JP6191086B2 - リニアアクチュエータの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータの制御装置及び制御方法に関する。

リニアアクチュエータなどに用いられるリニアモータは、可動子又は固定子のいずれか一方に設けられている複数のコイルと、可動子又は固定子の他方に設けられている駆動用磁石との相対的な位置関係（磁極位置）に応じた通電をしないと、リニアモータの推力定数に応じた推力を発生させることができない。そこで、リニアモータの駆動を開始する際には、固定子に対する可動子の相対的な位置を把握する必要がある。例えば、リニアモータの駆動を開始する際に、予め定められた磁極位置に対応する電流を一定時間、リニアモータに印加することで当該磁極位置に可動子の引き込み（直流励磁）が行われている（引用文献１）。

特開平５−１５１７９号公報

しかしながら、予め定められた磁極位置に対して１８０°ずれた磁極位置に可動子が位置している場合には、上述の直流励磁を行っても可動子を引き込むことができず、可動子の位置を正しく把握できないことがある。また、リニアモータの駆動方向が鉛直方向になるようにリニアモータを設置した場合において可動子に対して重力などの外力が作用すると、直流励磁による引き込む力と外力との大きさの差によっては、予め定められた磁極位置に可動子を引き込めず、可動子の位置を正しく把握できないことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リニアアクチュエータなどに用いられるリニアモータにおける磁極位置の検出精度を向上できるリニアアクチュエータの制御装置及び制御方法の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置であって、０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する磁極位置推定手段と、前記磁極位置推定手段によるパルス通電が行われる前に前記ブレーキ装置をオンにし、前記磁極位置推定手段により前記可動子が位置する区間が推定された後に前記ブレーキ装置をオフにするブレーキ制御手段と、前記ブレーキ装置がオフになった後に、前記磁極位置推定手段により推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する磁極位置設定手段と、を有するリニアアクチュエータの制御装置である。
また、本発明の一態様は、リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置であって、０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する磁極位置推定手段と、前記磁極位置推定手段により推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する磁極位置設定手段と、前記磁極位置推定手段によるパルス通電が行われる前に前記ブレーキ装置をオンにし、前記磁極位置推定手段により前記可動子が位置する区間が推定された後に前記ブレーキ装置をオフにするブレーキ制御手段と、を有し、前記磁極位置推定手段は、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて前記可動子が移動した方向に基づいて前記可動子が位置する区間を推定し、前記ブレーキ装置は、オンの状態において、前記可動子が可動する第１方向への移動を制動し、前記第１方向と逆向きの第２方向への移動を制動せず、前記可動子は、前記第１方向の外力を受けている、リニアアクチュエータの制御装置である。

また、本発明の一態様は、リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置における制御方法であって、前記ブレーキ装置をオンにする第１のステップと、０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する第２のステップと、前記第２のステップにおいて前記可動子が位置する区間を推定した後に前記ブレーキ装置をオフにする第３のステップと、前記ブレーキ装置がオフになった後に、前記第２のステップにおいて推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する第４のステップと、を有する制御方法である。
また、本発明の一態様は、リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置における制御方法であって、前記ブレーキ装置をオンにする第１のステップと、０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する第２のステップと、前記第２のステップにおいて前記可動子が位置する区間を推定した後に前記ブレーキ装置をオフにする第３のステップと、前記第２のステップにおいて推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する第４のステップと、を有し、前記第２のステップでは、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて前記可動子が移動した方向に基づいて前記可動子が位置する区間を推定し、前記ブレーキ装置は、オンの状態において、前記可動子が可動する第１方向への移動を制動し、前記第１方向と逆向きの第２方向への移動を制動せず、前記可動子は、前記第１方向の外力を受けている、制御方法である。

本発明によれば、リニアモータにおける磁極位置の検出精度を向上できる。

本実施形態におけるリニアアクチュエータを示す構成図である。 本実施形態におけるブレーキ装置を示す斜視図である。 図２に示す矢視Ａ−Ａ断面図である。 本実施形態におけるブレーキスライダーを示す斜視図である。 本実施形態におけるブレーキ装置の動作を説明するための図である。 本実施形態におけるリニアアクチュエータを制御する制御装置の構成を示すブロック図である。 ｄ−ｑ座標系における永久磁石同期モータの等価回路を示す図である。 本実施形態の制御装置が行う初期磁極位置を設定する処理を示すフローチャートである。 本実施形態において制御装置が行う概略検知サブルーチンを示す第１のフローチャートである。 本実施形態において制御装置が行う概略検知サブルーチンを示す第２のフローチャートである。 本実施形態において制御装置が行う詳細検知サブルーチンを示すフローチャートである。 本実施形態において制御装置が行うモータ動作サブルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態におけるリニアアクチュエータの制御装置及び制御方法について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるリニアアクチュエータ１を示す構成図である。図１に示すように、リニアアクチュエータ１は、直動装置２と、回転装置３と、ブレーキ装置４と、を有する。

