JP2012005233A - リニアモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、可動子の絶対位置を検出する。
【解決手段】制御装置は、Ｎ極とＳ極とが交互に等間隔に配列方向に配列されている複数の第１の磁石を備える第１の磁石部と、第１の磁石部に対向して電機子に備えられ第１の磁石が生じさせている磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を出力する第１の磁気センサと、配列方向における可動子の可動範囲を複数に分けた区間それぞれを一意に識別させる複数の第２の磁石であって配列方向に等間隔に配列されている複数の第２の磁石を備える第２の磁石部と、第２の磁石部に対向して電機子に備えられ第２の磁石が生じさせている磁界の磁束密度に応じた信号を出力する第２の磁気センサと、第２の磁気センサが出力する信号から検出された区間と、第１の磁気センサが出力する信号から算出された電気角とに基づいて、可動子の位置を算出する位置算出部とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、リニアモータの制御装置に関する。

リニアモータが備える可動子の位置検出において、予め定められた原点に対する相対位置（絶対位置）の情報が必要な場合、可動子の位置を検出するアブソリュートエンコーダが用いられる。アブソリュートエンコーダには、例えば、特許文献１に記載されているような、光学センサが用いられている。

特開２００５−１２９６３号公報

しかしながら、光学式のアブソリュートエンコーダにおいて、センサにより読み取られる目盛りが印されたリニアスケールは、目盛りの形成に高い技術が要求されるので、高価である。このため、光学式のアブソリュートエンコーダを用いたリニアモータ装置は、高価になってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、リニアモータにおいて、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、可動子の絶対位置を検出する制御装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、Ｎ極とＳ極とが交互に等間隔に配列された複数の駆動用磁石を備える駆動用磁石部と、複数のコイルとを備える電機子とを具備し、前記電機子又は前記駆動用磁石部のいずれか一方が可動子となり、該可動子が、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記駆動用磁石が生じさせる磁界とにより前記駆動用磁石の配列された配列方向に直線運動をするリニアモータの制御装置であって、Ｎ極とＳ極とが交互に等間隔に前記配列方向に配列されている複数の第１の磁石を備える第１の磁石部と、前記第１の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第１の磁気センサであって、前記第１の磁石が生じさせている磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を出力する第１の磁気センサと、前記第１の磁気センサから受信した信号に基づいて電気角を算出する電気角算出部と、前記配列方向における前記可動子の可動範囲を複数に分けた区間それぞれを一意に識別させる複数の第２の磁石であって前記配列方向に等間隔に配列されている複数の第２の磁石を備える第２の磁石部と、前記第２の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第２の磁気センサであって、前記第２の磁石が生じさせている磁界の磁束密度に応じた信号を出力する第２の磁気センサと、前記第２の磁気センサから受信した信号に基づいて前記電機子が位置している前記区間を検出する区間検出部と、前記区間検出部が検出した区間と、前記電気角算出部が算出した電気角とに基づいて、前記可動範囲における前記可動子の位置を算出する位置算出部とを備えることを特徴とするリニアモータの制御装置である。

この発明によれば、リニアモータにおいて、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、固定子に対する可動子の絶対位置を検出することができる。

第１実施形態における制御装置を具備するリニアモータ装置を示す概略図である。 同実施形態におけるＭＲセンサの原理を示す斜視図である。 同実施形態におけるリニアモータの斜視図である。 同施形態におけるリニアモータの正面図である。 同実施形態における可動子の移動方向に沿った断面図を示す図である。 同実施形態におけるＭＲセンサ及びコイルと、駆動用磁石２４との相対的な位置、並びにホールセンサと、スケール用磁石との相対的な位置を示す模式図である。 同実施形態における制御装置、固定子、及び可動子の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態において、電機子の駆動用磁石に対する磁極位置θと、電気角算出部が算出する電気角αと、ＭＲセンサから出力される信号と、及びコイルに印加する電圧との関係の一例を示すグラフである。 同実施形態における制御装置が可動子の位置を算出する一例を説明するための図である。 第２実施形態における制御装置が可動子の位置を算出する一例を説明するための図である。 変形例のリニアモータ装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による制御装置を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における制御装置１０を具備するリニアモータ装置１を示す概略図である。図示するように、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を駆動させて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。

