JP7020258B2 - 位置検出システムおよび走行システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の磁石列の磁束密度を検出することで位置を検出する位置検出システム、および、当該位置検出システムを用いた走行システムに関する。

特許文献１には、磁気スケールを基準とする位置を磁気素子により検出する変位センサについて開示されている。

国際公開第２０１４／１０９１９０号

しかしながら、特許文献１の技術では、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列を磁気スケールとして採用することが考慮されていない。この場合に、当該２列の磁石列に対する変位センサの位置を適切に検出することが難しいという課題がある。当該２列の磁石列を採用する場合における変位センサの位置検出の困難性については、（発明の基礎となった知見）の項目で詳しく述べる。

そこで、本発明は、かかる問題に鑑みて為されたものであって、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列の間の位置に配置された磁気センサが、当該２列の磁石列に対する磁気センサの位置を適切に検出することができる位置検出システムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る位置検出システムは、磁石列に対する磁気センサの位置を検出する位置検出システムであって、検出方向に配列パターンを１周期として周期的に繰り返して配列される複数の磁石により構成される２列の磁石列であって、前記検出方向における特定の位置において一方の磁石列の磁石と他方の磁石列の磁石とが、異なる極性を有する面で互いに対向している２列の磁石列と、前記２列の磁石列の間に配置され、前記検出方向において前記２列の磁石列に対する相対的な位置が変化可能である磁気センサと、前記磁気センサの検出値に基づいて前記２列の磁石列に対する前記磁気センサの前記検出方向における位置を決定する決定部と、を備え、前記磁気センサは、磁束密度を検出する第１の検出素子と、磁束密度を検出する第２の検出素子であって、前記第１の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（２Ａ＋１）／４周期分（前記Ａは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第２の検出素子と、を有し、前記決定部は、前記第１の検出素子によって検出される第１磁束密度、および、前記第２の検出素子によって検出される第２磁束密度の比である第１の比の逆タンジェントを算出することで第１電気位相角を算出し、算出した前記第１電気位相角を用いて、前記磁気センサの位置を決定する。

これによれば、位置検出システムは、第１の検出素子、および、第１の検出素子から検出方向に配列パターンの（２Ａ＋１）／４周期分の距離だけ離れた位置に配置される第２の検出素子を利用して位置を決定する。このため、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列を利用した位置検出システムであっても、２列の磁石列に対する磁気センサの相対位置を適切に検出することができる。

また、前記決定部は、算出した前記第１電気位相角と、第１電気位相角および前記位置の関係を示す第１関係情報とを用いて、前記第１関係情報において前記第１電気位相角に対応付けられている位置を、前記磁気センサの位置として決定してもよい。

このため、位置検出システムは、第１の検出素子および第２の検出素子の検出結果を用いて、２列の磁石列に対する磁気センサの相対位置を容易に決定することができる。

また、前記磁気センサは、磁束密度を検出する第３の検出素子であって、前記第１の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（４Ｂ＋１）／８周期分（前記Ｂは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第３の検出素子と、磁束密度を検出する第４の検出素子であって、前記第３の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（２Ｃ＋１）／４周期分（前記Ｃは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第４の検出素子と、を有し、前記決定部は、さらに、（１）前記第３の検出素子によって検出される第３磁束密度、および、前記第４の検出素子によって検出される第４磁束密度の比である第２の比の逆タンジェントを算出することで第２電気位相角を算出し、（２）前記第１電気位相角と前記第２電気位相角との相加平均である平均電気位相角を算出し、（３）算出した前記平均電気位相角と、平均電気位相角および前記位置の関係を示す第２関係情報とを用いて、前記第２関係情報において前記平均電気位相角に対応付けられている位置を、前記磁気センサの位置として決定してもよい。

これによれば、位置検出システムは、第１電気位相角と第２電気位相角との相加平均を求めることで、３倍波および５倍波の高調波成分をキャンセルすることができる。このため、位置検出システムは、２列の磁石列による磁場の周期誤差を低減することができ、磁気センサの位置を精度よく決定することができる。

また、前記２列の磁石列の前記配列パターンは、ハルバッハ配列であってもよい。

このため、２列の磁石列の間に磁力線を集中させることができる。例えば、２列の磁石列を固定子または可動子とするリニアモータが設置される場合、リニアモータは電磁誘導による駆動力を効率的に得ることができる。

また、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子は、それぞれ、ホール素子であり、検出面が前記一方の磁石列に対向する向きに配置されていてもよい。

このため、第１の検出素子および第２の検出素子は、磁石列に垂直な方向の磁束密度を効果的に検出することができる。

また、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子は、それぞれ、コイルであり、前記コイルの軸が前記２列の磁石列に対して垂直となる向きに配置されていてもよい。

このため、第１の検出素子および第２の検出素子は、磁石列に垂直な方向の磁束密度を効果的に検出することができる。

また、本発明の一態様に係る走行システムは、上記の位置検出システムと、前記２列の磁石列が固定子または可動子であるリニアモータにより駆動される走行車と、前記位置検出システムにおいて検出された前記磁気センサの位置に応じて前記リニアモータを駆動させることで、前記走行車の走行を制御するコントローラと、を備える。

このように、第１搬送台車を走行させるためのリニアモータの固定子または可動子として用いられる２列の磁石列を、走行車の位置を検出するための位置検出システムにおいて用いることができる。このため、製造コストを低減させることができる。

本発明の物品搬送装置は、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列の間の位置に磁気センサが配置される場合に、２列の磁石列に対する磁気センサの位置を適切に検出することができる。

