(57)【要約】【課題】所定の磁極位置に可動子を引き込むことができるリニアモータの制御装置、及び制御方法を提供する。【解決手段】リニアモータ制御装置は、予め定められた第１の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加した後に、第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を複数のコイルに印加する制御部を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子又は固定子のいずれか一方が複数のコイルを有し、可動子又は固定子のいずれか他方が駆動用磁石を有しているリニアモータの駆動を制御するリニアモータ制御装置であって、
予め定められた第１の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加した後に、前記第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加する制御部
を備えることを特徴とするリニアモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータの制御装置であって、
前記可動子の移動を検出する移動検出部を更に備え、
前記制御部は、
前記第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルにパルス状に印加して、前記可動子が所定の方向に移動した場合には前記第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加し、前記可動子が所定の方向に移動しなかった場合には第１の電気角と９０°異なる第３の電気角であって前記第２の電気角と異なる第３の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加する
ことを特徴とするリニアモータの制御装置。
【請求項３】
可動子又は固定子のいずれか一方が複数のコイルを有し、可動子又は固定子のいずれか他方が駆動用磁石を有しているリニアモータの制御方法であって、
予め定められた第１の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加した後に、前記第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加する制御ステップ
を有することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニア同期モータ（以下、リニモータという。）は、可動子又は固定子のいずれか一方に設けられている複数のコイルと、可動子又は固定子のいずれか他方に設けられている駆動用磁石との相対的な位置関係(磁極位置)に応じた通電をしないと、リニアモータの推力定数に応じた推力を発生させることができない。
【０００３】
そこで、リニアモータの駆動を開始する際には、固定子に対する可動子の位置を把握する必要がある。例えば、モータの駆動を開始する際に、予め定められた電気角に対応する電流を一定時間、モータに印加することで当該電気角に可動子を引き込むこと（直流励磁）が行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−０１５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、予め定められた電気角に対して１８０°ずれた磁極位置に可動子が位置している場合には、当該電気角に対応する電流をモータに印加しても推力を発生することができず、可動子を引き込むことができない。また、可動子が位置する磁極位置（電気角）によっては、電流を印加しても可動子を引き込むための推力が発生せず、可動子を引き込むことができないことがある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、所定の磁極位置に可動子を引き込むことができるリニアモータの制御装置、及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、可動子又は固定子のいずれか一方が複数のコイルを有し、可動子又は固定子のいずれか他方が駆動用磁石を有しているリニアモータの駆動を制御するリニアモータ制御装置であって、予め定められた第１の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加した後に、前記第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加する制御部を備えることを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【０００８】
また、本発明は、可動子又は固定子のいずれか一方が複数のコイルを有し、可動子又は固定子のいずれか他方が駆動用磁石を有しているリニアモータの制御方法であって、予め定められた第１の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加した後に、前記第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を前記複数のコイルに印加する制御ステップを有することを特徴とする制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１の電気角と１８０°異なる電気角の磁極位置に可動子があったとしても、当該電気角の磁極位置にある可動子に対して第１の電気角と９０°異なる第２の電気角に対応する電圧を複数のコイルに印加することで、より大きい推力を可動子に作用させることができ、所定の磁極位置に可動子を引き込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるリニアモータ装置１の構成例を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態におけるリニアモータ１０の斜視図（一部断面図）である。
