JP3413485B2 - リニアモータにおける推力リップル測定方法 - Google Patents
リニアモータにおける推力リップル測定方法Info
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Description
測定方法に関し、特にリニアモータにおける推力定数、
推力リップルの測定方法に関する。
ついて説明する。このリニアモータは、断面U字形状の
固定ヨーク30が走行方向に延びるように設けられてい
る。固定ヨーク30の上方には被駆動体、例えばステー
ジとの結合部40が、走行方向にスライド可能に設けら
れる。結合部40の下側には、コイル部41が設置され
ている。コイル部41の2つの主面とギャップを介して
対向するように、固定ヨーク30の内壁には永久磁石3
1が走行方向に間隔をおいて固定されている。
ル部41として、U相、V相、W相の3相分のコイルが
備えられる。
磁束とコイル部41に流れる電流との相互作用により生
じる電磁力により、結合部40とコイル部41とが一体
的に走行する。
位置決め、高推力が得られることから、X−Yステージ
の駆動源として、ボールネジ機構に代えて用いられるよ
うになってきている。
は、その性能を知るために特性を計測する一つの要素と
して、製造工程において推力定数、推力リップルの測定
が行われる。
について図4を参照して説明する。図4において、測定
対象となるリニアモータ可動部51に、マイクロメータ
53等により移動距離が特定出来るステージ52に取付
けられたロードセル54を押し当てる。そして、リニア
モータ可動部51をロードセル54に押し当てる方向へ
バネ55により引っ張る構造にしてある。56はヨーク
である。
相(U相、V相、W相)に一定電流を流して推力を発生
させ、それを制止するために必要な力をロードセル54
で測定するという作業を磁石配列の各点で繰り返し行
う。この結果、ロードセル54の出力信号として得られ
たものが推力定数であり、得られた各相の推力定数をs
in励磁、すなわち三相分を合成したものと一定推力と
の差(変動分)が推力リップルである。
として得られた推力定数が示され、図5(b)には図5
(a)の三相分を合成したものが推力リップルとして示
されている。
うに、測定対象となるリニアモータをスレーブリニアモ
ータ61としてベアリング機構のような接触式式案内機
構62を介してマスターリニアモータ63と連結し、マ
スターリニアモータ63を作動させた時にスレーブリニ
アモータ61における各相に発生する速度誘起電圧を計
測し、計測された各相の速度誘起電圧と移動速度との比
から毎相誘起電圧定数を求め、そこから推力定数、推力
リップルを測定することも行われている。
装置による推力定数、推力リップルの測定では、マイク
ロメータ53等のセンサの精度に伴う誤差が含まれてし
まう。また、図6に示すような測定方法でも、ガイド系
を接触式としているために測定の正確性、駆動方法が実
運用とは異なるので、推力リップルの定量的な評価とし
ては正確とはいえない部分が多分にあるという問題があ
った。
のリニアモータの性能を決定する推力定数、推力リップ
ルの測定方法について、測定精度の向上を図ることにあ
る。
ル測定方法は、測定対象となるリニアモータをスレーブ
リニアモータとして非接触式ステージ機構を介してマス
ターリニアモータと連結し、前記マスターリニアモータ
を作動させた時に前記スレーブリニアモータにおける各
相に発生する速度誘起電圧を計測し、計測された各相の
速度誘起電圧と移動速度との比から毎相誘起電圧定数を
求め、そこから推力定数、推力リップルを測定すること
を特徴とする。
前記マスターリニアモータの定速性を確保するために該
マスターリニアモータを外乱オブザーバ制御方式により
駆動することを特徴とする。
形態について説明する。本形態は、測定の効率化、精度
向上を図るため、図1に示すような装置を用いて測定を
行う点に特徴を有する。装置の構成は、測定対象となる
リニアモータ(以後、スレーブリニアモータと呼ぶ)1
1を非接触式のステージ機構12を介し、このステージ
機構12のリニアガイド軸を対象軸としてリニアモータ
(以下、マスターリニアモータと呼ぶ)13を連結す
る。非接触式のステージ機構というのは、ステージのリ
ニアガイド機構として、いわゆる静圧空気軸受けを採用
したステージ機構であり、良く知られているので、ここ
では詳細な説明は省略する。ステージ機構12とマスタ
ーリニアモータ13の組合わせは、本測定方法を実現す
るために専用のものが備えられる。
3の駆動制御系として外乱オブザーバ制御を採用するこ
