リニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置
【課題】リニアスケールを用いずにリニアモータの位置決め精度を改善することができるリニアモータの制御装置を提供する。
【解決手段】リニアモータの制御装置は、リニアモータの電機子が有している磁気センサであってリニアモータの駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいてリニアモータの可動子の位置を検出する位置検出部と、位置検出部が検出した可動子の位置と外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から可動子が移動する速度を推定する推定部と、位置制御部が算出する速度指令値と推定部により推定する可動子の推定移動速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、速度制御部が算出した電流指令値に応じて複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えている。
【解決手段】リニアモータの制御装置は、リニアモータの電機子が有している磁気センサであってリニアモータの駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいてリニアモータの可動子の位置を検出する位置検出部と、位置検出部が検出した可動子の位置と外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から可動子が移動する速度を推定する推定部と、位置制御部が算出する速度指令値と推定部により推定する可動子の推定移動速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、速度制御部が算出した電流指令値に応じて複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータの位置決め制御にリニアスケールを用いて位置決めの精度を高めているものがある。しかし、リニアモータの可動子が長尺な可動域を有する場合、リニアスケールを長くしなければならず、ゆがみの少ないリニアスケールを用いる必要があった。そのため、リニアモータの製造コストが高くなってしまっていた。
【０００３】
そこで、位置決め制御が必要になる可動域にのみリニアスケールを設けて、製造コストの削減が行われている（特許文献１）。
また、可動子に取り付けられたＭＲセンサを用いてリニアモータの駆動用マグネットの磁気を検出し、検出した磁気の強さから可動子の位置を算出することにより、位置決め制御を行うことが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０２３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、全ての可動域において位置決め制御が必要になる場合、結局全ての可動域にリニアスケールを設けることになり、コストの削減が図れないという問題がある。
また、ＭＲセンサを用いて駆動用マグネットの磁気を検出して可動子の位置を算出する場合、ＭＲセンサの取り付け誤差や、駆動用マグネットの取り付け誤差などがあるため、算出される位置に誤差が含まれることがあり、算出した位置より算出する速度に基づく制御の精度が低下し、位置決め制御の精度が悪くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、リニアスケールを用いずにリニアモータの位置決め精度を改善することができるリニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータの制御装置であって、前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と、外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えていることを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、リニアスケールを用いずにリニアモータの位置決め精度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。
【図２】同実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。
【図３】同実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図である。
【図４】同実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
【図５】同実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
【図６】同実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、駆動用磁石２４との相対的な位置との相対的な位置を示す模式図である。
【図７】同実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】第２実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１１の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアモータの制御装置を説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。同図に示すように、リニアモータ装置１は、制御装置１０と、リニアモータ２０とを具備している。制御装置１０は、リニアモータ２０を駆動させる制御をする装置である。リニアモータ２０は、長尺の固定子２１と、固定子２１上を移動する可動子２５と、固定子２１及び可動子２５を組み付ける一対の案内装置２２、２２を備えている。
【００１２】
案内装置２２は、例えば、ボールを介して組みつけられた軌道レール２３及びスライドブロック２６から構成されている。案内装置２２の軌道レール２３は、固定子２１が有するベース５４に固定され、案内装置２２のスライドブロック２６は、可動子２５に固定されている。これにより、可動子２５は、固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内されるようになっている。
【００１３】
また、固定子２１は、一対の軌道レール２３、２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備えている。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５が移動する方向（以下、移動方向という）において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように並べられている。また、各駆動用磁石２４は、移動方向において、同じ長さを有しており、可動子２５の位置に関わらず一定の推力が得られるようになっている。
【００１４】
可動子２５は、複数のコイルを有する電機子６０と、移動対象を取り付けるテーブル５３と、ＭＲ（Magnetoresitive Elements；磁気抵抗素子）センサ２７とを備えている。