直動装置２は、リニアモータからなり、リニアモータの可動子であるロッド５を直線運動させる。ロッド５の先端には、連結プレート６が固定されている。一方、回転装置３は、回転式モータからなり、可動子であるロッド７を回転運動させる。ロッド７の先端は、連結プレート６に設けられた図示しない軸受を介して連結プレート６に回転自在に連結される。このロッド７は、回転装置３の内部に設けられた図示しないスプライン装置（直動案内装置）に支持されており、回転運動と直線運動が可能とされている。

ロッド７の先端には、工具や吸着パッド等のアプリケーション装置が取り付けられる取付部８が設けられている。取付部８は、回転装置３によって、ロッド７の中心軸回りに回転する。また、取付部８は、直動装置２によって、ロッド７の中心軸に沿う軸方向に移動する。すなわち、直動装置２によって、ロッド５が軸方向に移動すると、連結プレート６によってロッド５と共にロッド７が軸方向に移動し、取付部８の軸方向の位置が変位する。

ブレーキ装置４は、ロッド７の軸方向の移動速度を減速させ、またロッド７の軸方向の移動を停止させるものである。本実施形態のブレーキ装置４は、回転装置３に取り付けられている。なお、本実施形態では、ロッド７の軸方向は重力方向と一致している。図２は、本実施形態におけるブレーキ装置４を示す斜視図である。図３は、図２に示す矢視Ａ−Ａ断面図である。図４は、本実施形態におけるブレーキスライダー３２を示す斜視図である。

ブレーキ装置４は、図２に示すように、円筒状に形成されており、中央にロッド７が貫通して配置される。ブレーキ装置４は、図３に示すように、筐体１０と、駆動部２０と、ブレーキ機構３０と、を有する。筐体１０は、円筒状に形成されている。筐体１０の内部には、駆動部２０とブレーキ機構３０とが収容される。駆動部２０は、ソレノイドからなり、固定コア２１と、コイル２２と、を有する。

固定コア２１は、円筒部２３と、フランジ部２４と、を有する。コイル２２は、円筒部２３の外周に巻かれる。フランジ部２４は、円筒部２３と一体で形成され、円筒部２３よりも径方向に拡径し、筐体１０の一方の開口端部に固定される。固定コア２１の中央には、ロッド７が配置される貫通孔２５が形成されている。筐体１０の内部には、ロッド７の軸方向でフランジ部２４と対向する環状部材１１が固定される。環状部材１１とフランジ部２４との間に、コイル２２が配置される。この環状部材１１の内側には、摺動ブッシュ１２が固定される。

ブレーキ機構３０は、可動コア３１と、ブレーキスライダー３２と、ボール３３と、圧縮バネ３４と、ボールガイド３５と、を有する。可動コア３１は、円筒状に形成されている。可動コア３１の外周は、摺動ブッシュ１２によってロッド７の軸方向に移動可能に支持される。可動コア３１の中央には、ロッド７が配置される貫通孔３６が形成されている。ブレーキスライダー３２は、嵌合部３７と、フランジ部３８と、ボール保持部３９と、を有する。

嵌合部３７は、可動コア３１が圧入可能な凹形状を有し、図示しない接着剤を介して可動コア３１と嵌合する。これにより、可動コア３１とブレーキスライダー３２が一体となって、ロッド７の軸方向に移動可能となる。フランジ部３８は、径方向に拡径した鍔形状を有する。フランジ部３８は、ロッド７の軸方向で環状部材１１と対向する。フランジ部３８と環状部材１１との間には、圧縮バネ３４が配置される。圧縮バネ３４は、ブレーキスライダー３２を、駆動部２０の固定コア２１に対し離間する方向に付勢する。

ブレーキスライダー３２の中央には、ロッド７が配置される貫通孔４０が形成されている。ボール保持部３９は、円錘形状を有し、先細りの傾斜面にボール保持孔４１が形成されている。ボール保持孔４１は、ボール保持部３９の傾斜面と貫通孔４０とを斜め方向に連通させる。このボール保持孔４１は、図４に示すように、ボール保持部３９に複数形成されている。本実施形態の複数のボール保持孔４１は、周方向に等間隔に３つ形成されている。ボール３３は、複数のボール保持孔４１のそれぞれに回転自在に配置される。

ボール３３は、図３に示すように、ボール保持部３９の傾斜面から径方向に外側に突出し、ボールガイド３５と当接可能とされる。ボールガイド３５は、筐体１０の他方の開口端部に固定される。ボールガイド３５は、漏斗形状を有し、ブレーキスライダー３２の先端に向かうに連れて径が漸次小さくなる傾斜面４２を有する。傾斜面４２は、ボール保持部３９の傾斜面と対向し、ボール３３が転動する。傾斜面４２は、ボール保持部３９の傾斜面と略等しいテーパ角を有する。

図５は、本実施形態におけるブレーキ装置４の動作を説明するための図である。
図５（ａ）は、ブレーキ装置４のブレーキがオフの状態を示す。ブレーキがオフのとき、コイル２２に対する通電がオンにされる。コイル２２への通電が行われると、駆動部２０の固定コア２１が磁化し、ロッド７の軸方向で対向するブレーキ機構３０の可動コア３１を吸着する。可動コア３１が吸着されると、可動コア３１と一体となったブレーキスライダー３２がボールガイド３５に対し離間する方向に移動する。

