(57)【要約】【課題】低コストである回転型位置センサを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出方法の提供。【解決手段】界磁用磁石のＮ／Ｓ極を交互に列設した固定子部（図示せず）と、固定子部に対向して設けられた電機子１と、電機子１近傍に界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石の極を検出する磁極センサ５とを備え、その検出結果に応じて電機子１に流す電流を制御して、電機子１が移動すべくなしてあるリニア同期モータにより移動する移動体（図示せず）の位置を検出する位置検出方法。移動体の移動に応じて回転する回転部を備え、回転部の回転量に基づき移動体の位置を検出する位置センサ７，１６と、磁極センサ５の検出結果が反転する回数を計数する手段１１とを用意し、計数する手段１１が所定回数を計数する都度、その所定回数に基づき、位置センサ７，１６の検出位置を補正する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用磁石のＮ極及びＳ極を交互に列設した固定子部と、該固定子部に対向して設けられた電機子と、該電機子近傍に前記界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石のＮ極又はＳ極を検出する磁極センサとを備え、該磁極センサの検出結果に応じて前記電機子に流す電流を制御して、前記電機子が移動すべくなしてあるリニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出方法において、
前記移動体の移動に応じて回転する回転部を備え、該回転部の回転量に基づき前記移動体の位置を検出する位置センサと、前記磁極センサの検出結果が反転する回数を計数する手段とを用意し、該手段が所定回数を計数する都度、該所定回数に基づき、前記位置センサの検出位置を補正することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
界磁用磁石のＮ極及びＳ極を交互に列設した固定子部と、該固定子部に対向して設けられた電機子と、該電機子近傍に前記界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石のＮ極又はＳ極を検出する磁極センサとを備え、該磁極センサの検出結果に応じて前記電機子に流す電流を制御して、前記電機子が移動すべくなしてあるリニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出装置において、
前記移動体の移動に応じて回転する回転部を有し、該回転部の回転量に基づき前記移動体の位置を検出する位置センサと、前記磁極センサの検出結果が反転する回数を計数する手段と、該手段が所定回数を計数する都度、該所定回数に基づき、前記位置センサの検出位置を補正する手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
前記位置センサはロータリエンコーダである請求項２記載の位置検出装置。
【請求項４】
リニア同期モータにより移動する移動体の位置を、外部から与えられた又は予め設定された指令位置に一致させるべく、前記リニア同期モータの電機子に流す電流を制御する位置制御装置において、
請求項２又は３に記載された位置検出装置を備え、該位置検出装置が検出した位置を前記指令位置に一致させるべくなしてあることを特徴とする位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出方法、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出装置、及びリニア同期モータにより移動する移動体の位置を制御する位置制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リニア同期モータを効率よく駆動する為には、固定子に対する可動子の位置を正確に把握しなければならない。
特許文献１には、固定子に対する可動子の位置を検出する為の位置センサとして、リニアエンコーダを用いたリニアＤＣブラシレスモータが開示されている。リニアエンコーダは、固定子を固定支持する固定基部にリニアスケールを設け、可動子に設けられたセンサ可動部がリニアスケール沿って対向移動する構成となっている。
【０００３】
また、位置センサと磁極センサとを併用することにより、固定子に対する可動子の位置を検出するだけでなく、界磁鉄心の磁極がＮ極又はＳ極の何れであるかをも検出し、検出した可動子の位置と、界磁鉄心の磁極とに基づいて電機子巻線に流れる電流の周波数、振幅及び位相を制御する為のリニア同期モータのエンコーダが、特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−５１７５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９４１８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されているように、リニアモータに、位置センサとしてリニアエンコーダを用いる場合、固定子の略全長に亘ってリニアスケールを設ける為、リニアスケールの設置及びクリアランスの調整に長時間を要するだけでなく、リニアスケールが長尺になる程コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているように、リニア同期モータにおいて、固定子に対する可動子の位置と移動速度とを検出する為の位置検出フォト・インタラプタと、界磁鉄心の磁極を検出する為の磁極検出フォト・インタラプタとをそれぞれ所定のピッチで、可動子が往復移動する全行程に亘って設置すると、施工に工数がかかり、可動子の移動行程が長くなる程コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
