【手続補正書】
【提出日】平成19年12月5日(2007.12.5)
【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】  リニアモータの制御方法およびリニアモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等間隔で配置された複数の界磁磁極と、該界磁磁極と空隙を介して配置された電機子巻線を有する電機子とを備え、該界磁磁極と該電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子としてリニアモータを構成し、該固定子の両端に該可動子が直線的に相対運動する区間を定めるストッパを設け、該ストッパより内側に該可動子の移動を禁止する信号を発信するリミットスイッチを設け、該可動子の該固定子に対する位置を検出する位置検出器を具備し、該リニアモータを電源投入直後磁極検出し制御するリニアモータの制御方法において、
磁極検出前および磁極検出中に前記リミットスイッチの信号を認識し、前記可動子が該固定子のストローク端にあると判断した場合、推力指令によりストローク中央方向へ可動子を移動させ、リミットスイッチからの移動量が、磁極検出に十分となるまで、リニアモータに印加する電流の固定位相角を順次更新し、前記ストローク中央方向への移動を繰り返すことを特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項２】
前記固定位相角の更新が、第一の固定位相角αでの移動中、もしくは移動後移動方向がストローク端方向であり、または、ストッパと接触していると判断した場合、第一の固定位相角αにπを加算し、正側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを減算し、負側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを加算し、各々算出した位相角を第二の固定位相角とし、以後可動子の移動状態により順次更新する請求項１記載のリニアモータの制御方法。
【請求項３】
前記固定位相角の更新において、加減算するβが、リニアモータの案内機構による摩擦等の外乱の大小により決定する請求項２記載のリニアモータの制御方法。
【請求項４】
前記推力指令が、第一の目標値まで単調増加した後、第二の目標値まで一定値とする請求項１に記載のリニアモータの制御方法。
【請求項５】
等間隔で配置された複数の界磁磁極と、該界磁磁極と空隙を介して配置された電機子巻線を有する電機子とを備え、該界磁磁極と該電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子としてリニアモータを構成し、該固定子の両端に該可動子が直線的に相対運動する区間を定めるストッパを設け、該ストッパより内側に該可動子の移動を禁止する信号を発信するリミットスイッチを設け、該可動子の該固定子に対する位置を検出する位置検出器を具備し、該リニアモータを電源投入直後磁極検出し制御するように動作するリニアモータにおいて、
磁極検出前および磁極検出中に前記リミットスイッチの信号を認識し、前記可動子が該固定子のストローク端にあると判断した場合、推力指令によりストローク中央方向へ可動子を移動させ、リミットスイッチからの移動量が、磁極検出に十分となるまで、リニアモータに印加する電流の固定位相角を順次更新し、前記ストローク中央方向への移動を繰り返すように動作することを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
前記固定位相角の更新が、第一の固定位相角αでの移動中、もしくは移動後移動方向がストローク端方向であり、または、ストッパと接触していると判断した場合、第一の固定位相角αにπを加算し、正側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを減算し、負側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを加算し、各々算出した位相角を第二の固定位相角とし、以後可動子の移動状態により順次更新するように動作することを特徴とする請求項５記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記固定位相角の更新において、加減算するβが、リニアモータの案内機構による摩擦等の外乱の大小により決定するように動作することを特徴とする請求項６記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記推力指令が、第一の目標値まで単調増加した後、第二の目標値まで一定値とするように動作することを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータの制御方法に関し、特にポールセンサ等の磁極位置検出器を具備しないリニアモータの制御方法およびリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁極位置検出器を具備しない磁極検出方法として、特開平８−１８２３９９号公報に「同期電動機の界磁極位置補正方法」が開示されている。