リニアモータシステム、リニアモータアクチュエータ及び制御装置
【課題】リニアスケールのコストを減らしつつ、高速な移動を可能とし、且つ、停止精度を高くする。
【解決手段】位置センサはリニアスケールの目盛りを読み取り第１の位置情報を生成し、磁気センサは可動子又は固定子の一方から発生する磁界を検出し、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力し、位置検出手段は正弦波状信号及び余弦波状信号に基づいて第２の位置情報を生成し、リニアスケール又は位置センサの一方は可動子とともに移動し、リニアスケール又は位置センサの他方は可動子が移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、制御装置は、可動子の位置が一部の範囲から外れているときには第２の位置情報を、可動子の位置が一部の範囲に入っているときに当該範囲内で可動子を停止させる場合には第１の位置情報を、コイルに流れる電流の制御に用いる。
【解決手段】位置センサはリニアスケールの目盛りを読み取り第１の位置情報を生成し、磁気センサは可動子又は固定子の一方から発生する磁界を検出し、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力し、位置検出手段は正弦波状信号及び余弦波状信号に基づいて第２の位置情報を生成し、リニアスケール又は位置センサの一方は可動子とともに移動し、リニアスケール又は位置センサの他方は可動子が移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、制御装置は、可動子の位置が一部の範囲から外れているときには第２の位置情報を、可動子の位置が一部の範囲に入っているときに当該範囲内で可動子を停止させる場合には第１の位置情報を、コイルに流れる電流の制御に用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の磁界とコイルに流れる電流とによって運動する推力を得るリニアモータにおいて、可動子の位置を検出し、検出された位置に基づいてリニアモータを制御するリニアモータシステム、リニアモータアクチュエータ及び制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石の磁界とコイルに流れる電流とによってリニアモータを駆動し、移動体を軌道レール等に沿って直進運動させるリニアモータアクチュエータにおいては、移動体の位置を検出するために、光学式又は磁気式のリニアスケールとセンサとが用いられている。
【０００３】
この場合においては、移動体にセンサを取り付けるとともに、リニアモータアクチュエータの長手方向の一端から他端までリニアスケールを取り付け、移動体の可動範囲全域において、センサがリニアスケールを読み取ることができるようにしていた（例えば、特許文献１）。こうすることによって、移動体を所望の位置に精度よく停止させることができる。
【特許文献１】国際公開第２００６／００１４７９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、移動体の可動範囲全域をカバーするようにリニアスケールを取り付けなければならないので、可動範囲が長くなればなるほど、リニアスケールに要するコストが高くならざるを得なかった。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、リニアスケールのコストを減らしつつ、高速な移動を可能とし、且つ、停止精度の高いリニアモータシステム、リニアモータアクチュエータ及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、前記位置情報に基づいて、前記コイルに供給される電流を制御する制御装置と、を備え、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、前記制御装置は、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアモータシステムにおいて、前記生成された第１の位置情報又は前記生成された第２の位置情報の何れか一方を、前記制御装置による制御に基づいて当該制御装置に供給する位置情報供給手段を更に備え、前記制御装置は、前記一部の範囲に対して前記可動子の位置を対応付けた範囲情報を記憶する記憶手段を有し、前記位置情報供給手段から供給された位置情報と、前記範囲情報と、に基づいて、前記可動子が前記一部の範囲に位置しているか否かを判定し、前記第１の位置情報又は前記第２の位置情報のうち前記コイルに供給される電流の制御に用いる方の位置情報を、前記位置情報供給手段から供給させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、前記リニアモータは、前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが軸線方向に並べられる界磁マグネットを有し、前記可動子又は前記固定子の他方として、前記界磁マグネットにすきまを介して対向する複数のコイルを有するフラットタイプリニアモータであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、前記リニアモータは、前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられるロッドを有し、前記可動子又は前記固定子の他方として、前記ロッドを囲む複数のコイルを有するロッドタイプリニアモータであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータを備え、制御装置により、前記コイルに供給される電流が、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す位置情報に基づいて制御されるリニアモータアクチュエータにおいて、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、第１の前記位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、を備え、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、第２の前記位置情報が位置検出手段により生成され、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御され、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子が停止する場合には、前記第１の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、を備え、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設されるリニアモータの位置検出システムにおける前記コイルに供給される電流を、前記位置情報に基づいて制御する制御装置において、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができない範囲を可動子が移動しているときには、リニアモータの推力を得るための磁極から発生する磁界を磁気センサで検出することによって得られた位置情報で制御が行われ、位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができる範囲を可動子が移動してるときに可動子を停止させる場合には、位置センサからの位置情報で制御が行われるので、リニアスケールを可動子の移動可能範囲全域に取り付けなくても、可動子を高速に移動させることができ、且つ、予め定められた停止位置での停止精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
［１．第１実施形態］
以下、リニアモータとして、フラットタイプリニアモータに本発明を適用した場合における実施形態について説明する。
【００１５】
［１．１ リニアモータシステムの構成］
まず、第１実施形態に係るリニアモータシステム１の構成を、図１を用いて説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係るリニアモータシステム１の概要構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、リニアモータシステム１は、アクチュエータ２１と、位置検出手段としてのインターポレータ２５と、位置情報供給手段としての位置情報切替器２６と、ドライバ２７と、を備えている。そして、アクチュエータ２１は、スライダ（移動体）２と、スライダ２をスライド自在に支持するベース４と、ベース４に取り付けられた複数のリニアスケール２２と、リニアスケール２２を読み取りスライダ２（に取り付けられた電機子）の位置を検出する位置センサとしての光センサ２３と、磁界の方向を検出する磁気センサ２４と、を備えている。
【００１７】
アクチュエータ２１は、スライダ２をリニアモータでベース４の長手方向に往復運動させるリニアモータアクチュエータである。ベース４には、複数のリニアスケール２２が取り付けられており、各リニアスケール２２には、ベース４の長手方向に沿って一定間隔で、目盛りとしてのスリットが配列されている。スライダ２には、光センサ２３と磁気センサ２４とが取り付けられている。
【００１８】
光センサ２３は、発光ダイオードを点灯させ、リニアスケール２２のスリットを通して発光ダイオードからの光を断続的にフォトダイオードで受光することによって、スライダ２の位置を示す第１の位置情報をエンコーダケーブル３１を介して位置情報切替器２６に出力する。磁気センサ２４は、ベース４上に並べられた駆動用マグネットから発生する磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号をケーブル３２を介してインターポレータ２５に出力する。
【００１９】
インターポレータ２５は、磁気センサ２４が出力する信号を内挿処理し、スライダ２（に取り付けられた電機子）の位置を示す第２の位置情報をエンコーダケーブル３３を介して位置情報切替器２６に出力する。位置情報切替器２６は、ドライバ２７から出力される制御信号に応じて、第１の位置情報と第２の位置情報のうちの一方をエンコーダケーブル３４を介してドライバ２７に出力する。ドライバ２７は、位置情報切替器２６から出力された位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。ドライバ２７からの電流は、動力ケーブル３５を介してスライダ２に取り付けられたリニアモータのコイルに供給される。
【００２０】
本実施形態においては、スライダ２の移動可能な範囲のうち、事前に計画されている停止位置を含むその停止位置前後の位置決めするための領域（以下、「停止領域」という）のみにリニアスケール２２が取り付けられる。図１に示す例では、スライダ２の移動可能な範囲の両端にそれぞれリニアスケール２２が取り付けられているとともに、やや中央よりに１箇所リニアスケール２２が取り付けられている。つまり、アクチュエータ２１においては、３箇所の停止領域が設けられている。
【００２１】
停止領域以外の領域は、スライダ２が基本的に通過するだけの領域である（以下、「通過領域」という）。ただし、通過領域であっても、必要に応じてスライダ２を停止させることは可能である。ここで、やや中央よりに設けられた停止領域においては、スライダ２がその移動手順により、停止する場合と通過する場合とがある。
【００２２】
ドライバ２７は、スライダ２が通過領域に位置しているときには（通過するだけの場合、通過領域で停止させる場合、及び、移動を開始させる場合を含む）、磁気センサ２４の出力信号に基づきインターポレータ２５から出力された第２の位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。一方、ドライバ２７は、スライダ２が停止領域を移動しているときに、その停止領域でスライダ２を停止させる場合には、光センサ２３から出力された第１の位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。これら以外の場合、例えば、やや中央よりの停止領域をスライダ２が通過するだけの場合、スライダ２が停止領域で停止しているときに移動を開始させる場合には、ドライバ２７は、どちらの位置情報を用いてもよい。本実施形態においては、第２の位置情報に基づいてリニアモータのコイルに供給する電流を制御することとする。
【００２３】
［１．２ リニアモータアクチュエータの構成］
次に、アクチュエータ２１の構成について、図２乃至４を用いて説明する。ここで、図２は、第１実施形態に係るアクチュエータ２１の斜視図である。また、図３は、第１実施形態に係るアクチュエータ２１の正面図である。また、図４は、第１実施形態に係る電機子１０の移動方向に沿った断面図である。
【００２４】
アクチュエータ２１のリニアモータ１１は、表面にＮ極又はＳ極が着磁される複数枚の板状の駆動用マグネット５を有する界磁マグネットに対して、電機子１０が相対的に直線運動するフラットタイプのリニアモータである。電機子１０は界磁マグネットにすきまｇを介して対向する。
【００２５】
細長く伸びるベース４上には、板状の複数枚の駆動用マグネット５が軸線方向に一列に並べられる。これら複数枚の駆動用マグネット５がリニアモータ１１の固定子となる。ベース４は、底壁部４ａと、底壁部４ａの幅方向の両側に設けられる一対の側壁部４ｂとから構成される。底壁部４ａの上面に駆動用マグネット５が取り付けられる。
【００２６】
各駆動用マグネット５には、軸線方向と直交する方向（図中上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成される。複数枚の駆動用マグネット５の表面に交互にＮ極及びＳ極が形成されるように、各駆動用マグネット５は隣接する一対の駆動用マグネット５に対して、磁極を反転させた状態で並べられる。
【００２７】
ベース５の側壁部４ｂの側面の一部には、リニアスケール２２が、そのスリットの並びがベース５の長手方向に沿うようにして取り付けられる。
【００２８】
ベース４の側壁部４ｂの上面には、リニアガイド９の軌道レール８が取り付けられる。軌道レール８には、移動ブロック７がスライド可能に組み付けられる。軌道レール８と移動ブロック７との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在される（図示せず）。移動ブロック７には、複数のボールを循環させるためのサーキット状のボール循環経路が設けられる。軌道レール８に対して移動ブロック７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、移動ブロック７の円滑な直線運動が可能になる。
