JP5711493B2 - リニアモータの制御装置、及びリニアモータ装置 - Google Patents
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Description
また、可動子に取り付けられたMRセンサを用いてリニアモータの駆動用マグネットの磁気を検出し、検出した磁気の強さから可動子の位置を算出することにより、位置決め制御を行うことが行われている。
また、MRセンサを用いて駆動用マグネットの磁気を検出して可動子の位置を算出する場合、MRセンサの取り付け誤差や、駆動用マグネットの取り付け誤差などがあるため、算出される位置に誤差が含まれることがあり、算出した位置より算出する速度に基づく制御の精度が低下し、位置決め制御の精度が悪くなってしまうという問題があった。
図1は、第1実施形態におけるリニアモータ装置1を示す概略図である。同図に示すように、リニアモータ装置1は、制御装置10と、リニアモータ20とを具備している。制御装置10は、リニアモータ20を駆動させる制御をする装置である。リニアモータ20は、長尺の固定子21と、固定子21上を移動する可動子25と、固定子21及び可動子25を組み付ける一対の案内装置22、22を備えている。
MRセンサ27は、磁気センサの一種であり、固定子21に配列されている駆動用磁石24が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置10に出力する。
これにより、複数のコイルに生じる磁界と、固定子21に配置されている駆動用磁石24により生じる磁界との作用により、可動子25を軌道レール23に沿って駆動させる。
図3は、本実施形態におけるリニアモータ20の斜視図(テーブル53の断面を含む)である。図4は、本実施形態におけるリニアモータ20の正面図である。
これにより、可動子25に取り付けられているMRセンサ27に対し、可動子25が移動した際に、駆動用磁石24のN極とS極との磁極が交互に対向するようになっている。
テーブル53の下面には、断熱材63を介して電機子60が取り付けられている。電機子60は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア64と、上述した複数のコイルであり、コア64の突極64u、64v、64wに巻かれるコイル28u、28v、28wとを有している。
また、テーブル53の下面には、電機子60を挟んで一対の補助コア67が取り付けられている。補助コア67は、リニアモータ20に発生するコギングを低減するために設けられている。
固定子21には、上述したように、ベース54の底壁部54a上に、駆動用磁石24が等間隔に、かつ一列に配列されている。より詳細には、MRセンサ27に対しN極を向けて配置されている駆動用磁石24Nと、MRセンサ27に対しS極を向けて配置されている駆動用磁石24Sとが、交互に配列されている。
位置制御部102は、減算器101が算出した位置偏差に基づいて、リニアモータ20の可動子25を位置指令値θrmにより示される位置に移動させる速度指令値ωrmを算出する。
電力変換器106は、外部から供給される電圧を、電流制御部105が算出した電圧値に変換する。また、電力変換器106は、変換した電圧をリニアモータ20のコイル28u、28v、28wに印加してリニアモータ20を駆動させるとともに、変換した電圧を推定部150に印加する。例えば、電力変換器106は、リニアモータ20のコイル28u、28v、28wの数に応じて設けられている上アーム及び下アームであって、スイッチング素子を有する上アーム及び下アームを有している。このとき、電力変換器106は、電流制御部105より入力される電圧に応じて、スイッチング素子のオン・オフを切り替えるPWM制御により、スイッチング素子を介して電機子60に備えられているコイル28u、28v、28wに電力を供給して、可動子25を駆動する。スイッチング素子は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの半導体素子が用いられる。
位置検出部108は、リニアモータ20に備えられている磁気センサ27が出力する2つの信号(余弦波信号及び正弦波信号)から可動子25の位置を検出し、検出した位置を示す検出位置θを減算器101に出力する。
モータモデル部151は、電力変換器106がリニアモータ20に印加している電圧と、速度推定部153が推定する可動子25の推定移動速度と、予め設定されているリニアモータ20のモータ定数とに基づいて、リニアモータ20に流れる推定電流値iMを算出する。ここで、モータ定数は、例えば、リニアモータ20の抵抗値、d軸のインダクタンス値、q軸のインダクタンス値、誘起電圧係数などである。
速度推定部153は、減算器152が算出した電流偏差Δiから、リニアモータ20の可動子25の推定移動速度を算出し、算出した推定移動速度を示す信号をモータモデル部151とローパスフィルタ部154とに出力する。
上述の構成により、推定部150は、リニアモータ20に印加する電圧値と、リニアモータ20に流れる電流値iとに基づいて、リニアモータ20の可動子25が移動する速度の推定値である推定移動速度を算出する(参考文献:武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、第1版第3刷、株式会社オーム社、平成16年7月、p.111−p.115)。
これにより、リニアスケールを用いずにリニアモータ20を制御する精度を向上させ、リニアモータ20の可動子25の正確な繰返し位置決め制御を行うことができ、位置決め精度を改善することができる。