ＭＲセンサ２７は、磁気センサの一種であり、固定子２１に配列されている駆動用磁石２４が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置１０に出力する。
【００１５】
図２は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。同図に示すように、シリコン（Ｓｉ）又はガラス基板２７１と、その上に形成されたニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で形成される磁気抵抗素子２７２とを有する。磁気抵抗素子２７２は、電流の流れる方向（Ｙ軸方向）に対して、磁気抵抗素子２７２を通過する磁束の方向がなす角度に応じて、抵抗値が変化する。
【００１６】
ＭＲセンサ２７は、複数の磁気抵抗素子２７２を組み合わせて構成された２つのフルブリッジ回路を有し、当該２つのフルブリッジ回路が９０°の位相差を有する２つの信号(余弦波信号、正弦波信号)を出力するように配置されている。このように、特定の磁界方向で抵抗値が変化する素子を、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance；異方性磁気抵抗素子）センサという（参考文献：「垂直タイプＭＲセンサ技術資料」、[online]、２００５年１０月１日、浜松光電株式会社、「２０１０年８月３０日検索」、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf＞）。
【００１７】
図１に戻って、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７が出力する信号に基づいて、固定子２１上における可動子２５の位置及び移動する速度を算出する。また、制御装置１０は、算出した可動子２５の位置及び速度と、上位の制御装置より入力される位置指令値とに応じて、電機子６０が有している複数のコイルに電流を流す。
これにより、複数のコイルに生じる磁界と、固定子２１に配置されている駆動用磁石２４により生じる磁界との作用により、可動子２５を軌道レール２３に沿って駆動させる。
【００１８】
図３、図４を用いて、本実施形態におけるリニアモータ２０の構成を説明する。
図３は、本実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。図４は、本実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
【００１９】
リニアモータ２０は、上述のように、固定子２１が、Ｎ極又はＳ極が着磁されている面を可動子２５に向けて配列されている複数の板状の駆動用磁石２４を備え、可動子２５が、固定子２１に対して相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータである。可動子２５に備えられている電機子６０は、駆動用磁石２４とすきまｇを介して対向している。
【００２０】
固定子２１が有する細長く伸びているベース５４上には、上述の複数の駆動用磁石２４が、移動方向に一列に配列されている。ベース５４は、底壁部５４ａと、底壁部５４ａの幅方向の両側に設けられている一対の側壁部５４ｂとから構成されている。底壁部５４ａには、上述の複数の駆動用磁石２４が取り付けられている。
【００２１】
各駆動用磁石２４には、移動方向と直交する方向（図４において上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成されている。複数の駆動用磁石２４は、それぞれが隣接する一対の駆動用磁石２４に対して磁極を反転させた状態で並べられている。
これにより、可動子２５に取り付けられているＭＲセンサ２７に対し、可動子２５が移動した際に、駆動用磁石２４のＮ極とＳ極との磁極が交互に対向するようになっている。
【００２２】
ベース５４の側壁部５４ｂの上面には、案内装置２２の軌道レール２３が取り付けられている。軌道レール２３には、上述したように、スライドブロック２６がスライド可能に組み付けられている。軌道レール２３と、スライドブロック２６との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在されている（図示せず)。
【００２３】
スライドブロック２６には、複数のボールを循環させるためのトラック状のボール循環経路が設けられている。軌道レール２３に対して、スライドブロック２６がスライドすると、複数のボールがこれらの間を転がり運動し、また複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック２６の円滑な直線運動が可能になる。
【００２４】
案内装置２２のスライドブロック２６の上面には、可動子２５のテーブル５３が取り付けられている。テーブル５３は、例えば、アルミニウムなどの非磁性素材からなり、移動対象が取り付けられる。テーブル５３の下面には、電機子６０が吊り下げられている。図４の正面図に示されるように、駆動用磁石２４と電機子６０との間には、すきまｇが設けられている。案内装置２２は、電機子６０が駆動用磁石２４に対して相対的に移動するときも、このすきまｇを一定に維持する。
【００２５】
図５は、本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
テーブル５３の下面には、断熱材６３を介して電機子６０が取り付けられている。電機子６０は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア６４と、上述した複数のコイルであり、コア６４の突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに巻かれるコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗとを有している。
【００２６】
コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれには、位相差を有する三相交流が制御装置１０から供給される。突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻いた後、３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、樹脂封止される。
また、テーブル５３の下面には、電機子６０を挟んで一対の補助コア６７が取り付けられている。補助コア６７は、リニアモータ２０に発生するコギングを低減するために設けられている。
【００２７】
図６は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、駆動用磁石２４との相対的な位置との相対的な位置を示す模式図である。
固定子２１には、上述したように、ベース５４の底壁部５４ａ上に、駆動用磁石２４が等間隔に、かつ一列に配列されている。より詳細には、ＭＲセンサ２７に対しＮ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｎと、ＭＲセンサ２７に対しＳ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｓとが、交互に配列されている。