一方、可動子の移動に応じて回転板が回転するように、可動子側に設けられたロータリエンコーダを位置センサとして用いる場合は、リニアエンコーダを用いる場合に比べて、構成が簡単で取り付けが容易である為、低コストである。
しかし、ロータリエンコーダは、可動子の直線運動を回転運動に変換して回転板に伝達する為の、可動子の移動に伴って固定子との摩擦力で転動するプーリが、固定子との間ですべることがあり、出力されるべきパルスが抜け、所定距離当たりの移動により検出されるべきパルス数に誤差が生じるという問題がある。また、経年劣化によりプーリの径が変化して、位置検出精度が低下するという問題もある。
固定子とのすべりを解消する為に、プーリに代えてラック・ピニオン等を使用することも考えられるが、設置する為に時間及びコストがかかる他、バックラッシュ騒音が発生するという問題もある。
【０００８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、低コストである回転型位置センサを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出方法を提供することを目的とする。
第２発明では、低コストである回転型位置センサを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出装置を提供することを目的とする。
第３発明では、低コストであるロータリエンコーダを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出装置を提供することを目的とする。
第４発明では、請求項２又は３に記載された位置検出装置を備えて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を制御する位置制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る位置検出方法は、界磁用磁石のＮ極及びＳ極を交互に列設した固定子部と、該固定子部に対向して設けられた電機子と、該電機子近傍に前記界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石のＮ極又はＳ極を検出する磁極センサとを備え、該磁極センサの検出結果に応じて前記電機子に流す電流を制御して、前記電機子が移動すべくなしてあるリニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出方法において、前記移動体の移動に応じて回転する回転部を備え、該回転部の回転量に基づき前記移動体の位置を検出する位置センサと、前記磁極センサの検出結果が反転する回数を計数する手段とを用意し、該手段が所定回数を計数する都度、該所定回数に基づき、前記位置センサの検出位置を補正することを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る位置検出装置は、界磁用磁石のＮ極及びＳ極を交互に列設した固定子部と、該固定子部に対向して設けられた電機子と、該電機子近傍に前記界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石のＮ極又はＳ極を検出する磁極センサとを備え、該磁極センサの検出結果に応じて前記電機子に流す電流を制御して、前記電機子が移動すべくなしてあるリニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する位置検出装置において、前記移動体の移動に応じて回転する回転部を有し、該回転部の回転量に基づき前記移動体の位置を検出する位置センサと、前記磁極センサの検出結果が反転する回数を計数する手段と、該手段が所定回数を計数する都度、該所定回数に基づき、前記位置センサの検出位置を補正する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第１発明に係る位置検出方法及び第２発明に係る位置検出装置では、リニア同期モータは、固定子部が界磁用磁石のＮ極及びＳ極を交互に列設してあり、電機子が固定子部に対向して設けられている。リニア同期モータは、磁極センサが電機子近傍に界磁用磁石と対向して設けられ、対向する界磁用磁石のＮ極又はＳ極を検出し、磁極センサの検出結果に応じて電機子に流す電流を制御して、電機子が移動するように構成してあり、このリニア同期モータにより移動する移動体の位置を検出する。移動体の移動に応じて回転する回転部を有する位置センサが、回転部の回転量に基づき移動体の位置を検出し、計数する手段が、磁極センサの検出結果が反転する回数を計数する。補正する手段は、計数する手段が所定回数を計数する都度、その所定回数に基づき、位置センサの検出位置を補正する。
【００１２】
これにより、低コストである回転型位置センサを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出方法及び位置検出装置を実現することが出来る。
【００１３】
第３発明に係る位置検出装置は、前記位置センサはロータリエンコーダであることを特徴とする。
【００１４】
この位置検出装置では、位置センサはロータリエンコーダであるので、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る低コストの位置検出装置を実現することが出来る。
