シャフト型リニアモータの位置決め装置
【課題】リニアスケールによる高精度な位置決めを行うものでありながら、その検出区間を限定して磁気スケールの設置範囲を小さくすることにより、コンパクト化が求められる分野でも利用することができるようになり、しかも、磁気スケールが設置されていない区間においても、可動子の位置検出を可能にする。
【解決手段】 可動子３の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で位置検出を行う第一位置検出手段４Ａと、直線駆動範囲全域で位置検出を行う第二位置検出手段４Ｂとを備え、第一位置検出手段４Ａは、精密な位置検出が可能なリニアスケールで構成し、第二位置検出手段４Ｂは、可動子３に設けられる磁気センサＳでシャフト２の磁束を検出することにより可動子３の位置検出を行うものとする。
【解決手段】 可動子３の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で位置検出を行う第一位置検出手段４Ａと、直線駆動範囲全域で位置検出を行う第二位置検出手段４Ｂとを備え、第一位置検出手段４Ａは、精密な位置検出が可能なリニアスケールで構成し、第二位置検出手段４Ｂは、可動子３に設けられる磁気センサＳでシャフト２の磁束を検出することにより可動子３の位置検出を行うものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子をシャフトに沿って直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直線駆動する電気アクチュエータとしてシャフト型リニアモータが注目されている。この種のシャフト型リニアモータは、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、可動子を直線的に駆動させる。このような構成によれば、コギングや速度ムラが少ないので、様々な分野での応用が検討されている。
【０００３】
シャフト型リニアモータを位置決め制御する場合は、通常、可動子の位置を検出する位置検出手段が別途付加される（例えば、特許文献１〜３参照）。この種の位置検出手段としては、リニアスケール（リニアエンコーダ）が一般的であり、精密な位置決めが可能になる。しかしながら、リニアスケールは、可動子に設けられる磁気ヘッド（位置情報読み取り部）と、該磁気ヘッドの移動軌跡に沿って対向状に配置される磁気スケール（位置情報記憶部）とからなり、磁気ヘッドで磁気スケールの磁気目盛を読み取ることにより可動子の位置を検出するので、シャフトの全長に亘って磁気スケールを並設しなければならない。その結果、シャフト型リニアモータの周辺が大型化し、コンパクト化が求められる分野での利用が制限されるという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１２５６９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２９４４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１２９４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、リニアスケールによる高精度な位置決めを行うものでありながら、その検出区間を限定して磁気スケールの設置範囲を小さくすることにより、コンパクト化が求められる分野でも利用することができるようになり、しかも、磁気スケールが設置されていない区間においても、可動子の位置検出を行うことができるシャフト型リニアモータの位置決め装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明のシャフト型リニアモータの位置決め装置は、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置であって、前記可動子の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で前記可動子の位置検出を行う第一位置検出手段と、前記第一位置検出手段の検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で前記可動子の位置検出を行う第二位置検出手段とを備え、前記第一位置検出手段は、前記可動子に設けられる位置情報読み取り部と、該位置情報読み取り部の移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部とを有し、前記位置情報読み取り部で前記位置情報記憶部の位置情報を読み取ることにより前記可動子の位置検出を行い、前記第二位置検出手段は、前記可動子に設けられる磁気センサを有し、該磁気センサで前記シャフトの磁束を検出することにより前記可動子の位置検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記のように構成したことにより、リニアスケールによる高精度な位置決めを行うものでありながら、その検出区間を限定して磁気スケールの設置範囲を小さくすることにより、コンパクト化が求められる分野でも利用することができるようになり、しかも、磁気スケールが設置されていない区間においても、可動子の位置検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するシャフト型リニアモータの位置決め装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータ（磁気スケールは省略）の斜視図である。この図に示すように、シャフト型リニアモータ１は、複数の棒状磁石２ａが直列状に配列されたシャフト２と、該シャフト２にスライド自在に外嵌する可動子３とを備え、該可動子３の内周部に設けられるコイル（図示せず）の励磁により、可動子３を直線的に駆動させる。
【０００８】
このようなシャフト型リニアモータ１を位置決め制御する場合は、可動子３の位置を検出する位置検出手段４が付加される。本発明に係るシャフト型リニアモータ１の位置決め装置は、可動子３の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で可動子３の位置検出を行う第一位置検出手段４Ａと、第一位置検出手段４Ａの検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で可動子３の位置検出を行う第二位置検出手段４Ｂとを備える点に特徴があり、以下、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂについて説明する。
【０００９】
第二位置検出手段４Ｂは、可動子３に設けられる磁気センサ（ホール素子等）Ｓを備えて構成され、該磁気センサＳが検出するシャフト２の磁束変化に基づいて可動子３の位置検出を行う。すなわち、この第二位置検出手段４Ｂによれば、リニアスケールのように磁気スケールを設けることなく、シャフト２の磁束変化を利用して可動子３の位置を検出するので、位置検出機能を備えるシャフト型リニアモータ１のコンパクト化が図れる。
