DE102013001295B4

DE102013001295B4 - Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors

Info

Publication number: DE102013001295B4
Application number: DE102013001295.3A
Authority: DE
Inventors: Fumiki Yamaoka; Yoichi Kawai
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2033-01-26
Also published as: DE102013001295A1; JP5756445B2; JP2013176280A; US20130193901A1; US9024548B2; ITRM20130020A1; CN103227607A

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors (11) mit einem Stator (100a, 100b; 110a, 110b), der gebildet wird durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) in sich erstreckender Weise, und einem Läufer (101), der sich entlang des Stators bewegt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Speichern (S18) zumindest eines Polposition-Korrekturwertes in Entsprechung zu jedem der Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C), wobei der gespeicherte Polposition-Korrekturwert ein Wert zur Korrektur einer Positionsabweichung eines vorspringenden Pols des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) entlang einer Erstreckungsrichtung des Stators ist,- Ermittlung (S20) einer Laufposition des Läufers (101), der sich in der Erstreckungsrichtung des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) bewegt,- Ableitung (S21) eines Polposition-Korrekturwerts an der ermittelten Laufposition des Läufers (101) auf Grundlage eines entsprechenden gespeicherten Polposition-Korrekturwerts- Berechnung einer Polposition des Läufers (101), welche eine relative Position des Pols des Läufers in Bezug auf den vorspringenden Pol des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) ist, auf Grundlage der ermittelten Laufposition des Läufers und des abgeleiteten Polposition-Korrekturwerts; und- Zuführung elektrischer Energie zu einer Spule in dem Stator (100a, 100b; 110a, 110b) oder in dem Läufer (101) auf Grundlage der berechneten Polposition des Läufers, und Antreiben des Linearmotors (11).

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Linearmotors.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurde ein Verfahren zum axialen Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs vermarktet, bei welchem unmittelbar ein Tisch mit einem elektrischen Motor angetrieben wird (nachfolgend soll der elektrische Motor der Einfachheit halber als „Motor“ bezeichnet werden), ohne dass eine Spindel verwendet wird. In Bearbeitungswerkzeugen dieser Art wird ein Linearmotor verwendet.
In dem Antriebsverfahren unter Verwendung eines Linearmotors entspricht aufgrund der Tatsache, dass kein die Geschwindigkeit reduzierendes Element wie etwa die Kugelspindel vorhanden ist, die Positionierungsgenauigkeit eines Läufers des Linearmotors unmittelbar einer Positionierungsgenauigkeit der Antriebsachse. Daher wird von dem Linearmotor eine hohe Positionierungsgenauigkeit verlangt. Gewöhnlich wird dann, wenn ein Linearmotor verwendet wird, ein hochauflösender Positionsdetektor eingebaut, um eine Position des Antriebsziels zu detektieren.
Ein Linearmotor umfasst einen Läufer, der auf einer beweglichen Einheit wie etwa einem Tisch montiert ist, und einen Stator, der auf einer feststehenden Einheit wie etwa einem Bett montiert ist. Es gibt verschiedene Arten von Linearmotoren in Abhängigkeit vom Funktionsprinzip. Wie beispielsweise in JP 2007-318839 A beschrieben ist, existiert ein Typ, in welchem ein Stator mit vorspringenden Polen verwendet wird, die in einem vorbestimmten Abstand auf einander gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind. Auf einem Stator, der sich in Form einer geraden Linie erstreckt, sind vorspringende Pole entlang der Erstreckungsrichtung des Stators angeordnet. Auf dem Läufer, der sich entlang des sich erstreckenden Stators bewegen kann, sind magnetische Pole vorgesehen, die den vorspringenden Polen des Stators gegenüber liegen. Der magnetische Pol wird durch eine Spule und einen Dauermagneten gebildet. Wenn ein vorbestimmter elektrischer Strom in die Spule geleitet wird, bildet sich ein bewegliches magnetisches Feld in der Erstreckungsrichtung des Stators, und der Läufer bewegt sich in der Erstreckungsrichtung des Stators aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem sich bewegenden magnetischen Feld und dem vorspringenden Pol.
Im Folgenden wird ein typisches Verfahren zur Steuerung eines linearen Synchronmotors beschrieben. 1 ist ein Diagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Steuereinrichtung eines Linearmotors. Die Steuereinrichtung des Linearmotors umfasst einen Positionsdetektor 12, Proportionalverstärker 21 und 22, einen Stromverteiler 23, einen integrierten Verstärker 24, eine Stromsteuerung 25, einen Differenzierer 26, einen 3-Phasen-PWM-Wechselrichter 28, und einen Stromdetektor 29. In dieser Steuereinrichtung wird dann, wenn ein Positionsbefehl X eingegeben wird, eine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und einem Detektionswert des Positionsdetektor 12, der die Position des Läufers darstellt, durch den Proportionalverstärker 21 verstärkt und als ein Geschwindigkeitsbefehl V* des Läufers des Linearmotors ausgegeben. Eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl V* und einer Geschwindigkeit des Läufers, die erhalten wird durch Differenzierung des Detektionswerts des Positionsdetektors 12 durch den Differenzierer 26, wird durch den Proportionalverstärker 22 und den Integrationsverstärker 24 PI-berechnet, und es wird ein Schubbefehl F* erzeugt. Aufgrund des Empfangs des Schubbefehls F*, erzeugt der Stromverteiler 23 aus den 3-Phasen-Strombefehlen Iu*, Iv* und Iw* Strombefehlswerte Iu* und Iv* und gibt diese Befehlswerte an die Stromsteuerung 25 aus. In diesem Prozess wird bei der Erzeugung des Strombefehls der Detektionswert des Positionsdetektors 12 einbezogen.
Die Stromsteuerung 25 erzeugt 3-Phasen-Spannungsbefehle eu*, ev* und ew* auf Grundlage der Strombefehle Iu* und Iv*, die aus dem Stromverteiler 23 eingegeben werden, und ein Strombefehl Iw* wird aus der Beziehung Iu* + Iv* + Iw* = 0 abgeleitet und gibt die Spannungsbefehle an den 3-Phasen-PWM-Wechselrichter 28 aus. Der Linearmotor wird durch Anlegen einer 3-Phasen-Wechselspannung angetrieben, die von dem Wechselrichter 28 aus der Gleichstromspannung umgewandelt wird, die aus einer Gleichstromquelle 27 auf Grundlage der 3-Phasen-Spannungsbefehle eu*, ev* und ew* ausgegeben wird. Die Spannungen, die tatsächlich an dem Linearmotor anliegen, sind die 3-Phasen-Spannungsbefehle eu*, ev* und ew*, die durch die Stromsteuerung 25 aus den Differenzen aus den Stromdetektionswerten iu, iv und iw bestimmt werden, die von dem Stromdetektor 29 detektiert werden.
Um den zuvor beschriebenen Steuerungsverfahren des Schub des Linearmotors mit dem gleichen Motor zu maximieren, muss der Strom mit einem optimalen Stromphasenwinkel entsprechend der Position des Läufers anliegen, und insbesondere entsprechend der Position des magnetischen Pols des Läufers bezüglich des vorspringenden Pols des Stators.
Im Folgenden wird ein Phasenwinkel beschrieben, welches der optimale Stromphasenwinkel ist. 2 ist ein Diagramm, das den durch den Linearmotor erzeugten Schub zeigt, wenn der Läufer bezüglich des Stators mit einem konstanten Strom verschoben wird. Aus 2 wird deutlich, dass der Schub des Linearmotors maximiert wird, wenn der Stromphasenwinkel gleich 90° ist.
