JP3877008B2 - 電気的同期リニアモータと、このような電気的同期リニアモータを備えた直線駆動装置の転流オフセットを求める方法 - Google Patents
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Description
さらに本発明は、請求項12に記載の、電気的同期リニアモータにおける転流オフセットを求める方法に関する。
同期リニアモータの時間的に一定の力を保証するために、一次構成部材の磁界ベクトルと二次構成部材の磁界ベクトルとの間に90度の角度が調節されなければならない。このことは、一次構成部材のモータ制御が、二次構成部材の永久磁石の位置の現在位置に依存して行われねばならないことを意味している。それゆえモータ制御は、二次構成部材に対する一次構成部材のその都度現在位置の実際値を必要とする。このために、これらの情報をモータ制御のために提供する変位測定系が存在している。
同期モータ一般において、機械的な組付け後に一次構成部材の磁界ベクトルと二次構成部材の磁界ベクトルとの間にさしあたり一義的な位置関係は存在しない。この位置関係は駆動装置の最初の運転開始時に、いわゆる転流オフセットを求めることによって一義的に形成される。
本発明の課題は、電気的同期リニアモータが安価に製造され、確実に機能し、簡単に運転され得るように形成することである。また、高い組付け確実性が保証されることが望ましい。さらに、簡単な運転開始のための方法が提供される。
簡単な運転開始は、請求項1記載のすべての特徴を有する電気的同期リニアモータによって可能である。つまり、そのような電気的同期リニアモータにおいては、永久磁石の極パターンに対する既知の位置関係を有する機械的マーキングが二次構成部材に存在している。このようなマーキングにより、二次構成部材の永久磁石に対する一次構成部材の位置が規定され、したがって転流オフセットが規定される。転流オフセットと、変位測定系によって瞬間的に把握された一次構成部材の位置との関係が形成された後で、モータ制御装置は、一次構成部材と二次構成部材との磁界ベクトルの間に90度の角度が調節されるように、一次構成部材の巻成層を制御する。
請求項12に記載の方法は、転流オフセットを求めるために特に好都合である。この方法によると、二次構成部材における機械的マーキングと一次構成部材との間の求められた間隔と、極パターンに対するマーキングの位置とから、モータ制御装置の内部で転流オフセットが計算される。
電気的同期リニアモータの有利な構成が、請求項2〜12に記載されている。
請求項2により、永久磁石の極パターンに対する機械的マーキングの位置関係が、電気的モータ制御装置内に不揮発性的に記憶されていることが好ましい。
請求項3によれば、変位測定系として絶対変位測定系が用いられることが有利である。この場合、モータ制御装置を遮断する度に転流オフセットを新たに求める必要はなく、変位測定系で変更が行われるか、一次構成部材または二次構成部材の固定条件の変化を伴う機械的な組み替えが行われた場合のみ求めればよい。
電気的同期リニアモータの二次構成部材には通常、二次構成部材を機械台に固定する働きをする固定孔が存在している。請求項1によれば、二次構成部材の固定孔が直接または間接に機械的マーキングとして用いられると好都合である。
二次構成部材の永久磁石の極パターンに対する同じ位置を有する複数の機械的マーキングが存在してもよい。この場合、極パターンに対する同じ位置とは、機械的マーキングがすべて、たとえば二次構成部材のN極のちょうど中心に存在することを意味する。複数のマーキングの利点は、比較的小さい間隔が測定されればよく、場合によって一次構成部材の移動を省けることにある。しかし、転流オフセットを求めるために、どのマーキングを用いるかは基本的に重要ではない。マーキングが1つしか存在していない場合とまったく同じように、最初に極パターンのピッチ幅、すなわち二次構成部材の2つの同名の極の間隔の何整数倍が、測定された間隔に含まれているかが、外部計算により、または制御装置内で自動的に確認される。その余りが、転流オフセットを求めるための基準となる。
電気的同期リニアモータの二次構成部材は通常、複数の二次個別構成部材から構成されている。これらの二次個別構成部材により、二次個別構成部材の数と長さに応じて種々異なる長さの移動距離が実現され得る。請求項5に従い、各々の二次個別構成部材は極パターンに対する同じ位置を有する機械的マーキングを備えていることが有利である。
請求項6に記載の二次構成部材が、二次構成部材の長手方向に延びている1列の固定孔を有し、すべての固定孔が極パターンに対して同じ位置を有していると、これらすべての固定孔は機械的マーキングとして用いられ得る。固定孔の間隔が極パターンのピッチ幅に相応していることが好都合である。二次構成部材の長手方向に延びている第2列の固定孔が、互いに種々異なる間隔を有していることが有利である。したがって、両列は互いに明瞭に識別可能であり、それによって複数の二次個別構成部材から二次構成部材を構成することが簡単になる。いずれかの列ですべての固定孔が互いに同じ間隔を有しないと、直ちにその構成は正しくなくなる。さらに、両列の固定孔を識別できることにより、二次構成部材に対して一次構成部材を適切に対応させることが容易になる。一次構成部材における目安として、側方にケーブル出口が設けられていることが好都合である。