【００２８】
可動子２５において、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、固定子２１に配置された駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過に配列されている。また、ＭＲセンサ２７は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと同様に、各駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、ＭＲセンサ２７を駆動用磁石２４が生じさせる磁界の最も強い位置を通過させることができる。
【００２９】
図７は、本実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、制御装置１０は、減算器１０１、位置制御部１０２、減算器１０３、速度制御部１０４、電流制御部１０５、電力変換器１０６、変流器１０７、位置検出部１０８、推定部１５０を備えている。
【００３０】
減算器１０１は、不図示の上位の制御装置から入力される位置指令値θｒｍから、位置検出部１０８から入力される検出位置θを減算して、位置偏差を算出する。ここで、検出位置θは、予め定められた位置を原点とした場合におけるリニアモータ２０の可動子２５の位置を示す。
位置制御部１０２は、減算器１０１が算出した位置偏差に基づいて、リニアモータ２０の可動子２５を位置指令値θｒｍにより示される位置に移動させる速度指令値ωｒｍを算出する。
【００３１】
減算器１０３は、位置制御部１０２が算出した速度指令値ωｒｍから、推定部１５０から入力される可動子２５の推定速度ωＭＯを減算し、減算結果である速度偏差を算出する。ここで、推定速度ωＭＯは、推定部１５０が、リニアモータ２０に印加する電圧と、リニアモータ２０に流れる電流とから推定する可動子２５の移動速度である。
【００３２】
速度制御部１０４は、減算器１０３が算出した速度偏差に基づいて、リニアモータ２０の可動子２５の移動速度が速度指令値ωｒｍと同一値となるように、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流値を示す電流指令値を算出する。すなわち、速度制御部１０４は、速度偏差を「０」にするように電流指令値を算出する。例えば、速度制御部１０４は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御などにより、可動子２５の移動速度が速度指令値ωｒｍと同一値になるように電流指令値を算出する。なお、速度制御部１０４は、ベクトル制御を行うことにより、速度指令値から回転座標系におけるｄ軸とｑ軸との２つの電流値を含む電流指令値を出力する。
【００３３】
電流制御部１０５は、速度制御部１０４が算出した電流指令値に対して２相３相変換を行い、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧値を算出する。
電力変換器１０６は、外部から供給される電圧を、電流制御部１０５が算出した電圧値に変換する。また、電力変換器１０６は、変換した電圧をリニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加してリニアモータ２０を駆動させるとともに、変換した電圧を推定部１５０に印加する。例えば、電力変換器１０６は、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの数に応じて設けられている上アーム及び下アームであって、スイッチング素子を有する上アーム及び下アームを有している。このとき、電力変換器１０６は、電流制御部１０５より入力される電圧に応じて、スイッチング素子のオン・オフを切り替えるＰＷＭ制御により、スイッチング素子を介して電機子６０に備えられているコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに電力を供給して、可動子２５を駆動する。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの半導体素子が用いられる。
【００３４】
変流器１０７は、電力変換器１０６と、リニアモータ２０とを接続する電力線に取り付けられ、リニアモータ２０に流れる電流の電流値ｉを検出する。
位置検出部１０８は、リニアモータ２０に備えられている磁気センサ２７が出力する２つの信号(余弦波信号及び正弦波信号)から可動子２５の位置を検出し、検出した位置を示す検出位置θを減算器１０１に出力する。
【００３５】
推定部１５０は、モータモデル部１５１、減算器１５２、速度推定部１５３、ローパスフィルタ部１５４を有している。
モータモデル部１５１は、電力変換器１０６がリニアモータ２０に印加している電圧と、速度推定部１５３が推定する可動子２５の推定移動速度と、予め設定されているリニアモータ２０のモータ定数とに基づいて、リニアモータ２０に流れる推定電流値ｉＭを算出する。ここで、モータ定数は、例えば、リニアモータ２０の抵抗値、ｄ軸のインダクタンス値、ｑ軸のインダクタンス値、誘起電圧係数などである。
【００３６】
減算器１５２は、変流器１０７が検出した電流値ｉから、モータモデル部１５１が算出した推定電流値ｉＭを減算して電流偏差Δｉを算出する。
速度推定部１５３は、減算器１５２が算出した電流偏差Δｉから、リニアモータ２０の可動子２５の推定移動速度を算出し、算出した推定移動速度を示す信号をモータモデル部１５１とローパスフィルタ部１５４とに出力する。
【００３７】
ローパスフィルタ部１５４は、速度推定部１５３が算出した推定移動速度に含まれる高周波の脈動成分を除去し、脈動成分を除去した推定移動速度である推定速度ωＭＯを減算器１０３に出力する。
上述の構成により、推定部１５０は、リニアモータ２０に印加する電圧値と、リニアモータ２０に流れる電流値ｉとに基づいて、リニアモータ２０の可動子２５が移動する速度の推定値である推定移動速度を算出する（参考文献：武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、第１版第３刷、株式会社オーム社、平成１６年７月、ｐ．１１１−ｐ．１１５）。
【００３８】
上述のように、リニアモータ装置１は、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御を行う位置制御部１０２と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御を行う速度制御部１０４とを備えることにより、検出位置θに誤差が含まれる場合においても、推定速度ωＭＯを用いることにより当該誤差が電流指令値に与える影響を低減させることができる。すなわち、本実施形態のリニアモータ装置１は、検出位置θの変化量のみから可動子２５の速度を算出する場合に比べ、電流指令値の算出における検出位置θの誤差の影響を低減させることができる。
これにより、リニアスケールを用いずにリニアモータ２０を制御する精度を向上させ、リニアモータ２０の可動子２５の正確な繰返し位置決め制御を行うことができ、位置決め精度を改善することができる。
【００３９】