Im tatsächlichen Betrieb legt die Steuerungsvorrichtung des Linearmotors einen Strom an die Spule des magnetischen Pols, um den Stromphasenwinkel von 90° zu erreichen, während die Position des Läufers durch den Positionsdetektor überwacht wird, d.h., die Position des Magnetpols des Läufers. Damit die Steuervorrichtung den Strom in einem korrekten Stromphasenwinkel anlegen kann, müssen in diesem Vorgang der Positionsdetektor, der Läufer und der Stator in vorbestimmten Positionen stehen. Falls die Montageposition abweicht, kann der Positionsdetektor nicht exakt die Position des Magnetpols des Läufers messen, der Strom weicht von dem optimalen Phasenwinkel ab, und der Schub wird reduziert.
In der Realität können jedoch der Linearmotor und der Positionsdetektor nicht genau in den vorbestimmten Positionen eingestellt werden, da eine Größentoleranz der Komponenten besteht und ein Spiel zwischen dem Montagebolzen und dem Bolzenloch herrscht, von daher ist es schwierig, den Strom in den optimalen Phasenwinkel einzugeben.
Es folgt eine genaue Beschreibung dieses Umstands. Eine Stromphase von 360° eines Linearmotors mit der Charakteristik gemäß 2 soll einer mechanischen Phase (Abstand) von 12 mm entsprechen. Falls in diesem Fall die Montagepositionen von Läufer, Stator und Positionsdetektor um 30° (1 mm in der mechanischen Phase) von den vorbestimmten Positionen gemäß 2 abweichen, reduziert sich der Schub um 19% von dem maximalen Schub, der erzeugt werden kann, wenn der Strom im optimalen Phasenwinkel anliegt. Um eine solche Schubreduktion zu verhindern, wird gemäß JP 2008-178237 A ein magnetisches Polposition-Korrekturverfahren vorgeschlagen, in welchem ein Magnetpolposition-Korrekturwert in der Steuervorrichtung gespeichert wird und die Position des Magnetpols des Positionsdetektors elektrisch korrigiert wird.
In großen Bearbeitungsmaschinen, in denen ein Laufweg des Linearmotors sehr lang ist, kann ein Stator verwendet werden, der in eine Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt ist. Das heißt, ein Stator kann gebildet werden durch eine Mehrzahl von Statorsegmenten, welche die unterteilten Bereiche darstellen, entlang der Länge des Wegs. Aufgrund des Weggrö-ßenfehlers und des Montagefehlers an jedem Statorsegment würde der Abstand der vorspringenden Pole des Stators zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Stators abweichen. Bei dem Magnetpolpositions-Korrekturverfahren nach dem Stand der Technik würden aufgrund der Tatsache, dass nur ein Magnetpolpositions-Korrekturwert existiert, Stellen erzeugt, an denen der Schub reduziert ist, abhängig von der Position des Stators.
Es folgt eine genauere Beschreibung dieses Problems. Es wird angenommen, dass bei dem Linearmotor in 2 die Stromphase von 360° einer mechanischen Phase (Abstand von 12 mm) entspricht, der Weg des Stators 9000 mm beträgt, und 15 Statorsegmente des Linearmotors angeordnet sind, die jeweils eine Größe von 600 mm aufweisen. Falls in diesem Fall der Längengrößenfehler des Stators 0,1 mm und der Montagefehler 0,1 mm beträgt, beträgt die Abstandsabweichung des vorspringenden Pols des Stators am Laufwegsende bezüglich der Laufwegsmitte maximal 42° (oder 1,4 mm in der mechanischen Phase). Wenn somit der Gesamtbereich des Laufwegs unter Verwendung des Magnetpolpositions-Korrekturwerts gesteuert wird, der für die Mitte des Laufwegs bestimmt wird, wie in 2 dargestellt wird, ist der Schub am Laufwegsende um 26% reduziert, verglichen mit dem Schub in der Laufwegsmitte.
Die Statoren, die in eine Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt sind, umfassen zusätzlich zu ihrer körperlich aufgeteilten Struktur eine Struktur, in der der Stator Schritt für Schritt in dem Herstellungsprozess gebildet wird. Der Stator wird gebildet durch Schichten von Stahlblechen auf eine Seite, aus der Ausnehmungen und Vorsprünge gebildet werden, und der Vorsprungsbereich wird der vorspringende Pol. Das Stahlblech, das die Form mit Ausnehmungen und Vorsprüngen aufweist, wird hergestellt durch Stanzen mit einer Stanze, die eine entsprechende Ausnehmungs- und Vorsprungsform aufweist. Bei dem Stanzen wird die Bearbeitung mehrfach durchgeführt, während die Stanze bezüglich des einteiligen Materials vorgeschoben wird. Im allgemeinen wird die Stanze feststehend angeordnet, und das Material wird nach und nach in einer Mehrzahl von Schritten in die Maschine eingeführt. Nachdem das Stanzen einmal durchgeführt worden ist, wird das Material um die Größe der Stanzung vorgeschoben, und es wird ein zweites Stanzen an dieser Stelle durchgeführt. Diese Prozesse werden wiederholt, um ein Stahlblech herzustellen, welches länger ist als die Größe der Stanzung und die Ausnehmungs- und Vorsprungsform aufweist. In der folgenden Beschreibung wird zusätzlich zu dem Bereich des Stators, der körperlich aufgeteilt ist, der Bereich des Stators, in welchen die Ausnehmungen und Vorsprünge durch einen einzigen Stanzvorgang ausgebildet sind, auch als „Statorsegment“ bezeichnet.
Der Stator, der durch eine Mehrzahl von Stanzungen eines einzigen Materials gebildet wird, weist einen Aufbau auf, in welchem eine Mehrzahl von Statorsegmenten, die jeweils einer einzigen Stanzung entsprechen, in der Erstreckungsrichtung des Stators angeordnet sind. In einem solchen Fall, in welchem auch gedachte Statorsegmente angeordnet sind, kann der Abstand der vorspringenden Pole des Stators aufgrund einer Positionsabweichung oder dergleichen zwischen den Statorsegmenten abweichen. Beispielsweise kann die Position des vorspringenden Pols aufgrund eines Größenfehlers der Stanze in der Bewegungsrichtung des Materials oder aufgrund eines Fehlers in dem Bewegungsbetrag des Materials bei jeder Bearbeitung abweichen.
JP 2011-120 442 A beschreibt ein Verfahren zur Korrektur einer Montageabweichung zwischen einem Direktantriebsmotor mit Rotor und einem Encoder. Eine Abweichung eines Magnetpolpositions-Korrekturwerts wird abgeleitet. Ein Beispiel umfasst ein Steuern des Direktantriebsmotors, um den Drehzapfen auf eine vorbestimmte Winkelposition zu bringen, ein Vergleichen des dabei aufgetretenen Drehmoment-Sollwerts mit einem Schwellwert und ein Durchführen eines Verfahrens, um einen Magnetpolpositions-Korrekturwert zu bestimmen, für den der Drehmoment-Sollwert kleiner als der Schwellwert wird.
DE 112006002501 T5 beschreibt eine Anfangsmagnetpolermittlungsvorrichtung für einen synchronen Wechselstrommotor ohne Verwendung eines Magnetpoldetektors, wobei die Anfangsmagnetpolermittlungsvorrichtung umfasst: einen Schubkraft- oder Drehmomentmustererzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines Schubkraft- oder Drehmomentmusters; einen Polpositionsbefehlerzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines Polpositionsbefehls; einen Positionsdetektionsabschnitt zum Detektieren einer Position des synchronen Wechselstrommotors; einen Polpositionskorrekturabschnitt zum Korrigieren des Polpositionsbefehls; und einen Schubkraft- oder Drehmomentmusterkorrekturabschnitt zum Korrigieren des Schubkraft- oder Drehmomentmusters, worin der Polpositionsbefehl oder das Schubkraft- oder Drehmomentmuster wiederholt korrigiert werden, um eine Anfangspolposition zu ermitteln.
EP 1612920 A2 beschreibt einen Linearmotor mit einem Stator, bei dem zwei Arten von Magneten mit unterschiedlichem Oberflächenmagnetismus abwechselnd und mit einheitlichen Abständen entlang der Linearbewegungsrichtung angeordnet sind. Aufgrund von Montageabweichungen, Vibration, magnetischer Flussdichte und dergleichen ergeben sich für den Abstand eines Detektorkopfes von den Magneten des Stators unvermeidliche Abweichungen. Die Position des Stators bei Verwendung als magnetische Skala und mittels Laserlängenmessung gemessene Positionsdaten werden verglichen, um Korrekturdaten entsprechend der Position des Stators zu berechnen, und die berechneten Werte werden in einer Speichereinheit gespeichert, um für die Positionierung des Motors verwendet zu werden.
JP 2000-166 278 A beschreibt ein Verfahren zum Korrigieren einer Abweichung zwischen einer Magnetpolposition und einem Rotationspositions-Detektionswert eines Encoders für einen Rotor, welche Abweichung durch eine Montageabweichung des Encoders verursacht wird, und zum genauen Steuern einer Drehmomenterzeugung des Motors.
US 2010/0044144 A1 beschreibt eine Korrektur von Ausgabeinformation eines Polpositionssensors in einer zylindrischen Linearmotoreinrichtung.
JP H07-87 779 A betrifft die Detektion einer Anfangsposition eines Rotationsmotors.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein Steuerverfahren mit einer verminderten Schubreduktion über die gesamte Länge des Stators geschaffen wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors geschaffen, in welchem eine Positionsabweichung eines vorspringenden Pols eines Stators gemäß einer Laufposition eines Läufers korrigiert wird, und der Linearmotor wird auf Grundlage der korrigierten Position des vorspringenden Pols angetrieben und gesteuert. Der Stator wird so angeordnet, dass er sich in einer vorbestimmten Form erstreckt. Im allgemeinen wird der Stator in Form einer geraden Linie angeordnet, kann jedoch alternativ einen gekrümmten Abschnitt innerhalb einer horizontalen Ebene aufweisen, oder einen Abschnitt mit einer Neigung in der Aufwärts-Abwärts-Richtung. In dem Stator sind Ausnehmungen und Vorsprünge in einer Richtung ausgebildet, in der der Stator angeordnet ist, d.h. in der Erstreckungsrichtung. Der vorspringende Bereich der Ausnehmung und des Vorsprungs wird als vorspringender Pol bezeichnet. Der Läufer kann sich entlang der Erstreckungsrichtung des Stators bewegen. Ausnehmungen und Vorsprünge sind auf dem Läufer ausgebildet, die den Ausnehmungen und Vorsprüngen des Stators gegenüberliegen, und es sind Magnetpole ausgebildet. Beispielsweise wird der Magnetpol durch eine Spule gebildet, die um den vorspringenden Bereich des Läufers gewickelt ist, und ein Dauermagnet wird auf einer Oberfläche des vorspringenden Bereichs angeordnet. Wenn ein vorbestimmter elektrischer Strom in die Spule geleitet wird, wird ein Magnetfeld auf dem Läufer gebildet, das sich in der Erstreckungsrichtung des Stators bewegt. Der Läufer bewegt sich durch eine Wechselwirkung zwischen dem sich bewegenden magnetischen Feld und dem vorspringenden Pol des Stators. Alternativ kann der Magnetpol auf dem Stator ausgebildet sein, und der vorspringende Pol kann auf dem Läufer ausgebildet sein. Der Magnetpol und der vorspringende Pol werden nachfolgend gemeinsam als „Pol“ bezeichnet.
Die Position des Läufers in dem Linearmotor weist zwei Aspekte auf. Einer ist die Position hinsichtlich der Hin- und Herbewegung, bei der der Läufer das Antriebsziel entlang des Stators hin- und herfährt (läuft). Der andere ist die relative Position zwischen dem Magnetpol und dem vorspringenden Pol. Der Erstere entspricht einem mechanischen Winkel eines Rotationsmotors, und der Letztere entspricht einem elektrischen Winkel des Rotationsmotors. Im Folgenden wird die Position bezüglich der Hin- und Herbewegung entlang des Stators als „Laufposition“ bezeichnet, und die relative Position des Magnetpols und des vorspringenden Pols wird als „Polposition“ bezeichnet.
Wie zuvor beschrieben, muss der elektrische Strom in einer Phase entsprechend der Polposition des Läufers zugeleitet werden. Zu diesem Zweck wird ein Positionsdetektor zur Detektion der Laufposition des Läufers vorgesehen. Da sich die Polposition in einem bestimmten Intervall bezüglich der Veränderung der Laufposition des Läufers ändert, kann idealerweise die Polposition des Läufers leicht aufgrund einer Messung der Laufposition des Läufers berechnet werden. Der Positionsdetektor umfasst beispielsweise einen Maßstab, der entlang des Stators angeordnet ist, und einen Messkopf, der zur gemeinsamen Bewegung mit dem Läufer vorgesehen ist. Wenn die Position des Stators, insbesondere die Position des vorspringenden Pols, bezüglich des Maßstabs abweicht, tritt eine Abweichung zwischen der Laufposition des Läufers, die durch den Positionsdetektor gemessen wird, und der Position des Läufers (Position des Magnetpols) bezüglich der tatsächlichen Position des Stators auf (Position des vorspringenden Pols). Mit anderen Worten, eine Abweichung tritt in der Beziehung zwischen der Laufposition des Läufers und der Polposition auf. In der vorliegenden Erfindung wird zuvor ein Korrekturwert zur Korrektur der Abweichung für jede aus der Mehrzahl der Positionen in der Erstreckungsrichtung des Stators ermittelt und gespeichert, so dass die Polposition des Läufers, die durch die gemessene Laufposition des Läufers bestimmt wird, korrigiert wird und elektrischer Strom auf Grundlage der Phase des Läufers zugeführt wird, welche näher an der Realität liegt.
Im Folgenden wird eine spezifische Form des Verfahrens zur Steuerung eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird eine Laufposition des Läufers entlang der Erstreckungsrichtung des Stators gemessen. Anschließend wird ein Polposition-Korrekturwert der gemessenen Laufposition des Läufers abgeleitet, auf Grundlage eines Polposition-Korrekturwertes zur Korrektur der Abweichung der Polposition des Stators in der Erstreckungsrichtung des Stators, der entsprechend der Laufposition in der Erstreckungsrichtung des Stators vorgespeichert ist. Eine Polposition des Läufers wird auf Grundlage der detektierten Laufposition des Läufers und des abgeleiteten Polposition-Korrekturwerts berechnet. Elektrischer Strom wird in eine Spule in dem Stator oder in dem Läufer auf Grundlage der berechneten relativen Position des Pols eingeleitet, und der Linearmotor wird angetrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Stator gebildet durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten in der Erstreckungsrichtung des Stators, und zumindest ein Polposition-Korrekturwert wird für jedes Statorsegment vorgespeichert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Mehrzahl von Statorsegmenten aus Segmenten, die körperlich unterteilt sind. Alternativ kann das Statorsegment ein gedachtes Statorsegment sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Ausnehmungs- und Vorsprungsform des Stators durch mehrfaches Stanzen mittels einer Stanze aus einem einzigen Material gebildet werden. Nach dem ersten Stanzen durch die Stanze wird das Material relativ zur Stanze um einen bestimmten Weg entsprechend der Größe der Stanze bewegt, und ein zweiter Bearbeitungsvorgang wird ausgeführt. Diese Vorgänge werden wiederholt, um einen Stator großer Länge zu bilden. Der Bereich, der durch eine einzige Stanzung gebildet wird, stellt das gedachte Statorsegment dar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden als Polposition-Korrekturwerte Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, wird als ein Wert gleich dem Polposition-Korrekturwert an einem Ende des Abschnitts abgeleitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden als Polposition-Korrekturwerte Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, wird als ein Durchschnittswert der Polposition-Korrekturwerte an beiden Enden dieses Abschnitts abgeleitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden als Polposition-Korrekturwerte Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, wird als ein Wert abgeleitet, der erhalten wird durch lineare Interpolation der Polpositon-Korrekturwerte an beiden Enden dieses Abschnitts.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Berechnung einer Polposition eines Läufers geschaffen, welche eine Position eines Magnetpols des Läufers bezüglich eines vorspringenden Pols des Stators eines Linearmotors ist, bei welchem Polposition-Korrekturwerte zur Korrektur einer Positionsabweichung des vorspringenden Pols des Stators in einer Erstreckungsrichtung des Stators zunächst an einer Mehrzahl von Positionen entlang der Erstreckungsrichtung des Stators ermittelt werden und die ermittelten Werte entsprechend der Position entlang der Erstreckungsrichtung des Stators gespeichert werden. Anschließend wird während eines Betriebs des Linearmotors eine Laufposition des Läufers in der Erstreckungsrichtung des Stators detektiert. Ferner wird der Polposition-Korrekturwert entsprechend der detektierten Laufposition ausgelesen, und ein Polposition-Korrekturwert an der ermittelten Laufposition wird berechnet. Die Polposition des Läufers wird berechnet auf Grundlage der ermittelten Laufposition und des berechneten Polposition-Korrekturwerts.
Der Stator weist einen Aufbau auf, bei welchem eine Mehrzahl von Statorsegmenten entlang der Erstreckungsrichtung des Stators angeordnet sind, und zumindest ein Polposition-Korrekturwert wird für jedes Statorsegment ermittelt und gespeichert. Die Mehrzahl von Statorsegmenten kann aus Segmenten bestehen, die körperlich unterteilt sind, oder es kann sich um gedachte Statorsegmente handeln.
Vorteilhafte Wirkungen
Durch Verwendung des Polposition-Korrekturwerts entsprechend der Laufposition des Läufers kann eine Schubreduktion aufgrund der positionellen Abweichung des Stators unterbunden werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Steuereinrichtung eines Linearmotors zeigt.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Stromphasenwinkel und einem Schub in einen Linearmotor.
3 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung des Aufbaus einer Motorsteuerungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Linearmotors mit einem Stator, der durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten gebildet wird.
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einem Polposition-Korrekturwert und einem Schubbefehlswert gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Ermittlung eines Polposition-Korrekturwerts zum Antrieb eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
7A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Laufposition und einem Polposition-Korrekturwert darstellt.
7B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der Laufposition und dem Polposition-Korrekturwert darstellt.
7C ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der Laufposition und dem Polposition-Korrekturwert darstellt.
8 ist ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Beispiels eines Linearmotors, in welchem Statorsegmente angeordnet sind.
9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Interpolationsverfahrens eines Polposition-Korrekturwerts in einem Abschnitt zwischen Laufpositionen, für welche Polposition-Korrekturwerte ermittelt werden.
10 ist ein Diagramm, das ein weiteres beispielhaftes Interpolationsverfahren für den Polposition-Korrekturwert in dem Abschnitt zwischen Laufpositionen darstellt, für welche die Polposition-Korrekturwerte ermittelt werden.
11 ist ein Diagramm, das noch ein weiteres beispielhaftes Interpolationsverfahren der Polposition-Korrekturwerte in den Abschnitt zwischen Laufpositionen darstellt, für welche die Polposition-Korrekturwerte ermittelt werden.
12 ist ein Diagramm zur Darstellung eines beispielhaften Interpolationsverfahrens innerhalb eines Bereichs von Statorsegmenten, wenn ein Polposition-Korrekturwert für jedes Statorsegment ermittelt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau einer Motorsteuereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Ermittlung eines Polposition-Korrekturwerts eines linearen Motors zum Antrieb zeigt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 9 bis 12 sind Diagramme, die Interpolationsverfahren der Polposition-Korrekturwerte des Motors gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Gemäß 3 umfasst die Motorsteuereinrichtung eine Steuerung 40 mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 42, einen Speicher 44 und eine Positionsbefehl-Festlegungseinheit. Die zentrale Verarbeitungseinheit 42 hat eine Funktion, ein Polposition-Korrekturprogramm aus dem Speicher 44 auszulesen und das Programm auszuführen. Der Speicher 44 umfasst ein ROM, welches das Polposition-Korrekturprogramm vorspeichert, ein RAM, welches die Detektionsdaten oder dergleichen in wiederbeschreibbarer Weise speichert, etc. Die Positionsbefehls-Festlegungseinheit 46 umfasst eine Funktion zur Festlegung eines Positionsbefehls X, welches der Positionsbefehl des Läufers des Linearmotors ist, welche Festlegung automatisch oder gemäß einer manuellen Operation durch eine Bedienungsperson erfolgt, um den Positionsbefehl X an den Proportionalverstärker 21 weiterzugeben. Die Positionsbefehl-Festlegungseinheit 46 kann eine Eingabeeinheit wie etwa einen Schalter, eine Tastatur, eine Wählvorrichtung oder dergleichen, zur manuellen Bedienung umfassen. Die anderen Teile der Motorsteuereinrichtung sind vergleichbar mit der Motorsteuereinrichtung aus 1 und sind somit mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und sollen nicht weiter beschrieben werden.
Wie weiter oben beschrieben, muss der elektrische Strom, der dem Läufer des Linearmotors zugeleitet wird, in einem Phasenwinkel entsprechend der Position des Magnetpols bezüglich des vorspringenden Pols zugeleitet werden (Polposition). Zu diesem Zweck ist ein Positionsdetektor zur Ermittlung der Laufposition des Läufers vorgesehen. Der Positionsdetektor umfasst beispielsweise einen Maßstab, der entlang des Stators angeordnet ist, und einen Detektionskopf, der dazu vorgesehen ist, sich einteilig mit dem Läufer zu bewegen. Eine Ortsbeziehung zwischen einem Ursprung der Detektion des Positionsdetektors und der Position des Magnetpols des Läufers wird durch die Montageposition des Detektionskopfs bezüglich des Läufers ermittelt, doch diese Position beinhaltet einen Fehler. Zur Korrektur dieses Fehlers ist eine Anordnung vorgesehen, in der ein Offset-Wert eines elektrischen Winkels bestimmt werden kann. Durch Bestimmung des elektrischen Winkel-Offsetwerts, der in dem Speicher 44 vorgespeichert ist, kann der Fehler korrigiert werden, und die Beziehung zwischen dem Ursprung der Detektion des Positionsdetektors und der Position des Magnetpols des Läufers kann als konstant festgelegt werden, ohne dass sie durch Faktoren wie etwa den Montagefehler des Detektionskopfs beeinflusst wird. Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Positionsabweichung des vorspringenden Pols des Stators und des Maßstabs unter Verwendung des Polposition-Korrekturwerts korrigiert. Durch Addition des Polposition-Korrekturwerts zu dem elektrischen Winkel-Offsetwert können die Position des Magnetpols des Läufers bezüglich des Maßstabs des Positionsdetektors und die Position des Magnetpols des Läufers bezüglich des vorspringenden Pols des Stators angepasst werden.
4 ist ein Diagramm, das den Aufbau wichtiger Teile eines Linearmotors 11 darstellt. Ein Stator 100 ist vorgesehen, der sich entlang einer Länge L erstreckt. Statoren 100a und 100b, die ein Paar bilden, sind parallel zueinander angeordnet. Jeder der Statoren 100a und 100b hat eine Bandform, wobei eine Ausnehmungs- und Vorsprungsform auf einer Seite ausgebildet ist, und die Seiten mit der Ausnehmungs- und Vorsprungsform sind einander gegenüberliegend angeordnet. Ein Läufer 101 ist zwischen den zwei Statoren 100a und 100b angeordnet und bewegt sich in der Erstreckungsrichtung des Stators 100.
Der Aufbau der Statoren 100a und 100b wird im Folgenden beschrieben. Im Folgenden wird lediglich einer der Statoren beschrieben, nämlich der Stator 100a, und auf eine Beschreibung des anderen Stators 100b wird verzichtet. Der Stator 100a wird gebildet durch Anordnung von drei Statorsegmenten 102A, 102B und 102C entlang der Erstreckungsrichtung des Stators, welche körperlich voneinander getrennt sind. Wenn ein einzelnes Statorsegment nicht unterschieden werden muss, werden die Bezugsbuchstaben „A“, „B“ und „C“ weggelassen, und das Statorsegment wird durch die Bezugsziffer „102“ beschrieben. Eine Länge von jedem der drei Statorsegmente beträgt L0 (= L/3). Alternativ kann die Anzahl von Statorsegmenten, die einen Stator bilden, sich von 3 unterscheiden. Weiter alternativ können sich die Längen der Mehrzahl der Statorsegmente voneinander unterscheiden.
Wenn der Stator durch Anordnung einer Mehrzahl einzelner Statorsegmente 102 gebildet wird, kann der Betrag der Abweichung zwischen der Läuferposition und der Polposition sich für jedes Statorsegment unterscheiden, abhängig von der Größengenauigkeit eines einzelnen Statorsegments, der Montagepräzision, mit der Statorsegment befestigt ist, und so weiter.
Die Statoren 100a und 100b werden hergestellt durch Bilden der Ausnehmungen und Vorsprünge durch mehrfaches Stanzen eines bandförmigen Materials (beispielsweise eines elektromagnetischen Stahlblechs) mit einer Länge L durch eine Stanze. Der Stator wird gebildet durch Schichten der gestanzten elektromagnetischen Stahlbleche. Die Stanze wird derart hergestellt, dass ein Bereich der Länge L0 hergestellt werden kann. Bei der Herstellung des Stators wird zunächst ein Bereich des bandförmigen Materials mit der Länge L entsprechend der Position des Statorsegments 102A am linken Ende in 4 durch die Stanze gestanzt. Anschließend wird das Material bezüglich der Stanze nach links um die Länge L0 bewegt (alternativ kann das Material festgehalten werden und die Stanze kann nach rechts bewegt werden), und das Stanzen wird an einer Position des Statorsegments 102B durchgeführt. Diese Vorgänge werden zur Bildung der Ausnehmungs- und Vorsprungsform über die gesamte Länge des Materials mit der Länge L wiederholt. Der Bereich, der in einer Stanzung gebildet wird, kann als das Statorsegment betrachtet werden.
In dem Stator, der durch Bewegen des Materials und mehrfaches Stanzen gebildet wird, kann der Betrag der Abweichung zwischen der Läuferposition und der Polposition für jedes Statorsegment aufgrund der Genauigkeit des Materials oder dergleichen abweichen.
Eine Beziehung zwischen einem Schubbefehlswert und einem Polposition-Korrekturwert, die zur Ermittlung des Polposition-Korrekturwerts in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, wird im Folgenden beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das einen Schubbefehlswert F* zeigt, wenn sich der Polposition-Korrekturwert ändert. Gemäß 5 ist der Schubbefehlswert minimal, wenn der Polposition-Korrekturwert der optimale Korrekturwert gemäß 5 ist, und der Schubbefehl wächst an, wenn der Polposition-Korrekturwert von dem optimalen Korrekturwert abweicht, da der Schub reduziert wird, der mit dem gleichen Strom erzeugt werden kann. Auf dieser Grundlage kann der optimale Polposition-Korrekturwert ermittelt werden durch Detektion der Größe des Schubbefehlswerts F*. Um diese Beziehung zu nutzen, muss der Linearmotor in einen konstanten Schubzustand versetzt werden.
Im Folgenden wird ein Einstellvorgang des Polposition-Korrekturverfahrens beschrieben. Das Polposition-Korrekturverfahren kann durch eine Softwaresteuerung durch die zentrale Verarbeitungseinheit 42 durchgeführt werden, die in der Steuerung 40 enthalten ist, oder alternativ kann ein Teil des Vorgangs durch ein Hardware-Element realisiert werden.
In 6 wird zunächst in Schritt S8 der Läufer 101 an einer vorbestimmten Laufposition dem ersten Statorsegment 102A gegenüberliegend positioniert. Anschließend wird in Schritt S9 der Läufer 101 fixiert. Die Methode der Fixierung kann eine Hemmung durch eine mechanische Bremse sein, eine Hemmung durch eine elektrische Bremse, eine Hemmung durch eine Einspannvorrichtung, oder dergleichen.
Als nächstes wird in Schritt S10 ein Positionsbefehl gesendet, um eine Position anzuweisen, die von der aktuellen Position beabstandet ist. D.h., der Positionsbefehl X, der durch die Positionsbefehl-Festlegungseinheit 46 automatisch oder durch eine manuelle Bedienung festgelegt wird, wird in den Proportionalverstärker 21 eingegeben. Bei diesem Vorgang wird der Linearmotor in den konstanten Schubzustand versetzt.
Andererseits werden in den Speicher 44 der Steuerung 40 der elektrische Winkel-Offsetwert zur Bezeichnung einer Phasendifferenz zwischen dem Detektionsursprung des Positionsdetektors 12 und der Polposition des Läufers und ein Polposition-Korrekturwert zur Korrektur des elektrischen Winkel-Offsetwerts vorgespeichert. Der Polposition-Korrekturwert ist so festgelegt, dass er manuell oder automatisch geändert werden kann.
Als nächstes wird in Schritt S12 der Schubbefehlswert F* des Linearmotors ermittelt, und in dem nachfolgenden Schritt S14 werden der Schubbefehlswert F* und ein vorgegebener Schwellenwert verglichen. Als Schwellenwert kann ein Wert verwendet werden, der in dem Speicher 44 entsprechend dem Positionsbefehl X vorgespeichert ist. Alternativ kann der Schwellenwert beispielsweise auf 5% bezüglich eines Minimalwerts des Schubbefehlswerts F* gemäß 5 festgelegt werden. Falls der Schubbefehlswert F* größer oder gleich dem Schwellwert ist, wird der Polposition-Korrekturwert in Schritt S16 geändert, und der Schwellenbefehlswert F* wird wieder ermittelt und mit dem Schwellenwert in den Schritten S12 und S14 verglichen. Diese Operationen werden wiederholt, bis der Schubbefehlswert F* kleiner ist als der Schwellenwert.
Falls in Schritt S18 ein Polposition-Korrekturwert aufgefunden wird, der den Schubbefehlswert F* auf einen Wert kleiner als der Schwellwert festlegt, werden der Polposition-Korrekturwert und eine Detektionsposition des Positionsdetektors in den Speicher 44 als der Polposition-Korrekturwert und die Detektionsposition des ersten Statorsegments 102A gespeichert.
Die Schritte aus S8 bis S19 können einmalig ausgeführt werden, nachdem der Linearmotor und der Positionsdetektor auf dem Maschinenwerkzeug oder dergleichen montiert werden und bevor der Linearmotor angetrieben wird. Später werden diese Schritte ausgeführt, wenn die relative Position zwischen dem Linearmotor und dem Positionsdetektor verändert wird, etwa wenn der Linearmotor oder der Positionsdetektor ausgetauscht oder entnommen und wieder eingesetzt werden.
Als nächstes wird in Schritt S19 bestimmt, ob die Polposition-Korrekturwerte für die gesamte Laufstrecke des Stators gespeichert sind oder nicht, und falls die Polposition-Korrekturwerte nicht für die gesamte Laufstrecke gespeichert sind, werden die Schritte S8 bis S18 wiederholt. D.h., der Läufer 101 wird um die Länge L0 des Statorsegments bewegt und an einer Laufposition positioniert, die dem zweiten Statorsegment 102B gegenüberliegt, die Vorgänge der Schritte S9 und der nachfolgenden Schritte werden ausgeführt, und der Polposition-Korrekturwert und die Detektionsposition des zweiten Statorsegments 102B werden in dem Speicher 44 gespeichert. In einem vergleichbaren Vorgang werden der Polposition-Korrekturwert und die Detektionsposition des dritten Statorsegments 102C in dem Speicher 44 gespeichert.
Die Schritte S8 bis S18 werden für die gesamte Laufstrecke wiederholt, und die Detektionsposition des Positionsdetektors (oder des Läufers), d.h., die Laufposition und der Polposition-Korrekturwert an dieser Position werden in dem Speicher 44 für die gesamte Laufstrecke gespeichert. 7A zeigt eine Beziehung zwischen der Laufposition und dem Polposition-Korrekturwert.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung wird der Läufer 101 über die Länge L0 des Statorsegments bewegt, da es erwünscht ist, dass sich die Detektionsposition an jedem Statorsegment so weit wie möglich an der gleichen Stelle befindet, doch es ist lediglich erforderlich, dass der Positionskorrekturwert und die Detektionsposition für jedes Statorsegment bestimmt werden können, und der Läufer muss nicht notwendigerweise um die Länge L0 bewegt werden. Ferner ist die Anzahl von Stellen für den Positionskorrekturwert und die so bestimmende Detektionsposition nicht auf eine Stelle für jedes Statorsegment beschränkt, und alternativ kann eine Mehrzahl von Stellen vorgesehen sein. Alternativ kann die Anzahl der Detektionspositionen für jedes Statorsegment geändert werden. 7B zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung.
Da jedes Statorsegment durch die gleiche Stanze gestanzt wird, müssen darüber hinaus in dem Fall, in welchem festgestellt wird, dass die Abweichungen in der Länge des Statorsegments klein sind und der Montagefehler für jedes Statorsegment klein ist, der Positionskorrekturwert und die Detektionsposition nicht notwendigerweise für alle Statorsegmente festgestellt werden. In diesem Fall können die Positionskorrekturwerte und die Detektionspositionen für die Statorsegmente an beiden Enden festgestellt werden. 7C zeigt ein Beispiel für eine solche Anordnung.
8 zeigt einen anderen beispielhaften Aufbau des Stators. In zwei Statoren 110a und 110b sind Statorsegmente, die jeweils zu den zwei Statoren gehören, mit einer Verschiebung von 1/2 eines Abstandsmaßes voneinander bezüglich des Abstandsmaßes des Statorsegments 112 angeordnet. Der Stator 110a wird durch Anordnung von Statorsegmenten 112A, 112B und 112C gebildet. Der Stator 110b wird gebildet durch Anordnung von Statorsegmenten 112A', 112B', 112C' und 112D'. Wie in 8 dargestellt ist, wird die Grenze der Statorsegmente um 1/2 des Abstandsmaßes zwischen den zwei Statoren 110a und 110b verschoben.
In diesem Fall wird ein gedachtes Statorsegment betrachtet, welches an der Grenze der Statorsegmente 112 der zwei Statoren 110a und 110b geteilt ist. Genauer gesagt, das Statorsegment 112a wird so betrachtet, dass es durch zwei gedachte Statorsegmente 112A-1 und 112A-2 gebildet wird. In gleicher Weise werden die Statorsegmente 112B und 112C so betrachtet, dass sie jeweils durch gedachte Statorsegmente 112B-1, 112B-2, 112C-1 und 112C-2 gebildet werden. Der Stator 110 wird so betrachtet, dass er durch Anordnung von sechs Statorsegmenten 112A-1, 112A-2, 112B-1, 112B-2, 112C-1 und 112C-2 gebildet wird, und Positionskorrekturwerte entsprechend den sechs Statorsegmenten können auf eine Weise ähnlich wie im Fall des Stators 100 in 4 bestimmt werden.
Anhand von 6 wird mit der Beschreibung des Verfahrensablaufs fortgefahren. Im Folgenden werden die Schritte der Korrektur des elektrischen Winkel-Offsetwerts auf Grundlage der Laufposition, welches die in dem Speicher 44 gespeicherte Detektionsposition ist, und des Polposition-Korrekturwerts und der Steuerung des Motors beschrieben. In Schritt S20 ermittelt die Steuerung 40 eine Laufposition des Läufers 101, und in Schritt S21 ermittelt die Steuerung 40 einen Polposition-Korrekturwert δ für die aktuelle Laufposition.
Im Folgenden wird Schritt 21 im Einzelnen anhand von 9 beschrieben.
In 9 wird angenommen, dass die Beziehung zwischen der in dem Speicher 44 gespeicherten Laufposition und dem Polposition-Korrekturwert an der Laufposition diejenige ist, die in 7A gezeigt ist, d.h., der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition A wird als δ1 angenommen, der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition B wird als δ2 angenommen, und der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition C wird als δ3 angenommen. In diesem Fall wird der Polposition-Korrekturwert in Abhängigkeit von der Laufposition so geändert, dass der Polposition-Korrekturwert, der an einer Position zwischen den Laufpositionen A und B ist, gleich δ1 ist, der Polposition-Korrekturwert an einer Position zwischen den Laufpositionen B und C gleich δ2 ist, und so weiter. In diesem Verfahren wird der Polposition-Korrekturwert in Abhängigkeit davon bestimmt, wo die detektierte aktuelle Laufposition des Läufers 101 unter den in dem Speicher 44 gespeicherten Laufpositionen angeordnet ist.