図１は、実施の形態における物品搬送装置の構成を説明するための斜視図である。 図２は、実施の形態における物品搬送装置を搬送台車の走行方向から見た概略図である。 図３は、実施の形態における物品搬送装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図４は、位置検出システムの構成の一例を示す概略図である。 図５は、２列の磁石列の間の空間における、Ｘ軸方向の磁束密度分布を示す磁束密度波形である。 図６は、位置センサの機能構成の一例を示すブロック図である。 図７は、位置検出システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、図５の磁束密度波形を高速フーリエ変換した結果を示す図である。 図９は、第１および第２電気位相角のそれぞれを用いて算出した位置の位置検出誤差と、平均電気位相角を用いて算出した位置との位置検出誤差を示す図である。 図１０は、変形例に係る位置検出システムの構成の一例を示す概略図である。

（本発明の基礎となった知見）
特許文献１では、Ｓ極とＮ極が交互に配置された磁石列に対する磁気センサの位置を検出する技術が開示されている。このような、磁石列は、磁石列の並び方向における位置に応じて、異なる方向に磁力線が向いている磁場を形成している。

このような、形状の磁力線を利用することで、磁石列の並び方向に対する磁気センサの位置を求める技術が知られている。この場合、例えば、磁気センサは、磁気センサ上の特定の位置（同一位相）における磁束密度を検出するための２個の検出素子を備える。２個の検出素子のうちの一方は、磁石列に対向しており、磁石列に垂直な方向の磁束密度の成分である垂直成分を検出する。２個の検出素子のうちの他方は、磁石列に平行であり、磁石列に平行な磁束密度の成分である平行成分を検出する。磁気センサは、２個の検出素子によって検出される磁束密度の比Ｒの逆タンジェントを算出することで電気位相角ａｒｃｔａｎ Ｒを算出し、さらに、電気位相角ａｒｃｔａｎ Ｒに基づいて磁気センサの位置を算出することができる。

上記の技術では、磁束密度の垂直成分及び平行成分が存在しているため、上述したように、ひとつの位置で磁束密度を検出することにより磁気センサの位置を検出することができる。

一方、所定方向に延びる２列の磁石列において、当該２列の磁石列の対向方向でＮ極とＳ極とが向き合っている構成が想定される。当該構成では、一方の磁石列のＮ極から生じる磁力線が他方の磁石列のＳ極にまっすぐに向かう。このため、磁束密度の垂直成分は、平行成分に比べて極めて大きい磁場を形成することができる。この磁場は、例えば、２列の磁石列の間に、磁束密度の垂直成分による磁力を受けられるような向きに可動子を配置することによって、可動子に効率的に磁力が供給されるリニアモータに利用することができる。

しかし、磁石列をリニアモータに効果的な磁石配列とすると、垂直な方向の成分である垂直成分が平行成分に比べてきわめて大きいため、上記のように特定の位置における磁束密度の水平成分および垂直成分を検出する検出素子を備える磁気センサでは、磁束密度の位置に応じた変化を検出することが難しい。このため、この構成の磁気センサが検出素子での検出結果を用いても、電気位相角を算出することができず、磁気センサの位置を算出することができないという課題がある。よって、本開示の発明者らは、垂直な方向の成分である垂直成分が平行成分に比べてきわめて大きい磁場を形成している磁石列における位置を検出することが効果的にできる構成の磁気センサと、当該磁気センサの検出結果を用いて位置を算出する算出方法とを見出すに至った。

以下に、本発明の実施形態の位置検出システムおよび走行システムを含む物品搬送装置ついて、図面を参照しながら説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
［構成］
まず、図１および図２を用いて、本発明の実施の形態における物品搬送装置１００の概要を説明する。

図１は、実施の形態における物品搬送装置の構成を説明するための斜視図である。図２は、実施の形態における物品搬送装置を搬送台車の走行方向から見た概略図である。なお、図１で示す物品搬送装置１００では、走行経路が平面視において環状の形状を有するが、以下の説明では、走行方向がＸ軸方向の直線区間について説明する。つまり、以下では、走行方向をＸ軸方向であるものとして説明する。

物品搬送装置１００は、図１および図２に示すように、走行レール１１０と、１次側固定子群１２０と、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０と、を備える走行システムである。また、物品搬送装置１００は、さらに、動力源１３０と、位置センサ１４０を備えている。

走行レール１１０は、走行経路（図１および図２ではＸ軸方向に延びる経路）に沿って配置される部材である。走行レール１１０は、具体的には、走行経路に直交する方向に並び、走行経路に沿った形状に長尺状の２本の部材であり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属により構成される。なお、走行レール１１０は、樹脂により構成されてもよい。本実施の形態では、図１に示すように、走行レール１１０は、物品１０を搬送する搬送装置４００の搬送経路４１０と交差し、搬送装置４００との間で物品１０を移載する移載区間Ａ１１を含む。

１次側固定子群１２０は、複数の固定子からなる固定子群の一例である。１次側固定子群１２０は、走行経路に沿って配置される。１次側固定子群１２０は、具体的には、走行経路に沿って長い、長尺板状の基板と、当該基板の長手方向に並んで配置される複数のコイルとにより構成される。つまり、実質的には、複数のコイルが、それぞれ、１次側固定子群１２０を構成する複数の固定子として機能する。なお、基板は、水平方向に平行（つまり、ＸＹ平面に平行）に配置されている。

１次側固定子群１２０を構成する複数のコイルは、コントローラ３００（図３参照）により個別に制御されることで、それぞれが独立して磁界を発生する。このように、１次側固定子群１２０は、コントローラにより個別に制御されることで、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０に設けられた２次側可動子２１１に磁気作用を与えて、Ｘ軸方向に力を付与して、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０を走行レール１１０上で移動させる。

動力源１３０は、走行経路上に配置され、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０が有する移載部２１２に力を与えて、当該移載部２１２を動作させる。

位置センサ１４０は、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０のそれぞれの位置を検知するためのセンサである。位置センサ１４０は、磁気センサであり、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０のそれぞれに設けられた被検知部（後述参照）としての永久磁石の位置を検知する。

