JP2004080881A

JP2004080881A - リニアモータの速度変動低減方法

Info

Publication number: JP2004080881A
Application number: JP2002236006A
Authority: JP
Inventors: Atsuji Karita; 苅田　充二; Tsutomu Shintani; 新谷　勉; Daiki Ebihara; 海老原　大樹; Tadashi Torii; 鳥居　粛
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】二次側台車の位置と加速度の関係を把握し、オープンループで駆動する地上一次側分散配置方式を採用しても速度むらが生じないようにする。
【解決手段】一次側固定子１を分散配置して駆動する分散ＬＳＭ搬送システムにおいて、二次側台車２は、分散配置されている複数の一次側固定子１によって加速、減速されながら走行している。このとき、二次側台車２が一次側固定子１に進入してから両者が完全に対向するまでの区間Ａ１では、二次側台車２の位置ｘの変化に比例して変化する加速度αの指令を与える。それ以降、二次側台車２が一次側固定子１の出力端に一致するまでの区間Ａ２では一定の加速度α１の指令を与える。また、一次側固定子１が無い区間Ａ３では二次側台車２は慣性で走行しながら加速度αは減少する。このような区間ごとに変化する加速度αの指令を与えることにより、二次側台車２は速度むらや振動のない走行ができる。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オープンループで駆動するリニアモータを安定駆動させるためのリニアモータの速度変動低減方法に関するものであり、より詳細には、一次側固定子が地上に分散配置されている地上一次側分散配置方式で駆動するリニアモータに速度変動が生じないようにするためのリニアモータの速度変動低減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リニア誘導モータ（ＬＩＭ：Ｌｉｎｅａｒ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｍｏｔｏｒ）は、高速性、装置のコンパクト性、およびメンテナンスフリーなどの面で優れているので、生産・物流現場などの搬送システムとして広く利用されている。また、ＬＩＭは、構造が簡単であり且つ大きな推力を得やすいなどの理由から各種の搬送装置として好んで利用されている。しかし、これらのＬＩＭはモータ自身に停止時の位置決め保持能力がないため、他の位置決め補助装置を必要とするなどの問題がある。このような問題を解決する手段として、停止時の位置決め保持能力も持つ永久磁石型リニア同期モータ（ＰＭ−ＬＳＭ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ−Ｌｉｎｅａｒ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ））が注目されている。尚、以下の説明では、このような永久磁石型リニア同期モータ（ＰＭ−ＬＳＭ）を単にリニア同期モータ（ＬＳＭ）と云う。
【０００３】
また、一般に、リニアモータを用いた搬送装置は、一次側固定子を搬送路全長に亘って配置する地上一次側連続配置方式が採用されている。このような地上一次側連続配置方式は、全長に亘って制御ができるので、等速搬送や高い位置制御を実現することができる。また、ＬＳＭは高い推力が得られることからＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器へ適用される場合が多く、そのほとんどが位置センサを備えた閉ループ制御によって運転されている。このような位置制御機能を有するＬＳＭは、当然のことながら、閉ループ制御を行うために、搬送ライン全長に亘って一次側固定子を敷設すると共に位置センサを配置する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、搬送路が長ストロークになると、必然的に、設置した一次側固定子の長さが長くなって設備コストが高くなってしまう。そこで、設備コストを抑えるために一次側固定子を地上に分散配置する方式が提案されている。