【００１０】
磁気センサＳによる可動子３の位置検出方式としては、まず、二つの磁気センサＳが出力する二相のアナログ信号からの演算で位置（機械角）を得る方式が考えられる。この方式は、二つの磁気センサＳから得られるアナログ信号が互に直交する正弦波であることが前提となる。つまり、シャフト２の磁束分布が正弦波状でない場合は、得られる位置情報に誤差が生じる。実際のシャフト２では、磁束分布が正弦波状とは言い難く、多くの空間高調波を含んでいる。そこで、磁気センサＳをシャフト２から遠ざけることにより、磁気センサＳを貫く磁束を平滑化して空間高調波を除去することが考えられるが、高調波の完全な除去は難しい。しかも、磁気センサＳの出力レベルの低下するので、ＳＮ比の悪化や外部磁束による外乱の影響が懸念される。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第二位置検出手段の検出概念を示すブロック図である。この図に示すように、本発明の実施形態に係る第二位置検出手段４Ｂの位置検出方式は、シャフト２の軸線方向に所定の間隔を存して配列される複数（例えば４つ）の磁気センサＳ０〜Ｓ３を用い、各磁気センサＳ０〜Ｓ３の出力にそれぞれ所定の重み係数を乗じて加算することにより二相のアナログ信号を得る。磁気センサＳの個数は、得ようとするフィルタリング特性によって適切に選ぶ必要があるが、少なくとも２つは必要となる。実用にあたっては、磁気センサＳを多数使うことによるコスト上昇や磁気センサＳの検出感度のバラツキ等の解決すべき問題があるものの、個数の選択によってフィルタリング特性を容易に決定できるという利点がある。尚、シャフトのマグネット部より、正弦波に近い波形を取り出すことができれば、磁気センサ（例えば、Ｓ０〜Ｓ３）が出力するアナログ信号を直接位置検出に利用することも可能である。
【００１２】
重み係数演算及び加算演算をオペアンプ回路で行った場合、きわめて簡単な回路構成で二相のアナログ信号（Ａ相、Ｂ相の直交信号）が得られる。この場合、得られた二相信号をコントローラに入力すればよいので、コントローラのＡ／Ｄ入力は従来と同様に二つでよく、既存のコントローラをそのまま利用することが可能となる。一方、重み係数演算及び加算演算をコントローラのマイコン内部で行う場合は、磁気センサＳの数だけＡ／Ｄ入力が必要となるが、磁気センサＳの感度のバラツキ等をソフト的な処理で吸収できるという利点がある。また、重み係数を必要に応じてマイコン内部で変化させることも可能となる。
【００１３】
図３は、シャフトの磁束密度分布例を示すグラフ図である。この図に示すように、シャフト２の表面近傍における磁束密度分布は、正弦波ではなく、多くの空間高調波を含んでいる。ここで、磁気センサＳを７個用い、それらを５ｍｍ間隔で配置した構成について考えてみる。各磁気センサＳ０〜Ｓ６に乗じる重み係数は、図４に示すように設定する。磁気センサＳ０〜Ｓ６の間隔が５ｍｍ、磁束分布の周期が６０ｍｍとした場合、磁束の周期の１２倍でサンプリングしていると考えれば、磁束周期の約１．４４倍調波以下を通過させる設定といえる。この係数設定を用いて得られた二相信号を図５に示す。この図に示すように、高調波は大幅に低減され、ほぼ正弦波状になっていることがわかる。また、図６は、この二相信号からの演算で求めた位置の誤差を示している。
【００１４】
図８は、磁気センサＳ０〜Ｓ５を５ｍｍ間隔で６個配置して、シャフト２の磁束分布に含まれる３次高調波の成分のみを取り出すように帯域通過フィルタを構成したときのアナログ二相出力である。なお、重み係数は、図７に示すように設定した。ここでは、３次高調波を利用しているため、０．１ｍｍの分解能を必要とした場合、演算では１．８ｄｅｇの分解能が要求されるが、基本波を利用する方式に比べれば高精度化が容易になる。図９は、演算により位置検出を行った際の誤差を示している。更なる高分解能を目標とする場合には、補正等の微調整が必要となる。
【００１５】
シャフト２の表面における空間高調波は、５次調波もかなり大きく、磁気センサＳを可及的にシャフト２に近づければ、５次調波を利用した位置検出も十分可能である。この場合、磁気センサＳの個数は多数となるが、安定して高精度が得られる。図１１は、磁気センサＳを３ｍｍ間隔で１０個使用して５次調波を検出した結果を示している。なお、重み係数は、図１０に示すように設定した。ここでは、磁気センサＳの間隔が狭いので、磁気センサＳを一列に並べることが困難になることが予想されるが、サイズが小さい表面実装タイプのチップ型磁気センサであれば、一列に並べることができる。
【００１６】
また、図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、磁気センサＳを複数列に分けて配置してもよい。例えば、図１２の（Ａ）に示すように、シャフト２を挟んで１８０゜対向するように磁気センサＳを５個ずつ配置してもよい。この場合、各列の磁気センサＳは、実質的な間隔が３ｍｍとなるように６ｍｍ間隔で配置する。このような配置にしても、位置検出に利用可能な５次調波の二相信号が得られる。また、磁気センサＳの各列を対称（正対面）に配設し、或いは位置ズレさせて配設することにより、例えば１０個の磁気センサＳを一列に並べる場合に比し、可動子３の長さを１／２に短くでき、コンパクト化に有効である。また、各列を位置ズレさせて配設した場合、磁束の位相差の値に対してセンサリングが行え、検知精度や検知効率を高めることができる。
【００１７】
つぎに、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め制御について、図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め制御システム（第二位置検出手段）を示すブロック図である。この図に示すように、第二位置検出手段４Ｂによりシャフト型リニアモータ１を位置決めする位置決め制御システムは、複数の磁気センサＳ、ミキシング部５、Ａ／Ｄ変換部６、デジタル信号処理部７、Ｄ／Ａ変換部８、電流アンプ部９等を備えて構成することができる。
【００１８】
本実施形態では、磁気センサＳ０〜Ｓ９を３ｍｍ間隔で１０個配置している。磁気センサＳ０〜Ｓ９としては、例えばホール素子が使用される。各ホール素子の出力は、それぞれ差動アンプで検出している。このようにして得られた１０本のアナログ信号は、ミキシング部５でミキシングされる。
【００１９】
ミキシング部５は、前述したように、磁気センサＳ０〜Ｓ９の出力にそれぞれ所定の重み係数を乗じて加算することにより二相のアナログ信号を得る。例えば、本実施形態のミキシング部５は、２４個のＯＰアンプで構成されるが、８〜１２個のＯＰアンプでも実現可能と思われる。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部６は、５次調波の二相信号（５Ａ、５Ｂ）と、基本波の二相信号（１Ａ、１Ｂ）をデジタル信号処理部７に取り込むために、Ａ／Ｄ変換器６ａを備えて構成されている。
【００２１】
