WO2016042661A1

WO2016042661A1 - リニアモータシステム

Info

Publication number: WO2016042661A1
Application number: PCT/JP2014/074863
Authority: WO
Inventors: 善康高瀬; 祐規本田
Original assignee: 株式会社安川電機
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-03-24

Abstract

　低コストで高精度な位置決めを行うことを課題とする。かかる課題を解決するために、実施形態の一態様に係るリニアモータシステム（１）は、リニアモータ（１０）と、制御装置（４０）と、支持機構（２０）と、力センサ（３０）とを備える。上記制御装置（４０）は、上記リニアモータ（１０）へ供給する電流を制御する。上記支持機構（２０）は、上記リニアモータ（１０）の電機子を支持する。上記力センサ（３０）は、上記電機子へ生じる振動を検出する。また、上記制御装置（４０）は、演算部（４１ａ）と、推定部（４１ｂ）とを有する。上記演算部（４１ａ）は、上記力センサ（３０）の検出結果に基づいて上記電機子のうちの可動子に作用する力を演算する。上記推定部（４１ｂ）は、上記演算部（４１ａ）の演算結果に基づいて上記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定する。

Description

リニアモータシステム

　開示の実施形態は、リニアモータシステムに関する。

　従来、モータを備えたシステムにおいて、モータの駆動制御を行う場合、エンコーダなどの位置センサを用いてモータの位置や速度（回転角や回転速度）を検出する手法が知られている。

　また、かかる検出を高精度に行ううえで、回転機において位置検出用の任意の振動周波数を重畳し、トルクを検出することにより位置を推定する手法も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。かかる手法は、リニアモータを備えるリニアモータシステムにおいても原理的に適用可能である。

特開２００９－１４８０１７号公報

　しかしながら、リニアモータシステムに適用する場合、上述した従来技術には、低コストで高精度な位置決めを行ううえで更なる改善の余地がある。

　具体的に、リニアモータにおいては、可動子がリニアガイド等の可搬部材に接続されるが、かかる可搬部材に生じる摩擦等によって位置検出用の振動が得にくい場合があった。このため、高精度な位置決めを行いにくかった。なお、リニアモータの位置決めにおいては、直線位置検出器、いわゆるリニアスケールを用いる手法も知られているが、コストが嵩みやすいという問題点がある。

　実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで高精度な位置決めを行うことができるリニアモータシステムを提供することを目的とする。

　実施形態の一態様に係るリニアモータシステムは、リニアモータと、制御装置と、支持機構と、検出部とを備える。前記制御装置は、前記リニアモータへ供給する電流を制御する。前記支持機構は、前記リニアモータの電機子を支持する。前記検出部は、前記電機子へ生じる振動を検出する。また、前記制御装置は、演算部と、推定部とを有する。前記演算部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記電機子のうちの可動子に作用する力を演算する。前記推定部は、前記演算部の演算結果に基づいて前記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定する。

　実施形態の一態様によれば、低コストで高精度な位置決めを行うことができる。

図１Ａは、第１の実施形態に係るリニアモータシステムの構成例を示す模式図である。図１Ｂは、制御部のブロック図である。図２Ａは、第１の実施形態に係る位置および速度推定手法の説明図（その１）である。図２Ｂは、第１の実施形態に係る位置および速度推定手法の説明図（その２）である。図３Ａは、支持機構による支持形態の第１の変形例を示す模式図である。図３Ｂは、支持機構による支持形態の第２の変形例を示す模式図である。図３Ｃは、支持機構による支持形態の第３の変形例を示す模式図である。図３Ｄは、支持機構による支持形態の第４の変形例を示す模式図である。図３Ｅは、支持機構による支持形態の第５の変形例を示す模式図である。図３Ｆは、支持機構による支持形態の第６の変形例を示す模式図である。図３Ｇは、第６の変形例のバリエーションを示す模式図（その１）である。図３Ｈは、第６の変形例のバリエーションを示す模式図（その２）である。図３Ｉは、第６の変形例のバリエーションを示す模式図（その３）である。図３Ｊは、支持機構による支持形態の第７の変形例を示す模式図である。図３Ｋは、支持機構による支持形態の第８の変形例を示す模式図である。図３Ｌは、第８の変形例に係る位置および速度推定手法の説明図である。図４Ａは、第２の実施形態に係るリニアモータシステムの支持機構による第１の支持形態を示す模式図である。図４Ｂは、同支持機構による第２の支持形態を示す模式図である。図４Ｃは、同支持機構による第３の支持形態を示す模式図である。

