JP2022026199A

JP2022026199A - 搬送装置、制御装置及び制御方法

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Publication number: JP2022026199A
Application number: JP2020129551A
Authority: JP
Inventors: 弘武関口; Hiromu Sekiguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-10
Also published as: CN114062788A; US11671045B2; US20220038039A1

Abstract

【課題】少ない回路構成制約で電動機のインピーダンス測定を行い得る搬送装置を提供する。【解決手段】可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機と、前記電動機を制御する制御装置であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、を有する制御装置と、を有し、前記制御部は、前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値を決定する。【選択図】図４

Description

本発明は、搬送装置、制御装置及び制御方法に関する。

特許文献１には、活線状態の三相電気機器のインピーダンスを動作状態に影響を与えることなく測定する方法が記載されている。特許文献１に記載されているインピーダンス測定装置は、三相電気機器の中性点と、三相の誘導性素子の中性点との間が零相電源で接続された回路構成を有しており、零相電源を流れる電流と三相電気機器に印加した電圧とに基づいてインピーダンスを測定する。

特開２０１１－１３７６８８号公報

特許文献１に記載されているインピーダンス測定を行うためには、三相電気機器の中性点と、三相の誘導性素子の中性点との間を零相電源で接続するという特殊な回路構成を要する。したがって、回路構成の制約が多い点が課題となり得る。

そこで、本発明は、少ない回路構成制約で電動機のインピーダンス測定を行い得る搬送装置、制御装置、制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一観点によれば、可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機と、前記電動機を制御する制御装置であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、を有する制御装置と、を有し、前記制御部は、前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値を決定することを特徴とする搬送装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機を制御する制御方法であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定するステップと、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御するステップと、を有し、前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値が決定されていることを特徴とする制御方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機と、前記電動機を制御する制御装置であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値と、が重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、を有する制御装置と、を有し、前記制御部は、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値と、前記第２電流指令値とに基づいて、前記第１電流指令値を決定することを特徴とする搬送装置が提供される。

本発明によれば、少ない回路構成制約で電動機のインピーダンス測定を行い得る搬送装置、制御装置、制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る搬送装置の概略構成を示す上面図である。本発明の第１実施形態に係る搬送装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係るコイル、電流検出器及び電圧検出器の接続を示す回路図である。本発明の第１実施形態に係る搬送装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係る搬送装置の動作の概略を示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る搬送装置における電流計算を模式的に示すベクトル図である。本発明の第２実施形態に係る搬送装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る搬送装置の動作の概略を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る搬送装置における電流計算を模式的に示すベクトル図である。本発明の第３実施形態に係る搬送装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るコイル、電流検出器及び電圧検出器の接続を示す回路図である。

以下に本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。また、複数存在する同一の又は対応する構成要素について、同一の数字の符号の末尾にアルファベットを識別子として付記することにより区別することもある。同一の構成要素について特に区別して説明する必要がない場合には、識別子を省略して数字のみの符号を用いることもある。

［第１実施形態］
はじめに、本実施形態に係る搬送装置の概略構成について図１乃至図３を用いて説明する。本実施形態の搬送装置は、可動子に磁石が設置され、固定子にコイルが設置された直動型電動機を用いたムービングマグネット型（ＭＭ）型の搬送装置である。

図１は、本実施形態に係る搬送装置の概略構成を示す上面図である。図２は、本実施形態に係る搬送装置の概略構成を示す断面図である。図１は、搬送装置をＺ方向から見た上面図であり、図２は、搬送装置のＸＺ断面をＹ方向から見た断面図である。図３は、コイル、電流検出器及び電圧検出器の接続を示す回路図である。

本実施形態に係る搬送装置は、図１乃至図３に示すように、制御装置１０、コイル２１、位置検出器２２、電流検出器２３、電圧検出器２４、リニアガイド３１、可動子３２、スケール３３及び磁石３４を有している。搬送装置は、物品を搬送する装置である。搬送装置は、可動子３２により搬送されるワークに対して加工を施す加工システムの一部を構成している。

可動子３２は、搬送装置のキャリアとして機能する。可動子３２は、その上面に対象加工物等の物品を載置又は保持可能なように構成されている。なお、可動子３２の個数は、図１及び図２に示されているような２個に限定されるものではなく、１個であってもよく３個以上であってもよい。可動子３２により搬送されるワークに対し、不図示の加工装置により加工が行われて物品が製造される。

図１及び図２に示されている直交座標系であるＸＹＺ座標系について説明する。可動子３２が移動する水平方向をＸ軸とする。また、Ｘ軸と直交する方向のうちの鉛直方向をＺ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とする。なお、可動子３２の移動方向は必ずしも水平方向である必要はないが、その場合も移動方向をＸ軸として適宜Ｘ軸に直交するようにＹ軸及びＺ軸を定めることができる。