案内装置２２は、例えば、ボールを介して組みつけられた軌道レール２３及びスライドブロック２６から構成されている。案内装置２２の軌道レール２３は、固定子２１が有するベース５４に固定され、案内装置２２のスライドブロック２６は、可動子２５に固定されている。これにより、可動子２５は、固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内されるようになっている。

また、固定子２１は、一対の軌道レール２３、２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備えている。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５の移動方向（以下、移動方向という）において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように並べられている。また、各駆動用磁石２４は、移動方向において、同じ長さを有しており、可動子２５の位置に関わらず一定の推力が得られるようになっている。

また、固定子２１には、固定子２１上における可動子２５の位置する区間を識別するための複数のスケール用磁石３１が、ベース５４の側壁部に取り付けられている。スケール用磁石３１により識別される区間は、可動子２５の可動範囲を移動方向において等分した区間である。また、複数のスケール用磁石３１は、それぞれが各区間に対応付けられている。
また、複数のスケール用磁石３１は、Ｎ極とＳ極との磁極を交互にして、駆動用磁石２４の配列方向に対し平行に、すなわち移動方向に並べられている。ここで、駆動用磁石２４の配列方向に対し平行とは、各スケール用磁石３１の中央を結ぶ直線が、配列方向を示す直線と平行なことである。
また、例えば、並べられた複数のスケール用磁石３１の一端が、可動子２５の位置を示す際の原点３０となる。

可動子２５は、複数のコイルを有する電機子６０と、移動対象を取り付けるテーブル５３と、ＭＲ（Magnetoresitive Elements；磁気抵抗素子）センサ２７と、ホールセンサ２９とを備えている。
ＭＲセンサ２７は、固定子２１に配置されている駆動用磁石２４が生じさせる磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を制御装置１０に出力する。具体的には、ＭＲセンサ２７は、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。ホールセンサ２９は、例えば、レベル出力タイプのホールセンサであり、スケール用磁石３１が生じさせる磁界の磁束密度に応じた信号を制御装置１０に出力する。また、ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ２９とは、移動方向において、原点３０からの距離が等しくなるように可動子２５に取り付けられている。

図２は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。同図に示すように、シリコン（Ｓｉ）又はガラス基板２７１と、その上に形成されたニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で形成される磁気抵抗素子２７２とを有する。磁気抵抗素子２７２は、電流の流れる方向（Ｙ軸方向）に対して、磁気抵抗素子２７２を通過する磁束の方向がなす角度に応じて、抵抗値が変化する。

ＭＲセンサ２７は、複数の磁気抵抗素子２７２を組み合わせて、２つのフルブリッジ回路を構成し、２つのフルブリッジ回路が４５°の位相差を有する信号を出力するように配置されている。このように、特定の磁界方向で抵抗値が変化する素子を、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance；異方性磁気抵抗素子）センサという（参考文献：「垂直タイプＭＲセンサ技術資料」、[online]、２００５年１０月１日、浜松光電株式会社、「２０１０年５月６日検索」、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf＞）。

図１に戻って、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７が出力する信号と、ホールセンサ２９が出力する信号とに基づいて、固定子２１上における可動子２５の位置を算出する。また、制御装置１０は、算出した可動子２５の位置と、外部より入力される位置指令情報とに応じて、電機子６０が有している複数のコイルに電流を流す。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、図４を用いて、本実施形態におけるリニアモータ２０の構成を説明する。
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。
リニアモータ２０は、上述のように、Ｎ極又はＳ極が着磁されている複数の板状の駆動用磁石２４を備えている固定子２１に対して、可動子２５が相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータである。可動子２５に備えられている電機子６０は、駆動用磁石２４とすきまｇを介して対向している。

固定子２１が有する細長く伸びているベース５４上には、上述の複数の駆動用磁石２４が、移動方向に一列に配列されている。ベース５４は、底壁部５４ａと、底壁部５４ａの幅方向の両側に設けられている一対の側壁部５４ｂとから構成されている。底壁部５４ａには、上述の複数の駆動用磁石２４が取り付けられている。

各駆動用磁石２４には、移動方向と直交する方向（図４において上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成されている。複数の駆動用磁石２４は、それぞれが隣接する一対の駆動用磁石２４に対して磁極を反転させた状態で並べられている。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。

ベース５４の一方の側壁部５４ｂには、上述の複数のスケール用磁石３１が取り付けられている。各スケール用磁石３１は、移動方向と直交する方向（図４において左右方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成されている。複数のスケール用磁石３１は、それぞれが隣接する一対のスケール用磁石３１に対して磁極を反転させた状態で並べられている。これにより、可動子２５にブラケット５５を介して取り付けられているホールセンサ２９に対し、可動子２５が移動した際に、スケール用磁石３１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。