　以下、添付図面を参照して、本願の開示するリニアモータシステムのいくつかの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
　まず、第１の実施形態に係るリニアモータシステム１の構成例について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、第１の実施形態に係るリニアモータシステム１の構成例を示す模式図である。また、図１Ｂは、制御部４１のブロック図である。

　図１Ａに示すように、本実施形態に係るリニアモータシステム１は、リニアモータ１０と、支持機構２０と、力センサ３０と、制御装置４０とを備える。力センサ３０は、検出部の一例である。

　リニアモータ１０は、電機子１１を備える。電機子１１は、可動子１１ａと、固定子１１ｂとを含む。可動子１１ａは、永久磁石が配列されて構成される。固定子１１ｂは、電機子コイルが配列されて構成される。そして、後述する制御装置４０の電力変換部４２からＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）信号に応じた電圧および電流が固定子１１ｂへ供給されることによって、可動子１１ａは、固定子１１ｂの延在方向に沿って移動する（図１Ａの矢印１０１参照）。

　なお、可動子１１ａに電機子コイルが配列され、固定子１１ｂに永久磁石が配列されて、可動子１１ａへ電圧および電流が供給される構成であってもよい。

　支持機構２０は、ベース部２１と、第１支持部２２（第１の支持部材）と、第２支持部２３（第２の支持部材）と、弾性体２４と、軌道部２５（軌道部材）と、スライド部２６（スライド部材）とを備える。

　ベース部２１は、支持機構２０のベースであり、リニアモータ１０の設置対象物等へ固定される。第１支持部２２は、ベース部２１の固定子１１ｂの一端側にあたる部位に設けられ、固定子１１ｂの一端を支持する。

　ここで、かかる固定子１１ｂの一端には力センサ３０が取り付けられ、第１支持部２２と固定子１１ｂの一端との間に配置される。すなわち、第１支持部２２は、かかる力センサ３０を介在させつつ固定子１１ｂの一端を支持する。

　また、第２支持部２３は、ベース部２１の固定子１１ｂの他端側にあたる部位に設けられ、固定子１１ｂの他端を支持する。ここで、第２支持部２３と固定子１１ｂの他端との間には、弾性体２４が配置される。

　すなわち、第２支持部２３は、かかる弾性体２４を介在させつつ固定子１１ｂの他端を支持する。なお、以下に示す各図では、説明を分かりやすくするため、図１Ａに示すように弾性体２４を点状のパターンで塗りつぶして示すものとする。

　このように本実施形態では、支持機構２０は、固定子１１ｂに力センサ３０を取り付けつつ固定子１１ｂを弾性支持している。言い換えれば、本実施形態では、支持機構２０は、電流を供給されることによって固定子１１ｂへ生じる振動を許容しつつ固定子１１ｂを支持するよう構成されている。これにより、位置検出用の振動（後述）を得やすくすることができる。

　軌道部２５は、固定子１１ｂの延在方向、すなわち可動子１１ａの可動方向沿いに設けられる。スライド部２６は、かかる軌道部２５に沿ってスライド可能に設けられるとともに可動子１１ａへ接続され、可動子１１ａを軌道部２５沿いに移動可能に支持する。

　ここで、図１Ａのようにリニアモータ１０およびその支持機構２０を構成することで可能となる、本実施形態に係る位置および速度推定手法について図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明しておく。図２Ａおよび図２Ｂは、第１の実施形態に係る位置および速度推定手法の説明図（その１）および（その２）である。

　まず、本実施形態は、電機子１１へ供給される電流に高周波電流成分を重畳して、かかる高周波電流成分によって生じる微小な位置検出用の振動を検出し、その検出結果に基づいて位置および速度を推定するものである。これを踏まえて以下、説明する。

　図２Ａに示すように、本実施形態に係る位置および速度推定手法では、可動子１１ａに作用する推力Ｆ（図２Ａの矢印２０１参照）を、可動子１１ａの位置および速度の推定に利用する。図１Ａに示したリニアモータ１０およびその支持機構２０の構成は、かかる推力Ｆを精度よく得るためのものである。

