(57)【要約】  この発明の目的は、永久磁石なしの２次側部分を有する同期リニアモータに簡単な位置測定システムを装備させることにある。このために、永久磁石なしのラック状の２次側部分（Ｓ）の歯構造が移動方向（Ｂ）において位置依存性であることを利用して位置の測定を行う。更に、同期リニアモータに、絶対式および増分式の位置測定システムを装備し、もって絶対式測定システムの粗い分解能を増分式測定システムの微細分解能によって補足する。
2008536468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側部分（Ｐ）と、永久磁石なしのラック状の２次側部分（Ｓ）とを有し、２次側部分（Ｓ）が同期リニアモータの移動方向において所定の歯構造を有する同期リニアモータにおいて、
歯構造を位置信号取得のために無接触にて走査すべく、位置検出装置（Ｌ）が１次側部分（Ｐ）に直接的又は間接的に配置されたことを特徴とする同期リニアモータ。
【請求項２】
位置信号が増分位置信号であることを特徴とする請求項１記載の同期リニアモータ。
【請求項３】
歯構造が、少なくとも移動方向（Ｂ）において位置に依存して変化することを特徴とする請求項１又は２記載の同期リニアモータ。
【請求項４】
歯構造が歯間のスロット（Ｎ）によって規定され、スロット（Ｎ）が移動方向（Ｂ）において異なる深さ（ｈ１、ｈ２、ｈ３）に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項５】
２次側部分（Ｓ）の歯が、移動方向（Ｂ）において異なる形状を有することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項６】
歯構造が、同期リニアモータの移動方向（Ｂ）に対し横方向において位置に依存していることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項７】
同期リニアモータの移動方向（Ｂ）に対し横方向における歯構造が、移動方向（Ｂ）に延びる多数の軌道（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）によって特徴づけられたことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項８】
歯構造が位置に依存したコード化に対応することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項９】
コード化によって２次側部分（Ｓ）における絶対位置が規定されたことを特徴とする請求項８記載の同期リニアモータ。
【請求項１０】
２次側部分（Ｓ）が番号を付与された多数のセクションに区分され、同期リニアモータの１次側部分（Ｐ）にセクションの付与番号の検出のためのセンサ（Ｌ）が取り付けられることによって、同期リニアモータの１次側部分の位置が付与番号と歯構造によって得られた位置情報とから求められることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の同期リニアモータ。
【請求項１１】
１次側部分（Ｐ）と永久磁石なしのラック状の２次側部分（Ｓ）とを有し、２次側部分（Ｓ）に沿って１次側部分（Ｐ）が移動可能である同期リニアモータにおいて、
２次側部分（Ｓ）に取り付けられ又は２次側部分（Ｓ）に一体化された絶対位置情報供給のための尺度装置と、２次側部分（Ｓ）の歯および場合によっては尺度装置の走査による絶対位置情報および増分情報の検出のための位置センサ装置とを含む位置測定システムを備えることにより、位置測定システムによって１次側部分（Ｐ）の絶対位置が絶対位置情報および増分情報に基づいて求められることを特徴とする同期リニアモータ。
【請求項１２】
絶対位置情報が２次側部分の歯構造に含まれていることを特徴とする請求項１１記載の同期リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石なしのラック状の２次側部分を有する同期リニアモータであって、２次側部分が同期リニアモータの移動方向において予め定められた歯構造を有する同期リニアモータに関する。
【０００２】
同期リニアモータの制御された運転のためには、瞬時転流角の決定および／又は位置調節のための位置信号が必要である。この信号は、一般にモータの動作中の部分に関係しない外部の位置測定システムによって得られる。他の公知の解決策では、２次側部分の区間の永久磁石が位置信号用の発信器として使用される。この場合に、しばしばホールセンサが信号取得のために使用される。
【０００３】
しかしながら、外部の位置測定システムは一般に高価であり、機械の動作プロセスによる激しい汚れ等の障害を有する用途の場合には、大きな技術的費用および高いコストでしか実現可能でない。更に、位置信号取得のための２次側部分永久磁石を検出するホールセンサを備えた測定システムは、比較的精度が低く、位置調節には稀にしか適していない。それは、発信器としての２次側部分の機械的および磁気的な公差にある。特に、個々の磁石の寸法および磁気特性における公差は、正弦波又は余弦波の振幅誤差を伴う。更に、２次側部分部分への個々の磁石の位置決め誤差が、測定システムのピッチ誤差を生じる。
【０００４】