【００２９】
一つの移動ブロック７の側面には、ブラケット２８が取り付けられる。ブラケット２８には、光センサ２３が、リニアスケール２２の読み取りが可能なように取り付けられる。
【００３０】
リニアガイド９の移動ブロック７の上面には、テーブル３が取り付けられる。テーブル３は例えばアルミなどの非磁性材料からなる。テーブル３には、移動対象が取り付けられる。テーブル３の下面には、リニアモータ１１の可動子である電機子１０が吊り下げられる。図３の正面図に示されるように、駆動用マグネット５と電機子１０との間にはすきまが設けられる。リニアガイド９は、電機子１０が駆動用マグネット５に対して相対的に移動するときにも、このすきまｇを一定に維持する。
【００３１】
図４に示すように、テーブル３の下面には、断熱材１３を介して電機子１０が取り付けられる。電機子１０は、珪素鋼などの磁性材料からなるコア１４と、コア１４の突極１４ａ，１４ｂ，１４ｃに巻かれる三相コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、から構成される。三相コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃそれぞれには、１２０度の位相差をもつ三相交流電流が供給される。突極１４ａ，１４ｂ，１４ｃに三相コイル１６を巻いた後、三相コイル１６は樹脂封止される。
【００３２】
テーブル３の下面には、電機子１０を挟んで一対の補助コア１７が取り付けられる。補助コア１７は、リニアモータ１１に発生するコギングを低減するために設けられる。
【００３３】
図３に示されるように、電機子１０には、磁気センサ２４が取り付けられる。磁気センサ２４は、電機子１０と共に移動しながら固定子である複数枚の駆動用マグネット５の磁界の方向（磁気ベクトルの方向）を検出する。
【００３４】
［１．３ 駆動用マグネットと磁気センサとを用いた位置検出の方法］
次に、駆動用マグネットと磁気センサとを用いた位置検出の方法について説明する。
【００３５】
［１．３．１ 磁気センサの構成］
まず、磁気センサ２４の構成について、図５乃至１７を用いて説明する。ここで、図５は、第１実施形態に係る磁気センサ２４の原理を示す図である。また、図６は、磁界の方向の角度θと磁気センサ２４の抵抗値との関係を示すグラフである。また、図７は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状の一例を示す平面図である。また、図８は、図７に示す磁気センサの等価回路図である。また、図９は、ホイーストン・ブリッジから構成される磁気センサの一例を示す図である。また、図１０は、駆動用マグネット５が発生する磁界と磁気センサ２４との位置関係を示す図である。また、図１１は、磁気センサ２４が検出する磁気ベクトルの方向と、出力電圧の関係を示すグラフである。また、図１２は、二組のフルブリッジ構成の磁気センサの一例を示す図であり、（ａ）は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、等価回路図である。また、図１３は、磁気センサ２４から出力される正弦波状信号及び余弦波状信号を示すグラフである。また、図１４は、駆動用マグネット５と磁気センサ２４の位置関係及び磁気センサ２４の出力信号を示す概念図である。また、図１５は、正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形を示す図である。また、図１６は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。また、図１７は、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【００３６】
図５に示されるように、磁気センサ２４は、Ｓｉ若しくはガラス基板３６と、その上に形成されたＮｉ，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構成される磁気抵抗素子３７を有する。磁気センサ２４は、特定の磁界方向で抵抗値が変化するためにＡＭＲ（Anisotropic-Magnetro-Resistance）センサ（異方性磁気抵抗素子）と呼ばれる。
【００３７】
磁気抵抗素子３７に電流を流し、抵抗変化量が飽和する磁界強度を印加し、その磁界（Ｈ）の方向を電流方向Ｙに対して角度変化θを与えたとする。図６に示されるように、抵抗変化量（△Ｒ）は、電流方向と磁界の方向が垂直（θ＝９０°，２７０°）の時に最大となり、電流方向と磁界の方向が平行（θ＝０°，１８０°）の時に最小となる。抵抗値Ｒは、電流方向と磁界方向の角度成分に応じて、下記の（１）式のように変化する。
【００３８】
Ｒ＝Ｒｏ−△Ｒｓｉｎ２θ…（１）
Ｒｏ：無磁界中の強磁性薄膜金属の抵抗値
△Ｒ：抵抗変化量
θ：磁界方向を示す角度
【００３９】
飽和感度領域以上であれば、△Ｒは定数になり、抵抗値Ｒは磁界の強度には影響されなくなる。
【００４０】
飽和感度領域以上の磁界強度で、磁界の方向を検出する磁気センサ２４の強磁性薄膜金属の形状を図７に示す。縦方向に形成された強磁性薄膜金属エレメント（Ｒ１）と横方向のエレメント（Ｒ２）が直列に結線した形状になる。
【００４１】
エレメント（Ｒ１）に対して最も大きな抵抗変化を促す垂直方向の磁界は、エレメント（Ｒ２）に対し最小の抵抗変化となる。抵抗値Ｒ１とＲ２は次式で与えられる。
【００４２】
Ｒ１＝Ｒｏ−△Ｒｓｉｎ２θ…（２）
【００４３】
Ｒ２＝Ｒｏ−△Ｒｃｏｓ２θ…（３）
【００４４】
この磁気センサ２４の等価回路（ハーフブリッジ）を図８に示す。出力Ｖoutは次式で与えられる。
【００４５】
Ｖout＝Ｒ１・Ｖｃｃ／（Ｒ１十Ｒ２）…（４）
【００４６】
（４）式に（２），（３）式を代入し、整理すると、
【００４７】
Ｖout＝Ｖｃｃ／２十αｃｏｓ２θ…（５）
α＝△Ｒ・Ｖｃｃ／２（２Ｒｏ−△Ｒ）
が成立する。
【００４８】
図９に示されるように強磁性薄膜金属の形状を形成すれば、一般的に知られているホイーストン・ブリッジの構成となる。二つの出力Ｖout＋とＶout−を用いることにより、中点電位の安定性の向上と増幅を行うことが可能になる。
【００４９】
電機子１０が直線運動するときの磁界方向の変化と磁気センサ２４の出力について説明する。図１０に示されるように、磁気センサ２４を、飽和感度領域以上の磁界強度が印加されるギャップｌの位置に、かつ磁界の方向変化がセンサ面に寄与するように配置する。図１１に示されるように、電機子１０が距離λを直線移動したとき、センサ面では磁界の方向が１回転となる。このときに電圧の信号は１周期の正弦波になる。より正確にいえば、（５）式のＶout＝Ｖｃｃ／２＋αｃｏｓ２θより出力波形は２周期の波形となる。しかし、磁気センサ２４のエレメントの延伸方向に対して４５°にバイアス磁界を掛けるならば、周期が半減し、電機子１０がλを直線移動したときに１周期の出力波形が得られる。
【００５０】
運動の方向を知るためには、図１２に示されるように、二組のフルブリッジ構成のエレメントを、互いに４５°傾くように一つの基板上に形成すればよい。二組のフルブリッジ回路によって得られた出力ＶoutＡとＶoutＢは、図１３に示されるように、互いに９０°の位相差を持つ余弦波及び正弦波となる。
【００５１】
本実施形態によれば、磁気センサ２４が駆動用マグネット５の磁界の方向の変化を検出するので、たとえ図１４に示されるように、磁気センサ２４の取り付け位置が（１）から（２）にずれたとしても、磁気センサ２４が出力する正弦波及び余弦波には変化が少ない。
【００５２】
図１５に示されるように、正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形も円の大きさが変化しにくくなる。しかし、そうであっても、フラットタイプのリニアモータにおいては、正弦波及び余弦波に歪みが生じる。
【００５３】
ここで、固定子である駆動用マグネット５の形状及び駆動用マグネット５が発生する磁界強度の分布について説明する。図１６は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。また、図１７は、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【００５４】
磁気センサ２４は、駆動用マグネット５の中央部の上方を通過する。駆動用マグネット５は磁気センサ２４の下側にのみ配置される。駆動用マグネット５に発生する磁力線は空気を伝わって隣の駆動用マグネット５に伝わる。図１７には、磁気センサ２４が移動する位置における磁界強度の分布が示されている。シミュレーションの結果、磁界強度の分布が太った波形になり、理想的な正弦波から若干歪んだ。これは、磁気センサ２４の移動方向における各駆動用マグネット５の両端部の磁界強度が高くなり、これによって、可動子の移動方向における駆動用マグネット５の中央部の磁界強度が両端部の磁界強度に近くなり、ピークがでにくくなっていることが原因だと思われる。
【００５５】
磁気センサ２４を（磁気抵抗素子３７に対して飽和感度領域以上の磁界強度が印加される範囲内で）駆動用マグネット５から離せば離すほど、磁気センサ２４が通過する部分の磁束密度の分布を正弦波に近付けることができる。つまり、位置検出の精度を高めることができる。しかし、その分スペースが大きくはなる。
【００５６】
［１．３．２ 駆動用マグネットの形状による正弦波の波形の改善］
次に、磁気センサ２４が出力する信号を理想的な正弦波に近付けるための例について、図１８乃至２２を用いて説明する。ここで、図１８は、駆動用マグネット５の端部を円弧形状に形成した場合の一例であり、（ａ）は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図であり、（ｂ）は、各駆動用マグネット５の幅方向の端部の平面図である。また、図１９は、図１８に示す駆動用マグネット５において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。また、図２０は、駆動用マグネット５の他の例を示す図である。また、図２１は、駆動用マグネット６の側面形状の他の例を示す側面図である。また、図２２は、駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す側面図である。
【００５７】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、駆動用マグネット５の磁気センサ２４が通過する部分Ｌ１である端部５ａ（正確にいえば磁気センサ２４が通過する部分Ｌ１の下方にある端部５ａ）を、円弧形状に形成する。そうすると、この端部５ａが円弧形状に形成されるので、電機子１０の移動方向の中央部１８の横幅Ｗ２が両端部１９の横幅Ｗ１よりも広くなる。
【００５８】
駆動用マグネット５の中央部１８の横幅を両端部１９よりも広くすることで、図１９に示すように、駆動用マグネット５の中央部１８に磁界強度のピークをもってくることができ、両端部１９の磁界強度を小さくすることができる。したがって、シミュレーションによって得られる磁界強度の分布が正弦波に近くなる。
【００５９】
図２０は、各駆動用マグネット５の他の例を示す平面図である。図２０（ａ）は図１８で示した場合と同様に、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ａが円弧形状に形成される例を示す。図２０（ａ）の二点鎖線は、駆動用マグネット５の幅方向の両端部５ａ，５ｂを円弧形状に形成した例を示す。このようにすると、コイルの有効長さの全長にわたって駆動用マグネット５の磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。このため、リニアモータ１１に発生するコギングを低減することができる。
【００６０】
図２０（ｂ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｃを三角形状に尖らせた例を示す。図２０（ｂ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５ｃ，５ｄを三角形状に尖らせた例を示す。
【００６１】
図２０（ｃ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｅを台形形状に尖らせた例を示す。図２０（ｃ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５ｅ，５ｆを台形形状に尖らせた例を示す。
【００６２】
図２０（ｄ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｇを楕円形状に丸めた例を示す。図２０（ｄ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５，５ｈを楕円形状に丸めた例を示す。
【００６３】
図２０（ｅ）はコギングを低減するために、駆動用マグネット５の全体を斜めに傾けた例を示す。駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｉの平面形状は、円弧形状に形成されると共に、可動子の移動方向に直交する線Ｌ２に対して対称である。端部５ｉの平面形状を線対称に形成することで、磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。
【００６４】
図２０（ｆ）はコギングを低減するために、駆動用マグネット５の全体を斜めに傾けた例を示す。この例では、駆動用マグネット５の端部５ｊは、円弧形状に形成されると共に、傾けた中心線Ｌ３に対して対称に形成される。
【００６５】
図２１は、駆動用マグネットのさらに他の例を示す。この例の駆動用マグネット６は、側面図において、各駆動用マグネット６の磁気センサ２４が通過する部分の形状（正確には磁気センサ２４が通過する部分の下方の形状）は、半円形状に形成され、可動子の移動方向の中央部６ａの高さが両端部６ｂの高さよりも高い。駆動用マグネット６の中央部６ａの高さを高く、両端部６ｂの高さを低くすることで、駆動用マグネット６の中央部６ａに磁界強度のピークをもってくることができ、両端部６ｂの磁界強度を小さくすることができる。したがって、シミュレーションによって得られる磁界強度の分布２０も正弦波に近くなる。
【００６６】