つまり、ＬＳＭに常時推力エネルギーを与えるのではなく、加減速運転が必要となる部分にのみ一次側固定子を配置してＬＳＭに推力エネルギーを供給し、オープンループによって駆動する地上一次側分散配置方式が採用されている。しかし、このような地上一次側分散配置方式は、一次側固定子のない区間の惰性走行から一次側固定子が設置されている区間へＬＳＭの二次側台車が進入する際に二次側台車に速度変動が起こる。このため、地上一次側分散配置方式の搬送システムにおいては、高い品質レベルでの搬送を行うことができないなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次側台車の位置と加速度との関係を把握することにより、オープンループによって駆動する地上一次側分散配置方式を採用しても速度むらが生じないようなリニアモータの速度変動低減方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法は、一次側固定子が分散配置され、走行自在な二次側台車に敷設された永久磁石と一次側固定子との間で働く磁力により二次側台車を駆動させるリニアモータの速度変動低減方法において、二次側台車が一次側固定子と対向する移動区間において、二次側台車を加速または減速させるように一次側固定子を励磁することを特徴とする。
【０００７】
つまり、第１の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、一次側固定子が分散配置されている分散配置ＬＳＭ搬送システムにおいて、走行ストローク内に存在する一次側固定子を加速励磁したり減速励磁したりしている。これによって、二次側台車が一次側固定子の領域に突入した際に、一次側固定子の励磁状態によって同期引き込みを確実に行うことができると共に、二次側台車の走行時の速度変動を低減することができる。したがって、走行品質レベルの高い分散配置ＬＳＭ搬送システムを実現することができる。
【０００８】
また、第２の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法は、第１の発明に加えて、二次側台車が一次側固定子に対向を開始してから完全対向するまでの移動区間は、二次側台車と一次側固定子の対向重なり量に比例した加速度指令に基づく駆動パターンを一次側固定子に与えることを特徴とする。
【０００９】
つまり、第２の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、二次側台車が一次側固定子に対向して走行する区間においては、二次側台車の加速度に基づく駆動パターンによって二次側台車の走行制御を行っている。これによって、二次側台車が一次側固定子に完全に対向するまでの走行過程において、二次側台車に振動が発生することはなくなる。
【００１０】
また、第３の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法は、第２の発明に加えて、さらに、二次側台車が一次側固定子に完全対向して走行する移動区間は、一定の加速度指令に基づく駆動パターンを一次側固定子に与えることを特徴とする。
【００１１】
つまり、第３の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、二次側台車が一次側固定子に完全対向して走行している移動区間では加速度は一定であるので、この一定加速度の指令に基づく駆動パターンによって二次側台車の走行制御を行っている。これによって、二次側台車が一次側固定子に対向を開始してから完全対向が終了するまでの移動区間は、全て加速度指令に基づく駆動パターンによって走行制御が行われることになる。したがって、分散配置ＬＳＭ搬送システムの加速・減速をほぼ無振動で行うことができる。この結果、二次側台車に搭載された搬送物に対してショックを与えることがなくなり搬送品質を向上させることができる。
【００１２】
また、第４の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法は、前記第２、第３の発明において、光学式センサが二次側台車の速度及び位置情報を検出し、駆動パターンは光学式センサの検出情報に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１３】
つまり、第４の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、一次側固定子に固着された光学式センサによって二次側台車の速度及び位置情報を検出することにより、二次側台車の移動位置と加速度との関係を容易に取得することができる。これによって、従来の分散配置ＬＳＭ搬送システムに対して部品や装置を追加することなく、加速・減速をほぼ無振動で行うことのできる分散配置ＬＳＭ搬送システムを構築することができる。
【００１４】
また、第５の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法では、前記駆動パターンは、一次側固定子の構造、二次側台車の構造、搬送物の質量のうち、少なくとも一つの相違によって可変できることを特徴とする。
【００１５】
つまり、第５の発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、駆動パターンは、一次側固定子の巻線方法、巻数、鉄心構造などの一次側固定子の構造や、二次側台車に敷設された永久磁石の種類、構造などの二次側台車の構造や、分散配置ＬＳＭ搬送システムに搬送される搬送物の質量などによって、それぞれ異なる最適な駆動パターンを与えることができる。これによって、それぞれの用途に応じて搬送品質レベルの高い分散配置ＬＳＭ搬送システムを構築することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明におけるリニアモータの速度変動低減方法の実施の形態を詳細に説明する。本発明におけるリニアモータの速度変動低減方法は、オープンループによって駆動する地上一次側分散配置方式によってＬＳＭを駆動したとき、二次側台車が一次側固定子に進入したときから、二次側台車が一次側固定子の設置区間に完全に対向するまでの区間において、二次側台車の位置に対応する加速度を決定し、その加速度に基づいて二次側台車の速度変動を低減している。これによって、一次側固定子のない区間の走行状態から、一次側固定子が設置されている区間へＬＳＭの二次側台車が進入する際に、二次側台車に速度変動が生じることがなくなる。さらに、二次側台車が一次側固定子に完全に対向するまでの過程において、二次側台車に振動が発生することもなくなる。従って、走行路の全ストロークにおいてＬＳＭの安定走行を実現することができる。
【００１７】
先ず、地上一次側連続配置方式と地上一次側分散配置方式におけるＬＳＭの運転パターンを二次側台車の走行状態によって比較してみる。図１は、地上一次側連続配置方式における二次側台車の運転パターンと、地上一次側分散配置方式における二次側台車の運転パターンの比較を示す説明図である。図１において、図の下部のグラフは、横軸に二次側台車の移動する位置ｘを示し、縦軸に二次側台車の速度ｖを示している。また、グラフの上部には、二次側台車の位置ｘに対応する配置関係で、地上一次側連続配置方式（ａ）の一次側固定子１’及び二次側台車２’と、地上一次側分散配置方式（ｂ）の一次側固定子１及び二次側台車２が配置されている。図１のグラフにおける破線は地上一次側連続配置方式（ａ）のときの二次側台車の速度特性を示し、実線は地上一次側分散配置方式（ｂ）のときの二次側台車の速度特性を示している。
【００１８】
このような地上一次側分散配置方式の分散配置ＬＳＭ搬送システムにおいては、二次側台車２が一次側固定子１の領域内に進入した直後から一次側固定子１を励磁して二次側台車２の同期引き込みを行い、二次側台車２を加速・減速させる方法が採用されている。具体的には、一次側固定子１の入口端部に二次側台車２の速度・位置を検出するセンサ（例えば、光学式センサ）を設置することで、水平走行路及び勾配走行路で同期引き込みを行う同期化手法が用いられている。このような同期化手法は、「間欠配置ＬＳＭにおける同期引き込みと搬出に関する考察、電気学会論文誌Ｄ，Ｖｏｌ．１２０−Ｄ，Ｎｏ１１，ｐｐ１２８９−１２９４（２０００）」や、「一次側間欠配置ＬＳＭの搬送経路における諸特性、電気学会産業応用部分全国大会論文集，ｐｐ７７３−７７６（２０００）」などに報告されている。
【００１９】
