リニアモータの原点設定方法
【課題】再現性のよい安定したリニアモータの原点設定方法を提供する。
【解決手段】予め設定した所定の方向に可動子を移動させ、磁気特性急変位置検知部によって検知した磁気特性急変位置を原点設定基準位置とし、この原点設定基準位置から、磁気式リニアエンコーダの絶対位置の基準位置を設定する。
【解決手段】予め設定した所定の方向に可動子を移動させ、磁気特性急変位置検知部によって検知した磁気特性急変位置を原点設定基準位置とし、この原点設定基準位置から、磁気式リニアエンコーダの絶対位置の基準位置を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの原点設定方法に関し、特に高速で繰返し位置決めとして用いられる磁気式リニアエンコーダを内蔵したリニアモータの原点設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの移動機構や搬送機構の駆動源として、リニアモータが使用されている。リニアモータの使用に際しては、リニアモータの移動部の移動位置の検出が不可欠である。かかる移動位置を検出する手段として、リニアエンコーダが用いられている。また、移動部の直線運動を回転運動に変換し、ロータリエンコーダによって移動位置を検出する手法も採用されている。これらのエンコーダでは、等間隔に刻まれた磁気マークあるいは光学的マークを検出し、その検出したマークを積算し、更には２つのマーク間を内挿分割して、移動部の移動量を検出している。
【０００３】
これらのエンコーダは、移動部の移動量、即ちインクリメンタル量は検出できるが、絶対位置（ある座標原点に対する位置）を検出することはできない。絶対位置を検出するためには、マークの積算や内挿信号の積算の基準となる位置を設定しなければならない。すなわち、移動部の原点位置を確立する必要がある。
【０００４】
従来、原点位置の確立方法として、リニアモータの固定部側の所望の位置にリミットスイッチを設け、移動部を所定方向から移動させ、移動部に設けたドッグをリミットスイッチが検出した位置を原点として設定し確立する手法が採用されていた。
【０００５】
これに対して、リミットスイッチや、ドッグ等の手段を使用しないリニアモータの原点設定方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、リニアモータに位置検出器としてリニアエンコーダを並設し、リニアモータの移動部を所定の決められた位置にオペレータが介在して位置決めした後、該位置から低速度で所定の決められた方向に移動部を移動させ、ホール素子からの磁気信号の極性が設定数変化した位置で、現在位置を演算するための可逆カウンタをリセットすることによって、位置検出器で検出する位置の原点とする手法である。
【０００６】
更に、光学式リニアエンコーダを用いたリニアモータでは、塵芥が付着したり、汚れ等があると検出感度が弱くなり、耐環境性が十分でないことに鑑み、耐環境性に強く、且つ、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティングが不要であるリニアモータが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これは、永久磁石が、リニアモータの界磁とリニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成するとともに、永久磁石のピッチ間隔が磁気スケール部のスケールピッチとなるように設け、塵芥等に強く、耐環境性を増すようにするものである。
【特許文献１】特開平８−３２２２７６号公報
【特許文献２】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リミットスイッチやドッグを利用する原点設定あるいは原点の確立方法では、リミットスイッチやドッグを必要とし、これらリミットスイッチやドッグの位置調整は、オペレータが介在して行わねばならない。
【０００８】
また、特許文献１に開示された原点の確立方法では、所定の決められた位置にラフに位置決めするためのマークがオペレータにより利用され、先ず、移動部材に付されたマーク及び固定支持部に付されたマークの２つのマークが１つの永久磁石幅内でラフに一致するようにオペレータによりラフな位置決めが実施され、その後、リニアモータの原点設定／確立処理が実行される。そのため、リニアモータの原点設定に際して、オペレータの介在が必須であり、人間による種々のセッティング作業が必要であり、原点設定処理を完全に自動的に行うことは実現できていない。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されたリニアモータでは、磁気式リニアエンコーダのセッティングが不要であり、その磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子を配置して構成され、ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号を位置データに変換する位置情報変換器により可動子の現在位置を演算する構成となっている。ところが、特許文献２の図２（ａ）に図示されるような誘起電圧波形及びエンコーダ信号の波形は、複数個の永久磁石が所定の一定間隔で隣り合わせに規則的に並べて配置されている磁石配列の端部を除いた磁石配列の中央部側においてのみ採用可能な原理である。そのため、エンコーダ信号波形を処理するだけでは、リニアモータの絶対位置を確定するための原点を設定・確立することは不可能である。したがって、特許文献２に記載のリニアモータでは、絶対位置を確定する位置情報変換器の原点をセッティングする手段あるいは方法の採用を、暗黙の前提とするものである。加えて、特許文献２においては、モータ原点および原点設定に関しては、何等の記述も見出すことはできない。
【００１０】
本発明は上述のような事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、リニアモータの絶対位置を確定するための原点の設定および確立を、安定かつ容易に実現可能な原点設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、この停止位置から前記可動子の移動方向を反転させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチして、前記可動子が前記磁気特性急変部方向に原点を通り過ぎていることを判断し、前記可動子を原点に近づく方向に移動させて、そのまま原点を通過させ、さらに前記可動子を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させ、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、この停止位置から前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させ、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、停止位置からさらに可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、前記原点設定基準位置を、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴としたリニアモータの原点設定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リミットスイッチやドッグの取り付け・調整・設定作業が一切不要であり、リニアモータの組立てが終了した時点で原点設定に伴う作業も終了するので、人間による設定及び調整作業が排除できるから、再現性のよい安定したリニアモータの原点設定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。本発明に係る原点設定方法が適用されるリニアモータは、界磁ヨークと電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁ヨークと電機子を相対的に直線走行させるものである。以下に述べる実施形態では、説明の便宜上、界磁ヨークを固定子に、電機子を可動子としているが、本発明は、これら実施形態に限定して解釈されるものではない。
【００１７】
図１は本発明を実施する磁気式リニアエンコーダを採用したリニアモータの概略構成を示す正面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａでの断面図である。
【００１８】
図１、図２に示すように、リニアモータ１は、ベースとなるベース部２とリニアモータ１の直線方向の移動をガイドするためのリニアガイド３を備えている。リニアガイド３は、ベース部２に取り付けられるガイドレール３Ａと、ガイドレール３Ａ上をスライドするスライダ３Ｂから構成されている。スライダ３Ｂの上面には、例えば、リニアモータ１を適用する機械や装置を取り付けるためのテーブル３Ｃが載置されている。
【００１９】
ベース部２には、リニアモータ１の固定子（固定部）を構成し、界磁を発生させる界磁ヨーク４が配設されている。界磁ヨーク４は、円筒状部材（スリーブ）６と円筒状部材６の中空内部に挿入された円柱状の永久磁石８を密着させた磁石列から構成されている。複数の永久磁石８は、それぞれが同一の形状、寸法を備える部材である。各永久磁石８は、円筒状部材６の長手方向に磁化されている。磁石列は、隣り合う永久磁石８を同じ磁極（Ｎ極−Ｎ極、または、Ｓ極−Ｓ極同士）を相互に対向させて、且つ、密着させた状態で、複数並べて構成されている。リニアモータ１の移動方向の長さ、すなわち、最大移動距離は、並べられた永久磁石８の磁石列の長さに可動子の長さを引いたものである。
【００２０】
磁石の種別としては、ネオジム系が好適である。尚、永久磁石８は、円柱状、すなわち中実のものに限られることなく、例えば円筒形のものであってもよい。このように、永久磁石８の同じ磁極が、相互に密着対向配置されているので、非常に強力な反発力が発生する。かかる永久磁石８の磁気特性をシミュレーションにより求めると、図８に示すようになる。図８は、合成磁界の空間分布特性を示すもので、横軸方向は円筒状部材６の軸方向距離を、縦軸方向は同極磁石を密着させた場合の合成磁界を表わしている。円筒状部材６の半径方向に形成され、円筒状部材６の表面に垂直に出入りする磁束成分が、空隙を介して対向配置された電機子コイル１２に対し有効磁束となる。ところが、本発明の実施形態に係るリニアモータ１では、同極同士の磁束が密着面でぶつかり合っているので、磁石外周部の磁束と比較すると、磁石中心に近い磁束は、あらゆる方向から相手磁石の発生する磁界の影響を受けている。このため、磁石中心に近い磁束は、相手磁石と反対方向に相互の反発により折り曲げられる。その結果、折り曲げられた成分だけ円筒状部材６の半径方向からずれて円筒表面から出入りすることになり、電機子コイル１２に対する有効磁束が減少することが推察できる。
【００２１】
円筒状部材６は、非磁性体で構成し、その比透磁率は、２．０以下が好ましい。円筒状部材６を磁性体で構成すると、磁束のほとんどが永久磁石8列→円筒状部材6→永久磁石8列で構成される磁気回路を流れ、電機子コイル１２に達する有効磁束が減少するためである。
【００２２】
リニアモータ１の可動子（可動部）１０には、円筒状部材６を挿通する挿通孔が形成されており、円筒状部材６の長手方向に可動可能に構成されている。可動子１０は、電機子、電機子を収容する筐体、筐体に取り付けられる磁気式リニアエンコーダ（リニアセンサ）で構成されている。電機子には、３相の電機子コイル１２が装着されている。
【００２３】
図３は、リニアモータ１の側面から見た概略図で、図６は、図３の一部の拡大図である。磁気式リニアエンコーダでは、可動子の位置検出のための磁極パターンを形成するための磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを備えている。図３に示すように、本実施形態においては、磁気スケール部とスケールヘッドを、それぞれ個別にベース部２等に配設することなく、リニアモータ１の界磁ヨーク４に使用する永久磁石８列が、磁気式リニアエンコーダ１６の被検出体である磁気スケール部１９を兼用するように構成されている。更に、図３及び図６に示すように、２つの永久磁石８を密着させた構成したときの長さＬｐが、磁気スケール部１９のスケールピッチＬｐとなるように構成されている。
