DE112010003861T5

DE112010003861T5 - Linearmotor-Antriebssystem und Linearmotor-Steuerverfahren

Info

Publication number: DE112010003861T5
Application number: DE112010003861T
Authority: DE
Inventors: Yuki Nomura
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2013-01-31
Also published as: JP5421709B2; CN102549912A; CN102549912B; US20120187873A1; US8653766B2; WO2011040216A1; JP2011078196A

Abstract

In einem Linearmotor (1), in dem eine Mehrzahl von Statoren (10A, 10B, 10C) auf verteilte Weise angeordnet ist, wird eine Position des bewegbaren Elements (20) gesteuert, wobei eine unnötige Geschwindigkeitsänderung des bewegbaren Elements (20) verhindert wird und gleichzeitig ein reibungsloser Antrieb durchgeführt wird. Eine Antriebsvorrichtung (40) berechnet eine Abweichung zwischen einem Positionsbefehl aus einer Steuereinrichtung (41) und einer durch einen Positionssensor (30) eines korrespondierenden Stators (10A, 10B, 10C) detektierten Position, eine Positionssteuerung wird mittels Berechnens des Geschwindigkeitsbefehls durchgeführt, der für die Geschwindigkeitssteuerung des bewegbaren Elements (20) zu verwenden ist, auf der Grundlage der Abweichung und eines Positionsverstärkungsfaktors, eine Abweichung wird zu einem Zeitpunkt berechnet, zu dem das bewegbare Element (20) in einen Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) eintritt, in dem zumindest ein Teil des Magnetabschnitts (22) der Spule (11) des Stators (10A, 10B, 10C) innerhalb eines Bereichs gegenüberliegt, dessen Position durch den Positionssensor (30) des korrespondierenden Stators (10A, 10B, 10C) detektiert wird, und die Position des bewegbaren Elements (20) wird aus der Abweichung von dem Positionsbefehl und dem Positionsbefehl berechnet, und die durch den Positionssensor (30) detektierte Position wird korrigiert, wobei die berechnete Position die Position des bewegbaren Elements (20) zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das bewegbare Element (20) in den Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) eintritt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor, der zum Antreiben eines Untergestells oder dergleichen einer Fördereinrichtung verwendet wird, und insbesondere ein Antriebssystem für einen Linearmotor, bei dem Statoren verteilt angeordnet sind, und sie betrifft darüber hinaus ein Steuerverfahren für den Linearmotor.
HINTERGRUNDTECHNIK
Im Allgemeinen hat ein Linearmotor, der für die Beförderung von Teilen oder Erzeugnissen verwendet wird, eine Struktur, bei der sich ein bewegbares Element auf einem Stator bewegt. Bei einer Struktur jedoch, die einen langen Förderweg hat, besteht ein Mangel dahingehend, dass die Anlagenkosten erhöht sind, was von Nachteil ist, und um einen derartigen Mangel zu beseitigen, wurde ein Verfahren zum Anordnen einer Mehrzahl von Statoren auf verteilte oder getrennte Weise vorgeschlagen. Für eine derartige verteilte Stator-Anordnung (unterbrochene Anordnung) offenbart zum Beispiel das Patentdokument 1 ein Linearmotor-Geschwindigkeitsänderungs-Verringerungsverfahren, ohne selbst beim Einsatz eines Boden-Hauptseiten-verteilten Anordnungssystems, welches in der Art einer offenen Schleife betrieben wird, eine ungleichmäßige Geschwindigkeit zu bewirken, indem ein Verhältnis zwischen einer Position eines Nebenseiten-Untergestells und einer Beschleunigung beachtet wird.
Stand-der-Technik-Dokument
Patentdokument

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer 2004-80881

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Im Übrigen ist es bei auf verteilte Art und Weise getrennt angeordneten Statoren erforderlich, eine Position des bewegbaren Elements unter Berücksichtigung des gegenseitigen Verhältnisses zwischen einer Mehrzahl von Statoren und einer Mehrzahl von bewegbaren Elementen zu steuern, anders als bei einer Struktur, bei der ein (einziges) bewegbares Element auf einem (einzigen) Stator gesteuert wird.
Bei der durch das Patentdokument 1 offenbarten Technologie jedoch wird das bewegbare Element in einem Bereich, in dem das bewegbare Element dem Stator gegenüberliegt, beschleunigt oder abgebremst, und auf der anderes Seite wird das bewegbare Element durch eine Trägheitskraft in einem Bereich, in dem das bewegbare Element dem Stator nicht gegenüberliegt, vorwärtsbewegt oder angetrieben. Das bedeutet, dass bei einer derartigen herkömmlichen Technologie das bewegbare Element nicht immer gesteuert wird und die Position des bewegbaren Elements, das sich nun bewegt, nicht rückgeführt wird, um gesteuert zu werden. Darüber hinaus wird das bewegbare Element in dem Bereich, in dem das bewegbare Element dem Stator gegenüberliegt, wieder beschleunigt und dann abgebremst, was zu Änderungen der Geschwindigkeit führt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben genannten Umstände entwickelt, und ein Ziel davon ist es, ein Antriebssystem für einen Linearmotor und ein Verfahren zum Steuern eines Linearmotors bereitzustellen, bei dem Statoren verteilt oder getrennt angeordnet sind, um eine unnötige Geschwindigkeitsänderung des bewegbaren Elements zu verhindern, um dadurch die Position des bewegbaren Elements reibungslos zu steuern.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um das obige Ziel zu erreichen, ist die in Anspruch 1 vorgetragene Erfindung ein Antriebssystem für einen Linearmotor, aufweisend:
einen Linearmotor, aufweisend ein bewegbares Element und eine Mehrzahl von Statoren, wobei das bewegbare Element mit einem Magnetabschnitt und einem Skalenabschnitt versehen ist, wobei der Magnetabschnitt eine Mehrzahl von Magneten aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Statoren jeweils eine Spule und einen Positionssensor aufweist, um aus dem Skalenabschnitt eine Position des bewegbaren Elements in einer Bewegungsrichtung zu detektieren, entlang der die Magneten nebeneinander angeordnet sind, wobei sich das bewegbare Element in der Bewegungsrichtung bewegt, und
eine Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen, von denen jede einen elektrischen Strom steuert, der die Spule des korrespondierenden Stators durchströmt,
wobei die mehreren Statoren in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements angeordnet sind, wobei ein Abstand zwischen den Spulen der benachbarten Statoren kleiner als eine Länge des Magnetabschnitts in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements ist und ein Abstand zwischen den Positionssensoren der benachbarten Statoren kleiner als eine Länge des Skalenabschnitts ist, und
wobei jede der Antriebsvorrichtungen aufweist: eine Positionssteuereinrichtung, zum Durchführen einer Positionssteuerung durch Berechnen einer Abweichung zwischen einem Positionsbefehlswert aus einer Steuereinrichtung und einer Position, die von dem Positionssensor des korrespondierenden Stators detektiert wird, und durch anschließendes Berechnen eines für die Geschwindigkeitssteuerung des bewegbaren Elements zu verwendenden Geschwindigkeitsbefehls auf der Grundlage der Abweichung und eines Positionsverstärkungsfaktors, und eine Rückberechnungseinheit zum Rückberechnen der Abweichung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements als einem Geschwindigkeitsbefehl, und dann zum Rückberechnen der Position des bewegbaren Elements aus der Abweichung und dem Positionsbefehl, wenn das bewegbare Element einen Steuerbereich betritt, in dem mindestens einer der Magneten des Magnetabschnitts der Spule des Stators in einem Bereich gegenüberliegt, von dem eine Position durch den Positionssensor des korrespondierenden Stators detektiert wird, wobei die Positionssteuervorrichtung die Positionssteuerung durch Korrigieren der Position durchführt, die von dem Positionssensor detektiert wird, wobei die Position, die von der Rückberechnungseinheit berechnet wird, eine Position des bewegbaren Elements zu einem Zeitpunkt ist, wenn das bewegbare Element den Steuerbereich betritt.
