JP2008118778A - 永久磁石型同期機の初期位相検出方法、永久磁石型同期機の制御方法、移動装置、電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置、精密部品の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検出誤差が小さく検出時間も短い永久磁石型同期機の初期位相検出方法、永久磁石型同期機の制御方法、移動装置、電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置、精密部品の検査装置を提供する。
【解決手段】永久磁石型同期機の初期位相の検出方法であって、コイルに直流電流を供給して可動子を振動させ、前記振動の振幅端の位置を測定し、前記位置の測定値と、前記振動の振動特性とに基づいて初期位相の検出を行うこと、を特徴とする永久磁石型同期機の初期位相検出方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石型同期機の初期位相検出方法、永久磁石型同期機の制御方法、移動装置、電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置、精密部品の検査装置に関する。

精度の高い位置決め後の処理や検査を行う半導体製造装置や液晶表示装置の検査装置などには、ＡＣサーボモータに代表されるような各種の永久磁石型同期機が使用されている。

ここで、この永久磁石型同期機を駆動制御するためには、処理や検査などの作業に先立って正確な初期位相の位置を検出する必要があり、ホール素子などの検出器を配置して初期位相の位置を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

しかし、このような技術においては、複雑な配線の引き回しが必要となり、また、省スペース化の観点からも問題があった。

そこで、検出器を用いずに初期位相の位置を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献２、３を参照）。これらの技術は、可動子を移動させて、その停止位置（安定点）や加速度から初期位相の位置を検出するものである。

しかしながら、特許文献２に開示されている技術においては、可動子に接続されている装置が有する摩擦力や外部の抵抗力などが考慮されておらず、摩擦力や外部の抵抗力などの差により停止位置が変動し、大きな検出誤差を生じることになっていた。また、静圧気体軸受を用いた摩擦力が非常に小さい装置などにおいては、安定点に止まるまでの時間が長く、検出時間が長くなるという問題を生じていた。

また、特許文献３に開示されている技術においては、可動子をほとんど動かすことなく位相検出を行うことが可能である。しかし、推力指令のパターン印加を繰り返し入力するため、その最適な入力方法は駆動対象毎に実験等で特定する必要があり、使用する上での困難性を伴うものであった。
特開２００６−２０３９６１号公報 特開昭６３−５９７８３号公報 特開２００３−８８１６４号公報

本発明は、検出誤差が小さく検出時間も短い永久磁石型同期機の初期位相検出方法、永久磁石型同期機の制御方法、移動装置、電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置、精密部品の検査装置を提供する。

本発明の一態様によれば、永久磁石型同期機の初期位相の検出方法であって、コイルに直流電流を供給して可動子を振動させ、前記振動の振幅端の位置を測定し、 前記位置の測定値と、前記振動の振動特性とに基づいて初期位相の検出を行うこと、を特徴とする永久磁石型同期機の初期位相検出方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、前記初期位相検出方法により初期位相を検出し、前記検出された初期位相に基づいて、前記永久磁石型同期機のコイルに通電する電流と位相角の値を設定すること、を特徴とする永久磁石型同期機の制御方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、移動体の移動を行うための永久磁石型同期機と、前記可動子の位置を検出するための検出部と、前記初期位相検出方法による初期位相の演算を行う演算手段とを備えていること、を特徴とする移動装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、前記移動装置を備えること、を特徴とする電子部品の製造装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、前記移動装置を備えること、を特徴とする電子部品の検査装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、前記移動装置を備えること、を特徴とする精密部品の製造装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、前記移動装置を備えること、を特徴とする精密部品の検査装置が提供される。

本発明によれば、検出誤差が小さく検出時間も短い永久磁石型同期機の初期位相検出方法、永久磁石型同期機の制御方法、移動装置、電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置、精密部品の検査装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図１は、本発明の実施の形態に係る移動装置を例示するための模式図である。
また、図２は、図１に示す移動装置をＡ方向から見た時の詳細を説明するための模式図である。
尚、説明の便宜上、移動装置１の移動軸が１軸、軸受部が静圧気体軸受、永久磁石型同期機がリニアモータの場合を説明する。

図１および図２に示すように、移動装置１には、移動体２、ガイド部３、永久磁石型同期機４、検出部５、制御手段１０が設けられている。移動装置１は定盤６に取り付けられ、移動体２の基準位置（原点位置）を検出するための原点検出手段７が設けられている。

移動体２の静圧気体軸受部２ａには、図示しない気体供給手段から高圧の気体が供給され、静圧気体軸受部２ａとガイド部３、静圧気体軸受部２ａと定盤６との間に空気の層が形成されるようになっている。これにより、静圧気体軸受部２ａとガイド部３、静圧気体軸受部２ａと定盤６とが非接触となり、低摩擦で移動体２を移動させることが可能となる。

移動体２の上面には、図示しない例えばねじ穴のような固定手段が設けられ、移動対象物を載置するのみならず、固定することもできるようになっている。また、ガイド部３は、移動体２の移動を案内する役割をはたす。

永久磁石型同期機４は、例えばリニアモータであり、固定子４ａ、永久磁石４ｂ、可動子４ｃを備え、固定子４ａはガイド部３に、可動子４ｃは移動体２に設けられている。また、固定子４ａには、対向するＮ極とＳ極とを有する永久磁石４ｂが、所定の磁極ピッチＰでＮ極とＳ極とが交互になるように設けられており、永久磁石４ｂの対向するＮ極とＳ極との間の空間には、可動子４ｃが配置されるようになっている。尚、永久磁石４ｂの配置などに関しては、後述することにする。

検出部５は、例えば、リニアエンコーダであり、検出ヘッド５ａとスケール５ｂとを備え、検出ヘッド５ａは移動体２に、スケール５ｂはガイド部３に設けられている。この検出部５により、移動体２の位置を介して可動子４ｃの位置が検出される。

原点検出手段７は、例えば、磁気センサであり、検出ヘッド７ａは移動体２に、検出片７ｂは定盤６に配置されている。この原点検出手段７は、移動体２の原点位置およびそれを介して可動子４ｃの原点位置をも検出する役割を果たす。尚、本実施の形態では原点検出手段７を備えることとしたが、例えば、一部の回転装置のように原点位置が重要な意味を持たないものにおいては必ずしも必要とはならない。

制御手段１０は、移動装置１の各部の動作制御、後述する初期位相などの各種の演算、各種データの記憶などを行う。

次に、移動装置１の作用を説明する。
制御手段１０に運転準備の指令が入力されると、後述する方法により初期位相が検出される。この際、初期位相の検出動作前に、静圧気体軸受部２ａに図示しない気体供給手段から高圧の気体が供給され、静圧気体軸受部２ａとガイド部３、静圧気体軸受部２ａと定盤６との間に空気の層が形成される。尚、静圧気体軸受を設けず転がり軸受を設けたような場合においては、空気の層の形成は不要である。また、移動体２の移動は、永久磁石型同期機４により行われ、移動体２や可動子４ｃの位置は検出部５により検出される。

その後、この検出された初期位相に基づいて、可動子４ｃの各コイルに通電すべき電流値とその位相角が設定される。

次に、移動体２を移動させ原点位置を検出させる。このとき原点位置の検出は、検出ヘッド７ａにより行う。尚、本実施の形態では原点の検出を必要としたが、例えば、一部の回転装置のように原点位置が重要な意味を持たないものにおいては必ずしも必要とはならない。

以上の、運転準備が終了した後、運転指令が制御手段１０に入力されると、半導体装置の製造や検査などに必要な所定の作業動作を行う。

次に、永久磁石型同期機４の動作原理をリニアモータの場合を例にとり説明する。
図３は、永久磁石型同期機４の動作原理を説明するための模式図である。
また、図４は、磁束の分布を説明するための模式図である。

前述したように固定子４ａには、対向するＮ極とＳ極とを有する永久磁石４ｂが、所定の磁気ピッチＰでＮ極とＳ極が交互になるように設けられている。そのため、永久磁石４ｂのＮ極とＳ極の間の空間には、図４に示すような正弦波状の磁束９の分布が生ずる。

また、永久磁石４ｂのＮ極とＳ極との間の空間には可動子４ｃが配置され、移動体２に設けられた可動子４ｃが固定子４ａに対して移動可能となっている。可動子４ｃには、例えば、Ｕ相のコイル８ａ、Ｖ相のコイル８ｂ、Ｗ相のコイル８ｃが設けられており、各コイルは、磁極ピッチＰの１／３の大きさずつ互いにずらした配置となっている。尚、図３中の各コイルに描かれた記号は、可動子４ｃの断面において流れる電流の向きを示している。例えば、×は紙面厚さ方向手前側から奥側に、・は紙面厚さ方向奥側から手前側に電流が流れることを示している。

このようなコイルに電流を流すと、各コイルにはローレンツ磁気力に起因する力が働き、この各コイルに働く力の合計が可動子４ｃに働く力、すなわち、移動体２の推力となる。例えば、図３においては、可動子４ｃ（移動体２）には右向きの力が働くことになる。

ここで、可動子４ｃ（移動体２）に一定の力を作用させるために各コイルに流すべき電流は、可動子４ｃの位置とその場所における磁束９により決まる。そのため、可動子４ｃの位置と磁束９の分布との関係により異なる電流の大きさ及び向きとなる。

例えば、磁束９の分布が図４に示した正弦波状であり、図３に示したＰ１の位置における磁束位相角を０ラジアンとした場合において、Ｕ相のコイル８ａのＰ２の部分における磁束位相角をφとすると、一定の力を作用させるために各コイルに供給すべき電流値は、Ｕ相のコイル８ａは（数３）の式、Ｖ相のコイル８ｂは（数４）の式、Ｗ相のコイル８ｃは（数５）の式のようになる。

尚、前記各式のＡは、発生させる力により決まる定数である。

（数３）〜（数５）の式から分かるように、一定の力を作用させるために各コイルに供給すべき電流値を知るためには、正確な磁束位相角φを知る必要がある。そして、この磁束位相角φを一度知ることができれば、その後は、リニアエンコーダのような検出部５により可動子４ｃの現在位置を知ることができるため、そのときの磁束位相角φを把握することが可能となる。そのため、移動装置１の起動時などに可動子４ｃの現在位置に対する磁束位相角φ（すなわち、初期位相）を正確に検出する必要性が生じる。

次に、初期位相を正確に検出する方法を説明する。
図５は、初期位相を検出する方法を説明するための模式図である。
尚、説明の便宜上、１のコイルのみに電流を供給する場合を説明する。

まず、可動子４ｃの位置にかかわらずＵ相のコイル８ａのみに一定の直流電流を供給する。供給する直流電流の向きは図５に示した通りである。このとき、Ｕ相のコイル８ａにはローレンツ磁気力に起因する力が働くことになるが、供給する直流電流値が一定であるため、所定の位置（図５に示す可動子４ｃの位置）に向かう力となる。所定の位置に向かって移動する可動子４ｃは、一度では所定の位置に止まりきれず、行き過ぎを修正するようにこの位置を中心として振動をするようになる。

そして、摩擦力などの抵抗を受け、最終的には当該振動は減衰し、可動子４ｃは所定の位置に停止することになる。例えば、図５の場合においては、振動の中心は常に磁束位相角φが０ラジアンの位置、すなわち、図５中のＰ１の位置となる。その結果、可動子４ｃが停止した位置における磁束位相角φは０ラジアンということになる。

ここで、移動装置１が有する摩擦力や外部の抵抗力などの大きさによっては、停止位置が変動するため、磁束位相角φに大きな誤差が生じる場合がある。

例えば、減衰により振幅が小さくなった場合や最初の起動位置がたまたま最終的に停止すべき位置に近かった場合においては、コイルが受ける力の絶対値も小さくなるため、この力が摩擦力や外部の抵抗力などと同等程度以下となる場所で可動子４ｃが停止してしまう場合があり、これが磁束位相角φの誤差となって現れる。

この場合、静圧気体軸受２ａのように摩擦力が小さいものを用いれば、この誤差を少なくすることはできる。しかしながら、このような場合においては、振動の減衰が小さいため振動が停止するまでに長時間を要するという新たな問題を生じることになる。

また、最初の起動位置がたまたま最終的に停止すべき位置から遠かった場合においては、初期の振幅が磁極ピッチＰと同程度の大きな振動を生じる場合もあり、この場合も振動が停止するまでに長時間を要するという問題を生じることになる。

本発明者は検討の結果、振動が停止する前に振動中心を精度よく検出する方法に関する知見を得た。

以下、本発明者が得た知見について説明をする。
まず、図５で説明をしたように可動子４ｃの位置にかかわらずＵ相のコイル８ａのみに所定の直流電流を供給する。供給する直流電流の向きは図５のものと同じ向きとする。このとき、Ｕ相のコイル８ａにはローレンツ磁気力に起因する力が働くが、供給する直流電流値が一定であるため、所定の位置（図５に示す可動子４ｃの位置）に向かう力となる。そして、この力により可動子４ｃが動き出すことになるが、その速度の大きさと向きは、振動部分の質量、起動位置における磁束位相角φ、供給する直流電流値により変わることになる。

供給する直流電流値は、移動装置１全体の系に応じて適切な値とすることが好ましく、振動の振幅を小さく抑える観点から、振動の開始から最初に振動中心に達するまでの可動子４ｃの最大速度が１０ｍｍ／秒を超えないような値とすることが好ましい。

また、本実施の形態においては、可動子４ｃが振動中心を通過したときとほぼ同時に、供給する直流電流の値を所定の値まで上げ、その後、この直流電流の値を一定の大きさに保ち可動子４ｃを小さな振幅で振動させるようにした。可動子４ｃの振動は、振動中心からの距離を磁極ピッチＰで除算した値の正弦に比例する力に起因するが、磁極ピッチＰに対して振幅が小さければ、その振動は単に振動中心からの距離に比例する力に起因するものと近似することができ、初期位相を平易な演算式により演算することができるようになるからである。

ここで、可動子４ｃが振動中心を通過したときを求めるためには、検出部５であるリニアエンコーダのカウント値の微分値、すなわち可動子４ｃの速度を制御手段１０で演算し、その値の絶対値が減少に転じたときとすればよい。

次に、可動子４ｃが振動を開始した後、振動中心におけるカウント値（振動中心の位置情報）を演算する方法について説明をする。

図６は、振動中心におけるカウント値を演算する方法を説明するための模式グラフ図であり、縦軸は可動子４ｃの位置を示し、横軸は時間を示している。
図７は、実際の減衰の様子を説明するための模式グラフ図である。
図７に示すように、本実施の形態においては減衰量が非常に少ない。これは、摩擦損失が非常に少ない静圧気体軸受部２ａを備えているからであるが、このような場合、減衰による停止位置から初期位相を演算する従来の方法では、検出時間が非常に長くなることが分かる。

図６に示すように、まず、可動子４ｃが振動している間、速度検出手段による速度の検出と監視を継続し、可動子４ｃの速度が０になった時点、すなわち、各振幅端におけるリニアエンコーダのカウント値（例えば、図６中のＸ_１〜Ｘ_７）を図示しない記憶手段に記憶させる。このリニアエンコーダのカウント値が、可動子４ｃの位置情報となる。

次に、このカウント値が所定の個数蓄積された時点で、下記の（数６）の式により振動中心におけるカウント値Ｘ_０（振動中心の位置情報）の演算を行う。例えば、最初の３箇所の振幅端のカウント値の場合は、Ｘ_１〜Ｘ_３、ｎ＝１である。

（数６）の式において、Ｘ_０が求めるべき振動中心におけるカウント値であり、Ｘ_ｎ（ｎ≧1）は、ｎ番目に検出さわた可動子４ｃの速度が０になった箇所（ｎ番目の振幅端）におけるカウント値である。尚、（数６）の式の導出過程は後述する。