ベース５４の側壁部５４ｂの上面には、案内装置２２の軌道レール２３が取り付けられている。軌道レール２３には、上述したように、スライドブロック２６がスライド可能に組み付けられている。軌道レール２３と、スライドブロック２６との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在されている（図示せず)。スライドブロック２６には、複数のボールを循環させるためのトラック状のボール循環経路が設けられている。軌道レール２３に対して、スライドブロック２６がスライドすると、複数のボールがこれらの間を転がり運動し、また複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック２６の円滑な直線運動が可能になる。

案内装置２２のスライドブロック２６の上面には、可動子２５のテーブル５３が取り付けられている。テーブル５３は、例えば、アルミニウムなどの非磁性素材からなり、移動対象が取り付けられる。テーブル５３の下面には、電機子６０が吊り下げられている。図４の正面図に示されるように、駆動用磁石２４と電機子６０との間には、すきまｇが設けられている。案内装置２２は、電機子６０が駆動用磁石２４に対して相対的に移動するときも、このすきまｇを一定に維持する。

図５は、本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
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。コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれには、位相差を有する三相交流が制御装置１０から供給される。突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻いた後、３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、樹脂封止される。
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。

図６は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、駆動用磁石２４との相対的な位置、並びにホールセンサ２９と、スケール用磁石３１との相対的な位置を示す模式図である。
固定子２１には、上述したように、ベース５４の底壁部５４ａ上に、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、移動方向に交互に配列されている。可動子２５において、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、固定子２１に配置された駆動用磁石２４と対向するように、移動方向に配列されている。
また、ＭＲセンサ２７は、各駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、ＭＲセンサ２７を駆動用磁石２４が生じさせる磁界の最も強い位置を通過させることができる。

また、固定子２１には、上述したように、ベース５４の移動方向においてＮ極とＳ極との磁極が交互になるようにスケール用磁石３１がベース５４の側壁部５４ｂに並べて配置されている。ホールセンサ２９は、スケール用磁石３１が生じさせる磁界の最も強い位置を通過するように、各スケール用磁石３１の中央部に対向する位置に配置されている。
また、スケール用磁石３１のベース５４の移動方向における長さ（寸法）は、駆動用磁石２４の移動方向における長さの半分である。

図７は、本実施形態における制御装置１０、固定子２１、及び可動子２５の構成を示す概略ブロック図である。図示するように、制御装置１０は、制御部１１と、駆動部１２と、電気角算出部１３と、区間検出部１４と、位置算出部１５とを備えている。
また、固定子２１は、上述したように、スケール用磁石３１と、駆動用磁石２４とを備えている。また、可動子２５は、駆動用磁石２４に対向して配置されているコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗ及びＭＲセンサ２７と、ホールセンサ２９とを備えている。

制御部１１は、外部より入力される位置指令情報と、電気角算出部１３が算出する電気角と、位置算出部１５が算出する可動子２５の位置とに基づいて、可動子２５を移動させるためにコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれに流す電流値を示す電流指令値を算出し、算出した電流指令値を駆動部１２に出力する。
駆動部１２は、制御部１１の制御に基づいて、リニアモータ２０を駆動するモータドライバである。駆動部１２は、制御部１１から入力される電流指令値に基づいて、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに電圧を印加する。

電気角算出部１３は、ＭＲセンサ２７から入力される２つの信号に基づいて、可動子２５に備えられている電機子６０の駆動用磁石２４に対する電気角を算出する。ここで、ＭＲセンサ２７から入力される２つの信号は、正弦波信号と、正弦波信号に対して４５°の位相差を有する余弦波信号とである。区間検出部１４は、ホールセンサ２９から入力される信号に基づいて、固定子２１上における可動子２５が、軌道レール２３上において位置する区間を検出する。例えば、区間検出部１４には、ホールセンサ２９が出力する信号のレベルと、各区間を示す情報とが対応して予め記憶されており、入力された信号のレベルに対応する区間を示す情報を読み出すことにより、可動子２５が位置する区間を検出する。
位置算出部１５は、電気角算出部１３が算出する電気角と、区間検出部１４が検出する区間とに基づいて可動子２５の位置を算出する。