Die in Anspruch 5 beanspruchte Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Linearmotors, der aufweist: ein bewegbares Element, das mit einem Magnetabschnitt und einem Skalenabschnitt versehen ist, wobei der Magnetabschnitt eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Magneten aufweist, und eine Mehrzahl von Statoren, die jeweils eine Spule und einen Positionssensor aufweisen, zum Detektieren einer Position des bewegbaren Elements in einer Bewegungsrichtung, entlang welcher die Magneten nebeneinander angeordnet sind, wobei sich das bewegbare Element in der Bewegungsrichtung bewegt,
wobei:
die mehreren Statoren in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements angeordnet sind,
ein Abstand zwischen den Spulen der benachbarten Statoren kleiner als eine Länge des Magnetabschnitts in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements ist,
ein Abstand zwischen den Positionssensoren der benachbarten Statoren kleiner als eine Länge des Skalenabschnitts ist,
eine Abweichung rückberechnet wird durch Multiplizieren eines Positionsverstärkungsfaktors mit der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements zu einem Zeitpunkt, wenn das bewegbare Element einen Steuerbereich betritt, in dem mindestens einer der Magneten des Magnetabschnitts der Spule des Stators in einem Bereich gegenüberliegt, dessen Position durch den Positionssensor des Stators detektiert wird,
die Position des bewegbaren Elements rückberechnet wird durch Subtrahieren der Abweichung von dem Positionsbefehl aus einer Steuereinrichtung, und
die Rückführregelung der Position des bewegbaren Elements durchgeführt wird durch Korrigieren der von dem Positionssensor detektierten Position, wobei die rückberechnete Position die Position des bewegbaren Elements zu einem Zeitpunkt ist, wenn das bewegbare Element den Steuerbereich betritt.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wenn sich das bewegbare Element auf eine Weise bewegt, dass es eine Mehrzahl von Statoren überspannt, wird es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, zu verhindern, dass die Geschwindigkeit des bewegbaren Elements unnötig variiert, und eine Positionssteuerung des bewegbaren Elements durchzuführen, wobei das bewegbare Element reibungslos angetrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, aus dem ein Beispiel für eine schematische Struktur eines Antriebssystems eines Verteilte-Anordnung-Linearmotors gemäß einer Ausführungsform ersichtlich ist,
2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels in einem Strukturdiagramm eines Stators und eines bewegbaren Elements des Verteilte-Anordnung-Linearmotors aus 1,
3 eine Draufsicht, aus der ein Beispiel ersichtlich ist, das eine verteilte Anordnung der Statoren der 1 darstellt,
4 eine Seitenansicht als ein Strukturdiagramm, die ein Verhältnis zwischen dem Stator und dem bewegbaren Element aus 1 darstellt,
5 ein Blockdiagramm, aus dem ein Beispiel für eine Struktur einer Motorantriebsvorrichtung aus 1 ersichtlich ist,
6 eine Ansicht, aus der ein Magnetsensor ersichtlich ist, der einen Doppelsatz einer Vollbrückenstruktur aufweist, der einen aus 1 ersichtlichen Positionsdetektor darstellt (in 5 ist (A) eine Draufsicht, aus der eine Form eines dünnen ferromagnetischen Metalls des Magnetsensors ersichtlich ist, und (B) eine Ansicht, aus der ein äquivalenter Schaltkreis ersichtlich ist),
7 einen Graphen, aus dem ein Sinuswellensignal und ein Cosinuswellensignal ersichtlich ist, die von dem Magnetsensor aus 6 erzeugt werden,
8 ein Musterdiagramm, aus dem ein Beispiel ersichtlich ist, in dem sich das bewegbare Element auf eine Weise bewegt, dass die Statoren überspannt sind, und
9 ein Ablaufdiagramm, aus dem ein Ablaufbeispiel für eine Steuerung der Motorantriebsvorrichtung aus 5 ersichtlich ist.
ARTEN ZUM AUSFAHREN DER ERFINDUNG
Eine beste Art zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen erläutert.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine schematische Struktur und Funktion eines Antriebssystems eines Verteilte-Anordnung-Linearmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert, bei dem eine Mehrzahl von Statoren verteilt angeordnet ist.
1 bis 4 sind schematische Ansichten, aus denen ein Antriebssystem eines Verteilte-Anordnung-Linearmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform ersichtlich ist. 5 ist ein Blockdiagramm, in dem ein Beispiel einer Struktur der Motorantriebsvorrichtung der 1 gezeigt ist. Ferner wird angemerkt, dass in der folgenden Offenbarung der Begriff „Verteilte-Anordnung-Linearmotor” einen Linearmotor darstellt, bei dem eine Mehrzahl von Statoren verteilt angeordnet ist.
Wie aus 1 ersichtlich, weist das Antriebssystem des Verteilte-Anordnung-Linearmotors auf: einen Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 zum Befördern von Teilen oder Werkstücken, eine Mehrzahl von Motorantrieben (Motorantriebsvorrichtungen) 40 (40A, 40B, 40C) zum Steuern des Verteilte-Anordnung-Linearmotors 1, und eine übergeordnete (höhere-Ebene) Steuervorrichtung 50 zum Steuern der mehreren Motorantriebe 40 (40A, 40B, 40C).
Der Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 weist eine Mehrzahl von Statoren 10 (10A, 10B, 10C) auf. Der Verteilte-Anordnung-Linearmotor weist ferner ein bewegbares Element 20 auf, das bezüglich der Statoren 10 durch Magnetkraft dazwischen relativ bewegbar ist. Darüber hinaus weist der Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 auch eine Mehrzahl von Positionsdetektoren (Positionsdetektionsvorrichtungen) 30 auf, die an den jeweiligen Statoren 10A, 10B, 10C montiert sind. Die jeweiligen Positionsdetektoren 30 detektieren die Positionen des bewegbaren Elements 20 bezüglich der Statoren, Darüber hinaus weist der Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 Positionsinformationsschalter (Schaltvorrichtungen) 35 auf, die für die jeweiligen Statoren 10A, 10B, 10C vorgesehen sind. Die jeweiligen Positionsinformationsschalter 35 wirken, um Signale aus den mehreren Positionsdetektoren 30 der angeordneten Statoren zu schalten, und in dem Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 sind die Statoren 10A, 10B, 10C in vorbestimmten Abständen in der Bewegbares-Element-Förderrichtung getrennt verteilt angeordnet. Darüber hinaus wird angemerkt, dass der Verteilte-Anordnung-Linearmotor 1 ein Beispiel für einen Linearmotor des flachen Typs ist.
Die übergeordnete Steuereinrichtung 50 und die jeweiligen Motorantriebe 40A, 40B, 40C sind mittels Steuerleitungen 51 miteinander verbunden. Die Motorantriebe 40A, 40B, 40C und die Positionsinformationsschalter 35, die jeweils mit den Motorantrieben 40 korrespondieren, sind mittels eines Codiererkabels 52 miteinander verbunden. Die Positionsinformationsschalter 35 und die Positionsdetektoren 30, die für den korrespondierenden gleichen Stator 10A, 10B oder 10C vorgesehen sind, sind ebenfalls mittels des Codiererkabels 52 miteinander verbunden. Die Motorantriebe 40A, 40B und 40C und die Statoren 10A, 10B, 10C sind entsprechend bezüglich einander mittels Stromkabeln 53 miteinander verbunden.
Darüber hinaus wird das bewegbare Element 20 von einer nicht gezeigten Führungsvorrichtung entlang einer vorbestimmten Spur geführt, und ein Abstand zwischen dem bewegbaren Element 20 und jedem Stator 10 wird aufrechterhalten.
Wie aus 2 und 4 ersichtlich, wird jeder der Statoren 10 mit einem Dreiphasenstrom gespeist und weist eine Spule 11, die magnetisch auf das bewegbare Element 20 wirkt, und einen hervorstehenden Pol 12 auf, um den die Spule 11 aufgewickelt ist. Die Spule 11 weist drei Arten von Spulen auf: eine U-Phasenspule 11a, eine V-Phasenspule 11b und eine W-Phasenspule 11c. Der hervorstehende Pol 12 weist drei Arten von hervorstehenden Polen 12 auf, nämlich einen Pol 12a für die U-Phase, einen Pol 12b für die V-Phase und einen Pol 12c für die W-Phase, wobei diese jeweils mit den Spulen 11a, 11b und 11c korrespondieren. Die Spulen 11a, 11b und 11c und die hervorstehenden Pole 12a, 12b, 12c bilden eine periodische Struktur, in der die Spulen und Pole periodisch in einer Richtung der Relativbewegung zwischen den Statoren 10 und dem bewegbaren Element 20 in der Reihenfolge U-Phase, V-Phase und W-Phase angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Spulen 11 und die Pole 12 die periodische Struktur der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase in der Längsrichtung der Statoren 10 (der Richtung der Relativbewegung) als ein Beispiel für eine Bewegungsrichtung bilden.