駆動用マグネット６を幅方向（図２１の紙面の直交方向）に断面一定の半円柱形状にすることで、磁気センサ２４の幅方向の取り付け位置によらず、磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。また、駆動用マグネット６の全体が発生する磁界の分布が正弦波に近付くので、コギングも低減できる。
【００６７】
図２２は、駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す。図２２（ａ）は、図２８の例と同様に、駆動用マグネット６の側面形状を半円柱形状に形成した例を示す。図２２（ｂ）は三角形状に形成した例を、図２２（ｃ）は台形形状に形成した例を、図２２（ｄ）は五角形形状に形成した例を示す。図２２（ｅ）は駆動用マグネット６の側壁５６ｃを直線形状にし、上部６ｄを円弧形状にした例を示す。図２２（ｆ）は駆動用マグネット６の側壁６ｅを直線形状にし、上部６ｆを直線と円弧の組み合わせで構成した例を示す。いずれの例においても、可動子の移動方向における駆動用マグネット６の中央部の高さが両端部の高さよりも高く設定される。
【００６８】
このように、駆動用マグネット５の磁気センサ２４が通過する部分の平面形状を円弧形状に形成したり、駆動用マグネット６の磁気センサ２４が通過する部分の側面形状を半円柱形状に形成したりすることで、磁気センサ２４を駆動用マグネット５，６からそれほど離さなくても、磁気センサ２４が通過する部分の磁束密度の分布を正弦波に近付けることができる。また、駆動用マグネット６の側面形状を半円柱形状に形成すると、駆動用マグネット６の磁束密度の大きさが若干小さくなる。駆動用マグネット５の平面形状を円弧形状に形成することで、磁束密度の大きさも小さくなることがなく、リニアモータ１１の推力を大きくすることができる。
【００６９】
［１．３．３ インターポレータの構成］
次に、インターポレータ２５の構成について、図２３及び図２４を用いて説明する。ここで、図２３は、インターポレータ２５の概要構成を示す図である。また、図２４は、ルックアップテーブルメモリのメモリ構成の一例を示す図である。
【００７０】
磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号は、インターポレータ２５に取り込まれる。内挿回路であるインターポレータ２５は、９０°位相が異なる正弦波状信号及び余弦波状信号にディジタル的な内挿処理を加えて高分解能の位相角データを出力する。駆動用マグネット５の磁極間のピッチは例えば数十ｍｍのオーダーであり、光学式又は磁気式のエンコーダの数百μｍのオーダーに比べてはるかに大きい。駆動用マグネット５を磁気スケールとして流用するときには、磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号を細分化し、分解能を上げる必要がある。磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号の変化は、分解能を上げた位置検出回路に大きな影響を及ぼす。このため、磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号の変化は小さいことが望まれる。
【００７１】
９０°位相が異なる正弦波状信号及び余弦波状信号それぞれは、Ａ／Ｄ変換器３０に入力される。Ａ／Ｄ変換器３０は、正弦波状信号及び余弦波状信号それぞれを所定の周期でディジタルデータＤＡ，ＤＢにサンプリングする。
【００７２】
予め、図２４に示されるように、ルックアップテーブルメモリ３９には、逆正接関数（ＴＡＮ−１）を用いた次の式に基づいて作成されたルックアップテーブルデータが記録されている。
【００７３】
ｕ＝ＴＡＮ−１（ＤＢ／ＤＡ）
【００７４】
図１９には、８ビット×８ビットのアドレス空間に１周期１０００分割の位相角データを持たせる場合のルックアップテーブルメモリのメモリ構成が示されている。
【００７５】
位相角データ算出手段である信号処理部４０は、ディジタルデータＤＡ，ＤＢをそれぞれｘ，ｙアドレスとしてルックアップテーブルデータを検索し、ｘ，ｙアドレスに対応した位相角データｕを得る。これにより、１波長（０から２πまでの区間）内を分割・内挿することが可能になる。なお、ルックアップテーブルメモリを用いる替わりに、ｕ＝ＡＴＡＮ−１（ＤＢ／ＤＡ）の演算をして、位相角データｕを算出することにより、１波長（０から２πまでの区間）内を分割・内挿してもよい。
【００７６】
次に、パルス信号発生手段である信号処理部４０は、位相角データｕからＡ相エンコーダパルス信号及びＢ相エンコーダパルス信号を生成し、１周期に１度のＺ相パルス信号を生成する。信号処理部４０が出力するＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号は、第２の位置情報として位置情報切替器２６に出力される。
【００７７】
［１．４ ドライバの構成及び動作］
次に、ドライバ２７の構成について、図２５及び図２６を用いて説明する。ここで、図２５は、ドライバ２７の概要構成を示すブロック図である。また、図２６は、制御器４２の処理例を示すフローチャートである。
【００７８】
図２５に示すように、ドライバ２７は、リニアモータ１１を制御するのに適した形態をした電力を供給するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ等の電力変換器４３と、上位の指令器４１からの指令によって電力変換器４３を制御する制御器４２と、を含んで構成される。
【００７９】
光センサ２３は、電機子１０が停止領域を移動している間にリニアスケール２２を読み取り、第1の位置情報を位置情報切替器２６に出力する。一方、磁気センサ２４は、電機子１０の移動に伴い、正弦波状及び余弦波状の電圧信号を出力する。
【００８０】
インターポレータ２５は、正弦波状及び余弦波状の電圧信号に基づいて、第２の位置情報を算出する。インターポレータ２５が算出した第２の位置情報は、位置情報切替器２６に出力される。
【００８１】
位置情報切替器２６は、供給された第１の位置情報又は第２の位置情報のうち一方の位置情報をドライバ２７に出力する。どちらの位置情報を出力するかについては、制御器４２によって制御される。
【００８２】
制御器４２は、指令器４１からの位置指令どおりに電機子１０が移動するように、電力変換器４３を制御し、最終的にはリニアモータ１１の電機子１０に供給する電流を制御する。制御器４２は、電機子１０を停止させるか否かという情報と、電機子１０が停止領域に位置しているか否かという情報とに基づいて、位置情報切替器２６から第１の位置情報又は第２の位置情報を出力させる。制御器４２は、電機子１０を停止させるか否かについては、指令器４１からの指令に基づいて判断する。一方、制御器４２は、電機子１０が停止領域に位置しているか否かについては、位置情報切替器２６から出力された位置情報と制御器４２が有するメモリに記憶されている停止領域座標データとに基づいて判断する。範囲情報としてメモリに記憶されている停止領域座標データは、停止領域の範囲と電機子１０の位置との関係を示している（例えば、座標ｘ１〜ｘ２が第１の停止領域、座標ｘ３〜ｘ４が第２の停止領域等）。制御器４２は、この停止領域座標データと位置情報とを照合することにより、電機子１０が位置している領域を判断することができる。
【００８３】
図２６に示すように、制御器４２は、指令器４１からの指令に基づいて、電機子１０を停止させるか否かを判定する（ステップＳ１）。このとき、制御器４２は、電機子１０を停止させない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、位置情報切替器２６からは第２の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ２）。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。
【００８４】
一方、制御器４２は、電機子１０を停止させる場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、位置情報切替器２６からの位置情報と停止領域座標データとに基づいて、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているか否かを判定する（ステップＳ３）。このとき、制御器４２は、電機子１０の現在位置が停止領域に入っていない場合、すなわち、電機子１０が通過領域に入っている場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、位置情報切替器２６からは第２の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ２）。駆動用マグネット５と磁気センサ２４とを用いた位置検出によって、リニアスケール２２が取り付けられていない通過領域でも、電機子１０を所望の位置に停止させることができる。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。
【００８５】
一方、制御器４２は、電機子１０の現在位置が停止領域に入っている場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、位置情報切替器２６からは第１の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ４）。停止領域では、リニアスケール２２と光センサ２３とを用いた位置検出によって、通過領域で停止させる場合と比較して、より精度良く電機子１０を所望の位置に停止させることができる。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。このようにして、制御器４２は、制御ループを繰り返す。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバ２７の制御器４２は、電機子１０が通過領域の中を移動しているときには、インターポレータ２５からの第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御し、電機子１０が停止領域の中を移動しているときに当該領域内で電機子１０を停止させる場合には、リニアスケール２２を読み取った光センサ２３からの第1の位置情報に基づいて三相コイル１６に供給される電流を制御するので、リニアスケール２２を通過領域に取り付けなくても、通過領域では高速に電機子１０を移動させることができ、且つ、停止領域での電機子１０の停止精度を高めることができる。
【００８７】
また、駆動用マグネット５をリニアスケールの代わりとして用い、磁気センサ２４が駆動用マグネット５の磁界を検出し、電機子１０の移動に伴って９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力し、インターポレータ２５が、正弦波状信号及び余弦波状信号に基づいて第２の位置情報を生成し、ドライバ２７の制御器４２に供給するので、制御器４２は、リニアスケール２２が取り付けられていない通過領域でも、第２の位置情報に基づいて電機子１０を通過領域内の所望の位置に停止させることができる。
【００８８】
また、制御器４２は、位置情報切替器２６から供給された位置情報とメモリに記憶されている停止領域座標データとに基づいて、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているか否かを判定し、電機子１０の現在位置が停止領域から外れている場合には、第２の位置情報を供給するように位置情報切替器２６を制御し、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているときに当該領域内で電機子１０を停止させる場合には、第１の位置情報を出力するように位置情報切替器２６を制御するので、光センサ２３と磁気センサ２４との切替を容易且つ適切に行うことができる。
【００８９】
また、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数の駆動用マグネット５が軸線方向に並べられ、この複数の駆動用マグネット５とすきまを介して電機子１０を対向させ、磁極センサ２４が駆動用マグネット５から発生する磁界を検出するようにしたので、リニアスケール２２を取り付けなくても、高速に電機子１０を移動させることができ、且つ、電機子１０の停止精度を高めることを、フラットタイプのリニアモータで実現することができる。
【００９０】
［２．第２実施形態］
次に、リニアモータとして、ロッドタイプリニアモータに本発明を適用した場合における実施形態について説明する。
【００９１】
まず、第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の構成を、図２７を用いて説明する。ここで、図２７は、第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の概要構成を示す図である。
【００９２】
図２７に示すように、リニアモータシステム５０は、アクチュエータ５１と、位置検出手段としてのインターポレータ５７と、位置情報供給手段としての位置情報切替器５８と、ドライバ５９と、を備えている。そして、アクチュエータ５１は、スライダ５２と、スライダ５２をスライド自在に支持するベース５３と、ベース５３に取り付けられた複数のリニアスケール５４と、リニアスケール５４を読み取りスライダ５２に取り付けられたフォーサ６２の位置を検出する位置センサとしての光センサ５５と、磁界の方向を検出する磁気センサ５６と、を備えている。
【００９３】
アクチュエータ５１は、スライダ５２に取り付けられたリニアモータ７１のロッド６１の軸線方向に対してスライダ５２が移動するロッドタイプリニアモータアクチュエータである。リニアモータ７１は、長尺な円柱状に形成された固定子としてのロッド６１と、このロッド６１の周囲にわずかな隙間を介して遊嵌した可動子としてのフォーサ６２とから構成されている。ロッド６１には、軸線方向に沿って複数のマグネットが配列されている。各マグネットは軸線方向の両端部にN極及びS極を有しており、互いに隣接するマグネットはN極同士又はS極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これによって、ロッド６１は、軸線方向に沿ってN極の磁極とS極の磁極とが交互に並んだ界磁マグネットとなっている。また、ロッド６１は、その両端がベース５３のエンドプレートにそれぞれ固定されている。フォーサ６２は、全体が四角柱状に形成されるフォーサハウジング内に、ロッド６１が軸線方向に貫通する円筒状のコイル部材を収納して構成される。コイル部材は、Ｕ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とする複数のコイルを有している。コイル部材に三相電流を流すと、コイル部材の軸線方向に、移動する移動磁界が発生する。フォーサ６２は、移動磁界とロッド６１から発生する界磁との相互作用により推力を得て、スライダ５２とともに移動磁界の速さに同期してロッド６１に対して相対的に直線運動を行う。