図8は、第2実施形態におけるリニアモータ20の制御装置11の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態の制御装置11は、速度算出部111と、速度選択部112とを備えている点が、第1実施形態の制御装置10と異なる。以下、速度算出部111と、速度選択部112とについて説明する。また、第1実施形態と同じ他の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
速度選択部112は、変流器107が検出する電流値iの大きさに基づいて、推定部150のローパスフィルタ部154から出力される推定速度ωMOと、速度算出部111が算出する移動速度とのいずれか一方の速度を選択して、減算器103に出力する。すなわち、減算器103は、位置制御部102が算出した速度指令値ωrmから、速度選択部112が選択した速度を減算し、減算結果を速度偏差として速度制御部104に出力する。
また、上述の第1及び第2実施形態において、駆動用磁石24は、直線上に一列に配列されている構成について説明したが、これに限らず、リニアモータ20の用途に応じてカーブ状に一列に配列されていてもよい。
Claims (2)
- N極とS極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータの制御装置であって、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と、外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、
前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部であって、前記複数のコイルに印加される電圧と前記可動子が移動する速度を推定した推定速度と前記リニアモータのモータ定数とに基づいて、前記複数のコイルに流れる電流値を算出するモータモデル部と、前記複数のコイルに流れる電流値から前記モータモデル部が算出した電流値を減算した電流偏差を用いて前記推定速度を算出する速度推定部と、前記速度推定部が算出した推定速度から高周波の脈動成分を除去するローパスフィルタ部とを有している推定部と、
前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、
前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器と、
前記位置検出部が検出した前記可動子の位置の変化から前記可動子が移動する速度を算出する速度算出部と、
前記複数のコイルに流れる電流値が予め定められたしきい値より小さい場合、前記速度算出部が算出した速度を選択し、前記電流値が前記しきい値以上の場合、前記推定速度を選択する速度選択部と
を備え、
前記速度制御部は、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記速度選択部が選択した速度とに基づいて前記電流指令値を算出する
ことを特徴とするリニアモータの制御装置。 - N極とS極とが交互に一列に配列されている複数の駆動用磁石を有する磁石部と、複数のコイルを有する電機子とを備え、前記電機子又は前記磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子が有している複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部が有している複数の駆動用磁石より生じる磁界とにより前記駆動用磁石の配列されている配列方向に沿って前記可動子が移動するリニアモータと、
前記電機子が有している磁気センサであって前記駆動用磁石より生じる磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサから出力される信号の変化に基づいて前記可動子の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置と外部より入力される位置指令値とに基づいて速度指令値を算出する位置制御部と、前記リニアモータに備えられている複数のコイルに流れる電流値から前記可動子が移動する速度を推定する推定部であって、前記複数のコイルに印加される電圧と前記可動子が移動する速度を推定した推定速度と前記リニアモータのモータ定数とに基づいて、前記複数のコイルに流れる電流値を算出するモータモデル部と、前記複数のコイルに流れる電流値から前記モータモデル部が算出した電流値を減算した電流偏差を用いて前記推定速度を算出する速度推定部と、前記速度推定部が算出した推定速度から高周波の脈動成分を除去するローパスフィルタ部とを有している推定部と、前記位置制御部が算出する速度指令値と前記推定部が推定する前記可動子が移動する速度とに基づいて電流指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部が算出した電流指令値に応じて前記複数のコイルに電力を供給する電力変換器と、前記位置検出部が検出した前記可動子の位置の変化から前記可動子が移動する速度を算出する速度算出部と、前記複数のコイルに流れる電流値が予め定められたしきい値より小さい場合、前記速度算出部が算出した速度を選択し、前記電流値が前記しきい値以上の場合、前記推定速度を選択する速度選択部とを備えている制御装置と
を具備し、
前記速度制御部は、前記位置制御部が算出する速度指令値と、前記速度選択部が選択した速度とに基づいて前記電流指令値を算出する
ことを特徴とするリニアモータ装置。
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