JP5092206B2 - Linear actuator positioning control method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、リニアアクチュエータの位置決め制御方法及び装置に関する。 The present invention relates to a linear actuator positioning control method and apparatus.
チップマウンタやチップ部品検査装置に使用されるヘッドを鉛直方向に駆動するZ軸アクチュエータには、高速・高精度位置決めが要求されており、現状は回転モータ+ボールネジで構成されたものが使用されることが多い。
一用途として、リニアアクチュエータとして使用される、レシプロモータは、固定子と、可動子と、可動子を支持する軸受で構成され、可動子が固定子に対し軸方向に往復動可能に構成されている。
High-speed and high-precision positioning is required for the Z-axis actuator that drives the head used in a chip mounter or chip component inspection device in the vertical direction, and currently, it is composed of a rotary motor + ball screw. There are many cases.
As one application, a reciprocating motor used as a linear actuator is composed of a stator, a mover, and a bearing that supports the mover, and the mover is configured to reciprocate in the axial direction with respect to the stator. Yes.
このリニアアクチュエータ(レシプロモータ)の構成例を、図1に示す。同図において、リニアアクチュエータ1は、可動子71と、可動子71の周囲に配置された固定子90と、自らが弾性変形することにより可動子71を固定子90に対して往復動可能に支持する2枚の板バネ73とを備えている。
A configuration example of this linear actuator (reciprocating motor) is shown in FIG. In the figure, the
可動子71は円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト81と、シャフト81を内側に挿嵌されてシャフト81の軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄片82とを備えている。
固定子90は、ヨーク91(積層コア)と、可動子71を間に挟むように配置され、ヨーク91の内側に固定された一対のコイル92、93とを備えている。コイル92は、ヨーク91に内側に突き出すように形成された磁極部91aに巻き胴96が取り付けられ、この巻き胴96に金属線97が多重に巻き付けられて構成されている。コイル93は、可動子71を挟んで磁極部91aと相対する位置に形成された磁極部91bに同じく巻き胴96が取り付けられ、この巻き胴96に金属線97が多重に巻き付けられて構成されている。
The
The
磁極部91aの可動子71に向かう先端面には、永久磁石94、95が、シャフト81の軸方向に配列されて固定されている。磁極部91bの可動子71に向かう先端面にも、永久磁石94、95が、シャフト81の軸方向に配列されて固定されている。これら永久磁石94、95は、同軸同径同長をなす円弧状磁石からなるもので、互いに軸線方向に隣り合った状態で並べられている。
尚、シャフト81の中点には、後述するような、磁気中心が存在していている。
A magnetic center as will be described later exists at the midpoint of the
上記のように構成されたリニアアクチュエータ1の作動の原理について説明する。
コイル92、93に電流が流れていないときは、図2(a)に示すように、磁束が、永久磁石94においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク91の外周部、磁極部91a、永久磁石95、鉄片82、ヨーク91の外周部の順に循環する磁束ループが形成され、また、永久磁石95においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク91の外周部、磁極部91a、永久磁石94、鉄片82、ヨーク91の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。
The principle of operation of the
When no current flows through the
また、コイル92、93に交流電流(正弦波電流、矩形波電流)を流すと、コイル92、93に、図2(b)に示す方向の電流が流れる状態においては、磁束が、永久磁石94においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク91の外周部、磁極部91a、永久磁石94、鉄片82、ヨーク91の外周部の順に循環する磁束ループFlx1が形成される。その結果、可動子71には、鉄片82の後端から先端に向かう軸方向に力が作用し、可動子71はその力に押されて同方向に移動する。
In addition, when an alternating current (sine wave current, rectangular wave current) is passed through the
また、コイル92、93に、図2(c)に示すように、上記とは逆方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石95においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク91の外周部、磁極部91a、永久磁石95、鉄片82、ヨーク91の外周部の順に循環する磁束ループFlx2が形成される。その結果、可動子71には、鉄片82の先端から後端に向かう軸方向に力が作用し、可動子71はその力に押されて同方向に移動する。
Further, as shown in FIG. 2C, when a current in the direction opposite to the above flows through the
可動子71は、交流電流によるコイル92、93への電流の流れの方向が交互に変化することにより以上の作動を繰り返し、固定子72に対して鉄片82の軸方向に往復動することになる。
レシプロモータは位置決め用のリニアセンサを用いることで、位置・速度・力制御ができる高精度リニアサーボモータとして構成できるため、上記装置のZ軸アクチュエータに使用することが可能である(特許文献1参照)。
The
Since the reciprocating motor can be configured as a high-precision linear servo motor that can control the position, speed, and force by using a linear sensor for positioning, it can be used for the Z-axis actuator of the above device (see Patent Document 1). ).