【００２４】
可動子１０側、すなわち電機子コイル１２の一端部で、リニアモータ１の原点側に、磁気式リニアエンコーダ１６のスケールヘッド１８が装着されている。ここで、原点側とは、リニアモータ１が現在位置から移動するとき、位置を表わす情報量が増大する方向は原点から離れ、減少する方向は原点に近づくことを意味している。尚、スケールヘッド１８の装着位置は、上記に限らず、例えば可動子１０の中心位置に装着させてもよい。
【００２５】
磁気式リニアエンコーダ１６は、固定子の永久磁石８列（から）の磁束を検出するため、２個の第１の磁気検出部１４を備えている。それぞれの第１の磁気検出部１４は互いに電気角で９０°位相差（スケールピッチＬｐの１／４波長に相当）をもつように配置され、その出力信号は２相となる。これにより、リニアモータ１の電気角とリニアモータ１の進行方向を検出することが可能となっている。
【００２６】
これら第１の磁気検出部１４からは、スケールヘッド１８の現在の位置情報の元となる２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂが出力される。これら第１の磁気検出部１４としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。さらに、磁気式リニアエンコーダ１６には、磁気特性急変部３２（後述する）の磁気特性急変位置を検知するため、磁気特性急変位置検知部２２が、電機子の長手方向にスケールヘッド１８内に設けられている。磁気特性急変位置検知部２２は、第１の磁気検出部１４からの信号及び第２の磁気検出部２０からの信号を処理・判定するものである。
【００２７】
第２の磁気検出部２０は、第１の磁気検出部１４に対して、電気角で位相が１８０°（スケールピッチＬｐの１／２波長に相当）ずれるように、リニアモータ１の移動方向に配置されている。第２の磁気検出部２０からは、正弦波のアナログ信号ｄｃが出力される。第２の磁気検出部２０としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。
【００２８】
磁気特性急変位置検知部２２は、例えば、第２の磁気検出部２０の出力信号ｄｃと、Ｌｐ／２波長分、位置がずれている方の第１の磁気検出部１４（図６参照）の出力信号ｄａを加算する加算回路（図示しない）と、その加算結果から磁気特性急変位置を判定するためのコンパレータ（図示しない）で構成することができる。
【００２９】
２個の第１の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ，ｄｂ及び第２の磁気検出部２０から出力されるアナログ信号ｄｃの波形を、界磁ヨーク４に沿って示すと、図４のようになる。図４において、縦軸方向は磁束密度Ｂｒ、横軸方向はスケールヘッド１８の位置を表わしており、縦軸方向はその位置における永久磁石８列からの有効磁束の磁束密度Ｂｒを表わしていることになる。さらに、原点周辺の第１の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ，ｄｂ波形を部分拡大すると、図７（ａ）のようになる。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るリニアモータ１のドライブシステム５０について説明する。図１０はドライブシステムの構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、このドライブシステム５０は、モータ駆動制御装置（サーボドライバ）３０、磁気特性急変位置検知部２２、位置情報変換器２８、書込み可能なメモリ等である固定記憶部３１から構成されている。第１の磁気検出部１４から出力される２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂを入力して位置データに変換する位置情報変換器２８と、外部からリニアモータ１に対して指示される位置指令（図示しない）と位置情報変換器２８で得られたスケールヘッド１８の現在位置の信号ｐｏｓによって、電機子コイル１２に対する電流指令を演算するモータ駆動制御装置３０とを接続している。
【００３１】
モータ駆動制御装置（サーボドライバ）３０は、例えば中央演算装置（またはマイクロプロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路、及び電力増幅器等で構成される。
【００３２】
第１の磁気検出部１４からの磁気信号に基づいて、コイルに流す電流を制御しながらリニアモータ１を駆動制御する。
【００３３】
位置情報変換器２８は、電機子コイル１２の端部に取付けられたスケールヘッド１８から読み取った可動子１０の現在位置を示すアナログ信号、すなわち第１の磁気検出部１４から出力される２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂを入力し、位置データに変換する。この位置情報変換器２８は、位置変換器であると共に、スケールヘッド１８の現在位置を表わす位置カウンタでもある。位置情報変換器２８は、原点復帰が完了した時にモータ駆動制御装置３０から出力されるリセット信号ｒｓｔ信号を受け取り、位置カウンタとしての値をゼロにする。
【００３４】
モータ駆動制御装置３０は、スケールヘッド１８の現在位置の情報ｐｏｓに基づき電流指令を演算し、制御電流を給電線（図示しない）を介して可動子に送り、可動子の目標位置及び移動速度を制御する。
【００３５】
尚、上記した説明では、位置情報変換器２８は、ドライブシステム５０の１構成要素として独立したものとしたが、これに限ることはなく、磁気式リニアエンコーダ１６の内部に配設してもよい。磁気式リニアエンコーダ１６を、モータ駆動制御装置３０の１構成要素として、その内部に配設してもよい。また、逆にモータ駆動制御装置３０を、磁気式リニアエンコーダ１６の１構成要素として、その内部に配設してもよい。
【００３６】
磁気特性急変位置検知部２２は、第1の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ及び第２の磁気検出部２０から出力されるアナログ信号ｄｃを入力して、両信号を加算演算する。
【００３７】
アナログ信号ｄａとアナログ信号ｄｃは位相が１８０度ずれていることから、ｄａ≒−ｄｃの関係にある。したがって、両者を加算すると、相互に打ち消しあい、永久磁石８列が密着している箇所では、加算信号ａｃの大きさはゼロに近いものとなる。ゼロとならないのは、個々の永久磁石８の磁気特性や形状、第1の磁気検出部１４、第２の磁気検出部２０にバラツキが存在するからである。
【００３８】
そして、この加算信号ａｃの大きさを処理（例えば、閾値処理）して、磁気特性急変位置を検知する。そして、磁気特性急変位置では、ｄａ≒−ｄｃの関係が崩れるため、ｄａ+ｄｃは大きな出力信号になる。この加算信号ａｃ、すなわち合成センサ出力が、界磁ヨーク４の全体に亘ってどのように変化するかを示すと、図５のようになる。また、原点周辺での加算信号ａｃの波形を拡大すると、図７（ｂ）のようになる。上述した閾値処理に応じて、磁気特性急変位置検知部２２は、磁気特性急変位置検知信号ｄｔｈ及び、オーバーラン信号ｄｏｖをモータ駆動制御装置３０に出力している。また、上述した閾値処理は、当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。
【００３９】
尚、磁気特性急変位置検知部２２は、磁気式リニアエンコーダ１６の１構成要素として、その内部に配設してもよい。更に、磁気式リニアエンコーダ16を、モータ駆動制御装置３０の１構成要素として、その内部に配設することは可能であるから、磁気特性急変位置検知部２２は、モータ駆動制御装置３０の内部に配設することも可能である。
【００４０】
本発明の実施形態に係るリニアモータでは、図３に示すように、複数の永久磁石８を密着して配列した両端部に、磁気特性急変部３２が、界磁ヨーク４の一部として設けられている。尚、図３中、左端に設けられる磁気特性急変部３２は、リニアモータの原点位置検出用に利用され、右端に設けられる磁気特性急変部３２は、オーバーラン位置検出用として利用される。
【００４１】
磁気特性急変部３２は、非磁性体で構成しても磁性体で構成してもよい。尚、比透磁率ｒが５０以上の材料が好ましく、比透磁率ｒが１００以上の材料であれば更に好ましく、比透磁率ｒが１００００以上の材料が最も好適である。
【００４２】
また、磁気特性急変部３２の材質としては、例えば、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼（例えば、SUS304）等の非磁性材料が利用可能である。更に、比透磁率が高い磁性体材料として、磁性ステンレス鋼、軟鋼、珪素鉄ＢＦＭ、炭素鋼、または低炭素鋼等の利用がより好ましい。
【００４３】
磁気特性急変部３２のリニアモータ１の移動方向の厚さ（長さ）は、1個の永久磁石８の磁化方向の長さより短いものも利用可能であるが、永久磁石８の磁化方向の長さより長いものが好ましい。磁気特性急変位置検知部２２によって安定的に磁気特性急変位置を検知するためである。磁気特性急変部３２は、円筒状部材６の内径と略同じ大きさの外径を有し、外周部に接着剤を塗布した後、円筒状部材６の一端から圧入し、または、カシメにて、円筒状部材６に固定もしくは固着するのが好ましい。
【００４４】
仮に、永久磁石８列の端部に磁気特性急変部３２を配設することなく、空隙とした場合、端部を出た磁束は、直ぐに端部に位置する永久磁石８自身の異極に戻ろうとする。これに対して、永久磁石８列の端部に磁気特性急変部３２を配設した場合には、端部を出た磁束は、磁気特性急変部３２を通り端部に位置する永久磁石８自身の異極に戻ろうとする。しかも、磁気特性急変部３２の材料を高い比透磁率のものとすれば、端部を出た磁束の描くループはより顕著なものとなる。
【００４５】
しかも、磁気検出器は、それと直交する磁束に対しては、大きく反応する。
【００４６】
すなわち、図３に示す永久磁石８列と磁気特性急変部３２の配列、及び、図５に示す合成センサ出力ａｃの波形から明らかなように、可動子１０の移動指令に基づく移動方向Ｘと、合成センサ出力ａｃの出力信号を両方とも監視することにより、可動子１０のオーバーランが発生した場合、その検知が可能である。図３に示す永久磁石８列の左端部または右端部において、可動子１０のオーバーランが発生した場合、図５に示すように、合成センサ出力ａｃの出力が急に大きくなることがわかる。そこで、変化磁気特性急変位置検知部２２により、合成センサ出力ａｃの出力が所定の大きさより大きく変化した状態を閾値処理することにより、可動子１０のオーバーラン状態を検知することが可能である。ここでの、閾値処理は、例えば当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。
【００４７】
このようにして、通常の運転制御中、可動子１０が図３の右端において右方向に移動中、磁気特性急変位置検知部２２により、図５に示す右端位置ｘ４を閾値処理により検知した場合、この位置ｘ４を、可動子１０の右端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。同様の処理により、通常の運転制御中、可動子１０が図３の左端において左方向に移動中、原点設定基準位置ｘ１（後述する）を閾値処理により検知した場合、この位置を、可動子１０の左端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。
【００４８】
図３、図６に示すように、磁気特性急変部３２として、円筒状部材６の内部に永久磁石８と略同じ大きさの直径を有する中実の非磁性ステンレス鋼のSUS304（比透磁率１．０００８）を使用した場合のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇａに示す。図１１において、横軸はスケールヘッドの位置を表わし、縦軸は合成センサ出力信号の大きさを表わしている。