この界磁極位置補正方法は、同期電動機をベクトル制御する場合に、電動機の回転量（移動量）を少なく、かつ精度を落とさずに電流位相の補正量を求めることを目的としていて、同期電動機の界磁極位置補正方法としてはその目的を十分達成している。しかし、リニアモータの制御方法として、この磁極検出方法は、リニアモータの実際の動きを検出しながら磁極検出を行うため、（１）リニアモータの可動子がストローク端に位置する場合、（２）ストッパと可動子が接触している場合、精度の良い磁極検出をすることができない。これらの場合、従来は手動、または他の機構を利用して初期磁極検出に影響のでない位置まで可動子を移動させてから磁極検出を開始するという方法を取っていた。このような方法では、真空槽等のシステムによっては、多くの時間とコストと労力を要する場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、（１）リニアモータの可動子が固定子のストローク端に位置する場合、（２）ストッパと可動子が接触している場合、共に精度良く磁極検出ができるところまで手動もしくは、他の機構を使用して可動子を移動させ、磁極検出を開始しなければならなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、手動もしくは他の機構を使用せず可動子がストローク端にある場合でも安全に、かつ正確に磁極検出を行える位置まで自動的にリニアモータの可動子を移動させることが可能なリニアモータの制御方法およびリニアモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、等間隔で配置された複数の界磁磁極と、該界磁磁極と空隙を介して配置された電機子巻線を有する電機子とを備え、該界磁磁極と該電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子としてリニアモータを構成し、該固定子の両端に該可動子が直線的に相対運動する区間を定めるストッパを設け、該ストッパより内側に該可動子の移動を禁止する信号を発信するリミットスイッチを設け、該可動子の該固定子に対する位置を検出する位置検出器を具備し、該リニアモータを電源投入直後磁極検出し制御するリニアモータの制御方法において、磁極検出前および磁極検出中にリミットスイッチの信号を認識し、可動子が該固定子のストローク端にあると判断した場合、推力指令によりストローク中央方向へ可動子を移動させ、リミットスイッチからの移動量が、磁極検出に十分となるまで、リニアモータに印加する電流の固定位相角を順次更新し、ストローク中央方向への移動を繰り返すことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の本発明は、請求項１記載のリニアモータの制御方法において、固定位相角の更新は、第一の固定位相角αでの移動中、もしくは移動後移動方向がストローク端方向であり、または、ストッパと接触していると判断した場合、第一の固定位相角αにπを加算し、正側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを減算し、負側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを加算し、各々算出した位相角を第二の固定位相角とし、以後可動子の移動状態により順次更新する。
【０００７】
また、請求項３の本発明は、請求項２記載のリニアモータの制御方法において、固定位相角の更新において、加減算するβ（０＜β＜π）は、リニアモータの案内機構による摩擦等の外乱の大小により決定する。
【０００８】
さらに、請求項４の本発明は、請求項１〜３の何れかに記載のリニアモータの制御方法において、推力指令は、第一の目標値まで単調増加した後、第二の目標値まで一定値とする。
【０００９】
