JP3273998B2 - 同期型ａｃリニアモータによる転がり案内機構の駆動方法 - Google Patents
同期型ａｃリニアモータによる転がり案内機構の駆動方法Info
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- JP3273998B2 JP3273998B2 JP14195693A JP14195693A JP3273998B2 JP 3273998 B2 JP3273998 B2 JP 3273998B2 JP 14195693 A JP14195693 A JP 14195693A JP 14195693 A JP14195693 A JP 14195693A JP 3273998 B2 JP3273998 B2 JP 3273998B2
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- linear motor
- guide mechanism
- driving
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- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同期型ＡＣリニアモー
タによる転がり案内機構の駆動方法に関する。
タによる転がり案内機構の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、同期型ＡＣリニアモータを最大推
力で使用するには、同期型ＡＣリニアモータの磁極の位
置を検出する必要がある。すなわち、３相巻線に流す電
流位相を磁極の位置にあわせる必要があるが、電源投入
時点では、モータのポールと巻線の位置関係が分からな
いので、従来は、ポールセンサを使って磁極位置を検出
していた。
力で使用するには、同期型ＡＣリニアモータの磁極の位
置を検出する必要がある。すなわち、３相巻線に流す電
流位相を磁極の位置にあわせる必要があるが、電源投入
時点では、モータのポールと巻線の位置関係が分からな
いので、従来は、ポールセンサを使って磁極位置を検出
していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の駆動方
法では、最大推力を出すために、一般的にはモータに磁
極位置を検出するポールセンサを配設しなくてはならな
い。ポールセンサを配設した場合には、コストが高くな
り、モータが大型化し、ポールセンサと磁極との機械的
な位置合わせをしなければならないという問題点があ
る。また、ポールセンサを配設しなくてもよい方法とし
て、絶対値エンコーダを用いる方法があるが、高価であ
る。本発明は上記問題点に鑑み、ポールセンサや絶対値
エンコーダを必要とせず、同期型ＡＣリニアモータに最
大推力を発生させることができる転がり案内機構の駆動
方法を提供することを目的とする。
法では、最大推力を出すために、一般的にはモータに磁
極位置を検出するポールセンサを配設しなくてはならな
い。ポールセンサを配設した場合には、コストが高くな
り、モータが大型化し、ポールセンサと磁極との機械的
な位置合わせをしなければならないという問題点があ
る。また、ポールセンサを配設しなくてもよい方法とし
て、絶対値エンコーダを用いる方法があるが、高価であ
る。本発明は上記問題点に鑑み、ポールセンサや絶対値
エンコーダを必要とせず、同期型ＡＣリニアモータに最
大推力を発生させることができる転がり案内機構の駆動
方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の転がり機構の駆
動方法は、通常時、固定子もしくは可動子のいずれかが
永久磁石である同期型ＡＣリニアモータにより駆動され
移動するが、微弱な駆動により微小変位を受けたとき
は、もとの位置に復帰するばね特性を有する転がり案内
機構の駆動方法において、同期型ＡＣリニアモータによ
る通常の駆動の前に、前記ばね特性の範囲の微弱な駆動
電流で駆動電流の位相θを０から２πまで変化させ、同
期型ＡＣリニアモータを駆動し、最大の変位を生じたと
きの前記位相θをスタート時の駆動電流の初期位相θ0
とし、同期型ＡＣリニアモータの駆動電流を変化させ
る。
動方法は、通常時、固定子もしくは可動子のいずれかが
永久磁石である同期型ＡＣリニアモータにより駆動され
移動するが、微弱な駆動により微小変位を受けたとき
は、もとの位置に復帰するばね特性を有する転がり案内
機構の駆動方法において、同期型ＡＣリニアモータによ
る通常の駆動の前に、前記ばね特性の範囲の微弱な駆動
電流で駆動電流の位相θを０から２πまで変化させ、同
期型ＡＣリニアモータを駆動し、最大の変位を生じたと
きの前記位相θをスタート時の駆動電流の初期位相θ0
とし、同期型ＡＣリニアモータの駆動電流を変化させ
る。
【０００５】
【作用】転がり案内機構が停止しているとき、駆動電流
の位相がθ0であれば、転がり案内機構に最大の変位を
生じさせる。最大の変位を生じさせるということは、す