【００９４】
第１実施形態の場合と同様に、ベース５４の側壁部には、複数のリニアスケール５４が取り付けられており、各リニアスケール５４には、ベース５４の長手方向に沿って一定間隔でスリットが配列されている。スライダ５２には、光センサ５５と磁気センサ５６とが取り付けられている。
【００９５】
光センサ５５から出力される第１の位置情報は、エンコーダケーブル８１を介して位置情報切替器５８に供給される。磁気センサ５６から出力された正弦波状信号及び余弦波状信号は、ケーブル８２を介してインターポレータ２５に供給される。インターポレータ２５から供給される第２の位置情報は、エンコーダケーブル８３を介して位置情報切替器５８に供給される。位置情報切替器５８から出力される位置情報は、エンコーダケーブル８４を介してドライバ５９に供給される。ドライバ２７からの電流は、動力ケーブル８５を介してスライダ５２に取り付けられたリニアモータのコイルに供給される。
【００９６】
光センサ５５、磁気センサ５６、インターポレータ５７、位置情報切替器５８及びドライバ５９の構成は、第１実施形態において説明した光センサ２３、磁気センサ２４、インターポレータ２５、位置情報切替器２６及びドライバ２７とそれぞれ同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、停止領域と通過領域とが設定され、停止領域のみにリニアスケール５４が取り付けられる。
【００９８】
ドライバ５９は、スライダ５２が通過領域に位置しているときには、磁気センサ５６の出力信号に基づきインターポレータ５７から出力された第２の位置情報に基づいて、リニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。一方、ドライバ５９は、スライダ５２が停止領域に位置しているときに、その停止領域でスライダ５２を停止させる場合には、光センサ５５から出力された第１の位置情報に基づいて、リニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。
【００９９】
磁気センサ５６は、ロッド６１の磁界の方向を検出する。そして、磁気センサ５６は、９０度位相がずれた正弦波状及び余弦波状の電圧信号を出力する。磁気センサ５６が出力する電圧信号は、位置信号生成手段であるインターポレータ５７に出力される。
【０１００】
インターポレータ５７は、正弦波状及び余弦波状の電圧信号に基づいて、第２の位置情報を算出する。インターポレータ５７が算出した位置情報は、位置情報切替器５８に出力される。一方、光センサ２３は、フォーサ６２が停止領域を移動している間、リニアスケール５４を読み取り、第1の位置情報を位置情報切替器５８に出力する。
【０１０１】
位置情報切替器５８は、供給された第１の位置情報又は第２の位置情報のうち一方の位置情報をドライバ５９に出力する。ドライバ５９は、上位の指令器からの位置指令どおりに可動子が移動するように、ＰＷＭインバータなどの電力変換器を制御し、最終的にはリニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。ドライバ５９の制御系は、位置制御を行う位置制御ループと、速度制御を行う速度制御ループと、電流制御を行う電流制御ループと、から構成される。ドライバ５９の制御器によるリニアモータ７１のコイルに供給する電流の制御方法及び動作は第１実施形態の場合と同様である。
【０１０２】
なお、本実施形態では、フォーサがロッドに対して直線運動しているが、ロッドがフォーサに対して直線運動してもよい。
【０１０３】
また、ロッドのストロークを短くしたくないとき、磁気センサをフォーサに取り付けてもよい。推力を発生させるロッドの磁界は強力なので、コイルが発生する磁界の影響を受けずに、ロッドの磁界の方向を検出することができる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態によれば、リニアモータ７１が、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられたロッド６１と、ロッド６１を囲む複数のコイルを有するフォーサ６２と、を有し、ドライバ５９の制御器は、フォーサ６２が通過領域の中を移動しているときには、インターポレータ５７からの第２の位置情報に基づいてリニアモータ７１のコイルに供給される電流を制御し、フォーサ６２が停止領域の中を移動しているときに当該領域内でフォーサ６２を停止させる場合には、リニアスケール５４を読み取った光センサ５５からの第1の位置情報に基づいてコイルに供給される電流を制御するので、ロッドタイプのリニアモータにおいても、第１実施形態の場合と同様に、リニアスケール５４を通過領域に取り付けなくても、通過領域では高速にフォーサ６２を移動させることができ、且つ、停止領域でのフォーサ６２の停止精度を高めることができる。
【０１０５】
なお、上記各実施形態においては、駆動用マグネット５又はロッド６１の磁界を検出する磁気センサとしてＡＭＲセンサを用いていたが、その他のＭＲセンサやホールセンサ等を用いてもよい。
【０１０６】
また、上記各実施形態においては、リニアスケールをベースに取り付けるとともに、光センサをスライダに取り付けていたが、その反対に、リニアスケールをスライダに取り付け、光センサをベースの停止領域に取り付けてもよい。ここで、複数の停止領域を設けるためにそれぞれの停止領域に光センサを取り付けたような場合には、制御器は、いずれかの停止領域でスライダを停止させるときに、スライダが位置している停止領域に取り付けられた光センサから位置情報を取得する必要がある。この場合は、例えば、位置情報切替器に光センサからの位置情報の切替も行わせるように構成し、制御器が、位置情報切替器からの位置信号とメモリに記憶された情報とに基づいて位置情報切替器を制御すればよい。
【０１０７】
また、光学式のリニアスケールとセンサとに代えて、例えば、磁気式のリニアスケールとセンサとを用いてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】第１実施形態に係るリニアモータシステム１の概要構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るリニアモータアクチュエータ２１の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るリニアモータアクチュエータ２１の正面図である。
【図４】第１実施形態に係る電機子１０の移動方向に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態に係る磁気センサ２４の原理を示す図である。
【図６】第１実施形態において、磁界の方向の角度θと磁気センサ２４の抵抗値との関係を示すグラフである。
【図７】磁気センサの強磁性薄膜金属の形状の一例を示す平面図である。
【図８】図７に示す磁気センサの等価回路図である。
【図９】ホイーストン・ブリッジから構成される磁気センサの一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態において、駆動用マグネット５が発生する磁界と磁気センサ２４との位置関係を示す図である。
【図１１】第１実施形態において、磁気センサ２４が検出する磁気ベクトルの方向と、出力電圧の関係を示すグラフである。
【図１２】二組のフルブリッジ構成の磁気センサの一例を示す図であり、（ａ）は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、等価回路図である。
【図１３】第１実施形態において、磁気センサ２４から出力される正弦波状信号及び余弦波状信号を示すグラフである。
【図１４】第１実施形態において、駆動用マグネット５と磁気センサ２４の位置関係及び磁気センサ２４の出力信号を示す概念図である。
【図１５】正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係る複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。
【図１７】第１実施形態において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【図１８】駆動用マグネット５の端部を円弧形状に形成した場合の一例であり、（ａ）は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図であり、（ｂ）は、各駆動用マグネット５の幅方向の端部の平面図である。
【図１９】図１８に示す駆動用マグネット５において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【図２０】駆動用マグネット５の他の例を示す図である。
【図２１】駆動用マグネット６の側面形状の他の例を示す側面図である。
【図２２】駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す側面図である。
【図２３】第１実施形態に係るインターポレータ２５の概要構成を示す図である。
【図２４】ルックアップテーブルメモリのメモリ構成の一例を示す図である。
【図２５】第１実施形態に係るドライバ２７の概要構成を示すブロック図である。
【図２６】第１実施形態に係る制御器４２の処理例を示すフローチャートである。
【図２７】第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の概要構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ リニアモータシステム、 ２ スライダ、 ４ ベース、 ５ 駆動用マグネット、 １０ 電機子、 １１ リニアモータ、 １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ コイル、 ２２ リニアスケール、 ２３ 光センサ、 ２４ 磁気センサ、 ２５ インターポレータ、 ２６ 位置情報切替器、 ２７ ドライバ、 ４１ 制御器、 ５１ リニアモータシステム、 ５２ スライダ、 ５３ ベース、 ５４ リニアスケール、 ５５ 光センサ、 ５６ 磁気センサ、 ５７ インターポレータ、 ５８ 位置情報切替器、 ５９ ドライバ、 ６１ ロッド、 ６２ フォーサ、 ７１ リニアモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の磁界とコイルに流れる電流とによって運動する推力を得るリニアモータにおいて、可動子の位置を検出し、検出された位置に基づいてリニアモータを制御するリニアモータシステム、リニアモータアクチュエータ及び制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石の磁界とコイルに流れる電流とによってリニアモータを駆動し、移動体を軌道レール等に沿って直進運動させるリニアモータアクチュエータにおいては、移動体の位置を検出するために、光学式又は磁気式のリニアスケールとセンサとが用いられている。
【０００３】
この場合においては、移動体にセンサを取り付けるとともに、リニアモータアクチュエータの長手方向の一端から他端までリニアスケールを取り付け、移動体の可動範囲全域において、センサがリニアスケールを読み取ることができるようにしていた（例えば、特許文献１）。こうすることによって、移動体を所望の位置に精度よく停止させることができる。
【特許文献１】国際公開第２００６／００１４７９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、移動体の可動範囲全域をカバーするようにリニアスケールを取り付けなければならないので、可動範囲が長くなればなるほど、リニアスケールに要するコストが高くならざるを得なかった。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、リニアスケールのコストを減らしつつ、高速な移動を可能とし、且つ、停止精度の高いリニアモータシステム、リニアモータアクチュエータ及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、前記位置情報に基づいて、前記コイルに供給される電流を制御する制御装置と、を備え、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、前記制御装置は、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアモータシステムにおいて、前記生成された第１の位置情報又は前記生成された第２の位置情報の何れか一方を、前記制御装置による制御に基づいて当該制御装置に供給する位置情報供給手段を更に備え、前記制御装置は、前記一部の範囲に対して前記可動子の位置を対応付けた範囲情報を記憶する記憶手段を有し、前記位置情報供給手段から供給された位置情報と、前記範囲情報と、に基づいて、前記可動子が前記一部の範囲に位置しているか否かを判定し、前記第１の位置情報又は前記第２の位置情報のうち前記コイルに供給される電流の制御に用いる方の位置情報を、前記位置情報供給手段から供給させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、前記リニアモータは、前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが軸線方向に並べられる界磁マグネットを有し、前記可動子又は前記固定子の他方として、前記界磁マグネットにすきまを介して対向する複数のコイルを有するフラットタイプリニアモータであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、前記リニアモータは、前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられるロッドを有し、前記可動子又は前記固定子の他方として、前記ロッドを囲む複数のコイルを有するロッドタイプリニアモータであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータを備え、制御装置により、前記コイルに供給される電流が、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す位置情報に基づいて制御されるリニアモータアクチュエータにおいて、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、第１の前記位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、を備え、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、第２の前記位置情報が位置検出手段により生成され、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御され、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子が停止する場合には、前記第１の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、目盛りが設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、を備え、前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設されるリニアモータの位置検出システムにおける前記コイルに供給される電流を、前記位置情報に基づいて制御する制御装置において、前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができない範囲を可動子が移動しているときには、リニアモータの推力を得るための磁極から発生する磁界を磁気センサで検出することによって得られた位置情報で制御が行われ、位置センサがリニアスケールの目盛りを読み取ることができる範囲を可動子が移動してるときに可動子を停止させる場合には、位置センサからの位置情報で制御が行われるので、リニアスケールを可動子の移動可能範囲全域に取り付けなくても、可動子を高速に移動させることができ、且つ、予め定められた停止位置での停止精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
［１．第１実施形態］
以下、リニアモータとして、フラットタイプリニアモータに本発明を適用した場合における実施形態について説明する。
【００１５】
［１．１ リニアモータシステムの構成］
まず、第１実施形態に係るリニアモータシステム１の構成を、図１を用いて説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係るリニアモータシステム１の概要構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、リニアモータシステム１は、アクチュエータ２１と、位置検出手段としてのインターポレータ２５と、位置情報供給手段としての位置情報切替器２６と、ドライバ２７と、を備えている。そして、アクチュエータ２１は、スライダ（移動体）２と、スライダ２をスライド自在に支持するベース４と、ベース４に取り付けられた複数のリニアスケール２２と、リニアスケール２２を読み取りスライダ２（に取り付けられた電機子）の位置を検出する位置センサとしての光センサ２３と、磁界の方向を検出する磁気センサ２４と、を備えている。
【００１７】
アクチュエータ２１は、スライダ２をリニアモータでベース４の長手方向に往復運動させるリニアモータアクチュエータである。ベース４には、複数のリニアスケール２２が取り付けられており、各リニアスケール２２には、ベース４の長手方向に沿って一定間隔で、目盛りとしてのスリットが配列されている。スライダ２には、光センサ２３と磁気センサ２４とが取り付けられている。
【００１８】
光センサ２３は、発光ダイオードを点灯させ、リニアスケール２２のスリットを通して発光ダイオードからの光を断続的にフォトダイオードで受光することによって、スライダ２の位置を示す第１の位置情報をエンコーダケーブル３１を介して位置情報切替器２６に出力する。磁気センサ２４は、ベース４上に並べられた駆動用マグネットから発生する磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号をケーブル３２を介してインターポレータ２５に出力する。
【００１９】
インターポレータ２５は、磁気センサ２４が出力する信号を内挿処理し、スライダ２（に取り付けられた電機子）の位置を示す第２の位置情報をエンコーダケーブル３３を介して位置情報切替器２６に出力する。位置情報切替器２６は、ドライバ２７から出力される制御信号に応じて、第１の位置情報と第２の位置情報のうちの一方をエンコーダケーブル３４を介してドライバ２７に出力する。ドライバ２７は、位置情報切替器２６から出力された位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。ドライバ２７からの電流は、動力ケーブル３５を介してスライダ２に取り付けられたリニアモータのコイルに供給される。
【００２０】
本実施形態においては、スライダ２の移動可能な範囲のうち、事前に計画されている停止位置を含むその停止位置前後の位置決めするための領域（以下、「停止領域」という）のみにリニアスケール２２が取り付けられる。図１に示す例では、スライダ２の移動可能な範囲の両端にそれぞれリニアスケール２２が取り付けられているとともに、やや中央よりに１箇所リニアスケール２２が取り付けられている。つまり、アクチュエータ２１においては、３箇所の停止領域が設けられている。
【００２１】
停止領域以外の領域は、スライダ２が基本的に通過するだけの領域である（以下、「通過領域」という）。ただし、通過領域であっても、必要に応じてスライダ２を停止させることは可能である。ここで、やや中央よりに設けられた停止領域においては、スライダ２がその移動手順により、停止する場合と通過する場合とがある。
【００２２】
ドライバ２７は、スライダ２が通過領域に位置しているときには（通過するだけの場合、通過領域で停止させる場合、及び、移動を開始させる場合を含む）、磁気センサ２４の出力信号に基づきインターポレータ２５から出力された第２の位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。一方、ドライバ２７は、スライダ２が停止領域を移動しているときに、その停止領域でスライダ２を停止させる場合には、光センサ２３から出力された第１の位置情報に基づいて、リニアモータのコイルに供給する電流を制御する。これら以外の場合、例えば、やや中央よりの停止領域をスライダ２が通過するだけの場合、スライダ２が停止領域で停止しているときに移動を開始させる場合には、ドライバ２７は、どちらの位置情報を用いてもよい。本実施形態においては、第２の位置情報に基づいてリニアモータのコイルに供給する電流を制御することとする。
【００２３】
［１．２ リニアモータアクチュエータの構成］
次に、アクチュエータ２１の構成について、図２乃至４を用いて説明する。ここで、図２は、第１実施形態に係るアクチュエータ２１の斜視図である。また、図３は、第１実施形態に係るアクチュエータ２１の正面図である。また、図４は、第１実施形態に係る電機子１０の移動方向に沿った断面図である。
【００２４】
アクチュエータ２１のリニアモータ１１は、表面にＮ極又はＳ極が着磁される複数枚の板状の駆動用マグネット５を有する界磁マグネットに対して、電機子１０が相対的に直線運動するフラットタイプのリニアモータである。電機子１０は界磁マグネットにすきまｇを介して対向する。
【００２５】
細長く伸びるベース４上には、板状の複数枚の駆動用マグネット５が軸線方向に一列に並べられる。これら複数枚の駆動用マグネット５がリニアモータ１１の固定子となる。ベース４は、底壁部４ａと、底壁部４ａの幅方向の両側に設けられる一対の側壁部４ｂとから構成される。底壁部４ａの上面に駆動用マグネット５が取り付けられる。
【００２６】
各駆動用マグネット５には、軸線方向と直交する方向（図中上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成される。複数枚の駆動用マグネット５の表面に交互にＮ極及びＳ極が形成されるように、各駆動用マグネット５は隣接する一対の駆動用マグネット５に対して、磁極を反転させた状態で並べられる。
【００２７】
ベース５の側壁部４ｂの側面の一部には、リニアスケール２２が、そのスリットの並びがベース５の長手方向に沿うようにして取り付けられる。
【００２８】
ベース４の側壁部４ｂの上面には、リニアガイド９の軌道レール８が取り付けられる。軌道レール８には、移動ブロック７がスライド可能に組み付けられる。軌道レール８と移動ブロック７との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在される（図示せず）。移動ブロック７には、複数のボールを循環させるためのサーキット状のボール循環経路が設けられる。軌道レール８に対して移動ブロック７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、移動ブロック７の円滑な直線運動が可能になる。
【００２９】
一つの移動ブロック７の側面には、ブラケット２８が取り付けられる。ブラケット２８には、光センサ２３が、リニアスケール２２の読み取りが可能なように取り付けられる。
【００３０】
リニアガイド９の移動ブロック７の上面には、テーブル３が取り付けられる。テーブル３は例えばアルミなどの非磁性材料からなる。テーブル３には、移動対象が取り付けられる。テーブル３の下面には、リニアモータ１１の可動子である電機子１０が吊り下げられる。図３の正面図に示されるように、駆動用マグネット５と電機子１０との間にはすきまが設けられる。リニアガイド９は、電機子１０が駆動用マグネット５に対して相対的に移動するときにも、このすきまｇを一定に維持する。
【００３１】
図４に示すように、テーブル３の下面には、断熱材１３を介して電機子１０が取り付けられる。電機子１０は、珪素鋼などの磁性材料からなるコア１４と、コア１４の突極１４ａ，１４ｂ，１４ｃに巻かれる三相コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、から構成される。三相コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃそれぞれには、１２０度の位相差をもつ三相交流電流が供給される。突極１４ａ，１４ｂ，１４ｃに三相コイル１６を巻いた後、三相コイル１６は樹脂封止される。
【００３２】
テーブル３の下面には、電機子１０を挟んで一対の補助コア１７が取り付けられる。補助コア１７は、リニアモータ１１に発生するコギングを低減するために設けられる。
【００３３】
図３に示されるように、電機子１０には、磁気センサ２４が取り付けられる。磁気センサ２４は、電機子１０と共に移動しながら固定子である複数枚の駆動用マグネット５の磁界の方向（磁気ベクトルの方向）を検出する。
【００３４】
［１．３ 駆動用マグネットと磁気センサとを用いた位置検出の方法］
次に、駆動用マグネットと磁気センサとを用いた位置検出の方法について説明する。
【００３５】
［１．３．１ 磁気センサの構成］
まず、磁気センサ２４の構成について、図５乃至１７を用いて説明する。ここで、図５は、第１実施形態に係る磁気センサ２４の原理を示す図である。また、図６は、磁界の方向の角度θと磁気センサ２４の抵抗値との関係を示すグラフである。また、図７は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状の一例を示す平面図である。また、図８は、図７に示す磁気センサの等価回路図である。また、図９は、ホイーストン・ブリッジから構成される磁気センサの一例を示す図である。また、図１０は、駆動用マグネット５が発生する磁界と磁気センサ２４との位置関係を示す図である。また、図１１は、磁気センサ２４が検出する磁気ベクトルの方向と、出力電圧の関係を示すグラフである。また、図１２は、二組のフルブリッジ構成の磁気センサの一例を示す図であり、（ａ）は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、等価回路図である。また、図１３は、磁気センサ２４から出力される正弦波状信号及び余弦波状信号を示すグラフである。また、図１４は、駆動用マグネット５と磁気センサ２４の位置関係及び磁気センサ２４の出力信号を示す概念図である。また、図１５は、正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形を示す図である。また、図１６は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。また、図１７は、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【００３６】
図５に示されるように、磁気センサ２４は、Ｓｉ若しくはガラス基板３６と、その上に形成されたＮｉ，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構成される磁気抵抗素子３７を有する。磁気センサ２４は、特定の磁界方向で抵抗値が変化するためにＡＭＲ（Anisotropic-Magnetro-Resistance）センサ（異方性磁気抵抗素子）と呼ばれる。
【００３７】
磁気抵抗素子３７に電流を流し、抵抗変化量が飽和する磁界強度を印加し、その磁界（Ｈ）の方向を電流方向Ｙに対して角度変化θを与えたとする。図６に示されるように、抵抗変化量（△Ｒ）は、電流方向と磁界の方向が垂直（θ＝９０°，２７０°）の時に最大となり、電流方向と磁界の方向が平行（θ＝０°，１８０°）の時に最小となる。抵抗値Ｒは、電流方向と磁界方向の角度成分に応じて、下記の（１）式のように変化する。
【００３８】
Ｒ＝Ｒｏ−△Ｒｓｉｎ２θ…（１）
Ｒｏ：無磁界中の強磁性薄膜金属の抵抗値
△Ｒ：抵抗変化量
θ：磁界方向を示す角度
【００３９】
飽和感度領域以上であれば、△Ｒは定数になり、抵抗値Ｒは磁界の強度には影響されなくなる。
【００４０】
飽和感度領域以上の磁界強度で、磁界の方向を検出する磁気センサ２４の強磁性薄膜金属の形状を図７に示す。縦方向に形成された強磁性薄膜金属エレメント（Ｒ１）と横方向のエレメント（Ｒ２）が直列に結線した形状になる。
【００４１】
エレメント（Ｒ１）に対して最も大きな抵抗変化を促す垂直方向の磁界は、エレメント（Ｒ２）に対し最小の抵抗変化となる。抵抗値Ｒ１とＲ２は次式で与えられる。