Darüber hinaus ist der Kernabschnitt des Elektromagneten des Stators 10, der den hervorstehenden Pol 12 aufweist, aus einem Magnetmaterial gebildet, das einen geringeren magnetischen Hystereseverlust aufweist, wie zum Beispiel Silikonstahl, und, wie aus 2 ersichtlich, bildet der Kernabschnitt den hervorstehenden Pol 12 aus, der sich in der Breitenrichtung des Stators 10 erstreckt, um auf einer Seite gegenüber dem bewegbaren Element 20 hervorzustehen, wobei derartige hervorstehende Pole 12 nebeneinander in der Längsrichtung des Stators 10 kammförmig angeordnet sind.
Ferner ist das bewegbare Element 20, wie aus 2 ersichtlich, mit einem Tisch 21 versehen, auf dem Teile oder Werkstücke aufliegen, und ein Magnet 22 zum Antreiben (Antriebsmagnet 22) ist an der Unterseite des Tisches 21 montiert, wobei das bewegbare Element 20 so als ein Träger für die Teile oder Werkstücke dient.
Die Magneten 22 zum Antreiben weisen jeweils auf: einen N-Pol-Magneten 22a, der einen N-Pol auf einer den Statoren 10 gegenüberliegenden Seite aufweist, und einen S-Pol-Magneten 22b, der einen S-Pol aufweist, und eine periodische Struktur, bei der die N-Pol-Magneten 22a als N-Pole und die S-Polmagneten 22b als S-Pole abwechselnd periodisch in der Richtung der Relativbewegung zwischen den Statoren 10 und dem bewegbaren Element 20 angeordnet sind. Das bedeutet, dass das bewegbare Element 20 die periodische Struktur N-Pol/S-Pol in der Richtung der Relativbewegung zwischen den Statoren 10 und dem bewegbaren Element 20 aufweist. Darüber hinaus ist der Magnet 22 zum Antreiben ein Beispiel für einen Magnetabschnitt oder Skalenabschnitt.
Das bewegbare Magnetfeld wird gemäß der Richtung und/oder Stärke des Dreiphasenwechselstroms erzeugt, der durch jede der Spulen 11a, 11b und 11c des Stators 10 hindurchläuft, und die hervorstehenden Pole 12a, 12b, 12c und der N-Polmagnet 22a und der S-Polmagnet 22b wirken magnetisch aufeinander, um so die Relativbewegung zwischen dem Stator 10 und dem bewegbaren Element 20 in der Längsrichtung des Stators 10 zu bewirken. Das bedeutet, dass der Stator 10 und das bewegbare Element 20 magnetisch aufeinander wirken und das bewegbare Element 20 die Relativbewegung in der Längsrichtung des Stators 10 durchführt.
Der Positionsdetektor 30 (30L, 30R) weist, wie aus 4 ersichtlich, auf: einen Magnetsensor 31 zum Detektieren von Magnetismus und einen Positionsdetektionsschaltkreis 32 zum Umwandeln eines Signals aus dem Magnetsensor 31 in ein Signal zum Spezifizieren einer Position und Detektieren dieser Position. Hier ist der Positionsdetektor 30 ein Beispiel für einen Positionssensor.
Die Positionsdetektoren 30 sind, wie aus 1 und 3 ersichtlich, außerhalb der hervorstehenden Pole 12 angeordnet, die an den beiden Längsenden der Statoren 10 angeordnet sind, und sind in der Breitenrichtung der Statoren 10 an zentralen Abschnitten angeordnet. Der Magnetsensor 31 ist angeordnet, um der Seite des Stators 10 zugewandt zu sein, die dem bewegbaren Element 20 gegenüberliegt. Darüber hinaus kann gewünscht sein, dass die Anordnungspositionen der Detektoren 30 mit Abständen in der Längsrichtung der Statoren 10 angeordnet sind, solange sie nicht durch die Spulen 11 beeinflusst sind. Wie aus 4 ersichtlich, ist darüber hinaus der Positionsdetektor 30R des Stators 10A außerhalb der Spule 11c am rechten Ende angeordnet und ist der Positionsdetektor 30L des Stators 10B außerhalb der Spule 11a am linken Ende angeordnet.
Der Magnetsensor 31 detektiert das Magnetfeld, das durch den Antriebsmagneten 22 erzeugt wird, der sich in der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Stator 10 und dem bewegbaren Element 20 erstreckt. Der Magnetsensor 31 detektiert eine Veränderung des Magnetfeldes durch die Relativbewegung zwischen dem Stator 10 und dem bewegbaren Element 20. Insbesondere ist der Magnetsensor 31 ein Sensor, der die Richtung des Magnetfeldes (Flussvektor) detektiert. In diesem Fall funktioniert der Antriebsmagnet 22 als ein Beispiel für einen Skalenabschnitt zum Detektieren der Position des bewegbaren Elements 20.
Wie aus 1 und 5 ersichtlich, erzeugt dann der Positionsinformationsschalter 35 durch Auswählen von einem von Eingangssignalen von einer Mehrzahl von Positionsdetektoren 30 eine Ausgabe an den Motorantrieb 40. Zum Beispiel gibt der Positionsinformationsschalter 35 ein Eingangssignal aus, das der letzte Eingang war. Darüber hinaus gibt der Positionsinformationsschalter 35 in einem Fall, in dem ein Eingangssignal nur ein Signal ist, dieses Signal so aus, wie es ist, und wenn kein Signal eingegeben wird, wird kein Ausgangssignal erzeugt.
Der Magnetsensor 31, der den Positionsdetektor 30 bildet, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen erläutert.
6 ist eine Ansicht, aus der ein Doppelsatz eines Magnetsensors einer Vollbrückenstruktur ersichtlich ist, der den Positionsdetektor der 1 bildet.
Der Magnetsensor 31 des Positionsdetektors 30 weist auf: ein Magnetwiderstandselement, das aus Si oder Glassubstrat gebildet ist, und einen auf dem Substrat ausgebildeten ferromagnetischen dünnen Metallfilm aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil aus ferromagnetischem Metall, zum Beispiel Ni, Fe oder dergleichen gebildet ist. Der Magnetsensor wird als AMR-Sensor (AMR, Anisotropic Magneto-Resistance [anisotroper Magnetwiderstand]) (anisotropes Magnetwiderstandselement) bezeichnet, da der Widerstandswert davon in einer bestimmten Feldrichtung variiert.
Wie aus 6 ersichtlich, ist der Magnetsensor des Positionsdetektors 30 auf einem Substrat ausgebildet, so dass Elemente von Doppelsätzen einer Vollbrückenstruktur um 45 Grad zueinander geneigt sind, um der Bewegungsrichtung Rechnung zu tragen. Ausgangsleistungen VoutA und VoutB, die von den Doppelsätzen von Vollbrückenschaltkreisen erhalten werden, bilden eine Cosinuswelle und eine Sinuswelle, die eine Phasendifferenz von 90 Grad zueinander aufweisen, wie aus 7 ersichtlich. Da die Magneten 22a und 22b in der Richtung der Relativbewegung abwechselnd angeordnet sind, bildet die Ausgabe des Positionsdetektors 30 die Cosinus- und Sinuswellen. Wie bereits erwähnt, gibt der Positionsdetektor 30 die Richtungsänderung des Magnetfeldes aus, das auf der Grundlage der periodischen Struktur des Antriebsmagneten 22 periodisch durch die Relativbewegung erzeugt wird, um das bewegbare Element 20 als Sinuswellensignal und Cosinuswellensignal mit einer Phasendifferenz von 90 Grad anzutreiben.
Das Ausgangssignal aus dem Magnetsensor wird in den Positionsdetektionsschaltkreis 32 gespeist, in dem das Ausgangssignal in Phasenwinkeldaten umgewandelt wird, die durch das Addieren einer digital-ähnlichen Interpolationsverarbeitung zu dem Sinuswellensignal und dem Cosinuswellensignal, die eine Phasendifferenz von 90 Grad haben, eine höhere Auflösung aufweisen.
