JP2006262639A - リニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータのスケール部材に設ける被検出部を削減し、高精度な位置決めが必要な領域（高精度領域）以外の領域（低精度領域）であっても低い精度ではあるが適切な位置に可動子を停止させることが可能なリニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法を提供する。
【解決手段】固定子の長手方向に対して平行に設けたスケール部材と可動子に設けた検出手段とで構成され、固定子に対して可動子を所定位置に停止させるリニアモータの位置決め装置である。スケール部材には、検出手段にて検出可能な複数の被検出部が、固定子の長手方向に沿って一方の端部から他方の端部に設けられ、高精度な位置決め精度を必要とする高精度領域では隣り合う被検出部の間隔が要求精度に応じて狭く設定されており、高精度領域よりも低い精度でよい低精度領域では隣り合う被検出部の間隔が高精度領域よりも広く設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータにおいて、固定子に対する可動子の位置を制御するリニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法に関する。

従来、産業用ロボット等、種々の装置にリニアモータが利用されている。軌道に沿って直線移動させる場合、回転するモータの回転運動をギア等を用いて直線運動に変換するより、リニアモータで直線運動させるほうが効率や精度等のメリットが得られる場合がある。
図３に示すように、従来のリニアモータ２では、制御手段３０からの制御信号に基づいて、軌道となる固定子１０に沿って可動子２０をスライドさせて、固定子１０に対して可動子２０を所定の位置に停止させるが、固定子１０に対する可動子２０の位置を検出するために一般的にはスケール部材５０と検出手段４０とを用いる。なおＷはワークを示している。
スケール部材５０は固定子１０の長手方向に対して平行に設けられ、検出手段４０は可動子２０に設けられている。そしてスケール部材５０には、検出手段４０にて検出可能な被検出部５１が長手方向に沿って、目盛りのように複数設けられている。この被検出部は、要求される位置決め精度に応じて、例えば数マイクロ［ｍ］間隔（図３中では間隔ａ）で設けられている。このため、スケール部材５０の製造には、比較的長期間を有するとともに、費用も高い。
そこで特許文献１に記載の従来技術では、可動子のストロークが異常に長く、長尺の固定子を備えたリニアモータを用いて、固定子の両端部を位置決め領域、固定子の両端部を除く領域を通過するだけの走行領域として、位置決め領域の両端部にのみスケール部材に被検出部を設けている。そして走行領域では被検出部を用いずにセンサレスベクトル制御を行って停止させることなく通過させる、リニアモータの位置決め装置が提案されている。
特開２００４−２３９３６号公報

特許文献１に記載の従来技術では、数１０［ｍ］もの長い距離を構成するために、その距離よりも短い固定子を継ぎ足す構造にしているため、固定子の両端に被検出部が必要である。そして固定子の両端に被検出部を設け、両端部を除いた中央周辺の走行領域では可動子を停止することなく通過させている。
しかし、１本の固定子で構成できる装置の場合、固定子の両端に被検出部を必要としない場合がある。また固定子に対して可動子の停止位置を高精度にする必要がある領域と、固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる必要があるが高い精度を必要としない領域とを有する場合がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、リニアモータのスケール部材に設ける被検出部を削減し、高精度な位置決めが必要な領域（高精度領域）以外の領域（低精度領域）であっても低い精度ではあるが適切な位置に可動子を停止させることが可能なリニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのリニアモータの位置決め装置である。
請求項１に記載のリニアモータの位置決め装置は、長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータにおいて、固定子の長手方向に対して平行に設けられたスケール部材と可動子に設けられた検出手段とで構成され、固定子に対して可動子を所定の位置に停止させるリニアモータの位置決め装置である。
スケール部材には、検出手段にて検出可能な複数の被検出部が、固定子の長手方向に沿って一方の端部から他方の端部に設けられている。
そして複数の被検出部は、高精度な位置決め精度を必要とする高精度領域では隣り合う被検出部の間隔が、必要な位置決め精度に応じて狭く設定されており、高精度領域よりも低い位置決め精度でよい低精度領域では隣り合う被検出部の間隔が高精度領域よりも広く設定されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのリニアモータの位置決め方法である。
請求項２に記載のリニアモータの位置決め方法は、長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータにおいて、複数の被検出部を備えたスケール部材を固定子の長手方向に対して平行に設け、被検出部を検出可能な検出手段を可動子に設け、スケール部材を、位置決め精度を必要とする固定子の一方の端部の周辺の高精度領域にのみ設ける。
可動子が高精度領域に位置している場合、スケール部材に設けられた被検出部を検出手段にて検出することで固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる制御方法にて制御を行う。
そして可動子が高精度領域以外を示す低精度領域に位置している場合、前記制御方法とは異なる制御方法にて固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのリニアモータの位置決め方法である。
請求項３に記載のリニアモータの位置決め方法は、請求項２に記載のリニアモータの位置決め方法であって、可動子が高精度領域以外を示す低精度領域に位置している場合、高精度領域である固定子の一方の端部に対して反対側の端部に設けたストッパに突き当てることで固定子に対して可動子をストッパの位置に停止させる方法、または可動子にコイルを備えて当該コイルの逆起電力及びインダクタンスを検出してセンサレスベクトル制御を行うことで固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる方法、または可動子を移動させる駆動電流または駆動時間の少なくとも一方に基づいて固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる方法、の中のいずれかの方法にて低精度領域内において固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる。

