距離とは異なるように、好ましくは理想的な作動距離より大きくなるように設定される。
【００４２】
理想的な場合のホール効果センサの信号は90°の位相ずれをしている。これは図５のベクトル図によって説明される。センサＡとセンサＢとの間の長手方向の間隔が正確に適正であるとき、図３に示されるように、余弦波および正弦波が出力信号として得られることになる。長手方向の間隔に誤差があり、ホール効果センサＡ、Ｂの検出部分が非常に大きく離間されるとき、一方の信号が他方の信号に対して90°を超える量だけ位相ずれすることになる。これは、位相差が93°であるようにセンサが離間される例について図６に示される。位相差におけるこの誤差は、ステータに対するロータの位置を決定する際の誤差の原因になることがある。
【００４３】
本発明は、第１のホール効果センサＡの出力信号に補正信号を加算して、第２のホール効果センサＢからの信号に対して90°の位相ずれがある、ホール効果センサ信号の補正された形態を得るようにすることによって、この問題を解決することを提案する。図７は、第１のホール効果センサＡからの実際に得られた信号と、ホール効果センサが適正に離隔された場合に得られるはずの理想的な信号Ｉと、得られた信号を理想的な信号に変換するために必要な補正信号Ｃとを示す図６の一部のクローズアップを示す。図８は、補正信号Ｃが２つのベクトル成分に分解されたことを除き、図７に類似する図を示す。これらは、第１のホール効果センサAからの信号と同じ位相を有する第１のベクトル成分Ｋ1Ａ、および第２のホール効果センサＢの出力と同じ位相を有する第２のベクトル成分信号Ｋ2Ｂである。したがって、補正信号Ｃは、第１のセンサＡからの少ない量の信号に第２のセンサＢからの多くの量の信号をベクトル加算したものに分解されることが理解できる。
【００４４】
信号Ａが理想的な信号から3°だけシフトさせられた、図８に示された例では、Ｋ1およびＫ2は
【数１】
2007520189.tif 000003
である。
【００４５】
以下の表は、センサが非常に広く離間された結果生じるさまざまな起こりうる位相シフトに対するＫ1およびＫ2の値を記載している。
【表１】
2007520189.tif 000004
【００４６】
したがって、90°よりも大きい位相シフトの少量の変化では、Ｋ2の値は常にＫ1の値よりも非常に大きいことが理解できる。したがって、補正信号Ｃをベクトル量Ｋ2Ｂに等しいものとして(すなわち、ベクトル量Ｋ1Ａを無視して)近似することは妥当な近似である。したがって、第１のホール効果センサＡからの信号は、第２のホール効果センサＢからの信号の倍率変更された形態を加算することによって補正することができることを理解できる。
【００４７】
図９は適切な補正手段の概略ブロック図を示す。分かるように、第２のホール効果センサＢからの信号は直接読み出され、第１のホール効果センサＡからの信号はそれに第２のホール効果センサＢからの信号の倍率変更された形態が加算されて、補正された信号Ａcが得られる。倍率変更量は、先に説明したようにＫ2になるように決定される。Ｋ2の値は、位相オフセット誤差の正接に等しくなるようにすることができる。あるいは、Ｋ2は、位相オフセット誤差の正弦に等しくなるようにすることができる。別の代替としては、Ｋ2を位相オフセット誤差の量(ラジアンで)と等しくする線形近似を使用することである。
【００４８】
図１０は信号Ａcを得るために使用することができる回路の実際的な実施形態を示す。理解されるように、回路は信号Ｂのある量を信号Aに加算しており、加算される正確な量は可変抵抗Ｒ3の値によって決定される。抵抗Ｒ3の値はリニアモータの製造/較正中に決定することができる。その場合、以下の製造手順が可能になる。
【００４９】
1.所定の公称距離の公称離隔をもつホール効果センサを組み立てる。
【００５０】
2.プローブヘッド３の間の実際の距離を決定するためにホール効果センサからの信号を調査する。
【００５１】
3.第１のホール効果センサからの信号を補正して第２のホール効果センサＢからの信号に対して90°の位相ずれに近づくようにするために、適正な倍率変更量Ｋ2に対応する抵抗Ｒ3の値を決定する。
【００５２】
