(57)【要約】      （修正有）【課題】推力リップル分を含まないコギング補償フーリエ係数、推力リップル補償フーリエ係数も算出する。【解決手段】負荷を移動制御するモータに流す電流に比例した推力を発生させる推力発生部に速度制御手段から推力指令が与えられ、前記モータの転流位相角に応じて発生するコギングを補償する補償量を手段または前記推力指令と前記転流位相角に応じて発生する推力リップルを補償する補償手段の少なくともいずれかを具備するリニアモータにおいて、前記推力指令及び前記転流位相角が入力され、前記モータの動摩擦力に起因する前記転流位相角の０次フーリエ積分を含むフーリエ積分演算に基づいて算出されるコギング補償フーリエ係数または推力リップル補償フーリエ係数の少なくともいずれかを、前記コギング補償手段または前記推力リップル補償手段の少なくともいずれかに与える、コギング・推力リップル総合解析部を備える。【選択図】図１
2009131135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を移動制御するモータに流す電流に比例した推力を発生させる推力発生部に速度制御手段から推力指令が与えられると共に、前記モータの転流位相角に応じて発生するコギングを補償する補償量を前記推力指令に加算するコギング補償手段または前記推力指令と前記転流位相角に応じて発生する推力リップルを補償する補償量を前記推力指令に加算する推力リップル補償手段の少なくともいずれかを具備するリニアモータにおいて、
前記推力指令及び前記転流位相角が入力され、前記モータの動摩擦力に起因する前記転流位相角の０次フーリエ積分を含むフーリエ積分演算に基づいて算出されるコギング補償フーリエ係数または推力リップル補償フーリエ係数の少なくともいずれかを、前記コギング補償手段または前記推力リップル補償手段の少なくともいずれかに与える、コギング・推力リップル総合解析部を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記コギング・推力リップル総合解析部は、
推力リップル補償をかけない状態で、複数の速度によるフーリエ解析に基づいて速度毎の前記０次コギング補償フーリエ係数及びｎ次コギング補償フーリエ係数を求める第１ステップ解析手段と、
前記第１ステップ解析手段で速度毎に得られた解析結果に基づいて、速度によらない０次コギング補償フーリエ係数及びｎ次コギング補償フーリエ係数及びｎ次推力リップル補償フーリエ係数を求める第２ステップ解析手段と、
前記第２ステップ解析手段で得られた複数個のｎ次コギング補償フーリエ係数及びｎ次推力リップル補償フーリエ係数に基づいて、前記コギング補償係数または前記推力リップル補償係数の少なくともいずれかを算出する、コギング補償フーリエ係数算出手段または推力リップル補償フーリエ係数算出手段の少なくともいずれかと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記コギング補償フーリエ係数算出手段または推力リップル補償フーリエ係数算出手段は、前記第２ステップ解析手段で得られた解析結果に対し、各次数成分毎に最小自乗平均演算して前記コギング補償フーリエ係数または前記推力リップル補償フーリエ係数の少なくともいずれかを算出することを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記コギング補償フーリエ係数算出手段は、前記最小自乗平均演算結果の特性曲線に対し、０次コギング補償フーリエ係数がゼロ時の値を前記コギング補償フーリエ係数として特定することを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記推力リップル補償フーリエ係数算出手段は、前記最小自乗平均演算結果の特性曲線の勾配を前記推力リップル補償フーリエ係数として特定することを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を移動制御するモータに流す電流に比例した推力を発生させる推力発生部に速度制御手段から推力指令が与えられると共に、前記モータの転流位相角に応じて発生するコギングを補償する補償量を前記推力指令に加算するコギング補償手段または前記推力指令と前記転流位相角に応じて発生する推力リップルを補償する補償量を前記推力指令に加算する推力リップル補償手段の少なくともいずれかを具備するリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、コギング補償及び推力リップル補償を実行する従来のリニアモータの構成例を示す機能ブロック図である。負荷１を移動制御するモータ（図示せず）に流す電流に比例した推力を発生させる推力発生部２は、速度制御手段３からの推力指令ｆ´が入力される。
【０００３】
位置制御手段４は、上位からの位置指令Ｐｉと負荷１の位置検出手段５からの位置検出値Ｐとの偏差を演算して速度指令Ｖｉを速度制御手段３に出力する。速度制御手段３は、位置検出手段５において位置検出値Ｐの差分値から計算される速度検出値ｖと位置制御手段４からの速度指令Ｖｉの偏差を演算して推力指令ｆを出力する。負荷１に対する推力に推力リップルｒ及びコギングｃが重畳する。
【０００４】
コギング補償手段６は、位置検出手段５から与えられるモータの突極位置に対応する転流位相角θに基づくフーリエ積分演算により算出したコギング補償量ｆｃを、加算手段７により速度制御手段３からの推力指令ｆに加算する。
【０００５】
推力リップル補償手段８は、転流位相角θに基づくフーリエ積分演算及び速度制御手段３からの推力指令ｆにより算出した推力リップル補償量ｆｒを、加算手段９により推力指令ｆに加算する。従って、推力発生部に入力される推力指令ｆ´は、速度制御手段３からの推力指令ｆにコギング補償量ｆｃと推力リップル補償量ｆｒが加算された値となる。
【０００６】
コギング解析手段１０は、推力指令ｆ、転流位相角θ、速度ｖが入力されて、速度をパラメータとするコギング補償フーリエ係数を演算してコギング補償手段６に出力する。推力リップル解析手段１１は、推力指令ｆ、転流位相角θが入力され、推力リップル補償フーリエ係数を演算して推力リップル補償手段８に出力する。
【０００７】
転流位相角θによるコギング解析におけるフーリエ積分のリアル成分Ｒａｃｎ及びイマジナリ成分Ｒｂｃｎは、式（１）及び式（２）で表記される。
【０００８】
【数１】
2009131135.tif 000003
【０００９】
【数２】
2009131135.tif 000004
【００１０】
これらフーリエ積分結果をベクトル表示すると、式（３）で表記できる。
【００１１】
【数３】
2009131135.tif 000005
【００１２】
コギング補償手段６のコギング補償量ｆｃ（θ）は、式（４）で与えられる。
【００１３】
【数４】
2009131135.tif 000006
【００１４】
式（４）のｆｃ（θ）をベクトル表示すると、式（５）で表記できる。
【００１５】
【数５】
2009131135.tif 000007
【００１６】
推力リップル補償手段８の推力リップル補償量ｆｒ（θ）は、式（６）で与えられる。
【００１７】
【数６】
2009131135.tif 000008
【００１８】
式（６）のｆｒ（θ）をベクトル表示すると、式（７）で表記できる。
【００１９】
【数７】
2009131135.tif 000009
【００２０】
式（４）及び式（６）のフーリエ係数ａｃｎ，ｂｃｎ及びａｒｎ，ｂｒｎのベクトル表示は、式（８）で表記できる。
【００２１】
【数８】
2009131135.tif 000010
【００２２】
コギング補償手段６にコギング補償フーリエ係数を与えるコギング解析手段１０の機能については、特許文献１に技術開示がある。最適なコギング補償フーリエ係数を解析するために次の手順を実行している。
（１）あるコギング補償フーリエ係数にて一定速度でモータを動かし、その際に発生する速度誤差成分を転流位相にてフーリエ積分する。
【００２３】
（２）異なるコギング補償フーリエ係数にて、（１）を複数回実施（最低２回）し、夫々の補償値とフーリエ積分結果を用いてベクトル演算することにより、コギング補償フーリエ係数を算出する。
【００２４】
推力リップル補償手段８に推力リップル補償フーリエ係数を与える推力リップル解析手段１１の機能については、特許文献２に技術開示がある。最適な推力リップル補償フーリエ係数を解析するために次の手順を実行する。
（１）ある推力リップル補償フーリエ係数にて一定加速度でモータを動かし、その際に発生する速度誤差成分を転流位相にてフーリエ積分する。
【００２５】
（２）異なる推力リップル補償フーリエ係数にて、（１）を複数回実施（最低２回）し、夫々の補償値とフーリエ積分結果を用いてベクトル演算することにより、推力リップル補償フーリエ係数を算出する。
【００２６】
【特許文献１】特開２００５−３２７１９５号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
従来のコギング解析及び推力リップル解析の手法では次のような問題がある。
（１）実際のモータを動作させる際には、速度に応じた摩擦力（動摩擦、速度比例ではない）が発生するため、上記コギング解析での一定速動作中、動摩擦力に応じた推力が必要である。そのため、速度誤差成分には推力リップルによる影響分も含まれてしまうため、得られたコギング補償フーリエ係数は、推力リップルを補償する分を含んでしまう。そのため、速度に応じてコギング補償フーリエ係数を解析し、動作速度に応じてコギング補償係数を変化させる必要があった。
【００２８】
（２）また、推力リップル解析は、コギングの影響をなくすために順序としてコギング解析・補償が行われた状態で行うが、コギング補償が推力リップル分の補償を含んで行われているため、正しい解析値を得ることができない。結果として、動作させる際の加速度が変化する等して推力が変化すると、推力リップル補償が適切な補償からずれてしまうという問題点があった。これは、動摩擦に応じた推力分の推力リップル分が、コギング補償として補償されているため、その分だけ推力リップルを小さく解析してしまうためである。
【００２９】
（３）ほかにも、推力リップル解析動作は、加減速動作を行わせることによって推力を発生させて行うため、解析中に速度が変化する。そのため、動摩擦に応じた推力分の推力リップル分が変化するので、解析ピッチ内で一様な信号波形を得られず、解析結果に誤差を生じさせていた。
【００３０】
（４）図５は、速度をパラメータとするコギング補償フーリエ係数の相関図である。従来の解析手法では、コギング補償フーリエ係数は速度に依存する。このため、最適なコギング補償フーリエ係数速度との対応を記述したテーブル手段等を設け、速度検出値ｖに応じて読み出す必要があり、構成が煩雑でメモリ資源を消費する。
【００３１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、推力リップル分を含まないコギング補償フーリエ係数を算出すると共に、推力リップル補償フーリエ係数も算出することができるリニアモータの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）負荷を移動制御するモータに流す電流に比例した推力を発生させる推力発生部に速度制御手段から推力指令が与えられると共に、前記モータの転流位相角に応じて発生するコギングを補償する補償量を前記推力指令に加算するコギング補償手段または前記推力指令と前記転流位相角に応じて発生する推力リップルを補償する補償量を前記推力指令に加算する推力リップル補償手段の少なくともいずれかを具備するリニアモータにおいて、
前記推力指令及び前記転流位相角が入力され、前記モータの動摩擦力に起因する前記転流位相角の０次フーリエ積分を含むフーリエ積分演算に基づいて算出されるコギング補償フーリエ係数または推力リップル補償フーリエ係数の少なくともいずれかを、前記コギング補償手段または前記推力リップル補償手段の少なくともいずれかに与える、コギング・推力リップル総合解析部を備えることを特徴とするリニアモータ。
【００３３】
（２）前記コギング・推力リップル総合解析部は、
推力リップル補償をかけない状態で、複数の速度によるフーリエ解析に基づいて速度毎の前記０次コギング補償フーリエ係数及びｎ次コギング補償フーリエ係数を求める第１ステップ解析手段と、
前記第１ステップ解析手段で速度毎に得られた解析結果に基づいて、速度によらない０次コギング補償フーリエ係数及びｎ次コギング補償フーリエ係数及びｎ次推力リップル補償フーリエ係数を求める第２ステップ解析手段と、
前記第２ステップ解析手段で得られた複数個のｎ次コギング補償フーリエ係数及びｎ次推力リップル補償フーリエ係数に基づいて、前記コギング補償係数または前記推力リップル補償係数の少なくともいずれかを算出する、コギング補償フーリエ係数算出手段または推力リップル補償フーリエ係数算出手段の少なくともいずれかと、
を備えることを特徴とする（１）に記載のリニアモータ。
【００３４】
（３）前記コギング補償フーリエ係数算出手段または推力リップル補償フーリエ係数算出手段は、前記第２ステップ解析手段で得られた解析結果に対し、各次数成分毎に最小自乗平均演算して前記コギング補償フーリエ係数または前記推力リップル補償フーリエ係数の少なくともいずれかを算出することを特徴とする（２）に記載のリニアモータ。
【００３５】
（４）前記コギング補償フーリエ係数算出手段は、前記最小自乗平均演算結果の特性曲線に対し、０次コギング補償フーリエ係数がゼロ時の値を前記コギング補償フーリエ係数として特定することを特徴とする（３）に記載のリニアモータ。
【００３６】