【図３】同実施形態におけるコイルホルダ１０５に保持されたコイルユニットを示す斜視図である。
【図４】同実施形態におけるリニアモータ１０のマグネット１０３とコイル１０４の位置関係を示す図である。
【図５】同実施形態におけるリニアモータ制御装置２０が行う初期化処理を示すフローチャートである。
【図６】変形例におけるリニアモータ制御装置２０が行う初期化処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るリニアモータの制御装置、及び制御方法を説明する。図１は、本実施形態におけるリニアモータ装置１の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示されているように、リニアモータ装置１は、ロッドタイプのリニアモータ１０と、リニアモータ１０を制御するリニアモータ制御装置２０とを備えている。
【００１２】
図２は、本実施形態におけるリニアモータ１０の斜視図（一部断面図）である。リニアモータ１０は、固定子としてのコイル収容ケース１０２に対して、可動子としてのロッド１０１が軸線方向に移動する。コイル収容ケース１０２内には、コイルホルダ１０５に保持された複数のコイル１０４が積層（配列）されている。コイル収容ケース１０２の両端面それぞれには、エンドケース１０９が取り付けられている。エンドケース１０９には、ロッド１０１の直線運動を案内するための軸受けであるブッシュ１０８が取り付けられている。
【００１３】
ロッド１０１は、例えばステンレス等の非磁性材からなり、パイプのように中空の空間を有する。ロッド１０１の中空空間には、円柱状の複数のマグネット１０３（セグメント磁石）が駆動用磁石として互いに同極を対向させて積層されている。すなわち各マグネット１０３は、隣接するマグネット１０３の一方とＮ極同士を対向させ、隣接するマグネット１０３の他方とＳ極同士を対向させて積層されている。マグネット１０３の間には、例えば鉄等の磁性体からなるポールシュー１０７（磁極ブロック）が介在されている。
【００１４】
ロッド１０１は、積層されたコイル１０４内を貫通するとともに、コイル収容ケース１０２に軸線方向に移動可能に支持されている。また、ロッド１０１の両端にはエンドストッパ１１０が取り付けられており、ロッド１０１が可動範囲を超えて移動しないようになっている。
【００１５】
２つのエンドケース１０９のうちいずれか一方には、磁気センサ１１２が取り付けられている。磁気センサ１１２は、ロッド１０１から所定の間隔を隔ててエンドケース１０９に取り付けられている。磁気センサ１１２は、ロッド１０１内に積層されているマグネット１０３の磁界を検出する。磁気センサ１１２は、ロッド１０１が軸方向に移動することにより生じる磁界の変化に応じた信号をリニアモータ制御装置２０に出力する。例えば、磁気センサ１１２に異方性磁気抵抗を用いたＡＭＲ（Anisotropic-Magneto-Resistance）センサが用いられ、ロッド１０１内のマグネット１０３による磁束線の変化を検出する。
【００１６】
図３は、本実施形態におけるコイルホルダ１０５に保持されたコイルユニットを示す斜視図である。同図に示されるように、コイル１０４は銅線を螺旋状に巻いたもので、コイルホルダ１０５に保持されている。すなわち、複数のコイル１０４は、ロッド１０１のマグネット１０３が配列されている方向を中心として、ロッド１０１の外周に沿って銅線が巻かれたものであり、各コイル１０４がマグネット１０３の配列されている方向と同じ方向に配列されている。
【００１７】
隣接するコイル１０４を絶縁させる必要があるので、コイル１０４間にはリング状の樹脂製スペーサ１０５ａが介在される。コイルホルダ１０５上にはプリント基板１０６が設けられる。コイル１０４の巻線の端部１０４ａは、プリント基板１０６に結線される。
【００１８】
本実施形態では、コイル１０４及びコイルホルダ１０５を金型にセットし、溶融した樹脂又は特殊セラミックスを金型内に注入するインサート成形によって、コイル収容ケース１０２をコイル１０４と一体に成形する。図２に示されるように、コイル収容ケース１０２には、コイル１０４の放熱性を高めるためにフィン１０２ａが複数形成される。なお、コイルホルダ１０５に保持されたコイル１０４をアルミ製のコイル収容ケース１０２に収納し、コイル１０４とコイル収容ケース１０２との間のすきまを接着剤で埋めて、コイル１０４及びコイルホルダ１０５をコイル収容ケース１０２に固定してもよい。
【００１９】
なお、リニアモータ１０のロッド１０１の両端それぞれにエンドストッパ１１０が設けられた構成例を図１及び図２に示したが、エンドストッパ１１０を設けずともよい。
【００２０】