また、上記のような高精度位置決めが要求されないが、大まかな位置決めを行いたいような用途においては、センサを用いずに電流の大きさを変えて磁気的な安定点を移動させ、ここに停止させるオープンループ制御による位置決め方法も提案されている。
しかしながら、電流変化のみでレシプロモータの可動子の位置決めをした場合には、以下のような問題が有る。
すなわち、
(1)可動子の移動時間を短縮できない。
図3に示すように、可動子をオープンループでXo[mm]位置へ移動させる場合にはXo[mm]位置で推力がゼロになる電流Ioを流す必要がある。0[mm]位置から移動させる場合には電流を流すとFf[N]の力で動き始め、移動するにしたがって推力は減っていき、Xo位置直前では推力はほぼ0[N]となる。可動子の移動時間は推力と可動部質量の関係で決定されるため、Ff[N]以上の推力が必要になる場合には要求を満足できない。
However, when the reciprocating motor mover is positioned only by the current change, there are the following problems.
That is,
(1) The moving time of the mover cannot be shortened.
As shown in FIG. 3, when the mover is moved to the Xo [mm] position in an open loop, it is necessary to flow a current Io at which the thrust becomes zero at the Xo [mm] position. When moving from the 0 [mm] position, when an electric current is passed, it starts to move with the force of Ff [N], the thrust decreases as it moves, and the thrust becomes almost 0 [N] immediately before the Xo position. Since the moving time of the mover is determined by the relationship between the thrust and the mass of the moving part, the requirement cannot be satisfied when a thrust greater than Ff [N] is required.
(2)停止時に振動が発生する。
(1)の方法で位置決めさせると、高い速度を保った状態で停止位置:Xoに到達し停止位置Xoを行き過ぎてしまう。そしてある位置まで来ると磁気バネにより戻され、またXoを逆方向に行き過ぎる。これを数回繰り返し、図4に示すように振動的に停止する。位置決め装置においては、整定までに時間がかかる、オーバーシュートにより部品がぶつかる等の理由により振動を抑えなければならない。
電流波形をなまらせて停止時の振動を抑える方法もあるが、移動時間が長くかかってしまう。
(2) Vibration occurs when stopped.
If positioning is performed by the method (1), the stop position Xo is reached while the high speed is maintained, and the stop position Xo is overrun. When it reaches a certain position, it is returned by a magnetic spring, and Xo goes too far in the opposite direction. This is repeated several times and stopped as shown in FIG. In the positioning device, it is necessary to suppress vibrations for reasons such as it takes time until settling or parts collide with each other due to overshoot.
Although there is a method of suppressing the vibration at the time of stopping by smoothing the current waveform, it takes a long time to move.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、オープンループ制御で可動子の位置決めさせる際に、高速移動が可能で、かつ振動を抑制して停止させることができるリニアアクチュエータの位置決め制御方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and positioning of a linear actuator that can be moved at high speed and can be stopped while suppressing vibration when positioning a mover by open loop control. It is an object to provide a control method and apparatus.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子と、前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持するバネとを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御方法であって、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御方法において、前記電流パターンにおける第1の電流I1、第2の電流I2、時間T1、T2は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて決定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the linear actuator positioning control method according to the first aspect, the first current I1, the second current I2, and the times T1, T2 in the current pattern are the movable element. It is determined according to the movement distance and the movement time.
また、請求項3に記載の発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御方法であって、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするようにしたことを特徴とする。
。
The invention according to claim 3 includes a mover and a stator disposed around the mover, the stator including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, A linear actuator positioning control method comprising a permanent magnet provided facing the mover, wherein the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust, stopped, and then returned to the original position. When returning the mover, a current pattern supplied to the coil is energized with a third current I3 for accelerating the mover with a negative thrust from the stop position for a predetermined time T3. Reverse direction to the third current for decelerating the mover after a predetermined non-energization time T4 when no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the energization of the third current I3. The fourth current of 4 (│I4│ <│I3│) was energized a predetermined time T5, characterized in that so as to zero the current applied to the coil.
.
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御方法において、前記電流パターンにおける第3の電流I3、第4の電流I4、時間T3、T4、T5は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて決定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the linear actuator positioning control method according to the third aspect, the third current I3, the fourth current I4, and the times T3, T4, T5 in the current pattern are It is determined according to the moving distance and moving time of the mover.