また、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御とを並行して行うため、特許文献１に記載の技術のように制御を切り替える必要がないので、可動子２５の移動速度のムラを減らすことができ、滑らかにリニアモータ２０を制御することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１１の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態の制御装置１１は、速度算出部１１１と、速度選択部１１２とを備えている点が、第１実施形態の制御装置１０と異なる。以下、速度算出部１１１と、速度選択部１１２とについて説明する。また、第１実施形態と同じ他の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
速度算出部１１１は、位置検出部１０８が検出する検出位置θの単位時間当たりの変化から可動子２５の移動速度を算出する。
速度選択部１１２は、変流器１０７が検出する電流値ｉの大きさに基づいて、推定部１５０のローパスフィルタ部１５４から出力される推定速度ωＭＯと、速度算出部１１１が算出する移動速度とのいずれか一方の速度を選択して、減算器１０３に出力する。すなわち、減算器１０３は、位置制御部１０２が算出した速度指令値ωｒｍから、速度選択部１１２が選択した速度を減算し、減算結果を速度偏差として速度制御部１０４に出力する。
【００４２】
具体的には、速度選択部１１２は、変流器１０７が検出した電流値ｉが、予め定められた電流値であるしきい値より小さい場合、速度算出部１１１が算出した移動速度を選択し、電流値ｉがしきい値以上の場合、推定部１５０が算出した推定速度ωＭＯを選択する。
【００４３】
上述の構成により、本実施形態のリニアモータ装置は、第１実施形態のリニアモータ装置１と同様に、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御を行う位置制御部１０２と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御を行う速度制御部１０４とを備えることにより、検出位置θに誤差が含まれる場合においても、推定速度ωＭＯを用いることにより当該誤差が電流指令値に与える影響を低減させることができる。
【００４４】
また、本実施形態のリニアモータ装置は、制御装置１１が、変流器１０７が検出した電流値ｉの大きさに基づいて、推定部１５０が推定した推定速度ωＭＯと、磁気センサ２７が出力する信号に基づいて算出された移動速度とのいずれか一方の速度を選択し、選択した速度を用いた速度制御を行うようにした。具体的には、変流器１０７が検出した電流値ｉがしきい値より小さい場合は、推定部１５０が算出する推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなりやすいので、速度算出部１１１が算出する移動速度を用いてリニアモータ２０を制御する。一方、変流器１０７が検出した電流値ｉがしきい値以上の場合は、推定部１５０が算出する推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなりにくいので、推定速度ωＭＯを用いてリニアモータ２０を制御する。
【００４５】
これにより、推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなり易いリニアモータ２０に流れる電流値ｉが小さいときは、磁気センサ２７が出力する信号に基づく速度を用いて速度制御を行うことにより、リニアモータ２０の制御精度の低下を防ぐことができ、位置決め精度を改善することができる。
【００４６】
なお、上述の第１及び第２実施形態において、制御装置１０（１１）は、電機子６０を備えた可動子２５が、駆動用磁石２４を備えた固定子２１に対して、相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータ２０を制御する構成を説明した。しかし、これに限らず、制御装置１０は、ロッドタイプの駆動用磁石を備えた可動子が、電機子（コイル）を備えた固定子に対して相対的に直線運動をするロッドタイプのリニアモータに適用するようにしてもよい。
また、上述の第１及び第２実施形態において、駆動用磁石２４は、直線上に一列に配列されている構成について説明したが、これに限らず、リニアモータ２０の用途に応じてカーブ状に一列に配列されていてもよい。
【００４７】
上述の第１及び第２実施形態における制御装置１０（１１）は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した減算器、位置制御部、速度制御部、電流制御部、推定部、位置検出部、速度算出部、速度選択部の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１…リニアモータ装置，１０，１１…制御装置，２０…リニアモータ，２１…固定子，２４，２４Ｎ，２４Ｓ…駆動用磁石，２５…可動子，２７…ＭＲセンサ（磁気センサ），１０１，１０３，１５２…減算器，１０２…位置制御部，１０４…速度制御部，１０５…電流制御部，１０６…電力変換器，１０７…変流器，１０８…位置検出部，１１１…速度算出部，１１２…速度選択部，１５０…推定部，１５１…モータモデル部，１５２…減算器，１５３…速度推定部，１５４…ローパスフィルタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータの位置決め制御にリニアスケールを用いて位置決めの精度を高めているものがある。しかし、リニアモータの可動子が長尺な可動域を有する場合、リニアスケールを長くしなければならず、ゆがみの少ないリニアスケールを用いる必要があった。そのため、リニアモータの製造コストが高くなってしまっていた。
【０００３】
そこで、位置決め制御が必要になる可動域にのみリニアスケールを設けて、製造コストの削減が行われている（特許文献１）。
また、可動子に取り付けられたＭＲセンサを用いてリニアモータの駆動用マグネットの磁気を検出し、検出した磁気の強さから可動子の位置を算出することにより、位置決め制御を行うことが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０２３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、全ての可動域において位置決め制御が必要になる場合、結局全ての可動域にリニアスケールを設けることになり、コストの削減が図れないという問題がある。
また、ＭＲセンサを用いて駆動用マグネットの磁気を検出して可動子の位置を算出する場合、ＭＲセンサの取り付け誤差や、駆動用マグネットの取り付け誤差などがあるため、算出される位置に誤差が含まれることがあり、算出した位置より算出する速度に基づく制御の精度が低下し、位置決め制御の精度が悪くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、リニアスケールを用いずにリニアモータの位置決め精度を改善することができるリニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータの制御装置であって、前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と、外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えていることを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、リニアスケールを用いずにリニアモータの位置決め精度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。