位置センサ１４０は、走行経路上に沿って配置される。具体的には、位置センサ１４０は、１次側固定子群１２０が配置されている区間に亘って配置される。具体的には、位置センサ１４０は、走行経路上において、所定の長さ単位で複数配置される１次側固定子群１２０のそれぞれに隣接して、複数配置される。これにより、物品搬送装置１００は、位置センサ１４０により検知された第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０のそれぞれの位置に応じて、当該位置に対応する１次側固定子群１２０を制御することで、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０のそれぞれの走行動作を制御することができる。

図２を用いて、第１搬送台車２１０について具体的に説明する。

第１搬送台車２１０は、２次側可動子２１１を有し、２次側可動子２１１が１次側固定子群１２０からの磁気作用を受けて走行レール１１０上を走行することで物品を搬送する搬送台車である。第１搬送台車２１０は、２次側可動子２１１の他に、移載部２１２と、基台となるフレーム２１７と、フレーム２１７に設けられた走行用のローラ２１８とを有する。

２次側可動子２１１は、可動子の一例であり、被検知部を兼ねる。２次側可動子２１１は、例えば、複数の永久磁石により構成される。２次側可動子２１１を構成する複数の永久磁石は、第１搬送台車２１０の走行方向に並んで配置される。２次側可動子２１１は、第１搬送台車２１０が走行レール１１０に配置された状態で、１次側固定子群１２０のＺ軸方向の両側に対向し、フレーム２１７の下方に配置される。つまり、２次側可動子２１１は、１次側固定子群１２０のＺ軸方向の両側において、複数の永久磁石が２列に並ぶ構成である。２列のそれぞれにおける複数の永久磁石は、Ｘ軸方向に並ぶ。第１搬送台車２１０は、所定の経路上に配置された１次側固定子群１２０と、第１搬送台車２１０が有する２次側可動子２１１により構成される地上１次リニアモータシステムによって、個別に停止または加減速可能に走行する。

移載部２１２は、動力源１３０からの力を受けて、走行経路と交差する交差方向（Ｙ軸方向）に物品を移載する。なお、本実施の形態では、移載部２１２は、Ｙ軸方向に物品を移載するが、Ｙ軸方向に限らずに、走行経路（第１搬送台車２１０の走行方向）に交差する方向であれば、所定の経路に厳密に直交していなくてもよい。例えば、移載部２１２は、走行経路（第１搬送台車２１０の走行方向）に対して４５度で交差していてもよい。

移載部２１２は、具体的には、２次側回転子２１３と、移載用コンベア２１４と、ベルト２１５とを有する。２次側回転子２１３は、第１搬送台車２１０の走行方向に沿って延びる回転軸により回転する。２次側回転子２１３は、動力源１３０の１次側固定子１３１からの磁気作用による磁力を受けることで回転し、移載用コンベア２１４を駆動する。２次側回転子２１３は、フレーム２１７からＺ軸負方向側に延びかつＺ軸負方向側の端部からＹ軸負方向側に延びる支持部材２１９の先端に、設けられている。支持部材２１９は、Ｘ軸方向から見た場合、Ｌ字形の形状を有する。

なお、第１搬送台車２１０は、移載部２１２を有していなくてもよく、物品搬送装置１００は、動力源１３０を有していなくてもよい。

ここで、図２を用いて、動力源１３０の詳細について説明する。

動力源１３０は、第１搬送台車２１０の走行時において、第１搬送台車２１０が有する２次側回転子２１３が通過する略円柱状の領域うち、当該領域を囲う位置に配置された、断面が略Ｃ字形状の１次側固定子１３１により構成される。動力源１３０は、１次側固定子１３１に所定の磁界を発生させることにより、第１搬送台車２１０が有する２次側回転子２１３に磁気作用による磁力を加える。１次側固定子１３１は、第１搬送台車２１０の走行方向（Ｘ軸方向）周りの約２７０度の範囲を囲う形状を有する。言い換えると、１次側固定子１３１は、円筒形状の側面のうち、約９０度の範囲に相当する一部の側面が取り除かれた形状を有する。１次側固定子１３１は、円筒形状のうちで、取り除かれた形状の部分がＹ軸正方向を向く向きで配置されている。動力源１３０は、走行経路上において、第１搬送台車２１０の移載部２１２を駆動させるべき区間に配置されており、当該区間を第１搬送台車２１０が通過し、外部からの物品１０を移載する、または、外部へ物品１０を移載する場合にコントローラにより制御され、第１搬送台車２１０の移載部２１２を駆動させる。

移載用コンベア２１４は、２次側回転子２１３により、ベルト２１５を介して交差方向に駆動される。移載用コンベア２１４は、例えば、Ｙ軸方向に駆動されるベルトコンベアであり、第１搬送台車２１０の上面に配置される。つまり、移載用コンベア２１４は、第１搬送台車２１０の、物品１０の載置面を構成し、Ｙ軸方向に駆動されることで、Ｙ軸方向の外側からの物品１０を第１搬送台車２１０の上面（つまり移載用コンベア２１４の上面）に移載したり、第１搬送台車２１０の上面に載置されている物品１０を当該上面からＹ軸方向の外側へ移載したりする。移載用コンベア２１４は、ベルトコンベアに限らずに、ローラコンベアであってもよい。

ベルト２１５は、２次側回転子２１３の回転軸と、移載用コンベア２１４を駆動するための回転軸とを接続し、２次側回転子２１３の回転軸からの回転を、移載用コンベア２１４を駆動するための回転軸へ伝える動力伝達用のベルトである。ベルト２１５は、Ｘ軸方向から見た場合において、第１搬送台車２１０が有するフレーム２１７および支持部材２１９の位置に沿うように、環状の形状で配置されている。ベルト２１５の環状の形状は、フレーム２１７および支持部材２１９のＸ軸方向の端面に設けられている複数のプーリにベルト２１５が架けられることにより形成されている。

このため、ベルト２１５の配置によって生じるデッドスペースを小さくすることができる。また、ベルト２１５が、フレーム２１７を略垂直に貫通しているため、フレーム２１７を貫通するための開口の大きさを小さくできる。このため、フレーム２１７の内部に異物が侵入することを抑制することができる。