次に、地上一次側分散配置方式における分散配置ＬＳＭ搬送システム（以下、ＬＳＭ搬送システムという場合もある）の概要について述べる。図２は、地上一次側分散配置方式におけるＬＳＭ搬送システムの一次側固定子と二次側台車の具体的な配置関係を示す概念図である。一次側ブロック３においては、走行路の全長６５００［ｍｍ］に亘って複数個の一次側固定子１が間欠的に配置されている。尚、一次側固定子１の長さは３２４［ｍｍ］、二次側台車２の長さは３００［ｍｍ］である。また、一次側ブロック３の端部の近傍には、二次側台車２の位置及び速度を検知する光学式センサ４が配置されている。
【００２０】
一次側ブロック３は、打ち抜き鉄心を積層し、この鉄心の所望の位置に３相コイル巻線を巻回してＹ結線に接続して一次側固定子１を形成した構成となっている。例えば、鉄心積層の占積率は３８．９６％、コイルの定格電流は１．３［Ａ］、一次側固定子１の定格起磁力は４１０．８［Ａ］である。また、二次側台車２は永久磁石としてネオジム系希土類磁石を磁路鉄板に配置した構成となっている。ここで使用した永久磁石はＢＨｍａｘ＝２３８．５［ＫＪ／ｍｍ^３］である。
【００２１】
一次側ブロック３に間欠的に配置されている一次側固定子１は、二次側台車２の走行方向（矢印方向）に沿って、加速部１ａ、再加速部１ｂ、減速部１ｃとなっている。また、一次側固定子１のない領域は無励磁領域である。二次側台車２が矢印方向に走行するとき、加速部１ａの領域で加速された後、無励磁領域において慣性力で走行しながら再加速部１ｂの領域で再加速され、さらに無励磁領域において慣性力で走行して減速部１ｃの領域で減速されるというように、各一次側固定子１の位置で同期引き込み動作を行いながら走行を継続している。
【００２２】
図３は、一次側固定子及び二次側台車を含めた分散配置ＬＳＭ搬送システムにおける実験装置の断面図である。図３では二次側台車２が一次側ブロック３に沿って紙面の表裏の方向へ走行する状態を示している。図３において、一次側ブロック３の長手方向には間欠的に一次側固定子１が配置されている。また、二次側台車２には、一次側固定子１と対向する位置に永久磁石５が敷設されている。二次側台車２は、ガイドレール６とガイドホイール７とによってガイドされながら一次側ブロック３に沿って自在に走行する。また、一次側ブロック３の近傍には光学式センサ４が設置され、二次側台車２に敷設された遮光板８が光学式センサ４の光を遮光することにより、二次側台車２の速度や位置が検出できるようになっている。尚、評価用センサ９はこの実験装置の各種データを検出するためのプローブである。
【００２３】
二次側台車２の支持機構としてＶ宇型走行路（ガイドレール６）をＶ字型のガイドホイール７が走行するＶガイド・システムを採用している。このようなガイドシステムを用いることによって二次側台車２の左右の揺れを調節することができる。また、二次側台車２に負荷を塔載することによりガイドレール６とガイドホイール７との摩擦を低減することができるように構成されている。さらに、この実験装置は一次側ブロック３のプレートの厚さを変えることにより、一次側固定子１と二次側台車２に敷設された永久磁石５とのギャップ長を変化させることができる。
【００２４】
二次側台車２の速度・位置検出は、１次側ブロック３に設置した光学式センサ４によって行う。つまり、長さが既知である遮光板８を二次側台車２に取り付け、光学式センサ４が遮光板８によって遮光される時間間隔から二次側台車２の速度情報を取得する。光学式センサ４によって得られた速度情報はＰＣ（パソコン）に取り込まれ、一次側固定子１の３相コイル巻線の各相にそれぞれ接続された定電流型ＰＷＭサーボアンプによって一次側固定子１の励磁制御を行う。つまり、光学式センサ４によって二次側台車２の位置と速度を検出し、加速部１ａ、再加速部１ｂ、減速部１ｃに対応する位置の一次側固定子１に、図示しない定電流型ＰＷＭサーボアンプからそれぞれの励磁電流を流す。さらに、詳しく述べれば、再加速部１ｂの一次側固定子１には加速部１ｂの一次側固定子１より多い励磁電流を流し、減速部１ｃの一次側固定子１には加速部１ｂの一次側固定子１と逆向きの励磁電流を流す。
【００２５】
つまり、この実験装置は、二次側台車２が一次側固定子１に進入する際に、一次側固定子１の入口部分の端部に設置した光学式センサ４によって二次側台車２の位置と速度を検出している。そして、光学式センサ４の検出情報に基づいて、定電流型ＰＷＭサーボアンプが、二次側台車２を同期引き込みしたり加速させたりするための励磁パターンを決定し、それぞれの励磁パターンに基づいて、対応する位置にある一次側固定子１の励磁制御をオープンループによって行うものである。