可動子３２の下面（Ｚ軸の負側の面）には複数の磁石３４がＸ軸方向に並ぶように取り付けられて配置されている。複数の磁石３４は、下方（Ｚ軸の負方向）に向く外側の磁極の極性が交互に異なるように、すなわち、下方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶように取り付けられている。なお、複数の磁石の個数は特に限定されるものではなく適宜変更可能である。なお、磁石３４は、典型的には永久磁石であり得るが、電磁石であってもよい。以下の説明では磁石３４は永久磁石であるものとする。

複数のコイル２１の各々は、本実施形態においては単相コイルであり、可動子３２を駆動する電機子として機能する。複数のコイル２１は、可動子３２の移動方向、すなわちＸ方向に沿って配置されている。複数のコイル２１と複数の磁石３４とはＺ軸方向に対向するように取り付けられている。複数のコイル２１の各々に電流を流すことにより、複数のコイル２１と複数の磁石３４との間に力が生じる。これにより、推力が可動子３２に作用し、可動子３２は、リニアガイド３１に沿ってＸ軸方向に移動する。このように、複数のコイル２１及びリニアガイド３１は、可動子３２の搬送路を構成する。

複数のコイル２１及びリニアガイド３１の上方（Ｚ軸の正方向）には、可動子３２の位置を検出する複数の位置検出器２２が取り付けられている。位置検出器２２は、例えば、リニアエンコーダである。位置検出器２２は、可動子３２に取り付けられたスケール３３のパターンを読み取ることにより、位置検出器２２と可動子３２の相対距離を測定する。位置検出器２２の位置は既知であるため、位置検出器２２の位置と、測定された位置検出器２２と可動子３２の相対距離とに基づいて、可動子３２の位置を検出することができる。なお、位置検出器２２及びスケール３３が取り付けられる位置は図示されたものに限定されるものではなく、可動子３２の位置を検出可能であればよい。

図３に示すように、電流検出器２３は、複数のコイル２１の各々が接続される配線に設けられており、複数のコイル２１の各々を流れる電流を検出する。電圧検出器２４は、複数のコイル２１の各々が接続される配線に設けられており、複数のコイル２１の各々の両端に印加される電圧を検出する。なお、電圧検出器２４は、実際にコイル２１の両端電圧を測定するものであってもよく、制御装置１０の内部で計算された指令電圧を取得してもよい。

制御装置１０は、複数のコイル２１を流れる電流を制御する機能、位置検出器２２、電流検出器２３及び電圧検出器２４を制御する機能及びこれらの制御に必要な演算の機能を有している。これにより制御装置１０は、複数の可動子３２を所望の位置に移動させる制御を行う。制御装置１０は、単一のコントローラであってもよく、複数のコイル２１を制御するコイルコントローラ、各種の検出器を制御するセンサコントローラ、搬送装置の全般の制御を行う搬送コントローラ等の複数のコントローラを含むシステムであってもよい。

制御装置１０は、位置検出器２２により取得された可動子３２の位置に基づいて、所望の推力が可動子３２に作用するように複数のコイル２１の各々を流れる電流を制御する。制御装置１０は、図２及び図３に示すように、複数のコイル２１を流れる電流を個別に制御できるため、可動子３２の個数が複数である場合であっても複数の可動子３２を個別に制御できる。

複数の可動子３２の各々に作用する推力をまとめて推力ベクトルＦとし、複数の可動子３２と対向する複数のコイル２１の各々に流れる電流値をまとめて電流ベクトルＩとする。推力ベクトルＦは、複数の可動子３２の個数の要素数（次元）を有するベクトルであり、電流ベクトルＩは、複数のコイル２１の個数の要素数を有するベクトルであるものとする。このとき、推力ベクトルＦと電流ベクトルＩの関係は推力定数行列Ｋｔを用いて次の式（１）で表される。
Ｆ＝Ｋｔ＊Ｉ …（１）

ここで、推力定数行列Ｋｔの行数は推力ベクトルＦの要素数と等しく、推力定数行列Ｋｔの列数は電流ベクトルＩの要素数と等しい。推力定数行列Ｋｔの各要素は、その要素の列番号に対応するコイル２１に単位電流が流れたときに、その要素の行番号に対応する可動子３２に作用する推力を示す。また、推力定数行列Ｋｔは、複数の可動子３２の各々の位置に応じて変化する。

次に、本実施形態に係る搬送装置におけるコイル２１の抵抗測定方法について図４乃至図６を用いて説明する。本実施形態の制御装置１０は、複数のコイル２１の各々の抵抗を測定する機能を有している。具体的な測定方法の説明に先立って、抵抗を測定する目的等について簡単に説明する。