（５）前記推力リップル補償フーリエ係数算出手段は、前記最小自乗平均演算結果の特性曲線の勾配を前記推力リップル補償フーリエ係数として特定することを特徴とする（３）に記載のリニアモータ。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）正確な推力リップル補償フーリエ係数を求めることができるため、動作させる際の加速度が変化する等して推力が変化しても、推力リップル補償を適切に実行することができる。
【００３８】
（２）０次フーリエ積分を含むフーリエ積分演算に基づいて算出される速度毎のコギング補償フーリエ係数には、推力リップル補償フーリエ係数を含むので、わざわざ、推力リップル補償フーリエ係数を求める解析を実行する必要がなくなる。
【００３９】
（３）速度変化に対して、コギング補償フーリエ係数を、速度毎に記憶する必要がなくなり、速度に応じたコギング補償フーリエ係数を参照する機構が不要となり、そのために確保していたメモリの削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したリニアモータの一実施形態を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来のリニアモータと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
従来構成に対比した本発明の特徴部は、コギング・推力リップル総合解析部１００を設けた点にある。コギング・推力リップル総合解析部１００は、推力指令ｆ及び転流位相角θが入力され、モータの動摩擦力に起因する転流位相角の０次フーリエ積分を含むフーリエ積分演算に基づいて算出されるコギング補償フーリエ係数及び推力リップル補償フーリエ係数を、コギング補償手段６及び推力リップル補償手段８に与える。
【００４２】
コギング・推力リップル総合解析部１００の機能構成は、第１ステップ解析手段１０１、第２ステップ解析手段１０２、コギング補償フーリエ係数選出手段１０３、推力リップル補償フーリエ係数選出手段１０３よりなる。
【００４３】
転流位相角θによるコギング解析におけるフーリエ積分の０次成分Ｒａｃ０、リアル成分Ｒａｃｎ及びイマジナリ成分Ｒｂｃｎは、式（９），式（１０），式（１１）で表記される。このうち、式（１０），式（１１）は、従来手法の解析での式（１），式（２）と同一である。
【００４４】
【数９】
2009131135.tif 000011
【００４５】
【数１０】
2009131135.tif 000012
【００４６】
【数１１】
2009131135.tif 000013
【００４７】
これらのフーリエ積分結果をベクトル表示すると式（１２）で記述できる。
【００４８】
【数１２】
2009131135.tif 000014
【００４９】
コギング補償手段６のコギング補償量は、式（１３）で表記される。
【００５０】
【数１３】
2009131135.tif 000015
【００５１】
式（１３）をベクトル表示すると式（１４）で記述できる。
【００５２】
【数１４】
2009131135.tif 000016
【００５３】
推力リップル補償手段８の推力リップル補償量は、式（１５）で表記される。
【００５４】
【数１５】
2009131135.tif 000017
【００５５】
式（１５）をベクトル表示すると式（１６）で記述できる。
【００５６】
【数１６】
2009131135.tif 000018
【００５７】
式（１３）及び式（１４）のフーリエ係数ａｃｎ，ｂｃｎ及びａｒｎ，ｂｒｎのベクトル表示は、式（１７）で表記できる。尚、式（１７）は、従来手法の解析での式（８）と同一である。
【００５８】
【数１７】
2009131135.tif 000019
【００５９】
第１ステップ解析手段１０１における解析ステップ１iでは、推力リップル補償をかけない状態（フーリエ係数、arn、brnがすべて０）で、速度Vel[i]にて、次の３ステップでコギング解析を実行する。解析ステップ１iは、速度Vel[i]を変えて、２点以上で実施する（例えば10点測定した場合、Ni=10、i=1〜10）。
【００６０】
（１）1ia：コギング補償係数ベクトル Ccn[i][1] に対して、速度Vel[j]で一定速動作させ、フーリエ積分RCcn[i][1]を求める。
【００６１】
（２）1ib：コギング補償係数ベクトル Ccn[i][2] に対して、速度Vel[j]で一定速動作させ、フーリエ積分RCcn[i][2] を求める。
【００６２】