（数６）の式によりＸ_０、すなわち振動中心におけるカウント値（振動中心の位置情報）が得られるが、前述したようにこの値は磁束位相角φが０ラジアンの位置におけるカウント値である。そのため、可動子４ｃの現在位置をＸ_Ｒとすれば、現在位置における磁束位相角φは、下記の（数７）の式により求めることができる。

このようにして初期位相の検出が完了した後、Ｕ相のコイル８ａへの電流供給を停止して、初期位相の検出を完了させるようにすることも可能ではあるが、初期位相の検出精度を高めるためは、以下のようにして検出値が所定の範囲内に入るまで繰り返し行うことが好ましい。

まず、前記手順において、磁束位相角φの値を演算した後、この値を図示しない記憶手段に記憶させる。このとき、Ｕ相のコイル８ａには直流電流がそのまま供給され続けているため、可動子４ｃの振動が継続することになる。

次に、可動子４ｃの速度が０になったときのカウント値Ｘ_ｎを引き続き取得し、再度磁束位相角φの演算を行う。例えば、Ｘ_４を取得してＸ_２〜Ｘ_４による前記Ｘ_０の演算、及びＸ_０による磁束位相角φの演算を行う。

その後さらに、Ｘ_５、Ｘ_６と振幅端におけるカウント値を取得するごとに、直近３箇所の値から前記Ｘ_０及び磁束位相角φの演算を行い、これらの磁束位相角φの値を図示しない記憶手段に記憶するようにする。

このようにして、図示しない記憶手段には、複数個の磁束位相角φの値が記憶されるが、これらの磁束位相角φの値のばらつきが所定の範囲内に入るまで検出を繰り返し行うようにする。例えば、簡易的な方法として、検出された振幅端で演算された振動中心の位置の値と、前回検出された振幅端で演算された振動中心の位置の値との差の絶対値が、予め定められた所定の範囲内に入るまで検出を繰り返し行うようにすることができる。尚、所定の範囲は、移動装置１全体の系に応じて適宜選択される。

磁束位相角φの値が所定の範囲内に入り、次に可動子４ｃの速度が０になったときに、Ｕ相のコイル８ａへの電流供給を停止し、最後に得られた磁束位相角φの値を検出された初期位相として採用し、初期位相の検出を完了させるようにする。このようにすれば、正確で、かつ信頼性も高い初期位相の検出をすることができる。

尚、所定の範囲内に入るまでＸ_０のみを繰り返し演算し、最終的に得られたＸ_０についてのみ磁束位相角φの演算を行うようにすることもできる。このようにすれば、演算時間の短縮化が図れることになる。

また、最終的な磁束位相角φもしくはＸ_０の値として採用するものは、繰り返しの最後に得られた値ではなく、直近に得られた複数個の値の平均値とすることもできる。

尚、以上に示した方法により初期位相の検出が完了した時点では、可動子４ｃはまだ振動を続けているが、もはや振動は不要であるため、次の手順で停止させるようにすることが好ましい。

初期位相の検出が完了した後も可動子４ｃの速度の検出を継続し、その速度が０となったとき、すなわち可動子４ｃがその振幅端に到達したことを検出したときに、Ｕ相のコイル８ａへの直流電流の供給を停止し、その後速やかに閉ループ制御を開始させて、いわゆるサーボロックした状態とすることで可動子４ｃを停止させるようにする。

ここで、可動子４ｃが振幅端に到達するまで待つのは、閉ループ制御への移行を安定して行うためである。すなわち、可動子４ｃの移動動作中において閉ループ制御へ移行しようとすると、位置偏差が過大となり制御不能となる虞があるからである。

次に、（数６）の式の導出について説明をする。

前述したように、可動子４ｃのコイルの１個（例えば、Ｕ相のコイル８ａ）に一定値の直流電流を供給した場合、可動子４ｃは永久磁石４ｂによる磁束から力を受ける。その際、当該磁束は前述したように正弦波状に分布している。また、摩擦抵抗が少なく（例えば、静圧気体軸受などを用いている場合）速度比例の減衰が起きるとすると、その力は下記の（数８）の式によって表すことができる。