一般に、搬送装置等に搭載される電動機に含まれるコイルの巻線にはエナメル等の絶縁被覆が施されている。この絶縁被覆の劣化を低減するため、電動機の動作温度が絶縁被覆の耐熱温度を超えないように電動機の制御を行う必要がある。巻線に用いられる銅等の金属材料は、温度に依存して抵抗がほぼ線形に変化することが知られており、コイルの抵抗を測定することにより、コイルの温度を推定することができる。また、巻線の短絡、断線等の異常も抵抗の変化を引き起こすため、コイルの抵抗を測定することによりこれらの異常の発生を推定することができる。

本実施形態の制御装置１０によって計測される抵抗は、上述の用途の少なくとも１つに用いることができるがこれらの用途に限定されるものではない。なお、本明細書において測定されるコイル２１の「抵抗」には、直流電圧及び直流電流により計測される純抵抗だけでなく、コイル２１のインダクタンス等によるリアクタンス成分が含まれる場合がある。また、コイル２１の純抵抗だけでなく、リアクタンス成分を併せて測定してもよい。そこで、以下の説明においては、純抵抗を指す場合以外には「抵抗」に代えてより一般的な用語である「インピーダンス」を用いるものとする。

図４は、本実施形態に係る搬送装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示されているように、制御装置１０は、位置指令値生成器１１、推力指令値生成器１２、第１電流指令値生成器１３、第２電流指令値生成器１４、電流制御器１５及びインピーダンス測定器１６を有している。なお、位置指令値生成器１１、推力指令値生成器１２、第１電流指令値生成器１３、第２電流指令値生成器１４及び電流制御器１５の一部又は全部は、制御部と呼ばれることもある。また、インピーダンス測定器１６は測定部と呼ばれることもある。

図５は、本実施形態に係る搬送装置の動作の概略を示すフローチャートである。図５のフローチャートに沿って、図４に示されている各ブロックによって実行されるインピーダンス測定動作の概略を説明する。

ステップＳ１１において、位置指令値生成器１１は、ユーザからの操作又は事前に設定された動作に基づいて、可動子３２を所望の位置に移動させるための位置指令値を生成する。

ステップＳ１２において、位置検出器２２は、可動子３２の現在の位置を検出する。これにより得られた可動子３２の位置情報は、推力指令値生成器１２、第１電流指令値生成器１３、第２電流指令値生成器１４及びインピーダンス測定器１６に供給され得る。なお、ステップＳ１１とステップＳ１２の順序は逆でもよく、ステップＳ１１とステップＳ１２は並行して行われてもよい。

ステップＳ１３において、推力指令値生成器１２は、位置指令値生成器１１により生成された位置指令値と、位置検出器２２により測定された可動子３２の位置とに基づいて、可動子３２に作用させる推力を示す推力指令値を計算して生成する。推力は、可動子３２が現在位置から位置指令値により示される位置に向かって移動するように決定される。この推力の計算には、例えば、ＰＩＤ制御器が用いられ得る。

ステップＳ１４において、第１電流指令値生成器１３は、推力指令値生成器１２により生成された推力指令値と、位置検出器２２により測定された可動子３２の位置とに基づいて、各コイル２１に流すべき電流を示す第１電流指令値を決定する。第１電流指令値は、可動子３２が、推力指令値に応じた推力を受けるように決定される。第１電流指令値の計算には、例えば次の式（２）で示される推力ベクトルＦと電流ベクトルＩの関係式が用いられ得る。
Ｉ＝Ｋｔ＜＋＞＊Ｆ …（２）
ただし、Ｋｔ＜＋＞は推力定数行列Ｋｔの擬似逆行列である。

ステップＳ１５において、第２電流指令値生成器１４は、可動子３２が推力を受けないような組み合わせでコイル２１にインピーダンス測定用電流を流す第２電流指令値を決定する。このような電流の組み合わせは、推力定数行列Ｋｔの零空間に属し、かつ非零ベクトルである電流ベクトルｉｋを算出し、これを第２電流指令値とすることにより実現される。電流ベクトルｉｋは推力定数行列Ｋｔの零空間に属するため、第２電流指令値に応じた成分により可動子３２は推力を受けない。したがって、電流ベクトルｉｋを第１電流指令値に応じた推力ベクトルＦを発生させるための駆動用の電流ベクトルＩに重畳しても、複数のコイル２１が可動子３２に作用させる推力の合計には影響しない。

なお、推力定数行列Ｋｔの零空間に非零ベクトルである電流ベクトルｉｋが存在するための条件は、所定の推力ベクトルＦを生じる電流ベクトルＩの解が複数存在することである。この条件は、図１及び図２の搬送装置のように、可動子３２に複数の磁石３４が取り付けられていて、かつ、複数のコイル２１の電流が個別に制御できる場合には容易に満たされる。