図８は、本実施形態において、可動子２５に備えられている電機子６０の駆動用磁石２４に対する磁極位置θと、電気角算出部１３が算出する電気角αと、ＭＲセンサ２７から出力される２つの信号と、及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧との関係の一例を示すグラフである。同図において、横軸は電機子６０の駆動用磁石２４に対する磁極位置θ及び電気角αを示し、縦軸はＭＲセンサ２７が出力する正弦波信号Ｓｓｉｎ及び余弦波信号Ｓｃｏｓ、並びに駆動部１２がコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれに印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを示している。なお、縦軸方向において、正弦波信号Ｓｓｉｎ及び余弦波信号Ｓｃｏｓと、電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとそれぞれの値は、最大値により正規化された値が示されている。

ＭＲセンサ２７は、対向する駆動用磁石２４が発生させる磁界の磁束の向きに応じた、正弦波信号Ｓｓｉｎ及び余弦波信号Ｓｃｏｓを出力する。また、ＭＲセンサ２７は、対向する駆動用磁石２４の磁極がＮ極、Ｓ極、Ｎ極の順に変化すると、駆動用磁石２４それぞれにより発生される磁束の向きの変化に応じた２周期分の正弦波信号（Ｓｓｉｎ）及び余弦波信号（Ｓｃｏｓ）を出力する。つまり、１８０°の位相差がある磁極位置に可動子２５の電機子６０が位置するとき、それぞれの磁極位置において、ＭＲセンサ２７から出力される正弦波信号の値は同じ値となると共に、余弦波信号の値も同じ値となる。
また、電気角算出部１３は、正弦波信号Ｓｓｉｎのレベルと、余弦波信号Ｓｃｏｓのレベルとに基づいて、電気角αを算出する。具体的には、電気角算出部１３は、（正弦波信号Ｓｓｉｎのレベル）／（余弦波信号Ｓｃｏｓのレベル）に対してａｒｃｔａｎ（アークタンジェント）を算出することにより、電気角αを算出する。

また、同図は、磁極位置θ及び電気角αに応じたコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対応する励磁パターンを示している。励磁パターンは、磁極位置θに対応した、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれに印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの比である。また、制御部１１には、同図に示す励磁パターンが磁極位置に対応付けられて記憶されている。そして、制御部１１は、位置算出部１５が算出する位置と、電気角算出部１３が算出する電気角とから磁極位置θを算出し、算出した磁極位置θに対応する励磁パターンに基づいて、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電流値を算出し、算出した電流値を示す電流指令値を駆動部１２に出力する。

図９は、本実施形態における制御装置１０が可動子２５の位置を算出する一例を説明するための図である。図９（ａ）には、駆動用磁石２４と、スケール用磁石３１（３１−Ｎ１、３１−Ｓ１、…）と、ＭＲセンサ２７及びホールセンサ２９が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。
また、図９（ａ）には、スケール用磁石３１（３１−Ｎ１、３１−Ｓ１、…）の配置と、ホールセンサ２９が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。同図において、横軸は可動子２５の位置を示し、縦軸はホールセンサ２９が出力する信号のレベルが示されている。また、図９（ａ）には、電気角算出部１３が算出する電気角に対する正弦波が示されている。
同図において、駆動用磁石２４の磁極間ピッチは、１０ｍｍに設定され、スケール用磁石３１の磁極間ピッチは、駆動用磁石２４の磁極間ピッチに対して半分の５ｍｍに設定されている。

また、同図において、スケール用磁石３１のうち、ホールセンサ２９に対向する面の磁極がＮ極であるスケール用磁石３１−Ｎ１、３１−Ｎ２、３１−Ｎ３…は、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点３０から順に単調減少するように並べられている。また、スケール用磁石３１のうち、ホールセンサ２９に対向する面の磁極がＳ極であるスケール用磁石３１−Ｓ１、３１−Ｓ２、３１−Ｓ３、…は、同様に、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点３０から順に単調減少するように並べられている。すなわち、スケール用磁石３１は、区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なる。

更に、原点３０から奇数番目の区間における電気角αは０°≦α≦１８０°になり、偶数番目の区間における電気角αは、１８０°≦α＜３６０°になる位置に各スケール用磁石３１（３１−Ｎ１、３１−Ｓ１、…）が駆動用磁石２４に対して配置されている。すなわち、各スケール用磁石３１が示す区間が原点３０から奇数番目であるか、偶数番目であるかに応じて、位置算出部１５は、電気角算出部１３が算出する電気角を０°として扱う場合と、３６０°として扱う場合とを区別している。