【００４９】
ここで、磁気特性急変部の変形例を説明する。図１３に示す磁気特性急変部３２ｂは、比透磁率ｒ＝１００００の高比透磁率磁性体３３で、その直径が永久磁石８の半分の大きさのものを軸心部に使用し、その外側に非磁性ステンレス鋼（SUS304）３４を使用したものである。このように磁気特性急変部３２ｂを構成した場合のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇｂに示す。
【００５０】
更に、図１４に示す磁気特性急変部３２ｃは、比透磁率ｒ＝１００００の高比透磁率磁性体で、その直径が永久磁石８と同一の大きさのものを使用したものである。この変形例のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇｃに示す。図１１に示される磁気特性曲線群ｇａ〜ｇｃから、磁気特性急変部の材質としては、非磁性体または磁性体の何れの材料でも利用可能なことが理解できる。
【００５１】
以上のことを踏まえて、磁気特性急変部の材質を変えたときの磁気特性について、発明者らの行ったシミュレーション結果を示すと図１２のようになる。図１２に示すシミュレーション結果から、少なくとも比透磁率ｒが５０以上の磁性体を含む材料を利用するのが好ましく、比透磁率ｒが１００以上の磁性体を含む材料を利用するのがより好ましく、比透磁率ｒが１００００以上の磁性体を含む材料を利用するのが更に好ましいことが理解できる。
【００５２】
また、磁気特性急変部の位置については、上記した実施形態に限られることはなく、いくつかのバリエーションが可能であることは言うまでもない。例えば、磁石列の端部側ではなく、界磁ヨークの途中に磁気特性急変部を配設することができる。さらに、磁気特性急変部を磁石列の端部側と界磁ヨークの途中にと、複数個所に配設することもできる。
【００５３】
＜原点設定及び原点設定動作＞
次に、以上のように構成されたリニアモータの原点設定及び原点設定動作について説明する。
【００５４】
通常の状態では、位置情報変換器２８によって可動子１０の現在位置を演算できる。しかし、電源をＯＦＦにして再起動した場合や、可動子１０をベース部２から取り外し、その後、可動子１０を再度ベース部２に取り付けた場合等では、可動子１０の絶対位置を演算することができない。位置情報変換器２８において絶対位置を演算するための基準位置がずれてしまうからである。そこで、本実施形態に係るリニアモータでは、再度、基準位置を設定し確定するための原点復帰作業が、オペレータの介在無しで、自動的に実行される。
【００５５】
図１５乃至図１８は、それぞれ本実施形態に係るリニアモータ１における原点設定の流れを示すフローチャートである。原点設定の際、可動子１０と磁気特性急変部３２の位置関係によって、原点設定の手法に相違がでてくるので、それぞれの場合に分けて説明する。
【００５６】
図１５は、原点復帰開始前に、可動子１０がすでに磁気特性急変部３２方向に原点を通り過ぎている場合の原点設定の流れを示している。なお、原点は、図１５に示す位置にあると仮定する。
【００５７】
先ず、モータ駆動制御装置３０に設けられた操作盤（図示しない）から、マニュアル指令、または、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ１０１）。
【００５８】
次に、モータ駆動制御装置３０内のマイクロプロセッサ等の制御手段は、磁気特性急変位置検知部２２が磁気特性急変部３２を検知することで可動子１０が磁気特性急変部３２方向に原点を通り過ぎていることを検知する（ステップＳ１０２）。尚、本実施形態では、磁気特性急変部３２が、リニアモータ１の端部を検出する端部検出部を兼ねる構成としている。
【００５９】
次いで、予め設定記憶されている原点出し用のシーケンスプログラムを実行し、リニアモータ１の可動子１０を原点に近づく方向に移動させ、そのまま原点を通過させ、さらに可動子１０を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させる（ステップＳ１０３）。図１５に示す原点の位置を抜けるためである。ここで、所定の距離としては例えば、磁気式リニアスケールの１乃至数スケールピッチ、例えば３スケールピッチ相当の距離が好適である。原点の位置を抜ける距離でさえあれば十分であることによる。
【００６０】
その後、リニアモータ１を原点方向に微低速で駆動し、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ１０４）。ここでの加算信号は、１８０度位相が異なる信号同士を加算しているので、２点間の磁気特性の差を演算していることになる。
【００６１】
次いで、加算結果の値Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ１０５）。このようにして、磁気特性急変位置検知部２２により、原点設定基準位置ｘ１を検出できる。この原点設定基準位置ｘ１は、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界ではなく、そこからはずれている。これは、次のような理由による。すなわち、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界付近が波形acのピークになるので、その位置をｘ１とすることは可能である。しかし、ピーク値は個々の界磁ヨークによりバラツキがある。そのため、ある界磁ヨークのピーク値を代表として閾値設定した場合、別の界磁ヨークではバラツキによりその閾値に届かない可能性がる。そこで、波形ａｃの中段辺りを閾値にするのが好適であり、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界付近とｘ１をずらすのが好適である。
【００６２】
＜所定値について＞
ここで、所定値は、次のように設定することができる。まず、リニアモータ１においては、使用する永久磁石８の個々の寸法のバラツキや、永久磁石８を着磁した時の磁気特性のバラツキ及び、永久磁石８を円筒状部材６へ挿入して組立てた際に発生する永久磁石固定位置のバラツキが存在する。これらのバラツキを考慮すると、直線状に配列させた永久磁石８列の両端及び原点周辺を除いた移動範囲内で観測される、第１の磁気検出部１４及び第２の磁気検出部２０から出力される２つのアナログ信号ｄａ，ｄｃの加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより５％大きい値、すなわち、１．０５Ｖｂを所定値として利用することが可能である。発明者らの行った実験によれば、加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより１０％大きい値＝１．１Ｖｂであれば、より安定的に原点設定ができ、２つのアナログ信号の加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより２５％大きい値＝１．２５Ｖｂであれば、更に好ましい。
【００６３】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を予め決められた減速度で減速させ、可動子１０が停止した位置を、スケールヘッドの位置ｘ２（図７（ｂ）、図７（ｃ）参照）とする。この減速度は、例えばモータ駆動制御装置３０内のマイクロプロセッサ等の制御手段に予め設定記憶しておくと好適である。尚、減速度が大きいと、x2での可動子停止時に過大なオーバシュートが発生し、界磁ヨーク端部を傷める虞がある。また、減速度が小さいと、への到着時間が増大することになる。そこで、界磁ヨーク内で停止する減速度が適切な値となる。
【００６４】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置x2から移動方向を反転させる（ステップＳ１０６）。
【００６５】
停止位置ｘ２での２相正弦波アナログ信号である磁気式エンコーダのＡ相信号ｄａ及びＢ相信号ｄｂに関して、下記の式（１）を使用して、スケールヘッドの位置ｘhについて計算を行う。
【００６６】
ｘh ＝ （Lp／2π）ｆ( db／da ) ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｆ( db／da ) は下記の式(１ａ)〜式（１ｄ）のように定義する。
【００６７】
ｆ( db／da ) = atan( db／da)−π／2 ｜ da≧0 ，db≧0 ・・・（１a）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)＋π／2 ｜ da＜0 ，db≧0 ・・・（１b）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)＋π／2 ｜ da＜０ ，db＜0 ・・・（１c）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)−π／２ ｜ da≧0 ，db＜0 ・・・（１d）
可動子１０の停止位置ｘ２は、求めようとするスケールヘッドの原点位置ｈｐＡを図７（ａ）または図７（ｃ）のｘ軸上で０（ゼロ）とすると、概略値として、下記の式で表わすことができ、
ｘ２ ≒ −ｘｈ ・・・（２）
上記式（１）のｘｈとほぼ等しくなる。尚、上記した位置計算は、ｈｐＡ±スケールピッチ／２の範囲において有効なものである。
【００６８】
可動子１０を現在位置ｘ２から図７（ｂ）の右方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ、繰り返し式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ１０７）。
【００６９】
可動子１０が極性変化点に到達、すなわち、ｘｈ＝０の位置（図７（ｃ）においてｘ３の位置）で、可動子１０を停止させ、スケールヘッドの現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ１０８）。
【００７０】
尚、上記式（１）では、求めようとするスケールヘッドの原点位置ｈｐＡについて、ｘ軸上で０（ゼロ）としたが、このゼロ点を図７（ａ）に示す波形のどの位置に取るかで定義が変わり、式（１ａ）〜（１ｄ）の「π／2」の値もが変わることになるのは言うまでもない。
【００７１】
また、それぞれの永久磁石８に寸法上のバラツキ、磁化特性のバラツキ等が存在する場合には、それらバラツキによる影響を解消するため、求められた原点位置ｈｐＡについて、所望の補正を行うことができる。この補正の手法については、本発明の本旨ではないので、ここでは詳述しない。
【００７２】
かくして、本実施形態では、リニアモータ１の組立作業が終了した時点で、リニアモータ１の絶対位置の基準位置（点）となる原点ｘ３＝ｈｐＡが、操作者の介在なしで実現でき、自動的に原点設定処理が実現できる。したがって、従来のような原点設定のためのオペレータによる追加作業は一切発生しない。
【００７３】
次に、図１６は、原点復帰開始前に、可動子１０が磁気特性急変部３２の位置にない場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、原点位置を超えて、磁気特性急変部３２まで移動し、再び原点位置に向けて移動する。
【００７４】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ２０１）。
【００７５】
次いで、リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ２０２）。
【００７６】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ２０３）。
【００７７】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を減速させ、スケールヘッド位置ｘ２で停止させる。