Dann erzeugt der Positionsdetektor 32 aus diesen Phasenwinkeldaten ein A-Phasen-Codierer-Impulssignal (entsprechend dem Sinuswellensignal) und ein B-Phasen-Codierer-Impulssignal (entsprechend dem Cosinuswellensignal), und erzeugt einmal pro periodischem Zyklus ein Z-Phasen-Impulssignal. Die Positionssignale des A-Phasen-Codierer-Impulssignals, des B-Phasen-Codierer-Impulssignals und des Z-Phasen-Impulssignals werden in den Positionsinformationsschalter 35 eingegeben. Wie aus 5 ersichtlich, steuert der Motorantrieb 40 den Leistungswandler 42 in Antwort auf die Positionssignale von dem A-Phasen-Codierer-Impulssignal, dem B-Phasen-Codierer-Impulssignal und dem Z-Phasen-Impulssignal.
Nachfolgend werden Anordnungsverhältnisse zwischen den Statoren 10A, 10B und 10C und zwischen den Statoren 10A, 10B und 10C und dem bewegbaren Element 20 unter Bezugnahme auf 3 und 4 ausführlich erläutert.
Die Statoren 10A, 10B und 10C sind in einem bestimmten Abstand voneinander (Statorabstand) angeordnet, und zwar in der Reihenfolge von der linken Seite in der Figur aus in Längsrichtung der Statoren 10. Ein Abstand Dc zwischen den Spulen der benachbarten Statoren 10A und 10B (Abstand zwischen den benachbarten Statorspulen) wird als ein Beispiel für den Statorabstand genannt.
Der benachbarte Statorspulenabstand Dc ist zum Beispiel ein Abstand zwischen dem rechten Ende der Spule 11c des Stators am rechten Ende und dem linken Ende der Spule 11a des Stators 11B am linken Ende.
Als ein weiteres Beispiel für den Statorspulenabstand wird darüber hinaus ein Abstand Ds1 zwischen den Positionsdetektoren 30 der benachbarten Statoren 10A und 10B (benachbarter-Stator-Sensorabstand) genannt. Dieser Abstand Ds1 zwischen den Positionsdetektoren 30 ist zum Beispiel ein Abstand zwischen dem Magnetsensor 31 des Positionsdetektors 30R des Stators 10A und dem Magnetsensor 31 des Positionsdetektors 30L des Stators 10B. Das bedeutet, dass der benachbarter-Stator-Sensorabstand Ds1 ein Abstand zwischen dem Magnetsensor 31 des Positionsdetektors 30 näher bei dem Stator 10B von den Positionsdetektoren 30 des Stators 10A und dem Magnetsensor 31 des Positionsdetektors 30 näher bei dem Stator 10A von den Positionsdetektoren 30 des Stators 10B ist.
Darüber hinaus ist der Abstand Dc zwischen den benachbarten Statorspulen kleiner als eine Länge Lmv des Antriebsmagneten 22. Die Länge Lmv des Antriebsmagneten 22 ist zum Beispiel, wie aus 4 ersichtlich, eine Länge zwischen dem linken Ende des S-Polmagneten 22b auf der linken Endseite des bewegbaren Elements 20 in 4 und dem rechten Ende des N-Polmagneten 22a auf der rechten Endseite davon. In dem Fall, in dem der Abstand Dc zwischen den benachbarten Statorspulen kleiner als die Länge Lmv des Antriebsmagneten 22 ist, hat zumindest ein Abschnitt des Antriebsmagneten 22 des bewegbaren Elements 20 einen Zustand, in dem er immer mindestens einer der Spulen 11 der Statoren 10A und 10B gegenüberliegt. Das bedeutet, dass das bewegbare Element 20 in einem Zustand ist, in dem es in der Lage ist, Schubkraft von mindestens einem von den Statoren 10A und 10B zu erhalten. Dieser Zustand trifft in einem Verhältnis zwischen den Statoren 10B und 10C zu.
Darüber hinaus ist der benachbarter-Stator-Sensorabstand Ds1 kleiner als die Länge Lmv des Antriebsmagneten 22. Ferner ist der Abstand Ds2 zwischen dem Positionsdetektor 30L (nicht dargestellt) des Stators 10A und dem Positionsdetektor 30R des Magnetsensors 31 auch derart bestimmt, dass er kleiner als die Länge Lmv des Antriebsmagneten 22 ist. Diese Ausgestaltung gilt gleichermaßen für die Statoren 10B und 10C. In dem Zustand, in dem die Abstände Ds1 und Ds2 die obigen Bedingungen erfüllen, nimmt der Antriebsmagnet 22 für das bewegbare Element 20 einen Zustand an, in dem er in der Lage ist, den Magnetismus immer durch den Magnetsensor 31 von einem der Positionsdetektoren 30 zu detektieren.
Darüber hinaus ist die Spule 11 des Stators 10 (10A, 10B, 10C) zwischen den Positionsdetektoren 30L und 30R angeordnet. In einem Zustand, in dem zumindest ein Teil des Antriebsmagneten 22 des bewegbaren Elements 20 der Spule 11 des Stators 10 zugewandt ist, ist dementsprechend mindestens einer der Positionsdetektoren 30L und 30R in einem Zustand des Erzeugens des Positionssignals, das heißt in einem Zustand; der geeignet ist, die Position des bewegbaren Elements 20 zu detektieren. Ein Zustand, in dem Schubkraft von dem Stator 10 an das bewegbare Element 20 verliehen wird, ist ein Zustand, der geeignet ist, die Position des bewegbaren Elements 20 zu detektieren, d. h. ein Zustand, der geeignet ist, die Position des bewegbaren Elements 20 zu steuern. Als ein Beispiel für den steuerbaren Bereich wird ein Bereich, in dem die Position des bewegbaren Elements 20 gesteuert wird, als Steuerbereich CA (CAA, CAB, CAC) des Stators 10 (10A, 10B, 10C) bezeichnet. Wie aus 3 ersichtlich, ist der Steuerbereich CAA ein Bereich von dem linken Ende der Spule 11a der linken Endseite des Stators 10A zu dem rechten Ende der Spule 11c der rechten Endseite davon in der Relativbewegungsrichtung des bewegbaren Elements 20 (d. h. ein Bereich, der der Länge der Spule 11 des Stators 10A in der Längsrichtung entspricht). Ähnlicherweise weisen die Statoren 10B und 10C ebenfalls den Steuerbereich CAB bzw. CAC auf.
Wie aus 4 ersichtlich, ist darüber hinaus der Positionsdetektor 30L in einer Position angeordnet, die um einen Abstand von der Spule 11 des Stators 10B entfernt ist, der mit dem Abstand D1 korrespondiert. Auf der anderen Seite ist der Positionsdetektor 30R in einer Position angeordnet, die von der Spule 11 des Stators 10A um einen Abstand entfernt ist, der mit dem Abstand Dr korrespondiert. Der Abschnitt zwischen diesen Abständen ist ein Abschnitt, der in der Lage ist, die Position des bewegbaren Elements 20 zu detektieren, ist jedoch ein Abschnitt, der nicht steuerbar ist, da die Spule 11 dem Antriebsmagneten 22 des bewegbaren Elements 20 nicht gegenüberliegt.
Die übergeordnete Steuereinheit 50 weist eine CPU, einen RAM und einen ROM auf und gibt an die jeweiligen Motorantriebe 40A, 40B und 40C einen Positionsbefehl, der eine Zielposition des bewegbaren Elements 20 angibt, oder einen Geschwindigkeitsbefehl, der eine Zielgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 anzeigt, aus. Darüber hinaus wird angemerkt, dass die übergeordnete Steuereinrichtung 50 ein Beispiel für eine Steuervorrichtung ist.
Hier weist der Motorantrieb 40, wie aus 5 ersichtlich, auf: eine Steuereinrichtung 41 zum Steuern eines Stroms, der zu dem Stator 10 des Linearmotors strömen soll, einen Leistungswandler 42 zum Umwandeln einer Leistung aus einer Energiequelle 45 in Antwort auf Informationen aus einem Sensor oder dergleichen, und einen Stromfühler 43 zum Detektieren einer Leistung, die durch den Leistungswandler 42 zu dem Stator 10 strömen soll. Darüber hinaus ist der Motorantrieb 40 hier ein Beispiel für eine Antriebsvorrichtung.
Der Hauptgrund dafür, dass die Motorantriebe 40 für die jeweiligen Statoren 10 vorgesehen sind, liegt in der unabhängigen Steuerung der bewegbaren Elemente 20 in einem Fall, in dem eine Mehrzahl von bewegbaren Elementen 20 vorhanden ist. Das bedeutet, dass in einem Fall, in dem jedes der mehreren bewegbaren Elemente 20 an jedem der verschiedenen Statoren 10 platziert ist, jeder Motorantrieb den an jeden Stator 10 zuzuführenden Strom unabhängig steuern kann, so dass die Bewegungsrichtung, die Bewegungsgeschwindigkeit und so weiter von jedem der bewegbaren Elemente 20 unabhängig steuerbar sind.