電流ベクトルｉｋの計算方法の一例としては、例えばＩと等しい要素数の任意の非零ベクトルηと、推力定数行列Ｋｔと、その擬似逆行列Ｋｔ＜＋＞と、単位行列Ｅとを用いて次の式（３）を用いて求める方法がある。
ｉｋ＝（Ｅ－Ｋｔ＜＋＞＊Ｋｔ）＊η …（３）

必要に応じて電流ベクトルｉｋの計算結果に対して正規化、定数倍等の演算を更に行うことにより、以下のインピーダンス測定に適するように電流ベクトルｉｋの大きさを適宜調整してもよい。式（３）におけるηの任意性より、これらの演算処理を施した後の電流ベクトルも推力定数行列Ｋｔの零空間に属する。

ステップＳ１６において、電流制御器１５は、第１電流指令値と第２電流指令値とを重畳した第３電流指令値に基づいて、コイル２１を流れる電流を制御する。この処理は例えば、式（２）と式（３）の和で与えられる電流値がコイル２１を流れるように電流を制御するものであり得る。電流制御器１５は、例えば、ＰＩ制御器によって各コイル２１に印加する電圧を決定し、第３電流指令値が示す各コイル２１の電流と、電流検出器２３により検出される電流とが一致するような制御を行う。

ここで、図６を参照して、式（２）及び式（３）に基づく電流の計算例について単純化されたモデルを用いて説明する。図６は、本実施形態に係る搬送装置における電流計算を模式的に示すベクトル図である。

図６は、可動子３２の個数が１、コイル２１の個数が２個の場合における電流ベクトルの例を２次元平面上に示している。このとき、推力ベクトルＦは要素数１のベクトルであり、電流ベクトルＩは要素数２のベクトルであり、推力定数行列Ｋｔは１行２列の行列である。この推力定数行列Ｋｔの要素をＫｔ１、Ｋｔ２とする。なお、上述の要素数は説明のために単純化された例示であり、実際には上述よりも大きいものであり得る。推力定数行列Ｋｔの零空間に非零ベクトルである電流ベクトルｉｋが存在するための上述の条件、すなわち、所定の推力ベクトルＦを生じる電流ベクトルＩの解が複数存在すること、を満たしていれば、要素数はこれ以外の組み合わせであってもよい。

図６には、Ｏ－Ｉ－ｉｋで示される第１の座標系５０と、Ｏ－Ｉ１－Ｉ２で示される第２の座標系５１とが示されている。第１の座標系５０は可動子３２に作用する推力ベクトルに関連した座標系である。水平方向のＩ軸は、可動子３２に推力を作用させる電流に対応している。垂直方向のｉｋ軸は、インピーダンス測定用の電流に対応している。すなわち、式（２）より計算される電流ベクトルＩが図６のベクトル５２に対応し、式（３）により計算される電流ベクトルｉｋが図６のベクトル５３に対応する。

第２の座標系５１は、各コイル２１を流れる電流に対応した座標系である。Ｉ１軸は、２つのコイル２１のうちの１番目のコイル２１を流れる電流に対応している。Ｉ２軸は、２つのコイル２１のうちの２番目のコイル２１を流れる電流に対応している。Ｏ－Ｉ１の第１の座標系５０に対する傾きは、推力定数行列Ｋｔの要素を用いて－Ｋｔ２／Ｋｔ１と表される。

電流制御器１５は、第１電流指令値に基づくベクトル５２と第２電流指令値に基づくベクトル５３の和に基づいて、各コイル２１を流れる電流を決定し、制御を行う。各コイル２１を流れる電流は、Ｉ１軸上のベクトル５４ａとＩ２軸上のベクトル５４ｂにそれぞれ対応する。図６より理解されるように、ベクトル５２とベクトル５３の和をＩ１軸に射影した成分がベクトル５４ａであり、Ｉ２軸に射影した成分がベクトル５４ｂである。

ステップＳ１７において、電流検出器２３は、複数のコイル２１の各々を流れる電流ｉを測定し、電圧検出器２４は、複数のコイル２１の各々の両端の電圧ｖを測定する。また、インピーダンス測定器１６は、可動子３２の速度ｗを取得する。速度ｗの取得方法は、例えば、可動子３２の位置の時間変化に基づくものであり得る。具体的には、インピーダンス測定器１６は、複数の時刻に位置検出器２２により測定された可動子３２の位置を取得し、位置の時間変化に基づいて複数のコイル２１の各々と対向する位置にある可動子３２の速度ｗを算出する。