　具体的には、図２Ａに示すように、可動子１１ａに推力Ｆが生じた場合、固定子１１ｂにはその反作用である、推力Ｆと同じ大きさで逆向きの力Ｆ’（すなわち、「Ｆ’＝－Ｆ」）が作用する。そして、弾性支持された固定子１１ｂの一端側には反力Ｆ_１が作用する（図２Ａの矢印２０２参照）。なお、ここで、かかる一端側にある力センサ３０の弾性係数は、既知の値「ｋ_１」であるものとする。

　また、弾性支持された固定子１１ｂの他端側には、反力Ｆ_２が作用する（図２Ａの矢印２０３参照）。かかる他端側にある弾性体２４の弾性係数は、既知の値「ｋ_２」であるものとする。かかる図２Ａの内容をさらに模式的に示したのが図２Ｂである。

　ここで、図２Ｂに示すように、上記振動による固定子１１ｂの変位が「ｘ」であるものとする（図２Ｂの矢印２０４参照）。そのうえでまず、反力Ｆ_１および反力Ｆ_２と推力Ｆとの関係は、式（１）「Ｆ_１＋Ｆ_２＝－Ｆ」であらわされる。

　そして、反力Ｆ_１は、式（２）「Ｆ_１＝ｋ_１ｘ」で、反力Ｆ_２は、式（３）「Ｆ_２＝ｋ_２ｘ」で、それぞれあらわされる。ここで、式（２）および式（３）を式（１）へ代入すると、式（４）「（ｋ_１＋ｋ_２）ｘ＝－Ｆ」が得られる。また、式（２）をｘについて解くよう変形すると、式（５）「ｘ＝Ｆ_１／ｋ_１」となる。

　そして、式（５）を式（４）に代入し、推力Ｆについて解くよう変形すると、以下の式（６）を得ることができる。

　そして、反力Ｆ_１は力センサ３０の検出値であり、弾性係数ｋ_１，ｋ_２は既知の値であるので、力センサ３０の検出結果からかかる式（６）により、推力Ｆを求めることができる。なお、このように求められる推力Ｆは、振動を許容可能に弾性支持された固定子１１ｂに取り付けられた力センサ３０の検出結果に基づくものであるので、精度のよい値を得ることができる。

　そして、かかる推力Ｆの値から位置および速度を推定する手法により、位置および速度の少なくともいずれかの推定値が求められることとなる。

　図１Ａの説明に戻り、次に制御装置４０について説明する。制御装置４０は、図示略の直流電源から供給される直流電力を公知のＰＷＭ制御によって所望の周波数および電圧の３相交流電力へ変換し、リニアモータ１０へ出力する。

　制御装置４０は、制御部４１と、電力変換部４２とを備える。制御部４１は、力センサ３０によって検出された力から推定した可動子１１ａの位置および速度の少なくともいずれかを用いて、リニアモータ１０の位置制御および速度制御を行うためのＰＷＭ信号を生成する。

　より具体的に、制御部４１は、図１Ｂに示すように、演算部４１ａと、推定部４１ｂと、位置／速度制御部４１ｃと、電流制御部４１ｄと、ＰＷＭ信号生成部４１ｅとを備える。

　演算部４１ａは、力センサ３０から受け取った力センサ３０の検出結果から上記式（６）により、推力Ｆを演算する。また、演算部４１ａは、演算して得た推力Ｆを推定部４１ｂへ出力する。

　推定部４１ｂは、演算部４１ａから受け取った推力Ｆから可動子１１ａの位置および速度を推定する。かかる推力Ｆから可動子１１ａの位置や速度を推定する手法については公知であるので、ここでの説明は省略する。

　また、推定部４１ｂは、推定して得た位置および速度の推定値を、位置／速度制御部４１ｃならびに電流制御部４１ｄへ出力する。位置／速度制御部４１ｃは、推定部４１ｂから受け取った位置および速度の推定値に基づいて位置および速度の制御値を生成し、ＰＷＭ信号生成部４１ｅへ出力する。

　電流制御部４１ｄは、推定部４１ｂから受け取った位置および速度の推定値、ならびに、図示略の検波用高周波電流指令器から受け取る高周波電流指令に基づいて電流の制御値を生成し、ＰＷＭ信号生成部４１ｅへ出力する。

　ＰＷＭ信号生成部４１ｅは、位置／速度制御部４１ｃおよび電流制御部４１ｄから受け取った各制御値に基づいてＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号を生成し、電力変換部４２へ出力する。