図４は、本実施形態におけるリニアモータ１０のマグネット１０３とコイル１０４の位置関係を示す図である。ロッド１０１内の中空空間には、円柱状の複数のマグネット１０３（セグメント磁石）が互いに同極が対向するように配列される。コイル１０４は３つでＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルとなる。一組の三相コイルを複数組み合わせて、コイルユニットが構成される。Ｕ・Ｖ・Ｗ相の三相に分けた複数のコイル１０４に１２０°ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイル１０４の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド１０１は、駆動用磁石としての各マグネット１０３が生じさせている磁界と、移動磁界との作用により推力を得て、移動磁界の速さに同期してコイル１０４に対して相対的に直線運動を行う。
【００２１】
図１に戻って、リニアモータ制御装置２０の構成について説明する。リニアモータ制御装置２０は、制御部２０１、電力変換器２０２、変流器２０３、及び、位置検出部２０４を備えている。
【００２２】
制御部２０１は、上位の装置から制御開始信号が入力されると、リニアモータ１０の可動子であるロッド１０１を所定の磁極位置に移動させる初期化処理を行う。また、制御部２０１は、上位の装置から入力される位置指令信号と、リニアモータ１０のＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に流れる電流値とに基づいて、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する電圧を算出する。制御部２０１は、算出した電圧を示す電圧指令信号を電力変換器２０２に出力する。
【００２３】
電力変換器２０２は、制御部２０１から入力される電圧指令信号に応じた電圧をリニアモータ１０のＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する。変流器２０３は、電力変換器２０２とリニアモータ１０とを接続している電力線に取り付けられており、当該電力線に流れている電流値を測定し、測定結果を制御部２０１に出力する。
【００２４】
位置検出部２０４は、リニアモータ１０に備えられている磁気センサ１１２から出力される信号に基づいて、ロッド１０１の移動量を示す情報を制御部２０１に出力する。位置検出部２０４は、初期化処理によりロッド１０１の磁極位置（電気角）が定まると、磁気センサ１１２から出力される信号に基づいてロッド１０１の移動量を測定するインクリメンタル式のエンコーダとして機能する。
【００２５】
図５は、本実施形態におけるリニアモータ制御装置２０が行う初期化処理を示すフローチャートである。
制御部２０１は、例えばリニアモータ装置１に対して電力の供給が開始された後などに、制御開始信号が入力されると、予め定められた所定の磁極位置（電気角α）にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じた電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する（ステップＳ１１）。すなわち、リニアモータ制御装置２０は電気角αの直流励磁をリニアモータ１０に対して行う。
【００２６】
続いて、制御部２０１は、制御部２０１は、電気角（α＋９０°）の磁極位置にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じた電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する（ステップＳ１２）。リニアモータ制御装置２０は電気角（α＋９０°）の直流励磁をリニアモータ１０に対して行い、初期化処理を終了する。
【００２７】
以上のように、本実施形態におけるリニアモータ制御装置２０は、電気角αの直流励磁を行った後に、電気角（α＋９０°）の直流励磁を再度行う。電気角（α＋９０°）の直流励磁は、電気角α及び電気角（α＋１８０°）、又はその近傍の磁極位置に位置するロッド１０１に対して最も大きい推力を作用させることができるので、電気角αの直流励磁を行った際の推力よりも大きい推力でロッド１０１を引き込むことができる。
【００２８】
これにより、初期化処理を行うときに、電気角（α＋１８０°）又は電気角（α＋１８０°）の近傍にロッド１０１が位置し、電気角αの磁極位置にロッド１０１を引き込むことができなくても、２回目の直流励磁により電気角（α＋９０°）の磁極位置にロッド１０１を引き込むことができる。その結果、初期化処理を終了した際には、ロッド１０１が電気角（α＋９０°）の磁極位置に移動しているので、制御部２０１は、ロッド１０１の磁極位置を把握した上でリニアモータ１０の制御を行うことができ、リニアモータ１０の推力定数に応じた推力を発生させることができる。
【００２９】
なお、ステップＳ１２における電気角（α＋９０°）の直流励磁に代えて、電気角（α−９０°）の直流励磁を行うようにしてもよい。この場合においても、電気角（α＋９０°）の直流励磁を行うときと同様に、電気角α及び電気角（α＋１８０°）、又はその近傍の磁極位置に位置するロッド１０１に対して最も大きい推力を作用させることができるので、電気角αの直流励磁を行った際の推力よりも大きい推力でロッド１０１を引き込むことができる。
【００３０】
＜変形例＞
図５において示した本実施形態の初期化処理を以下のように変更してもよい。図６は、変形例におけるリニアモータ制御装置２０が行う初期化処理を示すフローチャートである。
制御部２０１は、例えばリニアモータ装置１に対して電力の供給が開始された後などに、制御開始信号が入力されると、予め定められた所定の磁極位置（電気角α）にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じた電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する（ステップＳ２１）。すなわち、リニアモータ制御装置２０は電気角αの直流励磁をリニアモータ１０に対して行う。