また、ステップＳ１７において、インピーダンス測定器１６は、上述の電流ｉと、上述の電圧ｖと、上述の速度ｗと、複数のコイル２１の各々の逆起電力定数Ｋｖとに基づいて複数のコイル２１の各々のインピーダンスを計算する。このインピーダンスの計算は、例えば直流により抵抗Ｒを測定する場合には、以下の式（４）で算出され得る。なお、式（４）は行列又はベクトルの演算ではなく、複数のコイル２１の各々に対して行われる要素ごとの計算式を示している。
Ｒ＝（ｖ－Ｋｖ＊ｗ）／ｉ …（４）

上述の電圧ｖ及び電流ｉが交流成分を持つ場合、式（４）の計算結果である抵抗Ｒにはコイル２１の抵抗成分だけでなくインダクタンス成分が含まれ得る。一般的に、コイル２１における温度変化の時定数は、電気的な時定数よりも長い。また、インダクタンス成分の影響は低周波領域においては小さく、高周波領域においては大きい。そのため、式（４）の計算結果をローパスフィルタ等のフィルタで処理してもよく、これによりインダクタンス成分の影響を低減できる。

なお、式（４）にインダクタンス成分による誘起電圧の項を追加することにより、インダクタンス成分とは別に抵抗Ｒを計算できるように式（４）を変形してもよい。また、交流成分を持つ電圧ｖ及び電流ｉに対して抵抗成分とリアクタンス成分を含むインピーダンスを計算できるように式（４）を変形してもよい。

逆起電力が交流成分のみを生じることがわかっている場合には、インダクタンス成分の影響と同様にフィルタによって逆起電力の影響を除去することができる。そのため、式（４）から速度起電力の項Ｋｖ＊ｗを除去することもできる。この場合、計算が簡略化される。

以上のように、本実施形態における電流制御においては、駆動用電流を示す第１電流指令値にインピーダンス測定用電流を示す第２電流指令値を重畳して、コイル２１に流れる電流を制御する。すなわち、追加の電流供給用回路を設けることなく制御装置１０内の処理によりコイル２１を流れる電流にインピーダンス測定用の電流を重畳させることができる。したがって、少ない回路構成制約で電動機のインピーダンス測定を行い得る制御装置１０及び搬送装置が提供される。

また、第１電流指令値と第２電流指令値を重畳させ、各コイル２１の電流量を増加させることにより、インピーダンス測定精度を向上させることができる。また、インピーダンス測定用電流が各コイル２１に流れるため、駆動用電流が０である場合であってもインピーダンス測定が実現できる。このとき、インピーダンス測定用の電流は、可動子３２が推力を受けないように、推力定数行列Ｋｔの零空間に属するように計算されている。そのため、インピーダンス測定用電流が各コイル２１に流れることによる可動子３２の推力への影響が低減されている。これにより、例えば、搬送装置が動作中にインピーダンス測定を行った場合であっても、インピーダンス測定用電流が搬送装置の動作に与える影響が低減されている。

また、本実施形態の手法では、複数のコイル２１の各々に個別にインピーダンス測定用電流を供給することができるため、複数のコイル２１の各々のインピーダンスを個別に取得することができる。

なお、第２電流指令値に基づく電流ベクトルｉｋの電流波形は、２つの電流指令値が重畳される期間の少なくとも一部において、直流区間を有していてもよい。上述のように式（４）等により計算されるインピーダンスの測定精度は交流成分の影響により悪化する場合がある。電流ベクトルｉｋの波形に直流区間を設けることにより、交流成分の影響が低減され、インピーダンスの測定精度が向上し得る。なお、直流区間を有する波形の例としては、直流波形、ステップ波形等が挙げられる。

第２電流指令値を第１電流指令値に重畳させる処理はコイル２１の動作時に常に行ってもよいが、少なくともインピーダンスの測定時に行えば上述の効果が得られる。例えば、第２電流指令値を第１電流指令値に重畳させる処理はコイル２１の動作時のうちのインピーダンス測定を行う期間だけ行うというものであってもよい。

また、第２電流指令値を第１電流指令値に重畳させる処理は、所定の条件を満たす場合にのみ行ってもよい。この所定の条件は、第１電流指令値に基づいて判定されるものであり得る。具体的には、駆動用電流が閾値以下の場合に上述の重畳処理を行う、あるいは、駆動用電流が閾値以下の状態が閾値時間以上継続した場合に上述の重畳処理を行うといったものであり得る。駆動用電流が十分に大きい場合には、駆動用電流でインピーダンス測定を行うことが可能であるため、上述のように第２電流指令値を考慮しないようにすることでインピーダンス測定用電流に起因する消費電力及び発熱を低減する効果が得られる。