デジタル信号処理部７は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、その内部には、位置推定部１１、推定位置補正部１２、モータ駆動部１３等が構成される。位置推定部１１は、Ａ／Ｄ変換器で取り込まれた５次調波の二相信号（５Ａ、５Ｂ）から演算ブロック１１ａで位相角θを演算する。５次調波を検出しているので、実際の磁束周期６０ｍｍの１／５、すなわち１２ｍｍ移動すると、θが２π変化する。このθを周回カウンタブロック１１ｂで監視し、位相角θの周回数Ｎをカウントする。そして、位相角θ及び周回数Ｎを用いて推定位置取得ブロック１１ｃで推定位置を演算する。
【００２２】
推定位置補正部１２は、位置推定部１１が演算した推定位置の補正を行う。すなわち、位置推定部１１で得られた推定位置には、磁石長や磁束密度のバラツキに起因する誤差が含まれているので、補正データを用いて推定位置の補正を行う。補正データは、補正データテーブルブロック１２ａにより予め作成されたものであり、例えば、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録したものであり、補正データテーブルブロック１２ａは、推定位置に応じた誤差値を与える。例えば、推定位置５．２３ｍｍの誤差値は、５．２ｍｍと５．３ｍｍの誤差値をテーブルから読み、その２点を直線補間して近似値を得る。そして、推定位置から補正データを減じて補正済み推定位置が得られ、この補正済み推定位置をモータ駆動部１３に入力してＰＩＤ制御が実行される。
【００２３】
モータ駆動部１３は、コイル電流指令を基本波の二相信号（１Ａ、１Ｂ）から生成している。位相シフトブロック１３ａでは、二相信号（１Ａ、１Ｂ）の位相を調整し、トルク角が適切になるようにしている。位相を調整した後、１Ｂ相のみ３０゜シフトして１２０゜の位相差を持つ二相信号を得ている。この二相信号にＰＩＤブロック１３ｂの出力値を掛けることでＰＩＤ出力に比例した推進力が得られるコイル電流値が出力される。なお、電流アンプ部９は、パワーＯＰアンプ９ａを用いて構成される。つまり、シャフト型リニアモータ１への電力供給はＰＷＭ方式ではなく、パワーＯＰアンプ９ａを用いて、指令信号に比例した電流を供給するようにしている。勿論、ＰＷＭ方式の電流アンプも利用可能である。この電流アンプ部９に対する指令信号は、Ｄ／Ａ変換器８ａを備えるＤ／Ａ変換部８を介して行われる。
【００２４】
つぎに、本発明の実施形態に係る第二位置検出手段４Ｂの検出精度について、図１４〜図１７を参照して説明する。図１４は、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合の位置検出誤差を示している。この図に示すように、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合、±０．６ｍｍ程度の誤差が生じているが、高精度を要求しない用途では、補正なしでも使用可能と考えられる。
【００２５】
図１５は、リニアスケール値と推定位置の差を０．５ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示し、図１６は、リニアスケール値と推定位置の差を０．２ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示し、図１７は、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示している。これらの図に示すように、補正データテーブルによる補正後の誤差は、補正データ間隔に応じて小さくなるが、補正データ数の増加を考慮すると、本実施形態の例ではバランス的に０．２ｍｍ間隔の補正データが好ましい。
【００２６】
つぎに、第一位置検出手段４Ａについて、図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第一位置検出手段の構成を示す説明図である。この図に示すように、第一位置検出手段４Ａは、可動子３に設けられる位置情報読み取り部としての磁気ヘッドＴと、磁気ヘッドＴの移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部としての磁気スケールＵとを有し、磁気ヘッドＴで磁気スケールＵの磁気目盛（位置情報）を読み取ることにより可動子３の位置検出を行う磁気方式のリニアスケール（位置検出装置）であるが、その他、発光源の半導体レーザ，受光部のフォトディテクタに，回折格子であるホログラムスケール（ホログラム格子）を組み合わせたレーザ式のもの、基本的にロータリーエンコンーダと同じ動作原理による方式で電気信号をカウンタで計数し変位量を測定する光電方式のもの等を用いても良い。つまり、第一位置検出手段４Ａは、前述のように可動子３の直線駆動範囲に部分的に任意設定された検出区間（例えば、図１８の夫々異なる検出ストローク区間として設定したＡ区間、Ｃ区間、Ｅ区間）でのみ可動子３の位置検出を行うよう構成したものとになっている。すなわち、高精度な位置決めが要求される区間でのみ第一位置検出手段４Ａによる位置検出を行うことにより、磁気スケールＵの設置範囲を小さくすることができるので、シャフト２の全長に亘って磁気スケールＵを並設する場合に比べ、シャフト型リニアモータ１の周辺をコンパクト化することが可能になり、その結果、コンパクト化が求められる分野でもシャフト型リニアモータ１の利用を促進することができる。
【００２７】
磁気スケールＵが設置されていない区間（例えば、図１８のＢ区間、Ｄ区間）においては、第二位置検出手段４Ｂで可動子３の位置検出を行うことができる。第一位置検出手段４Ａによる位置決め動作（リニアスケール駆動）と、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め動作（センサレス駆動）は、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵの磁気目盛を読み取っているか否かに基づいて切換えることが可能であるが、位置決め動作の切換え（リニアスケール用カウンタのリセット処理等）を確実かつ迅速に行うには、磁気ヘッドＴに原点センサＶを設け、磁気スケールＵの原点位置を検出することが好ましい。原点センサＶは、磁気スケールＵの原点位置に設けられる原点検出子Ｗを磁気ヘッドＴとは異なる方式で検出するものであり、例えば、反射式の光学センサを用いて構成することができる。
【００２８】
次に、第一位置検出手段４Ａ（リニアスケール位置検出システム）及び第二位置検出手段４Ｂ（センサレス位置検出システム）を併用したシャフト型リニアモータ１の具体的な位置決め制御について、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９に示すように、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂによる可動子３の位置情報は、ドライバＸ（又はコントローラ）に入力される。第一位置検出手段４ＡからドライバＸに入力される位置情報は、任意区間の精密位置情報であり、また、原点センサＶの検出信号も含まれる。一方、第二位置検出手段４ＢからドライバＸに入力される位置情報は、全区間の粗雑位置情報である。
