(57)【要約】  本発明にかかる磁気アライメントシステムは、磁石アレイ（１０）と、モータ回転子（２０）と、固定部材（３０）と、力センサ（４０）と、を含む。モータ回転子（２０）は、磁石アレイ（１０）の上方に配置され、磁石アレイ（１０）に対して位置が固定されるように力センサ（４０）を介して固定部材（３０）に接続される。モータ回転子における三相コイルアセンブリの特定の１つに供給される三相電流の角度を磁気アライメントの角度の範囲内で変化させ、三相コイルアセンブリの特定の１つによって生み出された力を力センサ（４０）により測定することによって、三相コイルアセンブリの特定の１つにおける磁気アライメントの角度は、三相コイルアセンブリの特定の１つに最大の力を生じさせる三相電流の角度に基づき決定することができる。【選択図】図３
2016504009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を生成するように構成される磁石アレイと、
前記磁石アレイの上方に配置され、各々の隣接する２つのうち１つは第１の方向にもう１つは前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配向するようにマトリックス状に配置された４つのコイルアセンブリを有するモータ回転子と、
前記磁石アレイに対して固定された位置に取り付けられた固定部材と、
前記モータ回転子と前記固定部材との間に接続され、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給された場合に、磁界の作用の下で前記４つのコイルアセンブリのうちの１つにより生じる力を測定する力センサユニットと、
を備えた磁気アライメントシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記４つのコイルアセンブリは、それぞれ複数の三相コイルを平行に並べたものである磁気アライメントシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気アライメントシステムであって、前記磁石アレイは、第３の方向または第４の方向に沿ってマトリックス状に配置された複数の磁石を有し、前記第３の方向と前記第４の方向とは互いに垂直であり、前記第３の方向は前記第１の方向と４５度の角度をなし、前記第４の方向は前記第２の方向と４５度の角度をなす磁気アライメントシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気アライメントシステムであって、それぞれの前記４つのコイルアセンブリは、前記磁石アレイにおいて隣り合う磁石の磁極ピッチをτとすると、各々の隣接する前記三相コイルは４τ／３の間隔を開けて配置されている磁気アライメントシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記力センサユニットは、三次元以上の力センサにより構成される磁気アライメントシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記力センサユニットは、３つの一次元力センサにより構成される磁気アライメントシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記固定部材は、前記モータ回転子と前記磁石アレイとのいずれかに接触していない磁気アライメントシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気アライメントシステムを用いた磁気アライメント方法であって、
前記固定部材及び前記力センサユニットの取り付けすることと、前記４つのコイルアセンブリのそれぞれにおける初期の磁気アライメント処理を実施することと、を備え、
前記初期の磁気アライメント処理は、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される三相電流の角度を磁気アライメントにおける角度の一周期内で変化させ、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つが発生する水平力及び垂直力を前記力センサユニットにより測定することと、
前記４つのコイルアセンブリにおいて水平方向の最大力または垂直方向の最大力を生じさせる前記三相電流の角度に基づいて、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つの磁気アライメントの角度を決定することと、を備えた磁気アライメント方法。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気アライメント方法であって、
前記固定部材と前記力センサユニットとを取り除くこと、前記４つのコイルアセンブリにおける前記磁気アライメントの角度のサーボ補正することをさらに備え、