式（３）等の処理により計算されるインピーダンス測定用電流の候補が複数ある場合には、期間に応じてこれらの複数の候補を切り替えてコイル２１に電流を流してもよい。例えば、第１期間には第１グループのコイル２１にインピーダンス測定用電流が流れるような第２電流指令値を生成し、第２期間には第１グループとは別の第２グループのコイル２１にインピーダンス測定用電流が流れるような第２電流指令値を生成してもよい。このように期間に応じてインピーダンス測定用電流が流れるコイル２１のグループを変えることにより、すべてのコイル２１に同時にインピーダンス測定用電流を流す場合と比べて可動子３２が受ける推力への影響を更に低減させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る搬送装置について、図７乃至図９を参照して説明する。第１実施形態の搬送装置との相違点は、電流制御の処理手順であり、搬送装置の構造については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。また、第１実施形態に係る搬送装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する場合がある。

第１実施形態では推力定数行列Ｋｔの零空間に属するインピーダンス測定用の電流ベクトルｉｋを明示的に求めて駆動用の電流ベクトルＩに重畳している。これに対し、本実施形態では、インピーダンス測定用の電流を重畳するコイル２１と重畳する電流を決めたあとに、推力指令値に応じた所望の推力が生成されるように残りの駆動用電流を計算する。

図７は、本実施形態に係る搬送装置の概略構成を示すブロック図である。図７のブロック図に示されているブロックは図４と同様である。しかしながら、第２電流指令値生成器１４から出力される第２電流指令値が、第１電流指令値生成器１３にも入力される点が第１実施形態との相違点である。

図８は、本実施形態に係る搬送装置の動作の概略を示すフローチャートである。図８のフローチャートに沿って、図７に示されている各ブロックによって実行されるインピーダンス測定動作の概略を説明する。なお、図８におけるステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７は、第１実施形態と概ね同様であるため、説明を省略又は簡略化する。

ステップＳ２１において、第２電流指令値生成器１４は、インピーダンス測定用電流を重畳させるコイル２１と、そのコイル２１に流れるインピーダンス測定用電流Ｉ１を含む第２電流指令値を決定する。

ステップＳ２２において、第１電流指令値生成器１３は、決定したインピーダンス測定用電流Ｉ１に基づき、推力定数行列Ｋｔを、推力定数行列Ｋｔａと、推力定数行列Ｋｔｂの２つに分解する。推力定数行列Ｋｔａは、インピーダンス測定用電流を重畳させるコイル２１に関する列からなる行列である。推力定数行列Ｋｔｂは、残りのコイル２１すべてに関する列を少なくとも含む行列である。位置指令値に応じた所望の推力ベクトルＦを生じる電流ベクトルの解を得るために、推力定数行列Ｋｔ２は、推力定数行列Ｋｔ２の列階数が所望の推力ベクトルＦの行階数と同じか、又は高くなるように選択される。このとき、推力定数行列Ｋｔ２にはインピーダンス測定用電流を重畳するコイル２１に関する列が含まれていてもよい。

ステップＳ２３において、第１電流指令値生成器１３は、推力指令値と、可動子３２の位置と、推力定数行列Ｋｔａと、Ｋｔｂの擬似逆行列Ｋｔｂ＜＋＞と、第２電流指令値に応じた電流ベクトルＩ１とを用いて、第１電流指令値を生成する。第１電流指令値に基づく駆動用の電流ベクトルＩ２は、以下の式（５）で算出され得る。
Ｉ２＝Ｋｔｂ＜＋＞＊（Ｆ－Ｋｔａ＊Ｉ１） …（５）

ステップＳ１６において、電流制御器１５は、第１電流指令値と第２電流指令値とを重畳した第３電流指令値に基づいて、コイル２１を流れる電流を制御する。この処理は例えば、抵抗測定用の電流ベクトルＩ１と駆動用の電流ベクトルＩ２との和で与えられる電流値がコイル２１を流れるように電流を制御するものであり得る。

ここで、図９を参照して、式（５）に基づく電流の計算例について単純化されたモデルを用いて説明する。図９は、本実施形態に係る搬送装置における電流計算を模式的に示すベクトル図である。図９において、可動子３２及びコイル２１の個数、ベクトル及び行列の要素数等の前提条件は図６と同様であるため説明を省略する。

図９には、Ｏ－Ｉ－ｉｋで示される第１の座標系５５と、Ｏ－Ｉ１－Ｉ２で示される第２の座標系５１とが示されている。第１の座標系５５は可動子３２に作用する推力ベクトルに関連した座標系である。水平方向のＩ軸は、可動子３２に推力を作用させる電流に対応している。垂直方向のｉｋ軸は、インピーダンス測定用の電流に対応している。