【００２９】
ドライバＸは、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂから入力した位置情報を内部でソフトウエア的に処理し、シャフト型リニアモータ１を位置決め駆動させる。具体的には、図２０に示すように、まず、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵを検出しているか否かを判断し（Ｓ１）、この判断結果がＹＥＳの場合は、第一位置検出手段４Ａの位置情報に基づいた位置決め動作（リニアスケール駆動）を行う（Ｓ２）。また、リニアスケール駆動状態であっても、第二位置検出手段４Ｂによる位置検出動作は続行される。一方、上記ステップＳ１の判断結果がＮＯの場合は、第二位置検出手段４Ｂの位置情報に基づいた位置決め動作（センサレス駆動）を行う（Ｓ３）。この状態では、原点センサＶによる原点検出を判断しており（Ｓ４）、この判断結果がＹＥＳになったら、リニアスケール用カウンタをリセットし（Ｓ５）、リニアスケール駆動（Ｓ２）に移行する。
【００３０】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、シャフト型リニアモータ１の位置決め装置は、リニアスケールからなる第一位置検出手段４Ａを有し、可動子３の位置を精密に検出するのであるが、第一位置検出手段４Ａによる位置検出は、可動子３の直線駆動範囲に部分的に１又は複数の任意ストローク（異なるストロークであっても良い）に設定された検出区間でのみ行うようになっているので、磁気スケールＵ（位置情報記憶部）の設置範囲を小さくすることができる。これにより、シャフト２の全長に亘って磁気スケールＵを並設する場合に比べ、シャフト型リニアモータ１の周辺をコンパクト化することが可能になり、その結果、コンパクト化が求められる分野でもシャフト型リニアモータ１の利用を促進することができる。
【００３１】
また、磁気スケールＵが設置されていない区間においては、第二位置検出手段４Ｂで可動子３の位置検出を行うことができる。すなわち、第二位置検出手段４Ｂは、シャフト２の磁束検出により可動子３の位置を検出するものであり、磁気スケールＵが設置されていない区間でも位置検出を行うことができる。
【００３２】
そして、第一位置検出手段４Ａによる位置決め動作と、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め動作は、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵの磁気目盛を読み取っているか否かに基づいて切換えることが可能であるが、本実施形態では、磁気ヘッドＴに原点センサＶを設け、磁気スケールＵの原点位置を検出するようにしたので、位置決め動作の切換えを確実かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータ（磁気スケールは省略）の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第二位置検出手段の検出概念を示すブロック図である。
【図３】シャフトの磁束密度分布例を示すグラフ図である。
【図４】高調波低減のための重み係数を示す表図である。
【図５】図４の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図６】図５の二相アナログ信号から演算した推定位置の誤差を示す説明図である。
【図７】３次調波抽出のための重み係数を示す表図である。
【図８】図７の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図９】図８の二相アナログ信号から演算した推定位置の誤差を示す説明図である。
【図１０】５次調波抽出のための重み係数を示す表図である。
【図１１】図１０の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は磁気センサの配置例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め制御システム（第二位置検出手段）を示すブロック図である。
【図１４】図１３の位置決め制御システムにおいて、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１５】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．５ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１６】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．２ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１７】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１８】第二位置検出手段の説明図である。
【図１９】第一位置検出手段及び第二位置検出手段を併用する位置決め制御システムのブロック図である。
【図２０】第一位置検出手段及び第二位置検出手段を併用する位置決め制御システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１ シャフト型リニアモータ
２ シャフト
２ａ 棒状磁石
３ 可動子
４Ａ 第一位置検出手段
４Ｂ 第二位置検出手段
５ ミキシング部
６ Ａ／Ｄ変換部
６ａ Ａ／Ｄ変換器
７ デジタル信号処理部
８ Ｄ／Ａ変換部
８ａ Ｄ／Ａ変換器
９ 電流アンプ部
９ａ パワーＯＰアンプ
１１ 位置推定部
１１ａ 演算ブロック
１１ｂ 周回カウンタブロック
１１ｃ 推定位置取得ブロック
１１ｄ オフセットブロック
１２ 推定位置補正部
１２ａ 補正データテーブルブロック
１３ モータ駆動部
１３ａ 位相シフトブロック
１３ｂ ＰＩＤブロック
１４ カウンタブロック
Ｓ 磁気センサ
Ｔ 磁気ヘッド
Ｕ 磁気スケール
Ｖ 原点センサ
Ｗ 原点検出子
Ｘ ドライバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子をシャフトに沿って直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直線駆動する電気アクチュエータとしてシャフト型リニアモータが注目されている。この種のシャフト型リニアモータは、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、可動子を直線的に駆動させる。このような構成によれば、コギングや速度ムラが少ないので、様々な分野での応用が検討されている。
【０００３】