In Schritt S22 wird der elektrische Winkel-Offsetwert unter Verwendung des in Schritt S21 bestimmten Polposition-Korrekturwerts korrigiert, d.h., der Polposition-Korrekturwert wird zu dem ursprünglichen Winkel-Offsetwert addiert, und in Schritt S23 wird der elektrische Winkel-Offsetwert, zu welchem der Polposition-Korrekturwert addiert worden ist, von der Steuerung 40 in den Stromverteiler 23 eingegeben und zur Motorsteuerung verwendet.
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schubreduktion aufgrund des Längengrößenfehlers des Stators am Laufwegsende und des Montagefehlers reduziert werden. Die Schubreduktion zwischen den Laufpositionen kann ferner reduziert werden durch Verengung des Detektionszwischenraums des Polposition-Korrekturwerts.
10 ist ein Diagramm für ein beispielhaftes Interpolationsverfahren in einem Abschnitt zwischen Laufpositionen, wenn die Polposition-Korrekturwerte an Laufpositionen ermittelt werden, die voneinander beabstandet sind. In dem Interpolationsverfahren gemäß 10 kann der Optimalwert des Polposition-Korrekturwerts genauer bestimmt werden als mit dem Verfahren aus 9.
Das Interpolationsverfahren des Polposition-Korrekturwerts in 10 unterscheidet sich von demjenigen in 9 dadurch, dass ein Durchschnittswert benachbarter Korrekturwerte als Polposition-Korrekturwert verwendet wird, der in einem Abschnitt zwischen vorbestimmten Laufpositionen verwendet wird. Dieses Verfahren wird genauer anhand von 10 beschrieben.
Gemäß 10 wird der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition A, die in dem Speicher 44 gespeichert ist, als δ1 angenommen, der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition B wird als δ2 angenommen, und der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition C wird als δ3 angenommen. In diesem Fall wird der für die Laufposition verwendete Polposition-Korrekturwert berechnet durch Ermittlung eines Durchschnittswerts benachbarter Korrekturwerte und wird entsprechend der Laufposition derart geändert, dass der Polposition-Korrekturwert, der in dem Abschnitt zwischen Laufpositionen A und B verwendet wird, ein Durchschnittswert aus δ1 und δ2 ist, der Polposition-Korrekturwert, der in einem Abschnitt zwischen den Laufpositionen B und C verwendet wird, gleich einem Durchschnittswert aus δ2 und δ3 ist, und so weiter. In diesem Verfahren wird ermittelt, wo die ermittelte aktuelle Laufposition des Läufers 101 unter den in den Speicher 44 gespeicherten Laufpositionen angeordnet ist, und der Polposition-Korrekturwert wird auf Grundlage der Polposition-Korrekturwerte der Laufposition und einer benachbarten Laufposition ermittelt. Der elektrische Winkel-Offsetwert, der durch dieses Polposition-Korrekturwert korrigiert worden ist, wird von der Steuerung 40 in den Stromverteiler 23 eingegeben und zur Motorsteuerung verwendet.
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schubreduktion aufgrund des Längengrößenfehlers des Stators an dem Laufwegsende und des Montagefehlers reduziert werden. Die Schubreduktion zwischen Laufpositionen kann ferner durch Verengung des Detektionszwischenraums der Polposition-Korrekturwerte reduziert werden.
11 ist ein Diagramm, das ein weiteres beispielhaftes Interpolationsverfahren für einen Abschnitt zwischen Laufpositionen zeigt, bei welchem die Polposition-Korrekturwerte an voneinander beabstandeten Laufpositionen ermittelt werden. In dem Verfahren gemäß 11 kann der Optimalwert der Polposition-Korrekturwerte im Vergleich zu dem Verfahren aus 9 genauer bestimmt werden. Das Interpolationsverfahren gemäß 11 unterscheidet sich von dem Verfahren aus 9 darin, dass ein linearer Interpolationswert zwischen benachbarten Korrekturwerten als Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen vorbestimmten Laufpositionen verwendet wird. Dieses Verfahren wird genauer anhand von 11 beschrieben.
In 11 wird der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition A, die in dem Speicher 44 gespeichert ist, als δ1 angenommen, der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition B wird als δ2 angenommen, und der Polposition-Korrekturwert an der Laufposition C wird als δ3 angenommen. In diesem Fall wird der Polposition-Korrekturwert, der an einer Laufposition verwendet wird, entsprechend der Laufposition durch Berechnung eines Wertes verändert, der linear zwischen benachbarten Korrekturwerten interpoliert wird, so dass der Polposition-Korrekturwert, der in dem Abschnitt zwischen den Laufpositionen A und B verwendet wird, ein Wert ist, der durch lineare Interpolation zwischen δ1 und δ2 ermittelt wird, der Polposition-Korrekturwert, der in dem Abschnitt zwischen den Laufpositionen B und C verwendet wird, ein Wert ist, der durch lineare Interpolation zwischen δ2 und δ3 ermittelt wird, und so weiter. In diesem Verfahren wird ermittelt, wo die ermittelte aktuelle Laufposition des Läufers 101 zwischen den in dem Speicher 44 gespeicherten Laufpositionen angeordnet ist, und der Polposition-Korrekturwert wird aus einem Wert bestimmt, der die Polposition-Korrekturwerte zwischen benachbarten Laufpositionen linear interpoliert. Ein elektrischer Winkel-Offsetwert, der um diesen Polposition-Korrekturwert korrigiert ist, wird von der Steuerung 40 in den Stromverteiler 23 eingegeben und zur Motorsteuerung verwendet.
Wie zuvor beschrieben, kann auch gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schubreduktion aufgrund des Längengrößenfehlers des Stators an dem Statorende und des Montagefehlers reduziert werden. Die Schubreduktion zwischen den Laufpositionen kann ferner reduziert werden durch Verengung der Detektionszwischenräume des Polposition-Korrekturwerts.
In den Interpolationsverfahren, die in den 9 bis 11 dargestellt sind, kann dann, wenn der Stator des Linearmotors durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten entsprechend der vorbestimmten Lauflänge die Schubreduktion aufgrund des Längengrößenfehlers jedes Stators an dem Laufwegsende und des Montagefehlers reduziert werden. In diesem Fall ist es erwünscht, den Polposition-Korrekturwert an zumindest einer Stelle für jedes Statorsegment zu messen. Für den Polposition-Korrekturwert, der an einem bestimmten Statorsegment ermittelt wird, ist es möglich, eine Anordnung zu verwenden, in welcher der gleiche Wert wie der ermittelte Polposition-Korrekturwert innerhalb des Bereichs des Statorsegments verwendet wird, und der Wert wird nicht für die anderen Statorsegmente verwendet.
Zusätzlich zu den in den 9 bis 11 gezeigten Interpolationsverfahren existiert auch ein Interpolationsverfahren gemäß 12. Gemäß 12 ist ein Diagramm zur Darstellung eines beispielhaften Interpolationsverfahrens innerhalb eines Bereichs von Statorsegmenten, falls ein Polposition-Korrekturwert für jedes Statorsegment ermittelt wird. Gemäß 12 wird der Polposition-Korrekturwert an dem Statorsegment A als δ1 angenommen, der Polposition-Korrekturwert an dem Statorsegment B wird als δ2 angenommen, und der Polposition-Korrekturwert an dem Statorsegment C wird als δ3 angenommen. In diesem Fall wird der Polposition-Korrekturwert entsprechend dem Statorsegment derart geändert, dass der Polposition-Korrekturwert, der in dem Bereich des Statorsegments A verwendet wird, gleich δ1, der Polposition-Korrekturwert, der in dem Bereich des Statorsegments B verwendet wird, gleich δ2 ist, und so weiter. Ein elektrischer Winkel-Offsetwert, der um diesen Korrekturwert korrigiert ist, wird von der Steuerung 40 in den Stromverteiler 23 eingegeben und zur Motorsteuerung verwendet.