請求項５の本発明は、等間隔で配置された複数の界磁磁極と、該界磁磁極と空隙を介して配置された電機子巻線を有する電機子とを備え、該界磁磁極と該電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子としてリニアモータを構成し、該固定子の両端に該可動子が直線的に相対運動する区間を定めるストッパを設け、該ストッパより内側に該可動子の移動を禁止する信号を発信するリミットスイッチを設け、該可動子の該固定子に対する位置を検出する位置検出器を具備し、該リニアモータを電源投入直後磁極検出し制御するように動作するリニアモータにおいて、磁極検出前および磁極検出中に前記リミットスイッチの信号を認識し、前記可動子が該固定子のストローク端にあると判断した場合、推力指令によりストローク中央方向へ可動子を移動させ、リミットスイッチからの移動量が、磁極検出に十分となるまで、リニアモータに印加する電流の固定位相角を順次更新し、前記ストローク中央方向への移動を繰り返すように動作することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６の本発明は、請求項５記載のリニアモータにおいて、前記固定位相角の更新が、第一の固定位相角αでの移動中、もしくは移動後移動方向がストローク端方向であり、または、ストッパと接触していると判断した場合、第一の固定位相角αにπを加算し、正側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを減算し、負側リミットスイッチからストローク中央方向に移動させる場合、第一の固定位相角αに０からπの範囲にあるβを加算し、各々算出した位相角を第二の固定位相角とし、以後可動子の移動状態により順次更新するように動作することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項７の本発明は、請求項６記載のリニアモータにおいて、前記固定位相角の更新において、加減算するβが、リニアモータの案内機構による摩擦等の外乱の大小により決定するように動作することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８の本発明は、請求項５に記載のリニアモータにおいて、前記推力指令が、第一の目標値まで単調増加した後、第二の目標値まで一定値とするように動作することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用されるムービングマグネット型、もしくはムービングコイル型のリニアモータの駆動装置の１つの実施形態における概略構成を示す図である。
【００１５】
リニアモータの駆動装置は、制御回路部１１とパワー変換部１２を含む制御装置１と、制御装置１の変換パワー出力により固定子４に沿って相対運動する可動子３と、可動子３の固定子４に対する位置を検出する位置検出器２と、定められたストロークを有する固定子４と、固定子４の両端に可動子３が直線的に相対運動する区間を定める＋側ストッパ６１と、−側ストッパ６２と、ストッパより内側に可動子３の移動を禁止する信号を発信する＋側リミットスイッチ５１と、−側リミットスイッチ５２とを備えている。
【００１６】
可動子３はムービングマグネット型であっても良いしムービングコイル型であっても良い。可動子３がムービングマグネット型であれば、固定子４は等間隔に配置された複数の電機子巻線を備えたものとし、また、可動子３がムービングコイル型であれば、固定子４は等間隔に並べて配置された複数の界磁磁極を備えたものとする。なお、可動子と固定子は空隙を有して対向配置される。
【００１７】
ここでは、図１のリニアモータの可動子３が固定子４上を左から右に移動した場合を正方向に移動したとし、電気位相角を０から＋πへと変化させると正方向に可動子３が移動するとする。
【００１８】
次に本発明の実施例の動作について図面を参照して詳細に説明する。
図２は本発明の実施例の実施形態のフローチャートである。図の処理手順に従って説明する。
【００１９】
（処理１） 初期値を設定する。すなわち、最大指令推力をｆmax、＋側リミットスイッチ５１もしくは−側リミットスイッチ５２から精度良く磁極検出できる位置までの距離をＸmax、可動子３が停止している時の位置の揺らぎをＸspan、推力指令がｆmaxになるまでの所要時間をｔ１max、リニアモータに印加する電流の固定位相角をγ（＝α）、＋側リミットスイッチ５１もしくは−側リミットスイッチ５２から可動子３がストローク中央部方向に移動した積算移動距離をＸ０、位相補正回数をｊ、判定フラグＦＬＧ１、ＦＬＧ２，ＦＬＧ３＝０、時間ｔ＝−ｍ＊Δｔとする。ただしΔｔは時間の刻み、ｍは正の整数である。時間ｔは、推力指令ｆ（ｔ）の計算等の処理の基準時間である。またｔ３は推力指令（ｆmax）して可動子３が安定点に十分移動できる時間である。このように設定し（処理２）に進む。