前記サーボ補正は、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つ初期の閉ループ制御から取り除き、コントローラの制御の下、前記４つのコイルアセンブリのうちの残りの３つが新たな閉ループ制御を形成し、この時の前記コントローラの出力を初期オフセット値として記録することと、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給され、三相電流の角度を変化させ、この時の前記コントローラの出力を実際の出力として記録すること、
前記実際の出力の値が前記初期オフセット値と最も近くなるように前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される前記三相電流の角度を調整すること、を備えた磁気アライメント方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気アライメント方法であって、前記三相電流の角度は、Ｎを自然数として、前記三相電流の角度を、磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける一周期の角度の−１／Ｎを加えた値から磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける前記一周期の角度の１／Ｎを加えた値までの範囲内で変化させことによって調整される磁気アライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメントシステム及び磁気アライメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動コイル式磁気浮上平面モータを制御する原理は、基本的に一般的なリニアモータの制御方法と似ている。すなわち、磁界中のコイルの位置に基づいてモータの三相コイルを流れる電流の角度を調整することにより、モータは所望の方向に一定の力を発生する。このような制御は、ＩＤ（垂直方向の電流）とＩＱ（水平方向の電流）との分離（デカップリング）に基づくベクトル制御である。それゆえ、磁気アライメントの正確な初期の角度が得られるかどうかは、可動コイル式磁気浮上平面モータにおいて水平及び垂直な方向に生じる最大の力が確保できるかどうかを決めるだけでなく、水平な方向と垂直な方向との間におけるモータのデカップリングにも影響する。磁気アライメントの角度が正確でない、もしくは、水平な方向と垂直な方向との間におけるモータのデカップリングが完全でない場合、制御において水平方向と垂直方向との間のクロストークが誘発されてモータのサーボ性能を低下させる。
【０００３】
特許文献１には、磁気アライメントの初期の角度を決定するための既存のシステムが開示されている。図１に示されるように、このソリューションは、モータのコイル１と磁石２との間の圧縮性材料の層をなすセンシティブコンポーネント３を配置すること、モータが垂直方向の力を発生することで起こるセンシティブコンポーネント３の圧縮を決めるために静電容量型または誘導型の距離センサを使うこと、三相コイルに供給される電流の角度を変化させるとともにセンシティブコンポーネント３の対応する変形を決定することによって磁気アライメントの範囲内でモータの磁気アライメントの初期の角度を探索すること、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２０５７４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したシステムにおける磁気アライメントの角度の決定の正確性は、モータが垂直方向の力を発生することで起こるセンシティブコンポーネント３の変形、及び距離センサ４の分解能に依存する。このシステムは、発生する垂直力とセンシティブコンポーネント３の変形との間に良好な直線性があることが求められる。しかしながら、垂直力が、非常に大きいかまたは非常に小さい場合、この直線性は、磁気アライメントの角度の正確性を確保するためには不十分となる。
【０００６】
本発明は、磁気アライメントの正確性を向上できる可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメントシステム及び磁気アライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的に従い、本発明にかかる磁気アライメントシステムは、磁界を生成するように構成される磁石アレイと、前記磁石アレイの上方に配置され、各々の隣接する２つのうち１つは第１の方向にもう１つは前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配向するようにマトリックス状に配置された４つのコイルアセンブリを有するモータ回転子と、前記磁石アレイに対して固定された位置に取り付けられた固定部材と、前記モータ回転子と前記固定部材との間に接続され、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給された場合に、磁界の作用の下で前記４つのコイルアセンブリのうちの１つにより生じる力を測定する力センサユニットと、を備えるものである。