Wenn eine Mehrzahl von Polposition-Korrekturwerten für jedes Statorsegment ermittelt wird, können die Interpolationsverfahren aus den 10 und 11 für jedes Statorsegment zur Vermeidung der Schubreduktion innerhalb des Bereichs jedes Statorsegments angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise die Schubreduktion des Linearmotors reduzieren, wenn eine Anzahl von Läufern in der Erstreckungsrichtung des Stators, d.h. in der Laufrichtung angeordnet sind.
Genauer gesagt, wenn eine Mehrzahl von Läufern angeordnet wird, existiert ein Fall, in welchem die gleichen Polposition-Korrekturwerte für alle Läufer bezeichnet werden, ein Fall, in welchem die Läufer in eine Anzahl von Gruppen unterteilt werden und unterschiedliche Polposition-Korrekturwerte den unterschiedlichen Gruppen zugeordnet werden, und ein Fall, in welchem unterschiedliche Polposition-Korrekturwerte für alle Läufer zugeordnet werden. Wenn die gleichen Polposition-Korrekturwerte für alle Läufer bestimmt werden, da die Läufer in einem Abstand in der Erstreckungsrichtung des Stators voneinander platziert sind, ist der optimale Polposition-Korrekturwert für unterschiedliche Läufer unterschiedlich, und der Schub wird für die Läufer reduziert, für welche die Polposition-Korrekturwerte von dem Optimalwert abweichen. Daher werden gewöhnlich die Läufer in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt, und unterschiedliche Polposition-Korrekturwerte werden unterschiedlichen Gruppen zugeordnet, oder unterschiedliche Polposition-Korrekturwerte werden allen Läufern zugeordnet. Falls unterschiedliche Polposition-Korrekturwerte auf diese Weise zugeordnet werden, muss die Motorsteuerung 50 aus 3 individuell für jeden Polposition-Korrekturwert vorgesehen sein. Falls die Motorsteuerung beispielsweise in eine Antriebsvorrichtung für einen Motor eingebaut ist (nicht dargestellt), sind die Antriebsvorrichtungen in einer Anzahl entsprechend der Anzahl der Gruppen der Läufer oder der Anzahl der Läufer vorgesehen. In diesem Fall kann der Positionsdetektor 12 aus 3 gemeinsam für andere Läufer verwendet werden. Auf dieser Grundlage kann auch dann ein Vorteil gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wenn eine Mehrzahl von Läufern verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors (11) mit einem Stator (100a, 100b; 110a, 110b), der gebildet wird durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) in sich erstreckender Weise, und einem Läufer (101), der sich entlang des Stators bewegt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Speichern (S18) zumindest eines Polposition-Korrekturwertes in Entsprechung zu jedem der Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C), wobei der gespeicherte Polposition-Korrekturwert ein Wert zur Korrektur einer Positionsabweichung eines vorspringenden Pols des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) entlang einer Erstreckungsrichtung des Stators ist, - Ermittlung (S20) einer Laufposition des Läufers (101), der sich in der Erstreckungsrichtung des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) bewegt, - Ableitung (S21) eines Polposition-Korrekturwerts an der ermittelten Laufposition des Läufers (101) auf Grundlage eines entsprechenden gespeicherten Polposition-Korrekturwerts - Berechnung einer Polposition des Läufers (101), welche eine relative Position des Pols des Läufers in Bezug auf den vorspringenden Pol des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) ist, auf Grundlage der ermittelten Laufposition des Läufers und des abgeleiteten Polposition-Korrekturwerts; und - Zuführung elektrischer Energie zu einer Spule in dem Stator (100a, 100b; 110a, 110b) oder in dem Läufer (101) auf Grundlage der berechneten Polposition des Läufers, und Antreiben des Linearmotors (11).
Verfahren zur Steuerung des Linearmotors gemäß Anspruch 1, bei welchem die Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) aus voneinander getrennten Elementen gebildet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors gemäß Anspruch 1, bei welchem die Statorsegmente aus der Mehrzahl (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) jeweils ein Bereich sind, der durch einen einzigen Ausstanzvorgang eines einzigen Materials gebildet wird, das schrittweise in der Erstreckungsrichtung des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) bezüglich eines Stanzwerkzeugs verschoben wird und mehrfach gestanzt wird.
Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Polposition-Korrekturwerte Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert werden, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, als ein Wert gleich dem gespeicherten Polposition-Korrekturwert an einem Ende des Abschnitts abgeleitet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Polposition-Korrekturwerte Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert werden, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, als ein Durchschnittswert der gespeicherten Polposition-Korrekturwerte an beiden Enden dieses Abschnitts abgeleitet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Polposition-Korrekturwert Werte an voneinander beabstandeten Laufpositionen gespeichert werden, und ein Polposition-Korrekturwert für einen Abschnitt zwischen den Laufpositionen, für welche die Werte gespeichert werden, als ein Wert abgeleitet wird, der erhalten wird durch lineare Interpolation der gespeicherten Polposition-Korrekturwerte an beiden Enden dieses Abschnitts.
Verfahren zur Berechnung einer Polposition des Läufers in einem Linearmotor (11) mit einem Stator (100a, 100b; 110a, 110b), der gebildet wird durch Anordnung einer Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) in sich erstreckender Weise, und einem Läufer (101), der sich entlang des Stators bewegt, welche Polposition eine relative Position eines Pols des Läufers bezüglich eines vorspringenden Pols des Stators ist, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Ermittlung, für jedes der Mehrzahl von Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C), von wenigstens einem Polposition-Korrekturwert zur Korrektur einer Positionsabweichung des vorspringenden Pols des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) entlang der Erstreckungsrichtung des Stators, und Speicherung (S18) der Polposition-Korrekturwerte in Entsprechung zu den jeweiligen Statorsegmenten (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C); - Ermittlung einer Laufposition des Läufers (101), der sich entlang der Erstreckungsrichtung des Stators (100a, 100b; 1 10a, 110b) bewegt; - Auslesen eines gespeicherten Polposition-Korrekturwerts entsprechend der ermittelten Laufposition des Läufers (101), und Berechnung (S21) eines Polposition-Korrekturwerts an der ermittelten Laufposition des Läufers; und - Berechnung der Polposition des Läufers (101) auf Grundlage der ermittelten Laufposition des Läufers und des berechneten Polposition-Korrekturwerts.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem die Statorsegmente aus der Mehrzahl (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) voneinander getrennte Elemente sind.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem die Statorsegmente der Mehrzahl (102A, 102B, 102C; 112A, 112B, 112C) jeweils ein Bereich sind, der gebildet wird durch einen einzigen Stanzvorgang, bei welchem ein einziges Material schrittweise entlang der Erstreckungsrichtung des Stators (100a, 100b; 110a, 110b) bezüglich eines Stanzwerkzeugs verschoben wird und mehrfach gestanzt wird.