(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータであって、
固定子と、
前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記固定子と接触し、前記電機子へ取り付けられた少なくとも１つのベアリングと、
前記電機子と前記ベアリングとの間に設けられた少なくとも１つの振動ダンパと、を備え、
前記振動ダンパは前記電機子と共に移動し、
前記固定子における振動は前記ベアリングに伝達され、前記電機子とベアリングとの間に配置された少なくとも１つの振動ダンパで消散されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記振動ダンパは重合体グロメットであ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】
前記電機子に取付けられ、前記固定子の底部表面に接触する固定子支持ベアリングを更に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４】
前記電機子であって、
電機子ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された少なくとも１つのコアとを備え、
前記少なくとも１つのベアリングが前記コアに取付けられ、前記コアが前記少なくとも１つの振動ダンパによって前記ハウジングへ接続され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５】
前記コアがバイアスするエレメントによって前記ハウジング内に保持されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記電機子が少なくとも２つの位相を有し、前記リニアモータは更に、
前記電機子に関する位置データに基づいて相電流を計算し、前記相電流を前記少なくとも２つの位相へ供給するためのコントローラを備え、前記相電流は前記電機子と前記固定子との間で法線方向の最小の力を維持するように算定され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７】
前記電機子が所要の位置から所定距離内に位置するときに、前記相電流を減少させるための手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記電機子は少なくとも２つの位相を有し、更に前記リニアモータは、
前記電機子に関する位置データに基づいて相電流を計算し、前記相電流を前記少なくとも２つの位相へ供給するためのコントローラと、
前記電機子が所要位置から所定の距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段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９】
リニアモータであって、
固定子と、
前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に接近して取付けられた電機子と、
前記固定子における振動を前記電機子へ伝達するための手段と、
前記電機子と接続し、当該電機子と共に移動可能であり、前記振動を消散させるための手段と、
を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１０】
前記の振動伝達手段は前記電機子に取り付けられ、前記固定子と接触する少なくとも１つのベアリングを備えることを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
【請求項１１】
前記振動消散手段は少なくとも１つの重合体グロメットを備えることを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
【請求項１２】
前記電機子は少なくとも２つの位相を有し、更に前記リニアモータは、
前記電機子に関する位置データに基づいて前記少なくとも２つの位相に関する相電流を計算するための手段を備え、
前記相電流は前記電機子と前記固定子との間において法線方向の最小の力を維持するように算定されることを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
【請求項１３】
前記電機子は所要位置から所定の距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載のリニアモータ。
【請求項１４】
前記電機子の位置データに基づいて相電流を計算するための手段と、
前記電機子が所要位置から所定の距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段と、を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
【請求項１５】
固定子と前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子とを備えるリニアモータにおける振動を低減させるための方法であって、