【００４２】
Ｒ１＝Ｒｏ−△Ｒｓｉｎ２θ…（２）
【００４３】
Ｒ２＝Ｒｏ−△Ｒｃｏｓ２θ…（３）
【００４４】
この磁気センサ２４の等価回路（ハーフブリッジ）を図８に示す。出力Ｖoutは次式で与えられる。
【００４５】
Ｖout＝Ｒ１・Ｖｃｃ／（Ｒ１十Ｒ２）…（４）
【００４６】
（４）式に（２），（３）式を代入し、整理すると、
【００４７】
Ｖout＝Ｖｃｃ／２十αｃｏｓ２θ…（５）
α＝△Ｒ・Ｖｃｃ／２（２Ｒｏ−△Ｒ）
が成立する。
【００４８】
図９に示されるように強磁性薄膜金属の形状を形成すれば、一般的に知られているホイーストン・ブリッジの構成となる。二つの出力Ｖout＋とＶout−を用いることにより、中点電位の安定性の向上と増幅を行うことが可能になる。
【００４９】
電機子１０が直線運動するときの磁界方向の変化と磁気センサ２４の出力について説明する。図１０に示されるように、磁気センサ２４を、飽和感度領域以上の磁界強度が印加されるギャップｌの位置に、かつ磁界の方向変化がセンサ面に寄与するように配置する。図１１に示されるように、電機子１０が距離λを直線移動したとき、センサ面では磁界の方向が１回転となる。このときに電圧の信号は１周期の正弦波になる。より正確にいえば、（５）式のＶout＝Ｖｃｃ／２＋αｃｏｓ２θより出力波形は２周期の波形となる。しかし、磁気センサ２４のエレメントの延伸方向に対して４５°にバイアス磁界を掛けるならば、周期が半減し、電機子１０がλを直線移動したときに１周期の出力波形が得られる。
【００５０】
運動の方向を知るためには、図１２に示されるように、二組のフルブリッジ構成のエレメントを、互いに４５°傾くように一つの基板上に形成すればよい。二組のフルブリッジ回路によって得られた出力ＶoutＡとＶoutＢは、図１３に示されるように、互いに９０°の位相差を持つ余弦波及び正弦波となる。
【００５１】
本実施形態によれば、磁気センサ２４が駆動用マグネット５の磁界の方向の変化を検出するので、たとえ図１４に示されるように、磁気センサ２４の取り付け位置が（１）から（２）にずれたとしても、磁気センサ２４が出力する正弦波及び余弦波には変化が少ない。
【００５２】
図１５に示されるように、正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形も円の大きさが変化しにくくなる。しかし、そうであっても、フラットタイプのリニアモータにおいては、正弦波及び余弦波に歪みが生じる。
【００５３】
ここで、固定子である駆動用マグネット５の形状及び駆動用マグネット５が発生する磁界強度の分布について説明する。図１６は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。また、図１７は、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【００５４】
磁気センサ２４は、駆動用マグネット５の中央部の上方を通過する。駆動用マグネット５は磁気センサ２４の下側にのみ配置される。駆動用マグネット５に発生する磁力線は空気を伝わって隣の駆動用マグネット５に伝わる。図１７には、磁気センサ２４が移動する位置における磁界強度の分布が示されている。シミュレーションの結果、磁界強度の分布が太った波形になり、理想的な正弦波から若干歪んだ。これは、磁気センサ２４の移動方向における各駆動用マグネット５の両端部の磁界強度が高くなり、これによって、可動子の移動方向における駆動用マグネット５の中央部の磁界強度が両端部の磁界強度に近くなり、ピークがでにくくなっていることが原因だと思われる。
【００５５】
磁気センサ２４を（磁気抵抗素子３７に対して飽和感度領域以上の磁界強度が印加される範囲内で）駆動用マグネット５から離せば離すほど、磁気センサ２４が通過する部分の磁束密度の分布を正弦波に近付けることができる。つまり、位置検出の精度を高めることができる。しかし、その分スペースが大きくはなる。
【００５６】
［１．３．２ 駆動用マグネットの形状による正弦波の波形の改善］
次に、磁気センサ２４が出力する信号を理想的な正弦波に近付けるための例について、図１８乃至２２を用いて説明する。ここで、図１８は、駆動用マグネット５の端部を円弧形状に形成した場合の一例であり、（ａ）は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図であり、（ｂ）は、各駆動用マグネット５の幅方向の端部の平面図である。また、図１９は、図１８に示す駆動用マグネット５において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。また、図２０は、駆動用マグネット５の他の例を示す図である。また、図２１は、駆動用マグネット６の側面形状の他の例を示す側面図である。また、図２２は、駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す側面図である。
【００５７】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、駆動用マグネット５の磁気センサ２４が通過する部分Ｌ１である端部５ａ（正確にいえば磁気センサ２４が通過する部分Ｌ１の下方にある端部５ａ）を、円弧形状に形成する。そうすると、この端部５ａが円弧形状に形成されるので、電機子１０の移動方向の中央部１８の横幅Ｗ２が両端部１９の横幅Ｗ１よりも広くなる。
【００５８】
駆動用マグネット５の中央部１８の横幅を両端部１９よりも広くすることで、図１９に示すように、駆動用マグネット５の中央部１８に磁界強度のピークをもってくることができ、両端部１９の磁界強度を小さくすることができる。したがって、シミュレーションによって得られる磁界強度の分布が正弦波に近くなる。
【００５９】
図２０は、各駆動用マグネット５の他の例を示す平面図である。図２０（ａ）は図１８で示した場合と同様に、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ａが円弧形状に形成される例を示す。図２０（ａ）の二点鎖線は、駆動用マグネット５の幅方向の両端部５ａ，５ｂを円弧形状に形成した例を示す。このようにすると、コイルの有効長さの全長にわたって駆動用マグネット５の磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。このため、リニアモータ１１に発生するコギングを低減することができる。
【００６０】
図２０（ｂ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｃを三角形状に尖らせた例を示す。図２０（ｂ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５ｃ，５ｄを三角形状に尖らせた例を示す。
【００６１】
図２０（ｃ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｅを台形形状に尖らせた例を示す。図２０（ｃ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５ｅ，５ｆを台形形状に尖らせた例を示す。
【００６２】
図２０（ｄ）は、駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｇを楕円形状に丸めた例を示す。図２０（ｄ）中の二点鎖線は、コギングを低減するために幅方向の両端部５，５ｈを楕円形状に丸めた例を示す。
【００６３】
図２０（ｅ）はコギングを低減するために、駆動用マグネット５の全体を斜めに傾けた例を示す。駆動用マグネット５の幅方向の端部５ｉの平面形状は、円弧形状に形成されると共に、可動子の移動方向に直交する線Ｌ２に対して対称である。端部５ｉの平面形状を線対称に形成することで、磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。
【００６４】
図２０（ｆ）はコギングを低減するために、駆動用マグネット５の全体を斜めに傾けた例を示す。この例では、駆動用マグネット５の端部５ｊは、円弧形状に形成されると共に、傾けた中心線Ｌ３に対して対称に形成される。
【００６５】
図２１は、駆動用マグネットのさらに他の例を示す。この例の駆動用マグネット６は、側面図において、各駆動用マグネット６の磁気センサ２４が通過する部分の形状（正確には磁気センサ２４が通過する部分の下方の形状）は、半円形状に形成され、可動子の移動方向の中央部６ａの高さが両端部６ｂの高さよりも高い。駆動用マグネット６の中央部６ａの高さを高く、両端部６ｂの高さを低くすることで、駆動用マグネット６の中央部６ａに磁界強度のピークをもってくることができ、両端部６ｂの磁界強度を小さくすることができる。したがって、シミュレーションによって得られる磁界強度の分布２０も正弦波に近くなる。
【００６６】
駆動用マグネット６を幅方向（図２１の紙面の直交方向）に断面一定の半円柱形状にすることで、磁気センサ２４の幅方向の取り付け位置によらず、磁界強度の分布を正弦波に近付けることができる。また、駆動用マグネット６の全体が発生する磁界の分布が正弦波に近付くので、コギングも低減できる。
【００６７】
図２２は、駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す。図２２（ａ）は、図２８の例と同様に、駆動用マグネット６の側面形状を半円柱形状に形成した例を示す。図２２（ｂ）は三角形状に形成した例を、図２２（ｃ）は台形形状に形成した例を、図２２（ｄ）は五角形形状に形成した例を示す。図２２（ｅ）は駆動用マグネット６の側壁５６ｃを直線形状にし、上部６ｄを円弧形状にした例を示す。図２２（ｆ）は駆動用マグネット６の側壁６ｅを直線形状にし、上部６ｆを直線と円弧の組み合わせで構成した例を示す。いずれの例においても、可動子の移動方向における駆動用マグネット６の中央部の高さが両端部の高さよりも高く設定される。
【００６８】
このように、駆動用マグネット５の磁気センサ２４が通過する部分の平面形状を円弧形状に形成したり、駆動用マグネット６の磁気センサ２４が通過する部分の側面形状を半円柱形状に形成したりすることで、磁気センサ２４を駆動用マグネット５，６からそれほど離さなくても、磁気センサ２４が通過する部分の磁束密度の分布を正弦波に近付けることができる。また、駆動用マグネット６の側面形状を半円柱形状に形成すると、駆動用マグネット６の磁束密度の大きさが若干小さくなる。駆動用マグネット５の平面形状を円弧形状に形成することで、磁束密度の大きさも小さくなることがなく、リニアモータ１１の推力を大きくすることができる。
【００６９】
［１．３．３ インターポレータの構成］
次に、インターポレータ２５の構成について、図２３及び図２４を用いて説明する。ここで、図２３は、インターポレータ２５の概要構成を示す図である。また、図２４は、ルックアップテーブルメモリのメモリ構成の一例を示す図である。
【００７０】
磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号は、インターポレータ２５に取り込まれる。内挿回路であるインターポレータ２５は、９０°位相が異なる正弦波状信号及び余弦波状信号にディジタル的な内挿処理を加えて高分解能の位相角データを出力する。駆動用マグネット５の磁極間のピッチは例えば数十ｍｍのオーダーであり、光学式又は磁気式のエンコーダの数百μｍのオーダーに比べてはるかに大きい。駆動用マグネット５を磁気スケールとして流用するときには、磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号を細分化し、分解能を上げる必要がある。磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号の変化は、分解能を上げた位置検出回路に大きな影響を及ぼす。このため、磁気センサ２４が出力する正弦波状信号及び余弦波状信号の変化は小さいことが望まれる。
【００７１】
９０°位相が異なる正弦波状信号及び余弦波状信号それぞれは、Ａ／Ｄ変換器３０に入力される。Ａ／Ｄ変換器３０は、正弦波状信号及び余弦波状信号それぞれを所定の周期でディジタルデータＤＡ，ＤＢにサンプリングする。
【００７２】
予め、図２４に示されるように、ルックアップテーブルメモリ３９には、逆正接関数（ＴＡＮ−１）を用いた次の式に基づいて作成されたルックアップテーブルデータが記録されている。
【００７３】
ｕ＝ＴＡＮ−１（ＤＢ／ＤＡ）
【００７４】
図１９には、８ビット×８ビットのアドレス空間に１周期１０００分割の位相角データを持たせる場合のルックアップテーブルメモリのメモリ構成が示されている。
【００７５】
位相角データ算出手段である信号処理部４０は、ディジタルデータＤＡ，ＤＢをそれぞれｘ，ｙアドレスとしてルックアップテーブルデータを検索し、ｘ，ｙアドレスに対応した位相角データｕを得る。これにより、１波長（０から２πまでの区間）内を分割・内挿することが可能になる。なお、ルックアップテーブルメモリを用いる替わりに、ｕ＝ＡＴＡＮ−１（ＤＢ／ＤＡ）の演算をして、位相角データｕを算出することにより、１波長（０から２πまでの区間）内を分割・内挿してもよい。
【００７６】
次に、パルス信号発生手段である信号処理部４０は、位相角データｕからＡ相エンコーダパルス信号及びＢ相エンコーダパルス信号を生成し、１周期に１度のＺ相パルス信号を生成する。信号処理部４０が出力するＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号は、第２の位置情報として位置情報切替器２６に出力される。
【００７７】
［１．４ ドライバの構成及び動作］
次に、ドライバ２７の構成について、図２５及び図２６を用いて説明する。ここで、図２５は、ドライバ２７の概要構成を示すブロック図である。また、図２６は、制御器４２の処理例を示すフローチャートである。
【００７８】
図２５に示すように、ドライバ２７は、リニアモータ１１を制御するのに適した形態をした電力を供給するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ等の電力変換器４３と、上位の指令器４１からの指令によって電力変換器４３を制御する制御器４２と、を含んで構成される。
【００７９】
光センサ２３は、電機子１０が停止領域を移動している間にリニアスケール２２を読み取り、第1の位置情報を位置情報切替器２６に出力する。一方、磁気センサ２４は、電機子１０の移動に伴い、正弦波状及び余弦波状の電圧信号を出力する。
【００８０】