また、図９（ｂ）は、スケール用磁石３１（３１−Ｎ１、３１−Ｓ１、…）の配列を示す斜視図である。図示するように、スケール用磁石３１（３１−Ｎ１、３１−Ｓ１、…）は、ホールセンサ２９が通過する側の磁極が、Ｎ極とＳ極と交互になるように配列されている。

ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ２９とが図９（ａ）に示す位置Ｃにある場合、制御装置１０は、以下のように、可動子２５の位置を算出する。

電気角算出部１３は、ＭＲセンサ２７が出力する正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、電気角αを算出する。このとき、電気角算出部１３が算出する電気角αは、図８に示したように、０°（あるいは、３６０°）となる。
区間検出部１４は、ホールセンサ２９が出力する信号のレベルより、ホールセンサ２９が原点３０から５（Ｌ＝５）番目の第５の区間に位置していることを検出する。

位置算出部１５は、区間検出部１４が検出する区間が原点３０から奇数番目の場合、次式（１）を用いて、ＭＲセンサ２７及びホールセンサ２９の原点３０からの移動方向における距離を算出する。また、位置算出部１５は、区間検出部１４が検出する区間が原点３０から偶数番目の場合、次式（２）を用いて、距離を算出する。ここで、Ｌは、区間検出部１４が検出した区間が、原点３０から何番目の区間であるかを示す。

（原点からの距離）＝（駆動用磁石２４の磁極ピッチ）÷２×（Ｌ−１）
＋（駆動用磁石２４の磁極ピッチ）×（電気角α）÷３６０ …（１）
（原点からの距離）＝（駆動用磁石２４の磁極ピッチ）÷２×（Ｌ−２）
＋（駆動用磁石２４の磁極ピッチ）×（電気角α）÷３６０ …（２）

したがって、位置算出部１５は、図９（ａ）における位置Ｃの原点３０からの距離を次式（３）のように、２０ｍｍと算出する。
（位置Ｃの距離）＝１０÷２×（５−１）＋１０×０÷３６０＝２０ …（３）

また、区間検出部１４が図９（ａ）における位置Ｃを４番目の区間であると検出した場合、位置算出部１５は、位置Ｃの原点３０からの距離を次式（４）のように、２０ｍｍと算出する。
（位置Ｃの距離）＝１０÷２×（４−２）＋１０×３６０÷３６０＝２０ …（４）

以上のように、制御装置１０において、区間検出部１４がホールセンサ２９から出力される信号に基づいて可動子２５の可動範囲における区間を検出し、電気角算出部１３がＭＲセンサ２７から出力される信号に基づいて各区間における電気角を算出する。そして、位置算出部１５は、区間検出部１４が検出した区間と、電気角算出部１３が算出した電気角とに基づいて、上記の式（１）又は式（２）により、可動子２５に備えられたＭＲセンサ２７及びホールセンサ２９の位置を算出する。
これにより、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、固定子２１に対する可動子２５の絶対位置を検出することができる。

また、本実施形態では、上述のように、スケール用磁石３１を設けて絶対位置を検出する構成とした。これにより、スケール用磁石３１は、駆動用磁石２４を製造する技術を流用することができ、安価に製造することができるので、光学式のアブソリュートエンコーダを用いる場合に比べ、可動子２５の絶対位置を検出する機能を安価に実現することができる。また、駆動用磁石２４を絶対値検出に用いることで、絶対位置検出のために要するコストを削減することができる。

また、本実施形態では、各スケール用磁石３１の間の磁極ピッチを、各駆動用磁石２４の間の磁極ピッチの半分にする構成とした。
これにより、ホールセンサ２９が、並べられているスケール用磁石３１の境界に対向した位置にある場合において、区間検出部１４が、取り得る２つの区間のいずれを検出したとしても、位置算出部１５は、電気角算出部１３が算出する電気角に基づいて、原点３０からの正しい距離（絶対位置）を算出することができる。