また、請求項5に記載の発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子と、前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持するバネとを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御装置であって、前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、前記パラメータ設定手段により設定されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる場合には、前記パラメータ設定手段により、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電するように設定されることを特徴とする。 The invention according to claim 5 includes a mover, a stator disposed around the mover, and a spring that supports the mover in a reciprocating manner with respect to the stator. The stator is a linear actuator positioning control device including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and a permanent magnet provided facing the mover, and a current supplied to the coil and parameter setting means for setting parameters between the time current value and energizing a polar, on the basis of the set parameters by the parameter setting means controls the current supplied to the coil of the linear actuator of the desired said movable element Control means for moving to a position, and when moving the mover from a reference position to a predetermined position by positive thrust, the parameter setting means A first current I1 for accelerating the mover in the positive direction from the reference position is energized to the coil for a predetermined time T1, and then the mover is energized by energizing the first current I1. Set to energize a second current I2 (I2 <I1) for stopping the mover at the predetermined position after a predetermined non-energization time T2 when no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of It is characterized by being.
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御装置において、前記電流パターンにおける第1の電流I1、第2の電流I2、時間T1、T2は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて設定されることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the linear actuator positioning control apparatus according to the fifth aspect, the first current I1, the second current I2, and the times T1, T2 in the current pattern are the movable element. It is characterized in that it is set according to the movement distance and movement time.
また、請求項7に記載の発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御装置であって、前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、前記パラメータ設定手段により設定されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す場合には、前記パラメータ設定手段により前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするように設定されることを特徴とする。 The invention according to claim 7 includes a mover and a stator disposed around the mover, and the stator includes a laminated core, a coil fixed to the laminated core, a positioning control system for a linear actuator comprising a permanent magnet provided so as to face the movable element, and a parameter setting means for setting parameters between the time current value and current including the polarity of the current supplied to said coil, Control means for controlling the current supplied to the coil of the linear actuator based on the parameter set by the parameter setting means to move the mover to a desired position. When the movable element is returned to the original position after being moved to a predetermined position by the thrust of and then stopped, the current pattern supplied to the coil by the parameter setting means The coil is supplied with a third current I3 for accelerating the mover from the stop position with a negative thrust for a predetermined time T3, and then the acceleration of the mover due to the supply of the third current I3 is suppressed. A fourth current I4 (| I4 | <| I3 |) in the direction opposite to the third current for decelerating the mover after a predetermined non-energization time T4 when no current is supplied to the coil for A characteristic is that the current flowing through the coil is set to zero after energization for a predetermined time T5.
また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御装置において、前記電流パターンにおける第3の電流I3、第4の電流I4、時間T3、T4、T5は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて決定することを特徴とする。 Further, the invention according to claim 8 is the linear actuator positioning control device according to claim 7, wherein the third current I3, the fourth current I4, and the times T3, T4, and T5 in the current pattern are It is determined according to the moving distance and moving time of the mover.
また、請求項9に記載の発明は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子と、前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持するバネとを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御装置であって、前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを予め、複数種類記憶している記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記パラメータのうち外部入力により選択されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、前記制御手段は、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる場合には、前記パラメータ設定手段により、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電することを特徴とする。 The invention according to claim 9 includes a mover, a stator disposed around the mover, and a spring that supports the mover in a reciprocating manner with respect to the stator. The stator is a linear actuator positioning control device including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and a permanent magnet provided facing the mover, and a current supplied to the coil advance parameters between the time current value and energizing a polar, multiple types and stored in that storage means, the coil of the linear actuator based on parameters selected by an external input of the parameter stored in the storage means Control means for controlling the current supplied to the movable element to move the movable element to a desired position, and the control means moves the movable element from a reference position to a predetermined position by a positive thrust. In this case, the parameter setting means energizes the coil with a first current I1 for accelerating the mover in the positive direction from the reference position for a predetermined time T1. Next, a second for stopping the mover at the predetermined position after a predetermined non-energization time T2 when no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the energization of the first current I1. A current I2 (I2 <I1) is applied.
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御装置において、前記電流パターンにおける第1の電流I1、第2の電流I2、時間T1、T2は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて設定されることを特徴とする。 The linear actuator positioning control apparatus according to claim 9 is the linear actuator positioning control apparatus according to claim 9, wherein the first current I1, the second current I2, and the times T1, T2 in the current pattern are the movable element. It is characterized in that it is set according to the movement distance and movement time.