【００１５】
第４発明に係る位置制御装置は、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を、外部から与えられた又は予め設定された指令位置に一致させるべく、前記リニア同期モータの電機子に流す電流を制御する位置制御装置において、請求項２又は３に記載された位置検出装置を備え、該位置検出装置が検出した位置を前記指令位置に一致させるべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
この位置制御装置では、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を、外部から与えられた又は予め設定された指令位置に一致させるべく、リニア同期モータの電機子に流す電流を制御する。請求項２又は３に記載された位置検出装置が検出した位置を指令位置に一致させるように構成してある。
これにより、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く制御出来る低コストの位置制御装置を実現することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る位置検出方法、位置検出装置及び位置制御装置の実施の形態である、リニア同期モータにより移動する移動体の位置検出装置及び位置制御装置の外形を模式的に示す斜視図である。この位置制御装置は、扁平なレール形状の２次側磁石プレート２の上にＮ極及びＳ極の永久磁石３が交互に１列に列設されて、リニア同期モータの固定子部を形成している。リニア同期モータの可動子部として、永久磁石３に対向してその上方に適長離隔して、直方体形状のリニアモータコイル１（電機子）が、長手方向を永久磁石３の列方向に合わせて設けられている。
【００１８】
リニアモータコイル１の近傍には、永久磁石３に対向して同様に、磁極センサ５が設けられ、磁極センサ５は、ホール素子を有しており、永久磁石３の磁束の向き（Ｎ極／Ｓ極）を検出する。
リニアモータコイル１の側面には、ロータリエンコーダ７（位置センサ）が設けられ、ロータリエンコーダ７は、２次側磁石プレート２との摩擦力により転動するプーリ６を有し、プーリ６が回転することにより作動する。
【００１９】
磁極センサ５及びロータリエンコーダ７の検出結果は、それぞれケーブルによりサーボアンプ８に与えられ、サーボアンプ８からは、電力用ケーブルにより３相交流電力がリニアモータコイル１に供給されている。
リニアモータコイル１、磁極センサ５及びロータリエンコーダ７は、このリニア同期モータにより移動する移動体１５の下方に設けられている。尚、移動体１５の車輪は図示を省略している。
【００２０】
図２は、本発明に係る位置検出方法、位置検出装置及び位置制御装置の実施の形態である、リニア同期モータにより移動する移動体の位置検出装置及び位置制御装置の要部構成を示すブロック図である。この位置制御装置は、ロータリエンコーダ７が出力したパルスが、速度制御部１４及び積算部１６（位置センサ）に与えられる。積算部１６は、与えられたパルスを積算し、移動体１５の位置データ（移動距離データ）として、位置補正部１２に与える。速度制御部１４は、与えられたパルスの所定時間当たりの個数に基づき、移動体１５の速度を算出し、予め設定された速度との差を算出し、その差を解消すべく、リニアモータコイル１に流す電流の周波数を算出する。
【００２１】
ロータリエンコーダ７は、図３に示すように、ハブ２０に取り付けられた回転ディスク２１（回転板）の周辺部が、多数のスリットが等間隔に設けられたスリット部２２となっている。スリット部２２に対向する位置に固定スリット２４が設けられ、スリット部２２の固定スリット２４と反対側の近傍には、ＬＥＤ２３が設けられている。ＬＥＤ２３が出力した光の内、スリット部２２のスリット及び固定スリット２４を透過した光を受光するように、フォトダイオード２５が設けられている。
ハブ２０には、プーリ６（図１）が連結されており、プーリ６の回転に連動して、回転ディスク２１及びスリット部２２が回転し、その回転により固定スリット２４をスリット部２２のスリットが横切る都度、フォトダイオード２５がパルスを出力するようになっている。
【００２２】
磁極センサ５が検出した検出結果は、電流位相部９及びカウンタ回路１１（計数する手段）に与えられる。電流位相部９は、与えられた検出結果に基づき、リニアモータコイル１に流す電流の位相を決定し、電流制御部１０に通知する。カウンタ回路１１は、与えられた検出結果が反転する回数を計数し、所定回数を計数したときは、位置補正部１２に通知する（割り込み）。
位置補正部１２は、積算部１６から与えられた積算パルス数を、カウンタ回路１１からの通知に基づき補正し、補正した積算パルス数と、内蔵するデータテーブル１２ａに設定された時刻毎のパルス数（位置データ）との差を求め、位置制御部１３に与える。
【００２３】
位置制御部１３は、与えられた差に基づき、リニアモータコイル１に流すべき電流値を算出し、速度制御部１４に与える。速度制御部１４は、与えられた電流値と、上述した周波数とを電流制御部１０に与える。電流制御部１０は、与えられた電流値及び周波数の電流をリニアモータコイル１に流すように制御する。
上述した速度制御部１４、積算部１６、位置補正部１２、電流位相部９、カウンタ回路１１、電流制御部１０及び位置制御部１３は、サーボアンプ８（図１）を構成している。また、ロータリエンコーダ７、磁極センサ５、積算部１６、位置補正部１２及びカウンタ回路１１は、位置検出装置を構成している。
【００２４】
以下に、このような構成の位置制御装置の動作を、それを示す図４，５のフローチャートを参照しながら説明する。