　図１Ａの説明に戻る。電力変換部４２は、ＰＷＭ信号生成部４１ｅから受け取ったＰＷＭ信号に応じた電圧および電流をパワーライン経由でリニアモータ１０の固定子１１ｂへ供給する。かかる電力変換部４２は、たとえば、６個のスイッチング素子が３相ブリッジ接続されて構成される３相インバータ回路である。

　このように本実施形態では、支持機構２０が、電流が供給されることによって固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能となるように、固定子１１ｂに力センサ３０を取り付けつつ固定子１１ｂを弾性支持することとした。これにより、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、本実施形態では、演算部４１ａが、このように精度よく検出した力センサ３０の検出結果に基づいて可動子１１ａの推力Ｆを演算し、推定部４１ｂが、かかる推力Ｆに基づいて可動子１１ａの位置および速度の少なくともいずれかを推定することとした。これにより、精度のよい位置および速度の推定値を得ることができる。

　そして、本実施形態では、制御装置４０が、このようにして得た推定値に基づいてリニアモータ１０の位置制御および速度制御を行うので、リニアスケールのような位置検出器を備える必要がない。したがって、低コストにシステムを構成することができる。

　すなわち、本実施形態に係るリニアモータシステム１によれば、低コストで精度のよい位置決めを行うことができる。

　ところで、これまでは、支持機構２０が、固定子１１ｂの一端側に力センサ３０を配置し、他端側に弾性体２４を配置して、固定子１１ｂを弾性支持する場合を例に挙げたが、支持機構２０による支持構成はかかる例に限られない。そこで、以下は、かかる支持機構２０による支持形態のいくつかの変形例について、図３Ａ～図３Ｌを用いて説明する。

　図３Ａ～図３Ｆは、支持機構２０による支持形態の第１～第６の変形例を示す模式図である。図３Ｇ～図３Ｉは、第６の変形例のバリエーションを示す模式図（その１）～（その３）である。図３Ｊおよび図３Ｋは、支持機構２０による支持形態の第７および第８の変形例を示す模式図である。図３Ｌは、第８の変形例に係る位置および速度推定手法の説明図である。

　図３Ａに示すように、第１の変形例では、支持機構２０は、固定子１１ｂの一端側だけでなく、他端側にも力センサ３０を取り付けて固定子１１ｂを弾性支持する。すなわち、第１の変形例では、力センサ３０は、２個設けられ、第１支持部２２と固定子１１ｂの一端との間と、第２支持部２３と固定子１１ｂの他端との間にそれぞれ配置される。

　なお、本実施形態では、図３Ａに示すように、既知の弾性係数ｋ_１，ｋ_２をそれぞれ有する２個の力センサ３０で固定子１１ｂを両端から支持する場合についても、固定子１１ｂへ生じる振動を弾性的に許容可能であると言う意味において「弾性支持」に含むものとする。

　かかる第１の変形例によれば、２個の力センサ３０を用いることで検出精度を向上させることができる。

　また、図３Ｂに示すように、第２の変形例では、支持機構２０は、第２支持部２３に取り付けられる軸受部２３ａ（軸受部材）を有する。軸受部２３ａは、たとえばリニアブッシュであり、固定子１１ｂをラジアル方向において規制する。これにより、第２支持部２３は、軸受部２３ａを介して固定子１１ｂの他端をスラスト方向に移動可能に支持する（図３Ａの矢印３０１参照）。

　かかる第２の変形例によれば、固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能にした状態で固定子１１ｂを支持することができる。したがって、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、図３Ｃに示すように、第３の変形例では、支持機構２０は、力センサ３０の近傍に設けられる第３支持部２７を備える。第３支持部２７には、前述の軸受部２３ａと同様の軸受部２７ａが取り付けられる。そして、第３支持部２７は、かかる軸受部２７ａを介して、固定子１１ｂにおける力センサ３０の近傍をスラスト方向に移動可能に支持する。　　　

　なお、第３の変形例では、固定子１１ｂの他端側は弾性体２４を介在させつつ第２支持部２３によって支持されるが、かかる固定子１１ｂの他端側には前述の軸受部２３ａを用いてもよい。すなわち、図３Ｄに示すように、第４の変形例として、支持機構２０は、固定子１１ｂにおける力センサ３０の近傍については軸受部２７ａを介して支持し、固定子１１ｂの他端側については軸受部２３ａを介して支持することとしてもよい。