【図２】同実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。
【図３】同実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図である。
【図４】同実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
【図５】同実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
【図６】同実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、駆動用磁石２４との相対的な位置との相対的な位置を示す模式図である。
【図７】同実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】第２実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１１の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアモータの制御装置を説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。同図に示すように、リニアモータ装置１は、制御装置１０と、リニアモータ２０とを具備している。制御装置１０は、リニアモータ２０を駆動させる制御をする装置である。リニアモータ２０は、長尺の固定子２１と、固定子２１上を移動する可動子２５と、固定子２１及び可動子２５を組み付ける一対の案内装置２２、２２を備えている。
【００１２】
案内装置２２は、例えば、ボールを介して組みつけられた軌道レール２３及びスライドブロック２６から構成されている。案内装置２２の軌道レール２３は、固定子２１が有するベース５４に固定され、案内装置２２のスライドブロック２６は、可動子２５に固定されている。これにより、可動子２５は、固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内されるようになっている。
【００１３】
また、固定子２１は、一対の軌道レール２３、２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備えている。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５が移動する方向（以下、移動方向という）において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように並べられている。また、各駆動用磁石２４は、移動方向において、同じ長さを有しており、可動子２５の位置に関わらず一定の推力が得られるようになっている。
【００１４】
可動子２５は、複数のコイルを有する電機子６０と、移動対象を取り付けるテーブル５３と、ＭＲ（Magnetoresitive Elements；磁気抵抗素子）センサ２７とを備えている。
ＭＲセンサ２７は、磁気センサの一種であり、固定子２１に配列されている駆動用磁石２４が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置１０に出力する。
【００１５】
図２は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。同図に示すように、シリコン（Ｓｉ）又はガラス基板２７１と、その上に形成されたニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で形成される磁気抵抗素子２７２とを有する。磁気抵抗素子２７２は、電流の流れる方向（Ｙ軸方向）に対して、磁気抵抗素子２７２を通過する磁束の方向がなす角度に応じて、抵抗値が変化する。
【００１６】
ＭＲセンサ２７は、複数の磁気抵抗素子２７２を組み合わせて構成された２つのフルブリッジ回路を有し、当該２つのフルブリッジ回路が９０°の位相差を有する２つの信号(余弦波信号、正弦波信号)を出力するように配置されている。このように、特定の磁界方向で抵抗値が変化する素子を、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance；異方性磁気抵抗素子）センサという（参考文献：「垂直タイプＭＲセンサ技術資料」、[online]、２００５年１０月１日、浜松光電株式会社、「２０１０年８月３０日検索」、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf＞）。
【００１７】
図１に戻って、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７が出力する信号に基づいて、固定子２１上における可動子２５の位置及び移動する速度を算出する。また、制御装置１０は、算出した可動子２５の位置及び速度と、上位の制御装置より入力される位置指令値とに応じて、電機子６０が有している複数のコイルに電流を流す。
これにより、複数のコイルに生じる磁界と、固定子２１に配置されている駆動用磁石２４により生じる磁界との作用により、可動子２５を軌道レール２３に沿って駆動させる。
【００１８】
図３、図４を用いて、本実施形態におけるリニアモータ２０の構成を説明する。
図３は、本実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。図４は、本実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
【００１９】
リニアモータ２０は、上述のように、固定子２１が、Ｎ極又はＳ極が着磁されている面を可動子２５に向けて配列されている複数の板状の駆動用磁石２４を備え、可動子２５が、固定子２１に対して相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータである。可動子２５に備えられている電機子６０は、駆動用磁石２４とすきまｇを介して対向している。
【００２０】
固定子２１が有する細長く伸びているベース５４上には、上述の複数の駆動用磁石２４が、移動方向に一列に配列されている。ベース５４は、底壁部５４ａと、底壁部５４ａの幅方向の両側に設けられている一対の側壁部５４ｂとから構成されている。底壁部５４ａには、上述の複数の駆動用磁石２４が取り付けられている。
【００２１】
各駆動用磁石２４には、移動方向と直交する方向（図４において上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成されている。複数の駆動用磁石２４は、それぞれが隣接する一対の駆動用磁石２４に対して磁極を反転させた状態で並べられている。
これにより、可動子２５に取り付けられているＭＲセンサ２７に対し、可動子２５が移動した際に、駆動用磁石２４のＮ極とＳ極との磁極が交互に対向するようになっている。
【００２２】