なお、ベルト２１５は、例えば、ゴムベルトである。ベルト２１５は、ゴムベルトに限らずに、チェーンであってもよい。

第２搬送台車２２０は、２次側可動子２２１と、移載部２２２と、基台となるフレーム２２７と、フレーム２２７に設けられた走行用のローラ２２８と、支持部材２２９とを有する。

２次側可動子２２１は、２次側可動子２１１と同様の構成である。

移載部２２２は、移載部２１２と同様の構成である。つまり、移載部２２２が有する２次側回転子２２３、移載用コンベア２２４およびベルト２２５は、それぞれ、２次側回転子２１３、移載用コンベア２１４およびベルト２１５と同様の構成である。

また、フレーム２２７、ローラ２２８および支持部材２２９は、それぞれ、フレーム２１７、ローラ２１８および支持部材２２９と同様の構成である。

図３は、実施の形態における物品搬送装置の機能的な構成を示すブロック図である。

物品搬送装置１００は、コントローラ３００と、１次側固定子群１２０と、動力源１３０と、位置センサ１４０と、第１搬送台車２１０とを備える。また、位置センサ１４０と、第１搬送台車２１０の２次側可動子２１１とは、位置検出システム１５０を構成している。

なお、１次側固定子群１２０、動力源１３０、位置センサ１４０および第１搬送台車２１０（第２搬送台車２２０）については、図１および図２を用いて説明したため、説明を省略する。つまり、ここでは、コントローラ３００のみについて説明する。

コントローラ３００は、１次側固定子群１２０および第１搬送台車２１０の２次側可動子２１１により構成される地上１次リニアモータシステムの動作を制御する。コントローラ３００は、例えば、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０のそれぞれを、移載区間Ａ１１に停止させた状態で、搬送装置４００との間で移載部２１２、２２２を介して物品を移載する。

また、コントローラ３００は、１次側固定子群１２０を制御することで、第１搬送台車２１０および第２搬送台車２２０を同期して走行させてもよい。

コントローラ３００は、例えば、所定のプログラムを実行するプロセッサ、および、所定のプログラムを記憶しているメモリなどにより構成される。また、コントローラ３００は、専用回路により構成されてもよい。

［位置検出システムの構成］
次に、位置検出システム１５０の構成について説明する。

図４は、実施の形態に係る位置検出システムの構成の一例を示す概略図である。

図４に、２次側可動子２１１と、位置センサ１４０との関係を示す。

２次側可動子２１１は、２列の磁石列５１０、５２０により構成される。２列の磁石列５１０、５２０のそれぞれは、走行方向であるＸ軸方向に配列パターンを１周期として周期的に繰り返して配列される複数の磁石により構成される。磁石列５１０は、４つの磁石５１１～５１４を順に並べた配列パターンを１周期として、複数周期分が繰り返し配列されたものである。磁石列５２０も、磁石列５１０と同様に、４つの磁石５２１～５２４を順に並べた配列パターンを１周期として、複数周期分が繰り返し配列されたものである。これにより、４つの磁石５１１～５１４を並べた配列パターンにおいて、当該配列パターンのＸ軸方向における幅は、１周期分の距離Ｌ１である。２列の磁石列５１０、５２０の配列パターンは、例えば、図４に示すようなハルバッハ配列である。

また、２列の磁石列５１０、５２０では、Ｘ軸方向における任意の位置において一方の磁石列５１０の磁石と他方の磁石列５２０の磁石とが、異なる極性を有する面で互いに対向している。例えば、磁石列５１０の磁石５１１のＮ極の面と、磁石列５２０の磁石５２１のＳ極の面とは、Ｚ軸方向で互いに対向している。また、磁石列５１０の磁石５１３のＳ極の面と、磁石列５２０の磁石５２３のＮ極の面とは、Ｚ軸方向で互いに対向している。このように、２列の磁石列５１０、５２０は、Ｘ軸方向の特定の位置において、異なる極性の面同士が互いに対向しているため、図４の白抜き矢印Ｄ１～Ｄ２に示すように、Ｎ極からＳ極へ向かって磁束線（または磁力線）がほぼ真っ直ぐに延びる状態となっている。

このようにハルバッハ配列で２列の磁石列５１０、５２０を構成することにより、２列の磁石列５１０、５２０の間の空間のＺ軸方向の磁束密度は、例えば、図５に示す磁束密度波形の分布となる。

図５は、２列の磁石列の間の空間における、Ｘ軸方向の磁束密度分布を示す磁束密度波形である。

図５に示すように、２列の磁石列５１０、５２０の間の空間において、Ｘ軸方向における位置に応じて周期的に、Ｚ軸方向の磁束密度が変化していることが分かる。磁束密度の１周期は、距離Ｌ１と一致する。このように、磁束密度の大きさは、Ｘ軸方向の位置に応じて異なるため、磁束密度を検出することで、後述する磁気センサ６００のＸ軸方向における位置を検出することができる。なお、Ｘ軸方向における１点のみで磁束密度を検出するだけでは、異なる２点の位置において、同じ磁束密度が検出される場合があるため、例えば、磁気センサ６００は、当該磁束密度波形の１／４周期分だけ離れた２点で磁束密度を検出するとよい。これにより、磁気センサ６００は、磁気センサ６００の２列の磁石列５１０、５２０へのＸ軸方向における相対位置を検出することができる。

なお、磁気センサ６００の２列の磁石列５１０、５２０へのＸ軸方向における相対位置は、磁気センサ６００の２つの検出素子のうちの一方の検出素子の位置と、２列の磁石列５１０、５２０による磁束密度分布のゼロクロスの位置とをそれぞれ基準位置として算出されてもよい。当該相対位置は、例えば、上記磁束密度分布のゼロクロスの位置から上記一方の検出素子の位置までの距離である。当該相対位置は、さらに、上記磁束密度分布のゼロクロスの位置から、上記一方の検出素子の位置への方向を含んでいてもよい。なお、磁気センサ６００の基準位置は、上記に限るものではなく、例えば、磁束密度分布のゼロクロスの位置から半周期分位相がずれた位置としてもよい。また、２列の磁石列５１０、５２０の基準位置は、上記に限るものではなく、２つの検出素子から規定の距離だけ離れた位置を基準位置としてもよい。