インターポレータ２５は、正弦波状及び余弦波状の電圧信号に基づいて、第２の位置情報を算出する。インターポレータ２５が算出した第２の位置情報は、位置情報切替器２６に出力される。
【００８１】
位置情報切替器２６は、供給された第１の位置情報又は第２の位置情報のうち一方の位置情報をドライバ２７に出力する。どちらの位置情報を出力するかについては、制御器４２によって制御される。
【００８２】
制御器４２は、指令器４１からの位置指令どおりに電機子１０が移動するように、電力変換器４３を制御し、最終的にはリニアモータ１１の電機子１０に供給する電流を制御する。制御器４２は、電機子１０を停止させるか否かという情報と、電機子１０が停止領域に位置しているか否かという情報とに基づいて、位置情報切替器２６から第１の位置情報又は第２の位置情報を出力させる。制御器４２は、電機子１０を停止させるか否かについては、指令器４１からの指令に基づいて判断する。一方、制御器４２は、電機子１０が停止領域に位置しているか否かについては、位置情報切替器２６から出力された位置情報と制御器４２が有するメモリに記憶されている停止領域座標データとに基づいて判断する。範囲情報としてメモリに記憶されている停止領域座標データは、停止領域の範囲と電機子１０の位置との関係を示している（例えば、座標ｘ１〜ｘ２が第１の停止領域、座標ｘ３〜ｘ４が第２の停止領域等）。制御器４２は、この停止領域座標データと位置情報とを照合することにより、電機子１０が位置している領域を判断することができる。
【００８３】
図２６に示すように、制御器４２は、指令器４１からの指令に基づいて、電機子１０を停止させるか否かを判定する（ステップＳ１）。このとき、制御器４２は、電機子１０を停止させない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、位置情報切替器２６からは第２の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ２）。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。
【００８４】
一方、制御器４２は、電機子１０を停止させる場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、位置情報切替器２６からの位置情報と停止領域座標データとに基づいて、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているか否かを判定する（ステップＳ３）。このとき、制御器４２は、電機子１０の現在位置が停止領域に入っていない場合、すなわち、電機子１０が通過領域に入っている場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、位置情報切替器２６からは第２の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ２）。駆動用マグネット５と磁気センサ２４とを用いた位置検出によって、リニアスケール２２が取り付けられていない通過領域でも、電機子１０を所望の位置に停止させることができる。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。
【００８５】
一方、制御器４２は、電機子１０の現在位置が停止領域に入っている場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、位置情報切替器２６からは第１の位置情報を出力させ、第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御する（ステップＳ４）。停止領域では、リニアスケール２２と光センサ２３とを用いた位置検出によって、通過領域で停止させる場合と比較して、より精度良く電機子１０を所望の位置に停止させることができる。次いで、制御器４２は、ステップＳ１に移行する。このようにして、制御器４２は、制御ループを繰り返す。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバ２７の制御器４２は、電機子１０が通過領域の中を移動しているときには、インターポレータ２５からの第２の位置情報に基づいてリニアモータ１１の三相コイル１６に供給される電流を制御し、電機子１０が停止領域の中を移動しているときに当該領域内で電機子１０を停止させる場合には、リニアスケール２２を読み取った光センサ２３からの第1の位置情報に基づいて三相コイル１６に供給される電流を制御するので、リニアスケール２２を通過領域に取り付けなくても、通過領域では高速に電機子１０を移動させることができ、且つ、停止領域での電機子１０の停止精度を高めることができる。
【００８７】
また、駆動用マグネット５をリニアスケールの代わりとして用い、磁気センサ２４が駆動用マグネット５の磁界を検出し、電機子１０の移動に伴って９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力し、インターポレータ２５が、正弦波状信号及び余弦波状信号に基づいて第２の位置情報を生成し、ドライバ２７の制御器４２に供給するので、制御器４２は、リニアスケール２２が取り付けられていない通過領域でも、第２の位置情報に基づいて電機子１０を通過領域内の所望の位置に停止させることができる。
【００８８】
また、制御器４２は、位置情報切替器２６から供給された位置情報とメモリに記憶されている停止領域座標データとに基づいて、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているか否かを判定し、電機子１０の現在位置が停止領域から外れている場合には、第２の位置情報を供給するように位置情報切替器２６を制御し、電機子１０の現在位置が停止領域に入っているときに当該領域内で電機子１０を停止させる場合には、第１の位置情報を出力するように位置情報切替器２６を制御するので、光センサ２３と磁気センサ２４との切替を容易且つ適切に行うことができる。
【００８９】
また、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数の駆動用マグネット５が軸線方向に並べられ、この複数の駆動用マグネット５とすきまを介して電機子１０を対向させ、磁極センサ２４が駆動用マグネット５から発生する磁界を検出するようにしたので、リニアスケール２２を取り付けなくても、高速に電機子１０を移動させることができ、且つ、電機子１０の停止精度を高めることを、フラットタイプのリニアモータで実現することができる。
【００９０】
［２．第２実施形態］
次に、リニアモータとして、ロッドタイプリニアモータに本発明を適用した場合における実施形態について説明する。
【００９１】
まず、第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の構成を、図２７を用いて説明する。ここで、図２７は、第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の概要構成を示す図である。
【００９２】
図２７に示すように、リニアモータシステム５０は、アクチュエータ５１と、位置検出手段としてのインターポレータ５７と、位置情報供給手段としての位置情報切替器５８と、ドライバ５９と、を備えている。そして、アクチュエータ５１は、スライダ５２と、スライダ５２をスライド自在に支持するベース５３と、ベース５３に取り付けられた複数のリニアスケール５４と、リニアスケール５４を読み取りスライダ５２に取り付けられたフォーサ６２の位置を検出する位置センサとしての光センサ５５と、磁界の方向を検出する磁気センサ５６と、を備えている。
【００９３】
アクチュエータ５１は、スライダ５２に取り付けられたリニアモータ７１のロッド６１の軸線方向に対してスライダ５２が移動するロッドタイプリニアモータアクチュエータである。リニアモータ７１は、長尺な円柱状に形成された固定子としてのロッド６１と、このロッド６１の周囲にわずかな隙間を介して遊嵌した可動子としてのフォーサ６２とから構成されている。ロッド６１には、軸線方向に沿って複数のマグネットが配列されている。各マグネットは軸線方向の両端部にN極及びS極を有しており、互いに隣接するマグネットはN極同士又はS極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これによって、ロッド６１は、軸線方向に沿ってN極の磁極とS極の磁極とが交互に並んだ界磁マグネットとなっている。また、ロッド６１は、その両端がベース５３のエンドプレートにそれぞれ固定されている。フォーサ６２は、全体が四角柱状に形成されるフォーサハウジング内に、ロッド６１が軸線方向に貫通する円筒状のコイル部材を収納して構成される。コイル部材は、Ｕ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とする複数のコイルを有している。コイル部材に三相電流を流すと、コイル部材の軸線方向に、移動する移動磁界が発生する。フォーサ６２は、移動磁界とロッド６１から発生する界磁との相互作用により推力を得て、スライダ５２とともに移動磁界の速さに同期してロッド６１に対して相対的に直線運動を行う。
【００９４】
第１実施形態の場合と同様に、ベース５４の側壁部には、複数のリニアスケール５４が取り付けられており、各リニアスケール５４には、ベース５４の長手方向に沿って一定間隔でスリットが配列されている。スライダ５２には、光センサ５５と磁気センサ５６とが取り付けられている。
【００９５】
光センサ５５から出力される第１の位置情報は、エンコーダケーブル８１を介して位置情報切替器５８に供給される。磁気センサ５６から出力された正弦波状信号及び余弦波状信号は、ケーブル８２を介してインターポレータ２５に供給される。インターポレータ２５から供給される第２の位置情報は、エンコーダケーブル８３を介して位置情報切替器５８に供給される。位置情報切替器５８から出力される位置情報は、エンコーダケーブル８４を介してドライバ５９に供給される。ドライバ２７からの電流は、動力ケーブル８５を介してスライダ５２に取り付けられたリニアモータのコイルに供給される。
【００９６】
光センサ５５、磁気センサ５６、インターポレータ５７、位置情報切替器５８及びドライバ５９の構成は、第１実施形態において説明した光センサ２３、磁気センサ２４、インターポレータ２５、位置情報切替器２６及びドライバ２７とそれぞれ同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、停止領域と通過領域とが設定され、停止領域のみにリニアスケール５４が取り付けられる。
【００９８】
ドライバ５９は、スライダ５２が通過領域に位置しているときには、磁気センサ５６の出力信号に基づきインターポレータ５７から出力された第２の位置情報に基づいて、リニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。一方、ドライバ５９は、スライダ５２が停止領域に位置しているときに、その停止領域でスライダ５２を停止させる場合には、光センサ５５から出力された第１の位置情報に基づいて、リニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。
【００９９】
磁気センサ５６は、ロッド６１の磁界の方向を検出する。そして、磁気センサ５６は、９０度位相がずれた正弦波状及び余弦波状の電圧信号を出力する。磁気センサ５６が出力する電圧信号は、位置信号生成手段であるインターポレータ５７に出力される。
【０１００】
インターポレータ５７は、正弦波状及び余弦波状の電圧信号に基づいて、第２の位置情報を算出する。インターポレータ５７が算出した位置情報は、位置情報切替器５８に出力される。一方、光センサ２３は、フォーサ６２が停止領域を移動している間、リニアスケール５４を読み取り、第1の位置情報を位置情報切替器５８に出力する。
【０１０１】
位置情報切替器５８は、供給された第１の位置情報又は第２の位置情報のうち一方の位置情報をドライバ５９に出力する。ドライバ５９は、上位の指令器からの位置指令どおりに可動子が移動するように、ＰＷＭインバータなどの電力変換器を制御し、最終的にはリニアモータ７１のコイルに供給する電流を制御する。ドライバ５９の制御系は、位置制御を行う位置制御ループと、速度制御を行う速度制御ループと、電流制御を行う電流制御ループと、から構成される。ドライバ５９の制御器によるリニアモータ７１のコイルに供給する電流の制御方法及び動作は第１実施形態の場合と同様である。
【０１０２】
なお、本実施形態では、フォーサがロッドに対して直線運動しているが、ロッドがフォーサに対して直線運動してもよい。
【０１０３】
また、ロッドのストロークを短くしたくないとき、磁気センサをフォーサに取り付けてもよい。推力を発生させるロッドの磁界は強力なので、コイルが発生する磁界の影響を受けずに、ロッドの磁界の方向を検出することができる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態によれば、リニアモータ７１が、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられたロッド６１と、ロッド６１を囲む複数のコイルを有するフォーサ６２と、を有し、ドライバ５９の制御器は、フォーサ６２が通過領域の中を移動しているときには、インターポレータ５７からの第２の位置情報に基づいてリニアモータ７１のコイルに供給される電流を制御し、フォーサ６２が停止領域の中を移動しているときに当該領域内でフォーサ６２を停止させる場合には、リニアスケール５４を読み取った光センサ５５からの第1の位置情報に基づいてコイルに供給される電流を制御するので、ロッドタイプのリニアモータにおいても、第１実施形態の場合と同様に、リニアスケール５４を通過領域に取り付けなくても、通過領域では高速にフォーサ６２を移動させることができ、且つ、停止領域でのフォーサ６２の停止精度を高めることができる。
【０１０５】
なお、上記各実施形態においては、駆動用マグネット５又はロッド６１の磁界を検出する磁気センサとしてＡＭＲセンサを用いていたが、その他のＭＲセンサやホールセンサ等を用いてもよい。
【０１０６】
また、上記各実施形態においては、リニアスケールをベースに取り付けるとともに、光センサをスライダに取り付けていたが、その反対に、リニアスケールをスライダに取り付け、光センサをベースの停止領域に取り付けてもよい。ここで、複数の停止領域を設けるためにそれぞれの停止領域に光センサを取り付けたような場合には、制御器は、いずれかの停止領域でスライダを停止させるときに、スライダが位置している停止領域に取り付けられた光センサから位置情報を取得する必要がある。この場合は、例えば、位置情報切替器に光センサからの位置情報の切替も行わせるように構成し、制御器が、位置情報切替器からの位置信号とメモリに記憶された情報とに基づいて位置情報切替器を制御すればよい。