ベース５４の側壁部５４ｂの上面には、案内装置２２の軌道レール２３が取り付けられている。軌道レール２３には、上述したように、スライドブロック２６がスライド可能に組み付けられている。軌道レール２３と、スライドブロック２６との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在されている（図示せず)。
【００２３】
スライドブロック２６には、複数のボールを循環させるためのトラック状のボール循環経路が設けられている。軌道レール２３に対して、スライドブロック２６がスライドすると、複数のボールがこれらの間を転がり運動し、また複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック２６の円滑な直線運動が可能になる。
【００２４】
案内装置２２のスライドブロック２６の上面には、可動子２５のテーブル５３が取り付けられている。テーブル５３は、例えば、アルミニウムなどの非磁性素材からなり、移動対象が取り付けられる。テーブル５３の下面には、電機子６０が吊り下げられている。図４の正面図に示されるように、駆動用磁石２４と電機子６０との間には、すきまｇが設けられている。案内装置２２は、電機子６０が駆動用磁石２４に対して相対的に移動するときも、このすきまｇを一定に維持する。
【００２５】
図５は、本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
テーブル５３の下面には、断熱材６３を介して電機子６０が取り付けられている。電機子６０は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア６４と、上述した複数のコイルであり、コア６４の突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに巻かれるコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗとを有している。
【００２６】
コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれには、位相差を有する三相交流が制御装置１０から供給される。突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻いた後、３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、樹脂封止される。
また、テーブル５３の下面には、電機子６０を挟んで一対の補助コア６７が取り付けられている。補助コア６７は、リニアモータ２０に発生するコギングを低減するために設けられている。
【００２７】
図６は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、駆動用磁石２４との相対的な位置との相対的な位置を示す模式図である。
固定子２１には、上述したように、ベース５４の底壁部５４ａ上に、駆動用磁石２４が等間隔に、かつ一列に配列されている。より詳細には、ＭＲセンサ２７に対しＮ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｎと、ＭＲセンサ２７に対しＳ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｓとが、交互に配列されている。
【００２８】
可動子２５において、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、固定子２１に配置された駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過に配列されている。また、ＭＲセンサ２７は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと同様に、各駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、ＭＲセンサ２７を駆動用磁石２４が生じさせる磁界の最も強い位置を通過させることができる。
【００２９】
図７は、本実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、制御装置１０は、減算器１０１、位置制御部１０２、減算器１０３、速度制御部１０４、電流制御部１０５、電力変換器１０６、変流器１０７、位置検出部１０８、推定部１５０を備えている。
【００３０】
減算器１０１は、不図示の上位の制御装置から入力される位置指令値θｒｍから、位置検出部１０８から入力される検出位置θを減算して、位置偏差を算出する。ここで、検出位置θは、予め定められた位置を原点とした場合におけるリニアモータ２０の可動子２５の位置を示す。
位置制御部１０２は、減算器１０１が算出した位置偏差に基づいて、リニアモータ２０の可動子２５を位置指令値θｒｍにより示される位置に移動させる速度指令値ωｒｍを算出する。
【００３１】
減算器１０３は、位置制御部１０２が算出した速度指令値ωｒｍから、推定部１５０から入力される可動子２５の推定速度ωＭＯを減算し、減算結果である速度偏差を算出する。ここで、推定速度ωＭＯは、推定部１５０が、リニアモータ２０に印加する電圧と、リニアモータ２０に流れる電流とから推定する可動子２５の移動速度である。
【００３２】
速度制御部１０４は、減算器１０３が算出した速度偏差に基づいて、リニアモータ２０の可動子２５の移動速度が速度指令値ωｒｍと同一値となるように、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流値を示す電流指令値を算出する。すなわち、速度制御部１０４は、速度偏差を「０」にするように電流指令値を算出する。例えば、速度制御部１０４は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御などにより、可動子２５の移動速度が速度指令値ωｒｍと同一値になるように電流指令値を算出する。なお、速度制御部１０４は、ベクトル制御を行うことにより、速度指令値から回転座標系におけるｄ軸とｑ軸との２つの電流値を含む電流指令値を出力する。
【００３３】
電流制御部１０５は、速度制御部１０４が算出した電流指令値に対して２相３相変換を行い、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧値を算出する。
電力変換器１０６は、外部から供給される電圧を、電流制御部１０５が算出した電圧値に変換する。また、電力変換器１０６は、変換した電圧をリニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加してリニアモータ２０を駆動させるとともに、変換した電圧を推定部１５０に印加する。例えば、電力変換器１０６は、リニアモータ２０のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの数に応じて設けられている上アーム及び下アームであって、スイッチング素子を有する上アーム及び下アームを有している。このとき、電力変換器１０６は、電流制御部１０５より入力される電圧に応じて、スイッチング素子のオン・オフを切り替えるＰＷＭ制御により、スイッチング素子を介して電機子６０に備えられているコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに電力を供給して、可動子２５を駆動する。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの半導体素子が用いられる。