ブレーキスライダー３２がボールガイド３５に対し離間する方向に移動すると、ブレーキスライダー３２に保持されるボール３３は、ボールガイド３５の傾斜面４２のうち径が大きい部分と当接する。すなわち、ボール３３の保持位置において、ロッド７の外周面とボールガイド３５の傾斜面４２との隙間が大きくなり、ボール３３によるロッド７に対する楔が解除される。これにより、ロッド７は、軸方向に移動可能となる。

図５（ｂ）は、ブレーキ装置４のブレーキがオンの状態を示す。ブレーキがオンのとき、コイル２２に対する通電がオフにされる。コイル２２への通電が停止されると、駆動部２０の固定コア２１の磁化が解除される。固定コア２１の磁化が解除されると、圧縮バネ３４の付勢力によって、ブレーキスライダー３２が、ボールガイド３５に対し近接する方向に移動する。

ブレーキスライダー３２がボールガイド３５に対し近接する方向に移動すると、ブレーキスライダー３２に保持されるボール３３は、ボールガイド３５の傾斜面４２のうち径が小さい部分と当接する。すなわち、ボール３３の保持位置において、ロッド７の外周面とボールガイド３５の傾斜面４２との隙間が小さくなり、ボール３３がロッド７とボールガイド３５との隙間に楔として打ち込まれる。これにより、ロッド７は、径方向において圧迫され、ボール３３との摩擦力により、軸方向の一方（重力方向）に移動不可となる。

このように、本実施形態では、ボールガイド３５の傾斜面４２のテーパ角により、圧縮バネ３４の付勢力に対して大きなブレーキ力を発生することができ、小型で且つ安定したブレーキ力が得られる。なお、上記構成のブレーキ機構３０によれば、ブレーキがオンの状態であっても、ロッド７は軸方向の他方（反重力方向）には容易に移動可能となる。すなわち、ロッド７の反重力方向は、ボール３３の楔が緩む方向であり、ブレーキがオンの状態であっても、ロッド７を軸方向の他方に移動させることができる。

図６は、本実施形態におけるリニアアクチュエータ１を制御する制御装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置１００は、直動装置２に含まれるリニアモータと、ブレーキ装置４とを制御する。制御装置１００は、直動装置２に含まれるリニアモータに備えられているＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルに三相電機子電流を流すことによって直線的に移動する移動界磁を発生させ、リニアモータの可動子を固定子に対して直線的に移動させる。

界磁が直線的に移動する可動コイル型永久磁石同期リニアモータでも、界磁が回転する回転界磁型同期モータと同様に、回転座標のｄ−ｑ座標系を用いてｄ軸及びｑ軸の電機子電流を制御する。モータの固定された部分（固定子）と回転する部分(可動子)とをともに回転する直交座標系へ変換するのがｄ−ｑ変換であり、その座標系がｄ−ｑ座標系である。ｑ軸はｄ軸に対してπ／２進んだ位相である。永久磁石同期モータの場合、ｄ軸は磁界の作る磁束の方向に採るのが一般的であり、回転界磁型永久磁石同期モータではｄ−ｑ座標は回転座標になる。

図７は、ｄ−ｑ座標系における永久磁石同期モータの等価回路を示す図である。同図において、ｖ_ｄはｄ軸電機子電圧であり、ｖ_ｑはｑ軸電機子電圧である。ｉ_ｄはｄ軸電機子電流であり、ｉ_ｑはｑ軸電機子電流である。φ_ｆは電機子巻線鎖交磁束数であり、Ｒは電機子巻線抵抗であり、Ｌは電機子巻線の自己インダクタンスである。ｑ軸電機子電流を用いると永久磁石同期モータの推力Ｔは次式で表される。
Ｔ＝ｐφ_ｆ・ｉ_ｑ

永久磁石同期モータの場合、電機子巻線鎖交磁束数φｆは変動がないから、ｑ軸電機子電流ｉ_ｑを制御することで推力を制御できる。ここでは、ｄ軸電機子電流ｉ_ｄは一般的にモータ効率の観点から０になるように制御される。電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑをこのように制御するには、これらの電流を制御するにはｄ軸電機子電圧ｖ_ｄ及びｑ軸電機子電圧ｖ_ｑを制御する必要がある。また、ｄ軸とｑ軸との位置を把握する必要がある。このとき、リニアモータにおける実際のｄ−ｑ座標と、制御装置１００において把握しているｄ＾−ｑ＾座標とにずれが生じると、リニアモータの制御に誤差が生じるため、ｄ＾−ｑ＾座標を精度良く取得する必要がある。

図６に戻り、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、位相算出器１０１と、速度算出器１０２と、位置算出器１０３と、位置制御器１０４と、速度制御器１０５と、ベクトル回転器・３相２相変換器１０６と、ｄ軸電流制御器１０７と、ｑ軸電流制御器１０８と、ベクトル回転器・２相３相変換器１０９と、電力変換器１１０と、変流器１１１と、初期磁極位置設定器１１２と、ブレーキ制御器１１３と、を有する。