第２電流指令値生成器１４は、インピーダンス測定対象のコイル２１に流すインピーダンス測定用の電流ベクトル５６を決定する。次に、第１電流指令値生成器１３は、式（５）に示されるように、電流ベクトル５７（図９におけるベクトルＯＡ）と、電流ベクトル５８（図９におけるベクトルＯＢ）との差を用いて、残りのコイル２１を流れる電流ベクトル５９を計算する。ここで、電流ベクトル５７は、電流ベクトル５６のうち可動子３２に作用する推力に関する成分のみからなるベクトルである。電流ベクトル５８は、可動子３２に所望の推力を作用させるのに必要な電流を示すベクトルである。

以上のように、本実施形態における電流制御においても第１実施形態と同様に、駆動用電流を示す第１電流指令値にインピーダンス測定用電流を示す第２電流指令値を重畳して、コイル２１に流れる電流を制御する。したがって、第１実施形態と同様に、少ない回路構成制約で電動機のインピーダンス測定を行い得る制御装置１０及び搬送装置が提供される。

また、本実施形態においては、インピーダンス測定用電流が各コイル２１に流れるため、駆動用電流が０である場合であってもインピーダンス測定が実現できる。このとき、各コイル２１を流れるトータルの電流は、第１電流指令値と第２電流指令値に基づく２つの電流が重畳された後に、推力指令値に応じた所望の推力が生成されるように決定されている。すなわち、インピーダンス測定用電流に起因する余分な推力をコイル２１が受けないように第１電流指令値が決定されるため、本実施形態においても、インピーダンス測定用電流が各コイル２１に流れることによる可動子３２の推力への影響が低減されている。

また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、複数のコイル２１の各々に個別にインピーダンス測定用電流を供給することができるため、複数のコイル２１の各々のインピーダンスを個別に取得することができる。

なお、第２電流指令値に基づく電流ベクトルＩ１の電流波形は、２つの電流指令値が重畳される期間の少なくとも一部において、直流区間を有していてもよい。第１実施形態で述べたものと同様の理由により、交流成分の影響が低減され、インピーダンスの測定精度が向上し得る。

第１期間には第１グループのコイル２１にインピーダンス測定用電流が流れるような第２電流指令値を生成し、第２期間には第１グループとは別の第２グループのコイル２１にインピーダンス測定用電流が流れるような第２電流指令値を生成してもよい。このように期間に応じてインピーダンス測定用電流が流れるコイル２１のグループを変えることにより、すべてのコイル２１に同時にインピーダンス測定用電流を流す場合と比べて可動子３２が受ける推力への影響を更に低減させることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る搬送装置について、図１０及び図１１を参照して説明する。第１実施形態の搬送装置との相違点は、駆動用の電機子として三相コイルが設けられている点である。第１実施形態又は第２実施形態による搬送装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する場合がある。

図１０は、搬送装置のＸＺ断面をＹ方向から見た断面図である。図１１は、コイル、電流検出器及び電圧検出器の接続を示す回路図である。搬送装置をＺ方向から見た上面図については図１と同様であるため省略する。

図１０に示すように、本実施形態の搬送装置は、複数の三相コイルを有している。各三相コイルは、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを有する。コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの各々を流れる電流は制御装置１０によって個別に制御される。

図１０に示すように、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと可動子３２の大きさは、１つの可動子３２に対して常に２つ以上のコイルが対向するように設計されている。したがって、制御装置１０は、可動子３２が複数個設けられている場合であっても、それぞれの可動子３２に作用する推力を別々に制御することができる。

図１１に示すように、本実施形態の搬送装置は、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに対応して、電流検出器２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗと、電圧検出器２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗとを有している。電流検出器２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗは、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの相電流をそれぞれ検出する。電圧検出器２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗは、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの相電圧をそれぞれ検出する。

制御装置１０は、電流検出器２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗで検出した相電流に基づいて、コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに流れる電流が所望の値になるように、三相コイルの各相に電圧を印加する。電圧検出器２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗは、実際に相電圧を測定してもよく、制御装置１０の内部で計算された指令電圧を取得してもよい。図１１に示すように、本実施形態の三相コイルは、中性点への接続端を有していない。

制御装置１０が中性点への接続端のない三相コイルの電流制御を行う場合、制御できる電流の自由度は２である。そこで、本実施形態の制御装置１０は、例えばαβ軸変換やｄｑ軸変換による三相電流と二相電流との間の変換を用いて、搬送装置の制御を行う。更に、本実施形態の制御装置１０は、三相電流と二相電流との間の変換を用いて、第１実施形態又は第２実施形態と同様にしてコイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの電流を制御して、インピーダンスの測定を行う。