Die Steuereinrichtung 41 weist auf: eine CPU, einen RAM, einen ROM, einen Flash-ROM und dergleichen, und ist mit dem Stromfühler 43, der übergeordneten Steuereinrichtung 50 über eine Steuerleitung 51, und dem Positionsinformationsschalter 35 über ein Codiererkabel 52 verbunden. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 41 hier ein Beispiel für Positionssteuermittel, Rückberechnungsmittel und Bewegungsgeschwindigkeits Berechnungsmittel.
Darüber hinaus steuert die Steuereinrichtung 41 den Leistungswandler 42, zum Beispiel einen PWM-Wandler (PWM: engl. Pulse Width Modulation, Pulsweitenmodulation), und steuert schließlich den der Spule 11 des Stators 10 zuzuführenden Strom.
Insbesondere führt die Steuereinrichtung 41 eine Rückführregelung (Positionssteuerung) der Position des bewegbaren Elements 20 als ein Beispiel für die Positionssteuermittel durch. Bei einer derartigen Positionssteuerung berechnet die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 aus der Impulszahl des durch das Codiererkabel 52 eingegebenen Positionssignals. Dann berechnet die Steuereinrichtung 41 eine Positions-(Orts-)-Abweichung durch Berechnen der Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und der aktuellen Position. Darüber hinaus multipliziert die Steuereinrichtung 41 einen Positionsverstärkungsfaktor als einen proportionalen Gewinn, der zuvor festgesetzt wird, um dadurch den Geschwindigkeitsbefehlswert zu berechnen. Darüber hinaus differenziert die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Position bezüglich der Zeit und berechnet die aktuelle Geschwindigkeit des bewegbaren Elements 20. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 41 einen Drehmomentbefehlswert beispielsweise mittels einer PID-Steuerung auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswertes und der aktuellen Geschwindigkeit. Die Steuereinrichtung 41 steuert ferner den Leistungswandler 42, um dem Drehmomentbefehlswert entsprechend Strom an die Spule 11 zuzuführen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 8 ein Steuermodus in einem Fall beschrieben, in dem sich das bewegbare Element 20 in einem Zustand bewegt, in dem es den Raum zwischen dem Stator 10A und dem Stator 10B überspannt. Ferner wird angemerkt, dass die aus 8 ersichtlichen Zustände den Fall darstellen, in dem der Abstand Ds2 zwischen den Sensoren desselben Stators ungefähr gleich der Länge Lmv des bewegbaren Elements 20 ist.
In einem aus 8(A) ersichtlichen Zustand ist das bewegbare Element 20 in dem Steuerbereich CAA des Stators 10A angeordnet und ist der Antriebsmagnet 22 für das bewegbare Element 20 an den beiden Positionsdetektoren 30L und 30R des Stators 10 montiert. In dieser Anordnung übermitteln die beiden Positionsdetektoren 30L und 30R Signale. Hier wird angenommen, dass der Positionsinformationsschalter 35 das Signal aus dem Positionsdetektor 30R ausgibt. Zu diesem Zeitpunkt gibt die übergeordnete Steuereinrichtung 50 den Positionsbefehlswert an den Motorantrieb 40A und den Motorantrieb 40B aus, um das bewegbare Element 20 von dem Stator 10A zu dem Stator 10B zu bewegen. Auf der anderen Seite erzeugen die Positionsdetektoren 30L und 30R des Stators 10B zu diesem Zeitpunkt kein Signal. Darüber hinaus zeigen in 8 Pfeile die Anwesenheit oder Abwesenheit von Ausgaben aus den Positionsdetektoren 30L, 30R und dem Positionsinformationsschalter 35 an. Ferner zeigen die Arten der Pfeile an, welches von dem Signal von den Positionsdetektoren 30L und dem Signal von den Positionsdetektoren 30R durch den Positionsinformationsschalter 35 ausgegeben wird.
Die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40A führt die Positionssteuerung in Antwort auf den Positionsbefehlswert von der übergeordneten Steuereinrichtung 50 und das Positionssignal aus dem Positionsdetektor 30R des Stators 10A durch. Zu diesem Zeitpunkt führt der Motorantrieb 40A dem Stator 10A Strom zu, da eine Abweichung zwischen dem Positionsbefehlswert und der aktuellen Position des bewegbaren Elements 20 bewirkt wird. Somit bewegt sich das bewegbare Element 20, wie aus 8(B) ersichtlich, in den Figuren nach rechts, da die Schubkraft von dem Stator 10 auf das bewegbare Element 20 aufgebracht wird.
Wie aus 8(C) ersichtlich, läuft das bewegbare Element 20 auf dem Stator 10B und tritt in den Steuerbereich CAB des Stators 10B ein. Selbst wenn das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CAB eintritt, ist das bewegbare Element 20 nicht vollständig von dem Steuerbereich CAA des Stators 10A getrennt. Das bedeutet, dass ein Teil der Magneten 22 zum Antreiben (Antriebsmagnet 22) des bewegbaren Elements 20 der Spule 11 des Stators 10A gegenüberliegt. Somit kann festgestellt werden, dass die Positionssteuerung durch die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40A fortgesetzt wurde.
In einem Augenblick, in dem das bewegbare Element 20 den Stator 10B erreicht, erzeugt darüber hinaus der Positionsdetektor 30L des Stators 10B ein Signal, das empfindlich auf den Antriebsmagneten 22 reagiert, der an der unteren Fläche des bewegbaren Elements 20 angeordnet ist. Dann schaltet der Positionsinformationsschalter aus dem Zustand, in dem kein Positionssignal ausgegeben wird, in den Zustand um, in dem ein Positionsinformationssignal zum Ausgeben bereit ist. Zu diesem Zeitpunkt detektiert die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B die Änderung des Signals von dem Positionsinformationsschalter 35.
In einem Beispiel, in dem der Positionsdetektor 30L des Stators 10B damit beginnt, ein Signal zu erzeugen, wird hier die Position des Positionsdetektors 30L als ein Ursprungs-(Start-)-Punkt festgesetzt. Dann initialisiert die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B den Positionsbefehlswert und die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 von diesem Ursprungspunkt aus in die relativen Positionen. Anschließend beginnen auf der Grundlage dieses Positionssteuerungsbeginns die Positionssteuerung durch die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B sowie die Stromversorgung an den Stator 10B durch den Motorantrieb 40B.
Wenn jedoch die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B die Positionssteuerung wie in diesem Zustand durchführt, wird das folgende Phänomen bewirkt.
Selbst zu einem Zeitpunkt, zu dem sich das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CAB des Stators 10B vorwärtsbewegt, fährt die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40A weiter mit der Positionssteuerung fort, und das bewegbare Element 20 bewegt sich durch die Schubkraft von dem Stator 10A. Selbst wenn sich das bewegbare Element 20, wie es der Fall ist, von der Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B aus betrachtet bewegt, entsprechen der Positionsbefehlswert und die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 einander weiterhin. Das bedeutet, dass keine Positions-(Orts-)-Abweichung erzeugt wird und dementsprechend dem Stator 10B kein Strom von dem Motorantrieb 40B aus zugeführt wird und von dem Stator 10B keine Schubkraft auf das bewegbare Element 20 aufgebracht wird.
Da jedoch die Schubkraft von dem Stator 10A auf das bewegbare Element 20 aufgebracht wird, bewegt sich das bewegbare Element 20 kontinuierlich weiter fort, wie aus 8D ersichtlich, bis sich der Antriebsmagnet 22 des bewegbaren Elements von der Position trennt, die der Spule 11 des Stators 10A gegenüberliegt. Der Antriebsmagnet 22 des bewegbaren Elements 20 wird von der Position getrennt, die der Spule 11 des Stators 10A gegenüberliegt, und sobald die Schubkraft des bewegbaren Elements 20 verschwunden ist, wird das bewegbare Element 20 abgebremst. Durch das Abbremsen des bewegbaren Elements 20 wird die Positionsabweichung zunächst von der Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B aus betrachtet erzeugt. Entsprechend einem derartigen Phänomen führt der Motorantrieb 40B den Strom dem Stator 10B zu und wird Schubkraft von dem Stator 10B auf das bewegbare Element 20 aufgebracht, und wird dieses dann wieder beschleunigt und bewegt sich weiter, wie aus 8(E) ersichtlich. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeitsänderung zu einem Zeitpunkt bewirkt wird, wenn sich das bewegbare Element 20 in einem Überspannungszustand zwischen den benachbarten Statoren bewegt.