シャフト型リニアモータを位置決め制御する場合は、通常、可動子の位置を検出する位置検出手段が別途付加される（例えば、特許文献１〜３参照）。この種の位置検出手段としては、リニアスケール（リニアエンコーダ）が一般的であり、精密な位置決めが可能になる。しかしながら、リニアスケールは、可動子に設けられる磁気ヘッド（位置情報読み取り部）と、該磁気ヘッドの移動軌跡に沿って対向状に配置される磁気スケール（位置情報記憶部）とからなり、磁気ヘッドで磁気スケールの磁気目盛を読み取ることにより可動子の位置を検出するので、シャフトの全長に亘って磁気スケールを並設しなければならない。その結果、シャフト型リニアモータの周辺が大型化し、コンパクト化が求められる分野での利用が制限されるという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１２５６９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２９４４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１２９４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、リニアスケールによる高精度な位置決めを行うものでありながら、その検出区間を限定して磁気スケールの設置範囲を小さくすることにより、コンパクト化が求められる分野でも利用することができるようになり、しかも、磁気スケールが設置されていない区間においても、可動子の位置検出を行うことができるシャフト型リニアモータの位置決め装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明のシャフト型リニアモータの位置決め装置は、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置であって、前記可動子の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で前記可動子の位置検出を行う第一位置検出手段と、前記第一位置検出手段の検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で前記可動子の位置検出を行う第二位置検出手段とを備え、前記第一位置検出手段は、前記可動子に設けられる位置情報読み取り部と、該位置情報読み取り部の移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部とを有し、前記位置情報読み取り部で前記位置情報記憶部の位置情報を読み取ることにより前記可動子の位置検出を行い、前記第二位置検出手段は、前記可動子に設けられる磁気センサを有し、該磁気センサで前記シャフトの磁束を検出することにより前記可動子の位置検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記のように構成したことにより、リニアスケールによる高精度な位置決めを行うものでありながら、その検出区間を限定して磁気スケールの設置範囲を小さくすることにより、コンパクト化が求められる分野でも利用することができるようになり、しかも、磁気スケールが設置されていない区間においても、可動子の位置検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するシャフト型リニアモータの位置決め装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータ（磁気スケールは省略）の斜視図である。この図に示すように、シャフト型リニアモータ１は、複数の棒状磁石２ａが直列状に配列されたシャフト２と、該シャフト２にスライド自在に外嵌する可動子３とを備え、該可動子３の内周部に設けられるコイル（図示せず）の励磁により、可動子３を直線的に駆動させる。
【０００８】
このようなシャフト型リニアモータ１を位置決め制御する場合は、可動子３の位置を検出する位置検出手段４が付加される。本発明に係るシャフト型リニアモータ１の位置決め装置は、可動子３の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で可動子３の位置検出を行う第一位置検出手段４Ａと、第一位置検出手段４Ａの検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で可動子３の位置検出を行う第二位置検出手段４Ｂとを備える点に特徴があり、以下、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂについて説明する。
【０００９】
第二位置検出手段４Ｂは、可動子３に設けられる磁気センサ（ホール素子等）Ｓを備えて構成され、該磁気センサＳが検出するシャフト２の磁束変化に基づいて可動子３の位置検出を行う。すなわち、この第二位置検出手段４Ｂによれば、リニアスケールのように磁気スケールを設けることなく、シャフト２の磁束変化を利用して可動子３の位置を検出するので、位置検出機能を備えるシャフト型リニアモータ１のコンパクト化が図れる。
【００１０】
磁気センサＳによる可動子３の位置検出方式としては、まず、二つの磁気センサＳが出力する二相のアナログ信号からの演算で位置（機械角）を得る方式が考えられる。この方式は、二つの磁気センサＳから得られるアナログ信号が互に直交する正弦波であることが前提となる。つまり、シャフト２の磁束分布が正弦波状でない場合は、得られる位置情報に誤差が生じる。実際のシャフト２では、磁束分布が正弦波状とは言い難く、多くの空間高調波を含んでいる。そこで、磁気センサＳをシャフト２から遠ざけることにより、磁気センサＳを貫く磁束を平滑化して空間高調波を除去することが考えられるが、高調波の完全な除去は難しい。しかも、磁気センサＳの出力レベルの低下するので、ＳＮ比の悪化や外部磁束による外乱の影響が懸念される。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第二位置検出手段の検出概念を示すブロック図である。この図に示すように、本発明の実施形態に係る第二位置検出手段４Ｂの位置検出方式は、シャフト２の軸線方向に所定の間隔を存して配列される複数（例えば４つ）の磁気センサＳ０〜Ｓ３を用い、各磁気センサＳ０〜Ｓ３の出力にそれぞれ所定の重み係数を乗じて加算することにより二相のアナログ信号を得る。磁気センサＳの個数は、得ようとするフィルタリング特性によって適切に選ぶ必要があるが、少なくとも２つは必要となる。実用にあたっては、磁気センサＳを多数使うことによるコスト上昇や磁気センサＳの検出感度のバラツキ等の解決すべき問題があるものの、個数の選択によってフィルタリング特性を容易に決定できるという利点がある。尚、シャフトのマグネット部より、正弦波に近い波形を取り出すことができれば、磁気センサ（例えば、Ｓ０〜Ｓ３）が出力するアナログ信号を直接位置検出に利用することも可能である。
【００１２】
重み係数演算及び加算演算をオペアンプ回路で行った場合、きわめて簡単な回路構成で二相のアナログ信号（Ａ相、Ｂ相の直交信号）が得られる。この場合、得られた二相信号をコントローラに入力すればよいので、コントローラのＡ／Ｄ入力は従来と同様に二つでよく、既存のコントローラをそのまま利用することが可能となる。一方、重み係数演算及び加算演算をコントローラのマイコン内部で行う場合は、磁気センサＳの数だけＡ／Ｄ入力が必要となるが、磁気センサＳの感度のバラツキ等をソフト的な処理で吸収できるという利点がある。また、重み係数を必要に応じてマイコン内部で変化させることも可能となる。
