JP2018068048A - リニアモータシステム、移動体システム、及び電気角の推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気角を高精度に推定する。【解決手段】リニアモータシステムは、極性が交互に異なるように磁石（６）が並ぶ界磁（５）と、界磁に対向配置された電機子（１５）と、界磁に対する電機子の移動方向における電機子の範囲に配置されて界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子（２９ａ）、第２ホール素子（２９ｂ）、及び第３ホール素子（２９ｃ）を含み、第２ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と９０°ずれており、第３ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部（２５）と、第１ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第１電気角を算出し、第２ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第２電気角を算出し、第１電気角と第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出する演算部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、リニアモータシステム、移動体システム、及び電気角の推定方法に関する。

リニアモータシステムは、搬送台車システムなどの移動体システムに利用されている（例えば、下記の特許文献１参照）。特許文献１の移動体システムは、移動体（搬送台車）と、搬送台車の移動経路（軌道）とを備える。軌道は、Ｓ極とＮ極とで極性が交互に異なるように配列された磁石を備え、搬送台車は、電機子（第１モータ、第２モータ）を備える。上記の磁石および電機子はリニアモータを構成する。また、搬送台車には、磁石が発生する磁界を検出する磁気検出部が設けられ、リニアモータは、磁気検出部の出力から算出される電気角を用いて駆動制御される。

上記の磁気検出部は、例えば、電機子に対して搬送台車の移動方向の前後に設けられる（例えば、下記の特許文献２参照）。しかしながら、このように配置された磁気検出部は、電機子から離れているので、高精度な駆動制御を行う上で不利である。例えば、搬送台車がカーブを曲がる際に、磁石と磁気検出部との位置関係において、磁石と電機子との位置関係のずれが大きくなり、結果として、磁気検出部の検出結果から算出される電気角に含まれる誤差が大きくなる。そこで、磁気検出部を電機子上に配置したリニアモータも提案されている（例えば、下記の特許文献３および４参照）。

特開２０１４−２１７０７７号公報 特開２００８−２７１７５３号公報 特開２００４−５６８７２号公報 特開２０１２−１７５８５２号公報

上述のように磁気検出部を電機子上に配置する場合、磁気検出部が電機子の励磁の影響を受けてしまい、磁気検出部の検出結果から算出される電気角に含まれる誤差が大きくなる。本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、電気角を高精度に推定可能なリニアモータシステム、移動体システム、及び電気角の推定方法を提供することを目的とする。

本発明のリニアモータシステムは、極性が交互に異なるように磁石が並ぶ界磁と、界磁に対向配置された電機子と、界磁に対する電機子の移動方向における電機子の範囲に配置されて界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子を含み、第３ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と９０°ずれており、第２ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部と、第１ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第１電気角を算出し、第２ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第２電気角を算出し、第１電気角と第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出する演算部と、を備える。

また、演算部は、第１電気角の振幅と第２電気角の振幅とを用いて重み付けの係数を算出し、その算出結果を用いて推定値を算出してもよい。また、第１電気角の振幅をＷ１、第２電気角の振幅をＷ２とし、第１電気角に対する重み付けの係数をＣ１、第２電気角に対する重み付けの係数をＣ２としたときに、演算部は、Ｃ１を下記の式（１）で算出し、Ｃ２を下記の式（２）で算出してもよい。
Ｃ１＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（１）
Ｃ２＝Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（２）

また、電機子は、一対の第１相の電機子と、一対の第１相の電機子の間に並んで配置される第２相の電機子と、一対の第２相の電機子の隣に並んで配置される第３相の電機子と、を備え、第１ホール素子は、一対の第１相の電機子のうち一方の電機子の位置に配置され、第２のホール素子は、一対の第１相の電機子のうち他方の電機子の位置に配置され、第３ホール素子は、一対の第２相の電機子と一対の第３相の電機子との間に配置されてもよい。また、第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子は、移動方向に垂直な方向において、電機子の端部に配置されていてもよい。

本発明の移動体システムは、上記のリニアモータシステムと、界磁が設けられる移動経路と、電機子が設けられ、リニアモータシステムによって移動経路に沿って移動する移動体と、を備える。

本発明の電気角の推定方法は、極性が交互に異なるように磁石が並ぶ界磁と、界磁に対向配置された電機子と、界磁に対する電機子の移動方向における電機子の範囲に配置されて界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子を含み、第３ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と９０°ずれており、第２ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部と、を備えるリニアモータシステムにおける電気角の推定方法であって、第１ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第１電気角を算出することと、第２ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第２電気角を算出することと、第１電気角と第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出することと、を含む。

