JP6206458B2 - 移動体、及び、移動体の位置検出方法 - Google Patents

移動体、及び、移動体の位置検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、リニアモータを利用して、N極とS極とからなる一対の磁極が複数配列された磁極経路に沿って移動する移動体、及び、移動体の位置検出方法に関する。
N極とS極とからなる一対の磁極が複数配列された磁極経路と、リニアモータを有する移動体とを備える移動体システムが知られている。この種の移動体システムでは、磁極経路の磁束との磁気相互作用によりリニアモータが駆動されることによって、磁極経路に沿って移動体が移動する。特許文献1には、この種の移動体システムが開示されている。
ところで、この種の移動体システムでは、磁極経路中に、磁極が欠損している磁極欠損区間が存在することがある。
この点に関し、特許文献1に記載の移動体システムでは、移動体は、2つのリニアモータと、2つのリニアモータにそれぞれ対応する2つの磁石無検出センサ(例えば、フォトセンサ)と、2つのリニアモータにそれぞれ対応する2つの位置検出センサ(例えば、ホール素子)とを備える。この移動体は、一方の磁石無検出センサによって一方のリニアモータが磁極欠損区間に位置していることを検出した場合には、他方のリニアモータに切り替えることによって連続駆動を可能にする。また、この移動体は、一方の位置検出センサが磁極欠損区間に位置していることを検出した場合には、他方の位置検出センサに切り替えることによって移動体の位置検出を継続することを可能にする。
特開2014−217077号公報
ところで、磁極経路の長さは、例えば工場のレイアウトによって様々に変化するため、一対の磁極を1ピッチとする磁極経路のピッチ長を規定ピッチ長に統一することが困難である。このような理由により、この種の磁極経路には、ピッチ長が規定ピッチ長と異なる区間が存在することがある。
移動体としては、磁気センサを用いて磁極経路の磁束に応じた位相角を検出し、この位相角と予め記憶した規定ピッチとに基づいて位置を検出するものがある。この種の移動体では、磁極経路のピッチ長が規定ピッチ長と異なる区間において、位置を精度よく検出することができない。
そこで、本発明は、磁極経路のピッチ長が変化しても、移動体の位置を精度よく検出することが可能な移動体、及び、移動体の位置検出方法を提供することを目的とする。
本発明の移動体は、N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長で複数配列された第1の磁極区間と、N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長と異なる第2のピッチ長で複数配列された第2の磁極区間とを含む磁極経路に沿って移動する移動体であって、磁極経路の磁束に応じた位相角を検出する検出部と、検出部によって検出された位相角に基づいて、磁極経路の位相角と磁極経路の位置とが関係付けられた位置換算比率を変更する比率変更部と、検出部によって検出された位相角と比率変更部によって変更された位置換算比率に基づいて、磁極経路に沿った移動体の位置を特定する位置特定部とを備える。
また、本発明の移動体の位置検出方法は、N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長で複数配列された第1の磁極区間と、N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長と異なる第2のピッチ長で複数配列された第2の磁極区間とを含む磁極経路に沿って移動する移動体の位置検出方法であって、磁極経路の磁束に応じた位相角を検出する検出工程と、検出工程において検出された位相角に基づいて、磁極経路の位相角と磁極経路の位置とが関係付けられた位置換算比率を変更する比率変更工程と、検出工程において検出された位相角と比率変更工程において変更された位置換算比率に基づいて、磁極経路に沿った移動体の位置を特定する位置特定工程とを含む。
この移動体及び移動体の位置検出方法によれば、位置を特定するための位置換算比率を変更することにより、磁極経路のピッチ長に変化が生じても、位置を精度よく検出することができる。
上記した検出部は、磁極経路の磁束に応じた第1の位相角を検出する第1の検出部と、磁極経路の経路方向において第1の検出部と異なる位置に配置され、磁極経路の磁束に応じた第2の位相角を検出する第2の検出部とを含み、上記した比率変更部は、第1の位相角と第2の位相角との位相差に基づいて、位置換算比率を変更する形態であってもよい。
これによれば、2つの検出部からの実際の検出値を比較するので、磁極経路のピッチ長の変化を精度よく捉えて、位置換算比率を精度よく調整することができる。
また、上記した第1の検出部は、少なくとも2つの磁気素子を含み、少なくとも2つの磁気素子に基づいて第1の位相角を検出し、上記した第2の検出部は、少なくとも2つの磁気素子を含み、少なくとも2つの磁気素子に基づいて第2の位相角を検出する形態であってもよい。
これによれば、各検出部において複数の磁気素子からの実際の検出値を比較するので、磁極経路のピッチ長の変化を精度よく捉えて、位置換算比率を精度よく調整することができる。
また、上記した第1の検出部及び第2の検出部は、互いに異なる磁気センサとして構成されてもよいし、同一の磁気センサとして構成されてもよい。同一の磁気センサの場合、1つの磁気センサで、磁極経路のピッチ長の変化を捉え、位置換算比率を調整することができる。
また、上記した第1の検出部は、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路の経路方向において磁気センサ内の略同一位置に配置される第1の磁気素子及び第2の磁気素子を含み、上記した第2の検出部は、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路の経路方向において磁気センサ内の略同一位置に配置される第3の磁気素子及び第4の磁気素子を含む形態であってもよい。
これによれば、例えば、縦方向と横方向に検出面が指向するように、同一位置にコンパクトに磁気素子をセンサ内に収めることが可能である。
また、上記した移動体は、基準位相差を予め記憶する記憶部を更に含み、上記した比率変更部は、第1の位相角及び第2の位相角の位相差と基準位相差とのずれ量に基づいて、位置換算比率を変更するする形態であってもよい。