なわち、最大の初期推力を生じさせるということであ
り、初期位相θ0として同期型ＡＣリニアモータを駆動
すれば、最大の推力を得られるということになる。
の位相がθ0であれば、転がり案内機構に最大の変位を
生じさせる。最大の変位を生じさせるということは、す
なわち、最大の初期推力を生じさせるということであ
り、初期位相θ0として同期型ＡＣリニアモータを駆動
すれば、最大の推力を得られるということになる。
【０００６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の駆動方法が適用される転が
り案内機構の構成を示す図、図２は本発明の転がり案内
機構の駆動方法の一実施例を示すフローチャートであ
る。図１の転がり案内機構は可動磁石型ＡＣリニアモー
タとして駆動されている。また、図１の転がり案内機構
は、微弱な電流の駆動により微小変位を受けたときは、
もとの位置に復帰するばね特性を有する。なお、本実施
例においては、転がり案内機構の変位をＸとし、｜Ｘ｜
が１００μｍ以下のとき、ばね特性０．１Ｎ／μｍを有
する。可動子１は転がり案内機構を構成するボール２に
乗ってボール軸受３の上をスムーズに走行できるように
されている。可動子１の上面にはマグネット４が隣同士
逆極性となるように配置されている。マグネットの上に
は所定の間隔をもって電機子コイル５が配置されてお
り、配置方向は可動子１の走行方向に沿っている。 こ
のように転がり案内機構で案内される移動機構を駆動す
る可動磁石型ＡＣリニアモータの電機子コイル５に与え
られるべき三相電流の各相の電流は、それぞれ次の式
（１），（２），（３）で示される。
て説明する。図１は本発明の駆動方法が適用される転が
り案内機構の構成を示す図、図２は本発明の転がり案内
機構の駆動方法の一実施例を示すフローチャートであ
る。図１の転がり案内機構は可動磁石型ＡＣリニアモー
タとして駆動されている。また、図１の転がり案内機構
は、微弱な電流の駆動により微小変位を受けたときは、
もとの位置に復帰するばね特性を有する。なお、本実施
例においては、転がり案内機構の変位をＸとし、｜Ｘ｜
が１００μｍ以下のとき、ばね特性０．１Ｎ／μｍを有
する。可動子１は転がり案内機構を構成するボール２に
乗ってボール軸受３の上をスムーズに走行できるように
されている。可動子１の上面にはマグネット４が隣同士
逆極性となるように配置されている。マグネットの上に
は所定の間隔をもって電機子コイル５が配置されてお
り、配置方向は可動子１の走行方向に沿っている。 こ
のように転がり案内機構で案内される移動機構を駆動す
る可動磁石型ＡＣリニアモータの電機子コイル５に与え
られるべき三相電流の各相の電流は、それぞれ次の式
（１），（２），（３）で示される。
【０００７】
【数１】 １ｕ＝Ｉsin （θ） ・・・・ （１） １ｖ＝Ｉsin （θ＋２π／３） ・・・・ （２） １ｗ＝Ｉsin （θ＋４π／３） ・・・・ （３） （ただし、θは電流位相）巻線中の電流密度分布は、式
（４），（５），（６）で示される。
（４），（５），（６）で示される。
【０００８】
【数２】 Ｔｕ＝Ｉsin （θ）sin （φ） ・・・・ （４） Ｔｖ＝Ｉsin （θ＋２π／３）＊sin （φ＋２π／３） ・・・・ （５） Ｔｗ＝Ｉsin （θ＋４π／３）＊sin （φ＋４π／３） ・・・・ （６） （ただし、φは電気角）式（４），（５），（６）の和
は、式（７）で示される。
は、式（７）で示される。
【０００９】
【数３】 Ｔadd＝３Ｉsin （θ−φ）／２ ・・・・ （７） 磁束分布密度は、式（８）で示される。
【００１０】
【数４】 Ｂ＝Ｂmsin（φ＋δ） ・・・・ （８） （ただし、δは電気投入時の位置Ｘ0での位相、Ｌはポ
ールピッチ）δは式（９）で表される。 δ＝２πＸ0／Ｌ ・・・・ （９） （７）式，（８）式より、推力分布を得る式（１０）が
導き出される。
ールピッチ）δは式（９）で表される。 δ＝２πＸ0／Ｌ ・・・・ （９） （７）式，（８）式より、推力分布を得る式（１０）が
導き出される。
【００１１】
【数５】 ｆ＝３＊Ｂmsin（φ＋δ）＊cos （θ−φ）／２ ・・・・ （１０） さらに、式（１０）のφについて、０から２πまで積分
を行うと、推力Ｆを示す式（１１）が得られる。
を行うと、推力Ｆを示す式（１１）が得られる。
【００１２】
【数６】 Ｆ＝Ｑ＊Ｉsin （θ＋δ） ・・・・ （１１） （ただし、Ｑはトルク定数（Ｑ＝Ｂm ＊３π／２）） 式（１１）より最大推力を発生させるためには、θ＝−
δ＋π／２としなければならない。従って、δを求める
必要があるが、電源投入時には、モータ位置がわからな
いので、従来はポールセンサを用いて、位相δを割り出
していたが、本実施例では、θ＝−δ＋π／２になった
とき、最大推力を発生することを利用してモータ位置を
検出する。ここで、δを検出するため、転がり案内にお
ける微小変位させられた場合に、元位置に戻ることを可
能にさせている、転がり案内機構が有するばね特性を利