（３）1ic：1ia及び1ibの補償係数、フーリエ積分結果より、その速度におけるコギング補償係数ベクトルCcn[i] を求めると、０次及びｎ次につき式（１８）及び式（１９）で示すフーリエ係数を得る。
【００６３】
【数１８】
2009131135.tif 000020
【００６４】
【数１９】
2009131135.tif 000021
【００６５】
第２ステップ解析手段１０２における解析ステップ２では、解析ステップ１で得られた０次及びｎ次フーリエ係数のNi個の解析結果
2009131135.tif 000022
にて、コギング補償係数と推力リップル補償係数を算出する。ステップ１で得られた解析結果は、コギングと推力リップルの両方を含んだものである。速度Vel[i]毎に得られた解析結果は、以下のように速度によらない０次及びｎ次コギング補償フーリエ係数
2009131135.tif 000023
並びにｎ次の推力リップル補償フーリエ係数
2009131135.tif 000024
にて式（２０）で表現できる。
【００６６】
【数２０】
2009131135.tif 000025
【００６７】
これを整理して、各次数成分毎に直交表示し直すと、全ての次数において式（２１）が成り立つ。
【００６８】
【数２１】
2009131135.tif 000026
【００６９】
即ち、コギング補償フーリエ係数のリアル成分とイマジナリ成分は、式（２２）及び式（２３）で表記できる。
【００７０】
【数２２】
2009131135.tif 000027
【００７１】
【数２３】
2009131135.tif 000028
【００７２】
コギング補償フーリエ係数算出手段１０３及び推力リップル補償フーリエ係数算出手段１０４は、式（２２）及び式（２３）の各次数成分毎に、Ni個の
2009131135.tif 000029
にて、最小二乗法を用いて、
2009131135.tif 000030
を求める。
【００７３】
図２は、式（２２）に基づくコギング補償フーリエ係数のリアル成分を示す特性図である。図３は、式（２３）に基づくコギング補償フーリエ係数のイマジナリ成分を示す特性図である。各図は、Ni個の
2009131135.tif 000031
を、リアル成分、イマジナリ成分夫々に、
2009131135.tif 000032
を横軸にグラフ表示したものである。
【００７４】
コギング補償フーリエ係数算出手段１０３は、図２及び図３の最小自乗平均演算結果の特性曲線に対し、０次コギング補償フーリエ係数がゼロ時の値（切片値）を、夫々コギング補償フーリエ係数のリアル成分及びイマジナリ成分として特定する。
【００７５】
推力リップル補償フーリエ係数算出手段１０４は、図２及び図３の最小自乗平均演算結果の特性曲線の勾配を、推力リップル補償フーリエ係数のリアル成分とイマジナリ成分として特定する。
【００７６】
図１の実施形態では、コギング補償及び推力リップル補償の双方を実施したリニアモータを説明したが、本発明では、コギング補償フーリエ係数及び推力リップル補償フーリエ係数を同時に演算し、両者の補償を実行しているが、コギング補償または推力リップル補償の一方を選択的に実行する構成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用したリニアモータの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】コギング補償フーリエ係数のリアル成分を示す特性図である。
【図３】コギング補償フーリエ係数のイマジナリ成分を示す特性図である。
【図４】コギング補償及び推力リップル補償を実行する従来のリニアモータの構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】速度をパラメータとするコギング補償フーリエ係数の相関図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  負荷
２  推力発生部
３  速度制御手段
４  位置制御手段
５  位置検出手段
６  コギング補償手段
７  加算手段
８  推力リップル補償手段
９  加算手段
１００  コギング・推力リップル総合解析部
１０１  第１ステップ解析手段
１０２  第２ステップ解析手段
１０３  コギング補償フーリエ係数算出手段
１０４  推力リップル補償フーリエ係数算出手段
【図１】
2009131135.tif 000033
【図４】
2009131135.tif 000034
【図２】
2009131135.tif 000035
【図３】
2009131135.tif 000036
【図５】
2009131135.tif 000037