【００７８】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ２から原点方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ（ステップＳ２０４）、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ２０５）。
【００７９】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ２０６）。
【００８０】
次に、図１７は、磁気特性急変部３２が界磁ヨークの途中であって、かつ原点位置よりも内側に配設されている場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、界磁ヨークの途中に位置に配設された磁気特性急変部３２を超えて移動し、原点位置に至るまで移動する。
【００８１】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ３０１）。
【００８２】
次いで、リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ３０２）。
【００８３】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ３０３）。
【００８４】
原点設定基準位置ｘ１が設定されると、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ１から原点方向に微低速で移動させつつ、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ３０４）。
【００８５】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ３０５）。
【００８６】
次に、図１８は、磁気特性急変部３２が界磁ヨークの途中であって、かつ原点位置よりも外側に配設されている場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、原点を超えて移動し、界磁ヨークの途中に位置に配設された磁気特性急変部３２の位置で移動方向を変え、原点位置に至るまで移動する。
【００８７】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ４０１）。
【００８８】
リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ４０２）。
【００８９】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ４０３）。
【００９０】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を減速させ、スケールヘッド位置ｘ２で停止させる。
【００９１】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ２から原点方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ（ステップＳ４０４）、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ４０５）。
【００９２】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ４０６）。
【００９３】
尚、上述したいずれのケースにおいても、リニアモータ１の絶対位置の基準位置（点）となる原点ｈｐＡが設定できた時点で、所定の期間、ＬＥＤ等の発光手段を点灯させてもよい。または、ブザー等の可聴周波数の発音手段を作動させて、外部に告知する告知手段を、磁気式リニアエンコーダ１６に付設すると、オペレータにより容易に原点設定処理の終了が確認でき好適である。
【００９４】
＜変形例＞
上述した原点設定では、原点近傍で極微低速に減速して、原点設定誤差を出来る限り小さい範囲に留めるため、位置ｘ２から大まかな戻る距離が予め把握可能な演算方法を採用した。この他にも、図７（ａ）の例では、２相正弦波アナログA相信号ｄａまたはＢ相信号ｄｂが、正から負（または負から正）へ極性が変化する位置を求めることでも原点設定の処理は可能である。
【００９５】
更に、磁気特性急変位置検知部２２により原点設定基準位置ｘ１が検知できた直後に、位置情報変換器２８をリセットして、原点設定基準位置ｘ１を原点として利用することも、位置精度が多少粗くても十分な利用分野では採用可能である。
【００９６】
本実施形態によれば、リニアモータの絶対位置を演算する基礎となる原点設定のために、従来人間が介在しなければならなかった作業、即ち、リミットスイッチやドッグの取り付け、調整、設定作業が一切不要である。また、リニアモータの組立てが終了した時点で、原点設定関係の組立及び取付け作業も同時に全て終了し完了する。
【００９７】
さらに、リニアモータの永久磁石周辺及び周囲の磁界分布あるいは磁界特性に基づき、磁気特性急変位置を自動的に検知することから、簡単かつ正確に原点設定ができる。
【００９８】
すなわち、原点設定に際し、オペレータの介在を必要としないことから、作業者の能力による原点設定作業のばらつき等も排除でき、再現性のよい安定したリニアモータの原点設定立ができる。
【００９９】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａでの断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るリニアモータの側面略図である。
【図４】第１の実施形態の第1の磁気検出部の出力波形である。
【図５】第１の実施形態の第２の磁気検出部の出力を加算した波形である。
【図６】第１の実施形態に係るリニアモータの原点周辺の部分拡大図である。
【図７】（ａ）は図６における第1の磁気検出部の出力波形の部分拡大図、（ｂ）は図６における第２の磁気検出部の出力を加算した波形の部分拡大図、（ｃ）は原点設定に際しての可動子に対する運転指令を示す参考図である。
【図８】同極磁石を対向かつ密着させた場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】同極磁石を対向かつ密着させると共に、高比透磁率の円筒部材を使用した場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るリニアモータのドライブシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】比透磁率に応じて変化する合成センサ出力を示す図である。
【図１２】比透磁率に応じて変化する合成センサ出力について行ったシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。
【図１５】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１７】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１８】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・リニアモータ、４・・・界磁ヨーク、６・・・円筒状部材、８・・・永久磁石、１０・・・可動子、１２・・・電機子コイル、１４、２０・・・磁気検知部、１６・・・磁気式リニアエンコーダ、１８・・・スケールヘッド、１９・・・磁気スケール部、２２・・・磁気特性急変位置検知部、２８・・・位置情報変換器、３０・・・モータ駆動制御装置、３２、３２ｂ、３２ｃ・・・磁気特性急変部、５０・・・ドライブシステム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの原点設定方法に関し、特に高速で繰返し位置決めとして用いられる磁気式リニアエンコーダを内蔵したリニアモータの原点設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの移動機構や搬送機構の駆動源として、リニアモータが使用されている。リニアモータの使用に際しては、リニアモータの移動部の移動位置の検出が不可欠である。かかる移動位置を検出する手段として、リニアエンコーダが用いられている。また、移動部の直線運動を回転運動に変換し、ロータリエンコーダによって移動位置を検出する手法も採用されている。これらのエンコーダでは、等間隔に刻まれた磁気マークあるいは光学的マークを検出し、その検出したマークを積算し、更には２つのマーク間を内挿分割して、移動部の移動量を検出している。
【０００３】
これらのエンコーダは、移動部の移動量、即ちインクリメンタル量は検出できるが、絶対位置（ある座標原点に対する位置）を検出することはできない。絶対位置を検出するためには、マークの積算や内挿信号の積算の基準となる位置を設定しなければならない。すなわち、移動部の原点位置を確立する必要がある。
【０００４】
従来、原点位置の確立方法として、リニアモータの固定部側の所望の位置にリミットスイッチを設け、移動部を所定方向から移動させ、移動部に設けたドッグをリミットスイッチが検出した位置を原点として設定し確立する手法が採用されていた。
【０００５】
これに対して、リミットスイッチや、ドッグ等の手段を使用しないリニアモータの原点設定方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、リニアモータに位置検出器としてリニアエンコーダを並設し、リニアモータの移動部を所定の決められた位置にオペレータが介在して位置決めした後、該位置から低速度で所定の決められた方向に移動部を移動させ、ホール素子からの磁気信号の極性が設定数変化した位置で、現在位置を演算するための可逆カウンタをリセットすることによって、位置検出器で検出する位置の原点とする手法である。
【０００６】
更に、光学式リニアエンコーダを用いたリニアモータでは、塵芥が付着したり、汚れ等があると検出感度が弱くなり、耐環境性が十分でないことに鑑み、耐環境性に強く、且つ、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティングが不要であるリニアモータが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これは、永久磁石が、リニアモータの界磁とリニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成するとともに、永久磁石のピッチ間隔が磁気スケール部のスケールピッチとなるように設け、塵芥等に強く、耐環境性を増すようにするものである。
【特許文献１】特開平８−３２２２７６号公報
【特許文献２】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リミットスイッチやドッグを利用する原点設定あるいは原点の確立方法では、リミットスイッチやドッグを必要とし、これらリミットスイッチやドッグの位置調整は、オペレータが介在して行わねばならない。
【０００８】
また、特許文献１に開示された原点の確立方法では、所定の決められた位置にラフに位置決めするためのマークがオペレータにより利用され、先ず、移動部材に付されたマーク及び固定支持部に付されたマークの２つのマークが１つの永久磁石幅内でラフに一致するようにオペレータによりラフな位置決めが実施され、その後、リニアモータの原点設定／確立処理が実行される。そのため、リニアモータの原点設定に際して、オペレータの介在が必須であり、人間による種々のセッティング作業が必要であり、原点設定処理を完全に自動的に行うことは実現できていない。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されたリニアモータでは、磁気式リニアエンコーダのセッティングが不要であり、その磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子を配置して構成され、ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号を位置データに変換する位置情報変換器により可動子の現在位置を演算する構成となっている。ところが、特許文献２の図２（ａ）に図示されるような誘起電圧波形及びエンコーダ信号の波形は、複数個の永久磁石が所定の一定間隔で隣り合わせに規則的に並べて配置されている磁石配列の端部を除いた磁石配列の中央部側においてのみ採用可能な原理である。そのため、エンコーダ信号波形を処理するだけでは、リニアモータの絶対位置を確定するための原点を設定・確立することは不可能である。したがって、特許文献２に記載のリニアモータでは、絶対位置を確定する位置情報変換器の原点をセッティングする手段あるいは方法の採用を、暗黙の前提とするものである。加えて、特許文献２においては、モータ原点および原点設定に関しては、何等の記述も見出すことはできない。