【０００８】
好ましくは、前記４つのコイルアセンブリは、それぞれ複数の三相コイルを平行に並べたものである。
【０００９】
好ましくは、前記磁石アレイは、第３の方向または第４の方向に沿ってマトリックス状に配置された複数の磁石を有し、前記第３の方向と前記第４の方向とは互いに垂直であり、前記第３の方向は前記第１の方向と４５度の角度をなし、前記第４の方向は前記第２の方向と４５度の角度をなすものである。
【００１０】
好ましくは、それぞれの前記４つのコイルアセンブリは、前記磁石アレイにおいて隣り合う磁石の磁極ピッチをτとすると、各々の隣接する前記三相コイルは４τ／３の間隔を開けて配置されているものである。
【００１１】
好ましくは、前記力センサユニットは、三次元以上の力センサ、または、３つの一次元力センサにより構成されるものである。
【００１２】
本発明はさらに、上述した本発明にかかる磁気アライメントシステムを用いた本発明にかかる磁気アライメント方法を提供する。本発明にかかる磁気アライメント方法は、前記固定部材及び前記力センサユニットの取り付けすることと、前記４つのコイルアセンブリのそれぞれにおける初期の磁気アライメント処理の実施することと、を備え、前記初期の磁気アライメント処理は、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される三相電流の角度を磁気アライメントにおける角度の一周期内で変化させ、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つが発生する水平力及び垂直力を前記力センサユニットにより測定することと、前記４つのコイルアセンブリにおいて水平方向の最大力または垂直方向の最大力を生じさせる前記三相電流の角度に基づいて、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つの磁気アライメントの角度を決定することと、を備えるものである。
【００１３】
好ましくは、本発明にかかる磁気アライメント方法は、さらに、前記固定部材と前記力センサユニットとを取り除くこと、前記４つのコイルアセンブリにおける前記磁気アライメントの角度のサーボ補正することをさらに備え、前記サーボ補正は、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つ初期の閉ループ制御から取り除き、コントローラの制御の下、前記４つのコイルアセンブリのうちの残りの３つが新たな閉ループ制御を形成し、この時の前記コントローラの出力を初期オフセット値として記録することと、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給され、三相電流の角度を変化させ、この時の前記コントローラの出力を実際の出力として記録すること、前記実際の出力の値が前記初期オフセット値と最も近くなるように前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される前記三相電流の角度を調整すること、を備えるものである。
【００１４】
好ましくは、前記三相電流の角度は、Ｎを自然数として、前記三相電流の角度を、磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける一周期の角度の−１／Ｎを加えた値から磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける前記一周期の角度の１／Ｎを加えた値までの範囲内で変化させことによって調整されるものである。
【００１５】
本発明は、従来のソリューションに対して以下の優位性がある。
【００１６】
１）従来のソリューションで用いられている圧縮性材料と比べて、より信頼性のある線形動作範囲を有する力センサを利用しているので、磁気アライメントにおける非線形要素の影響を低減することができる。
【００１７】
２）従来ソリューションで用いられる圧縮性材料がモータの垂直力のみ測定可能であるのに対し、本発明で用いられる力センサはモータの垂直力だけでなく、モータの水平力も測定できる。
【００１８】
３）モータ回転子が力センサを介して固定部材に固定されることで、モータ回転子と磁石アレイとの間における静止摩擦を超える水平力が生じた場合に起きるモータの位置ずれを防止することができる。
【００１９】