【０１０７】
また、光学式のリニアスケールとセンサとに代えて、例えば、磁気式のリニアスケールとセンサとを用いてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】第１実施形態に係るリニアモータシステム１の概要構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るリニアモータアクチュエータ２１の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るリニアモータアクチュエータ２１の正面図である。
【図４】第１実施形態に係る電機子１０の移動方向に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態に係る磁気センサ２４の原理を示す図である。
【図６】第１実施形態において、磁界の方向の角度θと磁気センサ２４の抵抗値との関係を示すグラフである。
【図７】磁気センサの強磁性薄膜金属の形状の一例を示す平面図である。
【図８】図７に示す磁気センサの等価回路図である。
【図９】ホイーストン・ブリッジから構成される磁気センサの一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態において、駆動用マグネット５が発生する磁界と磁気センサ２４との位置関係を示す図である。
【図１１】第１実施形態において、磁気センサ２４が検出する磁気ベクトルの方向と、出力電圧の関係を示すグラフである。
【図１２】二組のフルブリッジ構成の磁気センサの一例を示す図であり、（ａ）は、磁気センサの強磁性薄膜金属の形状を示す平面図であり、（ｂ）は、等価回路図である。
【図１３】第１実施形態において、磁気センサ２４から出力される正弦波状信号及び余弦波状信号を示すグラフである。
【図１４】第１実施形態において、駆動用マグネット５と磁気センサ２４の位置関係及び磁気センサ２４の出力信号を示す概念図である。
【図１５】正弦波及び余弦波によって描かれるリサージュ図形を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係る複数枚の駆動用マグネット５の平面図である。
【図１７】第１実施形態において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【図１８】駆動用マグネット５の端部を円弧形状に形成した場合の一例であり、（ａ）は、複数枚の駆動用マグネット５の平面図であり、（ｂ）は、各駆動用マグネット５の幅方向の端部の平面図である。
【図１９】図１８に示す駆動用マグネット５において、シミュレーションにより計算した磁界強度（磁束密度）と正弦波を比較したグラフである。
【図２０】駆動用マグネット５の他の例を示す図である。
【図２１】駆動用マグネット６の側面形状の他の例を示す側面図である。
【図２２】駆動用マグネット６の側面形状のさらに他の例を示す側面図である。
【図２３】第１実施形態に係るインターポレータ２５の概要構成を示す図である。
【図２４】ルックアップテーブルメモリのメモリ構成の一例を示す図である。
【図２５】第１実施形態に係るドライバ２７の概要構成を示すブロック図である。
【図２６】第１実施形態に係る制御器４２の処理例を示すフローチャートである。
【図２７】第２実施形態に係るリニアモータシステム５０の概要構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ リニアモータシステム、 ２ スライダ、 ４ ベース、 ５ 駆動用マグネット、 １０ 電機子、 １１ リニアモータ、 １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ コイル、 ２２ リニアスケール、 ２３ 光センサ、 ２４ 磁気センサ、 ２５ インターポレータ、 ２６ 位置情報切替器、 ２７ ドライバ、 ４１ 制御器、 ５１ リニアモータシステム、 ５２ スライダ、 ５３ ベース、 ５４ リニアスケール、 ５５ 光センサ、 ５６ 磁気センサ、 ５７ インターポレータ、 ５８ 位置情報切替器、 ５９ ドライバ、 ６１ ロッド、 ６２ フォーサ、 ７１ リニアモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、
前記位置情報に基づいて、前記コイルに供給される電流を制御する制御装置と、を備え、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、
前記制御装置は、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記生成された第１の位置情報又は前記生成された第２の位置情報の何れか一方を、前記制御装置による制御に基づいて当該制御装置に供給する位置情報供給手段を更に備え、
前記制御装置は、
前記一部の範囲に対して前記可動子の位置を対応付けた範囲情報を記憶する記憶手段を有し、
前記位置情報供給手段から供給された位置情報と、前記範囲情報と、に基づいて、前記可動子が前記一部の範囲に位置しているか否かを判定し、
前記第１の位置情報又は前記第２の位置情報のうち前記コイルに供給される電流の制御に用いる方の位置情報を、前記位置情報供給手段から供給させることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記リニアモータは、
前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが軸線方向に並べられる界磁マグネットを有し、
前記可動子又は前記固定子の他方として、前記界磁マグネットにすきまを介して対向する複数のコイルを有するフラットタイプリニアモータであることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記リニアモータは、
前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられるロッドを有し、
前記可動子又は前記固定子の他方として、前記ロッドを囲む複数のコイルを有するロッドタイプリニアモータであることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項５】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータを備え、
制御装置により、前記コイルに供給される電流が、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す位置情報に基づいて制御されるリニアモータアクチュエータにおいて、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、第１の前記位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
を備え、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、第２の前記位置情報が位置検出手段により生成され、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御され、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子が停止する場合には、前記第１の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御されることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項６】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、
を備え、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設されるリニアモータの位置検出システムにおける前記コイルに供給される電流を、前記位置情報に基づいて制御する制御装置において、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする制御装置。
【請求項１】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、
前記位置情報に基づいて、前記コイルに供給される電流を制御する制御装置と、を備え、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、
前記制御装置は、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記生成された第１の位置情報又は前記生成された第２の位置情報の何れか一方を、前記制御装置による制御に基づいて当該制御装置に供給する位置情報供給手段を更に備え、
前記制御装置は、
前記一部の範囲に対して前記可動子の位置を対応付けた範囲情報を記憶する記憶手段を有し、
前記位置情報供給手段から供給された位置情報と、前記範囲情報と、に基づいて、前記可動子が前記一部の範囲に位置しているか否かを判定し、
前記第１の位置情報又は前記第２の位置情報のうち前記コイルに供給される電流の制御に用いる方の位置情報を、前記位置情報供給手段から供給させることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記リニアモータは、
前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向と直交する方向の両端面にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが軸線方向に並べられる界磁マグネットを有し、
前記可動子又は前記固定子の他方として、前記界磁マグネットにすきまを介して対向する複数のコイルを有するフラットタイプリニアモータであることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のリニアモータシステムにおいて、
前記リニアモータは、
前記可動子又は前記固定子の一方として、軸線方向の両端部にＮ極及びＳ極の磁極が着磁される複数のマグネットが、隣り合うマグネットのＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように軸線方向に並べられるロッドを有し、
前記可動子又は前記固定子の他方として、前記ロッドを囲む複数のコイルを有するロッドタイプリニアモータであることを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項５】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータを備え、
制御装置により、前記コイルに供給される電流が、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す位置情報に基づいて制御されるリニアモータアクチュエータにおいて、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、第１の前記位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
を備え、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、第２の前記位置情報が位置検出手段により生成され、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設され、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御され、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子が停止する場合には、前記第１の位置情報に基づいて制御装置により前記コイルに供給される電流が制御されることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項６】
Ｎ極とＳ極との磁極が交互に並べられる可動子又は固定子の一方と、複数のコイルを含む可動子又は固定子の他方と、を有し、前記一方から発生する磁界と前記他方の前記コイルに流れる電流とによって、前記磁極が交互に並ぶ方向に前記可動子が前記固定子に対して運動するリニアモータと、
目盛りが設けられたリニアスケールと、
前記リニアスケールの目盛りを読み取り、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第１の位置情報を生成する位置センサと、
前記一方から発生する磁界を検出し、前記運動によって生ずる磁界の変化に伴って、９０°の位相差を持つ正弦波状信号及び余弦波状信号を出力する磁気センサと、
前記正弦波状信号及び前記余弦波状信号に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の相対的な位置を示す第２の位置情報を生成する位置検出手段と、
を備え、
前記リニアスケール又は前記位置センサの一方は、前記可動子とともに移動し、前記リニアスケール又は前記位置センサの他方は、前記可動子が前記運動によって移動可能な範囲のうちの一部の範囲のみで前記位置センサが前記リニアスケールの目盛りを読み取ることができるように配設されるリニアモータの位置検出システムにおける前記コイルに供給される電流を、前記位置情報に基づいて制御する制御装置において、
前記可動子が前記一部の範囲外を移動しているときには、前記第２の位置情報を前記制御に用い、
前記可動子が前記一部の範囲内を移動しているときに、当該範囲内で前記可動子を停止させる場合には、前記第１の位置情報を前記制御に用いることを特徴とする制御装置。
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−５７２８０（Ｐ２０１０−５７２８０Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２００２１（Ｐ２００８−２２００２１）
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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