この方法はいくつかの手段で実行することができる。簡単な１つの可能性は、固定非可変抵抗Ｒ3を使用し、ホール効果センサ信号間の計測された位相オフセットに従って較正時にこの抵抗を選択することである。この方法は、各リニアモータが、ホール効果センサのプローブヘッド３の特定の位置に応じて異なる値の抵抗Ｒ3を必要とすることになるという不利な点を有する。別の可能性は、可変抵抗Ｒ3を使用し、位相オフセット信号に応じてこの抵抗の値をマニュアルで調整することである。これは、図１０に示された同じ回路を全ての製造されたリニアモータに使用することができ、簡単なマニュアル補正を使用してモータを較正できるので、製造の観点からより魅力的である。さらなる代替として、較正手順は、デジタルで制御可能な可変ポテンショメータを抵抗Ｒ3として利用することによっていっそう自動化することができる。この実施形態では、較正コンピュータを使用して、リニアモータの出力で計測された信号に応じて抵抗Ｒ3の値を制御することができる。これにより、較正コンピュータをリニアモータに接続し、コンピュータがリニアモータを自動的に較正して適切な補正が適用されるようにできる。
【００５３】
モータが製造され較正された後、補正回路(リニアモータの構造体内に組み込まれることが好ましい)により、２つのホール効果センサから得られた信号が適切な位相オフセット関係を有するようになる。
【００５４】
上記の実施形態では、図８に示されたベクトル量Ｋ1Ａは無視される。しかし、さらに精度が必要な場合、信号Ａに量Ｋ1Ａを加算するさらなる加算回路を利用することができる。同様に、第１のホール効果センサからの出力信号Ａは、それ自体の位相シフトされた形態によって補正することができる。これは、図７および図８のベクトル図に類似する、図１１のベクトル図に示される。図８では、補正信号Ｃは、それぞれ信号ＡおよびＢと同じ位相を有する２つのベクトル成分に分解される。図１１では、補正信号Ｃは補正信号Ｃ'によって近似され、Ｃ'は補正信号Ａの位相から正確に90°位相オフセットした位相を有する。補正信号Ｃ'は、第１のホール効果センサＡからの出力を位相シフトし倍率変更することによって合成することができる。したがって、補正された第１のホール効果センサ出力Ａcはベクトル和Ａ＋Ｃ'から得られ、Ｃ'＝Ｋ3Ａ90であり、Ａ90は90°だけ位相シフトされた第１のホール効果センサからの信号を示す。この手順を実行する回路のブロック図が図１２に示される。分かるように、ホール効果センサＡからの信号は位相シフタ２０で位相シフトされ、量Ｋ3だけ倍率変更され、その後、補正された信号Ａcを得るために元の信号Ａに加算される。
【００５５】
さらなる代替として、図７に示された補正信号Ｃは電子的に合成することができる。アナログエレクトロニクスまたはデジタルエレクトロニクスのいずれかを使用できる。
【００５６】
上述のように、所定の公称距離を理想的な作動距離よりも少なくして、位相オフセット誤差が常に負(すなわち、２つの信号の間の位相差が、好ましい実施形態において常に90°よりも少ない)になるようにすることができる。この場合、図１３に示されるように、補正信号は、一方の信号の倍率変更された形態を他方の信号から減算することによって得ることができる。ここで、理想的な信号Ｉは、信号Ａと同じ位相を有する小さなベクトル量Ｋ4Ａを加算し、その信号から大きな量Ｋ5Ｂを減算することによって得られる。この場合、減算回路が必要である。既に述べたように、小さな量のＫ4Ａは実際にはしばしば無視することができる。
【００５７】
単一の加算回路または単一の減算回路だけを有することが好ましいが(複雑さを最小限にし、コストを低減するために)、本発明は、全てのタイプの位相オフセット誤差を補正するように加算および減算回路の両方を有する可能性を含む。この場合、所定の公称距離は理想的な作動距離と同じになるようにすることができる。この可能性は、既存のリニアモータを再補正するのに有用である。
【００５８】
較正手順中に、プローブヘッド３の不正確な位置決めによってもたらされた誤差を評価または計測することが必要である。これはいくつかの方法で達成することができる。第１の方法は、単に、リニアモータを使用し、信号の間の位相関係を決定するためにホール効果センサＡおよびＢからの信号を解析することである。これは、信号をデジタル化し、位相関係を決定するためにソフトウェアを使用することによって達成することができる。
【００５９】
第２の簡単な方法は、