また、請求項11に記載の発明は、請求項9に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御装置において、前記制御手段は、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す場合には、前記パラメータ設定手段により前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にすることを特徴とする。 The linear actuator positioning control apparatus according to claim 11 is the linear actuator positioning control apparatus according to claim 9, wherein the control means moves the movable element from a reference position to a predetermined position by a positive thrust and stops the movable element. Thereafter, when returning the mover to the original position, a third current I3 for accelerating the mover from the stop position with a negative thrust is applied to the current pattern supplied to the coil by the parameter setting means. Is applied to the coil for a predetermined time T3, and then the current is not supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the application of the third current I3. After energizing a fourth current I4 (| I4 | <| I3 |) in the opposite direction to the third current for deceleration for a predetermined time T5, the current flowing through the coil is reduced to zero. And features.
また、請求項12に記載の発明は、請求項11に記載のリニアアクチュエータの位置決め制御装置において、前記電流パターンにおける第3の電流I3、第4の電流I4、時間T3、T4、T5は、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて決定することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the linear actuator positioning control device according to the eleventh aspect, the third current I3, the fourth current I4, and the times T3, T4, and T5 in the current pattern are It is determined according to the moving distance and moving time of the mover.
以上説明したように、本発明によれば、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御方法であって、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる際に、可動子の移動距離及び移動時間に応じて、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子の停止位置を決定するための第2の電流I2を通電するようにしたので、オープンループ制御で可動子の位置決めをさせる際に、高速移動が可能で、かつ振動を抑制して停止させることができるリニアアクチュエータの位置決め制御方法及び装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, a mover and a stator disposed around the mover are provided, and the stator includes a laminated core, and a coil fixed to the laminated core. A linear actuator positioning control method comprising a permanent magnet provided facing the mover, wherein when the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust, a moving distance of the mover and In accordance with the movement time, a current pattern supplied to the coil is energized to the coil for a predetermined time T1 with a first current I1 for accelerating the mover in the positive direction from the reference position, and then the first The second current I2 for determining the stop position of the mover is energized after a predetermined non-energization time T2 when no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the energization of the current I1. Yo Since the can be implemented in which the positioning of the movable element in the open loop control, enables high-speed movement, and a positioning control method and apparatus of the linear actuator can be stopped to suppress vibrations.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明のリニアアクチュエータの位置決め制御方法の第1実施形態について説明する。
[位置決め制御方法の第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御方法は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御方法であって、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電するようにしたことを特徴としている。
A first embodiment of the linear actuator positioning control method of the present invention will be described.
[First Embodiment of Positioning Control Method]
The linear actuator positioning control method according to the first embodiment of the present invention includes a mover and a stator disposed around the mover, and the stator includes a laminated core and the laminated core. A linear actuator positioning control method comprising a fixed coil and a permanent magnet provided facing the mover, wherein the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust. As a current pattern supplied to the coil, a first current I1 for accelerating the mover in the positive direction from the reference position according to the moving distance and moving time of the mover is supplied to the coil for a predetermined time T1. and then down the front hear Doko to the predetermined position after a predetermined non-energization time T2 elapses without supplying current to the coil for suppressing the acceleration of the mover due to energization of the first current I1 It is characterized in the the fact as to energize the second current I2 (I2 <I1) for causing.
図5にリニアアクチュエータの可動子を駆動するためのコイルに与える電流パターンを示す。
第1の実施形態に係るリニアアクチュエータの位置制御方法では、
(1)第1の電流(加速度を高く移動時間は速くするための電流)の大きさI1とその通電時間T1
(2)無通電区間:T2((1)の電流による加速を抑制するための休止時間)
(3)第2の電流(可動子の停止位置決定のための電流)の大きさI2を前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて調整することにより、可動子を高速移動させ、かつ可動子の停止位置における変位のオーバーシュートの低減を図ることができる。
FIG. 5 shows a current pattern applied to the coil for driving the mover of the linear actuator.
In the linear actuator position control method according to the first embodiment,
(1) The magnitude I1 of the first current (current for increasing acceleration and moving time) and the energization time T1
(2) Non-energized section: T2 (resting time for suppressing acceleration due to current of (1))
(3) By adjusting the magnitude I2 of the second current (current for determining the stop position of the mover) according to the moving distance and moving time of the mover, the mover is moved at high speed and is movable. It is possible to reduce the displacement overshoot at the stop position of the child.
