【手続補正書】
【提出日】平成19年7月25日(2007.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  リニアモータの駆動装置および駆動方法並びにリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】界磁鉄心上の長手方向に向かって交互に極性が異なるように等間隔に並べて配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して対向するように電機子巻線を巻装してなる電機子とを備え、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記界磁極は、前記可動子が前記固定子上を加減速して移動する加減速区間に配置された第１永久磁石と、前記可動子が前記固定子上を一定速度で移動する一定速区間に配置され、かつ、前記第１永久磁石より磁気特性の劣る第２永久磁石より構成され、前記第１永久磁石を配置した加減速区間と前記第２永久磁石を配置した一定速区間との境界に配設した前記可動子の位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器により検出された前記可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを判定する位置検出処理部と、前記位置検出処理部による判定結果に基づいて、前記第２永久磁石を用いることによる推力の低下を補うように前記電機子巻線に流す電流振幅値を増加する推力補正手段と、を備えることを特徴とするリニアモータの駆動装置。
【請求項２】界磁鉄心上の長手方向に向かって交互に極性が異なるように等間隔に並べて配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して対向するように電機子巻線を巻装してなる電機子とを具備し、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行させるリニアモータにおいて、前記界磁極を、前記固定子上を前記可動子が加減速して移動する加減速区間に配置する第１永久磁石と、前記固定子上を前記可動子が一定速度で移動する一定速区間に配置し、かつ、前記第１永久磁石より磁気特性の劣る第２永久磁石より構成するものとし、前記第１永久磁石を配置した加減速区間と前記第２永久磁石を配置した一定速区間との境界に配設した位置検出器により前記可動子の位置を検出し、前記位置検出器により検出された前記可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを位置検出処理部により判定し、前記位置検出処理部による判定結果に基づいて、前記第２永久磁石を用いることによる推力の低下を補うように、推力補正手段により前記電機子巻線に流す電流振幅値を増加することを特徴とするリニアモータの駆動方法。
【請求項３】請求項２記載のリニアモータ駆動方法により駆動されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】請求項３記載のリニアモータを備えたことを特徴とするテーブル送り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ機器の搬送システム、例えば、工作機のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ送り機構などの高速移動、高推力が要求される用途に利用されるリニアモータの駆動装置および駆動方法並びにリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ送り機構などの高速移動、高推力が要求される用途に利用されるリニアモータが提案されている。図５は従来のリニアモータの側面図である。なお、図では、界磁極を固定子に、電機子を可動子とすると共に、電機子を界磁極に対して相対的に走行させるムービングコイル型のリニアモータを例示して説明する。図において、２は平板状の界磁鉄心、１Ａは界磁極を構成する複数の永久磁石であって、界磁鉄心２上の長手方向に向かって交互に極性が異なるように配置すると共に、磁束密度、エネルギー積などの磁気特性に優れた高価で高性能なものが採用されている。３は永久磁石１Ａの磁極面に空隙を介して対向する電機子、４は電機子鉄心であって、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜いてティースと継鉄部を形成してなる電機子鉄板を積層固定したもの、５は電機子巻線であって、界磁鉄心１０の進行方向の全長に渡って、電機子鉄心４のスロット４ａに電機子巻線５を巻装している。このような構成において、リニアモータの可動子を固定子上に沿って１ストローク分移動させるときの推力指令は、図６のようになっている。図６は、従来のリニアモータにおける加減速時の推力の変化を説明する図である。図において、リニアモータは、可動子が固定子上を加速あるいは減速して移動する加減速区間で最大推力を得るように走行することから、可動子が固定子上を一定速度で移動する一定速区間では小さな推力でよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、固定子側の永久磁石１Ａは、大きな推力つまり加減速に必要な推力を基準に選定されているため、加減速区間と同じ性能の磁石を配置している一定速区間の永久磁石１Ａは、費用対効果の面から見ると磁石の性能が十分に活用されていなかった。