前記電機子と共に移動可能であり、当該電気子と接続した少なくとも1つの振動ダンパを設定するステップと、
前記固定子から電機子へ前記振動を伝達するステップと、
前記少なくとも1つの振動ダンパによって前記電機子における前記振動を消散させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記振動を伝達するステップは、前記電機子と前記固定子との間に少なくとも１つのベアリングを取付けるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載のリニアモータにおける振動を低減させるための方法。
【請求項１７】
前記振動を消散するステップは、振動ダンパを介して前記電機子へ少なくとも１つのベアリングを取付けるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載のリニアモータにおける振動を低減させるための方法。
【請求項１８】
可変磁気抵抗リニアモータであって、
固定子と、
少なくとも２つの位相を有し、前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記電機子に関する位置データに基づいて位相電流を計算し、前記少なくとも２つの位相へ前記相電流を供給するためのコントローラと、
を備え、前記相電流は前記電機子と前記固定子との間において法線方向の最小の力を維持するように算定されることを特徴とする可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項１９】
前記電機子は所要位置から所定距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段を更に備えることを特徴とする請求項１８に記載の可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２０】
少なくとも１つのベアリングと前記ベアリングを前記電機子に接続する少なくとも１つの振動ダンパを更に備え、前記固定子における振動が少なくとも１つのベアリングに伝達され、前記振動ダンパにおいて消散されるように前記ベアリングが前記固定子に接触し、前記振動ダンパは前記電機子と共に移動することを特徴とする請求項１８に記載の可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２１】
可変磁気抵抗リニアモータであって、
固定子と、
少なくとも２つの位相を有し、前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記電機子に関する位置データに基づいて相電流を算定し、前記少なくとも２つの位相へ前記相電流を供給するための手段と、
を備え、前記相電流は前記電機子と前記固定子との間において法線方向の最小の力を維持するように算定されることを特徴とする可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２２】
前記電機子が所要位置から所定距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段を更に備えることを特徴とする請求項２１に記載の可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２３】
前記固定子における振動を前記電機子へ伝達するための手段と、前記電機子において前記振動を消散させるための手段とを更に備えることを特徴とする請求項２１に記載の可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２４】
電機子と固定子と少なくとも２つの位相とを備えた可変磁気抵抗リニアモータにおける振動を減少させるための方法であって、
前記固定子に対する前記電機子に関する位置データを獲得するステップと、
前記位置データに基づき前記少なくとも２つの位相に関する相電流を算定す
るステップと、
前記相電流を前記少なくとも２つの位相へ供給するステップと、
を備え、前記相電流は前記電機子と前記固定子との間において法線方向の最
小の力を維持するように算定されることを特徴とする方法。
【請求項２５】
可変磁気抵抗リニアモータであって、
固定子と、
少なくとも２つの位相を有し、前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記電機子に関する位置データに基づいて位相電流を計算し、前記少なくとも２つの位相へ前記相電流を供給するためのコントローラと、
前記電機子が所要位置から所定距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段と、を備え、
前記コントローラは速度データに基づいて前記相電流を算定し、前記相電流を減少させるための前記手段は前記速度データを所定の速度範囲に制限するための手段を備えることを特徴とする可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２６】