（数８）の式の、Ｘは可動子４ｃの現在位置における検出部５（例えば、リニアエンコーダ）のカウント値であり、ｍは振動部分の質量である。またａ、ｂ、ｃは系の特性によって定まる定数である。

ここで、前述したように、可動子４ｃの振幅が磁極ピッチＰに対して小さくなるように直流電流を供給するものとすれば、可動子４ｃが受ける力は振動中心からの距離に比例するものと近似することができる。その結果、（数８）の式は下記の（数９）の式のように簡略化することができる。

ここで、（数９）の式の一般解は、下記の（数１０）の式のようになる。

（数１０）の式は、振動しながら減衰していく可動子４ｃの動きを表している。（数１０）の式において振動の周期は一定であるから、可動子４ｃの振幅端の座標Ｘｎは、（数１１）の式のようになる。

（数１１）の式の、Ｔは振動の周期を、ｔ１は可動子４ｃの速度が最初に０になった時刻、すなわちＸ1が得られた時刻を示している。

（数１１）の式からＸ_ｎ、Ｘ_ｎ＋１、Ｘ_ｎ＋２の３つの方程式を導き、これら式からμ、Ａ、ｔ１、Ｔ、を消去すれば、（数６）の式を導くことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、例えば、静圧気体軸受などを用いているため振動の減衰が少ない場合であっても、連続する３箇所のみを検出するだけで足りるため、迅速でかつ精度の高い初期位相の検出をすることができる。

具体的には、静庄気体軸受２ａを備える移動装置１の初期位相の検出精度を測定した結果、可動子４ｃ（移動体２）の当初の位置が何処にあるかにかかわらず、磁束位相角φの誤差で0．6度以下という非常に高い検出精度が確認できた。これは、従来の検出精度（±２０度程度）から見て非常に高い精度であるといえる。

この磁束位相角φにおいて0．6度以下という精度を移動装置１の移動方向の精度に換算すれば、永久磁石（磁極）の取り付け精度（±０．１ｍｍ程度）をも上回り、従来にない高精度の検出が可能であることが分かる。

また、本実施の形態によれば、初期位相の検出を高い精度で安定して検出することができるため、検出後の作業動作も安定しており、特に高い精度の動作が求められる半導体製造装置、半導体検査装置、各種精密部品や装置などの製造や検査などに好適に用いることができる。

以上は、可動子が受ける抵抗が速度比例の抵抗のみの場合、すなわち静圧気体軸受などを用いているため摩擦抵抗が少ない場合である。これに対し、以下に説明するものは摩擦抵抗による減衰を受けるものである。

この場合、可動子４ｃの運動方程式は、（数１２）の式のようになる。

（数１２）の式の、a、b、ｃは系の特性によって定まる定数である。

（数１２）の式においては、振動中の可動子４ｃは動作方向と反対の方向に一定の動摩擦力を受けるものとしている。

このような振動においては、各振幅端において、可動子４ｃは以下の（数１３）〜（数１５）の式に示すようなポテンシャルエネルギーを有している。

このポテンシャルエネルギーは摩擦により減少していくのであるから、力学的エネルギー保存則より、（数１６）、（数１７）が成り立つ。

この（数１３）〜（数１７）に示された5つの式より下記の（数１８）の式が導かれ、（数１８）の式により、摩擦抵抗を受ける場合における初期位相の検出を行うことができる。

摩擦抵抗を受ける移動装置においては、可動子が最終的に停止する位置が変動しやすく、前述したように、従来は大きな検出誤差を有していた。これに対し、本実施の形態に係る移動装置においては、減衰前の比較的大きな力が作用している間に検出を終了させることができるので、摩擦力に起因する検出誤差を大幅に抑制することができる。そのため、摩擦抵抗が比較的大きい場合であっても精度が高く、かつ迅速な初期位相の検出をすることができる。

このような移動装置の具体例としては、例えば、転がり軸受やスベリ軸受などを備える移動装置を例示することができる。尚、転がり軸受やスベリ軸受などを備える移動装置は、軸受部分が前述の移動装置１と異なるだけであるためその説明は省略する。

また、本実施の形態に係る移動装置に関しても、前述した移動装置１と同様の高い初期位相の検出精度を得ることができ、検出後の作業動作も安定しているため、特に高い位置精度の動作が求められる電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、各種精密部品の製造や検査などに好適に用いることができる。

以上の具体例では、速度比例の抵抗と摩擦抵抗の場合に関する振動方程式を用いた初期位相の検出を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではない。

例えば、図７に示したように、実験により予め振動波形を測定し、それに基づいて前述の各式の係数を補正したものであってもよく、測定した波形から振動方程式のような関数方程式が得られなくても、測定した波形から振動特性を求めてそれを用いるようにしてもよい。

また、振幅端の測定点を３箇所とすれば、高い初期位相の検出精度が得られ、迅速な演算処理をもすることができるが、測定点は４箇所以上であってもよい。この場合、測定点が増えるほど、処理の迅速性は落ちるが、初期位相の検出精度は高くなる。

また、初期位相の検出精度より処理の迅速性が重視されるような場合においては、１箇所、あるいは２箇所の測定点とすることもできる。

この場合、図７に示したように、予め実験などにより振動波形を測定し減衰率などを求めておけば、測定値から他の測定点の値が予測でき、この予測された振幅端の値を補充して前述の振動方程式を用いた初期位相の検出をすることもできる。例えば、第１箇所目を測定した後、予め求めておいた減衰率などに基づき第２箇所目と第３箇所目を予測し、これらの値を用いた演算をするようにすることもできる。そのようにすれば、処理の迅速性を優先させつつ、初期位相の検出精度を向上させることができる。

また、予測された振幅端の値は、測定値の異常などがあった場合にも用いることができる。例えば、ノイズなどにより、３箇所の測定値のうちの１つに異常があった場合や、連続した測定ができず測定値に抜けがあるような場合においても、異常があった測定値の補正、異常があった測定値との入れ替え、抜けた測定値の補充などに予測された振幅端の値を用いることができる。尚、予測された振幅端の値は、測定値の良否判断（異常判断）の基準とすることもできるし、前述の振幅端の測定値が所定の範囲に入るまで、測定を続けるようにする場合の判断基準とすることもできる。

また、３箇所以上の振幅端を測定する場合においても、予測された振幅端の値を用いるようにすることができる。

また、説明の便宜上、永久磁石型同期機４の可動子側がコイル、固定子側が永久磁石の場合を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、可動子側が永久磁石、固定子側がコイルであってもよい。

また、説明の便宜上、Ｕ相のコイル８ａにのみ直流電流を供給するものとしたが、本発明はこれに限定されるわけではない。Ｖ相のコイル８ｂやＷ相のコイル８ｃのみに直流電流を供給することもできるし、複数のコイルにそれぞれ異なる値の直流電流を供給してもよい。ただし、複数のコイルに直流電流を供給する場合は、振動中心における磁束位相角が一般的には０ラジアンとはならない。

次に、本実施の形態に係る移動装置を備えた製造装置、検査装置などを説明する。

これらの装置の具体例としては、高い位置決め精度が要求される電子部品の製造装置、電子部品の検査装置、精密部品の製造装置や検査装置などを例示することができる。

例えば、電子部品の製造装置としては半導体装置や液晶表示装置などの製造装置（例えば、露光装置など）や表面実装装置など、電子部品の検査装置としては半導体装置や液晶表示装置などの検査装置など、精密部品の製造装置や検査装置としては金型や光学部品などの製造装置や検査装置などを例示することができる。尚、これらの装置の構成の内、本実施の形態に係る移動装置以外の部分には公知の構成を適用することができるので、説明は省略する。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。

前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、移動装置１、移動体２、静圧気体軸受部２ａ、ガイド部３、永久磁石型同期機４、固定子４ａ、永久磁石４ｂ、可動子４ｃ、検出部５、検出ヘッド５ａ、スケール５ｂ、定盤６、原点検出手段７、Ｕ相のコイル８ａ、Ｖ相のコイル８ｂ、Ｗ相のコイル８ｃ、制御手段１０の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、永久磁石型同期機４として例示したリニアモータについてもこれに限定されるわけではなく、例えば、回転式のＡＣサーボモータ、パルスモータなどであってもよい。