４）磁気アライメントの角度のサーボ補正は、追加のセンサを必要としないので磁気アライメントの正確性に対するセンサの分解能の影響を回避し、磁気アライメントの正確性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】可動コイル式磁気浮上平面モータの一般的な磁気アライメントシステムの概略を示す図である。
【図２】本発明の具体的な実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメントシステムの概略を示す平面図である。
【図３】本発明の具体的な実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメントシステムを示す側面図である。
【図４】本発明の具体的な実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータによって生み出される力を概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメント方法について示すフローチャートである。
【図６】本発明の具体的な実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの制御について示すブロック図である。
【図７】本発明の具体的な実施の形態にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの３つのコイルアセンブリによって形成される閉ループ制御ブロック図である。
【図８】本発明の具体的な実施の形態に磁気アライメントの角度のサーボ補正処理について示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記目的や本発明の特徴及び利点は、付随する図面と関連づけて読まれる以下の記載からより明らかになる。付随する図面は、非常に簡略化した形で提供されるもので、実際の寸法を示すものではなく、それらは単に本発明のいくつかの実施の形態を説明する上での利便性及び明瞭性の目的のためのものであることを書き留めておく。
【００２２】
図２〜図４に示すように、本発明による、可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメントシステムは、磁石アレイ１０と、モータ回転子２０と、固定部材３０と、力センサ４０と、を含む。詳細には、磁石アレイ１０は、Ｘ‘―Ｙ’平面に配列された複数の磁石からなる二次元アレイである。それぞれの磁石は、極性がＸ‘―Ｙ’平面に垂直である。また、隣接する磁石は互いに逆の極性を持つ。つまり、Ｎ極が上方に向かう磁石の隣の磁石はＳ極が上方に向かう。磁石アレイにおいて、Ｎ極とＳ極の間の距離は磁極ピッチと呼ばれ、τで示される。磁石アレイ１０は、周囲の空間に磁界を生み出す。モータ回転子２０は、磁石アレイ１０の上方に配置され、マトリックス状に配置された４つのコイルアセンブリＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２を含む。各々の隣接する２つのうち、１つは第１の方向（Ｘ方向）に、もう１つは第２の方向（Ｙ方向）に沿って配向するように配置される。好ましくは、Ｘ方向及びＹ方向は、Ｘ‘方向及びＹ’方向と４５度の角度をなすようにする。そのようにすることで、磁石アレイ１０によって生み出される磁束の密度は、Ｘ方向及びＹ方向の両方に正規分布する。モータ回転子２０のそれぞれのコイルアセンブリは力発生器として作用する。具体的には、それぞれのコイルアセンブリは、平行に配置された複数の三相コイル２１を含む。図示された実施の形態では、それぞれのコイルアセンブリは３つの三相コイル２１を含む。三相コイル２１に電流が供給されたとき、磁石アレイ１０によって生み出される磁界は三相コイル２１に力を与え、それによってモータ回転子２０の移動を操縦する。
【００２３】
それぞれのコイルアセンブリにおける磁気アライメントの初期角度を決定するためには、モータ回転子２０を動かないように保つこと、コイルアセンブリに三相電流が供給されたときに磁界によってコイルアセンブリに及ぼされるＸ，Ｙ，Ｚ方向の力を正確に測定することが必要である。この目的を達成するために、モータ回転子２０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力を測定することのできる力センサ４０を介して、磁石アレイ１０に対して固定された位置にある固定部材３０に接続される。図３に示される１つの実施の形態において、固定部材３０は磁石アレイ１０の周囲を取り囲む枠である。具体的には、固定部材３０は磁石アレイ１０とともにベース５０上に配置されてもよい。