【００１０】
本発明は上述のような事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、リニアモータの絶対位置を確定するための原点の設定および確立を、安定かつ容易に実現可能な原点設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、この停止位置から前記可動子の移動方向を反転させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチして、前記可動子が前記磁気特性急変部方向に原点を通り過ぎていることを判断し、前記可動子を原点に近づく方向に移動させて、そのまま原点を通過させ、さらに前記可動子を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させ、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、この停止位置から前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させ、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、停止位置からさらに可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明の別の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、前記原点設定基準位置を、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴としたリニアモータの原点設定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リミットスイッチやドッグの取り付け・調整・設定作業が一切不要であり、リニアモータの組立てが終了した時点で原点設定に伴う作業も終了するので、人間による設定及び調整作業が排除できるから、再現性のよい安定したリニアモータの原点設定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。本発明に係る原点設定方法が適用されるリニアモータは、界磁ヨークと電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁ヨークと電機子を相対的に直線走行させるものである。以下に述べる実施形態では、説明の便宜上、界磁ヨークを固定子に、電機子を可動子としているが、本発明は、これら実施形態に限定して解釈されるものではない。
【００１７】
図１は本発明を実施する磁気式リニアエンコーダを採用したリニアモータの概略構成を示す正面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａでの断面図である。
【００１８】
図１、図２に示すように、リニアモータ１は、ベースとなるベース部２とリニアモータ１の直線方向の移動をガイドするためのリニアガイド３を備えている。リニアガイド３は、ベース部２に取り付けられるガイドレール３Ａと、ガイドレール３Ａ上をスライドするスライダ３Ｂから構成されている。スライダ３Ｂの上面には、例えば、リニアモータ１を適用する機械や装置を取り付けるためのテーブル３Ｃが載置されている。
【００１９】
ベース部２には、リニアモータ１の固定子（固定部）を構成し、界磁を発生させる界磁ヨーク４が配設されている。界磁ヨーク４は、円筒状部材（スリーブ）６と円筒状部材６の中空内部に挿入された円柱状の永久磁石８を密着させた磁石列から構成されている。複数の永久磁石８は、それぞれが同一の形状、寸法を備える部材である。各永久磁石８は、円筒状部材６の長手方向に磁化されている。磁石列は、隣り合う永久磁石８を同じ磁極（Ｎ極−Ｎ極、または、Ｓ極−Ｓ極同士）を相互に対向させて、且つ、密着させた状態で、複数並べて構成されている。リニアモータ１の移動方向の長さ、すなわち、最大移動距離は、並べられた永久磁石８の磁石列の長さに可動子の長さを引いたものである。
【００２０】
磁石の種別としては、ネオジム系が好適である。尚、永久磁石８は、円柱状、すなわち中実のものに限られることなく、例えば円筒形のものであってもよい。このように、永久磁石８の同じ磁極が、相互に密着対向配置されているので、非常に強力な反発力が発生する。かかる永久磁石８の磁気特性をシミュレーションにより求めると、図８に示すようになる。図８は、合成磁界の空間分布特性を示すもので、横軸方向は円筒状部材６の軸方向距離を、縦軸方向は同極磁石を密着させた場合の合成磁界を表わしている。円筒状部材６の半径方向に形成され、円筒状部材６の表面に垂直に出入りする磁束成分が、空隙を介して対向配置された電機子コイル１２に対し有効磁束となる。ところが、本発明の実施形態に係るリニアモータ１では、同極同士の磁束が密着面でぶつかり合っているので、磁石外周部の磁束と比較すると、磁石中心に近い磁束は、あらゆる方向から相手磁石の発生する磁界の影響を受けている。このため、磁石中心に近い磁束は、相手磁石と反対方向に相互の反発により折り曲げられる。その結果、折り曲げられた成分だけ円筒状部材６の半径方向からずれて円筒表面から出入りすることになり、電機子コイル１２に対する有効磁束が減少することが推察できる。
【００２１】
円筒状部材６は、非磁性体で構成し、その比透磁率は、２．０以下が好ましい。円筒状部材６を磁性体で構成すると、磁束のほとんどが永久磁石8列→円筒状部材6→永久磁石8列で構成される磁気回路を流れ、電機子コイル１２に達する有効磁束が減少するためである。
【００２２】
リニアモータ１の可動子（可動部）１０には、円筒状部材６を挿通する挿通孔が形成されており、円筒状部材６の長手方向に可動可能に構成されている。可動子１０は、電機子、電機子を収容する筐体、筐体に取り付けられる磁気式リニアエンコーダ（リニアセンサ）で構成されている。電機子には、３相の電機子コイル１２が装着されている。
【００２３】
図３は、リニアモータ１の側面から見た概略図で、図６は、図３の一部の拡大図である。磁気式リニアエンコーダでは、可動子の位置検出のための磁極パターンを形成するための磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを備えている。図３に示すように、本実施形態においては、磁気スケール部とスケールヘッドを、それぞれ個別にベース部２等に配設することなく、リニアモータ１の界磁ヨーク４に使用する永久磁石８列が、磁気式リニアエンコーダ１６の被検出体である磁気スケール部１９を兼用するように構成されている。更に、図３及び図６に示すように、２つの永久磁石８を密着させた構成したときの長さＬｐが、磁気スケール部１９のスケールピッチＬｐとなるように構成されている。
【００２４】
可動子１０側、すなわち電機子コイル１２の一端部で、リニアモータ１の原点側に、磁気式リニアエンコーダ１６のスケールヘッド１８が装着されている。ここで、原点側とは、リニアモータ１が現在位置から移動するとき、位置を表わす情報量が増大する方向は原点から離れ、減少する方向は原点に近づくことを意味している。尚、スケールヘッド１８の装着位置は、上記に限らず、例えば可動子１０の中心位置に装着させてもよい。
【００２５】
磁気式リニアエンコーダ１６は、固定子の永久磁石８列（から）の磁束を検出するため、２個の第１の磁気検出部１４を備えている。それぞれの第１の磁気検出部１４は互いに電気角で９０°位相差（スケールピッチＬｐの１／４波長に相当）をもつように配置され、その出力信号は２相となる。これにより、リニアモータ１の電気角とリニアモータ１の進行方向を検出することが可能となっている。
【００２６】
これら第１の磁気検出部１４からは、スケールヘッド１８の現在の位置情報の元となる２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂが出力される。これら第１の磁気検出部１４としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。さらに、磁気式リニアエンコーダ１６には、磁気特性急変部３２（後述する）の磁気特性急変位置を検知するため、磁気特性急変位置検知部２２が、電機子の長手方向にスケールヘッド１８内に設けられている。磁気特性急変位置検知部２２は、第１の磁気検出部１４からの信号及び第２の磁気検出部２０からの信号を処理・判定するものである。
【００２７】
第２の磁気検出部２０は、第１の磁気検出部１４に対して、電気角で位相が１８０°（スケールピッチＬｐの１／２波長に相当）ずれるように、リニアモータ１の移動方向に配置されている。第２の磁気検出部２０からは、正弦波のアナログ信号ｄｃが出力される。第２の磁気検出部２０としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。
【００２８】
磁気特性急変位置検知部２２は、例えば、第２の磁気検出部２０の出力信号ｄｃと、Ｌｐ／２波長分、位置がずれている方の第１の磁気検出部１４（図６参照）の出力信号ｄａを加算する加算回路（図示しない）と、その加算結果から磁気特性急変位置を判定するためのコンパレータ（図示しない）で構成することができる。
【００２９】
２個の第１の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ，ｄｂ及び第２の磁気検出部２０から出力されるアナログ信号ｄｃの波形を、界磁ヨーク４に沿って示すと、図４のようになる。図４において、縦軸方向は磁束密度Ｂｒ、横軸方向はスケールヘッド１８の位置を表わしており、縦軸方向はその位置における永久磁石８列からの有効磁束の磁束密度Ｂｒを表わしていることになる。さらに、原点周辺の第１の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ，ｄｂ波形を部分拡大すると、図７（ａ）のようになる。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るリニアモータ１のドライブシステム５０について説明する。図１０はドライブシステムの構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、このドライブシステム５０は、モータ駆動制御装置（サーボドライバ）３０、磁気特性急変位置検知部２２、位置情報変換器２８、書込み可能なメモリ等である固定記憶部３１から構成されている。第１の磁気検出部１４から出力される２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂを入力して位置データに変換する位置情報変換器２８と、外部からリニアモータ１に対して指示される位置指令（図示しない）と位置情報変換器２８で得られたスケールヘッド１８の現在位置の信号ｐｏｓによって、電機子コイル１２に対する電流指令を演算するモータ駆動制御装置３０とを接続している。
【００３１】
モータ駆動制御装置（サーボドライバ）３０は、例えば中央演算装置（またはマイクロプロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路、及び電力増幅器等で構成される。
【００３２】
第１の磁気検出部１４からの磁気信号に基づいて、コイルに流す電流を制御しながらリニアモータ１を駆動制御する。
【００３３】