請求項１に記載のリニアモータの位置決め装置を用いれば、位置決めの要求精度に応じて狭い間隔で被検出部を設定した高精度領域では要求される精度で位置決め可能である。また高精度領域よりも広い間隔で被検出部を設定した低精度領域では、位置決めの精度は低いが被検出部の間隔に応じた位置に可動子を位置決め（停止）させることが可能である。
これにより、リニアモータのスケール部材に設ける被検出部を削減し、高精度な位置決めが必要な領域（高精度領域）以外の領域（低精度領域）であっても低い精度ではあるが適切な位置に可動子を停止させることが可能となる。

また、請求項２に記載のリニアモータの位置決め方法によれば、スケール部材を固定子の一方の端部周辺（高精度領域）のみに設け、低精度領域にはスケール部材（被検出部）を設けていないため、より多くの被検出部を削減することができる。
そして低精度領域では、被検出部の検出を行わずに位置決め（停止）可能な制御方法を用いて可動子を位置決め（停止）することで、低精度領域であっても低い精度ではあるが適切な位置に可動子を停止させることが可能となる。

また、請求項３に記載のリニアモータの位置決め方法によれば、低精度領域において被検出部を検出することなく低い精度で位置決めする方法として、以下に示す制御方法のいずれかの方法にて、低い精度ではあるが可動子を適切な位置に停止させることができる。
（１）固定子における反対側の端部（一方の端部の反対側の端部）に設けたストッパに可動子を突き当てることで可動子をストッパの位置に停止させる。
（２）可動子の逆起電力及びコイルのインダクタンスを検出してセンサレスベクトル制御を用いて可動子を所定の位置に停止させる。
（３）可動子に供給する駆動電流または駆動時間の少なくとも一方に基づいて可動子を所定の位置に停止させる。
上記の方法にて、被検出部（スケール部材）が設けられていない低精度領域であっても可動子を所定の位置（適切な位置）に停止させることを実現できる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
●［第１の実施の形態（図１）］
図１は、第１の実施の形態におけるリニアモータの位置決め装置（スケール部材５０と検出手段４０にて構成）を含むリニアモータ１の例を示す斜視図である。
本実施の形態に示すリニアモータ１では、固定子１０には複数の永久磁石１１が長手方向に沿って配置されている。また可動子２０にはコイルを備えており（図示せず）、当該コイルに流す電流の大きさと方向を制御手段３０にて制御することで、固定子１０の永久磁石１１に対向する可動子２０の部位を種々の磁力のＮ極またはＳ極に変化させて、固定子１０の上を長手方向に移動あるいは停止させる。制御手段３０はケーブル３１を介して可動子２０のコイルに流す電流を制御し、ケーブル３１を介して検出手段４０からの検出信号を取り込む。

スケール部材５０は固定子１０の長手方向に対して平行に設けられており、可動子２０に設けられた検出手段４０にて検出可能な被検出部５１が複数設けられている。例えば制御手段３０は、検出手段４０を介して検出した被検出部５１の数を数えることで、固定子１０に対する可動子２０の位置を認識する。
第１の実施の形態では、被検出部５１は固定子１０の長手方向に沿って一方の端部から他方の端部まで全領域に渡って設けられているが、場所に応じて被検出部５１の隣り合う間隔が異なる。
図１の例に示す本実施の形態では、スケール部材５０（つまり固定子１０）における一方の端部周辺の領域Ａでは間隔ａ（例えば０．１［ｍｍ］）にて複数の被検出部５１が配置されており、それ以外の領域Ｂでは間隔ｂ（例えば４０〜５０［ｍｍ］）にて複数の被検出部５１が配置されている。この例では、領域Ａでは０．１［ｍｍ］の比較的高い精度の位置決めが要求され、領域Ｂでは４０〜５０［ｍｍ］程度の比較的低い位置決め精度で充分な場合の例である。間隔ａ及び間隔ｂは、装置の要求精度に応じて適宜設定される。また間隔は疎（間隔ｂ）と密（間隔ａ）の２通りに限定されず、３種類以上の間隔を設定することもできる。