図6に本実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御方法による電流パターンでリニアアクチュエータを動作させた場合の、起動信号、コイルに供給する電流および可動子の変位波形を示す。図4に示した波形に比較し、可動子が短時間で目的位置まで移動し、振動せずに停止していることが分かる。 FIG. 6 shows an activation signal, a current supplied to the coil, and a displacement waveform of the mover when the linear actuator is operated with a current pattern by the linear actuator positioning control method according to the present embodiment. Compared to the waveform shown in FIG. 4, it can be seen that the mover has moved to the target position in a short time and stopped without vibrating.
上記と同様にリニアアクチュエータの可動子が0[mm]位置からXo[mm]位置へ移動させる場合について図7及び図8を参照して説明する。
この場合、リニアアクチュエータにおける可動子を駆動するためのコイルに供給する電流パターンのうち電流I2はXo[mm]位置で推力が零になる電流である必要があるため、図3に示したI0[A]となる。
電流I1は可動子を高加速させるために必要な力を発生させるための電流(I1>I2)であり、T1は加速を継続させる時間となる。
A case where the mover of the linear actuator is moved from the 0 [mm] position to the Xo [mm] position in the same manner as described above will be described with reference to FIGS.
In this case, of the current pattern supplied to the coil for driving the mover in the linear actuator, the current I2 needs to be a current at which the thrust becomes zero at the Xo [mm] position. A].
The current I1 is a current (I1> I2) for generating a force necessary to accelerate the mover at a high speed, and T1 is a time for continuing the acceleration.
図7に示すように、無通電区間を設けないでI2に切り替えてしまうと、大きな速度を持ったままで停止位置Xoに到達するため、電流I2のみを可動子を駆動するためのコイルに通電するよりも大きな振動を伴って停止する。
このように、無通電区間が無い場合は正方向の推力のみが働いているため、速度は上がり続ける。
一方、無通電区間がある場合は、図8に示すように、正方向に大きな力を加えた後に負方向の力が働いており、速度を低減している。可動子がある速度になった状態で電流I2を上記コイルに通電してやると、可動子は振動せずに停止位置Xoに到達することができる。
電流I1、I2、時間T1、T2は移動距離、移動時間により決定する。
As shown in FIG. 7, when switching to I2 without providing a non-energized section, it reaches the stop position Xo with a high speed, so that only the current I2 is energized to the coil for driving the mover. Stops with greater vibration.
Thus, when there is no non-energized section, only the thrust in the positive direction is working, so the speed continues to increase.
On the other hand, when there is a non-energized section, as shown in FIG. 8, a force in the negative direction is applied after applying a large force in the positive direction, and the speed is reduced. When the current I2 is applied to the coil in a state where the mover is at a certain speed, the mover can reach the stop position Xo without vibrating.
The currents I1 and I2 and the times T1 and T2 are determined by the moving distance and the moving time.
[位置決め制御方法の第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御方法について説明する。本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御方法は、動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータの位置決め制御方法であって、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするようにしたことを特徴としている。
[Second Embodiment of Positioning Control Method]
A linear actuator positioning control method according to a second embodiment of the present invention will be described. A linear actuator positioning control method according to a second embodiment of the present invention includes a moving element and a stator disposed around the moving element, and the stator includes a laminated core and the laminated core. A linear actuator positioning control method comprising a fixed coil and a permanent magnet provided facing the mover, wherein the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust and stopped. Thereafter, when the mover is returned to the original position, the current pattern supplied to the coil is accelerated by a negative thrust from the stop position according to the moving distance and moving time of the mover. the third current I3 supplying an electric current to the coil for a predetermined time T3, then given free passage without supplying current to the coil for suppressing the acceleration of the mover due to energization of the third current I3 for After energization time the for decelerating the movable member after the lapse of T4 third current and the reverse fourth current I4 to (│I4│ <│I3│) a predetermined time T5, the current supplied to said coil It is characterized by zeroing.
0[mm]位置からXo[mm]位置に移動して、停止した後、停止位置Xo[mm]から0[mm]位置に戻る場合について説明する。0[mm]位置からXo[mm]位置に移動する場合については説明を省略する。ここでは、停止位置Xo[mm]から0[mm]位置に戻る場合について説明する。
リニアアクチュエータのコイルに電流I2を通電して位置Xo[mm]に停止している状態から、上記コイルに流す電流を零にすると、リニアアクチュエータは図3に示す−Frの力を発生し、可動子は負方向の力で加速され0[mm]位置に振動的に停止する。
A case will be described in which after moving from the 0 [mm] position to the Xo [mm] position and stopping, the position returns from the stop position Xo [mm] to the 0 [mm] position. Description of the case of moving from the 0 [mm] position to the Xo [mm] position is omitted. Here, a case where the stop position Xo [mm] returns to the 0 [mm] position will be described.