前記コントローラは速度ループ利得を前記速度に適用することによって相電流を算定し、前記位相電流を減少させるための前記手段は前記速度ループ利得を減少させるための手段を備えることを特徴とする請求項２５に記載の可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２７】
可変磁気抵抗リニアモータであって、
固定子と、
少なくとも２つの位相を有し、前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記電機子に関する位置データに基づいて位相電流を計算し、前記少なくとも２つの位相へ前記相電流を供給するためのコントローラと、
前記電機子が所要位置から所定距離内に位置するときに前記相電流を減少させるための手段と、を備え
前記コントローラは速度ループ利得を用いることによって前記相電流を算定し、前記位相電流を減少させるための前記手段は前記速度ループ利得を減少させるための手段を備えることを特徴とする可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２８】
可変磁気抵抗リニアモータであって、
固定子と、
少なくとも２つの位相を備え、前記固定子の長さに沿って可動であり、前記固定子に近接して取付けられた電機子と、
前記電機子の位置データおよび速度データに基づいて力コマンドを算定するための手段と、
前記電機子が所要位置から所定距離内に位置するときに前記力コマンドを減少させるための手段と、
前記力コマンドに基づいて位相電流を算定し、前記相電流を前記少なくとも２つの位相に供給するための手段と、
を備えることを特徴とする可変磁気抵抗リニアモータ。
【請求項２９】
少なくとも２つの位相を備えた電機子と固定子とを有する可変磁気抵抗リニアモータにおける振動を低減させるための方法であって、
前記固定子に対する前記電機子の位置データを獲得するステップと、
前記電機子に関する速度データを決定するステップと、
前記位置データ及び前記速度データに基づいて力コマンドを算定するステップと、
前記電機子が所要位置から所定距離内に位置するときに前記力コマンドを減少させるステップと、
前記力コマンドに基づいて相電流を算定するステップと、
前記相電流を前記少なくとも２つの位相へ供給するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記力コマンドを減少させるステップは速度ループ利得を減少させるステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記電機子は前記所要位置から前記所定距離内に位置するときに前記速度データを所定の速度範囲に制限するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変磁気抵抗リニアモータにおける振動の大きさ及び前記振動に対する感度の両方を減少させるための方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
迅速な整定時間および精密な位置決めを必要とする高精度サーボシステムにおいて、当該システムが必要とする速度ループ帯域幅の周波数範囲内のあらゆる振動は、安定性に関して重要な制御システムの問題を生じさせる。これらの条件が高次の非線形または多変数依存である場合には、問題は更に深刻になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
可変磁気抵抗リニアモータを使用する高精度位置決めシステムにおいて、これらの振動問題は、主として、当該システムがゆっくり移動中か又は所要位置に接近中における時点において発生する。これら振動の一原因は、モータの固定子及び電機子と関連した法線方向の大きい力と、固定子、電機子、ベアリング、整流、フィードバック機構、等々の間の相互作用であり、これらの原因は非線形振動に共振振動数を励起させる。
【０００４】
この種のモータが高加速運転中は、当該モータの相電流は相対的に大きい。これらの大電流は、対面するモータコアの間に強い磁気（法線方向）引力を発生させる。この強い法線方向の力は、モータの機械部品に予負荷をかけること、および、システム内のあらゆるヒステリシス又は「スロップ」の除去を援助する。ただし、モータは、その負荷を所要位置の近くに位置決めすると、当該モータの相電流が減少し、それによって法線方向の力を減少させ、機械システムを弛緩させる。このような剛性の効果的な減少は速度ループ安定性に悪影響を及ぼし、好ましくない共振を発生させる。
【０００５】
この種の振動を除去または制御する一方法は、速度ループ帯域幅を狭くするか、或いは、当該システム内の摩擦を増加することである。ただし、これら提案済みの解決方法は、整定時間、精度、及び、温度上昇の観点から当該システムの性能に負の影響を与え兼ねない。他の方法は、例えば、ローパスフィルタ又はノッチフィルタのような低次数線形フィルタを使用することである。前記の振動／共振振動数は所要のシステム帯域幅内に含まれるので、これらの方法は速度ループ帯域幅に重要な影響を及ぼすはずである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、その振動が制御または低減される可変磁気抵抗リニアモータを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、可変磁気抵抗リニアモータの固定子と電機子との間に機械式ダンパを提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、固定子と電機子の間の法線方向の力が所要水準以上に保持される可変磁気抵抗リニアモータを提供することにある。
【０００９】
本発明の更なる他の目的は、制御フィードバックループを条件付きでフィルタリングする機能を有する可変磁気抵抗リニアモータを提供することにある。
【００１０】
前述および他の目的は、本発明の第１の態様に従い、固定子及び固定子の長さに沿って可動であるように設置された電機子を備えた可変磁気抵抗リニアモータによって達成される。電機子ベアリングは機械式振動ダンパを介して電機子へ取付けられ、かつ固定子の振動がベアリングに伝達されて振動ダンパにおいて消散されるように固定子に接触する。
【００１１】
本発明の第２の態様において、固定子に対する電機子に関する位置データを得るために、センサが電機子へ取付けられる。次に、コントローラ、前記の位置データおよび所要の力の値に基づいて、モータの位相に関して必要な相電流を計算する。電機子と固定子の間における法線方向の最小の力を維持するように、相電流が算定される。
【００１２】
本発明の第３の態様において、電機子が所要位置から所定距離内に所在する場合に、条件付きフィルタが用いられる。条件付きフィルタは、遅延時間の後で、所定の範囲への速度フィードバックをクランプし、同時に、速度ループ利得を減少させる。
【００１３】
本発明のこれらの及び他の目的、特徴機能、及び、利点は、添付図面と関連した好ましい実施例に関する以下の詳細な記述から明白であり、十分に理解されるはずである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に基づく可変磁気抵抗リニアモータ１を示す。モータ１は両側に歯２２を備えた固定子２０を有する。固定子２０は固定子サポート１２により安定したベース１０に取付けられる。電機子アセンブリ３０は固定子２０の周りに取付けられ、固定子２０に沿って可動であるように線形ベアリング３６によって支持される。電機子アセンブリ３０は、電機子キャリッジ３２に取り付けられた２個の電機子モジュール３４を有する。センサ９０も同様にキャリッジ３２に取り付けられ、固定子２０に沿って電機子アセンブリ３０の位置を精密に記憶するように線形エンコーダ１４と相互にやりとりする。
【００１５】
図２から４までに示すように、各電機子モジュール３４は、独立に結合した三相電機子である。モジュール３４はキャリッジ３２に取付けられ、２個のモジュール３４に対応する位相が単相として調和して作用するように配線される。換言すれば、電機子モジュール３４の対応する位相の歯が固定子２０の歯２２と合致した配列状態となり、合致電流が対応する位相に供給されるように、モジュール３４がキャリッジ３２に取付けられる。他の構成、例えば、更に多くのモジュールを使用するか、或いは、ただ１つのモジュールを使用する上記以外の構成を用いても差し支えないが、これらの場合にも依然として本発明の範囲に含まれることは明白である。同様に、上記とは異なる個数の位相を使用しても差し支えない。
【００１６】
図２および３から良く分かるように、各電機子モジュール３４は、電機子モジュール３４の２つのｅ‐コア８０ａおよび８０ｂを支持する上側ハウジング４０ａと下側ハウジング４０ｂによって構成される。上図に示す実施例において、上側ハウジング４０ａと下側ハウジング４０ｂは同じであるので製造コストが節減される。ローラーベアリング７０は、固定子２０の底部に接触するように、シャフト７２とプレート７４によって下側ハウジング４０ｂに取付けられる。電機子アセンブリ３０がその長さに沿って移動するに際して、ベアリング７０は固定子２０を垂直方向に支持する。
【００１７】
ｅ‐コア８０ａ／ｂは、固定子２０の周りに配置された場合に当該固定子２０の対面する両側面の歯２２と相互作用するように、前記の対面する両側面に隣接してハウジング４０ａ／ｂ内に取付けられる（図４参照）。ｅ‐コア８０ａ／ｂの対応する相は相互に直線配置され、単相として作用するように同じ電流が前記位相に供給される。ｅ‐コア８０ａ／ｂは、ローラーベアリング６０が取付けられているそれぞれの端部に２つのシャフト８２（各々のｅ‐コア８０ａ／ｂの４個のシャフト８２）を備える。ローラーベアリング６０は、ｅ‐コア８０ａ／ｂを固定子２０から一定の距離に維持するようにベアリング表面２４に沿った固定子２０の側面に沿って歯２２の上下に移動する（図１参照）。この構成により、電機子３０は、図に示す実施例においては１０００分の２ないし３インチ程度の著しく近接した距離を保って固定子２０をたどることが可能になる（図４参照）。
【００１８】