（処理２） 後述の処理で推力指令ｆ（ｔ）を計算し、（処理３）に進む。
（処理３） 時間を判定する。ｔ＜０の場合、すなわち可動子３に推力指令ｆ（ｔ）が出される以前であれば（処理４）に進む。０≦ｔ＜ｔ３の場合、すなわち可動子３に推力指令ｆ（ｔ）が出されている状態であれば（処理９）に進む。ｔ＝ｔ３の場合、すなわち推力指令ｆ（ｔ）が出力し終り０になれば（処理１８）に進む。
【００２０】
（処理４） 現在の可動子３の位置でリミットスイッチが作動しているか否かを判定する。リミットスイッチが作動している場合、（処理５）に進む。リミットスイッチが作動していない場合、（処理８）に進む。
（処理５） どちらのリミットスイッチが作動したかを判定する。＋側リミットスイッチ５１が作動した場合、ＬＭＳＷ＝０とし、（処理７）に進む。−側リミットスイッチ５２が作動した場合をＬＭＳＷ＝１とし、（処理６）に進む。
（処理６） 判定フラグＦＬＧ１＝１とし、（処理７）に進む。
（処理７） 時間を更新する。ｔ＝ｔ＋Δｔとして、（処理２）に進む。
（処理８） 位相補正回数の確認をする。ｊ＝０の場合、本発明の制御方法を終了し、ｊ≠０ならば（処理７）に進む。
【００２１】
（処理９） （処理４）と同様の処理を行う。リミットスイッチが作動している場合、（処理１０）に進む。リミットスイッチが作動していない場合、（処理１５）に進む。
（処理１０） 可動子３がストッパ６１もしくは６２に接触しているか否かを判定する。推力指令ｆ（ｔ）がｆ（ｔ）＝ｆmaxのとき、位置変化分ΔＰＯＳがΔＰＯＳ≦Ｘspanの場合、接触していると判定し（処理１１）に進み、ΔＰＯＳ≧Ｘspanの場合、（処理１２）に進む。
（処理１１） 判定フラグＦＬＧ３＝１とし、（処理２１）に進む。
（処理１２） 可動子３が移動中か停止中かを判定する。ΔＰＯＳ≦Ｘspanの場合、停止していると判定し、（処理２１）に進む。ΔＰＯＳ≧Ｘspanの場合、移動していると判定し（処理１３）に進む。
（処理１３） 可動子３の移動方向がストローク端からストローク中央方向へ移動しているかを判定する。可動子３がストローク中央方向に移動している場合、（処理７）へ進み、ストローク端方向に移動している場合、（処理１４）に進む。
（処理１４） 判定フラグＦＬＧ２＝１とし、（処理２１）に進む。
（処理１５） 可動子３が移動中か停止中かを判定する。ΔＰＯＳがΔＰＯＳ≧Ｘspanの場合、移動していると判定し、（処理１６）に進み、ΔＰＯＳ≦Ｘspanの場合、停止していると判定し、（処理１９）に進む。
（処理１６） リミットスイッチから現在の可動子３の位置までの積算距離ΔＸを算出する。（処理１７）に進む。
（処理１７） リミットスイッチから現在の可動子３までの積算距離ΔＸとＸmaxを比較する。ΔＸ≧Ｘmaxの場合、本発明の制御方法を終了し、ΔＸ≦Ｘmaxの場合、（処理７）に進む。
【００２２】
（処理１８） （処理４）と同様の処理を行う。リミットスイッチが作動している場合、（処理２１）に進む。リミットスイッチが作動していない場合、（処理１９）に進む。
（処理１９） （処理１６）と同様に、リミットスイッチから現在の可動子３の位置までの積算距離ΔＸを算出する。 （処理２０）に進む。
（処理２０） （処理１７）と同様に、リミットスイッチから現在の可動子３までの積算距離ΔＸとＸmaxを比較する。ΔＸ≧Ｘmaxの場合、本発明の制御方法を終了し、ΔＸ≦Ｘmaxの場合、（処理２１）に進む。
（処理２１） 後述の方法で、位相補正量γを決定する。（処理２２）に進む。
（処理２２） 時間ｔを初期値に設定し、位相補正回数ｊ、積算移動距離ΔＸを更新する。それぞれ、ｔ＝−ｍ＊Δｔ、ｊ＝ｊ＋１、Ｘ０＝ΔＸ とする。（処理２）に進む。
【００２３】
図３は、（処理２１）にて位相補正量γを決定するフローチャートである。
（処理１０１） ＦＬＧ３＝０の場合、すなわち可動子３がストッパ６１もしくは６２に接触していない場合、（処理１０２）に進み、ＦＬＧ３＝１の場合、すなわち可動子３がストッパ６１もしくは６２に接触している場合、（処理１０６）に進む。
（処理１０２） ＦＬＧ２＝０の場合、すなわち可動子３の移動方向がストローク端からストローク中央へ移動した場合、（処理１０３）に進み、ＦＬＧ２＝１の場合、すなわち可動子３の移動方向がストローク中央からストローク端へ移動した場合、（処理１０６）に進む。
（処理１０３） ＦＬＧ１＝０の場合、すなわち＋側リミットスイッチ５１が作動している場合（処理１０４）に進み、ＦＬＧ１＝１の場合、すなわち−側リミットスイッチ５２が作動している場合（処理１０５）に進む。