例えば図１の例において、図１における可動子２０の位置を原点（ゼロ）として６個目の被検出部５１の位置までは領域Ｂ（低精度領域）であり、７個目以降の被検出部５１の位置では領域Ａ（高精度領域）である。
これにより、制御手段３０の制御方法を特に変更することなく、スケール部材５０に設ける被検出部５１の数を削減することができるとともに、高い位置決め精度が要求される高精度領域（領域Ａ）、及び低い位置決め精度で充分な低精度領域（領域Ｂ）のどの領域でも、要求精度に応じた適切な位置に可動子２０を停止させることができる。

上記の説明では１本のスケール部材５０を用いて、被検出部５１を異なる間隔に設定したが、異なる間隔で被検出部５１が設けられた２本以上のスケール部材５０を固定子１０の長手方向に並べてもよい。
例えば、被検出部５１が間隔ａで設けられて領域Ａの長さを有するスケール部材５０と、被検出部５１が間隔ｂで設けられて領域Ｂの長さを有するスケール部材５０とを固定子１０の長手方向に並べ、図１に示すような１本のスケール部材５０として機能するように、スケール部材５０を構成してもよい。
この場合、種々の間隔で被検出部５１が設けられた各スケール部材５０を用意しておけば、要求される位置決め精度に応じて、被検出部５１の間隔が適切な値のスケール部材５０を選択して組み合わせるだけでよい。これにより、スケール部材５０を作成する期間を削減できるので、評価試験等を迅速に行うことが可能になる。

●［第２の実施の形態（図２）］
図２は、第２の実施の形態におけるリニアモータの位置決め方法を適用したリニアモータ１の例を示す斜視図である。第２の実施の形態に示すリニアモータ１は、第１の実施の形態とは外観上ではスケール部材５０の構造が異なる。また制御手段３０による可動子２０の制御方法が異なる。
以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。
スケール部材５０の長さ（長手方向の長さ）は、高精度領域（領域Ａ）のみの長さであり、被検出部５１は比較的高い精度を実現する間隔ａで配置されている。また領域Ａ以外の低精度領域（領域Ｂ）ではスケール部材５０及び被検出部５１が省略されている。従って、領域Ｂでは検出手段４０を用いて位置決め制御することができない。そこで領域Ｂでは検出手段４０を用いることなく、低い位置決め精度で充分な低精度領域（領域Ｂ）において、要求精度に応じた適切な位置に可動子２０を位置決めすることができるように、以下のいずれかの制御方法にて可動子２０の位置を制御する。

［１．ストッパに突き当てて位置決めする方法］
例えば領域Ｂにおいて位置決めが必要な位置は、図２に示す可動子２０の位置のみである場合、可動子２０をストッパ１２に突き当てて位置決めする。
制御手段３０は、可動子２０が領域Ｂ（低精度領域）に位置している場合、ストッパ１２に突き当たるまで比較的低い速度で可動子２０を移動させる。また例えば可動子２０がストッパに突き当たったか否かの判定は、可動子２０を所定速度でストッパ１２の方向に移動させ、所定時間が経過したか否か等で判定させる。
このため、被検出部５１が配置されていない低精度領域（領域Ｂ）であっても、可動子２０を適切な位置（この場合、ストッパ１２の位置）に停止させることができる。

［２．センサレスベクトル制御にて位置決めする方法］
制御手段３０は、可動子２０が領域Ｂ（低精度領域）に位置している場合、センサレスベクトル制御にて可動子２０の位置を制御する。この場合、可動子２０のコイルの逆起電力を検出する逆起電力検出手段と当該コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段とを可動子２０に備え、逆起電力検出手段とインダクタンス検出手段からの検出信号に基づいてセンサレスベクトル制御にて可動子２０の位置を制御する。この方法での精度は、例えば約４０〜５０［ｍｍ］程度である。