本願発明者は、鋭意研究開発を行った結果、電機子の励磁に起因する上記の第１電気角の誤差および第２電気角の誤差は、正負が反転する関係にあり、かつ第１電気角の振幅および第２電気角の振幅と対応関係があることを見出した。この知見によれば、第１電気角および第２電気角は、それぞれ、振幅が大きいほど誤差が小さく、振幅が小さいほど誤差が大きい。

本発明において、各ホール素子は、電機子の移動方向における電機子の範囲に配置されているので、各ホール素子は、電機子が感じる磁界を高精度に検出することができる。また、第１電気角と第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出するので、第１電気角と第２電気角とで電機子の励磁に起因する誤差が相殺され、誤差の少ない電気角の推定値が算出される。このように、本発明によれば、各ホール素子と電機子との位置ずれによる誤差を低減することができ、かつ電機子の励磁に起因する誤差を低減することができるので、電気角を高精度に推定可能である。

また、演算部が第１電気角の振幅と第２電気角の振幅とを用いて重み付けの係数を算出するリニアモータシステムは、振幅に応じた値の重み付け係数を用いるので、電機子の励磁に起因する誤差を格段に低減することができる。また、演算部が上記の式（１）および式（２）で重み付けの係数を算出するリニアモータシステムは、振幅に応じた値の重み付け係数を簡便に算出することができる。また、上記の各ホール素子と各相電機子とが上記の位置関係で配置されたリニアモータシステムは、電機子の励磁に起因する誤差を格段に低減することができる。また、上記の各ホール素子が電機子の端部に配置されたリニアモータシステムは、各ホール素子が電機子の中央部に配置されている場合と比較して、電機子の励磁によるホール素子への影響を低減することができ、電機子の励磁に起因する誤差を低減することができる。

実施形態に係るリニアモータシステム、移動体システムを示す図である。 実施形態に係るモータ部を示す図である。 電機子の配置および接続関係を示す図である。 励磁の状態に応じた磁気検出部の出力を示す図である。 磁気検出部の出力から算出される電気角を示す図である。 磁気検出部の出力から算出される電気角の相対誤差を示す図である。 実施形態に係る電気角の推定方法を示すフローチャートである。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれについて、適宜、矢印の先の側を＋側（例、＋Ｘ側）と称し、その反対側を−側（例、−Ｘ側）と称する。

図１は、実施形態に係るリニアモータシステムを適用した移動体システムを示す図である。移動体システム１は、例えば、半導体デバイスの製造工場に設置され、半導体デバイスの製造に用いられる半導体ウエハを収容したＦＯＵＰ、あるいはレチクルなどの加工用部材を収容したレチクルポッドなどの物品を搬送する。なお、移動体システム１は、半導体分野以外の設備に適用可能であり、搬送される物品は、移動体システム１が設置される設備で扱われる各種の物品でもよい。ここでは、移動体システム１が天井走行車によって物品を搬送する搬送システムであるとして説明する。

移動体システム１は、軌道２と、搬送台車３と、リニアモータシステム４とを備える。搬送台車３は、例えば、ＯＨＴ（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｈｏｉｓｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）、あるいはＯＨＶ（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｈｏｉｓｔ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの天井走行車である。軌道２は、例えば走行レールなどであり、設備の天井に設けられる。リニアモータシステム４は、搬送台車３を走行させる駆動力を供給する。搬送台車３は、リニアモータシステム４によって軌道２に沿って移動（走行）する。以下、移動体システム１の各部について、より詳しく説明する。

。軌道２は、界磁５が設けられる移動経路である。軌道２は、移動体システム１が設けられる設備（例、工場）の天井などに固定されている。界磁５は、極性（Ｓ極、Ｎ極）が交互に異なるように配列された磁石６が並ぶ構造の固定子である。磁石６は、永久磁石であり、軌道２に固定されている。

搬送台車３は、モータ１１、駆動制御部１２、モータ１３、及び駆動制御部１４を備える。モータ１１およびモータ１３は、それぞれ、搬送台車３において軌道２の磁石６と対向し、磁石６に近接する位置に固定されている。図１において、搬送台車３の移動方向（白抜きの矢印で示す）は、Ｘ方向と平行である。モータ部１１は、搬送台車３において移動方向の前方側（＋Ｘ側）に設けられる。モータ部１３は、搬送台車３において移動方向の後方側（−Ｘ側）に設けられる。

モータ１１およびモータ１３は、それぞれ、界磁５（固定子）に対して移動する可動子である。モータ１１および界磁５、並びにモータ１３および界磁５は、それぞれ、交流３相のリニアモータを構成する。モータ１１およびモータ１３は、それぞれ、自装置の電気角と界磁５の磁極とが同期するように、磁界を変化させる。駆動制御部１２および駆動制御部１４は、それぞれサーボアンプである。駆動制御部１２は、モータ１１に対して、磁界の発生に使われる電流を供給する。駆動制御部１４は、モータ１３に対して、磁界の発生に使われる電流を供給する。