Dann, wenn das bewegbare Element 20 die benachbarten Statoren überspannt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 korrigiert, um die Positionssteuerung durchzuführen, während das bewegbare Element 20 reibungslos bewegt wird.
Insbesondere, wie aus 8(C) ersichtlich, differenziert die Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40B als ein Beispiel für das Bewegungsgeschwindigkeits-Berechnungsmittel in einem Fall, in dem das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CAB des Stators 10B eintritt, den Positionsbefehlswert von der übergeordneten Steuereinrichtung 50 zeitlich, um dadurch die Fortbewegungs-(Lauf-)-Geschwindigkeit des bewegbaren Elements in Antwort auf den Positionsbefehlswert zu berechnen. Nachdem das Ausgeben des Positionssignals aus dem Positionsdetektor 30L des Stators 10B begonnen hat, tritt das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CAB ein, wenn sich das bewegbare Element 20 durch den Abstand, der mit dem Abstand D1 korrespondiert, zwischen dem Positionsdetektor 30L und der Spule 11 des Stators 10B hindurchbewegt. Dementsprechend berechnet die Steuereinrichtung 41 die Bewegungsentfernung des bewegbaren Elements 20 in der Zeichnung in Richtung nach rechts auf der Grundlage des Impulses des Positionssignals nach dem Starten des Ausgebens des Positionssignals durch den Positionsdetektor 30L. Dann, wenn sich das bewegbare Element 20 um den Abstand D1 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, unterscheidet die Steuereinrichtung 41, dass das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CAB eintritt. Darüber hinaus werden der Abstand D1 und der Abstand Dr des korrespondierenden Stators im Vorfeld in einem Flash-ROM der Steuereinrichtung 41 eingestellt.
Im nächsten Schritt führt die Steuereinrichtung 41 als ein Beispiel für das Rückberechnungsmittel eine Rückberechnung der Positionsabweichung aus der berechneten Bewegungsgeschwindigkeit durch, die als Geschwindigkeitsbefehlswert identifiziert wird. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung 41 die Positionsabweichung durch Dividieren der berechneten Bewegungsgeschwindigkeit durch den Positionsverstärkungsfaktor berechnet. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 41 als ein Beispiel des Rückberechnungsmittels die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 aus der rückberechneten Positionsabweichung zurück. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 durch Erhalten der Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert aus der übergeordneten Steuereinrichtung 50 und der rückberechneten Positionsabweichung berechnet.
Anschließend beginnt die Steuereinrichtung 41 durch Verwenden der rückberechneten aktuellen Position des bewegbaren Elements 20 mit der Positionssteuerung. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung 41 die Positionsabweichung aus der zurückberechneten aktuellen Position des bewegbaren Elements 20 und dem Eingangspositionsbefehlswert berechnet und dann den Geschwindigkeitsbefehlswert durch Multiplizieren des Positionsverstärkungsfaktors mit der Positionsabweichung berechnet. Anschließend führt die Steuereinrichtung 41 die Positionssteuerung durch, wobei sie zu der aktuellen Position des bewegbaren Elements 20 eine Bewegungsentfernung hinzuaddiert, die den Impulszahlen des Positionssignaleingangs aus dem Positionsdetektor 30 entspricht. Gemäß den oben genannten Schritten korrigiert die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20.
Gemäß der obengenannten Positionskorrektur wird ein Zustand bewirkt, in dem die Positionsabweichung, die der Bewegungsgeschwindigkeit entspricht, bei einem Eintritt des bewegbaren Elements 20 in den Steuerbereich CAB des Stators 10B berechnet wird, und somit wird dem Stator 10B von dem Motorantrieb 40B aus Strom zugeführt und das bewegbare Element 20 erhält die Schubkraft von dem Stator 10B.
Das bedeutet, dass das bewegbare Element 20 die Schubkraft sowohl von dem Stator 10A als auch von dem Stator 10B aus der in 8(C) gezeigten Position in die aus 8(D) ersichtliche Position erhält. Nach dem aus 8(D) ersichtlichen Zustand erhält das bewegbare Element 20 die Schubkraft nur aus dem Stator 10B. Anschließend kann das bewegbare Element 20, da die Positionsabweichung auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit rückberechnet wird, die durch zeitliches Differenzieren des Positionsbefehlswertes in der aus 8(C) ersichtlichen Position erhalten wird, aus dem Steuerbereich CAA des Stators 10A reibungslos in den Steuerbereich CAB des Stators 10B bewegt werden, ohne dass sich die reale Bewegungsgeschwindigkeit ändert.
Obwohl zwischen der aktuellen Position des bewegbaren Elements 20, die durch die Korrektur erhalten wird, und der tatsächlichen aktuellen Position des bewegbaren Elements 20 ein Fehler verursacht werden kann, der der rückberechneten Positionsabweichung entspricht, stellt das Verursachen eines derartigen Fehlers kein Problem dar, wenn dieser Fehler innerhalb eines Bereichs liegt, der bei der Verwendung des Verteilte-Anordnung-Linearmotors 1 zulässig ist.
Nachfolgend wird der Betrieb der Steuereinrichtung 41 des Motorantriebs 40 unter Bezugnahme auf das Ablaufschema der 9 erläutert, welches ein Ablaufschema ist, das ein Ablaufbeispiel für die Steuereinrichtung des Motorantriebs aus 5 darstellt.
Der in 9 gezeigte Ablauf beginnt in einem Antriebs-„An”-Zustand. Zunächst beurteilt die Steuereinrichtung 41, ob ein Positionsbefehlswert aus der übergeordneten Steuereinrichtung 50 eingegeben wird oder nicht (Schritt S1). Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Beurteilung des Schrittes S1 in einem Fall, in dem kein Positionsbefehlswert eingegeben wird, (Schritt S1: NEIN) erneut.
In einem Fall, in dem der Positionsbefehlswert eingegeben wird (Schritt S1: JA), führt dagegen die Steuereinrichtung 41 das Abtasten des eingegebenen Positionsbefehlswertes durch und beurteilt, ob sich das bewegbare Element 20 innerhalb des Steuerbereichs CA des Stators 10 befindet oder nicht (Schritt S2). Zu diesem Zeitpunkt kehrt der Ablauf zu dem Schritt S1 zurück, wenn sich das bewegbare Element 20 nicht innerhalb des Steuerbereichs CA befindet (Schritt S2: NEIN).
In einem Fall, in dem sich das bewegbare Element 20 innerhalb des Steuerbereichs CA des Stators 10 befindet (Schritt S2: JA), beurteilt dagegen die Steuereinrichtung 41, ob sich das bewegbare Element 20 zu der vorangehenden Abtastzeit innerhalb des Steuerbereichs CA befand oder nicht (Schritt S3: JA). In einem Fall, in dem sich das bewegbare Element 20 zu der vorhergehenden Abtastzeit nicht innerhalb des Steuerbereichs CA befand und sich das bewegbare Element 20 zu dem aktuellen Abtastzeitpunkt innerhalb des Steuerbereichs CA befindet, wird angegeben, dass das bewegbare Element 20 bei diesem Abtastvorgang zum ersten Mal in den Steuerbereich eintritt. Dann, in einem Fall, in dem sich das bewegbare Element 20 zu dem vorhergehenden Abtastzeitpunkt (Schritt S3: NEIN) nicht in dem Steuerbereich CA befand, wird der Eingangspositionsbefehlswert zeitlich differenziert, um dadurch den Geschwindigkeitsbefehlswert zu berechnen (Schritt S4). Da der Positionsbefehlswert vor dem Eintreten des bewegbaren Elements 20 in den Steuerbereich CA eingegeben wurde, kann die zeitliche Differenzierung des Positionsbefehlswertes erfolgen.
Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 41 die Positionsabweichung durch Dividieren des berechneten. Geschwindigkeitsbefehlswertes durch den Positionsverstärkungsfaktor (Schritt S5). Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Position durch Subtrahieren der berechneten Positionsabweichung von dem Eingangspositionsbefehlswert (Schritt S6).