When the current I2 is applied to the coil of the linear actuator and stopped at the position Xo [mm], when the current flowing through the coil is reduced to zero, the linear actuator generates the force -Fr shown in FIG. The child is accelerated by the force in the negative direction and stops vibrationally at the 0 [mm] position.
可動子を高速で移動させ、振動を抑えながら停止させるためには図9に示す電流パターンでコイルに電流を与えればよい。
0[mm]位置からXo[mm]位置に可動子を移動させる場合と同様に、図9において、電流I3および時間T3は可動子を高加速させるための電流と加速を継続させる時間である。この状態で電流を零にすると大きな振動を伴って停止するため、逆方向の電流I4を通電し減速させる。可動子がある速度になった状態で電流を零にしてやると振動せずに0[mm]位置に到達する。
In order to move the mover at a high speed and stop it while suppressing vibration, it is sufficient to apply a current to the coil with the current pattern shown in FIG.
As in the case where the mover is moved from the 0 [mm] position to the Xo [mm] position, in FIG. 9, a current I3 and a time T3 are a current for accelerating the mover and a time for continuing the acceleration. If the current is reduced to zero in this state, the motor stops with a large vibration, and thus the current I4 in the reverse direction is energized and decelerated. If the current is set to zero while the mover is at a certain speed, the armature reaches the 0 [mm] position without vibration.
上記コイルに供給する電流パターンにおける電流I3、I4、時間T3、T4、T5は移動距離、移動時間により決定する。
図10に第2実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御方法による電流パターンで往復移動させた場合のコイルに流れる電流および可動子の変位波形を示す。
本実施形態においては、電流I3を0[A]に設定している。
Currents I3 and I4 and times T3, T4 and T5 in the current pattern supplied to the coil are determined by the moving distance and the moving time.
FIG. 10 shows the current flowing through the coil and the displacement waveform of the mover when the linear actuator is reciprocated with the current pattern by the linear actuator positioning control method according to the second embodiment.
In the present embodiment, the current I3 is set to 0 [A].
[位置決め制御装置の第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置の構成を図11に示す。
本発明の第1実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置は、可動子と、該可動子の周囲に配設された固定子とを備え、該固定子は、積層コアと、該積層コアに固定されたコイルと、前記可動子に臨んで設けられた永久磁石とを備えるリニアアクチュエータ1の位置決め制御装置である。
[First Embodiment of Positioning Control Device]
FIG. 11 shows the configuration of the linear actuator positioning control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The linear actuator positioning control device according to the first embodiment of the present invention includes a mover and a stator disposed around the mover, and the stator includes a laminated core and the laminated core. It is a positioning control apparatus of the
前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間等のパラメータを設定するパラメータ設定用パーソナルコンピュータ(PC)10と、前記パラメータ設定用により設定されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御装置20とを有している。
制御装置20は、設定されたパラメータに基づいて電流指令を生成する電流指令生成部200と、電流指令生成部200により生成された電流指令に基づいてリニアアクチュエータ1のコイルに設定された電流パターンで電流を供給するパワー回路202とを有している。パラメータ設定用パーソナルコンピュータ(PC)10は本発明のパラメータ設定手段に、制御装置20は本発明の制御手段に、それぞれ相当する。
A parameter setting personal computer (PC) 10 for setting parameters such as a current value including a polarity of a current supplied to the coil and an energization time, and the coil of the linear actuator based on the parameter set for the parameter setting And a
The
また、前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間等のパラメータを設定するパラメータ設定用パーソナルコンピュータ10の代わりに、制御装置20内部(又は外部)に設けたパラメータ設定用ボリューム210により行うことが可能である。
リニアアクチュエータ1の前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる場合には、パラメータ設定用パーソナルコンピュータ10または、パラメータ設定用ボリューム210により、図5に示すように、可動子の移動距離及び移動時間に応じて前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子の停止位置を決定するための第2の電流I2を通電するように設定される。
Further, instead of the parameter setting
When the mover of the
また、リニアアクチュエータ1の前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す際に、パラメータ設定用パーソナルコンピュータ10または、パラメータ設定用ボリューム210により、図9に示すように前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子の移動距離及び移動時間に応じて、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするように設定される。
Further, when the mover of the
上記構成において、起動信号が外部から入力されることにより、制御装置20はリニアアクチュエータ1を設定されたパラメータにより可動子の移動、位置決め制御を行う。
In the above configuration, when the activation signal is input from the outside, the