【００１３】
図３は、シャフトの磁束密度分布例を示すグラフ図である。この図に示すように、シャフト２の表面近傍における磁束密度分布は、正弦波ではなく、多くの空間高調波を含んでいる。ここで、磁気センサＳを７個用い、それらを５ｍｍ間隔で配置した構成について考えてみる。各磁気センサＳ０〜Ｓ６に乗じる重み係数は、図４に示すように設定する。磁気センサＳ０〜Ｓ６の間隔が５ｍｍ、磁束分布の周期が６０ｍｍとした場合、磁束の周期の１２倍でサンプリングしていると考えれば、磁束周期の約１．４４倍調波以下を通過させる設定といえる。この係数設定を用いて得られた二相信号を図５に示す。この図に示すように、高調波は大幅に低減され、ほぼ正弦波状になっていることがわかる。また、図６は、この二相信号からの演算で求めた位置の誤差を示している。
【００１４】
図８は、磁気センサＳ０〜Ｓ５を５ｍｍ間隔で６個配置して、シャフト２の磁束分布に含まれる３次高調波の成分のみを取り出すように帯域通過フィルタを構成したときのアナログ二相出力である。なお、重み係数は、図７に示すように設定した。ここでは、３次高調波を利用しているため、０．１ｍｍの分解能を必要とした場合、演算では１．８ｄｅｇの分解能が要求されるが、基本波を利用する方式に比べれば高精度化が容易になる。図９は、演算により位置検出を行った際の誤差を示している。更なる高分解能を目標とする場合には、補正等の微調整が必要となる。
【００１５】
シャフト２の表面における空間高調波は、５次調波もかなり大きく、磁気センサＳを可及的にシャフト２に近づければ、５次調波を利用した位置検出も十分可能である。この場合、磁気センサＳの個数は多数となるが、安定して高精度が得られる。図１１は、磁気センサＳを３ｍｍ間隔で１０個使用して５次調波を検出した結果を示している。なお、重み係数は、図１０に示すように設定した。ここでは、磁気センサＳの間隔が狭いので、磁気センサＳを一列に並べることが困難になることが予想されるが、サイズが小さい表面実装タイプのチップ型磁気センサであれば、一列に並べることができる。
【００１６】
また、図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、磁気センサＳを複数列に分けて配置してもよい。例えば、図１２の（Ａ）に示すように、シャフト２を挟んで１８０゜対向するように磁気センサＳを５個ずつ配置してもよい。この場合、各列の磁気センサＳは、実質的な間隔が３ｍｍとなるように６ｍｍ間隔で配置する。このような配置にしても、位置検出に利用可能な５次調波の二相信号が得られる。また、磁気センサＳの各列を対称（正対面）に配設し、或いは位置ズレさせて配設することにより、例えば１０個の磁気センサＳを一列に並べる場合に比し、可動子３の長さを１／２に短くでき、コンパクト化に有効である。また、各列を位置ズレさせて配設した場合、磁束の位相差の値に対してセンサリングが行え、検知精度や検知効率を高めることができる。
【００１７】
つぎに、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め制御について、図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め制御システム（第二位置検出手段）を示すブロック図である。この図に示すように、第二位置検出手段４Ｂによりシャフト型リニアモータ１を位置決めする位置決め制御システムは、複数の磁気センサＳ、ミキシング部５、Ａ／Ｄ変換部６、デジタル信号処理部７、Ｄ／Ａ変換部８、電流アンプ部９等を備えて構成することができる。
【００１８】
本実施形態では、磁気センサＳ０〜Ｓ９を３ｍｍ間隔で１０個配置している。磁気センサＳ０〜Ｓ９としては、例えばホール素子が使用される。各ホール素子の出力は、それぞれ差動アンプで検出している。このようにして得られた１０本のアナログ信号は、ミキシング部５でミキシングされる。
【００１９】
ミキシング部５は、前述したように、磁気センサＳ０〜Ｓ９の出力にそれぞれ所定の重み係数を乗じて加算することにより二相のアナログ信号を得る。例えば、本実施形態のミキシング部５は、２４個のＯＰアンプで構成されるが、８〜１２個のＯＰアンプでも実現可能と思われる。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部６は、５次調波の二相信号（５Ａ、５Ｂ）と、基本波の二相信号（１Ａ、１Ｂ）をデジタル信号処理部７に取り込むために、Ａ／Ｄ変換器６ａを備えて構成されている。
【００２１】
デジタル信号処理部７は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、その内部には、位置推定部１１、推定位置補正部１２、モータ駆動部１３等が構成される。位置推定部１１は、Ａ／Ｄ変換器で取り込まれた５次調波の二相信号（５Ａ、５Ｂ）から演算ブロック１１ａで位相角θを演算する。５次調波を検出しているので、実際の磁束周期６０ｍｍの１／５、すなわち１２ｍｍ移動すると、θが２π変化する。このθを周回カウンタブロック１１ｂで監視し、位相角θの周回数Ｎをカウントする。そして、位相角θ及び周回数Ｎを用いて推定位置取得ブロック１１ｃで推定位置を演算する。
【００２２】
推定位置補正部１２は、位置推定部１１が演算した推定位置の補正を行う。すなわち、位置推定部１１で得られた推定位置には、磁石長や磁束密度のバラツキに起因する誤差が含まれているので、補正データを用いて推定位置の補正を行う。補正データは、補正データテーブルブロック１２ａにより予め作成されたものであり、例えば、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録したものであり、補正データテーブルブロック１２ａは、推定位置に応じた誤差値を与える。例えば、推定位置５．２３ｍｍの誤差値は、５．２ｍｍと５．３ｍｍの誤差値をテーブルから読み、その２点を直線補間して近似値を得る。そして、推定位置から補正データを減じて補正済み推定位置が得られ、この補正済み推定位置をモータ駆動部１３に入力してＰＩＤ制御が実行される。
【００２３】
モータ駆動部１３は、コイル電流指令を基本波の二相信号（１Ａ、１Ｂ）から生成している。位相シフトブロック１３ａでは、二相信号（１Ａ、１Ｂ）の位相を調整し、トルク角が適切になるようにしている。位相を調整した後、１Ｂ相のみ３０゜シフトして１２０゜の位相差を持つ二相信号を得ている。この二相信号にＰＩＤブロック１３ｂの出力値を掛けることでＰＩＤ出力に比例した推進力が得られるコイル電流値が出力される。なお、電流アンプ部９は、パワーＯＰアンプ９ａを用いて構成される。つまり、シャフト型リニアモータ１への電力供給はＰＷＭ方式ではなく、パワーＯＰアンプ９ａを用いて、指令信号に比例した電流を供給するようにしている。勿論、ＰＷＭ方式の電流アンプも利用可能である。この電流アンプ部９に対する指令信号は、Ｄ／Ａ変換器８ａを備えるＤ／Ａ変換部８を介して行われる。