加えて、固定部材３０の長さ及び幅は、磁石アレイ１０及びモータ回転子２０の通常動作においていかなる干渉も起きないようにするため、磁石アレイ１０と磁石アレイ１０の上にあるモータ回転子２０のいずれもが固定部材３０によって囲まれたスペース内に受け入れられるが、磁石アレイ１０とモータ回転子２０とは固定部材３０に接触しないよう十分にする。力センサ４０は三次元力センサとして実現されてもよい。つまり、力センサ４０は、単独にＸ,Ｙ,Ｚ方向の全ての力の測定が可能ものである。他の実施の形態として、力の測定は、３つの一次元の力センサを組み合わせたもの、または、三次元以上の力センサによって実現されてもよい。力センサ４０は、モータ回転子２０と固定部材３０との両方に接続される。それにより、モータ回転子２０は、固定部材３０に対して位置が固定され、従って磁石アレイ１０に対して位置が固定されるので、力センサ４０はモータ回転子２０の３方向の力をリアルタイムに測定できる。
【００２４】
特に図４に示すように、コイルアセンブリＸ１は水平力Ｆｘｘ１と垂直力Ｆｚｘ１を生じさせ、コイルアセンブリＸ２は水平力Ｆｘｘ２と垂直力Ｆｚｘ２を生じさせ、コイルアセンブリＹ１は水平力Ｆｙｙ１と垂直力Ｆｚｙ１を生じさせ、コイルアセンブリＹ２は水平力Ｆｙｙ２と垂直力Ｆｚｙ２を生じさせる。それぞれのコイルアセンブリは、各々の隣接する三相コイル２１が４τ／３の間隔を置いて配置されるのが好ましい。ここで、τは磁石アレイにおけるＮ極とＳ極との間の磁極ピッチである。上述したように、
磁石アレイ１０の磁石が、モータ回転子２０内のコイルアセンブリのそれぞれの向きに対し４５度オフセットした方向に配置されるとき、磁石アレイ１０により生み出される磁束の密度分布はＸ方向及びＹ方向の両方において正規分布となる。結果として、この場合、それぞれの力発生器における三相コイル２１の磁束密度ｋｊは次の式で与えられる。
【００２５】
【数１】
2016504009.tif 000003
【００２６】
アクチュエータが次の式で表される三相電流を出力すると仮定する。
【００２７】
【数２】
2016504009.tif 000004
【００２８】
ここで、
【数３】
2016504009.tif 000005
は磁束密度の大きさを表し、
【数４】
2016504009.tif 000006
は三相電流の大きさを表し、ｐはモータ回転子の動きと関連するモータ回転子のストロークを表し、φはモータ回転子２０内の三相コイル２１を流れる電流の角度と磁界中におけるコイルの実際の位置を通り抜ける磁束の角度との差を表す。
【００２９】
これにより、それぞれの力発生器によって生じる力Ｆは次の式で表される。
【００３０】
【数５】
2016504009.tif 000007
【００３１】
それぞれの力発生器は固定部材３０及び力センサ４０の作用により磁石アレイ１０に対して固定して配置されているので、磁束の角度は一定である。さらに、磁石アレイ１０及びモータ回転子２０が規定されるため、磁束密度の大きさ
【数６】
2016504009.tif 000008
及び三相電流の大きさ
【数７】
2016504009.tif 000009
もまた一定値である。このような状態では、＜数５＞のＦの値は、三相コイル２１を流れる電流の角度のみと関連する。このため、本発明にかかる磁気アライメントシステムは、単に、力発生器の三相コイル２１を流れる電流の角度を一周期[−τ，τ]で変化させ、力センサ４０を用いて測定されるＦが最大値となる電流の角度を決定し、そして、磁気モーメントの初期角度としてのφに相当する値を得ることによって、力発生器における磁気アライメントの初期角度を決定することができる。このことは、以下でより詳細に記載される。
【００３２】
図２〜図４と関連する図５に示すように、上述した磁気アライメントシステムによって実行される、本発明にかかる可動コイル式磁気浮上平面モータの磁気アライメント方法は、次のステップを含む。
【００３３】
コイルアセンブリの１つを選択するステップ。
【００３４】
選択されたコイルアセンブリに供給される三相電流の角度を調整可能な角度範囲（磁気アライメントの角度の一周期と等しい）で変化させるステップ。具体的には、このステップには、角度の周期をＮ等分し、一周期の１／Ｎを増分として逐次、電流の角度を変化させ、そして、変化させた三相電流の角度のそれぞれにおいて、コイルアセンブリによって生み出される水平力を力センサ４０により測定することも含まれる。選択されたコイルアセンブリがコイルアセンブリＸ１またはＸ２であれば、測定される力はＸ方向の力である。一方、選択されたコイルアセンブリがコイルアセンブリＹ１またはＹ２であれば測定される力はＹ方向の力である。
【００３５】
コイルアセンブリの最大水平力を生み出す三相電流の角度に基づいて、コイルアセンブリの磁気アライメントの角度を決定するステップ。
【００３６】
そして、コイルアセンブリの初期の磁気アライメント処理を終了するステップ。
【００３７】
この方法において、４つの力発生器は、それぞれ、前述の初期の磁気アライメント処理が施される。