二次構成部材と一次構成部材との間に高さのずれがあるので、二次構成部材の機械的マーキング自体が間隔の測定に用いられると、場合によって不都合である。請求項9に従い、永久磁石の極パターンに対する既知の位置関係で二次構成部材に配置可能で、一次構成部材からの間隔が規定可能な機械的マーキングを有している基準装置を用いることがより好都合である。二次構成部材の長手方向に対して直角に延びている、基準装置の側面におけるエッジがマーキングとして働くと合理的である。存在するすべての二次構成部材は、極配置に関して互いに同一に構成されている。二次個別構成部材の個別長さは種々異なることができる。本質的な特徴は、二次構成部材の長手方向に進んでN極とS極が交互に続いていることである。
本発明による電気的同期リニアモータの実施例を図面に示されている。以下にこれらの図面の図に基づき、本発明を詳しく説明する。
第1図は、実施例を示す斜視図であって、第2図は、二次構成部材上に配置された機械的な基準装置の実施例を示す平面図であって、第3図は、一次構成部材と二次構成部材との間隔を拡大した両構成部材を示す断面図であって、第4図は、第2図から機械的な基準装置だけを拡大して示す平面図であって、第5図は、第4図のV−V線に沿った断面図である。
第1図から、ある機械における電気的同期リニアモータの配置が分かる。第2図に示されているように、互いに同一の複数の二次個別構成部材11から構成された二次構成部材10が、機械台12で2つのガイドレール13の間に固定されている。これらのガイドレール13上にブリッジ状の機械スキッド14が案内されている。機械スキッド14はリニアモータの二次構成部材10に面した下面で一次構成部材15を支持している。機械台にはガイドレール13とリニアモータの二次構成部材10の長手方向に延びている、絶対変位測定系の絶対スケール16が固定されている。これに付属する変位センサ17が機械スキッド14上にある。変位センサの原理は逆の配置形式で行われてもよい。すなわちスケールが動き、プロービングヘッドが停止している部分に固着されていてもよい。
一次構成部材15はブロック20を有している。ブロック20内には電気コイルと導線(詳細に図示しない)が収容されている。ブロック上には冷却プレート21が載置されている。ケーブル22が、リニアモータの長手方向延在の方向に向いている一次構成部材15の端面で一次構成部材15から側方に出て、フレキシブルなケーブルダクト23を貫通してモータ制御装置24に続いている。
存在しているすべての二次個別構成部材11は、磁極配置に関して互いに同一に構成されており、それぞれ4つの永久磁石30を有している。二次構成部材の長手方向に進んでN極とS極がそれぞれ交互に続いている。極パターンのピッチ幅、すなわち同名の2つの極の間の間隔は、二次個別構成部材11の半分の長さに等しい。永久磁石30の両側には、各々の二次構成部材11は2つの固定孔31もしくは32を有している。固定孔31もしくは32は永久磁石30に対する支持体33にある。一方の側における両固定孔31の間隔は、極パターンのピッチ幅に相応している。さらに各々の固定孔31は、二次個別構成部材11の隣接する端面から、極パターンのピッチ幅の半分に等しい間隔を有している。したがって、固定孔がすべて同じ側に存在するように二次個別構成部材11を組み付けると、すべて互いに等しい間隔を有する1列の固定孔が生じる。極パターンに対するすべての固定孔31の相対的位置も等しい。各々の固定孔31は、二次構成部材10の長手方向で見て、S極と、それぞれこのS極の同じ側に存在するN極とのちょうど間にある。
二次個別構成部材11の他方の側にある固定孔32も、それぞれ隣接する端面から等しい間隔を有している。しかし、この間隔は極パターンの半分のピッチ幅より小さいので、それに相応して二次個別構成部材11の2つの固定孔32の間の間隔は極パターンのピッチ幅より大きい。したがって、二次構成部材10の一方の側では、2つの固定孔の間隔がそれぞれ交互に比較的大きい、または比較的小さい1列の固定孔が生じる。このように二次個別構成部材11の両側で固定孔を異なるように配置することによって、二次個別構成部材11を1つの長い二次構成部材に適切にまとめることが容易になる。一方の側では、相前後する2つの固定孔がそれぞれ互いに等しい間隔を有している1列の固定孔が形成さればならない。他方の側では、相前後する固定孔の間隔は交互に比較的大きく、または比較的小さい。
一次構成部材15はケーブル22が固定孔32の側から出るように、二次構成部材10に対して配置されている。
永久磁石30は、第3図に示したカバープレート34によって覆われている。カバープレート34は、固定孔31および32に貫入されて二次個別構成部材11を機械台12内に固定している同じねじ35で支持体33に固定されている。
各々の固定孔31は、機械的マーキングとして利用可能である。これを利用して、リニアモータの運転開始時に二次構成部材に対する一次構成部材の転流オフセットを求めることができる。その目的のために、固定孔31の軸線と、ケーブル出口を有していない、一次構成部材15の端面との間の間隔が規定される。このことはスケールを利用して、その他の補助手段を用いずに行われ得る。間隔測定に対して過度に高い寸法精度が要求されない場合でも、固定孔31と一次構成部材15との高さのずれのために、間隔を十分正確に求めることが難しいことがある。それゆえ、二次構成部材10における固定孔31に対する固定した位置に固定可能な基準装置40を利用すると好都合であろう。基準装置40は、一貫した段付き孔41を有する、たとえばアルミニウムからなる縦長の成形材である。段付き孔41は、二次構成部材10に基準装置40を固定するために、固定孔31と合致して設けられる。この固定孔31にはねじ35がまだ入っていないか、固定孔31からねじ35が取り外されている。次いでねじ35が、段付き孔41と固定孔31に貫入されて、機械台のねじ孔にねじ込まれる。基準装置40は、二次構成部材10の長手方向に対して直角に延びている基準装置40の端面42に位置している、隣接する固定孔31の軸線まで達している。端面42の凹部43内には、隣接する固定孔内にあるねじ35の頭部が収容され得る。一次構成部材10からの端面42の間隔は、相応の固定孔31の間隔と等しい。