【００２４】
つぎに、本発明の実施形態に係る第二位置検出手段４Ｂの検出精度について、図１４〜図１７を参照して説明する。図１４は、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合の位置検出誤差を示している。この図に示すように、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合、±０．６ｍｍ程度の誤差が生じているが、高精度を要求しない用途では、補正なしでも使用可能と考えられる。
【００２５】
図１５は、リニアスケール値と推定位置の差を０．５ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示し、図１６は、リニアスケール値と推定位置の差を０．２ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示し、図１７は、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示している。これらの図に示すように、補正データテーブルによる補正後の誤差は、補正データ間隔に応じて小さくなるが、補正データ数の増加を考慮すると、本実施形態の例ではバランス的に０．２ｍｍ間隔の補正データが好ましい。
【００２６】
つぎに、第一位置検出手段４Ａについて、図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第一位置検出手段の構成を示す説明図である。この図に示すように、第一位置検出手段４Ａは、可動子３に設けられる位置情報読み取り部としての磁気ヘッドＴと、磁気ヘッドＴの移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部としての磁気スケールＵとを有し、磁気ヘッドＴで磁気スケールＵの磁気目盛（位置情報）を読み取ることにより可動子３の位置検出を行う磁気方式のリニアスケール（位置検出装置）であるが、その他、発光源の半導体レーザ，受光部のフォトディテクタに，回折格子であるホログラムスケール（ホログラム格子）を組み合わせたレーザ式のもの、基本的にロータリーエンコンーダと同じ動作原理による方式で電気信号をカウンタで計数し変位量を測定する光電方式のもの等を用いても良い。つまり、第一位置検出手段４Ａは、前述のように可動子３の直線駆動範囲に部分的に任意設定された検出区間（例えば、図１８の夫々異なる検出ストローク区間として設定したＡ区間、Ｃ区間、Ｅ区間）でのみ可動子３の位置検出を行うよう構成したものとになっている。すなわち、高精度な位置決めが要求される区間でのみ第一位置検出手段４Ａによる位置検出を行うことにより、磁気スケールＵの設置範囲を小さくすることができるので、シャフト２の全長に亘って磁気スケールＵを並設する場合に比べ、シャフト型リニアモータ１の周辺をコンパクト化することが可能になり、その結果、コンパクト化が求められる分野でもシャフト型リニアモータ１の利用を促進することができる。
【００２７】
磁気スケールＵが設置されていない区間（例えば、図１８のＢ区間、Ｄ区間）においては、第二位置検出手段４Ｂで可動子３の位置検出を行うことができる。第一位置検出手段４Ａによる位置決め動作（リニアスケール駆動）と、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め動作（センサレス駆動）は、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵの磁気目盛を読み取っているか否かに基づいて切換えることが可能であるが、位置決め動作の切換え（リニアスケール用カウンタのリセット処理等）を確実かつ迅速に行うには、磁気ヘッドＴに原点センサＶを設け、磁気スケールＵの原点位置を検出することが好ましい。原点センサＶは、磁気スケールＵの原点位置に設けられる原点検出子Ｗを磁気ヘッドＴとは異なる方式で検出するものであり、例えば、反射式の光学センサを用いて構成することができる。
【００２８】
次に、第一位置検出手段４Ａ（リニアスケール位置検出システム）及び第二位置検出手段４Ｂ（センサレス位置検出システム）を併用したシャフト型リニアモータ１の具体的な位置決め制御について、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９に示すように、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂによる可動子３の位置情報は、ドライバＸ（又はコントローラ）に入力される。第一位置検出手段４ＡからドライバＸに入力される位置情報は、任意区間の精密位置情報であり、また、原点センサＶの検出信号も含まれる。一方、第二位置検出手段４ＢからドライバＸに入力される位置情報は、全区間の粗雑位置情報である。
【００２９】
ドライバＸは、第一位置検出手段４Ａ及び第二位置検出手段４Ｂから入力した位置情報を内部でソフトウエア的に処理し、シャフト型リニアモータ１を位置決め駆動させる。具体的には、図２０に示すように、まず、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵを検出しているか否かを判断し（Ｓ１）、この判断結果がＹＥＳの場合は、第一位置検出手段４Ａの位置情報に基づいた位置決め動作（リニアスケール駆動）を行う（Ｓ２）。また、リニアスケール駆動状態であっても、第二位置検出手段４Ｂによる位置検出動作は続行される。一方、上記ステップＳ１の判断結果がＮＯの場合は、第二位置検出手段４Ｂの位置情報に基づいた位置決め動作（センサレス駆動）を行う（Ｓ３）。この状態では、原点センサＶによる原点検出を判断しており（Ｓ４）、この判断結果がＹＥＳになったら、リニアスケール用カウンタをリセットし（Ｓ５）、リニアスケール駆動（Ｓ２）に移行する。
【００３０】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、シャフト型リニアモータ１の位置決め装置は、リニアスケールからなる第一位置検出手段４Ａを有し、可動子３の位置を精密に検出するのであるが、第一位置検出手段４Ａによる位置検出は、可動子３の直線駆動範囲に部分的に１又は複数の任意ストローク（異なるストロークであっても良い）に設定された検出区間でのみ行うようになっているので、磁気スケールＵ（位置情報記憶部）の設置範囲を小さくすることができる。これにより、シャフト２の全長に亘って磁気スケールＵを並設する場合に比べ、シャフト型リニアモータ１の周辺をコンパクト化することが可能になり、その結果、コンパクト化が求められる分野でもシャフト型リニアモータ１の利用を促進することができる。
【００３１】
また、磁気スケールＵが設置されていない区間においては、第二位置検出手段４Ｂで可動子３の位置検出を行うことができる。すなわち、第二位置検出手段４Ｂは、シャフト２の磁束検出により可動子３の位置を検出するものであり、磁気スケールＵが設置されていない区間でも位置検出を行うことができる。
【００３２】