[位置決め制御装置の第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置の構成を図12に示す。本実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置が第1実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置と構成上、異なるのは、パラメータ設定用パーソナルコンピュータ10または、パラメータ設定用ボリューム210のパラメータ設定手段により、制御装置20内の電流指令生成部200に、可動子を駆動するコイルに供給する電流パターンのパラメータを設定する代わりに、制御装置20の電流指令生成部200Aに予め複数種の移動用パラメータを記憶する記憶部2000を設け、外部から入力する選択信号により移動用パラメータを選択するようにした点であり、他の構成は第1実施形態に係るリニアアクチュエータの位置決め制御装置と同様であるので、重複する説明は省略する。
[Second Embodiment of Positioning Control Device]
FIG. 12 shows the configuration of a linear actuator positioning control apparatus according to the second embodiment of the present invention. The linear actuator positioning control device according to the present embodiment differs in configuration from the linear actuator positioning control device according to the first embodiment in that the parameter setting
図12に示すように電流指令生成部200A内の記憶部2000に数種類の設定値を用意しておく(移動距離:1[mm]用、2[mm]用、3[mm]用など)。外部から接点入力信号などの選択信号で移動用パラメータを選択することで、電流指令生成部20A内に設定値が書き込まれ最適な電流パターンで動作できるようにする。
可動子が基準位置、例えば、0[mm]から目的位置X0[mm]まで移動するときの電流パターン(図5)、あるいは基準位置から目標位置まで、移動した後、元の位置に戻るように往復動するときの電流パターン(図9)は、リニアアクチュエータの位置決め制御装置の第1実施形態と同様である。
As shown in FIG. 12, several setting values are prepared in the
A current pattern (FIG. 5) when the mover moves from a reference position, for example, 0 [mm] to a target position X0 [mm], or moves from the reference position to the target position, and then returns to the original position The current pattern when reciprocating (FIG. 9) is the same as that of the first embodiment of the linear actuator positioning control device.
本発明の実施形態よれば、リニアアクチュエータをオープンループで位置決め制御させる場合に、高速移動が可能になるとともに、目標位置に振動を抑えた状態で停止させることができる。 According to the embodiment of the present invention, when positioning control of the linear actuator is performed in an open loop, the linear actuator can be moved at a high speed and stopped at a target position while suppressing vibration.
1…リニアアクチュエータ、10…パラメータ設定用パーソナルコンピュータ(PC)、20…制御装置、200、200A…電流指令生成部、202…パワー回路、210…パラメータ設定用ボリューム、2000…記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電するようにしたことを特徴とするリニアアクチュエータの位置決め制御方法。 A mover; a stator disposed around the mover; and a spring that supports the mover in a reciprocating manner with respect to the stator, the stator including a laminated core, and the laminated A linear actuator positioning control method comprising a coil fixed to a core and a permanent magnet provided facing the mover,
When the mover is moved from a reference position to a predetermined position by positive thrust, a current pattern supplied to the coil is set to a first current I1 for accelerating the mover in the positive direction from the reference position. supplying an electric current to the coil for a time T1, then the first pre hear Doko current after a predetermined non-energization time T2 is not supplied to the coil for suppressing the acceleration of the mover due to energization current I1 A linear actuator positioning control method, wherein a second current I2 (I2 <I1) for stopping at the predetermined position is applied.
前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す際に、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするようにしたことを特徴とするリニアアクチュエータの位置決め制御方法。 A mover and a stator disposed around the mover, the stator including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and a permanent magnet provided facing the mover A linear actuator positioning control method comprising:
When the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust and stopped, and the mover is returned to the original position, the current pattern supplied to the coil is changed to the stop position. A third current I3 for accelerating with a negative thrust is applied to the coil for a predetermined time T3, and then a current is applied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the application of the third current I3. After energizing for a predetermined time T5 a fourth current I4 (| I4 | <| I3 |) opposite to the third current for decelerating the mover after the elapse of a predetermined non-energization time T4 that is not supplied, A linear actuator positioning control method characterized in that a current flowing through the coil is set to zero.