【００３４】
変流器１０７は、電力変換器１０６と、リニアモータ２０とを接続する電力線に取り付けられ、リニアモータ２０に流れる電流の電流値ｉを検出する。
位置検出部１０８は、リニアモータ２０に備えられている磁気センサ２７が出力する２つの信号(余弦波信号及び正弦波信号)から可動子２５の位置を検出し、検出した位置を示す検出位置θを減算器１０１に出力する。
【００３５】
推定部１５０は、モータモデル部１５１、減算器１５２、速度推定部１５３、ローパスフィルタ部１５４を有している。
モータモデル部１５１は、電力変換器１０６がリニアモータ２０に印加している電圧と、速度推定部１５３が推定する可動子２５の推定移動速度と、予め設定されているリニアモータ２０のモータ定数とに基づいて、リニアモータ２０に流れる推定電流値ｉＭを算出する。ここで、モータ定数は、例えば、リニアモータ２０の抵抗値、ｄ軸のインダクタンス値、ｑ軸のインダクタンス値、誘起電圧係数などである。
【００３６】
減算器１５２は、変流器１０７が検出した電流値ｉから、モータモデル部１５１が算出した推定電流値ｉＭを減算して電流偏差Δｉを算出する。
速度推定部１５３は、減算器１５２が算出した電流偏差Δｉから、リニアモータ２０の可動子２５の推定移動速度を算出し、算出した推定移動速度を示す信号をモータモデル部１５１とローパスフィルタ部１５４とに出力する。
【００３７】
ローパスフィルタ部１５４は、速度推定部１５３が算出した推定移動速度に含まれる高周波の脈動成分を除去し、脈動成分を除去した推定移動速度である推定速度ωＭＯを減算器１０３に出力する。
上述の構成により、推定部１５０は、リニアモータ２０に印加する電圧値と、リニアモータ２０に流れる電流値ｉとに基づいて、リニアモータ２０の可動子２５が移動する速度の推定値である推定移動速度を算出する（参考文献：武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、第１版第３刷、株式会社オーム社、平成１６年７月、ｐ．１１１−ｐ．１１５）。
【００３８】
上述のように、リニアモータ装置１は、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御を行う位置制御部１０２と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御を行う速度制御部１０４とを備えることにより、検出位置θに誤差が含まれる場合においても、推定速度ωＭＯを用いることにより当該誤差が電流指令値に与える影響を低減させることができる。すなわち、本実施形態のリニアモータ装置１は、検出位置θの変化量のみから可動子２５の速度を算出する場合に比べ、電流指令値の算出における検出位置θの誤差の影響を低減させることができる。
これにより、リニアスケールを用いずにリニアモータ２０を制御する精度を向上させ、リニアモータ２０の可動子２５の正確な繰返し位置決め制御を行うことができ、位置決め精度を改善することができる。
【００３９】
また、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御とを並行して行うため、特許文献１に記載の技術のように制御を切り替える必要がないので、可動子２５の移動速度のムラを減らすことができ、滑らかにリニアモータ２０を制御することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態におけるリニアモータ２０の制御装置１１の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態の制御装置１１は、速度算出部１１１と、速度選択部１１２とを備えている点が、第１実施形態の制御装置１０と異なる。以下、速度算出部１１１と、速度選択部１１２とについて説明する。また、第１実施形態と同じ他の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
速度算出部１１１は、位置検出部１０８が検出する検出位置θの単位時間当たりの変化から可動子２５の移動速度を算出する。
速度選択部１１２は、変流器１０７が検出する電流値ｉの大きさに基づいて、推定部１５０のローパスフィルタ部１５４から出力される推定速度ωＭＯと、速度算出部１１１が算出する移動速度とのいずれか一方の速度を選択して、減算器１０３に出力する。すなわち、減算器１０３は、位置制御部１０２が算出した速度指令値ωｒｍから、速度選択部１１２が選択した速度を減算し、減算結果を速度偏差として速度制御部１０４に出力する。
【００４２】
具体的には、速度選択部１１２は、変流器１０７が検出した電流値ｉが、予め定められた電流値であるしきい値より小さい場合、速度算出部１１１が算出した移動速度を選択し、電流値ｉがしきい値以上の場合、推定部１５０が算出した推定速度ωＭＯを選択する。
【００４３】
上述の構成により、本実施形態のリニアモータ装置は、第１実施形態のリニアモータ装置１と同様に、ＭＲセンサ２７により検出した検出位置θを用いて速度指令値を算出する位置制御を行う位置制御部１０２と、推定部１５０により推定した推定速度ωＭＯを用いて電流指令値を算出する速度制御を行う速度制御部１０４とを備えることにより、検出位置θに誤差が含まれる場合においても、推定速度ωＭＯを用いることにより当該誤差が電流指令値に与える影響を低減させることができる。
【００４４】
また、本実施形態のリニアモータ装置は、制御装置１１が、変流器１０７が検出した電流値ｉの大きさに基づいて、推定部１５０が推定した推定速度ωＭＯと、磁気センサ２７が出力する信号に基づいて算出された移動速度とのいずれか一方の速度を選択し、選択した速度を用いた速度制御を行うようにした。具体的には、変流器１０７が検出した電流値ｉがしきい値より小さい場合は、推定部１５０が算出する推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなりやすいので、速度算出部１１１が算出する移動速度を用いてリニアモータ２０を制御する。一方、変流器１０７が検出した電流値ｉがしきい値以上の場合は、推定部１５０が算出する推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなりにくいので、推定速度ωＭＯを用いてリニアモータ２０を制御する。
【００４５】
これにより、推定速度ωＭＯの推定誤差が大きくなり易いリニアモータ２０に流れる電流値ｉが小さいときは、磁気センサ２７が出力する信号に基づく速度を用いて速度制御を行うことにより、リニアモータ２０の制御精度の低下を防ぐことができ、位置決め精度を改善することができる。
【００４６】
なお、上述の第１及び第２実施形態において、制御装置１０（１１）は、電機子６０を備えた可動子２５が、駆動用磁石２４を備えた固定子２１に対して、相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータ２０を制御する構成を説明した。しかし、これに限らず、制御装置１０は、ロッドタイプの駆動用磁石を備えた可動子が、電機子（コイル）を備えた固定子に対して相対的に直線運動をするロッドタイプのリニアモータに適用するようにしてもよい。