本明細書に関して強調しておくに、例えば２次側部分上を１次側部分が移動することのみを記述していても、同期リニアモータの移動は、原理的にモータの１次側部分と２次側部分との間でのあらゆる種類の相対移動である。
【０００５】
本発明の課題は、より簡単にかつより良好に位置を求めることができる同期リニアモータを提供することにある。
【０００６】
この課題は、本発明によれば、１次側部分と、永久磁石なしのラック状の２次側部分とを有し、２次側部分が同期リニアモータの移動方向において予め与えられた歯構造を有する同期リニアモータにおいて、位置信号、特に増分位置信号を取得すべく歯構造を無接触にて走査すべく、位置検出装置を１次側部分に直接的又は間接的に配置することで解決される。この際、歯構造が少なくとも移動方向において位置に依存して変化するとよい。それにより、同期リニアモータの電力変換器運転時の、磁極位置又は転流角の決定および／又は位置のフィードバック制御のための統合位置システムを備えた同期リニアモータを提供可能である。しかしながら、これは２次側部分の非常に正確な製作を必要とする。何故なら、力発生体としてのリニアモータの主目的のためには、最初から正確な測定が可能な微細な公差を持つ２次側部分を製作することが絶対に必要と言う訳ではないからである。
【０００７】
歯構造が歯間のスロットによって規定され、スロットが移動方向において異なる深さで形成されているとよい。磁束センサによりスロット深さが決定される。スロット深さから相応の位置情報を得ることができる。
【０００８】
代替又は追加として、２次側部分の歯が移動方向において異なる形状を有するとよい。これも磁束センサにより確認可能なので、歯形状も位置情報を供給することができる。
【０００９】
特別な実施形態では、歯が同期リニアモータの移動方向に対し横方向において位置に依存した形状を持つ。この際、多数の軌道が同期リニアモータの移動方向において各々それらの歯構造（スロット深さ、歯形状など）を介して位置情報を供給するので、長い区間にわたってもこれら位置情報の組み合わせによって同期リニアモータの位置を比較的正確に求めることができる。
【００１０】
歯構造が位置に依存したコード化に対応することが好ましい。この場合、コード化によって２次側部分における絶対位置を定義するとよい。コード化は２値以上の多値のコード化であるとよい。特にコード化は多数桁であり得る。
【００１１】
リニアモータの長い移動行程の際、２次側部分を番号を付与した多数のセクションに区分し、同期リニアモータの１次側部分にセクションの付与番号の検出のためのセンサを取り付けることで、同期リニアモータの１次側部分の位置を付与番号と歯構造によって得られた位置情報とから求めると好ましい。この方法で絶対位置情報を粗い絶対情報と微細な増分情報とから求め得る。
【００１２】
上述の課題は、次に構成によっても解決される。即ち、１次側部分と永久磁石なしのラック状の２次側部分とを有し、２次側部分に沿って１次側部分が移動可能である同期リニアモータにおいて、２次側部分に取り付けられるか又は２次側部分に一体化された絶対位置情報供給のための測定装置と、２次側部分の歯および場合によっては測定装置の走査による絶対位置情報および増分情報の検出のための位置センサ装置とを含む位置測定システムを備えることにより、位置測定システムによって１次側部分の絶対位置が絶対位置情報および増分情報に基づいて求められる。
【００１３】
即ち本発明では、粗い分解能の絶対発信器システムを微細な分解能の増分システムと組み合わせる。この際、絶対情報を２次側部分の歯構造内に含ませておくと好ましい。
【００１４】
次に添付図面に基づき本発明を更に詳細に説明する。
【００１５】
以下において詳細に説明する実施例は、本発明の有利な実施形態である。
【００１６】
同期リニアモータは原理的に図１に示す構成を持つ。１次側部分Ｐは、ラック状の２次側部分Ｓに対し相対的に直線状に移動する。リニアモータの移動方向Ｂを、図１に二重矢印で示す。永久磁石を１次側部分Ｐに収納している故、２次側部分Ｓは永久磁石なしである。１次側部分Ｐ又はその周辺構造に位置センサＬを固定している。位置センサＬは、２次側部分Ｓを機械的、光学的又は磁気的に捕捉する。この際、２次側部分Ｓの歯にかみ合う歯車センサが有効であることが分かった。この場合、歯車の回転位置を相応に検出できる。このため、一般的な方法では２次側部分を歯車と機械的又は磁気的に関連づける。後者の場合、歯車に磁石を配置し、その内の各１つの磁石を２次側部分の歯と対向させる。これは、２次側部分が２つの機能を持つことを意味する。２次側部分は、一方で力発生のためのモータ部分として役立ち、他方で位置信号取得のための測定器として役立つ。
【００１７】
従って、２次側部分の歯構造を測定器として利用することで、永久磁石なしの２次側部分を持つ永久磁石励磁式の同期リニアモータに、位置測定システムを直接に組み込める。信号取得のため、前述の種々のセンサを使用し、かつ公知の分解能向上技術（例えば補間法）を考慮することができる。
【００１８】
２次側に磁石を用いていないため、機械的、磁気的な公差による誤差は回避できる。精度は、打抜いた２次側部分鋼板を使用することで向上させ得る。この際、比較的短い２次側部分の区間を一体の打抜きの２次側部分鋼板から構成する故、鋼板帯の長さは２次側部分全体に長さに等しい。長さ精度は、高い打抜き精度だけによって与えられる。
【００１９】