前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
前記パラメータ設定手段により設定されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、
前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる場合には、前記パラメータ設定手段により、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電するように設定されることを特徴とするリニアアクチュエータの位置決め制御装置。 A mover; a stator disposed around the mover; and a spring that supports the mover in a reciprocating manner with respect to the stator, the stator including a laminated core, and the laminated A linear actuator positioning control device comprising a coil fixed to a core and a permanent magnet provided facing the mover,
And parameter setting means for setting parameters between the time current value and the energization including polarity of the current supplied to said coil,
Control means for controlling the current supplied to the coil of the linear actuator based on the parameter set by the parameter setting means to move the mover to a desired position;
When the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust, the parameter setting means causes a current pattern supplied to the coil to accelerate the mover from the reference position in the positive direction. The first current I1 is applied to the coil for a predetermined time T1, and then a predetermined non-energization time T2 is elapsed in which no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the application of the first current I1. A linear actuator positioning control device, which is set to energize a second current I2 (I2 <I1) for stopping the mover at the predetermined position later.
前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
前記パラメータ設定手段により設定されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、
前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させ、停止させた後、元の位置に前記可動子を戻す場合には、前記パラメータ設定手段により前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記停止位置から負の推力により加速するための第3の電流I3を所定時間T3だけ前記コイルに通電し、次いで前記第3の電流I3の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T4経過後に前記可動子を減速するための前記第3の電流と逆方向の第4の電流I4(│I4│<│I3│)を所定時間T5だけ通電した後、前記コイルに流す電流を零にするように設定されることを特徴とするリニアアクチュエータの位置決め制御装置。 A mover and a stator disposed around the mover, the stator including a laminated core, a coil fixed to the laminated core, and a permanent magnet provided facing the mover A linear actuator positioning control device comprising:
And parameter setting means for setting parameters between the time current value and the energization including polarity of the current supplied to said coil,
Control means for controlling the current supplied to the coil of the linear actuator based on the parameter set by the parameter setting means to move the mover to a desired position;
When the mover is moved from a reference position to a predetermined position by a positive thrust and stopped, and then the mover is returned to the original position, the current pattern supplied to the coil by the parameter setting means is A third current I3 for accelerating the mover from the stop position by negative thrust is applied to the coil for a predetermined time T3, and then the acceleration of the mover due to the application of the third current I3 is suppressed. The fourth current I4 (| I4 | <| I3 |) in the direction opposite to the third current for decelerating the mover after the elapse of a predetermined non-energization time T4 when no current is supplied to the coil for a predetermined time A linear actuator positioning control apparatus, wherein the current flowing through the coil is set to zero after energization for T5.
前記コイルに供給する電流の極性を含む電流値及び通電時間のパラメータを予め、複数種類記憶している記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記パラメータのうち外部入力により選択されたパラメータに基づいてリニアアクチュエータの前記コイルに供給する電流を制御して前記可動子を所望の位置に移動させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記可動子を基準位置から正の推力により所定位置まで移動させる場合には、前記パラメータ設定手段により、前記コイルに供給する電流パターンを、前記可動子を前記基準位置から正方向に加速するための第1の電流I1を所定時間T1だけ前記コイルに通電し、次いで前記第1の電流I1の通電による前記可動子の加速を抑制するための前記コイルに電流を供給しない所定の無通電時間T2経過後に前記可動子を前記所定位置に停止させるための第2の電流I2(I2<I1)を通電することを特徴とするリニアアクチュエータの位置決め制御装置。 A mover; a stator disposed around the mover; and a spring that supports the mover in a reciprocating manner with respect to the stator, the stator including a laminated core, and the laminated A linear actuator positioning control device comprising a coil fixed to a core and a permanent magnet provided facing the mover,
Advance parameters between the time current value and the energization including polarity of the current supplied to the coil, a storage unit operable to plural kinds stored,
Control means for controlling the current supplied to the coil of the linear actuator based on a parameter selected by an external input among the parameters stored in the storage means, and moving the mover to a desired position. ,
When the control unit moves the mover from a reference position to a predetermined position by positive thrust, the parameter setting means causes the current pattern to be supplied to the coil to be moved in the positive direction from the reference position. A first current I1 for accelerating the coil is energized to the coil for a predetermined time T1, and then no current is supplied to the coil for suppressing acceleration of the mover due to the energization of the first current I1. A linear actuator positioning control apparatus, wherein a second current I2 (I2 <I1) for stopping the movable element at the predetermined position is energized after a lapse of a non-energization time T2.
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