したがって、同期リニアモータの運転開始時に転流オフセットを求めるために、基準装置40の端面42と、これに向き合わされた一次構成部材15の端面との間隔が測定される。測定中は測定値を次に入力するまで、一次構成部材は二次構成部材に対する位置を確実に維持しなければならない。測定された間隔はモータ制御装置に入力される。モータ制御装置は、永久磁石30に対する固定孔31の記憶された相対的位置から転流オフセットを計算する。この場合、あらかじめ極パターンのピッチ幅をできるだけ多数回差し引いた間隔の余りだけが考慮される。二次構成部材10に対するほかに、変位測定系に対する一次構成部材15の位置も関係づけられる。そうすると、モータ制御装置は、変位測定系によって把握された一次構成部材15の規定の位置におけるように、一次構成部材を制御し得る。
Claims (12)
- 電気的同期リニアモータであって、規定の極パターンで配置された複数の永久磁石(30)を備えている二次構成部材(10)と、二次構成部材(10)に対して相対的に移動可能で二次構成部材(10)に対する相対的な位置が変位測定系(16、17)によって検出可能である一次構成部材(15)とを有している形式のものにおいて、
二次構成部材(10)に、永久磁石の極パターンに対する既知の位置関係を有する機械的マーキング(31)が設けられており、二次構成部材(10)の固定孔(31)が直接的または間接的に機械的マーキングとして働くことを特徴とする電気的同期リニアモータ。 - 電気的なモータ制御装置(24)が設けられており、その中に永久磁石(30)の極パターンに対する機械的マーキング(31)の位置関係が不揮発性に記憶されている、請求項1記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)に対して相対的に一次構成部材(15)の位置を検出するための絶対変位測定系(16、17)が設けられている、請求項1記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)の永久磁石(30)の極パターンに対する同じ位置を有する複数の機械的マーキング(31)が存在している、請求項1から3までのいずれか1項記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)が、有利には同種の複数の二次個別構成部材(11)から構成されており、各々の二次個別構成部材(11)が永久磁石(30)の極パターンに対して同じ位置を有する機械的マーキング(31)を備えている、請求項4記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)に、二次構成部材(10)の長手方向に延びている1列の固定孔(31)が設けられており、すべての固定孔(31)が極パターンに対する同じ位置を有していて、固定孔(31)の互いの間隔が、有利には極パターンのピッチ幅に相当している、請求項1から5までのいずれか1項記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)の長手方向に延びている第2列の固定孔(32)が設けられており、これらの固定孔(32)が互いに異なる間隔を有している、請求項6記載の電気的同期リニアモータ。
- 一次構成部材にケーブル(22)の側方出口が設けられている、請求項6記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)に、永久磁石(30)の極パターンに対する既知の位置関係で配置可能な機械的な基準装置(40)が設けられていて、該基準装置(40)が、一次構成部材(15)からの間隔が規定可能なマーキング(42)を有している、請求項1から8までのいずれか1項記載の電気的同期リニアモータ。
- 二次構成部材(10)の長手方向に対して直角に延びている、基準装置(40)の側面(42)におけるエッジがマーキングとして働く、請求項9記載の電気的同期リニアモータ。
- 基準装置(40)が二次構成部材(10)の固定孔(31)に対する固定した位置関係に、二次構成部材(10)の少なくとも1つの固定孔(31)を利用して配置可能である、請求項9記載の電気的同期リニアモータ。
- 請求項1から11までのいずれか1項記載の特徴を有する電気的同期リニアモータを備えた直線駆動装置の転流オフセットを求める方法において、
二次構成部材(10)に存在している機械的マーキング(31)と一次構成部材(15)における規定の箇所との間の間隔を求め、この求められた間隔がモータ制御装置(24)に入力され、もしくは自動的に読み込まれ、マーキング(31)の極パターンに対する位置と、一次構成部材(15)における規定の箇所からのマーキング(31)の求められた間隔とから、モータ制御装置(24)において転流オフセットが算出される、請求項1から11までのいずれか1項記載の特徴を有する電気的同期リニアモータを備えた直線駆動装置の転流オフセットを求める方法。
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