用することとする。力と変位の関係は、式（１２）で示
される。
δ＋π／２としなければならない。従って、δを求める
必要があるが、電源投入時には、モータ位置がわからな
いので、従来はポールセンサを用いて、位相δを割り出
していたが、本実施例では、θ＝−δ＋π／２になった
とき、最大推力を発生することを利用してモータ位置を
検出する。ここで、δを検出するため、転がり案内にお
ける微小変位させられた場合に、元位置に戻ることを可
能にさせている、転がり案内機構が有するばね特性を利
用することとする。力と変位の関係は、式（１２）で示
される。
【００１３】
【数７】 Ｆ＝ｋＸ ・・・・ （１２） （ただし、Ｆは力、ｋはばね定数、Ｘは変位である）式
（１２）を変形すると式（１３）が得られる。 Ｘ＝Ｆ／ｋ ・・・・ （１３） そこで、（１１）式を（１３）式に代入すると、式（１
４）が得られる。 Ｘ＝Ｑ＊Ｉsin （θ＋δ）／ｋ ・・・・ （１４） 力最大で最大値変位が起こるから、最大変位を与えるθ
を求める。このためにθを変数として、３相電流の電流
位相を０から２πまで変化させる。この際、ばね特性を
利用するためにステージが移動しない程度に電流を与え
る。θを変化させたとき、変位が最大（約２μｍ）とな
る点での位相θ0を式（１５）のように求める。
（１２）を変形すると式（１３）が得られる。 Ｘ＝Ｆ／ｋ ・・・・ （１３） そこで、（１１）式を（１３）式に代入すると、式（１
４）が得られる。 Ｘ＝Ｑ＊Ｉsin （θ＋δ）／ｋ ・・・・ （１４） 力最大で最大値変位が起こるから、最大変位を与えるθ
を求める。このためにθを変数として、３相電流の電流
位相を０から２πまで変化させる。この際、ばね特性を
利用するためにステージが移動しない程度に電流を与え
る。θを変化させたとき、変位が最大（約２μｍ）とな
る点での位相θ0を式（１５）のように求める。
【００１４】 θ0＝−δ＋π／２ ・・・・ （１５） したがって、３相電流の電流位相θは式（１６）および
式（１７）のように求められる。
式（１７）のように求められる。
【００１５】
【数８】 θ＝θ0＋２π＊（Ｘ−Ｘ0 ）／Ｌ ・・・・ （１６） θ＝（−δ＋π／２）＋２π＊（Ｘ−Ｘ0 ）／Ｌ ・・・・ （１７） （ただし、Ｘは現在位置、Ｘ0 は初期位置） 式（１７）に従って、モータを駆動すればモータに最大
推力が発生する。次に、図１の転がり案内機構の駆動方
法について、図２を参照しつつ説明する。まず、Ｘmax
およびθを０とし、クリアする（ステップＳ１，Ｓ
２）。クリアしたθに従って、三相電流を式（１），
（２），（３）に基づいて設定し、転がり案内機構のば
ね特性の範囲内で転がり案内機構を駆動する程度の弱い
電流でモータを駆動する（ステップＳ３）。この駆動に
より転がり案内機構が移動した距離ΔＸがＸmaxより大
であるか否か判断する（ステップＳ４）。距離ΔＸがＸ
maxより大であれば、距離ΔＸをＸmaxとして記憶し（ス
テップＳ５）、このときＸmaxに対応してθの値を記憶
する。次にθが２πより小であるか判断する（ステップ
Ｓ６）。θが２πより小であれば、そのθにΔθを加え
（ステップＳ７）、ステップＳ３に戻り、θが２πに到
達するか越えるまでステップＳ３とステップＳ６の間の
動作を繰り返す。ステップＳ４で距離ΔＸがＸmaxより
大でなければ、Ｘmaxを変えずにステップＳ６に移る。
ステップＳ６でθが２πあるいはそれを越えたら終了す
る。終了したときに、保持されているＸmaxを生じさせ
たθが初期最大推力を生じさせる初期位相θ0である。
初期位相θ0が決定したら、式（１６）で決定される位
相θを用いて、三相電流を式（１），（２），（３）よ
り算出しモータを駆動する。
推力が発生する。次に、図１の転がり案内機構の駆動方
法について、図２を参照しつつ説明する。まず、Ｘmax
およびθを０とし、クリアする（ステップＳ１，Ｓ
２）。クリアしたθに従って、三相電流を式（１），
（２），（３）に基づいて設定し、転がり案内機構のば
ね特性の範囲内で転がり案内機構を駆動する程度の弱い
電流でモータを駆動する（ステップＳ３）。この駆動に
より転がり案内機構が移動した距離ΔＸがＸmaxより大
であるか否か判断する（ステップＳ４）。距離ΔＸがＸ
maxより大であれば、距離ΔＸをＸmaxとして記憶し（ス
テップＳ５）、このときＸmaxに対応してθの値を記憶
する。次にθが２πより小であるか判断する（ステップ
Ｓ６）。θが２πより小であれば、そのθにΔθを加え
（ステップＳ７）、ステップＳ３に戻り、θが２πに到
達するか越えるまでステップＳ３とステップＳ６の間の
動作を繰り返す。ステップＳ４で距離ΔＸがＸmaxより
大でなければ、Ｘmaxを変えずにステップＳ６に移る。
ステップＳ６でθが２πあるいはそれを越えたら終了す
る。終了したときに、保持されているＸmaxを生じさせ
たθが初期最大推力を生じさせる初期位相θ0である。
初期位相θ0が決定したら、式（１６）で決定される位
相θを用いて、三相電流を式（１），（２），（３）よ