　かかる第３および第４の変形例によっても、固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能にした状態で固定子１１ｂを支持することができるので、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、図３Ｅに示すように、第５の変形例では、支持機構２０は、第２支持部２３側の弾性体２４－１に加えて、さらに力センサ３０の近傍に設けられる弾性体２４－２を備える。弾性体２４－２は、たとえば板バネ等で構成され、力センサ３０にラジアル荷重をかけないように規制しつつ、固定子１１ｂのスラスト方向の振動が許容可能となるように固定子１１ｂを支持する（図３Ｅの矢印３０２参照）。

　かかる第５の変形例によっても、固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能にした状態で固定子１１ｂを支持することができるので、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、図３Ｆに示すように、第６の変形例では、第２支持部２３の中途部に切り欠きＣが形成される。すなわち、第６の変形例では、第２支持部２３そのものを弾性体と見立てて、第２支持部２３を振動しやすい形状、言い換えれば固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能な形状に形成する。

　したがって、第６の変形例には、種々のバリエーションが存在する。たとえば、図３Ｇに示すように、第２支持部２３Ａは、振動可能となるように曲げ部分を有する形状に形成されていてもよい。

　また、図３Ｈに示す第２支持部２３Ｂ，２３Ｃのように、厚みを調整することで振動しやすい形状にすることとしてもよい。また、図３Ｉに示す第２支持部２３Ｄのように、段差をつけることによって振動しやすくしてもよい。

　これら第６の変形例の種々のバリエーションによっても、固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能にした状態で固定子１１ｂを支持することができるので、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、図３Ｊに示すように、第７の変形例では、支持機構２０は、固定子１１ｂに対するスラスト方向の与圧を調整可能な構成としてもよい。また、あらかじめ所望の与圧をかけた状態で固定子１１ｂを組み込むこととしてもよい（図３Ｊの矢印３０３参照）。

　かかる第７の変形例によれば、固定子１１ｂへ生じる振動を許容可能にした状態で固定子１１ｂを支持できるうえ、固定子１１ｂが振動しやすい適切な与圧をかけることで、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。なお、図３Ｊに示した与圧の方向は圧縮方向であるが、引張方向であってもよい。また、第７の変形例によれば、力センサ３０は少なくとも与圧方向を検出可能なもので足りるので、低コスト化にも資することができる。

　また、図３Ｋに示すように、第８の変形例では、複数個の弾性体２４－１～２４－ｎ－１が設けられ、固定子１１ｂをスラスト方向沿いに多点支持するように配置される。なお、第８の変形例に係る図３Ｋおよび図３Ｌは、既に示した図２Ａおよび図２Ｂに対応しているため、推力Ｆ、反力Ｆ_１，Ｆ_２，…，Ｆ_ｎ、弾性係数ｋ_１，ｋ_２，…，ｋ_ｎおよび変位ｘについては詳細な説明を省略する。

　かかる第８の変形例の場合、反力Ｆ_１，Ｆ_２，…，Ｆ_ｎと推力Ｆとの関係は、式（７）「Ｆ_１＋Ｆ_２＋Ｆ_３＋Ｆ_４＋…＋Ｆ_ｎ＝－Ｆ」であらわされる。かかる式（７）に基づき、図２Ｂで説明したのと同様に、推力Ｆについての式を導くと、以下の式（８）を得ることができる。

　そして、力センサ３０の検出結果からかかる式（８）により、第８の変形例の場合の推力Ｆを求めることができる。なお、このように求められる推力Ｆは、振動を許容可能に弾性支持され、かつ、多点支持された固定子１１ｂに取り付けられた力センサ３０の検出結果に基づくものであるので、リニアモータ１０が長距離化された場合であっても、精度のよい値を得ることができる。

　したがって、第８の変形例によれば、リニアモータ１０が長距離化された場合であっても、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　上述してきたように、第１の実施形態に係るリニアモータシステムは、リニアモータと、制御装置と、支持機構と、検出部とを備える。上記制御装置は、上記リニアモータへ供給する電流を制御する。上記支持機構は、上記リニアモータの電機子を支持する。上記検出部は、上記電機子へ生じる振動を検出する。

　また、上記制御装置は、演算部と、推定部とを有する。上記演算部は、上記検出部の検出結果に基づいて上記リニアモータの可動子に作用する力を演算する。上記推定部は、上記演算部の演算結果に基づいて上記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定する。また、上記支持機構は、上記電機子のうちの固定子を弾性支持する。