（処理１０４） 位相補正量γを決定する。γ＝γ−β（０＜β＜π）とする。
（処理１０５） 位相補正量γを決定する。γ＝γ＋β（０＜β＜π）とする。
（処理１０６） 位相補正量γを決定する。γ＝γ＋πとする。
【００２４】
図４は、位相補正量γの決定方法の説明図である。（１）は、図５の−側ストッパ付近を拡大した図である。 （２）は、印加する電流の固定位相角での界磁磁極と可動子３の位置の釣り合いの位置（以下安定点という）を示したグラフである。（３）は印加する電流の固定位相角を●とした場合、可動子３の位置とモータ推力の関係を表したグラフである。（４）は印加する電流の固定位相角を■とした場合、可動子３の位置とモータ推力の関係を表したグラフである。（５）は印加する電流の固定位相角を▲とした場合、可動子３の位置とモータ推力の関係を表したグラフである。（３）、（４）、（５）共にモータ推力の値が正の時は、＋側リミットスイッチ６１の方向に推力が働き、モータ推力の値が負の時は、−側リミットスイッチ６２の方向に推力が働く。またモータ推力の周期は、電気位相角と同じで、モータ推力が０の位置は安定点である。
【００２５】
ここで、はじめに可動子３が点線（ａ）の位置にいた場合を考える。この時、固定位相角が●、■、▲の場合の推力の方向は、（３）、（４）、（５）から、それぞれ順番に正、負、負の方向になる。固定位相角が■、▲では、（ａ）の位置に可動子３があると負方向に移動するが、■、▲にπを加算することで、モータ推力の波形は反転し、可動子３は正方向に移動する。
【００２６】
また、固定位相角が●では、可動子３は正方向に移動し安定点に停止する。固定位相角●の安定点から、さらに正方向に移動させるには、安定点に移動するまで、モータ推力は正の値でなければならない。つまり、この例の場合、固定位相角●の釣り合いの位置から、さらに正方向に進む固定位相角は●と●＋πまでの間の位相角を固定位相角として選定すると可動子３は正方向に進む。
【００２７】
以上から、図２の（処理４）、（処理５）、（処理６）で位相補正量γ＝γ＋πとγ＝γ±（０＜β＜π）を決定し、また位相補正量の符号は、可動子３を動かす方向、正方向に移動させる時は位相補正量を加算し、負方向に移動させる時は、減算する。
【００２８】
図３にて、位相補正量γに加減算した値βの決定方法は、以下の通りとする。推力指令がｆmaxのとき可動子３が安定点に停止したとき、この時のβを、図３のモータ推力と可動子位置の関係から、始動時最大推力が得られるπ／２と設定する。可動子３が安定点に停止した時の推力指令ｆ（ｔ）とし、最大推力指令ｆmaxとの比ｆ（ｔ）／ｆmaxをとり、βをβ＝π×ｆ（ｔ）／（２×ｆmax）とする決定方法である。この位相補正量決定方法を用いることでリニアモータ駆動装置の摩擦等の外乱の大小に関わらず、スムーズに可動子３を精度良く磁極検出を行える位置までストローク中央方向に移動させる制御方法となる。
【００２９】
図５は、（処理２）の推力指令ｆ（ｔ）の計算結果であり、リニアモータに与える１次曲線で単調増加する推力指令のグラフである。−ｍ＊Δｔ＜ｔ＜０では推力指令はｆ（ｔ）＝０で、０≦ｔ≦ｔ１maxでは、推力指令はｆ（ｔ）＝ｆmax／ｔ１max＊ｔで与えられ、ｔ１max≦ｔ≦ｔ３では、推力指令はｆ（ｔ）＝ｆmaxで与えられ、ｔ３＜ｔでは推力指令は再びｆ（ｔ）＝０で与えられる。このような推力指令を与えることで、可動子３が急激に移動しないため、ストローク端において＋側ストッパ６１、もしくは−側ストッパ６２との衝突により破損することなく、安全かつ精度良く磁極検出を行える位置までストローク中央部方向に移動させる推力指令である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、リニアモータの可動子３が固定子４のストローク端にある場合、また磁極検出中にストローク端に移動した場合、可動子３を精度良く磁極検出を行える位置まで自動的に移動させるという効果がある。【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるリニアモータ制御装置の1つの実施形態における概略構成図である。
【図２】本発明の制御方法の全体フローチャートである。
【図３】図１における位置補正量決定(処理21)のフローチャートである。
【図４】位置補正量決定の説明図である。
【図５】リニアモータに与える1次曲線で単調増加する推力指令の1例である。
【符号の説明】
１  制御装置
２  位置検出器
３  可動子
４  固定子
５１  ＋側リミットスイッチ
５２  −側リミットスイッチ
６１  ＋側ストッパ
６２  −側ストッパ