これによれば、固定値である基準位相差と比較しているため、第1の磁極区間と第2の磁極区間との過渡期だけでなく、第1の検出部と第2の検出部とが共に第1の磁極区間か第2の磁極区間で検出している場合でも、磁極経路のピッチ長の変化を捉えて位置換算比率を調整することが可能である。
また、上記した基準位相差は、第1の磁極区間において第1の検出部及び第2の検出部によって各々検出された位相角の位相差であってもよい。
また、上記した比率変更部は、第1の位相角の変位量と第2の位相角の変位量との差に基づいて、位置換算比率を変更してもよい。
これによれば、予め基準位相差を記憶させておくことなく、第1の磁極区間と第2の磁極区間との過渡期において、磁極経路のピッチ長の変化を捉えて位置換算比率を調整することが可能である。
本発明によれば、磁極経路のピッチ長が変化しても、移動体の位置を精度よく検出することができる。
一実施形態に係る移動体システム及び本発明の一実施形態に係る移動体を示す図である。 図1に示す移動体システムにおける移動体を示す図である。 異なるピッチ長の磁極区間を移動する移動体の主要部を示す図である。 互いに90度検出面が異なる2つのホール素子を含む磁極センサを示す図である。 図4に示す2つのホール素子の検出原理を示す図である。 図4に示す2つのホール素子の検出原理を示す図である。 図4に示す2つのホール素子の検出原理を示す図である。 同一方向に検出面を有する2つのホール素子を含む磁極センサを示す図である。 本発明の変形例に係る磁極センサを示す図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、一実施形態に係る移動体システム及び本発明の一実施形態に係る移動体を示す図である。図1に示す移動体システム1は、移動体100と、磁極経路200とを備える。
磁極経路200には、N極の磁石211とS極の磁石212とが交互に所定のピッチ(例えば、33mm)で一列に配置されている。換言すれば、磁極経路200には、N極とS極とからなる一対の磁極213が複数配列されている。移動体100は、リニアモータを利用することによって、磁極経路200に沿って移動する。
移動体システム1の一例としては、天井に設置された軌道(磁極経路)200に沿って搬送台車(移動体)100が走行する天井走行車のシステムがある。この種の移動体システム1では、軌道200が数Kmであり、搬送台車100が300台〜400台であることがある。なお、移動体は、地上を走行する搬送台車でも良く、或いは、搬送台車でなくても良い。例えば、移動体は、搬送台車以外の他の台車や、ロボットアーム等であってもよい。
この種の移動体システムでは、磁極経路の長さは、例えば工場のレイアウトによって様々に変化するため、一対の磁極を1ピッチとする磁極経路のピッチ長を規定ピッチ長(例えば、66mm)に統一することが困難である。このような理由により、この種の磁極経路には、ピッチ長が規定ピッチ長と異なる区間が存在することがある。本実施形態では、図3に示すように、磁極経路200は、一対の磁極213が第1のピッチ長(規定ピッチ長:例えば、66mm)で複数配列された第1の磁極区間210と、一対の磁極213が第1のピッチ長と異なる第2のピッチ長(例えば、65mm)で複数配列された第2の磁極区間220とを含む。また、磁極経路200は、第1の磁極区間210及び第2の磁極区間220に加え、磁極が欠損した磁極欠損区間を有する。
図2は、図1に示す移動体システムにおける移動体を示す図である。図1及び図2に示す移動体100は、第1及び第2のリニアモータ11,12と、第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23と、センサインターフェース30と、コントローラ40と、第1及び第2のサーボアンプ50,60とを備える。本実施形態では、移動体の移動方向Xの上流側から順に、第1の磁極センサ21、第1のリニアモータ11、第2の磁極センサ22、第2のリニアモータ12、及び、第3の磁極センサ23が配置されている。本実施形態では、第1及び第2の磁極センサ21,22がそれぞれ特許請求の範囲の第1及び第2の検出部に相当する。また、本実施形態では、第3及び第2の磁極センサ23,22がそれぞれ特許請求の範囲の第1及び第2の検出部に相当する。
第1及び第2のリニアモータ11,12は、例えば3相リニアモータであり、磁極経路200の磁束との磁気相互作用により駆動する。第1のリニアモータ11の磁界は、第1のサーボアンプ50からの交流の駆動電流によって制御され、第2のリニアモータ12の磁界は、第2のサーボアンプ60からの交流の駆動電流によって制御される。第1のリニアモータ11と第2のリニアモータ12とは、移動体100の移動方向(磁極経路200の経路方向)Xにおいて異なる位置に配置されている。
第1の磁極センサ21は、磁極経路200の磁極を検出する磁極センサ(MagneticPole Sensor:MPS)であり、例えば2つのホール素子(磁気素子)21A,21Bを含む。これらの2つのホール素子21A,21Bは、図4に示すように、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路200の経路方向Xにおいて第1の磁極センサ21内の略同一位置に配置される。このような構成により、第1の磁極センサ21は、これらの2つのホール素子21A,21Bの出力に基づいて、N極とS極とからなる一対の磁極213を1周期とする磁極経路200の磁束に応じた位相角(第1の位相角)を検出する。なお、後述するように、この磁極センサが検出する位相角は第1のリニアモータ11の電気角のために用いられるため、この磁極センサを第1の電気角検出センサと称する。
同様に、第3の磁極センサ23は、磁極経路200の磁極を検出する磁極センサ(MagneticPole Sensor:MPS)であり、例えば2つのホール素子(磁気素子)23A,23Bを含む。これらの2つのホール素子23A,23Bは、図4に示すように、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路200の経路方向Xにおいて第3の磁極センサ23内の略同一位置に配置される。このような構成により、第3の磁極センサ23は、これらの2つのホール素子23A,23Bの出力に基づいて、N極とS極とからなる一対の磁極213を1周期とする磁極経路200の磁束に応じた位相角(第1の位相角)を検出する。なお、後述するように、この磁極センサが検出する位相角は第2のリニアモータ12の電気角のために用いられるため、この磁極センサを第2の電気角検出センサと称する。
また、第2の磁極センサ22は、磁極経路200の磁極を検出する磁極センサ(MagneticPole Sensor:MPS)であり、例えば2つのホール素子(磁気素子)22A,22Bを含む。これらの2つのホール素子22A,22Bは、図4に示すように、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路200の経路方向Xにおいて第2の磁極センサ22内の略同一位置に配置される。このような構成により、第2の磁極センサ22は、これらの2つのホール素子22A,22Bの出力に基づいて、N極とS極とからなる一対の磁極213を1周期とする磁極経路200の磁束に応じた位相角(第2の位相角)を検出する。なお、後述するように、この磁極センサが検出する位相角は移動体100の位置検出のために用いられるため、この磁極センサを位置検出センサと称する。
第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23は、検出する磁極経路200の磁束に基づいて、磁極欠損区間に位置しているか否かの判定を行う機能を有している。第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23は、磁極欠損区間に位置していないときには、出力が有効状態であることを示す信号(Validation)を出力し、磁極欠損区間に位置しているときには、出力が無効状態であることを示す信号(Validation)を出力する。
第1の磁極センサ21と、第2の磁極センサ22と、第3の磁極センサ23とは、移動体100の移動方向(磁極経路200の経路方向)Xにおいて異なる位置に配置されている。第1の磁極センサ21と第2の磁極センサ22とは、移動体100の移動方向(磁極経路200の経路方向)Xにおいて第1のリニアモータ11を挟み込むように配置されている。また、第2の磁極センサ22と第3の磁極センサ23とは、移動体100の移動方向(磁極経路200の経路方向)Xにおいて第2のリニアモータ12を挟み込むように配置されている。
このように、本実施形態では、リニアモータの電気角を検出するためのセンサが1つのリニアモータに対して1つずつ設けられており、移動体の位置を検出するためのセンサが移動体に対して1つ設けられている。
ここで、従来のセンサ21(22,23)では、図8に示すように、コイルやホール素子等の2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)を、一対の磁極213の磁極ピッチ(一周期)に対して磁極経路200の経路方向Xに4分の1(90度)ずらして配置し、位相が90度ずれたsin信号とcos信号とを得る。その後、これらの信号をPD変換処理したり、これらの信号の対応テーブルを用いた処理を行ったりして磁極を同定する。この場合、磁極経路200の経路方向Xに長くなってしまい、配置の制限が生じてしまう。
この点に関し、本願発明者らは、図5(a)に示す磁束密度を縦ベクトルと横ベクトルとに分解することができ、図5(b)に示すように、これらの縦ベクトルと横ベクトルとは、90度位相がずれていることを見出した。ホール素子等の磁気検出素子には、磁束密度検出面が存在するので、図6に示すように、磁束密度検出面が90度異なるように配置することにより、これらのホール素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)によって磁束密度の縦ベクトルと横ベクトルとをそれぞれ検出することができる。これにより、ホール素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)を略同一位置に配置しても、位相が90度ずれたsin信号とcos信号とを得ることが可能となる。
換言すれば、従来手法では、図8に示すように、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)を磁極経路200の経路方向Xに90度ずらして配置し、かつ、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)の磁束密度検出面を磁極経路200に対して平行に配置する。これより、従来手法では、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)とも、磁束密度の縦ベクトルを検出する。
これに対して、本願では、図4に示すように、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)を磁極経路200の経路方向Xにおいて略同一位置に配置し、かつ、一方の磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)の磁束密度検出面を磁極経路に対して平行に配置すると共に、他方の磁気検出素子の磁束密度検出面を磁極経路200に対して垂直に配置する、すなわち、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)の磁束密度検出面を互いに90度異ならせる。これにより、本願では、2つの磁気検出素子21A,21B(22A,22B、又は、23A,23B)はそれぞれ、磁束密度の縦ベクトルと横ベクトルを検出する。
ところで、図7に示すように、例えばリニアモータ11は、励磁すると磁気ノイズを発生するため、リニアモータ11の直近に磁極センサ21を配置すると、磁極センサ21は磁気ノイズの影響を受ける。そのため、磁極センサ21はリニアモータ11から離間して配置する必要があるが、このように離間して配置するとデットスペースが多くなり、運用上の問題(例えば、配置制限)が生じる。この点に関し、本願の磁極センサ21によれば、リニアモータ11に対してオフセットして配置しても、デットスペースを最少に抑えることができる。
センサインターフェース30は、磁極コンバータ(Magnetic Pole Converter)31と、位置コンバータ(Position Converter)32と、位置比率コンバータ33とを有する。なお、位置比率コンバータ33が、特許請求の範囲に記載の比率変更部、位置特定部、記憶部として機能する。
磁極コンバータ31は、第1の磁極センサ21が検出する位相角に基づいて、磁気相互作用により推力を得るための第1のリニアモータ11の磁界の電気角(Magnetic Pole)、すなわち、第1のリニアモータ11の駆動電流の電気角を導出する。具体的には、磁極コンバータ31は、第1の磁極センサ21が検出する位相角に、第1のリニアモータ11と第1の磁極センサ21との距離に応じたオフセット角を加算して、第1のリニアモータ11の電気角とする。磁極コンバータ31は、導出した第1のリニアモータ11の電気角(Magnetic Pole)を第1のサーボアンプ50へ供給する。
また、磁極コンバータ31は、第3の磁極センサ23が検出する位相角に基づいて、磁気相互作用により推力を得るための第2のリニアモータ12の磁界の電気角(Magnetic Pole)、すなわち、第2のリニアモータ12の駆動電流の電気角を導出する。具体的には、磁極コンバータ31は、第3の磁極センサ23が検出する位相角に、第2のリニアモータ12と第3の磁極センサ23との距離に応じたオフセット角を加算して、第2のリニアモータ12の電気角とする。磁極コンバータ31は、導出した第2のリニアモータ12の電気角(Magnetic Pole)を第2のサーボアンプ60へ供給する。
位置コンバータ32は、第1及び第2の磁極センサ21,22から有効状態信号(Validation)を受ける場合、第1及び第2の磁極センサ21,22の出力を位置比率コンバータ33へ供給する。一方、位置コンバータ32は、第1の磁極センサ21から無効状態信号(Validation)を受け、かつ、第2及び第3の磁極センサ22,23から有効状態信号(Validation)を受ける場合、第2及び第3の磁極センサ22,23の出力を位置比率コンバータ33へ供給する。また、位置コンバータ32は、第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23からの有効状態/無効状態を示す信号(Validation)をコントローラ40へ供給する。
位置比率コンバータ33は、第2の磁極センサ22が検出する位相角から位置を換算するための位置換算比率を調整し、補正した位置を求める。具体的には、位置比率コンバータ33は、第1の磁極センサ(第1の検出部)21によって検出された第1の位相角と、第2の磁極センサ(第2の検出部)22によって検出された第2の位相角との位相差に基づいて、位置換算比率を調整し、補正した位置を求める。以下では、位置比率コンバータ33をより詳細に説明する。
まず、位置比率コンバータ33は、記憶部として機能し、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの、第1の磁極センサ21によって検出された第1の位相角X1orgと、第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2orgとの位相差を、基準位相差ΔX2として予め記憶する。
ΔX2=X1org−X2org
また、位置比率コンバータ33は、比率変更部として機能し、現在位置(現在の磁極区間)における、第1の磁極センサ21によって検出された第1の位相角X1と第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2との位相差ΔX1を求め、この現在位置(現在の磁極区間)における位相差ΔX1と基準位相差ΔX2とのずれ量Cを求める。
(X1−X2)−(X1org−X2org)=ΔX1−ΔX2=C
そして、位置比率コンバータ33は、このずれ量Cと、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの初期位置換算比率(例えば、第1のピッチ長=規定ピッチ長)D0と、所定のオフセット量βと、所定の位置換算比率調整定数γとに基づいて、位置換算比率Dを求める。
D=D0×{(C+β)×γ}
また、位置比率コンバータ33は、位置特定部として機能し、位置換算比率D、第2の磁極センサ22によって検出された現在位置データ(位相角X2)Pに基づいて、補正位置データP’を求める。
P’=P×D
位置比率コンバータ33は、導出した補正位置データP’(Position)をコントローラ40、第1及び第2のサーボアンプ50,60へ供給する。
同様に、位置比率コンバータ33は、第3の磁極センサ(第1の検出部)21によって検出された第1の位相角と、第2の磁極センサ(第2の検出部)22によって検出された第2の位相角との位相差に基づいて、位置換算比率を調整し、補正した位置を求める。以下では、位置比率コンバータ33をより詳細に説明する。
まず、位置比率コンバータ33は、記憶部として機能し、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの、第3の磁極センサ23によって検出された第1の位相角X1orgと、第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2orgとの位相差を、基準位相差ΔX2として予め記憶する。
ΔX2=X1org−X2org
また、位置比率コンバータ33は、比率変更部として機能し、現在位置(現在の磁極区間)における、第3の磁極センサ23によって検出された第1の位相角X1と第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2との位相差ΔX1を求め、この現在位置(現在の磁極区間)における位相差ΔX1と基準位相差ΔX2とのずれ量Cを求める。
(X1−X2)−(X1org−X2org)=ΔX1−ΔX2=C
そして、位置比率コンバータ33は、このずれ量Cと、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの初期位置換算比率(例えば、第1のピッチ長=規定ピッチ長)D0と、所定のオフセット量βと、所定の位置換算比率調整定数γとに基づいて、位置換算比率Dを求める。
D=D0×{(C+β)×γ}
また、位置比率コンバータ33は、位置特定部として機能し、位置換算比率D、第2の磁極センサ22によって検出された現在位置データ(位相角X2)Pに基づいて、補正位置データP’を求める。
P’=P×D
位置比率コンバータ33は、導出した補正位置データP’(Position)をコントローラ40、第1及び第2のサーボアンプ50,60へ供給する。
なお、本実施形態では、Cは、移動体が規定ピッチに位置するときに0をとる。また、規定ピッチ+αでは−xをとり、規定ピッチ−αでは+xをとる。+x、−xの範囲は磁極ピッチによって決まる。また、βとγはC=0のときに{(C+β)×γ}=1となるように決める。βはCの値が±の符号を取るのを+のみとしてγの値で初期位置換算比率に対して比率でかける意味合いを持つ。
以上、位置比率コンバータ33について説明したが、換言すれば、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、磁極経路における第1の磁極区間210の第1のピッチ長(規定ピッチ長)に対応する初期位置換算比率D0を基準とし、第1のピッチ長における位相角X1org,X2orgと磁極経路の位置とが関連付けられた初期位置換算比率D0を変更した位置換算比率Dを求める。なお、位置比率コンバータ(比率変更部)33が基準とする初期位置換算比率D0は、第1の磁極区間210の第1のピッチ長に限定されない。例えば、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、磁極経路における第1の磁極区間210の第1のピッチ長(例えば、66mm)と第2の磁極区間220の第2のピッチ長(例えば、65mm)との中間(例えば、65.5mm)に対応する初期位置換算比率D0を基準としてもよい。なお、1ピッチ位置とは、磁極ピッチの境界点(位相角0度)を基準とした距離(単位はmm)であり、位相角とは、磁極ピッチの境界点(位相角0度)を基準とした位相差(単位はdigit)である。例えば、位置換算比率は、1 digit = A mmというように関係付けられる。この式は、磁極経路においてN極及びS極の1組の磁極で360度であるため、360度に相当するデジタル値(digit)と物理的距離(mm)が分かれば、上記のように関係付けることが可能である。そして、位置比率コンバータ(位置特定部)33は、この位置換算比率Dに基づいて、磁極経路に沿った移動体の位置を特定する。
コントローラ40は、ビークルコントローラ(Vehicle Controller)41と、モーションコントローラ(Motion Controller)43とを有する。
ビークルコントローラ41は、目標位置(Target Position)、目標速度(Target Velocity)、目標停止距離(Target Stop-distance)等の、移動体の駆動制御情報を、上位コントローラ(図示せず)から取得し、予め記憶している。ビークルコントローラ41は、これらの情報をモーションコントローラ43へ供給する。
モーションコントローラ43は、位置コンバータ32から第1の磁極センサ21の有効状態信号(Validation)を受けている場合に、位置比率コンバータ33からの補正位置データP’(Position)に基づいて、指令位置に到達するための位置指令(CommandPosition)を第1のサーボアンプ50へ供給する。一方、位置コンバータ32から第1の磁極センサ21の無効状態信号(Validation)を受けると、モーションコントローラ43は、位置指令(CommandPosition)を第1のサーボアンプ50へ供給することを停止する。
同様にモーションコントローラ43は、位置コンバータ32から第3の磁極センサ23の有効状態信号(Validation)を受けている場合に、位置比率コンバータ33からの補正位置データP’(Position)に基づいて、指令位置に到達するための位置指令(CommandPosition)を第2のサーボアンプ60へ供給する。一方、位置コンバータ32から第3の磁極センサ23の無効状態信号(Validation)を受けると、モーションコントローラ43は、位置指令(CommandPosition)を第2のサーボアンプ60へ供給することを停止する。
第1のサーボアンプ50は、位置コントローラ(Position Controller)51と、速度コントローラ(Velocity Controller)52と、電流コントローラ(CurrentController)53と、減算器54A,54B,54C、微分器55と、インバータ(Inverter)56と、電流センサ57とを有する。
位置コントローラ51には、減算器54Aによって、モーションコントローラ43からの位置指令が示す目標位置と位置比率コンバータ33からの補正位置データP’が示す現在位置との差分を求めたデータ(差分位置データ)が入力される。位置コントローラ51は、この差分位置データに応じた速度データを出力する。
速度コントローラ52には、微分器55によって位置比率コンバータ33からの位置情報を微分し、減算器54Bによって、この微分データと位置コントローラ51からの速度データとの差分を求めたデータ(差分速度データ)が入力される。速度コントローラ52は、この差分速度データに応じた電流値データを出力する。
電流コントローラ53には、電流センサ57によって第1のリニアモータ11の現在の電流値を検出し、減算器54Cによって、速度コントローラ52からの電流値データと電流センサ57からの現在の電流値(実電流値)に応じたフィードバックデータとの差分を求めたデータ(差分電流値データ)が入力される。電流コントローラ53は、この差分電流値データに応じた直流の駆動電流を出力する。
インバータ56は、磁極コンバータ31からの第1のリニアモータの電気角に基づいて、電流コントローラ53からの直流の駆動電流を交流の駆動電流に変換し、第1のリニアモータを駆動するための駆動電流を生成する。インバータ56の一例は、IPM(Intelligent Power Module)を使用する3相インバータである。
同様に、第2のサーボアンプ60は、位置コントローラ(Position Controller)61と、速度コントローラ(Velocity Controller)62と、電流コントローラ(CurrentController)63と、減算器64A,64B,64C、微分器65と、インバータ(Inverter)66と、電流センサ67とを有する。
位置コントローラ61には、減算器64Aによって、モーションコントローラ43からの位置指令が示す目標位置と位置比率コンバータ33からの補正位置データP’が示す現在位置との差分を求めたデータ(差分位置データ)が入力される。位置コントローラ61は、この差分位置データに応じた速度データを出力する。
速度コントローラ62には、微分器65によって位置比率コンバータ33からの位置情報を微分し、減算器64Bによって、この微分データと位置コントローラ61からの速度データとの差分を求めたデータ(差分速度データ)が入力される。速度コントローラ62は、この差分速度データに応じた電流値データを出力する。
電流コントローラ63には、電流センサ67によって第2のリニアモータ12の現在の電流値を検出し、減算器64Cによって、速度コントローラ62からの電流値データと電流センサ67からの現在の電流値(実電流値)に応じたフィードバックデータとの差分を求めたデータ(差分電流値データ)が入力される。電流コントローラ63は、この差分電流値データに応じた直流の駆動電流を出力する。
インバータ66は、磁極コンバータ31からの第2のリニアモータの電気角に基づいて、電流コントローラ63からの直流の駆動電流を交流の駆動電流に変換し、第2のリニアモータを駆動するための駆動電流を生成する。インバータ66の一例は、IPM(Intelligent Power Module)を使用する3相インバータである。
次に、本実施形態の移動体100の動作及び位置検出方法について説明する。まず、第1及び第2の磁極センサ21,22からの有効状態/無効状態を示す信号(Validation)に基づいて、第1及び第2の磁極センサ21,22が磁極欠損区間に位置しているか否かを判定する。第1及び第2の磁極センサ21,22が磁極欠損区間に位置していない場合、第1の磁極センサ(検出部)21によって現在位置(現在の磁極区間)における第1の位相角X1を検出すると共に、第2の磁極センサ(検出部)によって現在位置(現在の磁極区間)における第2の位相角X2を検出する(検出工程)。
次に、位置比率コンバータ(比率変更部)33によって、現在位置における第1の位相角X1と第2の位相角X2との位相差ΔX1を求め、この現在位置における位相差ΔX1と基準位相差ΔX2とのずれ量Cを求める。ここで、基準位相差ΔX2は、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの、第1の磁極センサ21によって検出された第1の位相角X1orgと、第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2orgとの位相差である。次に、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、このずれ量Cと、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの初期位置換算比率(例えば、第1のピッチ長=規定ピッチ長)D0と、所定のオフセット量βと、所定の位置換算比率調整定数γとに基づいて、位置換算比率Dを求める(比率変更工程)。
次に、位置比率コンバータ(位置特定部)33によって、位置換算比率D、第2の磁極センサ22によって検出された現在位置データ(位相角X2)Pに基づいて、補正位置データP’を求める(位置特定工程)。次に、補正位置データP’に基づいて、コントローラ40及び第1のサーボアンプ50によって第1のリニアモータ11を駆動する。
一方、第1の磁極センサ21が磁極欠損区間に位置している場合(無効状態信号)、第2及び第3の磁極センサ22,23からの有効状態/無効状態を示す信号(Validation)に基づいて、第2及び第3の磁極センサ22,23が磁極欠損区間に位置しているか否かを判定する。第2及び第3の磁極センサ22,23が磁極欠損区間に位置していない場合、第3の磁極センサ(検出部)23によって現在位置(現在の磁極区間)における第1の位相角X1を検出すると共に、第2の磁極センサ(検出部)によって現在位置(現在の磁極区間)における第2の位相角X2を検出する(検出工程)。
次に、位置比率コンバータ(比率変更部)33によって、現在位置における第1の位相角X1と第2の位相角X2との位相差ΔX1を求め、この現在位置における位相差ΔX1と基準位相差ΔX2とのずれ量Cを求める。ここで、基準位相差ΔX2は、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの、第1の磁極センサ21によって検出された第1の位相角X1orgと、第2の磁極センサ22によって検出された第2の位相角X2orgとの位相差である。次に、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、このずれ量Cと、移動体100が第1の磁極区間(第1のピッチ長=規定ピッチ長)210に位置するときの初期位置換算比率(例えば、第1のピッチ長=規定ピッチ長)D0と、所定のオフセット量βと、所定の位置換算比率調整定数γとに基づいて、位置換算比率Dを求める(比率変更工程)。
次に、位置比率コンバータ(位置特定部)33によって、位置換算比率D、第2の磁極センサ22によって検出された現在位置データ(位相角X2)Pに基づいて、補正位置データP’を求める(位置特定工程)。次に、補正位置データP’に基づいて、コントローラ40及び第2のサーボアンプ60によって第2のリニアモータ12を駆動する。
以上説明したように、本実施形態の移動体100、及び、移動体の位置検出方法によれば、2つの磁極センサ(検出部)によって実際に検出された第1の位相角と第2の位相角との位相差に基づいて、位置を特定するための位置換算比率を変更するので、磁極経路のピッチ長の変化を精度よく捉えて、位置換算比率を精度よく調整することができる。したがって、磁極経路のピッチ長に変化が生じても、位置を精度よく検出することができる。
また、本実施形態の移動体100、及び、移動体の位置検出方法によれば、固定値である基準位相差と比較しているため、第1の磁極区間と第2の磁極区間との過渡期だけでなく、2つの磁極センサ(検出部)が共に第1又は第2の磁極区間で検出している場合でも、磁極経路のピッチ長の変化を捉えて位置換算比率を調整することが可能である。
また、本実施形態の移動体100、及び、移動体の位置検出方法によれば、2つの磁極センサ(検出部)がそれぞれ、互いに90度検出面が異なると共に、磁極経路の経路方向において磁気センサ内の略同一位置に配置される2つのホール素子を有するので、縦方向と横方向に検出面が指向するように、同一位置にコンパクトにホール素子をセンサ内に収めることが可能である。
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、位置比率コンバータ33は上記式のように連続的な位置換算比率D及び補正位置データP’を求めたが、以下に示すように離散的な補正位置データP’を求めてもよい。例えば、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、以下のように離散的な位置換算比率Dを予め記憶し、
D=D1(D<I1),
D2(I1≦D<I2),
D3(I2≦D<I3),
D4(I3≦D<I4),
D5(I4≦D)
I1〜I4:所定の閾値
位置比率コンバータ(位置特定部)33は、この位置換算比率D、第2の磁極センサ22によって検出された現在位置データ(位相角X2)Pに基づいて、補正位置データP’を求めてもよい。
P’=P×D
この変形例では、位置比率コンバータ(比率変更部)33は、磁極経路の所定の位相角と磁極経路の位置とが関連付けられた離散的な位置換算比率D=D1,D2,D3,D4,D5を選択変更する。
また、本実施形態では、第1及び第2の磁極センサ21,22がそれぞれ第1及び第2の検出部である形態、及び、第3及び第2の磁極センサ23,22がそれぞれ第1及び第2の検出部である形態を例示したが、第1及び第3の磁極センサ21,23がそれぞれ第1及び第2の検出部であってもよい。この場合、位置比率コンバータ33は、第1及び第3の磁極センサ21,23(電気角検出センサ2つ)によって検出された位相角に基づいて位置換算比率Dを変更し、この位置換算比率Dと第2の磁極センサ22(位置検出センサ)によって検出された現在位置データPに基づいて、移動体の位置を特定してもよい。
また、本実施形態では、磁極センサによって検出した位相角を位置情報(Position)としたが、磁極センサによって検出した位相角の変位量を位置情報(Position)としてもよい。例えば、任意の基準位置からの位相角の変位量、すなわち移動量を位置情報(Position)としてもよい。より具体的には、位置コンバータ32によって、磁極センサが検出した位相角を定期的に取得して位相角の変位量を求め、位置比率コンバータ33によって、求めた位相角の変位量を位置換算比率で換算し、換算した変位量(移動量)を位置情報(Position))としてコントローラ40及びサーボアンプ50,60に出力してもよい。なお、基準位置は、移動体の移動開始位置であってもよく、或いは、レールに離散的に配置したバーコードを移動体に設けられたリーダで読み取ることにより取得した座標情報であってもよい。
この場合、コントローラ40及びサーボアンプ50,60は、現在位置情報(Position)として、任意の基準位置からの位相角の変位量、すなわち移動量を利用する。具体的には、モーションコントローラ43は、位置指令(Command Position)として移動量を示す情報をサーボアンプ50,60へ供給する。サーボアンプ50,60は、モーションコントローラ43からの位置指令が示す目標位置、位置比率コンバータ33からの位置情報としての移動量が示す現在位置、及び、電流センサによって検出したリニアモータの実電流値に応じたフィードバックデータから、リニアモータを駆動するための駆動電流を生成する。
また、本実施形態では、第1の検出部及び第2の検出部が、互いに異なる磁気センサとして構成される形態を例示したが、第1の検出部及び第2の検出部が、同一の磁気センサとして構成される形態であってもよい。すなわち、本実施形態では、図4に示すように、互いに90度検出面が異なる2つのホール素子21A,21B,22A,22B、23A,23Bをそれぞれ有する第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23を例示したが、第1及び第3の磁極センサ21,23は、それぞれ、図9に示すように、互いに90度検出面が異なる2つのホール素子(第1の検出部)21A,21Bと、互いに90度検出面が異なる2つのホール素子(第2の検出部)22A,22Bとを有し、ホール素子21A,21Bとホール素子22A,22Bとが磁極経路の経路方向にオフセットしている構成であってもよい。この場合、位置比率コンバータ33は、同一の磁気センサ内におけるホール素子(第1の検出部)21A,21Bによって検出された第1の位相角と、ホール素子(第2の検出部)22A,22Bによって検出された第2の位相角との位相差に基づいて、位置換算比率を調整し、補正した位置を求めてもよい。これによれば、1つの磁気センサで、磁極経路のピッチ長の変化を捉え、位置換算比率を調整することができる。
また、本実施形態では、図4に示すように、互いに90度検出面が異なる2つのホール素子21A,21B,22A,22B、23A,23Bをそれぞれ有する第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23を例示したが、第1,第2及び第3の磁極センサ21,22,23は、それぞれ、90度検出面をずらすのではなく、図8に示すように、磁極経路の経路方向に4分の1ピッチ(90度)ずれて配置されてもよい。
また、本実施形態では、位置比率コンバータ(比率変更部)によって、第1又は第3の磁極センサ(検出部)21,23によって検出された第1の位相角と、第2の磁極センサ(検出部)22によって検出された第2の位相角との位相差に基づいて位置換算比率を変更する形態を例示したが、位置比率コンバータ(比率変更部)は、第1又は第3の磁極センサ(検出部)21,23によって検出された第1の位相角の変位量(異なる位置/時刻における第1の位相角の変位量)と、第2の磁極センサ(検出部)22によって検出された第2の位相角の変位量(異なる位置/時刻における第1の位相角の変位量)との差に基づいて位置換算比率を変更してもよい(請求項9に対応)。これによれば、予め基準位相差を記憶させておくことなく、第1の磁極区間と第2の磁極区間との過渡期において、磁極経路のピッチ長の変化を捉えて位置換算比率を調整することが可能である。
また、本実施形態では、位置比率コンバータ(比率変更部)によって、2つの磁極センサ(検出部)によって検出された2つの位相角に基づいて位置換算比率を変更する形態を例示したが、位置比率コンバータ(比率変更部)は、1つの磁極センサ(検出部)によって検出された1つの位相角に基づいて位置換算比率を変更する形態であってもよい。例えば、位置比率コンバータは、検出部で検出する位相角が、システムとして保有する基準の位相角(例えば、初期値a+移動体速度v×移動時間t)とずれていれば、磁極経路のピッチ長が変化したと判断して位置換算比率を変更してもよい。また、例えば、位置比率コンバータは、検出部で検出する1つの位相角を時系列で記憶しておき、現在に検出する位相角の値が過去の履歴から乖離しているときに、磁極経路のピッチ長が変化したと判断して位置換算比率を変更してもよい。
また、検出部として磁気センサとは異なる要素を検出するセンサを用いてもよい。例えば、磁極センサが搭載されている移動体に速度センサを搭載してもよい。磁極センサの出力値から生成する位置を微分すると速度が求められる。規定ピッチから異なる磁石ピッチ上では位置の換算比率が異なるため、磁極センサから生成される速度は速度センサから出力される実際の台車の速度とは異なる。この違いを利用して磁極センサの位置換算比率を調整して、補正した位置を出力することができる。また、例えば、磁極センサが搭載されている移動体にバーコードリーダもしくはRFIDリーダのような読み取り装置を搭載してもよい。この場合、磁極経路には磁極ピッチの情報を付加した読み取り対象を取り付ける。磁極センサでは読み取り装置から取得された磁極ピッチの情報を用いて位置換算比率を調整して、補正した位置を出力することができる。
また、本実施形態では、2つのリニアモータを有する移動体を例示したが、移動体は3つ以上のリニアモータを備えてもよい。
また、本実施形態では、磁極欠損区間を有する磁極経路に沿って移動する移動体を例示したが、本発明の特徴は、磁極欠損区間が存在しない磁極経路に沿って移動する移動体にも適用可能である。この場合、移動体は、リニアモータを1つだけ備える形態であってもよい。
また、本実施形態では、リニアモータを備える移動体を例示したが、本発明の特徴は、回転型モータを備える移動体にも適用可能である。
1…移動体システム、11…第1のリニアモータ、12…第2のリニアモータ、21…第1の磁極センサ(第1の検出部)、21A,21B…ホール素子(磁気検出素子)、22…第2の磁極センサ(第2の検出部)、22A,22B…ホール素子(磁気検出素子)、23…第3の磁極センサ(第1の検出部)、23A,23B…ホール素子(磁気検出素子)、30…センサインターフェース、31…磁極コンバータ、32…位置コンバータ、33…位置比率コンバータ(比率変更部、位置特定部、記憶部)、40…コントローラ、41…ビークルコントローラ、43…モーションコントローラ、50…第1のサーボアンプ、51…位置コントローラ、52…速度コントローラ、53…電流コントローラ、54A,54B,54C…減算器、55…微分器、56…インバータ、57…電流センサ、60…第2のサーボアンプ、61…位置コントローラ、62…速度コントローラ、63…電流コントローラ、64A,64B,64C…減算器、65…微分器、66…インバータ、67…電流センサ、100…移動体、200…磁極経路、210…第1の磁極区間、211…N極の磁石、212…S極の磁石、213…一対の磁極、220…第2の磁極区間。

Claims (10)

  1. N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長で複数配列された第1の磁極区間と、N極とS極とからなる一対の磁極が前記第1のピッチ長と異なる第2のピッチ長で複数配列された第2の磁極区間とを含む磁極経路に沿って移動する移動体であって、
    前記磁極経路の磁束に応じた位相角を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された位相角に基づいて、前記磁極経路の位相角と前記磁極経路の位置とが関係付けられた位置換算比率を変更する比率変更部と、
    前記検出部によって検出された位相角と前記比率変更部によって変更された位置換算比率に基づいて、前記磁極経路に沿った移動体の位置を特定する位置特定部と、
    を備える、移動体。
  2. 前記検出部は、
    前記磁極経路の磁束に応じた第1の位相角を検出する第1の検出部と、
    前記磁極経路の経路方向において前記第1の検出部と異なる位置に配置され、前記磁極経路の磁束に応じた第2の位相角を検出する第2の検出部と、
    を含み、
    前記比率変更部は、前記第1の位相角と前記第2の位相角との位相差に基づいて、前記位置換算比率を変更する、
    請求項1に記載の移動体。
  3. 前記第1の検出部は、少なくとも2つの磁気素子を含み、前記少なくとも2つの磁気素子に基づいて前記第1の位相角を検出し、
    前記第2の検出部は、少なくとも2つの磁気素子を含み、前記少なくとも2つの磁気素子に基づいて前記第2の位相角を検出する、
    請求項2に記載の移動体。
  4. 前記第1の検出部及び前記第2の検出部は、互いに異なる磁気センサとして構成される、
    請求項2又は3に記載の移動体。
  5. 前記第1の検出部及び前記第2の検出部は、同一の磁気センサとして構成される、
    請求項2又は3に記載の移動体。
  6. 前記第1の検出部は、互いに90度検出面が異なると共に、前記磁極経路の経路方向において磁気センサ内の略同一位置に配置される第1の磁気素子及び第2の磁気素子を含み、
    前記第2の検出部は、互いに90度検出面が異なると共に、前記磁極経路の経路方向において磁気センサ内の略同一位置に配置される第3の磁気素子及び第4の磁気素子を含む、
    請求項4又は5に記載の移動体。
  7. 基準位相差を予め記憶する記憶部を更に含み、
    前記比率変更部は、前記第1の位相角及び前記第2の位相角の位相差と前記基準位相差とのずれ量に基づいて、前記位置換算比率を変更する、
    請求項2〜6のいずれか1項に記載の移動体。
  8. 前記基準位相差は、前記第1の磁極区間において前記第1の検出部及び前記第2の検出部によって各々検出された位相角の位相差である、
    請求項7に記載の移動体。
  9. 前記比率変更部は、前記第1の位相角の変位量と前記第2の位相角の変位量との差に基づいて、前記位置換算比率を変更する、
    請求項2〜6のいずれか1項に記載の移動体。
  10. N極とS極とからなる一対の磁極が第1のピッチ長で複数配列された第1の磁極区間と、N極とS極とからなる一対の磁極が前記第1のピッチ長と異なる第2のピッチ長で複数配列された第2の磁極区間とを含む磁極経路に沿って移動する移動体の位置検出方法であって、
    前記磁極経路の磁束に応じた位相角を検出する検出工程と、
    前記検出工程において検出された位相角に基づいて、前記磁極経路の位相角と前記磁極経路の位置とが関係付けられた位置換算比率を変更する比率変更工程と、
    前記検出工程において検出された位相角と前記比率変更工程において変更された位置換算比率に基づいて、前記磁極経路に沿った移動体の位置を特定する位置特定工程と、
    を含む、移動体の位置検出方法。
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