図２は、実施形態に係るモータを示す図である。図１に示したモータ１１およびモータ１３は、いずれも同様の構成であり、ここでは、モータ１１を代表的に説明し、モータ１３の説明を適宜省略する。図２（Ａ）はモータ１１を−Ｙ側（側面側）から見た図であり、図２（Ｂ）はモータ１１を−Ｚ側（底面側）から見た図であり、図２（Ｃ）はモータ１１を＋Ｘ側（正面側）から見た図である。

モータ１１は、界磁５に対向配置された複数の電機子１５、保持部１６、ヨーク１７、及び配線１８を備える。複数の電機子１５は、Ｘ方向にほぼ等間隔で周期的に並んでいる。複数の電機子１５は、第１相の電機子１５ａ、１５ｂ、第２相の電機子１５ｃ、１５ｄ、及び第３相の電機子１５ｅ、１５ｆを含む。ここでは、一対の第１相の電機子１５ａ、１５ｂがＵ相の電機子であり、一対の第２相の電機子１５ｃ、１５ｄがＷ相であり、一対の第３相の電機子１５ｅ、１５ｆがＶ相であるとする。また、各相の電機子を区別しない場合に、各電機子を符号１５で表す。

一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂのうち、一方のＵ相の電機子１５ａは、複数の電機子１５のうち最も−Ｘ側に配置されている。一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂのうち、他方のＵ相の電機子１５ｂは、複数の電機子１５のうち最も＋Ｘ側に配置されている。Ｗ相の電機子１５ｃ、１５ｄは、一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂの間に並んで配置される。Ｗ相の電機子１５ｃ（図中にＷで示す）は、Ｕ相の電機子１５ａの＋Ｘ側の隣に配置される。Ｗ相の電機子１５ｄ（図中にバー付きのＷで示す）は、Ｗ相の電機子１５ｃの＋Ｘ側の隣に配置される。Ｖ相の電機子１５ｅ、１５ｆは、一対のＷ相の電機子１５ｃ、１５ｄの隣に並んで配置される。Ｖ相の電機子１５ｅ（図中にＶで示す）は、Ｗ相の電機子１５ｄの＋Ｘ側の隣に配置される。Ｖ相の電機子１５ｆ（図中にバー付きのＶで示す）は、Ｖ相の電機子１５ｅの＋Ｘ側の隣に、すなわちＵ相の電機子１５ｂの−Ｘ側の隣に配置される。

複数の電機子１５は、それぞれ、コイル２１およびコア２２を備える。コイル２１は、コア２２の外側に巻き回されている。コア２２は、コイル２１よりも＋Ｚ側へ突出しており、その先端部は、コイル２１よりも磁石６に接近している。コア２２の先端部は、磁石６に近づくにつれて外形が広がるテーパ状である。複数の電機子１５は、いずれも保持部１６に固定され、保持部１６に保持されている。

ヨーク１７は、複数の電機子１５の上方を開放し、複数の電機子１５の側方を囲むように設けられる。Ｚ方向において、ヨーク１７の上端はモータ１１の上端に相当し、電機子１５は、その上端がヨーク１７よりも上方に突出しないように配置される。また、ヨーク１７は、Ｙ方向において保持部１６よりも幅が広く、保持部１６に対して−Ｙ側および＋Ｙ側のそれぞれにおいて、保持部１６から張り出している。配線１８は、複数の電機子１５と電気的に接続されており（図３で説明する）、モータ１１のＹ方向の端部において下方に引き出されて、図１に示した駆動制御部１２と電気的に接続される。

図３は、電機子の配置および接続関係を示す図である。複数の電機子１５は、コイル２１の一端と電気的に接続される第１端子Ｐ１、及びコイル２１の他端と電気的に接続される第２端子Ｐ２を備える。第１端子Ｐ１は、コイル２１の巻き始め側の端子であり、第２端子Ｐ２は、コイル２１の巻き終わり側の端子である。Ｕ相の電機子１５ａの第２端子Ｐ２、Ｗ相の電機子１５ｃの第１端子Ｐ１、及びＶ相の電機子１５ｄの第１端子Ｐ１は、配線を介してノードＮ１と電気的に接続される。ノードＮ１は、スター結線（Ｙ結線、星形結線）、すなわち３相の各相をその一端の中性点で接続する結線である。ノードＮ１は、基準電位となる接地端子（図示せず）と電気的に接続される。