また、本実施形態では、スケール用磁石３１は、Ｎ極とＳ極との磁極が移動方向において交互に並べられ、区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なるようにした。
これにより、磁極の極性と磁束密度との組合せを各区間に対応付けることができ、磁束密度のみで区間を識別する場合に比べ、２倍（Ｎ極とＳ極と）の区間を表すことができる。あるいは、磁束密度のみで区間を識別する場合に比べ、各スケール用磁石３１における磁束密度の差の間隔を２倍にして、区間検出部１４の検出精度の低下を防ぐことができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態におけるリニアモータ装置は、スケール用磁石が有する磁石のホールセンサ２９に対向する磁極をＮ極又はＳ極のいずれか一方のみである点が、第１実施形態におけるリニアモータ装置１と異なる。以下、スケール用磁石の配置について説明し、他の構成は、第１実施形態と同じであるので、同じ符号を付してその説明を省略する。

図１０は、第２実施形態における制御装置１０が可動子２５の位置を算出する一例を説明するための図である。また、図１０（ａ）は、スケール用磁石３１Ａ（３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、３１Ａ−Ｎ３、…）は、ホールセンサ２９に対して、Ｎ極のみが対向するように配置されている場合を例にして示している。
また、図１０（ａ）には、スケール用磁石３１Ａ（３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、３１Ａ−Ｎ３、…）の配置と、ホールセンサ２９が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。同図において、横軸は可動子２５の位置を示し、縦軸はホールセンサ２９が出力する信号のレベルが示されている。また、図１０（ａ）には、電気角算出部１３が算出する電気角に対する正弦波が示されている。

同図において、駆動用磁石２４の磁極間ピッチは、１０ｍｍに設定され、スケール用磁石３１の磁極間ピッチは、駆動用磁石２４の磁極間ピッチに対して半分の５ｍｍに設定されている。
また、同図において、スケール用磁石３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、…は、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点３０から順に単調減少するように並べられている。

更に、原点３０から奇数番目の区間における電気角αは０°≦α≦１８０°になり、偶数番目の区間における電気角αは、１８０°≦α＜３６０°になる位置に各スケール用磁石３１が駆動用磁石２４に対して配置されている。すなわち、各スケール用磁石３１Ａ（３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、…）が示す区間が原点３０から奇数番目であるか、偶数番目であるかに応じて、位置算出部１５は、第１実施形態と同様に、電気角算出部１３が算出する電気角を０°として扱う場合と、３６０°として扱う場合とを区別している。

また、図１０（ｂ）は、スケール用磁石３１Ａ（３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、…）の配列を示す斜視図である。図示するように、スケール用磁石３１Ａ（３１Ａ−Ｎ１、３１Ａ−Ｎ２、…）は、ホールセンサ２９が通過する側の磁極が、Ｎ極になるように配列されている。

ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ２９とが図１０（ａ）に示す位置Ｄにある場合、制御装置１０は、以下のように、可動子２５の位置を算出する。
電気角算出部１３が算出する電気角αは、図８に示したように、１８０°となる。また、区間検出部１４は、原点３０から５（Ｌ＝５）番目の第５の区間を検出する。
そして、位置算出部１５は、上記の式（１）により、位置Ｄを次式（５）のように算出する。

（位置Ｄの距離）＝１０÷２×（５−１）＋１０×１８０÷３６０＝２５ …（５）

また、区間検出部１４が図１０（ａ）における位置Ｄを６番目の区間であると検出した場合、位置算出部１５は、上記の式(２)により、位置Ｄを次式（６）のように算出する。

（位置Ｄの距離）＝１０÷２×（６−２）＋１０×１８０÷３６０＝２５ …（６）

以上のように、スケール用磁石３１Ａのホールセンサ２９に対向する磁極をＮ極又はＳ極のいずれか一方にしても、原点３０からの距離（絶対位置）を算出することができる。
本実施形態のように、スケール用磁石３１Ａのホールセンサ２９に対向する磁極をＮ極又はＳ極のいずれか一方にすることにより、２つの極を着磁させる場合に比べて、着磁の手間を省くことができ、スケール用磁石３１Ａの製造を容易にすることができる。

なお、上述の第１実施形態、及び第２実施形態において、スケール用磁石３１（３１Ａ）は、磁束密度が原点３０から単調増加するように並べられている構成を説明したが、これに限らず、スケール用磁石３１に対応する区間が一意に検出することができるように、磁束密度が異なっていればよい。