　したがって、第１の実施形態に係るリニアモータシステムによれば、低コストで高精度な位置決めを行うことができる。

　ところで、上述した第１の実施形態では、固定子に力センサを取り付けつつかかる固定子を弾性支持することとしたが、かかる構成を可動子側に適用することとしてもよい。かかる場合を第２の実施形態として、以下図４Ａ～図４Ｃを用いて説明する。

（第２の実施形態）
　図４Ａは、第２の実施形態に係るリニアモータシステム１’の支持機構２０’による第１の支持形態を示す模式図である。図４Ｂは、同支持機構２０’による第２の支持形態を示す模式図である。図４Ｃは、同支持機構２０’による第３の支持形態を示す模式図である。なお、かかる第２の実施形態に係る説明は、主に第１の実施形態と異なる部分について説明することとし、重複する構成要素等の詳細な説明は省略する。

　図４Ａに示すように、本実施形態に係る支持機構２０’は、固定子１１ｂではなく、可動子１１ａの方を、振動を許容可能に支持する点が第１の実施形態の場合とは異なる。

　具体的には、たとえば図４Ａに示すように、支持機構２０’は、可動子１１ａとスライド部２６との間に力センサ３０および弾性体２４を介在させつつ、可動子１１ａおよびスライド部２６を接続することによって、可動子１１ａを弾性支持する。

　これにより、可動子１１ａへ生じる振動を許容可能にした状態で可動子１１ａを支持し、主にせん断方向（図４Ａの矢印４０１参照）の力を力センサ３０に検出させることができる。したがって、位置検出用の高周波振動を精度よく検出することができる。

　また、図４Ｂに示すように、支持機構２０’は、可動子１１ａを弾性体２４－１および２４－２のみによって弾性支持するとともに、かかる可動子１１ａへ力センサ３０に代えて加速度センサ５０を取り付けるようにしてもよい。

　かかる場合、加速度センサ５０によって検出された可動子１１ａの加速度ａについては、たとえば運動方程式「Ｆ＝ｍａ」（ｍは質量）によって推力Ｆへ換算し、推定部４１ｂ（図１Ｂ参照）へ出力すればよい。

　また、図４Ｃに示すように、支持機構２０’は、可動子１１ａａと可動子１１ａｂとを、力センサ３０を介在させつつ接続して支持することとしてもよい。なお、図４Ｃの「Ｍ」および「Ｎ」は、可動子１１ａａおよび可動子１１ａｂそれぞれの推力比を示している。

　かかる場合、具体的には、図４Ｃに示すように、可動子１１ａａのみが、スライド部２６に接続されてスライド部２６に支持される。一方、可動子１１ａｂは、力センサ３０を介在させつつ可動子１１ａａへ接続される。

　これにより、支持機構２０’は、可動子１１ａｂのみを振動を許容しつつ支持することとなる。なお、かかる場合の推力Ｆは、上記の推力比を利用して、式（９）「Ｆ＝（Ｎ＋Ｍ）／Ｎ×Ｆ_１」にて求めることができる。

　上述してきたように、第２の実施形態に係るリニアモータシステムは、リニアモータと、制御装置と、支持機構と、検出部とを備える。上記制御装置は、上記リニアモータへ供給する電流を制御する。上記支持機構は、上記リニアモータの電機子を支持する。上記検出部は、上記電機子へ生じる振動を検出する。

　また、上記制御装置は、演算部と、推定部とを有する。上記演算部は、上記検出部の検出結果に基づいて上記リニアモータの可動子に作用する力を演算する。上記推定部は、上記演算部の演算結果に基づいて上記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定する。また、上記支持機構は、上記電機子のうちの可動子を弾性支持する。

　したがって、第２の実施形態に係るリニアモータシステムによれば、低コストで高精度な位置決めを行うことができる。

　なお、上述した各実施形態では、検出部が力センサであることとしたが、力センサの例としては、弾性を利用するもの、磁歪効果や圧電効果などを利用するもの、流体圧を利用するもの等、いずれを適用してもよい。