［３．可動子への駆動電流と駆動時間とに基づいて位置決めする方法］
制御手段３０は、可動子２０が領域Ｂ（低精度領域）に位置している場合、可動子２０を移動させる駆動電流または駆動時間の少なくとも一方に基づいて可動子２０の位置を推定して可動子２０の位置を制御する。なお推定には、駆動電流と駆動時間を変化させて得られた実験結果等を用いればよい。
例えば駆動電流が正弦波の場合、一周期分の正弦波を何回供給したかが判れば、固定子１０の永久磁石１１を何個分移動したかが推定できる。また例えば所定の駆動電流をどれだけの時間供給したかが判れば、どれだけの距離を移動したかが推定できる。

なお制御手段３０は、検出手段４０からの検出信号に基づいて可動子２０を移動させている場合に、可動子２０を移動させているにもかかわらず所定時間継続して検出手段４０からの検出信号が検出されなくなった場合に領域Ｂ（低精度領域）に突入したと判断して、上記１〜３のいずれかの制御方法に切り替える。また上記１〜３のいずれかの制御方法にて可動子２０を移動させている場合に検出手段４０からの検出信号が検出された場合は領域Ａ（高精度領域）に突入したと判断して、検出手段４０にて被検出部５１を検出して、高精度に配置された被検出部５１の位置に基づいた位置フィードバック制御を行う。

本発明のリニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法は、本実施の形態で説明した外観、構成、制御方法等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
なお、本実施の形態の説明に用いた数値等は一例であり、この数値等に限定されるものではない。
本実施の形態にて説明したスケール部材５０と検出手段４０には、被検出部５１を着磁させたスケール部材５０と磁力を検出する検出手段４０（磁気センサ）を用いたり、被検出部５１を透過スリットで形成したスケール部材５０と透過光を検出する検出手段４０（光学式センサ）を用いたり、被検出部５１を反射スリットで形成したスケール部材５０と反射光を検出する検出手段４０（光学式センサ）を用いたり、種々のスケール部材５０と検出手段４０を用いることが可能である。

本発明のリニアモータの位置決め装置及びリニアモータの位置決め方法は、産業用ロボット等の種々の装置に適用することが可能である。

リニアモータの位置決め装置の一実施の形態（第１の実施の形態）の概略斜視図である。 リニアモータの位置決め方法を説明するための一実施の形態（第２の実施の形態）の概略斜視図である。 従来のリニアモータの位置決め装置の例を説明する概略斜視図である。

符号の説明

１ リニアモータ
１０ 固定子
１１ 永久磁石
１２ ストッパ
２０ 可動子
３０ 制御手段
３１ ケーブル
４０ 検出手段
５０ スケール部材
５１ 被検出部
Ａ 領域（高精度領域）
Ｂ 領域（低精度領域）
ａ、ｂ 間隔
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータにおいて、
   固定子の長手方向に対して平行に設けられたスケール部材と可動子に設けられた検出手段とで構成され、固定子に対して可動子を所定の位置に停止させるリニアモータの位置決め装置であって、
   スケール部材には、検出手段にて検出可能な複数の被検出部が、固定子の長手方向に沿って一方の端部から他方の端部に設けられており、
   複数の被検出部は、高精度な位置決め精度を必要とする高精度領域では隣り合う被検出部の間隔が、必要な位置決め精度に応じて狭く設定されており、高精度領域よりも低い位置決め精度でよい低精度領域では隣り合う被検出部の間隔が高精度領域よりも広く設定されている、
   ことを特徴とするリニアモータの位置決め装置。
2. 長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータにおいて、
   複数の被検出部を備えたスケール部材を固定子の長手方向に対して平行に設け、
   被検出部を検出可能な検出手段を可動子に設け、
   スケール部材を、位置決め精度を必要とする固定子の一方の端部の周辺の高精度領域にのみ設け、
   可動子が高精度領域に位置している場合、スケール部材に設けられた被検出部を検出手段にて検出することで固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる制御方法にて制御を行い、
   可動子が高精度領域以外を示す低精度領域に位置している場合、前記制御方法とは異なる制御方法にて固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる、
   ことを特徴とするリニアモータの位置決め方法。
3. 請求項２に記載のリニアモータの位置決め方法であって、
   可動子が高精度領域以外を示す低精度領域に位置している場合、
   高精度領域である固定子の一方の端部に対して反対側の端部に設けたストッパに突き当てることで固定子に対して可動子をストッパの位置に停止させる方法、
   または可動子にコイルを備えて当該コイルの逆起電力及びインダクタンスを検出してセンサレスベクトル制御を行うことで固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる方法、
   または可動子を移動させる駆動電流または駆動時間の少なくとも一方に基づいて固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる方法、
   の中のいずれかの方法にて低精度領域内において固定子に対して可動子を所定の位置に停止させる、
   ことを特徴とするリニアモータの位置決め方法。
   
   

Images