とでマスターリニアモータ13の定速性を確保するよう
にしている。
制御について説明する。
はフィードバック制御系により駆動される。すなわち、
マスターリニアモータ13に対する制御は、リニアガイ
ド機構に設けられたリニアエンコーダ13−1の位置検
出値をフィードバックして位置指令値との偏差を検出
し、この偏差を位置制御器13−2に与える。位置制御
器13−2では、この偏差に基づいて制御量指令値を作
成する。そして、フィードバック制御系の制御ループ
に、外乱オブザーバ13−3と減算器13−4との組合
わせによる外乱補償器を付加し、リニアガイド機構の特
性の変動等の外乱要因をキャンセルする構成としてい
る。外乱補償器から出力される電流指令値は、マスター
リニアモータ13用のモータアンプ13−5に与えら
れ、モータアンプ13−5は与えられた電流指令値に基
づいてマスターリニアモータ13の制御を行う。
償器について説明する。まず、外乱オブザーバ13−3
においては、2次低域通過型フィルタ(Gs)からなる
フィルタ13−31を用いて、制御量指令値をフィルタ
リングする。また、マスターリニアモータ13及び負荷
を擬似した制御対象の逆モデル(Ms2 /Kf、ここ
で、Msはマスターリニアモータ13及び負荷、すなわ
ちステージ機構12の可動部の質量、Kfはモータ推力
定数)及び2次低域通過型フィルタ(Gs)から成るフ
ィルタ13−32を用いて、リニアエンコーダ13−1
にて検出された位置検出値より制御対象に印加されてい
る実推力値指令値を推定する。
13−31と13−32の出力の差分をとることによ
り、制御対象に印加されている外乱力を推定し、この推
定外乱力を減算器13−4により制御量指令値から減算
することにより、外乱力を補償する。このように、実推
力推定時の制御対象モデルとして、マスターリニアモー
タ13及び負荷の質量からなるモデルを用いることで、
リニアガイド機構の案内摩擦の変動等を外乱力として推
定し補償することができる。
バ13−3を用いた外乱補償器により、ステージ機構1
2のステージの位置で変動するリニアガイド機構の案内
摩擦の変動等を外乱として推定し、これら外乱要因を補
償することができる。
て、非接触式のステージ機構12をガイド系としてまず
マスターリニアモータ13をオブザーバ制御により作動
させ、スレーブリニアモータ(コイル)11を磁石列の
中を一定速度で移動させた時、各相に発生する速度誘起
電圧の基本波成分の実効値と移動速度との比である毎相
誘起電圧定数を求める。この毎相誘起電圧定数に基づい
て推力定数が算出される。推力定数というのは推力値の
平均値であり、推力値は電磁力に基づく周知の計算方法
で算出される。すなわち、誘起電圧がわかれば推力を知
ることができる。一方、各相の正弦波は(3/2)πず
つ位相がずれているので、各時点での3相分の電圧の和
を求めれば推力リップルを求めることが出来る。すなわ
ち、ある時点での各相の値の和が0であれば、推力リッ
プルは0であり、0でなければ推力リップルとして検出
される。毎相誘起電圧や推力リップルはそれぞれ、図5
(a)、(b)に示した波形と同じような波形になる。
ディジタル値に変換したうえでサンプリングを行い、パ
ーソナルコンピュータのような演算手段に与えることで
推力定数や推力リップルの算出が自動的に行われる。
測定方法によれば、ガイド系に非接触式のガイド機構を
採用し、マスターモータの定速性を確保するために外乱
オブザーバ制御を用いることにより、精度の高い推力リ
ップルの測定が可能となる。
の構成を概略的に示した図である。
動制御系の構成を示した図である。
ある。
めの図である。
を示した図である。
めの図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 測定対象となるリニアモータをスレーブ
リニアモータとして非接触式ステージ機構を介してマス
ターリニアモータと連結し、前記マスターリニアモータ
を作動させた時に前記スレーブリニアモータにおける各
相に発生する速度誘起電圧を計測し、計測された各相の
速度誘起電圧と移動速度との比から毎相誘起電圧定数を
求め、そこから推力定数、推力リップルを測定すること
を特徴とするリニアモータにおける推力リップル測定方
法。 - 【請求項2】 請求項1記載の推力リップル測定方法に
おいて、前記マスターリニアモータの定速性を確保する
ために該マスターリニアモータを外乱オブザーバ制御方
式により駆動することを特徴とするリニアモータにおけ
る推力リップル測定方法。
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