Dann führt die Steuereinrichtung 41 eine erste Positionssteuerung durch, wobei die somit berechnete aktuelle Position die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 ist (Schritt S7). Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung 41 die Positionsabweichung zwischen dem Eingangspositionsbefehlswert und der aktuellen Position, die in Schritt S6 berechnet wird, berechnet und dann den Geschwindigkeitsbefehlswert durch Multiplizieren dieser Positionsabweichung mit dem Positionsverstärkungsfaktor berechnet. Anschließend führt die Steuereinrichtung 41 die Geschwindigkeitssteuerung und die Drehmomentsteuerung auf der Grundlage des berechneten Geschwindigkeitsbefehlswertes durch, und so weiter. Nach diesen Berechnungen kehrt die Steuereinrichtung 41 zur Durchführung des Schrittes S1 zurück.
Wie oben erwähnt, wird beim Beurteilen des nachfolgenden Schrittes S3 (Schritt S3: Ja) bei Beginn der Positionssteuerung beurteilt, ob sich das bewegbare Element 20 zu der vorhergehenden Abtastzeit innerhalb des Steuerbereichs befand. In diesem Fall führt die Steuereinrichtung 41 eine übliche Positionssteuerung durch (Schritt S7). Hier berechnet die Steuereinrichtung 41 die Bewegungsentfernung des bewegbaren Elements 20 aus der vorhergehenden Abtastzeit aus dem Eingangspositionssignal und die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20, die für die aktuelle Positionssteuerung zu verwenden ist, durch Addieren der berechneten Bewegungsentfernung zu der aktuellen Position des bewegbaren Elements in der vorhergehenden Abtastzeit.
Wie oben erläutert, weist das Antriebssystem des Verteilte-Anordnung-Linearmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf: den Linearmotor, der das bewegbare Element 20 und die Statoren 10A, 10B, 10C aufweist, wobei das bewegbare Element 20 mit dem Magneten 22 zum Antreiben versehen ist, wobei die Statoren 10A, 10B, 10C jeweils die Spule 11 und den Positionsdetektor 30 zum Detektieren der Position bei der Relativbewegung des bewegbaren Elements 20 von dem Antriebsmagneten 22 aus aufweisen, wobei sich das bewegbare Element 20 in der Richtung der Relativbewegung zu den Statoren 10 bewegt, und die Motorantriebe 40A, 40B, 40C, die jeweils den elektrischen Strom steuern, der der Spule 11 der korrespondierenden Statoren 10A, 10B, 10C zuzuführen ist.
Die Statoren 10A, 10B, 10C sind in der Richtung der Relativbewegung des bewegbaren Elements 20 angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Spulen der benachbarten Statoren kleiner als (nicht größer als) die Länge des Antriebsmagneten 22 in der Richtung der Relativbewegung ist und der Abstand Ds1 zwischen den Sensoren der benachbarten Statoren kleiner als die Länge des Antriebsmagneten 22 in der Richtung der Relativbewegung ist.
Die Steuereinrichtung 41 von jedem der Motorantriebe 40A, 40B, 40C berechnet die Positionsabweichung zwischen dem Positionsbefehlswert aus der übergeordneten Steuereinrichtung 50 und der aktuellen Position des bewegbaren Elements 20, die durch den Positionsdetektor 30 des korrespondierenden Stators detektiert wird, und führt die Positionssteuerung zum Berechnen des Geschwindigkeitsbefehlswertes auf der Grundlage der berechneten Positionsabweichung und des Positionsverstärkungsfaktors durch. Wenn das bewegbare Element 20 innerhalb des Bereichs, dessen Position durch den Positionsdetektor 30 des korrespondierenden Stators detektiert wird, in den Steuerbereich eintritt, in dem mindestens einer der Magneten der Antriebsmagneten 22 der Spule des korrespondierenden Stators gegenüberliegt, funktioniert die Steuereinrichtung 41 weiter, um die Rückberechnung der Positionsabweichung mit der Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements als dem Geschwindigkeitsbefehlswert durchzuführen, führt die Rückberechnung der Position des bewegbaren Elements 20 aus der Positionsabweichung und dem Positionsbefehlswert durch, und durch Annehmen der rückberechneten Position als die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 zu dem Zeitpunkt des Eintretens in den Steuerbereich wird die durch den Detektor 30 detektierte aktuelle Position korrigiert, um dadurch die Position des bewegbaren Elements zu steuern.
Dementsprechend kann das Verursachen einer unerwünschten Veränderung der Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 verhindert werden und kann somit das bewegbare Element bezüglich der Position gesteuert werden, wobei das bewegbare Element 20 reibungslos angetrieben wird, wenn sich das bewegbare Element 20 in dem Zustand bewegt, in dem es benachbarte Statoren überspannt.
Darüber hinaus berechnet die Steuereinrichtung 41 die Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 durch Differenzieren des Positionsbefehlswertes und rechnet die Positionsabweichung mit dieser Fortbewegungsgeschwindigkeit als dem Geschwindigkeitsbefehlswert zurück. Dementsprechend kann die Positionssteuerung ab dem Zeitpunkt des Eintretens des bewegbaren Elements 20 in den Steuerbereich beginnen.
Da der Magnetsensor 31 des Positionssensors 30 die aktuelle Position des bewegbaren Elements 20 durch Detektieren des Magnetismus des Antriebsmagneten 22 detektiert, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, das bewegbare Element 20 mit der linearen Skala zu versehen, wodurch die Struktur des Linearmotors vereinfacht ist.
Obwohl die Steuereinrichtung 41 die Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 durch Differenzieren des Positionsbefehlswertes berechnet, kann es in der oben beschriebenen Ausführungsform darüber hinaus möglich sein, die Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 durch Differenzieren der aktuellen Position des bewegbaren Elements, die durch den Positionsdetektor 30 detektiert wird, zu berechnen, und anschließend die Positionsabweichung mit dieser Fortbewegungsgeschwindigkeit als dem Geschwindigkeitsbefehlswert rückzurechnen. Gemäß dieser Modifizierung kann die Positionssteuerung durch Reflektieren der tatsächlichen Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 beginnen.
Obwohl der Magnetsensor 31 die Position des bewegbaren Elements 20 durch Detektieren des Magnetismus des Antriebsmagneten 22 detektiert, kann es darüber hinaus in der oben beschriebenen Ausführungsform möglich sein, die Linearskala für das bewegbare Element zu positionieren und einen Positionssensor zu positionieren, der die Linearskala für den Stator 10 optisch oder magnetisch auslesen kann. Darüber hinaus ist es bei einer derartigen Modifizierung nicht erforderlich, den Positionssensor außerhalb der Spule 11 positionieren, und der Positionssensor kann an beiden Endabschnitten oder innerhalb der Spule 11 in der Richtung der Relativbewegung des bewegbaren Elements 20 angeordnet sein. In jedem der obigen Fälle ist der Abstand Dc zwischen den Spulen der benachbarten Statoren kleiner als die Länge des Antriebsmagneten 22 in der Richtung der Relativbewegung des bewegbaren Elements, und ist der Abstand Ds1 zwischen den Sensoren der benachbarten Statoren kleiner als die Länge des Antriebsmagneten 22 in der Richtung der Relativbewegung.
Bei einer Anordnung, bei der die Positionssensoren an beiden Endabschnitten oder innerhalb der Spule 11 in der Richtung der Relativbewegung des bewegbaren Elements 20 angeordnet sind, wird darüber hinaus ein Bereich, der von dem linken Endseiten-Positionssensor zu dem rechten Endseiten-Positionssensor reicht, als der Steuerbereich CA betrachtet. Da die Ausgabestart-Zeitabstimmung des Positionssignals aus dem Positionssensor und die Eintrittszeitabstimmung des bewegbaren Elements in den Steuerbereich CA miteinander übereinstimmen, ist es dementsprechend für die Steuereinrichtung 41 nicht erforderlich, den Abstand, der dem Abstand D1 oder Dr entspricht, zu kompensieren.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Steuereinrichtung 41 die Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 durch Differenzieren des Positionsbefehlswertes als Geschwindigkeitsbefehlswert berechnet, ist es bei dieser Modifizierung darüber hinaus für die Steuereinrichtung 41 erforderlich, die Positionssteuerung in einer leicht verzögerten Zeitabstimmung ab der Eintrittszeit des bewegbaren Elements in den Steuerbereich CA zu beginnen, da es erforderlich ist, mehrere Abtastvorgänge an dem Positionssignal aus dem Positionssensor durchzuführen.