磁気センサ６００の２つの検出素子のうちの一方の検出素子が、２列の磁石列５１０、５２０のＸ軸方向における各位置にある場合の検出結果である、位置と検出結果との関係を示す関係情報を予めメモリに記憶しておくことで、検出結果から磁気センサ６００の２列の磁石列５１０、５２０への相対位置を容易に算出することができる。

関係情報は、例えば、式１で示す下記の関係式であってもよい。

位置＝（Ｌ１／２π）×θａ （式１）

ここで、Ｌ１は配列パターンの１周期分の長さを示し、θａは後述する平均電気位相角を示す。

関係情報は、位置と磁束密度との関係を示す情報であればよく、上記関係式に限らずに、例えば、テーブル、グラフなどであってもよいし、予めキャリブレーションすることにより得られた位置に対応する検出結果であってもよい。

位置センサ１４０は、２列の磁石列５１０、５２０の間に配置され、Ｘ軸方向において２列の磁石列に対する相対的な位置が変化可能である磁気センサ６００を含む。具体的には、位置センサ１４０は、第１の検出素子６０１と、第２の検出素子６０２と、第３の検出素子６０３と、第４の検出素子６０４とを有する。各検出素子６０１～６０４は、Ｚ軸方向における磁束密度を検出する素子である。各検出素子６０１～６０４は、例えば、ホール素子、コイルなどにより構成される。各検出素子６０１～６０４は、ホール素子で構成される場合、検出面が一方の磁石列５１０に対向する向きに配置されている。各検出素子６０１～６０４は、コイルで構成される場合、コイルの軸が２列の磁石列５１０、５２０に対して垂直となる向きに配置されている。

第１の検出素子６０１と第２の検出素子６０２とは、Ｘ軸方向において、互いに配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ２だけ離れている。つまり、第２の検出素子６０２は、第１の検出素子６０１からＸ軸正方向に距離Ｌ２だけ離れた位置に配置されている。距離Ｌ２は、配列パターンの１／４周期分の距離であるため、距離Ｌ１の１／４である。

第３の検出素子６０３は、第１の検出素子６０１からＸ軸正方向に、配列パターンの１／８周期分の距離Ｌ３だけ離れた位置に配置されている。第３の検出素子６０３は、本実施の形態では、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２の間に配置されている。距離Ｌ３は、配列パターンの１／８周期分の距離であるため、距離Ｌ２の１／２である。つまり、第３の検出素子６０３は、第１の検出素子６０１が配置される位置、および、第２の検出素子６０２が配置される位置の、ちょうど中間地点に配置されている。

第４の検出素子６０４は、第３の検出素子６０３からＸ軸正方向に、配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ４だけ離れた位置に配置されている。よって、距離Ｌ４は、距離Ｌ２と等しい。また、等しい距離だけ離れている２組の検出素子が、その距離の１／２だけズレた位置に配置されているため、第１～第４の検出素子６０１～６０４は、所定の配列パターンの１／８周期分の間隔で、等間隔に配置されている。なお、配置されている順番は、Ｘ軸負方向側から、第１の検出素子６０１、第３の検出素子６０３、第２の検出素子６０２、および、第４の検出素子６０４の順である。

位置センサ１４０は、第１～第４の検出素子６０１～６０４による検出結果を用いて、位置センサ１４０の２列の磁石列５１０、５２０に対する相対的な位置を検出するセンサである。つまり、位置センサ１４０では、第１～第４の検出素子６０１～６０４による検出結果から、位置センサ１４０の２列の磁石列５１０、５２０に対する相対的な位置を算出するための処理を行う。位置センサ１４０において行われる上記処理を実行するための構成について図６を用いて説明する。

図６は、位置センサの機能構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すように、位置センサ１４０は、機能的には、第１～第４の検出素子６０１～６０４と、決定部１４１とを有する。決定部１４１は、磁気センサ６００としての第１～第４の検出素子６０１～６０４の検出値に基づいて２列の磁石列５１０、５２０に対する、当該磁気センサ６００のＸ軸方向における位置を決定する。

決定部１４１は、例えば、第１磁束密度を示す第１電圧を第１の検出素子６０１から取得し、第２磁束密度を示す第２電圧を第２の検出素子６０２から取得する。そして、決定部１４１は、取得した第１電圧および第２電圧の比を求めることで、第１の比Ｒ１を算出し、算出した第１の比Ｒ１の逆タンジェントを算出することで第１電気位相角θ１２を算出する。

また、決定部１４１は、例えば、第３磁束密度を示す第３電圧を第３の検出素子６０３から取得し、第４磁束密度を示す第４電圧を第４の検出素子６０４から取得する。そして、決定部１４１は、取得した第３電圧および第４電圧の比を求めることで、第２の比Ｒ２を算出し、算出した第２の比Ｒ２の逆タンジェントを算出することで第２電気位相角θ３４を算出する。

次に、決定部１４１は、算出した第１電気位相角θ１２と第２電気位相角θ３４との相加平均である平均電気位相角θａを算出する。そして、決定部１４１は、算出した平均電気位相角θａと、平均電気位相角および位置の関係を示す関係情報とを用いて、算出した平均電気位相角θａに上記関係情報において対応付けられている位置を、磁気センサ６００の位置として決定する。

決定部１４１は、所定のサンプリング周期で、上述した位置決定の処理を繰り返し、１つの配列パターンを移動するごとに、カウントする、例えば、１をインクリメントする処理を行ってもよい。これにより、カウントした数を参照することで、２列の磁石列５１０、５２０の２つ目以降の配列パターンに磁気センサ６００が位置した場合においても、当該位置が何番目の配列パターンにおける位置であるのかを特定できる。