また、逆に、磁石の性能をあまり問題にせず、加減速区間および一定速区間すべてに安価な永久磁石を採用すると、高推力、高速移動が要求される用途には適用できないという問題があった。また、特に長ストロークが要求される用途のリニアモータの場合には、要求されるストロークの長さに応じて永久磁石の数も多くなり、価格が上がってしまうという問題があった。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安価で高推力、高速移動が可能なリニアモータの駆動装置および駆動方法並びにリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明はリニアモータの駆動装置に関するものであって、界磁鉄心上の長手方向に向かって交互に極性が異なるように等間隔に並べて配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して対向するように電機子巻線を巻装してなる電機子とを備え、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記界磁極は、前記可動子が前記固定子上を加減速して移動する加減速区間に配置された第１永久磁石と、前記可動子が前記固定子上を一定速度で移動する一定速区間に配置され、かつ、前記第１永久磁石より磁気特性の劣る第２永久磁石より構成され、前記第１永久磁石を配置した加減速区間と前記第２永久磁石を配置した一定速区間との境界に配設した前記可動子の位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器により検出された前記可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを判定する位置検出処理部と、前記位置検出処理部による判定結果に基づいて、前記第２永久磁石を用いることによる推力の低下を補うように前記電機子巻線に流す電流振幅値を増加する推力補正手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項２の本発明は、リニアモータの駆動方法に関するものであって、界磁鉄心上の長手方向に向かって交互に極性が異なるように等間隔に並べて配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して対向するように電機子巻線を巻装してなる電機子とを具備し、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行させるリニアモータにおいて、前記界磁極を、前記固定子上を前記可動子が加減速して移動する加減速区間に配置する第１永久磁石と、前記固定子上を前記可動子が一定速度で移動する一定速区間に配置し、かつ、前記第１永久磁石より磁気特性の劣る第２永久磁石より構成するものとし、前記第１永久磁石を配置した加減速区間と前記第２永久磁石を配置した一定速区間との境界に配設した位置検出器により前記可動子の位置を検出し、前記位置検出器により検出された前記可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを位置検出処理部により判定し、前記位置検出処理部による判定結果に基づいて、前記第２永久磁石を用いることによる推力の低下を補うように、推力補正手段により前記電機子巻線に流す電流振幅値を増加することを特徴とするものである。
また、請求項３の本発明は、請求項２記載のリニアモータ駆動方法により駆動されるリニアモータを特徴としている。
また、請求項４の本発明は、請求項３記載のリニアモータを備えたテーブル送り装置を特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例を示すリニアモータ駆動装置のブロック図である。なお、本発明における構成要素が、従来と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図において、１Ｂは第２永久磁石、６は位置検出器、７は位置検出処理部、８はＣＰＵ、９はＤ／Ａコンバータ、１０はパワーアンプである。
なお、従来技術で示した永久磁石１Ａを第１の永久磁石とする。
本発明が従来と異なる点は以下のとおりである。
界磁極を、可動子が固定子上を加減速して移動する加減速区間に配置された第１永久磁石１Ａと、可動子が固定子上を一定速度で移動する一定速区間に配置され、かつ、第１永久磁石１Ａより磁束密度あるいはエネルギー積などの磁気特性が劣る第２永久磁石１Ｂより構成した点である。また、第１永久磁石１Ａを配置した加減速区間と第２永久磁石１Ｂを配置した一定速区間との境界に可動子の位置を検出する位置検出器６を配設し、位置検出器６の後段に位置検出器６により検出された可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを判定する位置検出処理部７を設けてある。さらに、位置検出処理部７による判定結果に基づいて、第２永久磁石１Ｂを用いることによる推力の低下を補うように、電機子巻線５に流す電流振幅値を増加するための手段、すなわち、ＣＰＵ８とＤ／Ａコンバータ９と、パワーアンプ１０とよりなる推力補正手段１１と、を備えた点である。ここで、ＣＰＵ８は、すべての永久磁石に第１永久磁石１Ａを使用したときの推力定数を記憶すると共に、また、第２永久磁石１Ｂを使用したときの推力定数を記憶しており、位置検出処理部７からの判定結果で一定速送りと判定されると、推力定数の低下（推力差）を補うように演算し、電流振幅値を増加させる指令をＤ／Ａコンバータ９に送るようになっている。パワーアンプ１０は、Ｄ／Ａコンバータ９により、ＣＰＵ８からの指令信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換して得られた信号を用いて、リニアモータの電機子巻線５に流す電流振幅値を増加する機能を有している。
【０００６】
次に、動作について説明する。
可動子である電機子３が一方の加減速区間から始動して一定即区間を経由した後、他方の減速区間で静止するというくり返し往復運動を行う時、可動子が第１永久磁石１Ａと第２永久磁石１Ｂの境界に達すると可動子の位置が位置検出器６により検出される。位置検出処理部７において、可動子が一定速送りと判定されると、推力定数の低下を補うように演算し、電流値を増加させる指令をＣＰＵ８に送り、Ｄ／Ａコンバータ９を介して、デジタル信号をアナログ信号に変換した後、パワーアンプ１０により電機子巻線５に流す電流振幅値を増加させる。また、可動子が加減速運動と判定されると、第１永久磁石１Ａの推力定数による演算により電流値の指令をＣＰＵ８に送り、Ｄ／Ａコンバータ９、パワーアンプ１０を介してリニアモータを加減速させる。ここで、可動子が一定速送りと判定されたときに、推力定数の低下を補うように演算する場合は、図２に示すようになっている。
図２は、リニアモータ駆動装置を１ストローク分加減速移動させたときの推力変化を示した図である。また、図２の場合における時間変化に対する可動子の移動速度の形態を図３に示す。
図において、縦軸が推力の大きさで、横軸が時間及び始動位置からの距離を示している。点線は、従来技術の場合であって、界磁極すべてに第１永久磁石を使用したときの推力変化を示している。また実線は、本発明の実施例による界磁極に第１永久磁石と第２永久磁石を使用した場合であって、すべて第１永久磁石を使用しているときと同じ電流値を電機子巻線に与えた時の推力変化を示している。図２に示したように第２永久磁石による推力低下の補正は、すべてに第１永久磁石を使用した従来技術と本発明による推力の差分を補うように、前述した処理で行う。
【０００７】
したがって、界磁極を、固定子上を可動子が加減速して移動する加減速区間に配置する第１永久磁石１Ａと、固定子上を可動子が一定速度で移動する一定速区間に配置し、かつ、第１永久磁石１Ａより磁気特性の劣る第２永久磁石１Ｂより構成するものとし、第１永久磁石１Ａを配置した加減速区間と第２永久磁石１Ｂを配置した一定速区間との境界に配設した位置検出器６により前記可動子の位置を検出し、位置検出器６により検出された可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを位置検出処理部７により判定し、位置検出処理部７による判定結果に基づいて、第２永久磁石１Ｂを用いることによる推力の低下を補うように、推力補正手段１１により前記電機子巻線５に流す電流振幅値を増加するようにしたので、高推力、高速かつ安価なリニアモータの駆動装置および駆動方法を提供することができる。なお、本実施例の移動速度の形態を図３に示したが、図３以外にも、移動速度が、図４のような形態で一定区間のみを性能の劣る安価な永久磁石を使用することで適応できることは言うまでもない。また、本実施例では、ムービングコイル型のリニアモータを例示したが、界磁極を可動子に、電機子を固定子として配置するムービングマグネット型のリニアモータの場合にも適用しても構わない。また、本実施例のリニアモータは、コア付きの電機子を用いたものを例示したが、コアレスタイプの電機子のものを採用しても構わない。
【０００８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の実施例によれば、界磁極を、固定子上を可動子が加減速して移動する加減速区間に配置する第１永久磁石と、固定子上を可動子が一定速度で移動する一定速区間に配置し、かつ、第１永久磁石より磁気特性の劣る第２永久磁石より構成するものとし、第１永久磁石を配置した加減速区間と第２永久磁石を配置した一定速区間との境界に配設した位置検出器により前記可動子の位置を検出し、位置検出器により検出された可動子の位置情報に基づいて、加速、減速もしくは一定速送りであるかを位置検出処理部により判定し、位置検出処理部による判定結果に基づいて、第２永久磁石を用いることによる推力の低下を補うように、推力補正手段により前記電機子巻線に流す電流振幅値を増加するようにしたため、高推力、高速かつ安価なリニアモータの駆動装置および駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すリニアモータの駆動装置のブロック図である。
【図２】本実施例によるリニアモータの加減速時の推力変化を説明する図である。
【図３】図２の場合における時間変化に対する可動子の移動速度の形態を示す。
【図４】他の可動子の移動速度の形態を示す。
【図５】従来のリニアモータの側断面図である。
【図６】従来技術によるリニアモータの加減速時の推力変化を説明する図である。
【符号の説明】
１Ａ  第１永久磁石
１Ｂ  第２永久磁石
２  界磁鉄心
３  電機子
４  電機子鉄心
４ａ  スロット
５  電機子巻線
６  位置検出器
７  位置検出処理部
８  ＣＰＵ
９  Ｄ／Ａコンバータ
１０  パワーアンプ
１１  推力補正手段