【００３１】
続いて、制御部２０１は、電気角（α＋９０°）に対応する磁極位置にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を微小時間印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じたパルス状の電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加してパルス電流励磁を行う（ステップＳ２２）。
【００３２】
制御部２０１は、位置検出部２０４から入力される信号に基づいて、ステップＳ２２におけるパルス電流励磁により所定の方向（＋方向）にロッド１０１（可動子）が移動したか否かを判定する（ステップＳ２３）。
【００３３】
ロッド１０１が所定の方向に移動していなかった場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御部２０１は、電気角（α−９０°）の磁極位置にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じた電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する（ステップＳ２４）。リニアモータ制御装置２０は電気角（α−９０°）の直流励磁をリニアモータ１０に対して行い、初期化処理を終了する。
【００３４】
一方、ロッド１０１が所定の方向に移動していた場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、制御部２０１は、電気角（α＋９０°）に対応する磁極位置にロッド１０１を引き込むように、Ｕ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に電圧を印加する電圧指令信号を電力変換器２０２に入力する。電力変換器２０２は、入力される電圧指令信号に応じた電圧をＵ・Ｖ・Ｗ相それぞれのコイル１０４に印加する（ステップＳ２５）。リニアモータ制御装置２０は電気角（α＋９０°）の直流励磁をリニアモータ１０に対して行い、初期化処理を終了する。
【００３５】
以上のように、本実施形態におけるリニアモータ制御装置２０は、電気角αの直流励磁を行った後に、電気角（α＋９０°）又は電気角（α−９０°）の直流励磁を再度行う。電気角（α＋９０°）又は電気角（α−９０°）の直流励磁は、電気角α及び電気角（α＋１８０°）又はその近傍の磁極位置に位置するロッド１０１に対して最も大きい推力を作用させることができるので、電気角αの直流励磁を行った際の推力よりも大きい推力でロッド１０１を引き込む。
【００３６】
これにより、初期化処理を行うときに、電気角（α＋１８０°）又は電気角（α＋１８０°）の近傍にロッド１０１が位置し、電気角αの磁極位置にロッド１０１を引き込むことができなくても、２回目の直流励磁により電気角（α＋９０°）又は電気角（α−９０°）の磁極位置にロッド１０１を引き込むことができる。その結果、初期化処理を終了した際には、ロッド１０１が電気角（α＋９０°）又は電気角（α−９０°）の磁極位置に移動しているので、制御部２０１は、ロッド１０１の磁極位置を把握した上でリニアモータ１０の制御を行うことができ、リニアモータ１０の推力定数に応じた推力を発生させることができる。
【００３７】
例えば、リニアモータ１０を鉛直方向に設置して利用する際、電気角が０°から３６０°に増加する方向が鉛直方向の下向きとなるようにリニアモータ１０が設置され、位置検出部２０４が検出する所定の方向（＋方向）が鉛直方向の上向きになっている場合には、リニアモータ１０のロッド１０１を初期化処理において常に上向きに移動させ、ロッド１０１の磁極位置を把握することができる。リニアモータ１０を産業用ロボットなどのピック・アンド・プレース装置の駆動部分に用いる場合には、下向きに移動させると他の装置やワークに干渉することがあるため、前述のように上向きにロッド１０１を移動させる初期化処理を行うことにより、ロッド１０１の磁極位置を正確に把握することができる。
【００３８】
なお、図６に示したフローチャートのステップＳ２２における電気角（α＋９０°）に代えて、電気角（α−９０°）としてもよい。この場合、ステップＳ２４では電気角（α＋９０°）に直流励磁をし、ステップＳ２５では電気角（α−９０°）に直流励磁をすることになる。
【００３９】
上述のリニアモータ制御装置２０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した初期化処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
モータを駆動する際に、可動子の磁極位置を把握することが不可欠な用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…リニアモータ、２０…リニアモータ制御装置、２０１…制御部、２０４…位置検出部
【図１】
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【図２】
2015027190.tif 000004
【図３】
2015027190.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015027190.tif 000007
【図６】
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