【００３８】
上に示した実施の形態では、力センサ４０は水平力（Ｘ方向またはＹ方向の力）を測定するものとして述べたが、本発明はこれに限るものではなく、力センサ４０が水平力の代わりに垂直力（Ｚ方向の力）を測定してもよい。これは、モータ回転子２０が磁石アレイ１０に対し位置が固定されているとの前提条件の下、水平力及び垂直力の両方が通常の方法により角度φで変化するからである。すなわち、垂直力を測定する場合、コイルアセンブリにおける磁気アライメントの角度はコイルアセンブリの最大垂直力をもたらす三相電流の角度に相当する角度として決定される。
【００３９】
上述したステップに従う初期の磁気アライメントの完了により、可動コイル式磁気浮上平面モータの水平力と垂直力との間における初期の分離（デカップリング）がなされる。磁石アレイ１０に対するモータ回転子２０の相対移動を可能にするため、固定部材３０及び力センサ４０は、決定された磁気アライメントの初期の角度に基づくモータの閉ループサーボ制御と同様に、取り除かれることができる。閉ループ構造において、磁気アライメントの精度のさらなる向上は、モータにより生じる力に代表される制御される変化量をモニタすることで得ることができる。
【００４０】
具体的には、可動コイル式磁気浮上平面モータの６自由度のデカップリング制御の図が描かれたブロックダイヤグラムを図６に示す。このデカップリング制御は、４つの力発生器、すなわち４つのコイルアセンブリＸ１、Ｘ２、Ｙ１及びＹ２と、６つのコントローラ、すなわち６つの論理座標軸Ｘ，Ｒｘ，Ｙ，Ｒｙ，Ｚ及びＲｚにそれぞれ対応し、対応する論理座標軸に沿って出力を制御するように構成されるＸコントローラ、ＲＸコントローラ、Ｙコントローラ、ＲＹコントローラ、Ｚコントローラ及びＲＺコントローラと、論理座標軸に沿う６つのコントローラの出力ＦＸ，ＦＹ，ＦＺ，Ｔｒｘ，Ｔｒｙ及びＴｒｚを受け、８つの物理座標軸ｘ１、ｚ１，ｘ２，ｚ２，ｙ１，ｚ３，ｙ２及びｚ４に沿う出力に変換するアクチュエータシステムと、を含む。このデカップリング制御は、特定の処理によって実行される。この特定の処理は、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向における移動誤差ｘ_ｅｒｒｏｒ，ｙ_ｅｒｒｏｒ及びｚ_ｅｒｒｏｒ、及び、ｒｘ方向、ｒｙ方向及びｒｚ方向における回転誤差ｒｘ_ｅｒｒｏｒ、ｒｙ_ｅｒｒｏｒ、ｒｚ_ｅｒｒｏｒを含む位置誤差を読み取ることと、例えば、移動誤差ｘ_ｅｒｒｏｒについてＸコントローラがこの誤差を対応する論理座標軸における出力としての力ＦＸに変換することと、アクチュエータシステムが論理力を物理力Ｆ＊Ｘ１に変換するために力の再分配を実行し、さらに磁気アライメントの角度φ１に基づいてアクチュエータ１に電流ｉａｂｃ１を出力することと、コイルアセンブリＸ１が力を生み出すためにコイルアセンブリＸ１に電流ｉａｂｃ１を供給することと、を含む。
【００４１】
好ましくは、本発明にかかる磁気アライメントシステムは、さらに、磁気アライメントの精度をより向上させることができる、磁気アライメントの角度をサーボ補正するための処理を含む。平面モータのコイルアセンブリＸ１、Ｘ２、Ｙ１及びＹ２は、平面モータによって生み出される異なる移動方向に対応した力を制御するコントローラに組み込まれたサーボシステムにおける閉ループ制御の影響を受ける。図８に示されるように、この処理は以下に述べるステップを含む。
【００４２】
１つのコイルアセンブリは、磁気アライメントの角度がサーボ補正される対象のコイルアセンブリとして最初に選択される。そして、この対象のコイルアセンブリは閉ループ制御から除かれる。他の３つのコイルアセンブリは新たな閉ループ制御を形成し、そのときのコントローラの出力は初期のオフセット値として記憶される。言い換えると、特定の１つのコイルアセンブリに対する磁気アライメントの角度をサーボ補正したとき、例えば、特定の１つのコイルアセンブリであるコイルアセンブリＸ１はサーボ制御に含まれず、残りの３つのコイルアセンブリ、すなわちコイルアセンブリＸ２，Ｙ１及びＹ２は新たな閉ループ制御を形成する。３つの力発生器はモータの６自由度制御を行う。図７は、可動コイル式磁気浮上平面モータにおける、アクチュエータ１が閉ループ制御から除かれた後の６自由度のデカップリング制御の図が描かれたブロックダイヤグラムである。このデカップリング制御は、モータの３つの力発生器（すなわちコイルアセンブリＸ２，Ｙ１及びＹ２）、６つの論理座標軸（すなわちｘ２，ｚ２，ｙ１，ｚ３，ｙ２及びｚ４）を含む。そのようにすることで、コイルアセンブリＸ１は磁気アライメントの角度のさらなる補正の準備をし、他の３つの力発生器はモータのサーボ浮上を作りだす。
【００４３】