また、上述の第１実施形態、及び第２実施形態において、リニアモータ２０の駆動用磁石２４を流用して電気角を算出する構成について説明した。しかし、以下に示すように、電気角を算出するための磁石を別に設ける構成にしてもよい。
図１１は、第１実施形態、及び第２実施形態の変形例のリニアモータ装置２を示す図である。同図に示すように、可動子２５の移動方向に対し平行に、電気角を算出するために、複数の磁石からなる電気角用磁石３２が設けられている点が、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。また、他の構成については、第１実施形態と同じであるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
電気角用磁石３２の複数の磁石は、等間隔に、可動子２５の移動方向に対し平行に配列されている。ここで、可動子２５の移動方向に対し平行とは、電気角用磁石３２の複数の磁石それぞれの中心を結ぶ直線が、可動子２５の移動方向を示す直線と平行なことである。

このように、スケール用磁石３１及び電気角用磁石３２を固定子２１設け、それぞれに対向する位置にＭＲセンサ２７及びホールセンサ２９を配置することにより、リニアモータ２０以外の直動型の装置において、絶対位置の算出を行うことができる。
なお、スケール用磁石３１及び電気角用磁石３２は、固定子２１以外の場所に設けるようにしてもよい。

なお、上述の第１実施形態、及び第２実施形態において、電機子６０が移動する構造のリニアモータを用いて説明したが、電機子６０が固定され、駆動用磁石２４が移動する構造のリニアモータであってもよい。
また、上述の第１実施形態、及び第２実施形態において、ＭＲセンサ２７は、磁界の向きに応じた正弦波信号Ｓｓｉｎ及び余弦波信号Ｓｃｏｓを出力する方式のＭＲセンサを用いた例を示した。しかし、これに限らず、ＭＲセンサ２７は、磁界の強さに応じて、正弦波信号Ｓｓｉｎ及び余弦波信号Ｓｃｏｓを出力する方式のＭＲセンサを用いてもよい。

上述の制御装置１０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した制御部１１、電気角算出部１３、区間検出部１４の動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記の動作が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

１，２…リニアモータ装置、１０…制御装置、１１…制御部、１３…電気角算出部、１４…区間検出部、１５…位置算出部、２０…リニアモータ、２１…固定子、２４…駆動用磁石、２５…可動子、２７…ＭＲセンサ（第１のセンサ）、２９…ホールセンサ（第２のセンサ）、３１，３１Ａ…スケール用磁石（第２の磁石）、３２…電気角用磁石（第１の磁石）、６０…電機子

Claims (5)

1. Ｎ極とＳ極とが交互に等間隔に配列された複数の駆動用磁石を備える駆動用磁石部と、複数のコイルとを備える電機子とを具備し、前記電機子又は前記駆動用磁石部のいずれか一方が可動子となり、該可動子が、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記駆動用磁石が生じさせる磁界とにより前記駆動用磁石の配列された配列方向に直線運動をするリニアモータの制御装置であって、
   Ｎ極とＳ極とが交互に等間隔に前記配列方向に配列されている複数の第１の磁石を備える第１の磁石部と、
   前記第１の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第１の磁気センサであって、前記第１の磁石が生じさせている磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を出力する第１の磁気センサと、
   前記第１の磁気センサから受信した信号に基づいて電気角を算出する電気角算出部と、
   前記配列方向における前記可動子の可動範囲を複数に分けた区間それぞれを一意に識別させる複数の第２の磁石であって前記配列方向に等間隔に配列されている複数の第２の磁石を備える第２の磁石部と、
   前記第２の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第２の磁気センサであって、前記第２の磁石が生じさせている磁界の磁束密度に応じた信号を出力する第２の磁気センサと、
   前記第２の磁気センサから受信した信号に基づいて前記電機子が位置している前記区間を検出する区間検出部と、
   前記区間検出部が検出した区間と、前記電気角算出部が算出した電気角とに基づいて、前記可動範囲における前記可動子の位置を算出する位置算出部と
   を備えることを特徴とするリニアモータの制御装置。
2. 前記第１の磁石部は、前記駆動用磁石である
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの制御装置。
3. 前記第２の磁石部に備えられている複数の第２の磁石は、前記配列方向における長さが、前記区間と同じ長さであり、かつ、前記第１の磁石の前記配列方向における長さに対して半分である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリニアモータの制御装置。
4. 前記第２の磁石部に備えられている複数の第２の磁石は、Ｎ極とＳ極との磁極が前記配列方向において交互に並べられ、前記区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータの制御装置。
5. 前記第２の磁石部に備えられている複数の第２の磁石は、前記区間ごとに磁束密度が異なる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータの制御装置。

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