位相算出器１０１には、リニアモータに取り付けられているエンコーダからリニアモータの可動子の移動量が入力される。位相算出器１０１は、初期磁極位置の設定が行われると、初期磁極位置とエンコーダから入力される移動量とに基づいて、リニアモータの磁極位置θ_ｒｅ（ｄ軸の位置、電気角）を算出する。位相算出器１０１は、算出した磁極位置をベクトル回転器・３相２相変換器１０６及びベクトル回転器・２相３相変換器１０９へ出力する。

速度算出器１０２には、エンコーダからリニアモータの可動子の移動量が入力される。速度算出器１０２は、初期磁極位置の設定が行われた後に入力される可動子の移動量に基づいて、可動子の移動速度を算出する。速度算出器１０２は、算出した移動速度ω_ｒｍを速度制御器１０５へ出力する。

位置算出器１０３には、エンコーダからリニアモータの可動子の移動量が入力される。位置算出器１０３は、初期磁極位置の設定が行われた後に入力される可動子の移動量に基づいて、可動子の位置を算出する。位置算出器１０３は、算出した可動子の位置θ_ｒｍを位置制御器１０４へ出力する。

位置制御器１０４には、上位制御装置（不図示）から位置指令値θ^＊ _ｒｍが入力され、位置算出器１０３から可動子の位置θ_ｒｍが入力される。位置制御器１０４は、入力される位置指令値θ^＊ _ｒｍと、入力される位置θ_ｒｍとの偏差に基づいて速度指令値ω^＊ _ｒｍを算出する。位置制御器１０４は、算出した速度指令値ω^＊ _ｒｍを速度制御器１０５へ出力する。

速度制御器１０５には、位置制御器１０４から速度指令値ω^＊ _ｒｍが入力され、速度算出器１０２から移動速度ω_ｒｍが入力される。速度制御器１０５は、入力される速度指令値ω^＊ _ｒｍと移動速度ω_ｒｍとの偏差に基づいてｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑを算出する。速度制御器１０５は、算出したｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑをｑ軸電流制御器１０８へ出力する。

ベクトル回転器・３相２相変換器１０６には、変流器１１１から三相帰還電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖが入力され、三相帰還電流値ｉ_ｕ及びｉ_ｖから算出される三相帰還電流値ｉ_ｗが入力される。また、ベクトル回転器・３相２相変換器１０６には、位相算出器１０１により算出される電気角（磁極位置）θ_ｒｅが入力される。ベクトル回転器・３相２相変換器１０６は、電気角θ_ｒｅに基づいて、三相帰還電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗからｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを算出する。ベクトル回転器・３相２相変換器１０６は、算出したｄ軸電流ｉ_ｄをｄ軸電流制御器１０７へ出力する。ベクトル回転器・３相２相変換器１０６は、算出したｑ軸電流ｉ_ｑをｑ軸電流制御器１０８へ出力する。

ｄ軸電流制御器１０７は、ベクトル回転器・３相２相変換器１０６から出力されるｄ軸電流ｉ_ｄと、ｄ軸電流指令ｉ^＊ _ｄとの偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｄを算出する。ｄ軸電流制御器１０７は、算出したｄ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｄをベクトル回転器・２相３相変換器１０９へ出力する。ｄ軸電流指令ｉ^＊ _ｄには、０が設定される。

ｑ軸電流制御器１０８は、ベクトル回転器・３相２相変換器１０６から出力されるｑ軸電流ｉ_ｑと、速度制御器１０５から出力されるｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｑを算出する。ｑ軸電流制御器１０８は、算出したｑ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｑをベクトル回転器・２相３相変換器１０９へ出力する。

ベクトル回転器・２相３相変換器１０９には、ｄ軸電流制御器１０７からｄ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｄが入力され、ｑ軸電流制御器１０８からｑ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｑが入力され、位相算出器１０１から電気角θ_ｒｅが入力される。ベクトル回転器・２相３相変換器１０９は、電気角θ_ｒｅに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｄとｑ軸電圧指令値Ｖ^＊ _ｑとから三相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ^＊ _ｖ、Ｖ^＊ _ｗを算出する。ベクトル回転器・２相３相変換器１０９は、算出した三相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ^＊ _ｖ、Ｖ^＊ _ｗを電力変換器１１０へ出力する。

電力変換器１１０は、ベクトル回転器・２相３相変換器１０９から出力される三相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ^＊ _ｖ、Ｖ^＊ _ｗに基づいて、外部の電源から供給される電源電圧の電圧を変換して、リニアモータのＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれのコイルに印加する。制御装置１００は、三相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ^＊ _ｖ、Ｖ^＊ _ｗに基づいた電流をリニアモータの各相のコイルに流すことにより、移動界磁を発生させて可動子であるロッド５を軸方向に移動させる制御を行う。