In einem Fall, in dem die Steuereinrichtung 41 durch Differenzieren des Positionsbefehlswertes die Fortbewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements 20 als den Geschwindigkeitsbefehlswert berechnet, kann die Steuereinrichtung 41 die Positionssteuerung in der Zeitabstimmung beginnen, in der das bewegbare Element 20 in den Steuerbereich CA eintritt, da der Positionsbefehlswert vor dem Eintreten des bewegbaren Elements 20 in den Steuerbereich CA eingegeben wird.
Darüber hinaus kann es möglich sein, den Spulenabschnitt 11 des Stators 10 derart zu verlängern, dass der Abstand zwischen dem linken Endpositionssensor und dem rechten Endpositionssensor die Länge der Linearskala (die Länge Lmv des Antriebsmagneten 22, wenn die Position des bewegbaren Elements 20 mittels Detektierens des Magnetismus des Antriebsmagneten 22 durch den Positionssensor detektiert wird) überschreitet. In einem solchen Fall kann es möglich sein, ferner einen Positionssensor zwischen dem linken Endpositionssensor und dem rechten Endpositionssensor zu positionieren, so dass der Abstand zwischen den benachbarten Positionssensoren kleiner als die Länge der Linearskala wird.
Es wird ferner angemerkt, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und dass die beschriebenen Ausführungsformen Arten oder Beispiele zum Ausführen der Erfindung sind, und dass jede, die eine Struktur aufweist, die im Wesentlichen der im Umfang der angehängten Ansprüche der vorliegenden Erfindung wiedergegebenen Idee entspricht und Funktionen und Wirkungen erzielt, die mit denjenigen identisch sind, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden können, im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
BEZUGSZEICHEN

1 – Verteilte-Anordnung-Linearmotor; 10 (10A, 10B, 10C) – Stator; 11 – Spule; 20 – bewegbares Element; 22 – Magnet zum Antreiben; 30, 30L, 30R – Positionsdetektor; 40 (40A, 40B, 40C) – Motorantrieb; 41 – Steuereinrichtung; 50 – übergeordnete Steuereinrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004-80881 [0003]

Claims

Ein Antriebssystem für einen Linearmotor (1), aufweisend: einen Linearmotor (1), der aufweist: ein bewegbares Element (20) und eine Mehrzahl von Statoren (10a, 10B, 10C), wobei das bewegbare Element (20) mit einem Magnetabschnitt (22) und einem Skalenabschnitt (22) versehen ist, wobei der Magnetabschnitt eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Magneten (22a, 22b) aufweist, wobei die Mehrzahl von Statoren (10A, 10B, 10C) jeweils eine Spule (11) und einen Positionssensor (30) aufweist, um aus dem Skalenabschnitt eine Position des bewegbaren Elements (20) in einer Bewegungsrichtung zu delektieren, entlang der die Magneten (22a, 22b) nebeneinander angeordnet sind, wobei sich das bewegbare Element (20) in der Bewegungsrichtung bewegt, und eine Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen (40), von denen jede einen elektrischen Strom steuert, der die Spule (11) des korrespondierenden Stators (10A, 10B, 10C) durchströmt, wobei die mehreren Statoren (10A, 10B, 10C) in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements (20) angeordnet sind, ein Abstand (Dc) zwischen den Spulen (11) der benachbarten Statoren (10A, 10B, 10C) kleiner als eine Länge (Lmv) des Magnetabschnitts (22) in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements (20) ist, und ein Abstand (Ds1) zwischen den Positionssensoren (30) der benachbarten Statoren (10A, 10B, 10C) kleiner als eine Länge (Lmv) des Skalenabschnitts (22) ist, und wobei jede der Antriebsvorrichtungen (40) aufweist: eine Positionssteuereinrichtung (41), zum Durchführen einer Positionssteuerung durch Berechnen einer Abweichung zwischen einem Positionsbefehlswert aus einer Steuereinrichtung und einer Position, die durch den Positionssensor (30) des korrespondierenden Stators (10A, 10B, 10C) detektiert wird, und durch anschließendes Berechnen eines Geschwindigkeitsbefehls, der für die Geschwindigkeitssteuerung des bewegbaren Elements (20) zu verwenden ist, auf der Grundlage der Abweichung und eines Positionsverstärkungsfaktors, und eine Rückberechnungseinheit (41) zum Rückberechnen der Abweichung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements (20) als Geschwindigkeitsbefehl, und dann zum Rückberechnen der Position des bewegbaren Elements (20) aus der Abweichung und dem Positionsbefehl, wenn das bewegbare Element (20) innerhalb eines Bereichs, von dem eine Position durch den Positionssensor (30) des korrespondierenden Stators (10A, 10B, 10C) detektiert wird, in einen Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) eintritt, in dem mindestens einer der Magneten (22a, 22b) des Magnetabschnitts (22) der Spule (11) des Stators (10A, 10B, 10C) gegenüberliegt, wobei die Positionssteuereinrichtung (41) die Positionssteuerung durch Korrigieren der durch den Positionssensor (30) berechneten Position durchführt, wobei die durch die Rückberechnungseinheit (41) berechnete Position eine Position des bewegbaren Elements (20) zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das bewegbare Element in den Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) eintritt.
Das Antriebssystem eines Linearmotors (1) gemäß Anspruch 1, wobei jede der Antriebsvorrichtungen (40) ferner eine Bewegungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit (41) zum Berechnen einer Bewegungsgeschwindigkeit durch Differenzieren des Positionsbefehlswertes aufweist und die Rückberechnungseinheit (41) eine Rückberechnung der Abweichung aus der durch die Bewegungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit (41) berechneten Bewegungsgeschwindigkeit durchführt.
Das Antriebssystem eines Linearmotors (1) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Bewegungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit (41) zum Berechnen einer Bewegungsgeschwindigkeit durch Differenzieren der durch den Positionssensor (30) detektierten Position, wobei die Rückberechnungseinheit (41) eine Rückberechnung der Abweichung aus der durch die Bewegungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit (41) berechneten Bewegungsgeschwindigkeit durchführt.
Das Antriebssystem eines Linearmotors (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Positionssensor (30) die Position des bewegbaren Elements (20) durch Detektieren des Magnetismus des Magnetabschnitts (22) als Skalenabschnitt detektiert.
Ein Verfahren zum Steuern eines Linearmotors (1), der aufweist: ein bewegbares Element (20), das mit einem Magnetabschnitt (22) und einem Skalenabschnitt (22) versehen ist, wobei der Magnetabschnitt (22) eine Mehrzahl von Magneten (22a, 22b) aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Statoren (10A, 10B, 10C), die jeweils eine Spule (11) und einen Positionssensor (30) aufweisen, um eine Position des bewegbaren Elements (20) in einer Bewegungsrichtung zu detektieren, entlang der die Magneten (22a, 22b) nebeneinander angeordnet sind, wobei sich das bewegbare Element (20) in der Bewegungsrichtung bewegt, wobei: die mehreren Statoren (10A, 10B, 10C) in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements (20) angeordnet sind, ein Abstand (Dc) zwischen den Spulen (11) der benachbarten Statoren (10A, 10B, 10C) kleiner als eine Länge (Lmv) des Magnetabschnitts (22) in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements (20) ist, ein Abstand (Ds1) zwischen den Positionssensoren (30) der benachbarten Statoren (10A, 10B, 10C) kleiner als eine Länge (Lmv) des Skalenabschnitts (22) ist, eine Abweichung rückberechnet wird durch Multiplizieren eines Positionsverstärkungsfaktors mit der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Elements (20) zu einem Zeitpunkt, zu dem das bewegbare Element (20) einen Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) betritt, in dem mindestens einer der Magneten (22a, 22b) des Magnetabschnitts (22) der Spule (11) des Stators (10A, 10B, 10C) in einem Bereich gegenüberliegt, dessen Position durch den Positionssensor (30) des Stators (10A, 10B, 10C) detektiert wird, die Position des bewegbaren Elements (20) durch Subtrahieren der Abweichung von dem Positionsbefehl aus einer Steuereinrichtung (41) rückberechnet wird, und eine Rückführregelung der Position des bewegbaren Elements (20) durchgeführt wird durch Korrigieren der Position, die von dem Positionssensor (30) detektiert wird, wobei die rückberechnete Position die Position des bewegbaren Elements (20) zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das bewegbare Element (20) den Steuerbereich (CAA, CAB, CAC) betritt.