なお、決定部１４１は、例えば、所定のプログラムを実行するプロセッサ、および、所定のプログラムを記憶しているメモリなどにより構成される。また、決定部１４１は、専用回路により構成されてもよい。また、決定部１４１の機能は、コントローラ３００が有していてもよい。

［位置検出システムの動作］
次に、位置検出システムの動作について説明する。

図７は、位置検出システムの動作の一例を示すフローチャートである。

位置検出システム１５０では、第１～第４の検出素子６０１～６０４が第１～第４磁束密度を検出する（Ｓ１）。

次に、決定部１４１は、第１～第４磁束密度を用いて、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２を算出する（Ｓ２）。

次に、決定部１４１は、第１電気位相角θ１２および第２電気位相角θ３４を算出する（Ｓ３）。

なお、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２の算出方法、および、第１電気位相角θ１２および第２電気位相角θ３４の具体的な算出方法は、上述したとおりであるので詳細な説明を省略する。

そして、決定部１４１は、第１電気位相角θおよび第２電気位相角θ３４の相加平均を算出することで平均電気位相角θａを算出する（Ｓ４）。

最後に、決定部１４１は、関係情報において平均電気位相角θａに対応付けられている位置を、磁気センサ６００の位置、つまり、位置センサ１４０の位置として決定する（Ｓ５）。これにより、位置センサ１４０は、２列の磁石列５１０、５２０に対する、第１搬送台車２１０の位置を検出することができる。

［効果など］
本実施の形態に係る位置検出システム１５０は、磁石列に対する磁気センサ６００の位置を検出する。位置検出システム１５０は、２列の磁石列５１０、５２０と、磁気センサ６００と、決定部１４１とを備える。２列の磁石列５１０、５２０は、走行方向としてのＸ軸方向に所定の配列パターンを１周期として周期的に繰り返して配列される複数の磁石により構成される。２列の磁石列５１０、５２０は、Ｘ軸方向における特定の位置において一方の磁石列５１０の磁石と他方の磁石列５２０の磁石とが、異なる極性を有する面で互いに対向している。磁気センサ６００は、２列の磁石列５１０、５２０の間に配置され、２列の磁石列５１０、５２０に対してＸ軸方向に相対的に移動可能に配置されている。決定部１４１は、磁気センサ６００の検出値に基づいて２列の磁石列５１０、５２０に対する磁気センサ６００のＸ軸方向における位置を決定する。磁気センサ６００は、磁束密度を検出する第１の検出素子６０１と、第２の検出素子６０２とを有する。第２の検出素子６０２は、第１の検出素子６０１からＸ軸方向に、所定の配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ２だけ離れた位置に配置される。決定部１４１は、第１の検出素子６０１によって検出される第１磁束密度、および、第２の検出素子６０２によって検出される第２磁束密度の第１の比Ｒ１の逆タンジェントを算出することで第１電気位相角θ１２を算出する。次に、決定部１４１は、算出した第１電気位相角θ１２を用いて、磁気センサ６００の位置を決定する。

このように、位置検出システム１５０は、第１の検出素子６０１、および、第１の検出素子６０１からＸ軸方向に所定の配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ２だけ離れた位置に配置される第２の検出素子６０２により検出された第１磁束密度および第２磁束密度を用いて第１電気位相角θ１２を算出し、算出した第１電気位相角θ１２に応じた位置を決定する。このため、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列５１０、５２０を利用した位置検出システム１５０であっても、当該２列の磁石列５１０、５２０の間における磁束密度の、Ｘ軸方向における位置に応じた変化を効果的に検出することができる。よって、磁気センサ６００が第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２により検出された２点それぞれにおける磁束密度の値から、磁気センサ６００の２列の磁石列５１０、５２０へのＸ軸方向における相対位置を適切に検出することができる。

ここで、図８は、図５の磁束密度波形を高速フーリエ変換した結果を示す図である。

図８に示すように、２列の磁石列５１０、５２０により形成した磁場においては、基本波の３倍波および５倍波の成分が大きいことが分かる。これにより、当該磁場においては、基本波とは別に、３倍波または５倍波のような周期誤差が含まれており、検出誤差につながってしまうという別の課題がある。そこで、発明者らは、周期誤差を低減するために次のように誤差検出素子を設けることに至った。

また、位置検出システム１５０において、磁気センサ６００は、さらに、第１の検出素子６０１または第２の検出素子６０２から所定の配列パターンの１／８周期分の距離Ｌ３だけ離れた位置に配置される誤差検出素子としての第３の検出素子６０３および第４の検出素子６０４を有する。このように、位置検出システム１５０は、誤差検出素子を有するため、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２の検出結果を用いて求めた、磁気センサ６００の２列の磁石列５１０、５２０へのＸ軸方向における相対位置の誤差を低減することができる。

具体的には、位置検出システム１５０において、誤差検出素子は、磁束密度を検出する第３の検出素子６０３および第４の検出素子６０４を有する。第３の検出素子６０３は、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２の間に配置され、第１の検出素子６０１からＸ軸方向に、所定の配列パターンの１／８周期分の距離Ｌ３だけ離れた位置に配置される。第４の検出素子６０４は、第３の検出素子６０３から第２の検出素子６０２側に、所定の配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ４だけ離れた位置に配置される。決定部１４１は、さらに、第３の検出素子６０３によって検出される第３磁束密度、および、前記第４の検出素子によって検出される第４磁束密度の第２の比Ｒ２を用いて、第２電気位相角θ３４を算出する。そして、決定部１４１は、第１電気位相角θ１２と、第２電気位相角θ３４との相加平均を求めることで、平均電気位相角θａを算出する。決定部１４１は、算出した平均電気位相角θａと、平均電気位相角および位置の関係を示す関係情報とを用いて、算出した平均電気位相角に関係情報において対応付けられている位置を、磁気センサ６００の位置として決定する。