そして、第一位置検出手段４Ａによる位置決め動作と、第二位置検出手段４Ｂによる位置決め動作は、第一位置検出手段４Ａの磁気ヘッドＴが磁気スケールＵの磁気目盛を読み取っているか否かに基づいて切換えることが可能であるが、本実施形態では、磁気ヘッドＴに原点センサＶを設け、磁気スケールＵの原点位置を検出するようにしたので、位置決め動作の切換えを確実かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータ（磁気スケールは省略）の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め装置に適用される第二位置検出手段の検出概念を示すブロック図である。
【図３】シャフトの磁束密度分布例を示すグラフ図である。
【図４】高調波低減のための重み係数を示す表図である。
【図５】図４の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図６】図５の二相アナログ信号から演算した推定位置の誤差を示す説明図である。
【図７】３次調波抽出のための重み係数を示す表図である。
【図８】図７の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図９】図８の二相アナログ信号から演算した推定位置の誤差を示す説明図である。
【図１０】５次調波抽出のための重み係数を示す表図である。
【図１１】図１０の重み係数により得られた二相アナログ信号の波形図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は磁気センサの配置例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの位置決め制御システム（第二位置検出手段）を示すブロック図である。
【図１４】図１３の位置決め制御システムにおいて、補正データテーブルによる補正を行わなかった場合の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１５】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．５ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１６】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．２ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１７】図１３の位置決め制御システムにおいて、リニアスケール値と推定位置の差を０．１ｍｍ間隔で記録した補正データテーブルによる補正後の位置検出誤差を示す説明図である。
【図１８】第二位置検出手段の説明図である。
【図１９】第一位置検出手段及び第二位置検出手段を併用する位置決め制御システムのブロック図である。
【図２０】第一位置検出手段及び第二位置検出手段を併用する位置決め制御システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１ シャフト型リニアモータ
２ シャフト
２ａ 棒状磁石
３ 可動子
４Ａ 第一位置検出手段
４Ｂ 第二位置検出手段
５ ミキシング部
６ Ａ／Ｄ変換部
６ａ Ａ／Ｄ変換器
７ デジタル信号処理部
８ Ｄ／Ａ変換部
８ａ Ｄ／Ａ変換器
９ 電流アンプ部
９ａ パワーＯＰアンプ
１１ 位置推定部
１１ａ 演算ブロック
１１ｂ 周回カウンタブロック
１１ｃ 推定位置取得ブロック
１１ｄ オフセットブロック
１２ 推定位置補正部
１２ａ 補正データテーブルブロック
１３ モータ駆動部
１３ａ 位相シフトブロック
１３ｂ ＰＩＤブロック
１４ カウンタブロック
Ｓ 磁気センサ
Ｔ 磁気ヘッド
Ｕ 磁気スケール
Ｖ 原点センサ
Ｗ 原点検出子
Ｘ ドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置であって、
前記可動子の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で前記可動子の位置検出を行う第一位置検出手段と、
前記第一位置検出手段の検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で前記可動子の位置検出を行う第二位置検出手段とを備え、
前記第一位置検出手段は、前記可動子に設けられる位置情報読み取り部と、該位置情報読み取り部の移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部とを有し、前記位置情報読み取り部で前記位置情報記憶部の位置情報を読み取ることにより前記可動子の位置検出を行い、
前記第二位置検出手段は、前記可動子に設けられる磁気センサを有し、該磁気センサで前記シャフトの磁束を検出することにより前記可動子の位置検出を行う
ことを特徴とするシャフト型リニアモータの位置決め装置。
【請求項２】
前記位置情報読み取り部は、前記位置情報記憶部の原点位置を検出する原点センサを備えることを特徴とする請求項１記載のシャフト型リニアモータの位置決め装置。
【請求項１】
複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの位置決め装置であって、
前記可動子の直線駆動範囲に部分的に設定された検出区間で前記可動子の位置検出を行う第一位置検出手段と、
前記第一位置検出手段の検出区間を除く直線駆動範囲、又は直線駆動範囲全域で前記可動子の位置検出を行う第二位置検出手段とを備え、
前記第一位置検出手段は、前記可動子に設けられる位置情報読み取り部と、該位置情報読み取り部の移動軌跡に沿って対向状に配置される位置情報記憶部とを有し、前記位置情報読み取り部で前記位置情報記憶部の位置情報を読み取ることにより前記可動子の位置検出を行い、
前記第二位置検出手段は、前記可動子に設けられる磁気センサを有し、該磁気センサで前記シャフトの磁束を検出することにより前記可動子の位置検出を行う
ことを特徴とするシャフト型リニアモータの位置決め装置。
【請求項２】
前記位置情報読み取り部は、前記位置情報記憶部の原点位置を検出する原点センサを備えることを特徴とする請求項１記載のシャフト型リニアモータの位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−１４８４８４（Ｐ２００８−１４８４８４Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４２３５（Ｐ２００６−３３４２３５）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００２２９６４５）日本パルスモーター株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００２２９６４５）日本パルスモーター株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
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