三相電流は、他の３つのコイルアセンブリによって形成されるサーボシステムの作用の下、静止状態に維持されている、対象のコイルアセンブリに供給される。対象のコイルアセンブリを流れる三相電流の角度は変化し、この時のコントローラの出力は実際の出力として記録される。１つのコイルアセンブリの磁気アライメントの角度においてサーボ補正が実施されている間、対象のコイルアセンブリに供給される三相電流の角度は、磁気アライメントの初期角度より磁気アライメントの角度の一周期の１／Ｎを引いた値から磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントの角度の一周期の１／Ｎを足した値までの範囲内で変化させるのが好ましい。
【００４４】
アクチュエータ１が閉ループ制御から除かれた場合、一例としての図７に示されるように、このような構成のモータは他の３つの力発生器によってサーボ浮上し、コイルアセンブリＸ１に電流が供給されることで開ループの垂直力を生み出し、そして、その垂直力に水平成分が含まれている場合には磁気アライメントの角度のさらなる調整が必要とされる。言い換えると、Ｘコントローラの出力ＦＸは一定のオフセット値ＦＸｏｆｆｓｅｔになるはずである（理想的にはＦＸｏｆｆｓｅｔ＝０となるが、初期の磁気アライメント処理の正確性に限度があるため、モータを浮上させる垂直力は水平力と関連するのが一般的である）。そして、垂直電流ｉｄは閉ループから解放された力発生器に供給され、このため、サーボシステムの作用の下、モータは静止状態に維持される。この時、Ｘコントローラの出力ＦＸは記録され、初期のオフセット値ＦＸｏｆｆｓｅｔと比較される。２つの値が等しくない場合、閉ループコントロール下にない力発生器の垂直力は水平力と関連していることが分かっている。すなわち、磁気アライメントの正確性はさらに改善させることができ、それゆえ、磁気アライメントの角度のさらなる調整が必要とされる。コイルアセンブリＸ１により生み出される水平成分の力はサーボ補正され、それによって、磁気角度の調整範囲は閉ループ制御から導かれる調整可能な変量に基づいて決定される。
【００４５】
対象のコイルアセンブリを流れる三相電流の角度は初期のオフセット値に最も近い実際の出力値に調整される。
【００４６】
具体的には、このステップは、観測された値ＦＸは初期の一定オフセット値ＦＸｏｆｆｓｅｔに最も近くなるように力発生器の磁気アライメントの角度φ１を調整することによって完了する。
【００４７】
上記ステップが完了すると処理は終了する。
【００４８】
それぞれの力発生器は、磁気アライメントの精度を調整するためのこの処理に影響されることに注意する。
【００４９】
本発明の精神や範囲を逸脱することなく、当業者が本発明に対して様々な変更や修正を行うことができるのは明白である。それゆえ、本発明は、付随する請求項やこれらと等価の範囲内である、このようなすべての変更や修正をカバーするものである。
【図１】
2016504009.tif 000010
【図２】
2016504009.tif 000011
【図３】
2016504009.tif 000012
【図４】
2016504009.tif 000013
【図５】
2016504009.tif 000014
【図６】
2016504009.tif 000015
【図７】
2016504009.tif 000016
【図８】
2016504009.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月7日(2015.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を生成するように構成される磁石アレイと、
前記磁石アレイの上方に配置され、各々の隣接する２つのうち１つは第１の方向にもう１つは前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配向するようにマトリックス状に配置された４つのコイルアセンブリを有するモータ回転子と、
前記磁石アレイに対して固定された位置に取り付けられた固定部材と、
前記モータ回転子と前記固定部材との間に接続され、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給された場合に、磁界の作用の下で前記４つのコイルアセンブリのうちの１つにより生じる力を測定する力センサユニットと、