これによれば、位置検出システム１５０では、第３の検出素子６０３と第４の検出素子６０４とを設けることで、得られた第２電気位相角θ３４を用いて、第１電気位相角θ１２との相加平均を算出し、算出した相加平均により得られた平均電気位相角θａから磁気センサ６００の位置を決定している。

図９は、第１および第２電気位相角のそれぞれを用いて算出した位置の位置検出誤差と、平均電気位相角を用いて算出した位置との位置検出誤差を示す図である。位置検出誤差は、各電気位相角を用いて算出した位置と、位置センサ１４０の実際の位置と、の差分である。

図９に示すように、平均電気位相角を用いて算出した位置の位置検出誤差は、第１および第２電気位相角のそれぞれを用いて算出した位置の位置検出誤差とよりも誤差が低減されていることが分かる。

このように、１／４周期分離れた位置において検出された第１電気位相角θ１２と第２電気位相角θ３４との相加平均により得られた平均電気位相角θａを求めることで、３倍波および５倍波の高調波成分をキャンセルすることができる。このため、２列の磁石列５１０、５２０による磁場の周期誤差を低減することができ、磁気センサ６００の位置を精度よく決定することができる。

また、位置検出システム１５０において、２列の磁石列５１０、５２０の所定の配列パターンは、ハルバッハ配列である。このため、２列の磁石列５１０、５２０の間に磁力線を集中させることができる。

また、位置検出システム１５０において、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２は、それぞれ、ホール素子であり、検出面が一方の磁石列５１０に対向する向きに配置されていてもよい。この場合、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２は、Ｚ軸方向の磁束密度を効果的に検出することができる。

また、位置検出システム１５０において、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２は、それぞれ、コイルであり、コイルの軸が２列の磁石列５１０、５２０に対して垂直となる向きに配置されていてもよい。この場合、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２は、Ｚ軸方向の磁束密度を効果的に検出することができる。

また、走行システムとしての物品搬送装置１００は、位置検出システム１５０と、２列の磁石列５１０、５２０を可動子とするリニアモータにより駆動される走行車としての第１搬送台車２１０と、位置検出システム１５０において検出された磁気センサ６００の位置に応じてリニアモータを駆動させることで、第１搬送台車２１０の走行を制御するコントローラ３００と、を備える。

このように、第１搬送台車２１０を走行させるためのリニアモータの可動子として用いられる２列の磁石列５１０、５２０を、第１搬送台車２１０の位置を検出するための位置検出システム１５０において用いることができる。このため、製造コストを低減させることができる。また、２つの磁石列５１０、５２０は、ハルバッハ配列であるため、リニアモータは、電磁誘導による駆動力を効率的に得ることができる。

［変形例］
上記実施の形態に係る位置検出システム１５０では、第１の検出素子６０１と第２の検出素子６０２とは、Ｘ軸正方向に、配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ２だけ離れているとしたが、これに限らない。第１の検出素子６０１と第２の検出素子６０２とは、Ｘ軸方向において、互いに配列パターンの（２Ａ＋１）／４周期分（前記Ａは０以上の整数）の距離だけ離れていればよく、例えば、配列パターンの３／４周期分の距離だけ離れていてもよいし、５／４周期分の距離だけ離れていてもよい。

上記実施の形態に係る位置検出システム１５０では、第３の検出素子６０３は、第１の検出素子６０１からＸ軸正方向に、配列パターンの１／８周期分の距離Ｌ３だけ離れた位置に配置されているとしたが、これに限らない。第３の検出素子６０３は、第１の検出素子６０１からＸ軸正方向に、配列パターンの（４Ｂ＋１）／８周期分（前記Ｂは０以上の整数）の距離だけ離れていればよく、例えば、配列パターンの５／８周期分の距離だけ離れていてもよいし、９／８周期分の距離だけ離れていてもよい。

上記実施の形態に係る位置検出システム１５０では、第４の検出素子６０４は、第３の検出素子６０３からＸ軸正方向に、配列パターンの１／４周期分の距離Ｌ４だけ離れた位置に配置されているとしたが、これに限らない。第４の検出素子６０４は、第３の検出素子６０３からＸ軸正方向に、配列パターンの（２Ｃ＋１）／４周期分（前記Ｃは０以上の整数）の距離だけ離れていればよく、例えば、配列パターンの３／４周期分の距離だけ離れていてもよいし、５／４周期分の距離だけ離れていてもよい。

上記実施の形態に係る位置検出システム１５０は、誤差検出素子として第３の検出素子６０３および第４の検出素子６０４を備える構成としたが、誤差検出用素子を備えない構成としてもよい。

この場合、決定部１４１は、算出した第１電気位相角θ１２と、第１電気位相角θ１２および位置の関係を示す関係情報とを用いて、第１電気位相角θ１２に関係情報において対応付けられている位置を、磁気センサ６００の位置として決定する。このように、磁気センサ６００が第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２のみを有する構成であっても、磁気センサ６００の位置を検出することができる。

上記実施の形態に係る位置検出システム１５０は、誤差検出素子として２つの検出素子６０３、６０４を用いたが、１つの検出素子を用いることで、第１の検出素子６０１および第２の検出素子６０２の検出結果により算出される第１電気位相角θ１２を補正してもよい。

また、上記実施の形態に係る位置検出システム１５０では、２列の磁石列５１０、５２０の配列パターンは、ハルバッハ配列であるとしたが、これに限らない。例えば、２列の磁石列のうちの一方の磁石列が、磁石１つずつまたは複数個ずつＮ極とＳ極とが交互に繰り返すように配列され、他方の磁石列が一方の磁石列と異なる磁極で対向するように配列される構成であってもよい。