この位置制御装置の位置補正部１２は、先ず、ロータリエンコーダ７の積算した出力パルス数を積算部１６から読み込み（Ｓ１）、次いで、時刻Ｔを計時する（Ｓ２）。
位置補正部１２は、次に、計時した時刻Ｔにおける設定位置を示す設定パルス数をデータテーブル１２ａから読み出し（Ｓ３）、読み出した設定パルス数と、読み込んだ積算出力パルス数（Ｓ１）との差を算出する（Ｓ４）。
【００２５】
位置制御部１３は、位置補正部１２が算出した差（Ｓ４）に応じて、その差を解消する為の電流値を算出して出力し、速度制御部１４を通じて、電流制御部１０に与える（Ｓ５）。
電流制御部１０は、与えられた電流値、周波数（速度制御部１４から）及び位相（電流位相部９から）に応じた電流をリニアモータコイル１に通流させて（Ｓ６）リターンする。
【００２６】
上述した位置制御動作に並行して、カウンタ回路１１は、磁極センサ５の検出結果が反転した回数を計数し、所定の回数（例えば、１，２‥‥）を計数したときに、位置補正部１２に割り込みをかける。
位置補正部１２は、割り込みがかかると、前回補正して記憶してある積算出力パルス数を読み出し（Ｓ１０）、読み出したパルス数に、カウンタ回路１１が計数した所定回数に応じたパルス数を加算する（Ｓ１１）。
【００２７】
例えば、永久磁石のピッチが３０ｍｍであれば、磁極センサ５の出力結果は、移動体１５が３０ｍｍ移動する都度反転し、カウンタ回路１１からは、図６（ａ）に示すように、割り込みパルスが出力される（所定回数１の場合）。ロータリエンコーダ７は、例えば、移動体１５が０．１ｍｍ移動する都度、パルスを出力するとすれば、カウンタ回路１１から割り込みがかかってから、次にかかる迄の間に、３００個のパルスを出力する筈である。
実際には、図６（ｂ）に示すように、プーリ６及び２次側磁石プレート２間のすべりにより、３００個に達していないときがあるが、割り込みがかかる都度、前回補正して記憶してある積算出力パルス数に３００個を加算することにより、すべりによる誤差を補正することが出来る。
【００２８】
尚、磁極センサ５の出力結果は、図７（ａ）に示すように、磁極センサ５が検出する磁石の磁束密度が変化し、振幅が変化しても、位相は、図７（ｂ）に示すようにずれることがない。また、永久磁石３の取付精度にばらつきがあっても、検出を繰り返すことにより、ばらつきが相殺され、位置制御（位置決め制御）の精度には影響しない。従って、磁極センサ５の出力結果は、安定した良好な位置精度で反転することが出来る。
【００２９】
位置補正部１２は、読み出したパルス数に、カウンタ回路１１が計数した所定回数に応じたパルス数を加算した（Ｓ１１）後、加算後の積算出力パルス数を記憶し（Ｓ１２）、加算後の積算出力パルス数により積算部１６の積算出力パルス数を置換し（Ｓ１３）リターンする。
尚、上述したロータリエンコーダ７に代えて、レゾルバのような回転型のエンコーダを用いても、同様の効果を得ることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
第１発明に係る位置検出方法及び第２発明に係る位置検出装置によれば、低コストである回転型位置センサを用いて、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る位置検出方法及び位置検出装置を実現することが出来る。
【００３１】
第３発明に係る位置検出装置によれば、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く検出出来る低コストの位置検出装置を実現することが出来る。
【００３２】
第４発明に係る位置制御装置によれば、リニア同期モータにより移動する移動体の位置を精度良く制御出来る低コストの位置制御装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位置検出方法、位置検出装置及び位置制御装置の実施の形態である、リニア同期モータにより移動する移動体の位置検出装置及び位置制御装置の外形を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る位置検出方法、位置検出装置及び位置制御装置の実施の形態である、リニア同期モータにより移動する移動体の位置検出装置及び位置制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】ロータリエンコーダの要部構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る位置制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る位置制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る位置制御装置の動作を示す説明図である。
【図７】磁極センサの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１  リニアモータコイル（電機子）
２  ２次側磁石プレート
３  永久磁石
５  磁極センサ
６  プーリ
７  ロータリエンコーダ（位置センサ）
８  サーボアンプ
９  電流位相部
１０  電流制御部
１１  カウンタ回路（計数する手段）
１２  位置補正部
１２ａ  データテーブル
１３  位置制御部
１５  移動体
１６  積算部（位置センサ）
２０  ハブ
２１  回転ディスク（回転板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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