　また、上述した各実施形態に係るリニアモータシステムは、たとえばロボットの昇降機構や走行機構など、あらゆる装置の直動機構に適用可能である。

　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

　　　１、１’　リニアモータシステム
　　１０　　リニアモータ
　　１１　　電機子
　　１１ａ、１１ａａ、１１ａｂ　可動子
　　１１ｂ　固定子
　　２０、２０’　支持機構
　　２１　　ベース部
　　２２　　第１支持部
　　２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ　第２支持部
　　２３ａ　軸受部
　　２４　　弾性体
　　２５　　軌道部
　　２６　　スライド部
　　２７　　第３支持部
　　２７ａ　軸受部
　　３０　　力センサ
　　４０　　制御装置
　　４１　　制御部
　　４１ａ　演算部
　　４１ｂ　推定部
　　４１ｃ　位置／速度制御部
　　４１ｄ　電流制御部
　　４１ｅ　ＰＷＭ信号生成部
　　４２　　電力変換部
　　５０　　加速度センサ
　　Ｃ　　　切り欠き
　　Ｆ　　　推力
　　Ｆ_１、Ｆ_２、…、Ｆ_ｎ　反力
　　ｋ_１、ｋ_２、…、ｋ_ｎ　弾性係数

Claims

　リニアモータと、
　前記リニアモータへ供給する電流を制御する制御装置と、
　前記リニアモータの電機子を支持する支持機構と、
　前記電機子へ生じる振動を検出する検出部と
　を備え、
　前記制御装置は、
　前記検出部の検出結果に基づいて前記電機子のうちの可動子に作用する力を演算する演算部と、
　前記演算部の演算結果に基づいて前記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定する推定部と
　を有することを特徴とするリニアモータシステム。
　前記支持機構は、
　前記電機子のうちの固定子または前記可動子のいずれかを弾性支持すること
　を特徴とする請求項１に記載のリニアモータシステム。
　前記検出部は、力センサを有し、
　前記支持機構は、
　前記固定子または前記可動子に前記力センサを取り付けることによって前記固定子または前記可動子を弾性支持すること
　を特徴とする請求項２に記載のリニアモータシステム。
　前記支持機構は、
　前記固定子の一端を支持する第１の支持部材と、前記固定子の他端を支持する第２の支持部材とを有し、
　前記力センサは、
　前記第１の支持部材と前記固定子の一端との間に配置されること
　を特徴とする請求項３に記載のリニアモータシステム。
　前記支持機構は、弾性体を有し、
　前記弾性体は、
　前記第２の支持部材と前記固定子の他端との間に配置されること
　を特徴とする請求項４に記載のリニアモータシステム。
　前記支持機構は、
　前記固定子をラジアル方向において規制する軸受部材を有し、
　前記軸受部材は、
　前記第２の支持部材に取り付けられ、
　前記第２の支持部材は、
　前記軸受部材を介して前記固定子の他端をスラスト方向に移動可能に支持すること
　を特徴とする請求項４に記載のリニアモータシステム。
　前記軸受部材は、
　前記力センサの近傍に取り付けられ、前記固定子における前記力センサの近傍をラジアル方向において規制すること
　を特徴とする請求項６に記載のリニアモータシステム。
　前記弾性体は、複数個設けられ、前記固定子をスラスト方向沿いに多点支持するように配置されること
　を特徴とする請求項５に記載のリニアモータシステム。
　前記支持機構は、
　前記可動子の可動方向沿いに設けられる軌道部材と、
　前記軌道部材に沿ってスライド可能に設けられ、前記可動子へ接続されるスライド部材と、
　弾性体とを有し、
　前記スライド部材は、
　前記可動子との間に前記力センサおよび前記弾性体を介在させつつ前記可動子へ接続されること
　を特徴とする請求項３に記載のリニアモータシステム。
　前記力センサは、２個設けられ、
　前記第１の支持部材と前記固定子の一端との間と、前記第２の支持部材と前記固定子の他端との間にそれぞれ配置されること
　を特徴とする請求項４に記載のリニアモータシステム。
　前記制御装置は、
　前記検出部によって検出された力から推定した前記可動子の位置および速度の少なくといずれかを用いて、前記リニアモータの位置制御および速度制御を行うこと
　を特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載のリニアモータシステム。
　前記制御装置は、
　前記電流へ高周波電流成分を重畳して前記電流を前記リニアモータへ供給し、
　前記検出部は、
　前記高周波電流成分によって生じる微小な前記振動を検出し、
　前記推定部は、
　前記検出部の検出結果から前記演算部によって演算される前記可動子の推力に基づいて前記可動子の位置および速度の少なくともいずれかを推定すること
　を特徴とする請求項１１に記載のリニアモータシステム。