長い２次側部分は、その長さを区分する、多数の部分積層鋼板から構成される。測定器の所要のピッチ精度を維持すべく、部分鋼板間の接合部に多数の位置合わせ選択肢が可能である。例えば２次側部分鋼板の適合した打抜きおよび／又は位置決めピンによって位置合わせを達成できる。
【００２０】
２次側部分の歯は、位置決定のための増分発信器として使用できる。しかし、本発明に従い、形状コード化のための歯構造を２次側部分長さにわたって考慮することで、絶対位置発信器としても構成し得る。形状コード化は、センサによって検出可能な種々のスロット深さ又は歯形状によって可能である。
【００２１】
長い区間にわたる形状コード化は、例えば区間幅全体をコード化のために使用することで可能である。このために２次側部分の幅方向で多軌道化すれば、軌道数に応じた多桁のコード化が実現可能であり、この際全ての軌道を力発生および位置測定のために同時に使用せねばならないと言うわけではない。この種の実施例を図２に示す。この例では２次側部分Ｓが３つの平行な２次側部分軌道ＳＰ１、ＳＰ２およびＳＰ３からなる。
【００２２】
形状コード化は、ここではスロット深さに関し行なう。各歯間の深さは、コード値に対応する。図２の例では、コードワードを、全部で３つの２次側部分軌道ＳＰ１、ＳＰ２およびＳＰ３における同期リニアモータの移動方向に対する横方向のスロットＮの深さ範囲に対応する３つのコード値から合成する。各コードワードにより、２次側部分Ｓにおける一義的な位置を確定する。この例では３つの異なるスロット深さｈ１、ｈ２、ｈ３が存在し、これらがスロット情報をもたらす。これらは３桁のコードワードに合成される。
【００２３】
原理的には、所望の桁数のコードワードが生じるよう、２、４、５およびそれよりも多い個数の２次側部分軌道を使用することもできる。２値コードの代わりに、３値、４値およびそれ以上の多値コードも使用でき、その場合には、スロット深さを相応に細かく分け得る。更に、コード化を、例えば歯幅等の歯形状尺度に関して行なってもよい。
【００２４】
２次側部分Ｓは、多軌道の位置センサ（図２には不図示）により捕捉される。この場合に矢印として示す位置センサ軌道ＬＳが生じる。その結果、多軌道位置発信器が実現している。形状コード化の適切な電磁的設計によってモータの力形成が阻害されない。
【００２５】
形状コード化は、絶対位置情報の取得を可能にする。これに対し増分発信器により通過した歯を上向きおよび下向きに数えるので、相対的な位置情報のみが得られる。従って、増分発信器は絶対位置情報の希望に添う。即ち、位置信号取得のため、粗い分解能が形状コード化により得られ、微細分解能が増分測定により得られる。これは、増分発信器の利点が、用途特有の絶対位置検出の必要不可欠性の場合にも利用できることを意味する。
【００２６】
代替的に、増分発信器としての２次側部分が、増分発信器周期の絶対位置の一義的決定のために２次側部分の積層鋼板に固定された絶対位置帯を備え得る。例えば打抜き鋼板により適合化した所謂エンドレスベルトの固定（例えば挟み止め）のための切欠きにて、粗い絶対測定システムを大きな費用なしに実現できる。打抜いた２次側部分の高い精密さに伴い、大きな追加費用なしに、打抜かれた鋼板における合わせ孔を介して位置決めピンによる２次側部分−増分軌道に対する絶対コード帯の位置合わせが可能である。
【００２７】
粗い分解能の絶対値測定システムとして、２次側部分セグメントの付与番号をセンサにより検出するシステムも考え得る。微細分解能は、２次側部分セグメント内における適切な形状コード化を含めて歯センサによってもたらされる。この場合、２次側部分セグメントの番号付与は、絶対的（例えば２次側部分セグメントの永続的に書き込んだ連続番号）又は相対的（例えばセンサの読み／書きヘッドによって運転開始の枠内の基準走行中に書き込んだ個々の２次側部分セグメントの番号付与）であってよい。
【００２８】
例えば同期リニアモータの永久磁石なしの２次側部分の歯状構造に伴うモータインダクタンスの位置依存性を利用する方法でも位置信号を取得できる。この方法では、どの磁極位置にモータが存在するかを認識するためのモータの位置が増分のみでは検出できない。
【００２９】
これは、粗い分解能のための絶対発信器システムを微細分解能のための増分システムと組み合わせ得ることを意味する。形状コード化は絶対発信器としても増分システムとしても使用可能である。
【００３０】
それ故本発明によれば、付加的な走査ユニットを有する同期リニアモータによって、走査ユニットのための付加的な測定器をモータに平行に設置することなしに、増分信号周期内の絶対転流信号情報を有する従来の解決策に比べて頑丈で正確な高分解能の位置測定を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】位置センサを有する同期リニアモータの原理的側面図
【図２】同期リニアモータの本発明による２次側部分の一部の３次元表示図。
【符号の説明】
【００３２】
Ｂ  移動方向、Ｌ  位置センサ、ＬＳ  位置センサ軌道、Ｎ  スロット、Ｐ  １次側部分、Ｓ  ２次側部分、ＳＰ１〜ＳＰ３  ２次側部分軌道、ｈ１〜ｈ３  スロット深さ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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