図１０は、変形例に係る位置検出システムの構成の一例を示す概略図である。

位置検出システム１５０ａにおいて、２次側可動子２１１ａは、２列の磁石列５１０ａ、５２０ａを有する。磁石列５１０ａは、Ｎ極が磁石列５２０ａ側を向いている磁石５１１ａと、Ｓ極が磁石列５２０ａ側を向いている磁石５１２ａとを１周期として、複数周期分が繰り返し配列されたものである。同様に、磁石列５２０ａは、Ｓ極が磁石列５１０ａ側を向いている磁石５２１ａと、Ｎ極が磁石列５１０ａ側を向いている磁石５２２ａとを１周期として、複数周期分が繰り返し配列されたものである。磁石列５１０ａの磁石５１１ａのＮ極の面と、磁石列５２０ａの磁石５２１ａのＳ極の面とは、Ｚ軸方向で互いに対向している。このように、２列の磁石列５１０ａ、５２０ａは、Ｘ軸方向の特定の位置において、異なる極性の面同士が互いに対向しているため、図１０の白抜き矢印Ｄ１１、Ｄ１２に示すように、Ｎ極からＳ極へ向かって磁束線（または磁力線）がほぼ真っ直ぐに延びる状態となっている。

また、上記実施の形態に係る物品搬送装置１００は、地上１次式リニアモータシステムであるとしたが、地上２次式リニアモータシステムにより実現してもよい。即ち、磁石列５１０、５２０が固定子側に配置され、磁気センサ６００が可動子側に配置されてもよい。この場合、磁石列５１０、５２０がリニアモータの固定子である。

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る物品搬送装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、特定の位置において異極同士が対向している配列を有する２列の磁石列の間の位置に磁気センサが配置される場合に、２列の磁石列に対する磁気センサの位置を適切に検出することができる位置検出システム、走行システムなどとして有用である。

１０ 物品
１００ 物品搬送装置
１１０ 走行レール
１２０ １次側固定子群
１３０ 動力源
１３１ １次側固定子
１４０ 位置センサ
１４１ 決定部
１５０、１５０ａ 位置検出システム
２１０ 第１搬送台車
２１１、２１１ａ、２２１ ２次側可動子
２１２、２２２ 移載部
２１３、２２３ ２次側回転子
２１４、２２４ 移載用コンベア
２１５、２２５ ベルト
２１７、２２７ フレーム
２１８、２２８ ローラ
２１９、２２９ 支持部材
２２０ 第２搬送台車
３００ コントローラ
４００ 搬送装置
５１０、５１０ａ、５２０、５２０ａ 磁石列
５１１～５１４、５１１ａ、５１２ａ、５２１～５２４、５２１ａ、５２２ａ 磁石
６００ 磁気センサ
６０１ 第１の検出素子
６０２ 第２の検出素子
６０３ 第３の検出素子
６０４ 第４の検出素子

Claims (7)

1. 磁石列に対する磁気センサの位置を検出する位置検出システムであって、
   検出方向に配列パターンを１周期として周期的に繰り返して配列される複数の磁石により構成される２列の磁石列であって、前記検出方向における特定の位置において一方の磁石列の磁石と他方の磁石列の磁石とが、異なる極性を有する面で互いに対向している２列の磁石列と、
   前記２列の磁石列の間に配置され、前記検出方向において前記２列の磁石列に対する相対的な位置が変化可能である磁気センサと、
   前記磁気センサの検出値に基づいて前記２列の磁石列に対する前記磁気センサの前記検出方向における位置を決定する決定部と、を備え、
   前記磁気センサは、磁束密度を検出する第１の検出素子と、磁束密度を検出する第２の検出素子であって、前記第１の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（２Ａ＋１）／４周期分（前記Ａは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第２の検出素子と、を有し、
   前記決定部は、前記第１の検出素子によって検出される第１磁束密度、および、前記第２の検出素子によって検出される第２磁束密度の比である第１の比の逆タンジェントを算出することで第１電気位相角を算出し、算出した前記第１電気位相角を用いて、前記磁気センサの位置を決定する
   位置検出システム。
2. 前記決定部は、算出した前記第１電気位相角と、第１電気位相角および前記位置の関係を示す第１関係情報とを用いて、前記第１関係情報において前記第１電気位相角に対応付けられている位置を、前記磁気センサの位置として決定する
   請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記磁気センサは、
   磁束密度を検出する第３の検出素子であって、前記第１の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（４Ｂ＋１）／８周期分（前記Ｂは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第３の検出素子と、
   磁束密度を検出する第４の検出素子であって、前記第３の検出素子から前記検出方向に、前記配列パターンの（２Ｃ＋１）／４周期分（前記Ｃは０以上の整数）の距離だけ離れた位置に配置される第４の検出素子と、を有し、
   前記決定部は、さらに、
   （１）前記第３の検出素子によって検出される第３磁束密度、および、前記第４の検出素子によって検出される第４磁束密度の比である第２の比の逆タンジェントを算出することで第２電気位相角を算出し、
   （２）前記第１電気位相角と前記第２電気位相角との相加平均である平均電気位相角を算出し、
   （３）算出した前記平均電気位相角と、平均電気位相角および前記位置の関係を示す第２関係情報とを用いて、前記第２関係情報において前記平均電気位相角に対応付けられている位置を、前記磁気センサの位置として決定する
   請求項１に記載の位置検出システム。
4. 前記２列の磁石列の前記配列パターンは、ハルバッハ配列である
   請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出システム。
5. 前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子は、それぞれ、ホール素子であり、検出面が前記一方の磁石列に対向する向きに配置されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出システム。
6. 前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子は、それぞれ、コイルであり、前記コイルの軸が前記２列の磁石列に対して垂直となる向きに配置されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出システム。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の位置検出システムと、
   前記２列の磁石列が固定子または可動子であるリニアモータにより駆動される走行車と、
   前記位置検出システムにおいて検出された前記磁気センサの位置に応じて前記リニアモータを駆動させることで、前記走行車の走行を制御するコントローラと、を備える
   走行システム。

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