好ましい実施例におけるｅ‐コア８０ａ／ｂはボルト６２によってハウジング４０ａ／ｂ内に保持される。これらのボルト６２の２個だけが図３に示されているが、各ｅ‐コア８０ａ／ｂに対して４個のボルト６２が用いられいることを理解されたい（図２参照）。シャフト８２はハウジング４０ａ／ｂ内の孔４２にフィットする。孔４２中でシャフト８２が動くことを防止するために、ハウジング４０ａ／ｂ内の孔４２はシャフト８２に対して過渡的なすきまばめ状態にある。ボルト６２はワッシャ６４を貫通し、シャフト８２にねじ込まれる。ハウジング４０ａ／ｂ内の孔４２は片持ちバネ４６の端部に位置する。前記端部はハウジング４０ａ／ｂから機械工作によって作成されたものである。バネ４６は、電機子３０がその長さ方向に前後に移動する際に、電機子８０ａ／ｂが固定子表面に従うこと可能にし、固定子２０の僅かな曲がり又は心ずれ（ミスアラインメント）を補正する懸架（サスペンション）を提供する。ただし、上記以外のバイアスエレメント構成も利用可能であることは言うまでもない。
【００１９】
図２を参照して、ハウジング４０ａ／ｂの端部４６にフェルトワイパ（図示せず）を取付けても差し支えない。これらのワイパは、酸化を防止するために固定子ベアリング表面２４にオイルの薄い被膜を塗布するために役立つ。更に、前記のワイパは、ほこり及び破片がベアリング６０と固定子２０の間に付着することを防止する。
【００２０】
（機械式ダンパ）
固定子２０は疑似単純支持梁であるので、機械的振動の影響を極度に受け易い。本発明の第１の態様において、この振動は、励起源、即ち、電機子３０において固定子２０を減衰するために用いられる変換ダンパを用いて最小化される。図に示す実施例において、剛性のある細片５０は、各モジュール３４のｅ‐コア８０ａの１つに堅固に取付けられ、重合体（ポリマー）減衰グロメット５６を介してモータハウジング４０ａ／ｂに取り付けられる。従って、固定子２０からのエネルギーは、電機子ベアリング６０を介して剛性のある細片５０に伝達され、減衰グロメット５６内に消散される。これは、振動の大きさを減少させてシステムを一層安定した状態にする。
【００２１】
図に示す実施例の各モジュール３４においては、４個の剛性のある細片５０がｅ‐コア８０ａに取付けられる。ｅ‐コア８０の各シャフト８２（これにベアリング６０が取付けられる）が細片５０の１つの孔５２にはめ込まれる。シャフト８２と孔５２との間のはめあいはぴったりしているので、固定子２０の振動はベアリング６０を介して細片５０に伝達される。重合体（ポリマー）減衰グロメット５６は、細片５０のどちらの端部にも設けられた取付け孔５４内に配置される。図３にはただ２個のグロメット５６だけが示されているが、各細片５０毎に２個のグロメット５６が用いられ、図３に示すモジュール３４には合計８個が用いられる。従って、細片５０の端部は、ボルト５８によってハウジング４０ａ／ｂに取付けられ、前記ボルトはワッシャ５９及びグロメット５６を貫いて伸延し、孔４４においてハウジング４０ａ／ｂに固定される。グロメット５６の摩耗を軽減するために、金属スリーブ５７が各グロメット５６に挿入され、ボルト５８とグロメット５６との間のバリヤとして作用する。
【００２２】
図３に示すように、もう一方のｅ‐コア８０ｂのシャフト８２に間隔を提供するためにＵ字形の開口５３が細片５０に設けられている。もう一方のｅ‐コア８０ｂの動きを妨害することを避けるために、これらのＵ字形開口５３はシャフト８２の外径よりも大きくしてある。これは、電機子が固定子２０に従って懸垂され、電機子ベアリング６０と接触状態を保つことを可能にするために必要である。
【００２３】
上記とは別の代替構成も予想されるが、本発明の範囲に含まれるものとみなされることは言うまでもない。例えば、固定子２０と接触するベアリング６０はｅ‐コア８０ａ／ｂに取付ける必要はなく、その代りに、例えば重合体グロメットのような機械式ダンパを経て電機子ハウジング４０ａ／ｂへ直接取付けても差し支えない。このような場合には、ｅ‐コア８０ａ／ｂはハウジングへ堅固に取付けるか（細片５０なしで）、または、既に述べたように取り付けても差し支えない。更に、既に述べたダンパ以外の機械式ダンパ、例えば、空気圧または油圧を用いるダンパを使用しても差し支えない。
【００２４】
（電磁予負荷）
本発明の他の態様に基づき、更に振動を減少させるために、モータの位相整流システムにおける電磁予負荷が用いられる。
【００２５】
図４および５を参照すれば、一般的なサーボモータ制御においては、モータに線運動方向の力を発生させるモータ位相を励起する整流が適用される。閉ループサーボ駆動システムにおいては、当該システムにおける位置／速度誤差に基づく出力を導出する閉ループ設計の結果として所要の力が得られる。当該システムは、これらの誤差値を用いて、所要とされる線形の関係にある力を得るために各位相に供給することが必要な電流を算定する。
【００２６】