り算出しモータを駆動する。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、通常の駆
動の前に転がり案内機構のばね特性の範囲内で、最大初
期推力を発生させる駆動電流の初期位相を検出し、検出
した初期位相を有する駆動電流で転がり案内機構の同期
型ＡＣリニアモータを駆動することにより、ポールセン
サを配設しなくても最大推力で転がり案内機構を駆動で
きるという効果がある。
動の前に転がり案内機構のばね特性の範囲内で、最大初
期推力を発生させる駆動電流の初期位相を検出し、検出
した初期位相を有する駆動電流で転がり案内機構の同期
型ＡＣリニアモータを駆動することにより、ポールセン
サを配設しなくても最大推力で転がり案内機構を駆動で
きるという効果がある。
【図１】本発明の駆動方法が適用される転がり案内機構
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図２】本発明の転がり案内機構の駆動方法の一実施例
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
１ 可動子 ２ ボール ３ ボール軸受 ４ マグネット ５ 電機子コイル Ｓ１〜Ｓ７ ステップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古谷 彰浩 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１ 号 株式会社安川電機内 (72)発明者 二見 茂 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１ 号 株式会社安川電機内 (56)参考文献 特開 昭56−136195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−152214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−27916（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 13/03 H02P 7/00
Claims (1)
- 【請求項１】 通常時、固定子もしくは可動子のいずれ
かが永久磁石である同期型ＡＣリニアモータにより駆動
され移動するが、微弱な駆動により微小変位を受けたと
きは、もとの位置に復帰するばね特性を有する転がり案
内機構の駆動方法において、 前記同期型ＡＣリニアモータによる通常の駆動の前に、
前記ばね特性の範囲の微弱な駆動電流で駆動電流の位相
θを０から２πまで変化させ、前記同期型ＡＣリニアモ
ータを駆動し、最大の変位を生じたときの前記位相θを
スタート時の駆動電流の初期位相θ0 とし、前記同期型
ＡＣリニアモータの駆動電流を変化させることを特徴と
する転がり案内機構の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14195693A JP3273998B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 同期型ａｃリニアモータによる転がり案内機構の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14195693A JP3273998B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 同期型ａｃリニアモータによる転がり案内機構の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715808A JPH0715808A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3273998B2 true JP3273998B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=15304041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14195693A Expired - Fee Related JP3273998B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 同期型ａｃリニアモータによる転がり案内機構の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3273998B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-14 JP JP14195693A patent/JP3273998B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715808A (ja) | 1995-01-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |