WO2012056842A1

WO2012056842A1 - 離散配置リニアモータシステム

Info

Publication number: WO2012056842A1
Application number: PCT/JP2011/072003
Authority: WO
Inventors: 佐藤智紀
Original assignee: 村田機械株式会社
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR20130085041A; US8796959B2; CN103181073A; US20130229134A1; JP5590137B2; EP2634913A4; TWI538381B; CN103181073B; TW201230661A; EP2634913A1; JPWO2012056842A1

Abstract

　それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータ３を、可動子４の移動経路に沿って間隔を開けて配置した離散配置リニアモータ１とする。各個別モータ３毎に、可動子４の位置を検出するリニアスケールからなるセンサ１５を設ける。モータ制御装置２は、複数の個別モータ制御手段６と、これらを統括する統括制御手段７とを備える。曲線経路部に配置された個別モータ３を制御する個別モータ制御手段６に、センサ１５の出力から得た検出値を経路の曲線とセンサ１５の位置との関係に対応して補正する曲線対応補正手段９を設ける。

Description

離散配置リニアモータシステム

関連出願

　この出願は、２０１０年１０月２６日出願の特願２０１０－２３９６００の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、工作機械や産業機械における搬送装置の走行駆動や、その他、各種の機器の駆動に用いられる離散配置リニアモータシステムに関する。

　リニアモータは、物流装置の搬送台車や工作機械のローダとなる搬送装置等において、その走行駆動等に広く用いられている（例えば、特許文献１）。リニアモータには、リニア誘導モータ（ＬＩＭ）、リニア同期モータ（ＬＳＭ）、リニア直流モータ等があるが、長距離の走行システムとして主に使用されているのは、リニア誘導モータである。リニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。なお、リニア同期モータにおいて、部分的に地上側に１次コイルを離散配置した例はあるが（例えば、特許文献２）、リニア同期モータは曲線路での補助的な使用であり、基本的にはリニア誘導モータを用いている。また、可動子の位置を検出するセンサは、一部の一次コイルのみに対して設けられている。

特開昭６３－１１４８８７号公報特開２００７－８２３０７号公報

　リニア誘導モータは推力が低くて走行性能の向上が困難であるため、工作機械のローダとなる搬送装置等への適用において、リニア同期モータの採用を試みた。従来のリニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。しかし、コイル側を移動させるため、可動子に給電が必要であり、可動子への配線の都合上、無端経路での走行が不能であるなど、走行経路が限られたり、給電系が複雑化したりする。このため、リニア同期モータにおいて、地上側に１次コイルを配置することを試みた。しかし、地上側に１次コイルを配置する場合、従来のリニアモータのように、移動経路の全長に渡って連続してコイルを配置するのでは、コイルの使用量が増えてコストが増大する。

　このような課題を解消する同期形リニアモータとして、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる複数の個別モータを、可動子の移動方向に間隔を開けて配列した離散配置のリニア同期モータを考えた。しかし、その制御やセンサの用い方につき、未解決であった。

　また、従来の一般のリニアモータでは、曲線経路において、位置，速度を制御するためには専用装置が必要であり、直線経路を走行するための装置との兼用ができなかった。そのため、曲線経路を有するリニアモータは、コストが増大するという問題があった。また、曲線経路中の高精度な磁極位置検出が行えず、そのため曲線経路で精度良く位置決めや速度制御を行うことができなかった。

　この発明の目的は、一次側コイルの離散配置によってコイル使用量の削減と給電系の簡素化が図れ、かつ経路各部の構成部品が共通化できて、コスト低下が図れる離散配置リニアモータシステムを提供することである。

　この発明の離散配置リニアモータシステムを実施形態に用いた符号を付して説明する。
　この発明の離散配置リニアモータシステムは、リニアモータ（１）と、このリニアモータ（１）を制御するモータ制御装置（２）とでなるリニアモータシステムであって、前記リニアモータ（１）は、それぞれが、各相のコイルが直線方向に並び独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータ（３）を、可動子（４）の移動経路に沿って間隔を開けて配置し、前記可動子（４）を永久磁石で構成した離散配置リニアモータであり、かつ各個別モータ（３）毎に、可動子（４）の位置を検出するリニアスケールからなるセンサ（１５）を、コイル並び方向となる前記直線方向に沿って配置してなる。前記モータ制御装置（２）は、各前記個別モータ（３）およびセンサ（１５）と組（３Ａ）として配置されてその組（３Ａ）の個別モータ（３）を制御する複数の個別モータ制御手段（６）と、これら複数の個別モータ制御手段（６）に位置指令を与える統括制御手段（７）とを備える。

　この構成によると、固定側として一次側の電機子からなる個別モータ（３）を離散配置したため、コイル使用量が少なくて済み、かつ移動側に給電する場合に比べて給電系が簡素にできる。また、一次側の電機子となる複数の個別モータ（３）と、センサ（１５）と、各個別モータ（３）を制御する個別モータ制御手段（６）とを組（３Ａ）として設け、この個別モータ（３）、センサ（１５）、および個別モータ制御手段（６）をコイルの並び方向に沿って配列するようにしたため、経路各部の構成部品が共通化できて、コスト低下を図ることができる。

　この発明において、前記可動子（４）の移動経路（Ｌ）は曲線経路部（Ｌｂ）を含み、この曲線経路部（Ｌｂ）に配置された個別モータ（３）を制御する個別モータ制御手段（６）に、前記センサ（１５）の出力から得た検出値を曲線経路部（Ｌｂ）の曲線と前記センサ（１５）の位置との関係に対応して補正し、補正された検出値を個別モータ（３）の制御に用いる曲線対応補正手段（９）を設けても良い。この構成の場合、直線経路部（Ｌａ）の構成部品となる個別モータ（３），センサ（１５），および個別モータ制御手段（６）の組（３Ａ）と同じものを、曲線経路部（Ｌｂ）に用い、曲線経路部（Ｌｂ）では個別モータ制御手段（６）に、プログラム等による曲線対応補正手段（９）を設けるだけで、曲線経路部（Ｌｂ）における位置，速度制御を精度良く行うことができる。

　この場合に、前記個別モータ制御手段（６）は、可動子（４）の磁極位置に対応して電流制御を行う電流制御部（１３）を有し、前記曲線対応制御手段（９）は、前記センサ（１５）の出力を用いて定められた計算式に従い前記可動子（４）の磁極位置を求めて前記電流制御部（１３）に入力するものとし、前記の定められた計算式として、次式（１）を用いても良い。

　ここで、ｘ_mi ：ｉ（ｉは自然数）番目の個別モータにおける磁極位置（rad）、
　ｓ：センサ出力値、
　ｘ_offset i：ｉ番目の個別モータの磁極合わせ時の位置、
　ｔ_ｐ：磁極ピッチ、
　ｃ（ｘ）：補正項、
　ｎ：センサ拡大率（前記曲線経路の曲率中心に対する経路中心線の位置までの距離とセンサまでとの距離の比）である。

　これにより、曲線経路部（Ｌｂ）における磁極位置検出が精度良く行えて、曲線経路部（Ｌｂ）における精度の良い位置，速度制御を行うことができる。同期形のリニアモータでは、個別モータ（３）への永久磁石からなる可動子の突入時には、コイルインダクタンスや鎖交磁束が位置で変化するため、精度の良い位置や，速度制御には、磁極位置に応じた電流制御が重要となる。この磁極位置に応じた電流制御には、磁極位置を精度良く検出することが必要であるが、リニアスケールからなるセンサ（１５）を用いた場合、曲線経路部（Ｌｂ）では磁極位置の検出が困難である。この課題が、上記の計算式による手法により解消できる。

　この発明において、前記統括制御手段（７）は、入力された位置指令から、各個別モータ（３）を動作させる位置指令を生成する指令生成手段（１０）を有し、この指令生成手段（１０）は、個別モータ（３）のピッチであるモータピッチを前記センサ（１５）の出力を用いて測定するモータピッチ測定部（１０ａ）と、この測定されたモータピッチを用いて定められた式に従い、前記個別モータを動作させる位置指令を生成する指令生成部（１０ｂ）とを有し、この定められた式として、次式（２），（３）を用いるようにしても良い。

　ここで、ｘ_i ^* ：モータｉに対する位置指令、
　ｄ_ｉ（ｘ）：モータピッチ
　ｘ_ｉ：個別モータ制御手段ｉからの位置フィードバック
　ｋ：変換係数（センサ仕様による）である。
　補正項ｃ（ｘ）は、可動子の位置による関数であり、適宜に定めれば良い。例えば、補正項ｃ（ｘ）は、個別モータ３のスキュー角度を考慮した際に、位置（ｘ）に応じて０～２πの値をとる。

　このように、磁極位置や、センサと経路の位置関係、センサ出力に対するオフセット値等を用いて個別モータ（３）への位置指令を生成することにより、離散配置リニアモータとしながら、センサ（１５）の出力の非線形性を良好に補償することができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の一実施形態に係る離散配置リニアモータシステムの概念構成を示すブロック図である。同リニアモータの個別モータとセンサの配置を示すレイアウト例の平面図である。（Ａ）同リニアモータにおける個別モータの一例の平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のIII-III線断面図である。同制御装置のフィードバック制御部と曲線対応補正手段とを示すブロック図である。同離散配置リニアモータの移動範囲を各個別モータ毎に区分した担当範囲の説明図である。同リニアモータの個別モータのピッチの説明図である。各個別モータのセンサの出力の説明図である。（Ａ）および（Ｂ）は、センサ出力とモータピッチの関係を示す説明図である。磁極位置の説明図である。センサ拡大率の説明図である。（Ａ）は、実施形態の手法による指令値変化とセンサ出力の関係を示すグラフで、（Ｂ）は、従来手法による指令値変化とセンサ出力の関係を示すグラフである。センサフィードバックの非線形性に応じたｘ_offset iの説明図である。同離散配置リニアモータシステムを適用した搬送装置の一例を示す正面図である。同搬送装置の横断面図である。

　この発明の一実施形態を図１ないし図１２と共に説明する。図１において、この離散配置リニアモータシステムは、リニアモータ１と、このリニアモータ１を制御する制御装置２とでなる。リニアモータ１は、リニア同期モータ（ＬＳＭ）であって、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる複数の個別モータ３を、可動子４の移動方向Ｘに間隔を開けて設置した離散配置リニアモータである。各個別モータ３は、可動子４のレール（図示せず）を有する共通のフレーム５に設置されている。フレーム５には、この他に、各個別モータ３毎に、可動子４の位置を検出する位置検出器となるセンサ１５が設置される。センサ１５は、図１では図示の便宜上、個別モータ３間に示しているが、実際には、可動子移動方向（Ｘ方向）につき、個別モータ３と同じ位置に配置される。

　可動子４は、永久磁石からなるＮ，Ｓの磁極を可動子基体４ａに移動方向Ｘに並べて複数設けたものであり、前記フレーム５に設けられたレール（図示せず）によって進退自在に案内される。可動子４の各磁極Ｎ，Ｓのピッチは均等としてある。

　各個別モータ３は、例えば図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、各層の磁極となる複数のコイル３ａとコア３ｂを、前記移動方向Ｘとなる直線方向に並べたものである。各コア３ｂは、共通の本体部からくし歯状に突出した部分で構成される。この例では、３相の交流電流で駆動するものとされ、その各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）毎に一つの磁極を設けた３極の一次側の電機子とされている。なお、個別モータ３は、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）毎に複数の磁極を設け、相数の整数倍の磁極を有する電機子としても良い。

　図２に示すように、センサ１５はリニアスケールであって、個別モータ３のコイル並び方向となる直線方向に沿って設けられ、個別モータ３よりも若干長い範囲で位置検出が可能なものとされる。センサ１５は、具体的には、図９に示すように、長さ方向に複数のセンサ素子１５ａを並べて配置したものであり、各センサ素子１５ａは、可動子４の磁力を検出する磁気センサ素子からなる。センサ１５は、各センサ素子１５ａの出力から、可動子４の位置を検出する一つの位置検出値を出力するが、特定の一つ、例えば個別モータ６の中心位置に対応するセンサ素子１５ａの出力も可能とされている。

　図１において、制御装置２は、各個別モータ３をそれぞれ制御する複数の個別モータ制御手段６と、これら複数の個別モータ制御手段６に位置指令を与える一つの統括制御手段７とを備える。前記個別モータ３と、個別モータ制御手段６と、センサ１５とで、１組の個別モータ組３Ａが構成される。

　この個別モータ組３Ａが、例えば図２に平面図で示すように、可動子４の移動経路Ｌに沿って配置される。同図の移動経路Ｌは、直角に並ぶ２つの直線経路部Ｌａと、これら直線経路部Ｌａ間に位置する１つの曲線経路部Ｌｂとを含む。曲線経路部Ｌｂは、円弧曲線を成す。各直線経路部Ｌａに複数の個別モータ組３Ａが配置され、かつ曲線経路部Ｌｂにも複数（図示例では３台）の個別モータ組３Ａが配置されている。各個別モータ組３Ａは互いに同じ構成のものであり（ただし、個別モータ制御手段６（図１）における、プログラムまたは設定データ等の一部は異なる）、直線経路部Ｌａと曲線経路部Ｌｂとに同じ構成の個別モータ組３Ａが設置されている。各個別モータ組３Ａにおいて、個別モータ６と、個別モータ制御手段６を構成する回路基板とは、互いに上下に重なる配置とされ、リニアセンサからなるセンサ１５は、個別モータ６に対して移動経路Ｌの側方に配置されている。図２の移動経路Ｌは一例であり、移動経路Ｌは、例えば環状に続く形状や、Ｓ字状の形状、自由曲線など、自由な形状とできる。

　図１において、統括制御手段７は、弱電系の回路素子や、コンピュータおよびそのプログラムの一部等で構成される。統括制御手段７は、図４のように、リニアモータ全体の移動範囲Ｍを各個別モータ３毎に区分した担当範囲Ｍ_i（i：任意の自然数）の情報を有している。個別モータ３は離散配置されているため、担当範囲Ｍ_iは個別モータ３よりも長い範囲であり、また個別モータ３からある程度離れた位置で駆動力を確保するために、隣り合う担当範囲Ｍ_iは一部を重複させ、例えば、個別モータ３間では２台の個別モータ３で駆動を行うようにしている。統括制御手段７は、上位制御手段（図示せず）から入力された位置指令ｘ*から、各個別モータ３を動作させる位置指令ｘ_i*を、指令生成手段１０により生成する。

　各個別モータ制御手段６は、モータ電流を個別モータ３に流す強電系のモータ駆動回路（図示せず）と、このモータ駆動回路を制御する弱電系の制御部（図示せず）とでなり、基板上に各回路素子を実装したものである。強電系のモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を設けたインバータ等からなり、駆動用の直流電源（図示せず）に接続されている。個別モータ制御手段６の前記弱電系の制御部は、マイクロコンピュータおよびそのプログラムや、回路素子等により構成される。

　各個別モータ制御手段６における前記弱電系の制御部に、モータ切替え応答部６ａと、フィードバック制御部８とを有する。前記曲線経路部Ｌｂに設置する個別モータ３の個別モータ制御手段６には、上記の他に、曲線対応補正手段９が設けられる。モータ切替え応答部８は、統括制御手段７から与えられた位置指令に応答して、入力された位置指令をフィードバック制御部８へ伝える。

　フィードバック制御部８は、図４に一例を示すように、それぞれ位置，速度，電流のフィードバック制御を行う位置制御部１１と、速度制御部１２と、電流制御部１３とを有している。すなわち、フィードバック制御部８は、位置ループ、速度ループ、および電流ループを有するカスケード制御を行う。

　位置制御部１１は、個別モータ３に対する可動子４の現在位置を検出する前記センサ１５の検出値と位置指令の指令値との偏差に応じ、定められた位置ループゲインのフィードバック制御を行う。位置制御部１１は、その出力として速度指令値を出力する。速度制御部１２は、センサ１５の位置検出値から速度を検出する微分手段等の速度検出手段１６を経て得られる速度検出値と、速度指令値との偏差に応じ、定められた速度ループゲインのフィードバック制御を行う。速度制御部１２は、その出力として電流指令値を出力する。電流制御部１３は、個別モータ３に印加される駆動電流を電流検出器等の電流検出手段１４で検出して、電流検出値と電流指令値との偏差に応じた電流指令値を、定められ電流ループゲインを用いて生成し、モータ駆動電流を制御する。この電流制御部１３は、ベトクル制御等で制御するものであり、可動子４の磁極位置に対応して電流制御を行う機能を有している。

　前記曲線対応補正手段９は、前記センサ１５の出力から得た検出値を曲線経路部Ｌｂの曲線と前記センサ１５の位置との関係に対応して補正し、補正された検出値を個別モータ３の制御に用いる手段である。

　曲線対応補正手段９は、具体的には、前記センサ１５の出力を用いて、定められた計算式に従い前記可動子４の磁極位置を求めて前記電流制御部１３（図４）に入力するものである。前記の定められた計算式として、次式（１）を用いる。

　ただし、ｘ_miはｉ（ｉは自然数）番目の個別モータにおける磁極位置（rad）、ｓはセンサ出力値、ｘ_offset iはｉ番目の個別モータの磁極合わせ時の位置、ｔ_ｐは磁極ピッチ、ｃ（ｘ）は補正項、ｎはセンサ拡大率（前記曲線経路の曲率中心に対する経路中心線の位置までの距離とセンサまでとの距離の比）である。

　前記磁極位置は、図９に示すように、個別モータ３の可動子移動方向の中心位置Ｏ₃に対する、可動子４の任意のＮ，Ｓ極からなる磁極対（図では２つ目の磁極対を示している）４ｐ内における定められた特定の位置を言う。この定められた特定の位置は、図示の例では、Ｓ極における最も磁力が大きくなる位置としている。単位は（rad）である。ｘ_miは、この磁極位置について、ｉ番目の個別モータにおけるものを示す。各磁極対は等ピッチである。

　センサ出力値ｓは、センサ１５を構成する磁気センサ素子である各センサ素子１５ａのうちの、前記中心位置Ｏ₃にあるセンサ素子１５ａの出力であり、検出した磁力（磁界の強さ）を電圧値等で出力する。

　ｘ_offset iは、ｉ番目の個別モータ３の、例えば磁極合わせ時の位置である。センサ素子１５ａは、磁界が一定であるとすれば、Ｘ方向（移動方向）の位置にかかわらずに出力に線形性を持つように設置するのが理想であるが、設置の都合上で出力に差が生じてしまう。そのため、定められた特定の位置でのセンサ出力値を測定して、オフセット値（ｘ_offset）として記憶させておき、センサ出力から減算する。ｘ_offset iは、例えば図１２に示す値である。この値は、システムの仕様、センサ仕様によって変化する。一例として磁極合わせ時の位置を基準とした例を挙げたが、この場合、磁極合わせ時の位置がゼロとなるように調整する値となる。なお、ｘ_offset iは、初期設定される値であり、変化しない。この実施形態のシステムでは、システム立ち上げ時に磁極合わせ作業を行って各個別モータ制御手段６の持つサーボドライバに学習させる（立ち上げ時に、一度のみ）。

　関連する情報として、図６に示すｄ_ｉ（ｘ）を挙げる。ｄ_ｉ（ｘ）は、可動子４の位置によって変化する値として定義される。図１２中にその値を示した（図は個別モータ３が４台の場合）。センサフィードバックが非線形性を有する場合、ｄ_ｉ（ｘ）を計測しながら運転することで、センサフィードバックの非線形性を考慮した各モータ指令値を生成することができる。

　位置指令値整形によるセンサフィードバックの非線形性補償につき説明する。
　離散配置リニアモータ１における指令値生成は、統合座標から各個別モータ３への指令値分解を基本としている。従来手法では、センサフィードバックが十分に線形性を持つと仮定し、ｘ_offsetｉを固定値として扱っていた。そのため、図１１（Ｂ）のようにセンサフィードバックの非線形性が強くなると、急激な偏差の増大等を招き、可動子４の挙動に振動等などの大きな影響をもたらした。この実施形態の手法では、センサフィードバックの非線形性を考慮して、ｘ_offsetｉを運転中に計測し、図１１（Ａ）に示すように、即座に指令値に反映させることにした。これによって、リニアモータ１を統括する統括制御手段７または個別モータ制御手段６は、事前にセンサフィードバックの非線形性に関係する情報無しに、簡単な演算によってリニアモータ１の非線形性を補償できる。そのため、可動子４を滑らかに運転することが可能となる。

　磁極ピッチｔ_ｐは、可動子４におけるＮ，Ｓ極の磁極対の配置のピッチである。補正項ｃ（ｘ）は、センサ１５自体やその配置によって必要となる補正値であって、任意に定めれば良く、事前の測定等により適宜の値を求めて定める。補正項ｃ（ｘ）は移動方向の位置ｘの関数として定められる。前述のように、補正項ｃ（ｘ）は、可動子の位置による関数であり、適宜に定めれば良い。例えば、補正項ｃ（ｘ）は、個別モータ３のスキュー角度を考慮した際に、位置（ｘ）に応じて０～２πの値をとる。センサ拡大率ｂは、例えば、図１０に示すように、前記曲線経路Ｌｂの、検出に用いるセンサ素子１５ａのある位置における、曲率中心Ｏに対する、経路中心線Ｌｂ₀の位置までの距離Ａとセンサまでの距離Ｂの比、Ｂ／Ａである。経路中心線Ｌｂ₀は、可動子４の移動する運動中心の軌跡である。なお、センサ拡大率ｂは、センサの設置状況、可動子４のレールの構成等により変わってくる値であり、これらを考慮して適宜に設定される。

　上記の式（１）により、曲線経路部Ｌｂにおいても磁極位置ｘ_miの検出が精度良く行える。この検出した磁極位置ｘ_miを電流制御に用いることで、曲線経路部Ｌｂにおける精度の良い位置，速度制御を行うことができる。同期型のリニアモータでは、個別モータ３への永久磁石からなる可動子４の突入時には、コイルインダクタンスや鎖交磁束が位置で変化するため、精度の良い位置や速度制御には、磁極位置ｘ_miに応じた電流制御が重要となる。この磁極位置ｘ_miに応じた電流制御には、磁極位置ｘ_miを精度良く検出することが必要であるが、リニアスケールからなるセンサ１５を用いた場合、曲線経路部Ｌｂでは磁極位置ｘ_miの検出が困難である。この課題を、上記の計算式（１）による手法で解消することができる。

　図１において、前記統括制御手段７の指令生成手段１０は、モータピッチ測定部１０ａと指令生成部１０ｂとを有する。モータピッチ測定部１０ａは、個別モータ３のピッチであるモータピッチｄ_ｉ（ｘ）を、可動子４の位置検出に用いる前記センサ１５の出力を用いて測定する。センサ１５の出力は、個別モータ制御部６から統括制御手段７へ送信し、この送信された値をモータピッチの測定に用いる。モータピッチ測定部１０ａによる測定は、可動子４の走行毎に行う。指令生成部１０ｂは、上位制御手段から入力された位置指令ｘ*に対して、モータピッチ測定部１０ａで測定されたモータピッチ１０ａを用い、定められた式に従って、各個別モータ３を動作させる位置指令ｘ_i*を生成する。

　この定められた式として、次式（２），（３）を用いる。

　ただし、ｘ_i*は、ｉ番目の個別モータ３に対する位置指令、ｄ_i（ｘ）は、モータピッチ、ｘ_iは、ｉ番目の個別モータ３の個別モータ制御手段６から送信される位置フィードバック値、ｋはセンサ仕様により任意に定められる変換係数である。

　統括制御手段７の指令生成手段１０による位置指令ｘ_i*の生成につき、図７，８（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。指令生成手段１０は、上位制御手段から入力された位置指令ｘ*に対して、この位置指令ｘ*の移動範囲を担当範囲Ｍ_ｉ（図５）として含む各個別モータ３に、その個別モータ３毎の値座値に座標変化した指令として分配する。すなわち、リニアモータ１の全体としての位置は、端部の個別モータ３の原点位置となるが、個々の個別モータ３は、その個別モータ３の持つ原点位置の座標で駆動されるため、リニアモータ１の全体の座標位置から、動作させようとなる個別モータ３の原点位置までの値を差し引いた値が、その動作させようとする個別モータ３に対する位置指令ｘ_i*となる。したがって、各個別モータ３のセンサ１５の検出値は、図７のようになる。図８（Ｂ）のように、各センサ１５の検出値を、重複範囲を除いて加算した値が、リニアモータ１の全体としての位置を示す。

　上記のリニアモータ１の全体の座標位置から、動作させようとなる個別モータ３の原点位置までの値を差し引く計算を行うにつき、各個別モータ３間のモータピッチｄ_i（ｘ）の値が必要となる。モータピッチｄ_i（ｘ）は、直線経路部Ｌａでは既知の値として定めることができるが、曲線経路部Ｌｂでは、既知の値として精度良く定めることが困難である。そこで、この実施形態では、可動子４の位置検出に用いるセンサ１５の出力を用いて、モータピッチｄ_i（ｘ）を測定し、上記の式（２），（３）により求めている。

　式（３）において、「（ｘ_i+1－ｘ_i）／ｋ」とあるのは、単にｉ＋１番目の個別モータ３の位置の検出値ｘ_i+1から、ｉ番目の個別モータ３の位置の検出値ｘ_iを差し引いただけでは、センサ仕様による誤差が生じるため、その誤差を無くすため、適切となるセンサ仕様による変換係数ｎｋを定めておいて係数と除算したものである。

　式（３）において、右辺は、上位制御手段より与えられた位置指令ｘ*から、モータピッチｄ_i（ｘ）を差し引いた値を示す。なお、ここで差し引くモータピッチｄ_i（ｘ）は、リニアモータ１の始端から移動開始させる場合、始端の個別モータ３から、移動させようとする範囲の終端の個別モータ３までの全ての個別モータ３間のモータピッチを加算した値である。

　このように、可動子４の位置検出に用いる前記センサ１５の出力を用いてモータピッチｄ_ｉ（ｘ）を測定して上記式（２），（３）の計算を行うことにより、曲線経路部Ｌｂにおいても、センサ１５の非線形性を補償し、各個別モータ３の個別モータ制御装置６に、精度良く位置指令ｘ_i *を与えることができる。

　上記構成の離散配置リニアモータシステムによると、このように、固定側として一次側の電機子からなる個別モータ３を離散配置したため、コイル使用量が少なくて済み、かつ移動側に給電する場合に比べて給電系が簡素にできる。また、一次側の電機子となる複数の個別モータ３と、位置検出要のセンサ１５と、各個別モータ３を制御する個別モータ制御手段６とを組として設け、この個別モータ３、センサ１５、および個別モータ制御手段６を配列するようにしたため、経路各部の構成部品が共通化できて、コスト低下を図ることができる。

　また、個別モータ制御手段６に、前記センサ１５の出力から得た検出値を曲線経路部の曲線と前記センサの位置との関係に対応して補正し、補正された検出値を個別モータ３の制御に用いる曲線対応補正手段８を設けたため、直線経路部Ｌａの構成部品となる個別モータ３、センサ１５、および個別モータ制御手段１５の組と同じものを、曲線経路部Ｌｂに用い、曲線経路部Ｌｂでは個別モータ制御手段６にプログラム等による曲線対応補正手段９を設けるだけで、曲線経路部Ｌｂにおける位置，速度制御を精度良く行うことができる。この曲線対応補正手段８は、具体的には、上記の式（１）によって磁極位置ｘ_miを求め、フィードバック制御部８の電流制御部１３による電流制御に用いるようにしたため、曲線経路部Ｌｂにおける位置，速度制御を良好に行うことができる。

　また、統括制御手段７に、上記のようにモータピッチ測定部１０ａと指令生成部１９とを有する指令生成手段１０を設け、上記の式（２），（３）により、磁極位置や、センサ１５と経路の位置関係、センサ出力に対するオフセット値等を用いて個別モータ３への位置指令を生成するようたにしたため、離散配置リニアモータ１としながら、センサ１５の出力の非線形性を良好に補償することができる。

　図１３，図１４は、この離散配置リニアモータシステムを適用した搬送装置２１の一例を示す。図１３に示すように、この搬送装置は、旋盤等からなる工作機械２０に対してワークの搬入搬出を行うガントリ型のローダとなるものである。この搬送装置２１は、水平なフレーム２２に長さ方向に沿って設けられたレールに走行体２３が走行自在に設置され、走行体２３に、走行方向（Ｘ方向）と直交する方向である前後方向（Ｚ方向）に移動自在に前後移動台２４が搭載されている。前後移動台２４にロッド状の昇降体２５が昇降自在に設置され、昇降体２５の下端にワークを把持可能なチャック２６を有するローダヘッド２７が設けられている。チャック２６と工作機械２０の主軸２０ａとの間で、ワークの受渡しが行われる。

　上記走行体２３の走行駆動源として、離散配置リニアモータ１が設けられている。離散配置リニアモータ１は、その各個別モータ３が、フレーム２２に長さ方向に沿って配列され、走行体２３に前記可動子４が設けられている。図１４に示すように、走行体２３は、上記フーム２２に設けられたレール２８に車輪２９により走行自在に設置されている。なお、この例では個別モータ３の下側に可動子４が対向して位置する。この実施形態における離散配置リニアモータ１、およびその乗り移り制御装置２は、特に説明した事項の他は、図１～図１２と共に前述したとおりである。

　以上のとおり、図面を参照しながらこの発明の好適な実施形態を説明したが、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものもこの発明の範囲内に含まれる。

１　リニアモータ
２　制御装置
３　個別モータ
３Ａ　個別モータ組
４　可動子
５　フレーム
６　個別モータ制御手段
７　統括制御手段
８　フィードバック制御部
９　曲線対応補正手段
１０　指令生成手段
１０ａ　モータピッチ測定部
１０ｂ　指令生成部
１３　電流制御部
１５　センサ
１５ａ　センサ素子
ｄ_ｉ（ｘ）　モータピッチ
Ｌ　移動経路
Ｌａ　直線経路部
Ｌｂ　曲線経路部
ｔ_ｐ　磁極ピッチ

Claims

　リニアモータと、このリニアモータを制御するモータ制御装置とでなるリニアモータシステムであって、
　前記リニアモータは、それぞれが、各相のコイルが直線方向に並び独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータを、可動子の移動経路に沿って間隔を開けて配置し、前記可動子を永久磁石で構成した離散配置リニアモータであり、かつ各個別モータ毎に、可動子の位置を検出するリニアスケールからなるセンサを、コイル並び方向となる前記直線方向に沿って配置してなり、
　前記モータ制御装置は、各前記個別モータおよびセンサと組として配置されてその組の個別モータを制御する複数の個別モータ制御手段と、これら複数の個別モータ制御手段に位置指令を与える統括制御手段とを備える離散配置リニアモータシステム。
　前記可動子の移動経路は曲線経路部を含み、この曲線経路部に配置された個別モータを制御する個別モータ制御手段に、前記センサの出力から得た検出値を曲線経路部の曲線と前記センサの位置との関係に対応して補正し、補正された検出値を個別モータの制御に用いる曲線対応補正手段を設けた請求項１記載の離散配置リニアモータシステム。
　前記個別モータ制御手段は、可動子の磁極位置に対応して電流制御を行う電流制御部を有し、前記曲線対応制御手段は、前記センサの出力を用いて定められた計算式に従い前記可動子の磁極位置を求めて前記電流制御部に入力するものとし、
　前記の定められた計算式として、次式（１）を用いる請求項２記載の離散配置リニアモータシステム。

　ただし、ｘ_mi：ｉ（ｉは自然数）番目の個別モータにおける磁極位置（rad）、ｓ：センサ出力値、ｘ_offset i：ｉ番目の個別モータの磁極合わせ時の位置、ｔ_ｐ：磁極ピッチ、ｃ（ｘ）：補正項、ｎ：センサ拡大率（前記曲線経路の曲率中心に対する経路中心線の位置までの距離とセンサまでとの距離の比）である。
　前記統括制御手段は、入力された位置指令から、各個別モータを動作させる位置指令を生成する指令生成手段を有し、
　この指令生成手段は、個別モータのピッチであるモータピッチを前記センサの出力を用いて測定するモータピッチ測定部と、この測定されたモータピッチを用いて定められた式に従い、前記個別モータを動作させる位置指令を生成する指令生成部とを有し、
　この定められた式として、次式（２），（３）を用いる請求項２または請求項３に記載の離散配置リニアモータシステム。

　ｘ_i ^*：モータｉに対する位置指令、
　ｄ_ｉ（ｘ）：モータピッチ
　ｘ_ｉ：個別モータ制御手段ｉからの位置フィードバック
　ｋ：変換係数（センサ仕様による）