各相の一対の電機子（例、Ｕ相の電機子１５ａ、１５ｂ）は、直列に接続されている。Ｕ相の電機子１５ａの第１端子Ｐ１は、ノードＮ２を介して、Ｕ相の電機子１５ｂの第２端子Ｐ２と電気的に接続される。Ｕ相の電機子１５ｂの第１端子Ｐ１は、ノードＮ３を介して、駆動制御部１２のＵ相端子Ｐｕと電気的に接続される。Ｗ相の電機子１５ｃの第２端子Ｐ２は、ノードＮ４を介して、Ｗ相の電機子１５ｄの第２端子Ｐ２と電気的に接続される。Ｗ相の電機子１５ｃの第１端子Ｐ１は、ノードＮ５を介して、駆動制御部１２のＷ相端子Ｐｗと電気的に接続される。Ｖ相の電機子１５ｅの第２端子Ｐ２は、ノードＮ６を介して、Ｖ相の電機子１５ｆの第２端子Ｐ２と電気的に接続される。Ｖ相の電機子１５ｆの第１端子Ｐ１は、ノードＮ７を介して、駆動制御部１２のＶ相端子Ｐｖと電気的に接続される。

図１の説明に戻り、搬送台車３は、磁気検出部２５、磁気検出部２６、磁極センサ２７、及び制御部２８を備える。磁気検出部２５は、モータ１１に設けられ、界磁５が発生する磁界をモータ１１の位置において検出する。磁気検出部２６は、モータ１３に設けられ、界磁５が発生する磁界をモータ１３の位置において検出する。磁気検出部２５および磁気検出部２６は、それぞれ、制御部２８と通信可能に接続され、その検出結果を制御部２８に出力する。

磁気検出部２５および磁気検出部２６は、いずれも同様の構成である。ここでは、磁気検出部２５の構成を代表的に説明し、磁気検出部２６の説明を適宜省略する。磁気検出部２５は、図２に示すように、第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃを備える。第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、それぞれ、磁気変換素子である。磁気変換素子は、その感磁面に対する磁界方向が変化すると、その変化した角度に対応した電気信号を出力する。第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、それぞれ、界磁５（磁石６）に対する電機子１５（モータ部１１）の移動方向（Ｘ方向）における電機子１５の範囲に配置されている。第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、それぞれ、界磁５が発生する磁界を検出する。

図２（Ａ）には、各ホール素子の位置におけるモータ部１１の電気角の位相を併記した。ここでは、第１ホール素子２９ａの位置を基準（電気角の位相が０°）とする。第１ホール素子２９ａは、一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂのうち一方（−Ｘ側）の電機子（Ａａ）の位置に配置されている。第２ホール素子２９ｂは、電気角の位相が第１ホール素子２９ａと１８０°ずれた位置に配置されている。第２ホール素子２９ｂは、一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂのうち一方（＋Ｘ側）の電機子（１５ｂ）の位置に配置されている。第３ホール素子２９ｃは、一対のＵ相の電機子１５ａ、１５ｂのうち一方（＋Ｘ側）の電機子（１５ｂ）の位置に配置されている。第３ホール素子２９ｃは、一対のＷ相の電機子１５ｃ、１５ｄと、一対のＶ相の電機子１５ｅ、１５ｆとの間に配置されている。第３ホール素子２９ｃは、電気角の位相が第１ホール素子２９ａと９０°ずれた位置に配置されている。

また、第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、それぞれ、複数の電機子１５のそれぞれのコイル２１よりも磁石６に近い側（＋Ｚ側）に配置されている。第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、それぞれ、ヨーク１７よりも上方に突出しないように、高さが調整されている。第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃ（図２（Ｂ）参照）は、それぞれ、Ｚ方向から見た場合にその少なくとも一部がコイル２１と重なる位置に配置されている。また、第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、界磁５に対する電機子１５の移動方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）において、コイル２１の端側に寄せて配置されている。図２（Ｂ）では、第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、及び第３ホール素子２９ｃは、いずれもコイル２１の−Ｙ側の端部上に配置されている。

図１の制御部２８には、電気角を算出する演算部３０が設けられる。演算部３０は、磁気検出部２５の出力結果を用いてモータ１１（モータ１３）の電気角を算出する。図４は、励磁の状態に応じた磁気検出部の出力を示す図である。図４の各グラフにおいて、横軸は、モータ電気角位置［°］であり、図２に示した界磁５と電機子１５との相対位置によって定まる電気角の理論値に相当する。また、図４の各グラフにおいて、縦軸は、各ホール素子の出力値である。符号Ｖ１は第１ホール素子２９ａの出力値であり、符号Ｖ２は第２ホール素子２９ｂの出力値であり、符号Ｖ３は第３ホール素子２９ｃの出力値である。