変流器１１１は、リニアモータのＵ相及びＶ相のコイルに流れる電流を測定し、測定結果を三相帰還電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖとしてベクトル回転器・３相２相変換器１０６へ出力する。三相帰還電流値ｉ_ｕ、ｉ_ｖから算出される三相帰還電流値ｉ_ｗも、ベクトル回転器・３相２相変換器１０６へ出力される。

初期磁極位置設定器１１２は、ｑ＾軸電流を０にし、ｄ＾軸電流をｉ_ｄにして、推力を発生させてリニアモータを動作させる。初期磁極位置設定器１１２は、エンコーダを介して得られるリニアモータの可動子の移動方向及び移動量に基づいて、リニアモータの磁極位置を検出して初期磁極位置を設定する。なお、初期磁極位置を設定している際には、位置制御器１０４及び速度制御器１０５は動作しない。

ブレーキ制御器１１３は、ブレーキ装置４のオン／オフを切り替えて、リニアモータの可動子であるロッド５と連結されているロッド７に対する制動を行うか否かを決定する。ブレーキ制御器１１３は、コイル２２への通電を停止することにより、ブレーキ装置４をオンにしてロッド５、７に対する制動を行う。ブレーキ制御器１１３は、コイル２２への通電を行うことにより、ブレーキ装置４をオフにしてロッド５、７に対する制動を解除する。

本実施形態における制御装置１００による初期磁極位置を設定する処理について説明する。図８は、本実施形態の制御装置１００が行う初期磁極位置を設定する処理を示すフローチャートである。この処理は、直動装置２に含まれるリニアモータの可動子（ロッド５）の軸方向が鉛直方向になるようにリニアアクチュエータ１が配置され、可動子が重力方向に移動したとき磁極位置（電気角）が減少し、可動子が反重力方向に移動したとき磁極位置（電気角）が増加する場合の処理である。

制御装置１００において、電源の供給が開始されたり、上位制御装置からの指示を受けたりして初期磁極位置の設定が開始されると、ブレーキ制御器１１３は、ブレーキ装置４をオンにする（ステップＳ１００）。初期磁極位置設定器１１２は、磁極位置推定手段として動作して概略検知サブルーチンを実行する（ステップＳ２００）。概略検知サブルーチンでは、０°から３６０°までのｄ＾軸磁極位置を分割した複数の区間のいずれにロッド５が位置するかをパルス通電によるロッド５の移動方向に基づいて推定し、推定した区間に応じたパルス通電を行うことによりロッド５の磁極位置を推定したｄ＾軸磁極位置（電気角θ_ｒｅ、推定磁極位置）を絞り込む。ブレーキ制御器１１３は、概略検知サブルーチンが終了すると、ブレーキ装置４をオフにする（ステップＳ３００）。初期磁極位置設定器１１２は、磁極位置設定手段として動作して詳細検知サブルーチンを実行し（ステップＳ４００）、ロッド５の磁極位置を設定すると、初期磁極位置の設定を終了する。なお、制御装置１００に電源が供給されていない状態でもブレーキ装置４がオンしていてもよい。

図９及び図１０は、本実施形態において制御装置１００が行う概略検知サブルーチンを示すフローチャートである。概略検知サブルーチンが開始されると、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を１８０°に設定し（ステップＳ２０１）、モータ動作サブルーチンを実行する（ステップＳ２０２）。

なお、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を設定する際に、モータ動作サブルーチンにおいて流す電流の初期値として、定格電流の（１／ｎ）倍の電流値を通電電流値の初期値として設定する。ｎは例えば８であり、通電電流値の初期値を定格電流の１／８の電流値とする。またｎはリニアモータにおいて発生する推力によって可動子が動き出すまでの時間などに基づいて予め定められる。

ここで、モータ動作サブルーチンにおける処理を説明する。図１２は、本実施形態において制御装置１００が行うモータ動作サブルーチンを示すフローチャートである。モータ動作サブルーチンが開始されると、初期磁極位置設定器１１２は、ベクトル回転器・２相３相変換器１０９を制御して、ｄ＾軸磁極位置に対応するＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧をリニアモータのＵ，Ｖ，Ｗ相それぞれのコイルに予め定められた微小時間の間印加して、リニアモータにパルス通電する（ステップＳ５０１）。微小時間には、各コイルに電流を流そうとしてから実際に各コイルに電流が流れて推力が発生するまでの最小時間が設定される。微小時間は、例えば１０ミリ秒に設定される。

初期磁極位置設定器１１２は、エンコーダが検出する可動子の移動量に基づいて、ステップＳ５０１の通電により可動子が移動したか否かを判定し（ステップＳ５０２）、可動子が移動していた場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、モータ動作サブルーチンを終了し、モータ動作サブルーチンを呼び出した（実行した）ステップの次のステップにリターンする。

また、ステップＳ５０１の通電により可動子が移動していない場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、現在の通電電流値が定格電流の２倍以上であるか否かを判定し（ステップＳ５０３）、通電電流値が定格電流の２倍以上である場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、モータ動作サブルーチンを終了し、モータ動作サブルーチンを呼び出した（実行した）ステップの次のステップにリターンする。