また、検出部５として例示したリニアエンコーダについてもこれに限定されるわけではなく、例えば、回転式のロータリーエンコーダなどであってもよい。

また、移動装置として１軸制御のものを説明したが、これに限定されるわけではなく、２軸や３軸など多軸の移動装置にも適応することができる。

また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

本発明の実施の形態に係る移動装置を例示するための模式図である。 図１に示す移動装置をＡ方向から見た時の詳細を説明するための模式図である。 永久磁石型同期機の動作原理を説明するための模式図である。 磁束の分布を説明するための模式図である。 初期位相を検出する方法を説明するための模式図である。 振動中心におけるカウント値を演算する方法を説明するための模式グラフ図である。 実際の減衰の様子を説明するための模式グラフ図である。

符号の説明

１ 移動装置、２ 移動体、２ａ 静圧気体軸受部、３ ガイド部、４ 永久磁石型同期機、４ｂ 永久磁石、４ｃ 可動子、５ 検出部、８ａ Ｕ相のコイル、１０ 制御手段

Claims (18)

1. 永久磁石型同期機の初期位相の検出方法であって、
   コイルに直流電流を供給して可動子を振動させ、
   前記振動の振幅端の位置を測定し、
   前記位置の測定値と、前記振動の振動特性とに基づいて初期位相の検出を行うこと、
   を特徴とする永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
2. 前記振幅端は、複数の振幅端であること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
3. 前記振幅端は、連続する複数の振幅端であること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
4. 前記連続する複数の振幅端は、連続する３箇所の振幅端であること、を特徴とする請求項３記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
5. 前記測定値のばらつきが所定の範囲に入るまで前記測定を継続すること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
6. 前記測定値から予測される振幅端の位置の値にさらに基づいて、初期位相の検出を行うこと、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
7. 前記振動特性は、次の（数１）の式で表されるものであること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
   
   

   

   ここで、Ｘ_０は振動中心の位置の値、Ｘ_ｎはｎ番目の振幅端の位置の値、Ｘ_ｎ＋１はｎ＋１番目の振幅端の位置の値、Ｘ_ｎ＋２はｎ＋２番目の振幅端の位置の値である。
8. 前記振動特性は、次の（数２）の式で表されるものであること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
   
   

   

   ここで、Ｘ_０は振動中心の位置の値、Ｘ_ｎはｎ番目の振幅端の位置の値、Ｘ_ｎ＋１はｎ＋１番目の振幅端の位置の値、Ｘ_ｎ＋２はｎ＋２番目の振幅端の位置の値である。
9. 前記振動の速度の絶対値が減少に転じた時に、前記直流電流の値を所定の値まで上げること、を特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期機の初期位相検出方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の初期位相検出方法により初期位相を検出し、
    前記検出された初期位相に基づいて、前記永久磁石型同期機のコイルに通電する電流の位相角の値を設定すること、を特徴とする永久磁石型同期機の制御方法。
11. 前記初期位相を検出した後、前記可動子が振幅端に来たときに前記直流電流の供給を停止し、その後閉ループ制御を行うこと、を特徴とする請求項１０記載の永久磁石型同期機の制御方法。
12. 移動体の移動を行うための永久磁石型同期機と、
    前記可動子の位置を検出するための検出部と、
    請求項１〜９のいずれか１つに記載の初期位相検出方法による初期位相の演算を行う演算手段とを備えていること、
    を特徴とする移動装置。
13. 前記移動体の軸受部には静圧気体軸受が設けられていること、を特徴とする請求項１２記載の移動装置。
14. 前記永久磁石型同期機はリニアモータであること、を特徴とする請求項１２記載の移動装置。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の移動装置を備えること、を特徴とする電子部品の製造装置。
16. 請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の移動装置を備えること、を特徴とする電子部品の検査装置。
17. 請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の移動装置を備えること、を特徴とする精密部品の製造装置。
18. 請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の移動装置を備えること、を特徴とする精密部品の検査装置。
    
    

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