図４（Ａ）は、図２に示したコイル２１に所定方向の電流を流した励磁状態であり、図４（Ｂ）は、コイル２１に電流を流していない無励磁状態である。モータ電気角位置の各位置（例、９０°）において図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較すると、図４（Ａ）の第１ホール素子の出力値Ｖ１の振幅Ｗａ１は、図４（Ｂ）の第１ホール素子の出力値Ｖ１の振幅Ｗａ２よりも大きい。また、図４（Ａ）の第２ホール素子の出力値Ｖ２の振幅Ｗｂ１は、図４（Ｂ）の第２ホール素子の出力値Ｖ２の振幅Ｗｂ２よりも小さい。このように、励磁状態では、無励磁状態と比較して、第１ホール素子の出力値Ｖ１の振幅が増加するのに対して、第２ホール素子の出力値Ｖ３の振幅が減少する。

図４（Ｃ）は、コイル２１に図４（Ａ）と同じ値の電流を逆向きに流した逆励磁状態である。モータ電気角位置の各位置（例、９０°）において図４（Ｃ）と図４（Ｂ）とを比較すると、図４（Ｃ）の第１ホール素子の出力値Ｖ１の振幅Ｗａ３は、図４（Ｂ）の第１ホール素子の出力値Ｖ１の振幅Ｗａ２よりも小さい。また、図４（Ｃ）の第２ホール素子の出力値Ｖ２の振幅Ｗｂ３は、図４（Ｂ）の第２ホール素子の出力値Ｖ３の振幅Ｗｂ２よりも大きい。このように、逆励磁状態では、無励磁状態と比較して、第１ホール素子２９ａの出力値Ｖ１の振幅が減少するのに対して、第２ホール素子２９ｂの出力値Ｖ２の振幅が増加する。

演算部３０（図１参照）は、第１ホール素子２９ａの出力値Ｖ１および第３ホール素子２９ｃの出力値Ｖ３から、下記の式（３）によって第１電気角（θ１）を算出する。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ１／Ｖ３）［°］ ・・・（３）

また、演算部３０（図１参照）は、第２ホール素子２９ｂの出力値Ｖ２および第３ホール素子２９ｃの出力値Ｖ３から、下記の式（４）によって第２電気角（θ２）を算出する。
θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ３）［°］ ・・・（４）

図５は、磁気検出部の出力から算出される電気角を示す図である。図５（Ａ）は図４で説明した励磁状態であり、図５（Ｂ）は無励磁状態であり、図５（Ｃ）は逆励磁状態である。図５の各グラフにおいて、横軸はモータ電気角位置［°］であり、縦軸は電気角の算出値［°］である。なお、各グラフにおいて、符号θ３は、電気角の推定値の算出値（後述する）である。モータ電気角位置（真の値）をｘとし、電気角の算出値をｙとしたときに、算出値がｙ＝ｘに近いほど算出値の誤差が小さい。

図５（Ａ）に示すように、励磁状態に対応する第１電気角θ１の算出値、第２電気角θ２の算出値は、真の値（上記のｙ＝ｘの直線）に対して振動している。例えば、第１電気角θ１、第２電気角θ２は、モータ電気角位置が０°から１８０°の範囲を１周期として、周期的に変動している。第１電気角θ１は、横軸が０°から約９０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもプラス側であり、横軸が９０°から約１８０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもマイナス側である。また、第２電気角θ２は、横軸が０°から約９０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもマイナス側であり、横軸が９０°から約１８０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもプラス側である。

また、図５（Ｂ）に示すように、無励磁状態における第１電気角θ１、第２電気角θ２は、それぞれ、モータ電気角位置（真の値）とほぼ同じ値（ｙ＝ｘの直線上）である。そのため、ここでは、無励磁状態における第１電気角θ１、第２電気角θ２をそれぞれ真の値と近似する。

また、図５（Ｃ）に示す逆励磁状態においても同様に、電気角の算出値は、真の値に対して振動するが、図５（Ａ）の励磁状態と比較して真の値に対する正負の関係が反転する。例えば、第１電気角θ１は、横軸が０°から約９０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもマイナス側であり、横軸が９０°から約１８０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもプラス側である。また、第２電気角θ２は、横軸が０°から約９０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもプラス側であり、横軸が９０°から約１８０°の範囲で真の値（ｙ＝ｘ）よりもマイナス側である。