また、現在の通電電流値が定格電流の２倍以上でない場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、通電電流値を現在の通電電流値の２倍に変更し（ステップＳ５０４）、処理をステップＳ５０１に戻して、ステップＳ５０１からステップＳ５０４までの処理を繰り返して行う。モータ動作サブルーチンでは、設定されているｄ＾軸磁極位置に対応するＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれの電圧をＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれのコイルに印加して、定格電流の１／ｎ倍、２／ｎ倍、…、２倍の電流よる通電を可動子が移動するまで順に行う。

図９に戻って、初期磁極位置を設定する処理の説明を続ける。モータ動作サブルーチン（ステップＳ２０２）によりリニアモータの可動子（ロッド５）が動作した方向が、予め定められた方向（＋方向）であるか否かを初期磁極位置設定器１１２は判定する（ステップＳ２０３）。なお、予め定められた方向は、例えば磁極位置（電気角）が増加する方向である。

ステップＳ２０３の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向であった場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を９０°に設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定する（ステップＳ２０４）。初期磁極位置設定器１１２は、モータ動作サブルーチンを実行する（ステップＳ２０５）。なお、ステップＳ２０５において実行するモータ動作サブルーチン、及び以下の説明におけるモータ動作サブルーチンは、図１２において示したモータ動作サブルーチンと同じである。初期磁極位置設定器１１２は、モータ動作サブルーチン（ステップＳ２０５）によりロッド５が動作した方向が＋方向であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向であった場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を０°に設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２０７）、処理をステップＳ２１４（図１０）に進める。

一方、ステップＳ２０６の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向でなかった場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を９０°に設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２０８）、処理をステップＳ２１４（図１０）に進める。

ステップＳ２０３の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向でなかった場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を２７０°に設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定する（ステップＳ２０９）。初期磁極位置設定器１１２は、モータ動作サブルーチンを実行する（ステップＳ２１０）。初期磁極位置設定器１１２は、モータ動作サブルーチン（ステップＳ２１０）によりロッド５が動作した方向が＋方向であるか否かを判定する（ステップＳ２１１）。

ステップＳ２１１の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向であった場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置を１８０°に設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２１２）、処理をステップＳ２１４（図１０）に進める。

一方、ステップＳ２１１の判定において、ロッド５が動作した方向が＋方向でなかった場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、ｄ＾軸磁極位置に２７０°を設定し、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２１３）、ステップＳ２１４（図１０）に進める。

初期磁極位置設定器１１２は、モータ動作サブルーチンを実行し（ステップＳ２１４）、続いてｄ＾磁極位置を＋５°（第１変化量）増加させるとともに、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２１５）、モータ動作サブルーチンを実行する（ステップＳ２１６）。

初期磁極位置設定器１１２は、前回のモータ動作サブルーチンにおいてロッド５が動いたか否かを判定し（ステップＳ２１７）、ロッド５が動いていない場合（ステップＳ２１７：ＮＯ）、ｄ＾軸磁極位置を＋５°増加させるとともに、通電電流値を定格電流の１／ｎ倍に設定し（ステップＳ２１９）、モータ動作サブルーチンを実行し（ステップＳ２２０）、処理をステップＳ２１７に戻す。

ステップＳ２１７の判定において、ロッド５が動いていた場合（ステップＳ２１７：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、今回のモータ動作サブルーチンにおいてロッド５が動いたか否かを判定し（ステップＳ２１８）、ロッド５が動いていない場合（ステップＳ２１８：ＮＯ）、処理をステップＳ２１９へ進める。すなわち、初期磁極位置設定器１１２は、連続する２回のモータ動作サブルーチンによるパルス通電それぞれにおいてロッド５が動くまで、ステップＳ２１７からステップＳ２２０までの処理を繰り返し行う。

ステップＳ２１８の判定において、ロッド５が動いていた場合（ステップＳ２１８：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、現在のｄ＾軸磁極位置に基づいてサーボオンして位置制御を開始させ（ステップＳ２２１）、概略検知サブルーチンを終了し、概略検知サブルーチンを呼び出した（実行した）ステップＳ２００の次のステップＳ３００にリターンする。

図１１は、本実施形態において制御装置１００が行う詳細検知サブルーチンを示すフローチャートである。詳細検知サブルーチンが開始されると、初期磁極位置設定器１１２は、概略検知サブルーチンにて設定されたｄ＾軸磁極位置にて直流励磁を行う（ステップＳ４０１）。このとき、初期磁極位置設定器１１２は、概略検知サブルーチンが終了するまで位置制御を一時的に中断させる。初期磁極位置設定器１１２は、直流励磁のｄ＾軸磁極位置をΔＥ（第２変化量）増加させた直流励磁を行い（ステップＳ４０２）、ｄ＾軸磁極位置を変化させた際のロッド５の移動量ΔＸを、位置算出器１０３を介して取得する（ステップＳ４０３）。ここで、磁極位置の変化量ΔＥは、予め定められた変化量であり、エンコーダの検出分解能や、制御装置１００の制御分解能などに応じて定められる。変化量ΔＥには、例えば１°又は２°などのステップＳ２１５における５°（第１変化量）より小さい値が用いられる。