(i)前記第２のホール効果センサからの信号が実質的に０であるロータ位置を決定するステップと、
(ii)ロータの磁石の全周期性磁極ピッチの４分の１に実質的に等しい量だけステータに対してロータを移動させるステップと、
(iii)前記第１のホール効果センサからの信号を計測するステップと
を実行することである。
【００６０】
好ましい実施形態では、ロータの磁石の周期性磁極ピッチの４分の１に等しい量は12.8mmである。これは90°の位相シフトに対応する。この方法が、他の位相関係(例えば180°)を有するように意図された信号を補正するために使用されることになる場合、それに応じて、ロータがステップ(ii)で移動される量は調整することができる(例えば、ロータの磁石の周期性ピッチの２分の１に)。一般に、ロータがステップ(ii)で移動される量は、ロータを移動する前に第２のホール効果センサで得られた信号と同じ信号を第１のホール効果センサから得るために、ロータを移動する必要があると見込まれるまさにその量である。ゼロ位置は信号が最大の勾配を有する箇所であるので、ゼロ位置は特に便利である。
【００６１】
リニアモータが製造された後、それは使用するための準備が整っており、補正手段がリニアモータの構造体内に組み込まれている場合、ユーザは補正された信号Ａcおよび信号Ｂを出力として受け取るはずである。本明細書で説明された補正手段の結果、これらの信号は適正な位相関係を有するはずである。正確な信号が得られるように補正信号がリニアモータによって実時間で合成されることが理解されよう。本明細書で説明された較正手順は、装置が、使用中に、適正な信号を合成するように使用される。
【００６２】
ホール効果センサを使用することが好ましいが、任意のタイプの磁界検出器も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１のホール効果センサAおよび第２のホール効果センサＢ、ホール効果センサの検出プローブ３、ならびにリニアモータのステータ内の装着凹部２を示す図である。
【図２】本発明によるリニアモータを示す図である。
【図３】図２のリニアモータのホール効果センサから得られる理想的な信号を示す図である。
【図４】本発明によるリニアモータのステータ上で長手方向に離隔された２つのホール効果センサのクローズアップ図である。
【図５】本発明のリニアモータで使用されるホール効果センサの２つの出力信号の間の理想的な位相シフト関係を示すベクトル図である。
【図６】製造/アセンブリ許容差により得られる位相シフトのベクトル図である。
【図７】本発明による補正信号を示す図６のベクトル図の一部のクローズアップを示す図である。
【図８】補正信号Ｃがベクトル成分に分解されている、図７に類似の図である。
【図９】第１のホール効果センサAからの信号がどのように補正されるかを示すブロック図である。
【図１０】本発明による補正手段の回路図である。
【図１１】第１のホール効果センサＡからの信号を補正するために使用することができる代替の補正ベクトルを示すベクトル図である。
【図１２】図１１に示された補正を達成するために使用することができる補正手段のブロック図である。
【図１３】ホール効果センサが非常に接近して装着される場合のベクトル図である。
【図１】
2007520189.tif 000005
【図２】
2007520189.tif 000006
【図３】
2007520189.tif 000007
【図４】
2007520189.tif 000008
【図５】
2007520189.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
2007520189.tif 000012
【図９】
2007520189.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2007520189.tif 000015
【図１２】
2007520189.tif 000016
【図１３】
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【国際調査報告】
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2007520189.tif 000019