図６は、磁気検出部の出力から算出される電気角の相対誤差を示す図である。図６（Ａ）において、符号Δθ１は、第１電気角θ１の誤差であり、励磁状態の第１電気角θ１から無励磁状態の第１電気角θ１を引いた値である。また、符号Δθ２は、第２電気角θ２の誤差であり、励磁状態の第２電気角θ２から無励磁状態の第２電気角θ２を引いた値である。第１電気角θ１の誤差Δθ１、第２電気角θ２の誤差Δθ２は、それぞれモータ電気角位置に対して正弦波状に変動しており、正負が互いに逆転した関係にある。また、第１電気角θ１の誤差Δθ１、第２電気角θ２の誤差Δθ２は、その振幅が互いに異なる。例えば、図６（Ａ）では、第１電気角θ１の誤差Δθ１の振幅が約１０°であり、第２電気角θ２の誤差Δθ２の振幅が約２０°である。また、図６（Ｂ）の逆励磁状態においては、第１電気角θ１と第２電気角θ２との関係が図６（Ａ）の励磁状態と入れ替わる。すなわち、第１電気角θ１の誤差Δθ１の振幅が約２０°であり、第２電気角θ２の誤差Δθ２の振幅が約１０°である。

各電気角の誤差の振幅は、各電気角の振幅と対応関係があることから、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで、振幅が大きい方が誤差が大きいことになる。また、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで誤差の正負が反転していることから、本願発明者は、第１電気角θ１と第２電気角θ２とに重み付けを行うことで、誤差を低減した電気角の推定値を算出可能であることを思い至った。

本実施形態において、演算部３０（図１参照）は、第１ホール素子２９ａの出力値（Ｖ１）および第３ホール素子２９ｃの出力値（Ｖ３）から、下記の式（５）によって第１電気角θ１の振幅（Ｗ１）を算出する。また、演算部３０は、第２ホール素子２９ｂの出力値（Ｖ２）および第３ホール素子２９ｃの出力値（Ｖ３）から、下記の式（６）によって第２電気角θ２の振幅（Ｗ２）を算出する。
Ｗ１＝√（Ｖ１^２＋Ｖ３^２） ・・・（５）
Ｗ２＝√（Ｖ２^２＋Ｖ３^２） ・・・（６）

また、演算部３０は、第１電気角θ１と第２電気角θ２とを用いた重み付け（加重平均）を行うことによって、電気角の推定値を算出する。この重み付けは、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで、振幅が大きい方に対して相対的に大きな係数を乗算する。ここで、第１電気角θ１に対する重み付けの係数をＣ１とし、第２電気角θ２に対する重み付けの係数をＣ２とする。第１電気角θ１の振幅Ｗ１が第２電気角θ２の振幅Ｗ２よりも大きい場合、第１電気角θ１に対する係数Ｃ１は、第２電気角θ２に対する係数Ｃ２よりも大きな値に設定される。逆に、第１電気角θ１の振幅Ｗ１が第２電気角θ２の振幅Ｗ２よりも小さい場合、第１電気角θ１に対する係数Ｃ１は、第２電気角θ２に対する係数Ｃ２よりも小さな値に設定される。例えば、Ｃ１は下記の式（７）で表され、Ｃ２は下記の式（８）で表される。すなわち、演算部３０は、電気角の推定値（θ３）を下記の式（９）によって、算出する。
Ｃ１＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（７）
Ｃ２＝Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（８）
θ３＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×θ１＋Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）×θ２ ・・・（９）

図６の各グラフにおいて、符号Δθ３は、上記の式（９）によって算出された電気角の推定値の誤差である。図６（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいて、電気角の推定値の誤差Δθ３は、その絶対値が約３°以下になっており、第１電気角θ１の誤差Δθ１および第２電気角θ２の誤差Δθ２のいずれよりも小さい。このように、本実施形態によれば、電機子１５の励磁に起因する電気角の誤差を低減することができる。

制御部２８は、演算部３０が算出したモータ１１の電気角の推定値θ３を用いて、軌道２上のモータ１１の位置を特定する。また制御部２８は、演算部３０が算出したモータ１３の電気角の推定値を用いて、軌道２上のモータ１３の位置を特定する。制御部２８は、特定したモータ１１の位置およびモータ１３の位置を用いて、搬送台車３の位置を特定する。上述のように電気角の誤差が低減されるので、制御部２８は、搬送台車３の位置を高精度で特定することができる。

図１に戻り、磁極センサ２７は、モータ１１とモータ１３との間に設けられる。磁極センサ２７は、界磁５が発生する磁界を検出する。磁極センサ２７は、制御部２８と通信可能に接続され、その検出結果を制御部２８へ出力する。磁極センサ２７の検出結果は、例えば、軌道２上で磁石６が存在しない位置に磁気検出部２５あるいは磁気検出部２６が配置された際に、磁気検出部２５の検出結果あるいは磁気検出部２６の検出結果の代用として利用される。