を備えた磁気アライメントシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記４つのコイルアセンブリは、それぞれ複数の三相コイルを平行に並べたものである磁気アライメントシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気アライメントシステムであって、前記磁石アレイは、第３の方向または第４の方向に沿ってマトリックス状に配置された複数の磁石を有し、前記第３の方向と前記第４の方向とは互いに垂直であり、前記第３の方向は前記第１の方向と４５度の角度をなし、前記第４の方向は前記第２の方向と４５度の角度をなす磁気アライメントシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気アライメントシステムであって、それぞれの前記４つのコイルアセンブリは、前記磁石アレイにおいて隣り合う磁石の磁極ピッチをτとすると、各々の隣接する前記三相コイルは４τ／３の間隔を開けて配置されている磁気アライメントシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記力センサユニットは、三次元以上の力センサにより構成される磁気アライメントシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記力センサユニットは、３つの一次元力センサにより構成される磁気アライメントシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気アライメントシステムであって、前記固定部材は、前記モータ回転子と前記磁石アレイとのいずれかに接触していない磁気アライメントシステム。
【請求項８】
磁気アライメント方法であって、
磁界を生成するように構成される磁石アレイを提供することと、
前記磁石アレイの上方に配置され、各々の隣接する２つのうち１つは第１の方向にもう１つは前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配向するようにマトリックス状に配置された４つのコイルアセンブリを有するモータ回転子を提供することと、
前記磁石アレイに対して固定された位置に固定部材を取付することと、
力センサユニットを前記モータ回転子と前記固定部材との間に接続することと、前記４つのコイルアセンブリのそれぞれにおける初期の磁気アライメント処理を実施することと、を備え、
前記初期の磁気アライメント処理は、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される三相電流の角度を磁気アライメントにおける角度の一周期内で変化させ、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つが発生する水平力及び垂直力を前記力センサユニットにより測定することと、
前記４つのコイルアセンブリにおいて水平方向の最大力または垂直方向の最大力を生じさせる前記三相電流の角度に基づいて、前記４つのコイルアセンブリのうちの１つの磁気アライメントの角度を決定することと、を備えた磁気アライメント方法。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気アライメント方法であって、
前記固定部材と前記力センサユニットとを取り除くこと、前記４つのコイルアセンブリにおける前記磁気アライメントの角度のサーボ補正することをさらに備え、
前記サーボ補正は、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つ初期の閉ループ制御から取り除き、コントローラの制御の下、前記４つのコイルアセンブリのうちの残りの３つが新たな閉ループ制御を形成し、この時の前記コントローラの出力を初期オフセット値として記録することと、
前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに三相電流が供給され、三相電流の角度を変化させ、この時の前記コントローラの出力を実際の出力として記録すること、
前記実際の出力の値が前記初期オフセット値と最も近くなるように前記４つのコイルアセンブリのうちの１つに供給される前記三相電流の角度を調整すること、を備えた磁気アライメント方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気アライメント方法であって、前記三相電流の角度は、Ｎを自然数として、前記三相電流の角度を、磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける一周期の角度の−１／Ｎを加えた値から磁気アライメントの初期角度に磁気アライメントにおける前記一周期の角度の１／Ｎを加えた値までの範囲内で変化させことによって調整される磁気アライメント方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の磁気アライメント方法であって、前記固定部材は、前記モータ回転子と前記磁石アレイとのいずれかに接触していない磁気アライメント方法。
【国際調査報告】
2016504009.tif 000018
2016504009.tif 000019
2016504009.tif 000020
2016504009.tif 000021