また、上述の第１及び第２実施形態において、駆動用磁石２４は、直線上に一列に配列されている構成について説明したが、これに限らず、リニアモータ２０の用途に応じてカーブ状に一列に配列されていてもよい。
【００４７】
上述の第１及び第２実施形態における制御装置１０（１１）は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した減算器、位置制御部、速度制御部、電流制御部、推定部、位置検出部、速度算出部、速度選択部の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１…リニアモータ装置，１０，１１…制御装置，２０…リニアモータ，２１…固定子，２４，２４Ｎ，２４Ｓ…駆動用磁石，２５…可動子，２７…ＭＲセンサ（磁気センサ），１０１，１０３，１５２…減算器，１０２…位置制御部，１０４…速度制御部，１０５…電流制御部，１０６…電力変換器，１０７…変流器，１０８…位置検出部，１１１…速度算出部，１１２…速度選択部，１５０…推定部，１５１…モータモデル部，１５２…減算器，１５３…速度推定部，１５４…ローパスフィルタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータの制御装置であって、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と、外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、
前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、
前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、
前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器と
を備えていることを特徴とするリニアモータの制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、
前記複数のコイルに印加される電圧と、前記可動子が移動する速度を推定した推定速度と、前記リニアモータのモータ定数とに基づいて、前記複数のコイルに流れる電流値を算出するモータモデル部と、
前記複数のコイルに流れる電流値から、前記モータモデル部が算出した電流値を減算した電流偏差を用いて前記推定速度を算出する速度推定部と、
前記速度推定部が算出した推定速度から高周波の脈動成分を除去するローパスフィルタ部と
を有していることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、更に、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置の変化から前記可動子が移動する速度を算出する速度算出部と、
前記複数のコイルに流れる電流値が予め定められたしきい値より小さい場合、前記速度算出部が算出した速度を選択し、前記電流値が前記しきい値以上の場合、前記推定速度を選択する速度選択部と
を備え、
前記速度制御部は、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記速度選択部が選択した速度とに基づいて前記電流指令値を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項４】
Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータと、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、前記位置制御部が算出する速度指令値と前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えている制御装置と
を具備することを特徴とするリニアモータ装置。
【請求項１】
Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータの制御装置であって、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と、外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、
前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、
前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、
前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器と
を備えていることを特徴とするリニアモータの制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、
前記複数のコイルに印加される電圧と、前記可動子が移動する速度を推定した推定速度と、前記リニアモータのモータ定数とに基づいて、前記複数のコイルに流れる電流値を算出するモータモデル部と、
前記複数のコイルに流れる電流値から、前記モータモデル部が算出した電流値を減算した電流偏差を用いて前記推定速度を算出する速度推定部と、
前記速度推定部が算出した推定速度から高周波の脈動成分を除去するローパスフィルタ部と
を有していることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、更に、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置の変化から前記可動子が移動する速度を算出する速度算出部と、
前記複数のコイルに流れる電流値が予め定められたしきい値より小さい場合、前記速度算出部が算出した速度を選択し、前記電流値が前記しきい値以上の場合、前記推定速度を選択する速度選択部と
を備え、
前記速度制御部は、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記速度選択部が選択した速度とに基づいて前記電流指令値を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項４】
Ｎ極とＳ極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータと、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部と、前記位置制御部が算出する速度指令値と前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器とを備えている制御装置と
を具備することを特徴とするリニアモータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８０６０５（Ｐ２０１２−８０６０５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０７２６（Ｐ２０１０−２２０７２６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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