初期磁極位置設定器１１２は、ステップＳ４０３において取得した移動量ΔＸが、変化量ΔＥに対応する距離と一致するか否かを判定する（ステップＳ４０４）。ここで、変化量ΔＥに対応する距離とは、直流励磁を行っている際のｄ＾軸磁極位置Ｅを（Ｅ＋ΔＥ）に変化させたときに、ロッド５が移動すべき距離のことである。

移動量ΔＸが変化量ΔＥに対応する距離と一致しない場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）、初期磁極位置設定器１１２は、処理をステップＳ４０２へ戻して、ステップＳ４０２からステップＳ４０４までの処理を繰り返して行う。一方、移動量ΔＸが変化量ΔＥに対応する距離と一致する場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）、初期磁極位置設定器１１２は、現在のｄ＾軸磁極位置にロッド５が位置するとみなし、現在のｄ＾軸磁極位置をリニアモータの初期磁極位置に設定し（ステップＳ４０５）、詳細検知サブルーチンを終了し、詳細検知サブルーチンを呼び出した（実行した）ステップＳ４００の次のステップにリターンする。

以上説明したように、制御装置１００は、ブレーキ装置４をオンにした状態で、複数回のパルス通電により可動子の磁極位置を粗い精度で特定する概略検知を行った後に、ブレーキ装置４をオフにした状態で、特定した磁極位置に基づいた直流励磁による詳細検知を行う。具体的には、制御装置１００は、連続する２回のパルス通電それぞれにおいてロッド５が移動した場合に、推定磁極位置を可動子の磁極位置の近傍に絞り込めたとして粗い精度での特定を完了して、特定した推定磁極位置での直流励磁を行う。２回のパルス通電を行う期間においてブレーキ装置４がオンにされていることにより、パルス通電とパルス通電との間に可動子が重力により移動することを防ぎ、反重力方向への移動に基づいて可動子の磁極位置を絞り込むことができる。なお、ブレーキ装置４は、オンの状態であっても、可動子が反重力方向に移動することは妨げないので、パルス通電により可動子が反重力方向に動作することは可能となっている。また、ブレーキ装置４がオンの状態であっても、可動子が反重力方向へ抵抗を受けながら移動することができる。

制御装置１００は、複数回のパルス通電により可動子の磁極位置を粗く特定した後に、特定した粗い磁極位置における直流励磁により可動子を引き込むことで外力による移動を防ぎながら、直流励磁の磁極位置を変化させる。制御装置１００は、直流励磁の磁極位置を変化させたときにおける可動子の移動量が磁極位置の変化量に対応しているか否かを判定することで、可動子を当該磁極位置に引き込めているか否かを判定する。このように、粗い精度で磁極位置を絞り込んだ後に、直流励磁の磁極位置を微少量ΔＥずらして可動子の磁極位置を特定することにより、磁極位置の検出精度を向上させることができる。また、制御装置１００は、直流励磁を開始したときにはブレーキ装置４をオフにしているので、ブレーキ装置４の制動を受けることなく可動子を動かすことができ、可動子の磁極位置の検出精度を向上させることができる。また、制御装置１００を用いることにより、直動装置２のリニアモータに磁極センサを設ける必要がなくなり、直動装置２の小型化が可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、ブレーキ装置４は、オン状態において、重力方向に対して可動子の移動を不可能にし、反重力方向に対して可動子の移動を可能にする構成を有する場合について説明した。しかし、ブレーキ装置は、重力の作用を受けて可動子が移動しない程度の制動を加えることができれば、リニアモータの推力により可動子が重力方向と反重力方向との両方向に移動が可能なものであってもよい。この場合、ブレーキ装置がオンの状態であっても、可動子が反重力方向へ抵抗を受けながら移動することができる。

また、上述した実施形態では、直動装置２の可動子が移動する方向が鉛直方向であり、可動子（ロッド５）に対して作用する外力が重力である場合について説明した。しかし、制御装置１００は、ロッド５やロッド７に対して重力以外の外力が生じる場合においても適用可能である。

また、上述した実施形態では、初期磁極位置を設定する処理において０°から９０°、９０°から１８０°、１８０°から２７０°、２７０°から３６０°（０°）の９０°間隔で分割した４つの区間のいずれに可動子の磁極位置があるかを推定する構成について説明した。しかし、９０°間隔の区間に代えて例えば３０°又は４５°間隔の区間のいずれに可動子の磁極位置が位置するかを推定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態の初期磁極位置を設定する処理における、ステップＳ２１５及びステップＳ２１９の＋５°や、ステップＳ４０１の１°又は２°は、一例であって、異なる角度（変化量）であってもよい。また、上述した実施形態では、反重力方向が磁極位置の＋方向である場合を説明したが、反重力方向が磁極位置の−方向であってもよい。この場合、ステップＳ２０７、Ｓ２０８、Ｓ２１２及びＳ２１３におけるｄ＾軸磁極位置に設定される値は、区間における最小値に代えて最大値となる。また、ステップＳ２１５及びステップＳ２１９における第１変化量は＋５°に代えて−５°になり、ステップＳ４０１では変化量ΔＥの増加に代えて減少となる。