当該システムの非直線性を考慮して、前記の位相電流は、例えば、参考として米国特許Ｎｏ．５，６２１，２９４の例に従って制御される。前記の特許’２９４に従い、電機子３０に取付けられたセンサ９０（図１参照）は、固定子２０に対する電機子３０の位置を決定し、当該情報を整流コントローラ１００及び運動コントローラ１２０に送る。運動コントローラ１２０は、このフィードバックに応答して速度コマンドを生成し、前記の速度コマンドを整流コントローラ１００に送る。整流コントローラ１００は、所要の横方向力を算定し、参照用テーブルと補間を用いてこの力を得るために必要な相電流を決定するために位置フィードバックデータと共に前記の情報を使用する。次に、相電流は増幅器１１０に送られ、この増幅器は当該電流を電機子３０に送る。
【００２７】
図６（ａ）は、１４種の一定力水準に関して、１つの位相（Ｂ相）における電流を、位相Ｂの合致配列位置からのモータ変位の関数として示す。固定子２０の歯２２のピッチは６ｍｍであり、電流の極性は歯の１ピッチ毎に変わるので（参照図４）、電流は１２ｍｍ変位毎に周期性をもつ。位相ＡとＣに関する電流波形は、位相Ｂに関するグラフ（図６（ａ））をそれぞれ８ｍｍ及び４ｍｍだけ平行移動することによって求められる。図６（ａ）には、僅かに１４種の個別の力水準が示されているに過ぎないが、ここに示す実施例においては、３７５の個別モータ位置に関して６４種の力水準が用いられた。
【００２８】
電機子３０が所定の位置に接近すると、所要の線形の関係にある力（即ち、運動方向の力）はゼロに近付く。従って、図６（ａ）に示すように、目標位置に到達するまでモータ制御電流もゼロに近付く。目標位置に到達すると、図６（ａ）において「ゼロ力」とラベル表示されている所要の線形の関係にある力はゼロであり、全ての相電流はゼロに等しくなる。これは、電機子のｅ‐コア８０ａ／ｂと固定子２０との間の法線方向の引力も同時に減少させ、結果的にシステムの剛性を減少させる。
【００２９】
モータの位相は、必要な線形の関係にある力とは関係なしに、常にある水準の励磁電流が流れていることを保証するために動的なずれ（オフセット）を整流システムに埋め込むことは本発明の１つの態様に基づく設計理念である。このように埋め込まれた電流はモータの固定子２０と電機子３０との間の法線方向の引力を維持し、剛性を所要水準に保持する。図６（ｂ）は、本発明の実施例に基づくモータの変位の関数として位相Ｂにおける修正済み電流を示す。相電流は、モータによって生成される横方向の力に有意な影響を及ぼすことなしに或る水準の法線方向の力を維持するように選定される。換言すれば、１つの相のずれ（オフセット）電流によって発生する横方向の力のあらゆる変化は、他の２つの相のずれ（オフセット）電流によって相殺され、その結果、所要の横方向力が維持される。従って、「ゼロ力」水準の場合であっても、電機子３０と固定子２０との間に法線方向の力を維持するような或る水準の電流が当該位相に流れる。同時に、一方では他の２つの相の一方または両方にも或る水準の電流が流れて垂直方向の力を強化し、他方ではＢ相に生じたあらゆる横方向の力を相殺し、それによって、一切の横方向力成分を含まない正味の法線方向力が発生する。
【００３０】
図６（ｂ）に示す値を用いると、図に示す実施例のモータによって、ゼロ力水準の場合に、約８０ｌｂｓの法線方向の引力が維持され、前記の値は第１から第８番目の力水準の場合に変化しない。更に高い力水準の場合には、この値は増加する。結果として剛性が付加されると、モータ振動の大きさを減少させ、システムを更に安定した状態にする。
【００３１】
当該技術分野における熟練者にとって、本発明の電磁予負荷を実現するためにリニアモータが特許’２９４を用いる必要のないことは明白である。少なくとも１つの相に或る水準の電流が常時流れている場合には、法線方向の力が維持されるはずである。前述の必要条件を満足させるために用いられる電流は、力トランスデューサ、及び、モータの相電流を制御するための直流電源を用いて実験的に、或いは、理論的に見付けることが可能である。
【００３２】
（条件付きフィルタリング）
本発明の第３の態様において、更に振動を減少させるために、制御フィードバックループの条件付きフィルタリングが用いられる。
【００３３】
図１に示すコントローラとリニアモータの電機子との間のインタフェースに関する詳細なブロックダイアグラムを図７に示す。図に示すように、整流コントローラ１００は、速度値（ｄｘ／ｄｔ）を求めるために、時間（ｔ）に亙ってセンサ９０によって読取った位置値（ｘ）を微分するための微分ブロック１０４を有する。速度値（ｄｘ／ｄｔ）は速度フィルタ１０２を通って加算ブロック１０３に送られ、ここで、運動コントローラ１２０からの速度コマンドと比較される。比較結果は速度誤差制御ブロック１０１に送られ、ここで、速度ループ利得が供給されて、実際の力コマンドが出力される。整流ブロック１０５は、当該モータの各相に必要な電流（ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ）を計算するために、速度誤差制御ブロック１０１から実際の力コマンドを、微分ブロック１０４から速度値（ｄｘ／ｄｔ）を、センサ９０から位置値（ｘ）を受け取る。これらの値は増幅器１１０に送られ、ここから、対応する増幅済み電流がモータの相に送られる。
【００３４】