制御部２８は、上位制御装置（図示せず）と通信可能に接続され、この上位制御装置から走行指令等の各種指令を受信する。制御部２８は、上位制御装置から受信した指令に基づいて、搬送台車３の各部を包括的に制御する。例えば、制御部２８は、磁気検出部２５、２６の検出結果から特定される搬送台車３の位置および上記の走行指令に基づいて、搬送台車３の走行条件（例、目標位置、目標速度）を決定する。上述のように電気角の誤差が低減されることで、制御部２８は、搬送台車３の位置を高精度で特定することができるので、搬送台車３の走行条件を適切な条件に決定することができる。

制御部２８は、駆動制御部１２および駆動制御部１４のそれぞれと通信可能に接続され、決定した走行条件に応じた目標値を駆動制御部１２および駆動制御部１４へ供給する。駆動制御部１２は、搬送台車３の走行状態を制御部２８からの目標値に近づけるように、モータ１１を駆動制御する。また、駆動制御部１４は、搬送台車３の走行状態を制御部２８からの目標値に近づけるように、モータ１３を駆動制御する。

実施形態に係るリニアモータシステム４は、界磁５と、電機子１５（モータ１１およびモータ１３）と、磁気検出部２５と、磁気検出部２６と、演算部３０とを備える。なお、リニアモータシステム４は、モータ１１またはモータ１３を備えなくてもよい。また、リニアモータシステム４は、モータ１１を備えない場合、磁気検出部２５を備えなくてもよく、モータ１３を備えない場合、磁気検出部２６を備えなくてもよい。

また、図１において、演算部３０は、制御部２８に設けられるが、制御部２８以外の部分に設けられてもよく、例えば、磁気検出部２５または磁気検出部２６とユニット化されていてもよい。また、演算部３０は、磁気検出部２５と磁気検出部２６とにそれぞれ設けられてもよい。

次に、上述のリニアモータシステム４の構成に基づき、実施形態に係る電気角の推定方法について説明する。図７は、実施形態に係る電気角の推定方法を示すフローチャートである。ステップＳ１において、磁気検出部２５の各ホール素子（第１ホール素子２９ａ、第２ホール素子２９ｂ、第３ホール素子２９ｃ）は、界磁５が発生する磁界を検出する。ステップＳ２において、演算部３０は、第１ホール素子２９ａの出力および第３ホール素子２９ｃの出力から第１電気角θ１を算出する。また、ステップＳ３において、演算部３０は、第２ホール素子２９ｂの出力および第３ホール素子２９ｃの出力から第２電気角θ２を算出する。なお、演算部３０は、ステップＳ２の処理とステップＳ３の処理とでいずれの処理を先に行ってもよく、例えば、ステップＳ３の処理をステップＳ２の処理の前に行ってもよい。ステップＳ４において、演算部３０は、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって、電気角の推定値θ３を算出する。例えば、演算部３０は、上記の式（９）によって、電気角の推定値θ３を算出する。

上述の実施形態において、制御部２８（演算部３０）は、例えばコンピュータを含む。制御部２８は、記憶部（図示せず）に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って各種の処理を実行する。このプログラムは、例えば、極性が交互に異なるように磁石が並ぶ界磁と、界磁に対向配置された電機子と、界磁に対する電機子の移動方向における電機子の範囲に配置されて界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子を含み、第２ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と９０°ずれており、第３ホール素子の電気角の位相が第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部と、を備えるリニアモータシステムにおける電気角の推定プログラムであって、コンピュータに、第１ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第１電気角を算出することと、第２ホール素子の出力および第３ホール素子の出力から第２電気角を算出することと、第１電気角と第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出することと、を実行させるこのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。

なお、実施形態に係る移動体システム１は、軌道２が設備の床面に設けられ、搬送台車３が床面上を走行するシステムでもよい。また、実施形態に係る移動体は、搬送台車３以外の車両等でもよいし、ロボットアームあるいはステージ等の可動の部材であってもよい。実施形態に係るリニアモータシステム４は、ライン状の移動経路に沿って移動体を１次元的に移動させるシステムでもよいし、平面モータのように２次元的に移動させるシステムでもよい。

なお、上述の実施形態において、演算部３０は、式（９）によって電気角の推定値θ３を算出するが、式（９）と異なる式によって電気角の推定値を算出してもよい。例えば、第１電気角θ１に対する重み付けの係数Ｃ１が下記の式（１０）で表され、第２電気角θ２に対する重み付けの係数Ｃ２が下記の式（１１）で表されてもよい。この場合についても、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで振幅が大きい方が重み付けの係数が大きくなる。このように、重み付けの係数Ｃ１、Ｃ２を表す関数は、任意に設定される。
Ｃ１＝Ｗ１^２／（Ｗ１^２＋Ｗ２^２） ・・・（１０）
Ｃ２＝Ｗ２^２／（Ｗ１^２＋Ｗ２^２） ・・・（１１）