また、上述した実施形態における初期磁極位置を設定する処理では、詳細検知サブルーチンを開始する前に、ブレーキ装置４をオフにする構成を説明した。しかし、詳細検知サブルーチンにおける処理と並行してブレーキ装置４をオフにするようにしてもよい。例えば、ブレーキ装置４をオフにする前に詳細検知サブルーチンにおけるステップＳ４０１の直流励磁を行ってもよいし、ブレーキ装置４をオフにする前にステップＳ４０２からステップＳ４０４の処理を行ってもよい。詳細検知サブルーチンが終了した後にブレーキ装置４をオフにしてもよい。すなわち、ブレーキ装置４をオフにする前に直流励磁を行ってもよい。

また、上述した実施形態の概略検知サブルーチンにおいて、ステップＳ２１４からステップＳ２２０までのｄ＾軸磁極位置を絞り込む処理を省いて、ステップＳ２０７、Ｓ２０８、Ｓ２１２又はＳ２１３において設定されたｄ＾軸磁極位置に基づいてサーボオン（ステップＳ２２１）してもよい。

上述の実施形態における制御装置１００は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した初期磁極位置を設定する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

リニアモータにおける磁極位置の検出精度を向上させることが不可欠な用途にも適用できる。

２…直動装置（リニアモータ）、４…ブレーキ装置、１００…制御装置

Claims (6)

1. リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置であって、
   ０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する磁極位置推定手段と、
   前記磁極位置推定手段によるパルス通電が行われる前に前記ブレーキ装置をオンにし、前記磁極位置推定手段により前記可動子が位置する区間が推定された後に前記ブレーキ装置をオフにするブレーキ制御手段と、
   前記ブレーキ装置がオフになった後に、前記磁極位置推定手段により推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する磁極位置設定手段と、
   を有するリニアアクチュエータの制御装置。
2. 前記磁極位置推定手段は、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて前記可動子が移動した方向に基づいて前記可動子が位置する区間を推定し、推定した区間の位置に応じた前記リニアモータの位置制御を開始する、
   請求項１に記載のリニアアクチュエータの制御装置。
3. リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置であって、
   ０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する磁極位置推定手段と、
   前記磁極位置推定手段により推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する磁極位置設定手段と、
   前記磁極位置推定手段によるパルス通電が行われる前に前記ブレーキ装置をオンにし、前記磁極位置推定手段により前記可動子が位置する区間が推定された後に前記ブレーキ装置をオフにするブレーキ制御手段と、
   を有し、
   前記磁極位置推定手段は、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて前記可動子が移動した方向に基づいて前記可動子が位置する区間を推定し、
   前記ブレーキ装置は、オンの状態において、前記可動子が可動する第１方向への移動を制動し、前記第１方向と逆向きの第２方向への移動を制動せず、
   前記可動子は、前記第１方向の外力を受けている、
   リニアアクチュエータの制御装置。
4. 前記可動子は、前記可動子が可動する第１方向と、前記第１方向と逆向きの第２方向とのいずれかの方向の外力を受けており、
   前記ブレーキ装置は、オンの状態において、前記外力により前記可動子が移動しない程度の制動を加える、
   請求項１に記載のリニアアクチュエータの制御装置。
5. リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置における制御方法であって、
   前記ブレーキ装置をオンにする第１のステップと、
   ０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する第２のステップと、
   前記第２のステップにおいて前記可動子が位置する区間を推定した後に前記ブレーキ装置をオフにする第３のステップと、
   前記ブレーキ装置がオフになった後に、前記第２のステップにおいて推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する第４のステップと、
   を有する制御方法。
6. リニアモータと前記リニアモータの可動子を制動するブレーキ装置とを有するリニアアクチュエータの制御装置における制御方法であって、
   前記ブレーキ装置をオンにする第１のステップと、
   ０°から３６０°までの磁極位置を分割した複数の区間のいずれに前記可動子が位置するかをパルス通電による前記可動子の移動方向に基づいて推定する第２のステップと、
   前記第２のステップにおいて前記可動子が位置する区間を推定した後に前記ブレーキ装置をオフにする第３のステップと、
   前記第２のステップにおいて推定された前記可動子が位置する区間に基づいた推定磁極位置で直流励磁を行い、前記推定磁極位置を前記可動子の磁極位置に設定する第４のステップと、
   を有し、
   前記第２のステップでは、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて前記可動子が移動した方向に基づいて前記可動子が位置する区間を推定し、
   前記ブレーキ装置は、オンの状態において、前記可動子が可動する第１方向への移動を制動し、前記第１方向と逆向きの第２方向への移動を制動せず、
   前記可動子は、前記第１方向の外力を受けている、
   制御方法。

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