位置情報変換器２８は、電機子コイル１２の端部に取付けられたスケールヘッド１８から読み取った可動子１０の現在位置を示すアナログ信号、すなわち第１の磁気検出部１４から出力される２相正弦波のアナログ信号ｄａ，ｄｂを入力し、位置データに変換する。この位置情報変換器２８は、位置変換器であると共に、スケールヘッド１８の現在位置を表わす位置カウンタでもある。位置情報変換器２８は、原点復帰が完了した時にモータ駆動制御装置３０から出力されるリセット信号ｒｓｔ信号を受け取り、位置カウンタとしての値をゼロにする。
【００３４】
モータ駆動制御装置３０は、スケールヘッド１８の現在位置の情報ｐｏｓに基づき電流指令を演算し、制御電流を給電線（図示しない）を介して可動子に送り、可動子の目標位置及び移動速度を制御する。
【００３５】
尚、上記した説明では、位置情報変換器２８は、ドライブシステム５０の１構成要素として独立したものとしたが、これに限ることはなく、磁気式リニアエンコーダ１６の内部に配設してもよい。磁気式リニアエンコーダ１６を、モータ駆動制御装置３０の１構成要素として、その内部に配設してもよい。また、逆にモータ駆動制御装置３０を、磁気式リニアエンコーダ１６の１構成要素として、その内部に配設してもよい。
【００３６】
磁気特性急変位置検知部２２は、第1の磁気検出部１４から出力されるアナログ信号ｄａ及び第２の磁気検出部２０から出力されるアナログ信号ｄｃを入力して、両信号を加算演算する。
【００３７】
アナログ信号ｄａとアナログ信号ｄｃは位相が１８０度ずれていることから、ｄａ≒−ｄｃの関係にある。したがって、両者を加算すると、相互に打ち消しあい、永久磁石８列が密着している箇所では、加算信号ａｃの大きさはゼロに近いものとなる。ゼロとならないのは、個々の永久磁石８の磁気特性や形状、第1の磁気検出部１４、第２の磁気検出部２０にバラツキが存在するからである。
【００３８】
そして、この加算信号ａｃの大きさを処理（例えば、閾値処理）して、磁気特性急変位置を検知する。そして、磁気特性急変位置では、ｄａ≒−ｄｃの関係が崩れるため、ｄａ+ｄｃは大きな出力信号になる。この加算信号ａｃ、すなわち合成センサ出力が、界磁ヨーク４の全体に亘ってどのように変化するかを示すと、図５のようになる。また、原点周辺での加算信号ａｃの波形を拡大すると、図７（ｂ）のようになる。上述した閾値処理に応じて、磁気特性急変位置検知部２２は、磁気特性急変位置検知信号ｄｔｈ及び、オーバーラン信号ｄｏｖをモータ駆動制御装置３０に出力している。また、上述した閾値処理は、当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。
【００３９】
尚、磁気特性急変位置検知部２２は、磁気式リニアエンコーダ１６の１構成要素として、その内部に配設してもよい。更に、磁気式リニアエンコーダ16を、モータ駆動制御装置３０の１構成要素として、その内部に配設することは可能であるから、磁気特性急変位置検知部２２は、モータ駆動制御装置３０の内部に配設することも可能である。
【００４０】
本発明の実施形態に係るリニアモータでは、図３に示すように、複数の永久磁石８を密着して配列した両端部に、磁気特性急変部３２が、界磁ヨーク４の一部として設けられている。尚、図３中、左端に設けられる磁気特性急変部３２は、リニアモータの原点位置検出用に利用され、右端に設けられる磁気特性急変部３２は、オーバーラン位置検出用として利用される。
【００４１】
磁気特性急変部３２は、非磁性体で構成しても磁性体で構成してもよい。尚、比透磁率ｒが５０以上の材料が好ましく、比透磁率ｒが１００以上の材料であれば更に好ましく、比透磁率ｒが１００００以上の材料が最も好適である。
【００４２】
また、磁気特性急変部３２の材質としては、例えば、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼（例えば、SUS304）等の非磁性材料が利用可能である。更に、比透磁率が高い磁性体材料として、磁性ステンレス鋼、軟鋼、珪素鉄ＢＦＭ、炭素鋼、または低炭素鋼等の利用がより好ましい。
【００４３】
磁気特性急変部３２のリニアモータ１の移動方向の厚さ（長さ）は、1個の永久磁石８の磁化方向の長さより短いものも利用可能であるが、永久磁石８の磁化方向の長さより長いものが好ましい。磁気特性急変位置検知部２２によって安定的に磁気特性急変位置を検知するためである。磁気特性急変部３２は、円筒状部材６の内径と略同じ大きさの外径を有し、外周部に接着剤を塗布した後、円筒状部材６の一端から圧入し、または、カシメにて、円筒状部材６に固定もしくは固着するのが好ましい。
【００４４】
仮に、永久磁石８列の端部に磁気特性急変部３２を配設することなく、空隙とした場合、端部を出た磁束は、直ぐに端部に位置する永久磁石８自身の異極に戻ろうとする。これに対して、永久磁石８列の端部に磁気特性急変部３２を配設した場合には、端部を出た磁束は、磁気特性急変部３２を通り端部に位置する永久磁石８自身の異極に戻ろうとする。しかも、磁気特性急変部３２の材料を高い比透磁率のものとすれば、端部を出た磁束の描くループはより顕著なものとなる。
【００４５】
しかも、磁気検出器は、それと直交する磁束に対しては、大きく反応する。
【００４６】
すなわち、図３に示す永久磁石８列と磁気特性急変部３２の配列、及び、図５に示す合成センサ出力ａｃの波形から明らかなように、可動子１０の移動指令に基づく移動方向Ｘと、合成センサ出力ａｃの出力信号を両方とも監視することにより、可動子１０のオーバーランが発生した場合、その検知が可能である。図３に示す永久磁石８列の左端部または右端部において、可動子１０のオーバーランが発生した場合、図５に示すように、合成センサ出力ａｃの出力が急に大きくなることがわかる。そこで、変化磁気特性急変位置検知部２２により、合成センサ出力ａｃの出力が所定の大きさより大きく変化した状態を閾値処理することにより、可動子１０のオーバーラン状態を検知することが可能である。ここでの、閾値処理は、例えば当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。
【００４７】
このようにして、通常の運転制御中、可動子１０が図３の右端において右方向に移動中、磁気特性急変位置検知部２２により、図５に示す右端位置ｘ４を閾値処理により検知した場合、この位置ｘ４を、可動子１０の右端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。同様の処理により、通常の運転制御中、可動子１０が図３の左端において左方向に移動中、原点設定基準位置ｘ１（後述する）を閾値処理により検知した場合、この位置を、可動子１０の左端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。
【００４８】
図３、図６に示すように、磁気特性急変部３２として、円筒状部材６の内部に永久磁石８と略同じ大きさの直径を有する中実の非磁性ステンレス鋼のSUS304（比透磁率１．０００８）を使用した場合のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇａに示す。図１１において、横軸はスケールヘッドの位置を表わし、縦軸は合成センサ出力信号の大きさを表わしている。
【００４９】
ここで、磁気特性急変部の変形例を説明する。図１３に示す磁気特性急変部３２ｂは、比透磁率ｒ＝１００００の高比透磁率磁性体３３で、その直径が永久磁石８の半分の大きさのものを軸心部に使用し、その外側に非磁性ステンレス鋼（SUS304）３４を使用したものである。このように磁気特性急変部３２ｂを構成した場合のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇｂに示す。
【００５０】
更に、図１４に示す磁気特性急変部３２ｃは、比透磁率ｒ＝１００００の高比透磁率磁性体で、その直径が永久磁石８と同一の大きさのものを使用したものである。この変形例のアナログ信号の加算信号ａｃを、図１１の曲線ｇｃに示す。図１１に示される磁気特性曲線群ｇａ〜ｇｃから、磁気特性急変部の材質としては、非磁性体または磁性体の何れの材料でも利用可能なことが理解できる。
【００５１】
以上のことを踏まえて、磁気特性急変部の材質を変えたときの磁気特性について、発明者らの行ったシミュレーション結果を示すと図１２のようになる。図１２に示すシミュレーション結果から、少なくとも比透磁率ｒが５０以上の磁性体を含む材料を利用するのが好ましく、比透磁率ｒが１００以上の磁性体を含む材料を利用するのがより好ましく、比透磁率ｒが１００００以上の磁性体を含む材料を利用するのが更に好ましいことが理解できる。
【００５２】
また、磁気特性急変部の位置については、上記した実施形態に限られることはなく、いくつかのバリエーションが可能であることは言うまでもない。例えば、磁石列の端部側ではなく、界磁ヨークの途中に磁気特性急変部を配設することができる。さらに、磁気特性急変部を磁石列の端部側と界磁ヨークの途中にと、複数個所に配設することもできる。
【００５３】
＜原点設定及び原点設定動作＞
次に、以上のように構成されたリニアモータの原点設定及び原点設定動作について説明する。
【００５４】
通常の状態では、位置情報変換器２８によって可動子１０の現在位置を演算できる。しかし、電源をＯＦＦにして再起動した場合や、可動子１０をベース部２から取り外し、その後、可動子１０を再度ベース部２に取り付けた場合等では、可動子１０の絶対位置を演算することができない。位置情報変換器２８において絶対位置を演算するための基準位置がずれてしまうからである。そこで、本実施形態に係るリニアモータでは、再度、基準位置を設定し確定するための原点復帰作業が、オペレータの介在無しで、自動的に実行される。
【００５５】
図１５乃至図１８は、それぞれ本実施形態に係るリニアモータ１における原点設定の流れを示すフローチャートである。原点設定の際、可動子１０と磁気特性急変部３２の位置関係によって、原点設定の手法に相違がでてくるので、それぞれの場合に分けて説明する。
【００５６】
図１５は、原点復帰開始前に、可動子１０がすでに磁気特性急変部３２方向に原点を通り過ぎている場合の原点設定の流れを示している。なお、原点は、図１５に示す位置にあると仮定する。
【００５７】
先ず、モータ駆動制御装置３０に設けられた操作盤（図示しない）から、マニュアル指令、または、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ１０１）。
【００５８】
次に、モータ駆動制御装置３０内のマイクロプロセッサ等の制御手段は、磁気特性急変位置検知部２２が磁気特性急変部３２を検知することで可動子１０が磁気特性急変部３２方向に原点を通り過ぎていることを検知する（ステップＳ１０２）。尚、本実施形態では、磁気特性急変部３２が、リニアモータ１の端部を検出する端部検出部を兼ねる構成としている。
【００５９】
次いで、予め設定記憶されている原点出し用のシーケンスプログラムを実行し、リニアモータ１の可動子１０を原点に近づく方向に移動させ、そのまま原点を通過させ、さらに可動子１０を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させる（ステップＳ１０３）。図１５に示す原点の位置を抜けるためである。ここで、所定の距離としては例えば、磁気式リニアスケールの１乃至数スケールピッチ、例えば３スケールピッチ相当の距離が好適である。原点の位置を抜ける距離でさえあれば十分であることによる。
【００６０】
その後、リニアモータ１を原点方向に微低速で駆動し、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ１０４）。ここでの加算信号は、１８０度位相が異なる信号同士を加算しているので、２点間の磁気特性の差を演算していることになる。
【００６１】