また、上述の実施形態において、重み付けの係数（Ｃ１、Ｃ２）は、第１電気角θ１の振幅Ｗ１と第２電気角θ２の振幅Ｗ２とを変数とする可変値であるが、固定値でもよい。例えば、演算部３０は、固定値の係数Ｃ３（例、１／３）と、係数Ｃ３よりも値が大きい固定値の係数Ｃ４（例、２／３）を持っており、第１電気角θ１と第２電気角θ２とで振幅が大きい方に係数Ｃ４を乗算し、振幅が小さい方に係数Ｃ３を乗算して、これらの乗算値の和をとることで、電気角の推定値を算出してもよい。

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

１・・・移動体システム
２・・・軌道（移動経路）
３・・・搬送台車（移動体）
４・・・リニアモータシステム
５・・・界磁
６・・・磁石
１５、１５ａ〜１５ｆ・・・電機子
２５、２６・・・磁気検出部
２９ａ・・・第１ホール素子
２９ｂ・・・第２ホール素子
２９ｃ・・・第３ホール素子
３０・・・演算部
Ｃ１・・・係数
Ｃ２・・・係数

Claims (7)

1. 極性が交互に異なるように磁石が並ぶ界磁と、
   前記界磁に対向配置された電機子と、
   前記界磁に対する前記の移動方向における前記電機子の範囲に配置されて前記界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子を含み、前記第３ホール素子の電気角の位相が前記第１ホール素子と９０°ずれており、前記第２ホール素子の電気角の位相が前記第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部と、
   前記第１ホール素子の出力および前記第３ホール素子の出力から第１電気角を算出し、前記第２ホール素子の出力および前記第３ホール素子の出力から第２電気角を算出し、前記第１電気角と前記第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出する演算部と、を備えるリニアモータシステム。
2. 前記演算部は、前記第１電気角の振幅と前記第２電気角の振幅とを用いて前記重み付けの係数を算出し、その算出結果を用いて前記推定値を算出する、請求項１に記載のリニアモータシステム。
3. 前記第１電気角の振幅をＷ１、前記第２電気角の振幅をＷ２とし、前記第１電気角に対する前記重み付けの係数をＣ１、前記第２電気角に対する前記重み付けの係数をＣ２としたときに、
   前記演算部は、前記Ｃ１を下記の式（１）で算出し、前記Ｃ２を下記の式（２）で算出する、
   Ｃ１＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（１）
   Ｃ２＝Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２） ・・・（２）
   請求項２に記載のリニアモータシステム。
4. 前記電機子は、
   一対の第１相の電機子と、
   前記一対の第１相の電機子の間に並んで配置される第２相の電機子と、
   前記一対の第２相の電機子の隣に並んで配置される第３相の電機子と、を備え、
   前記第１ホール素子は、前記一対の第１相の電機子のうち一方の電機子の位置に配置され、
   前記第２のホール素子は、前記一対の第１相の電機子のうち他方の電機子の位置に配置され、
   前記第３ホール素子は、前記一対の第２相の電機子と前記一対の第３相の電機子との間に配置される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリニアモータシステム。
5. 前記第１ホール素子、前記第２ホール素子、及び前記第３ホール素子は、前記移動方向に垂直な方向において、前記電機子の端部に配置されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリニアモータシステム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のリニアモータシステムと、
   前記界磁が設けられる移動経路と、
   前記電機子が設けられ、前記リニアモータシステムによって前記移動経路に沿って移動する移動体と、を備える移動体システム。
7. 極性が交互に異なるように磁石が並ぶ界磁と、前記界磁に対向配置された電機子と、前記界磁に対する前記電機子の移動方向における前記電機子の範囲に配置されて前記界磁が発生する磁界を検出する第１ホール素子、第２ホール素子、及び第３ホール素子を含み、前記第３ホール素子の電気角の位相が前記第１ホール素子と９０°ずれており、前記第２ホール素子の電気角の位相が前記第１ホール素子と１８０°ずれている磁気検出部と、を備えるリニアモータシステムにおける電気角の推定方法であって、
   前記第１ホール素子の出力および前記第３ホール素子の出力から第１電気角を算出することと、
   前記第２ホール素子の出力および前記第３ホール素子の出力から第２電気角を算出することと、
   前記第１電気角と前記第２電気角とで振幅が大きい方に相対的に値が大きい係数を乗算する重み付けによって電気角の推定値を算出することと、を含む電気角の推定方法。

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