具体的には、式（１）における電流ベクトルＩを各コイルの２相電流を並べたベクトルとして設定する。そして、式（３）又は式（５）を用いることにより、可動子３２に所望の推力を作用させるとともに抵抗測定用電流を各コイルに流すための二相電流の電流指令値を計算することができる。

制御装置１０は、上述の二相電流の電流指令値を三相電流の電流指令値に逆変換することで、各コイルに対応する電流指令値を計算し、第１実施形態及び第２実施形態と同様に式（４）を用いて各コイルの抵抗を測定することができる。

以上のように、本実施形態によれば、三相コイルを用いた装置構成であっても、第１実施形態又は第２実施形態と同様の効果が得られる制御装置１０及び搬送装置が提供される。

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。

上述の実施形態においては、可動子に磁石が設置され、固定子にコイルが設置された直動型電動機を例示したが、電動機の構成はこれに限定されない。電動機は、可動子にコイルが設置され、固定子に磁石が設置された直動型電動機であってもよい。また、電動機は、直動型電動機ではなく、回転型電動機であってもよい。

また、上述の実施形態においては、電動機の用途として搬送装置を例示しているが、電動機の用途はこれに限定されない。上述の実施形態の制御装置１０は、適宜構成を変更することにより、搬送装置以外の装置にも適用可能である。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０制御装置
１１位置指令値生成器
１２推力指令値生成器
１３第１電流指令値生成器
１４第２電流指令値生成器
１５電流制御器
１６インピーダンス測定器
２１コイル

Claims

可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機と、
前記電動機を制御する制御装置であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、を有する制御装置と、
を有し、
前記制御部は、前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値を決定する
ことを特徴とする搬送装置。
前記第２電流指令値は、前記可動子が受ける推力と前記複数のコイルの各々を流れる電流を要素とするベクトルとの関係を示す推力定数行列の零空間に属する非零ベクトルを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
前記測定部は、前記複数のコイルの各々の両端に印加される電圧と、前記複数のコイルの各々に流れる電流とに基づいて、前記インピーダンスを測定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送装置。
前記測定部は、前記可動子の速度に更に基づいて前記インピーダンスを測定する
ことを特徴とする請求項３に記載の搬送装置。
前記測定部は、前記インピーダンスのインダクタンス成分を低減させるフィルタを有する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の搬送装置。
前記第２電流指令値に応じた成分の電流波形は、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とが重畳されている期間の少なくとも一部において直流区間を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の搬送装置。
前記制御部は、前記第１電流指令値に基づいて前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とを重畳するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の搬送装置。
前記制御部は、前記複数のコイルのうちの第１グループに前記インピーダンスを測定するための電流が流れるような前記第２電流指令値を第１期間に生成し、前記複数のコイルのうちの前記第１グループとは異なる第２グループに前記インピーダンスを測定するための電流が流れるような前記第２電流指令値を前記第１期間とは異なる第２期間に生成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の搬送装置。
前記複数のコイルは三相コイルを含み、
前記制御部は、前記第３電流指令値を二相から三相に変換することにより、前記三相コイルの各相の電流を決定する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の搬送装置。
前記電動機は、直動型電動機である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の搬送装置。
可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機を制御する制御装置であって、
前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、
前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値を決定する
ことを特徴とする制御装置。
可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機を制御する制御方法であって、
前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定するステップと、
前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値に応じた電流を示す第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値とが重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御するステップと、
を有し、
前記インピーダンスの測定時において、前記複数のコイルの各々に流れる電流のうちの前記第２電流指令値に応じた成分により前記可動子が推力を受けないように、前記第２電流指令値が決定されている
ことを特徴とする制御方法。
可動子と、各々に電流が印加されることによって前記可動子を駆動する複数のコイルとを有する電動機と、
前記電動機を制御する制御装置であって、前記複数のコイルの各々のインピーダンスを測定する測定部と、第１電流指令値と、前記インピーダンスを測定するための電流を示す第２電流指令値と、が重畳された第３電流指令値に基づいて前記複数のコイルの各々に流れる電流を制御する制御部と、を有する制御装置と、
を有し、
前記制御部は、前記可動子に与えられる推力を示す推力指令値と、前記第２電流指令値とに基づいて、前記第１電流指令値を決定する
ことを特徴とする搬送装置。
請求項１乃至１０及び１３のいずれか１項に記載の搬送装置と、
前記可動子により搬送されるワークに対して加工を施す加工装置と、
を有することを特徴とする加工システム。
請求項１４に記載の加工システムを用いて物品を製造する物品の製造方法であって、
前記可動子により前記ワークを搬送する工程と、
前記可動子により搬送された前記ワークに対して、前記加工装置により前記加工を施す工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。