次いで、加算結果の値Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ１０５）。このようにして、磁気特性急変位置検知部２２により、原点設定基準位置ｘ１を検出できる。この原点設定基準位置ｘ１は、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界ではなく、そこからはずれている。これは、次のような理由による。すなわち、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界付近が波形acのピークになるので、その位置をｘ１とすることは可能である。しかし、ピーク値は個々の界磁ヨークによりバラツキがある。そのため、ある界磁ヨークのピーク値を代表として閾値設定した場合、別の界磁ヨークではバラツキによりその閾値に届かない可能性がる。そこで、波形ａｃの中段辺りを閾値にするのが好適であり、磁気特性急変部３２と永久磁石８の境界付近とｘ１をずらすのが好適である。
【００６２】
＜所定値について＞
ここで、所定値は、次のように設定することができる。まず、リニアモータ１においては、使用する永久磁石８の個々の寸法のバラツキや、永久磁石８を着磁した時の磁気特性のバラツキ及び、永久磁石８を円筒状部材６へ挿入して組立てた際に発生する永久磁石固定位置のバラツキが存在する。これらのバラツキを考慮すると、直線状に配列させた永久磁石８列の両端及び原点周辺を除いた移動範囲内で観測される、第１の磁気検出部１４及び第２の磁気検出部２０から出力される２つのアナログ信号ｄａ，ｄｃの加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより５％大きい値、すなわち、１．０５Ｖｂを所定値として利用することが可能である。発明者らの行った実験によれば、加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより１０％大きい値＝１．１Ｖｂであれば、より安定的に原点設定ができ、２つのアナログ信号の加算信号ａｃの変動幅Ｖｂより２５％大きい値＝１．２５Ｖｂであれば、更に好ましい。
【００６３】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を予め決められた減速度で減速させ、可動子１０が停止した位置を、スケールヘッドの位置ｘ２（図７（ｂ）、図７（ｃ）参照）とする。この減速度は、例えばモータ駆動制御装置３０内のマイクロプロセッサ等の制御手段に予め設定記憶しておくと好適である。尚、減速度が大きいと、x2での可動子停止時に過大なオーバシュートが発生し、界磁ヨーク端部を傷める虞がある。また、減速度が小さいと、への到着時間が増大することになる。そこで、界磁ヨーク内で停止する減速度が適切な値となる。
【００６４】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置x2から移動方向を反転させる（ステップＳ１０６）。
【００６５】
停止位置ｘ２での２相正弦波アナログ信号である磁気式エンコーダのＡ相信号ｄａ及びＢ相信号ｄｂに関して、下記の式（１）を使用して、スケールヘッドの位置ｘhについて計算を行う。
【００６６】
ｘh ＝ （Lp／2π）ｆ( db／da ) ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｆ( db／da ) は下記の式(１ａ)〜式（１ｄ）のように定義する。
【００６７】
ｆ( db／da ) = atan( db／da)−π／2 ｜ da≧0 ，db≧0 ・・・（１a）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)＋π／2 ｜ da＜0 ，db≧0 ・・・（１b）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)＋π／2 ｜ da＜０ ，db＜0 ・・・（１c）
ｆ( db／da ) = atan( db／da)−π／２ ｜ da≧0 ，db＜0 ・・・（１d）
可動子１０の停止位置ｘ２は、求めようとするスケールヘッドの原点位置ｈｐＡを図７（ａ）または図７（ｃ）のｘ軸上で０（ゼロ）とすると、概略値として、下記の式で表わすことができ、
ｘ２ ≒ −ｘｈ ・・・（２）
上記式（１）のｘｈとほぼ等しくなる。尚、上記した位置計算は、ｈｐＡ±スケールピッチ／２の範囲において有効なものである。
【００６８】
可動子１０を現在位置ｘ２から図７（ｂ）の右方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ、繰り返し式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ１０７）。
【００６９】
可動子１０が極性変化点に到達、すなわち、ｘｈ＝０の位置（図７（ｃ）においてｘ３の位置）で、可動子１０を停止させ、スケールヘッドの現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ１０８）。
【００７０】
尚、上記式（１）では、求めようとするスケールヘッドの原点位置ｈｐＡについて、ｘ軸上で０（ゼロ）としたが、このゼロ点を図７（ａ）に示す波形のどの位置に取るかで定義が変わり、式（１ａ）〜（１ｄ）の「π／2」の値もが変わることになるのは言うまでもない。
【００７１】
また、それぞれの永久磁石８に寸法上のバラツキ、磁化特性のバラツキ等が存在する場合には、それらバラツキによる影響を解消するため、求められた原点位置ｈｐＡについて、所望の補正を行うことができる。この補正の手法については、本発明の本旨ではないので、ここでは詳述しない。
【００７２】
かくして、本実施形態では、リニアモータ１の組立作業が終了した時点で、リニアモータ１の絶対位置の基準位置（点）となる原点ｘ３＝ｈｐＡが、操作者の介在なしで実現でき、自動的に原点設定処理が実現できる。したがって、従来のような原点設定のためのオペレータによる追加作業は一切発生しない。
【００７３】
次に、図１６は、原点復帰開始前に、可動子１０が磁気特性急変部３２の位置にない場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、原点位置を超えて、磁気特性急変部３２まで移動し、再び原点位置に向けて移動する。
【００７４】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ２０１）。
【００７５】
次いで、リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ２０２）。
【００７６】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ２０３）。
【００７７】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を減速させ、スケールヘッド位置ｘ２で停止させる。
【００７８】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ２から原点方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ（ステップＳ２０４）、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ２０５）。
【００７９】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ２０６）。
【００８０】
次に、図１７は、磁気特性急変部３２が界磁ヨークの途中であって、かつ原点位置よりも内側に配設されている場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、界磁ヨークの途中に位置に配設された磁気特性急変部３２を超えて移動し、原点位置に至るまで移動する。
【００８１】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ３０１）。
【００８２】
次いで、リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ３０２）。
【００８３】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ３０３）。
【００８４】
原点設定基準位置ｘ１が設定されると、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ１から原点方向に微低速で移動させつつ、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ３０４）。
【００８５】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ３０５）。
【００８６】
次に、図１８は、磁気特性急変部３２が界磁ヨークの途中であって、かつ原点位置よりも外側に配設されている場合の原点設定の流れを示している。このような位置関係にある場合には、可動子１０は、原点を超えて移動し、界磁ヨークの途中に位置に配設された磁気特性急変部３２の位置で移動方向を変え、原点位置に至るまで移動する。
【００８７】
まず、リニアモータ運転プログラム中のプログラム指令により原点復帰指令がモータ駆動制御装置３０に向けて出力される（ステップＳ４０１）。
【００８８】
リニアモータ１を原点方向に駆動して、可動子１０を原点方向に移動せしめ、第2の磁気検出部２０から出力される１／２スケールピッチ（Ｌｐ／２）離れた２点間のアナログ信号の加算信号ａｃを、磁気特性急変位置検知部２２により処理し（例えば、閾値処理）、磁気特性急変位置をサーチする（ステップＳ４０２）。
【００８９】
次いで、加算結果の変動幅Ｖｂが、所定値より大きくなった位置を、原点設定基準位置ｘ１とする（ステップＳ４０３）。
【００９０】
原点設定基準位置ｘ１が判定されると、このｘ１から可動子１０を減速させ、スケールヘッド位置ｘ２で停止させる。
【００９１】
次いで、可動子１０をスケールヘッドの現在位置ｘ２から原点方向（いままでと逆方向）に微低速で移動させつつ（ステップＳ４０４）、上記した式（１）を演算し、２相正弦波アナログ信号の極性変化点をサーチする（ステップＳ４０５）。
【００９２】
可動子１０が極性変化点に到達すると、可動子１０を停止させ、現在位置カウンタをリセットさせる（ステップＳ４０６）。
【００９３】
尚、上述したいずれのケースにおいても、リニアモータ１の絶対位置の基準位置（点）となる原点ｈｐＡが設定できた時点で、所定の期間、ＬＥＤ等の発光手段を点灯させてもよい。または、ブザー等の可聴周波数の発音手段を作動させて、外部に告知する告知手段を、磁気式リニアエンコーダ１６に付設すると、オペレータにより容易に原点設定処理の終了が確認でき好適である。
【００９４】
＜変形例＞
上述した原点設定では、原点近傍で極微低速に減速して、原点設定誤差を出来る限り小さい範囲に留めるため、位置ｘ２から大まかな戻る距離が予め把握可能な演算方法を採用した。この他にも、図７（ａ）の例では、２相正弦波アナログA相信号ｄａまたはＢ相信号ｄｂが、正から負（または負から正）へ極性が変化する位置を求めることでも原点設定の処理は可能である。
【００９５】
更に、磁気特性急変位置検知部２２により原点設定基準位置ｘ１が検知できた直後に、位置情報変換器２８をリセットして、原点設定基準位置ｘ１を原点として利用することも、位置精度が多少粗くても十分な利用分野では採用可能である。
【００９６】
本実施形態によれば、リニアモータの絶対位置を演算する基礎となる原点設定のために、従来人間が介在しなければならなかった作業、即ち、リミットスイッチやドッグの取り付け、調整、設定作業が一切不要である。また、リニアモータの組立てが終了した時点で、原点設定関係の組立及び取付け作業も同時に全て終了し完了する。
【００９７】
さらに、リニアモータの永久磁石周辺及び周囲の磁界分布あるいは磁界特性に基づき、磁気特性急変位置を自動的に検知することから、簡単かつ正確に原点設定ができる。
【００９８】
すなわち、原点設定に際し、オペレータの介在を必要としないことから、作業者の能力による原点設定作業のばらつき等も排除でき、再現性のよい安定したリニアモータの原点設定立ができる。