図８Ａに示すように、先行技術に基づいて作動する場合、所要のモータ位置に到達すると、図７に示すシステムには揺動が生じる。その理由は、部分的に、モータの高速運転を達成するために、高速度ループ利得が用いられることに因る。本発明の条件付きフィルタリング（図８Ｂ）は、位置誤差（実際のモータ位置―所要位置）が或る規定値未満になるまで全速度ループ利得において駆動することによりこの問題を軽減する。運動コントローラ１２０のＰＩＤ制御システム１２２によって通知された状態の位置誤差が規定値（Ｔf時点における）よりも小さい場合、条件付きフィルタ１０６が用いられる。前記フィルタにおいては、所要位置に到達した場合にシステムに起きることが経験的に予測される最大の外乱よりも大きいと経験的に判断される位置誤差の値が選択される。
【００３５】
フィルタ１０６の第１ステージにおいては、当該システムが正常軌道を完了し、帯域幅を減少することなしに所要の位置に整定できるように遅延（タイムディレイ）が適用される。機械システムは巻き戻し（低加速度要求および関連した相電流の低下に起因して大きい法線方向の力が減少するにつれて剛性が減少すること）のための或る期間を必要とするので、前記の遅延は許容される。遅延の継続期間は、フィルタが用いられる位置から（既に述べた揺動が始まる以前の）所要位置における定常状態まで、電機子３０が移動するために通常（即ち、条件付きフィルタを使用することなしに）必要とする時間よりも僅かに長い時間が選択される。遅延が（時点Ｔdにおいて）満了した場合、一旦所要位置に到達すると、当該所要位置を維持するための帯域幅必要条件が低下するので、速度誤差制御ブロック１０１によって供給される速度ループ利得が減少する。利得の減少は力コマンドを制限し、閉ループ感度を不安定な振動要素まで低下させる。
【００３６】
フィルタ１０６の他の特徴は、加算ブロック１０３へ供給された速度データを所定の範囲に制限する速度クランプを速度フィルタ１０２において同時に導入することである（参照図８Ｂ）。これは、システムは基本的に停止状態にあり、位置を保持するためには低速における小さな変位のみを取り扱うことが必要であるという事実を利用する。あらゆる小さな変位振動（即ち、問題の非線形振動）は、それらの振動数に起因して高速要素を含む。この速度要素は、位置を保持する状態において予測されるあらゆる線形外乱よりも大きい。速度クランプは予測される最大の外乱要素の速度フィードバックを制限する。従って、速度クランプは、速度フィードバックされる値にクランプを供給することによって振動に対するシステムの感度を減少させる。低速なあらゆる位置的小外乱はフィルタのクランプの大きさによって影響されず、位置を維持するためにシステムが正常に反応することを可能にすることは言うまでもない。
【００３７】
位置誤差が条件付きフィルタによって規定された値より大きい場合には（所要位置または大きい外乱のどちらかの変化に起因する）、条件付きフィルタは取り除かれ、前記の規定値よりも小さい位置誤差を再び期待するように初期化される。図８Ｂに示すように、このフィルタリング作用は機械的剛性の低下に関する当該システムの感度を低下させるが、所定位置に到着するために必要な整定時間に否定的には影響しない。
【００３８】
図に示す実施例を用いて本発明について記述した。本願にとって有利に作用するような他の実施例、特徴、及び、変形例も特許請求の範囲に含まれることは、当該技術分野における通常の技術を持つ者にとって明白なはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づいた可変磁気抵抗リニアモータの立面図である。
【図２】図１のリニアモータの電機子モジュールの斜視図である。
【図３】図２の電機子モジュールの分解図である。
【図４】図１のモータの電機子モジュール及び固定子の概略図である。
【図５】コントローラと図１のリニアモータの電機子との間のインタフェースのブロックダイアグラムである。
【図６】（ａ）は１４種の一定力水準に関して、先行技術によるリニアモータの１つの位相電流をモータの変位関数として示すグラフである。（ｂ）は１４種の一定力水準に関して、本発明によるリニアモータの１つの位相電流をモータの変位関数として示すグラフである。
【図７】コントローラと図１のリニアモータの電機子との間のインタフェースの更に詳細なブロックダイアグラムである。
【図８Ａ】先行技術に従って駆動する図７のシステムの位置誤差および速度フィードバックのグラフである。
【図８Ｂ】本発明に従って駆動する図７のシステムの位置誤差および速度フィードバックのグラフである。
【符号の説明】
１      リニアモータ
２０    固定子
３０    電機子アセンブリ
８０ａ  ｅ−コアａ
８０ｂ  ｅ−コアｂ
９０    センサ
【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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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