【００９９】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａでの断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るリニアモータの側面略図である。
【図４】第１の実施形態の第1の磁気検出部の出力波形である。
【図５】第１の実施形態の第２の磁気検出部の出力を加算した波形である。
【図６】第１の実施形態に係るリニアモータの原点周辺の部分拡大図である。
【図７】（ａ）は図６における第1の磁気検出部の出力波形の部分拡大図、（ｂ）は図６における第２の磁気検出部の出力を加算した波形の部分拡大図、（ｃ）は原点設定に際しての可動子に対する運転指令を示す参考図である。
【図８】同極磁石を対向かつ密着させた場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】同極磁石を対向かつ密着させると共に、高比透磁率の円筒部材を使用した場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るリニアモータのドライブシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】比透磁率に応じて変化する合成センサ出力を示す図である。
【図１２】比透磁率に応じて変化する合成センサ出力について行ったシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。
【図１５】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１７】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【図１８】本実施形態に係るリニアモータにおける原点設定の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・リニアモータ、４・・・界磁ヨーク、６・・・円筒状部材、８・・・永久磁石、１０・・・可動子、１２・・・電機子コイル、１４、２０・・・磁気検知部、１６・・・磁気式リニアエンコーダ、１８・・・スケールヘッド、１９・・・磁気スケール部、２２・・・磁気特性急変位置検知部、２８・・・位置情報変換器、３０・・・モータ駆動制御装置、３２、３２ｂ、３２ｃ・・・磁気特性急変部、５０・・・ドライブシステム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、
この停止位置から前記可動子の移動方向を反転させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項２】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチして、前記可動子が前記磁気特性急変部方向に原点を通り過ぎていることを判断し、
前記可動子を原点に近づく方向に移動させて、そのまま原点を通過させ、
さらに前記可動子を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させ、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、
この停止位置から前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項３】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させ、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、
停止位置からさらに可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項４】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、
前記原点設定基準位置を、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴としたリニアモータの原点設定方法。
【請求項５】
前記磁気特性急変位置は、前記第２の磁気検出器から出力される１／２スケールピッチ離れた２点間のアナログ信号の加算信号を、閾値処理してサーチされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項６】
前記加算信号は、２点間の磁気特性の差を演算することを特徴とする請求項５記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項７】
前記原点設定基準位置は、加算結果の値Ｖｂが、所定値より大きくなった位置とすることを特徴とする請求項５記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項８】
前記所定の減速度は、前記可動子が前記界磁ヨーク内に収まるように設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項９】
前記極性変化点の位置で、前記スケールヘッドの現在位置を示すカウンタをリセットすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１０】
前記原点設定基準位置で、前記スケールヘッドの現在位置を示すカウンタをリセットすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１１】
求めた前記リニアモータの絶対位置の基準位置について、さらに補正を加えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１２】
前記磁気特性急変部が、前記リニアモータの端部検出部を兼ねている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１３】
前記原点復帰設定動作または原点設定の完了の際、所定の期間、発光器を点灯させ、あるいは発音器を作動させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のリニアモータ原点設定方法。
【請求項１】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、
この停止位置から前記可動子の移動方向を反転させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項２】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチして、前記可動子が前記磁気特性急変部方向に原点を通り過ぎていることを判断し、
前記可動子を原点に近づく方向に移動させて、そのまま原点を通過させ、
さらに前記可動子を原点から離れる方向に、所定距離だけ移動させ、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で停止させ、
この停止位置から前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項３】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させ、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、
停止位置からさらに可動子を原点方向に移動させて、前記磁気式リニアエンコーダから得られる磁気特性の極性変化点をサーチし、
この極性変化点の位置で、前記可動子を停止させ、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴とするリニアモータの原点設定方法。
【請求項４】
円筒状部材の中空部に、複数個の永久磁石を互いに同一の磁極を対向して密着させて、直列状に配置して構成された界磁ヨークと、前記磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、前記磁石列の端部または途中に配設され、前記磁石列の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部と、前記磁石列を磁気スケール部として構成し、２個の前記永久磁石間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、互いに電気角で位相を９０°（スケールピッチの１／４波長に相当）ずらして配置された複数個の第１の磁気検出器と、この第１の磁気検出器から電気角で位相を１８０°（スケールピッチの１／２波長に相当）ずらして配置された第２の磁気検出器を、前記電機子の長手方向に有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたリニアモータの原点設定方法であって、
前記可動子を原点方向に移動させて、前記磁石列の磁気特性が急激に変化する磁気特性急変位置をサーチし、
この磁気特性急変位置を基にして、原点設定のための原点設定基準位置を設定し、
この原点設定基準位置から前記可動子を所定の減速度で減速させ、前記スケールヘッドが所定値となる位置で一旦停止させ、
前記原点設定基準位置を、前記リニアモータの絶対位置の基準位置とすることを特徴としたリニアモータの原点設定方法。
【請求項５】
前記磁気特性急変位置は、前記第２の磁気検出器から出力される１／２スケールピッチ離れた２点間のアナログ信号の加算信号を、閾値処理してサーチされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項６】
前記加算信号は、２点間の磁気特性の差を演算することを特徴とする請求項５記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項７】
前記原点設定基準位置は、加算結果の値Ｖｂが、所定値より大きくなった位置とすることを特徴とする請求項５記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項８】
前記所定の減速度は、前記可動子が前記界磁ヨーク内に収まるように設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項９】
前記極性変化点の位置で、前記スケールヘッドの現在位置を示すカウンタをリセットすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１０】
前記原点設定基準位置で、前記スケールヘッドの現在位置を示すカウンタをリセットすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１１】
求めた前記リニアモータの絶対位置の基準位置について、さらに補正を加えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１２】
前記磁気特性急変部が、前記リニアモータの端部検出部を兼ねている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のリニアモータの原点設定方法。
【請求項１３】
前記原点復帰設定動作または原点設定の完了の際、所定の期間、発光器を点灯させ、あるいは発音器を作動させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のリニアモータ原点設定方法。
【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】
【公開番号】特開２００８−２８９３４５（Ｐ２００８−２８９３４５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１１４１（Ｐ２００８−６１１４１）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（５９４０９０７２４）株式会社ワコー技研 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（５９４０９０７２４）株式会社ワコー技研 (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]