【００２６】
ところで、搬送台車（つまり、二次側台車２）がＬＳＭの一次側固定子１の領域内に進入して加速または減速した際、即ち図１に示す区間Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、二次側台車２は振動を伴った走行運転を行う。図４は二次側台車の走行位置と速度との関係を示す特性図であり、（ａ）は加速時、（ｂ）は減速時の特性を示す。図４に示すように、搬送台車は、破線で示す指令値に対して、加速時、減速時共に実線で示すような振動を伴った走行運転の状態となっている。このような走行時の振動によって、二次側台車２の揺れ、騒音、及び同期はずれなどが発生し、半導体製造ライン、高い位置決め精度を必要とするライン、あるいは低振動や低騒音の雰囲気で利用するラインなどには使用することができないなどの問題が生じる。
【００２７】
そこで、本発明におけるリニアモータの速度変動低減方法では、地上一次側分散配置方式で走行する二次側台車２が、加速・減速時において振動や騒音を低減できるように制御方法の改善を図っている。これによって、半導体製造ラインのような高精度な用途に使用される搬送ラインに適用することができるようにすると共に、分散配置ＬＳＭ搬送システムとしての寿命の向上や停止位置の位置決め精度の向上などを実現することができる。
【００２８】
地上一次側分散配置方式で走行する二次側台車が加速減速時に振動を発生する原因は次の通りである。二次側台車が一次側固定子の領域に進入した際には、二次側台車の永久磁石と一次側固定子の鉄心との間に吸引力が働く。この吸引力は、永久磁石と鉄心との間に対し、垂直力と二次側台車の推力発生方向と同方向のディテント力とに分けられる。このディテント力が、一次側固定子の入口端部では二次側台車の推力に加えられる。その結果、二次側台車の進行を促進するための発生推力は増加し、一次側固定子の出口端部では推力を減少させる引止め力として作用し発生推力が減少する。したがって、二次側台車は、このような推力の増加と減少によって走行時に振動が発生する。
【００２９】
このような推力の発生状況を図５に示す。図５は、速度変動を改善した分散配置ＬＳＭ搬送システムにおける同期化時のモータ発生推力の分布図である。つまり、図５は、一次側固定子と二次側台車の相対的位置におけるＬＳＭ発生推力（静推力）の分布状態を示している。図５から分かるように、二次側台車が一次側固定子に進入する入口端部の付近から推力の変動（つまり、二次側台車の振動）が発生し、出口端部の付近では推力を減少させる引止め力が作用して、推力の変動（つまり、二次側台車の振動）は少なくなっている。また、進行中の二次側台車に対して一次側固定子の位置に対応したＬＳＭとして作用する推力分布は、振動しながらも、その包絡線は二次側台車の位置に対してはほぼ直線的に変化していることが分かる。
【００３０】
つまり、地上一次側分散配置方式で走行する二次側台車の一部が一次側固定子に進入したときと、一次側固定子と二次側台車が完全に対向したときの加速度αが同じ指令であるために、一次側固定子と二次側台車の磁極間の位相差である負荷角δが変動してしまう。よって、負荷角δの変動により発生推力Ｆが変動するため、二次側台車には振動を伴う速度変動が発生する。さらに、二次側台車の永久磁石と一次側固定子の鉄心との間の垂直力によって、二次側台車の支持機構であるベアリングヘの拘束力が変化するため、二次側台車の位置に対する摩擦力が変化し、これによっても速度変動が発生する。
【００３１】
したがって、本発明では、分散配置ＬＳＭ搬送システムにおいて、加速度αの指令をどのように与えるかによって、二次側台車が一次側固定子の領域内で加速または減速している際の振動を抑制し、分散配置ＬＳＭ搬送システムにおける搬送品質の向上を図っている。つまり、二次側台車の加速、減速を、加速度に対応した所望の駆動パターンに合致させることによって、二次側台車の速度変動や振動を抑制している。以下、このような速度変動や振動の抑制方法についてさらに詳しく説明する。
【００３２】
リニアモータにおいては、モータの要求推力Ｆ（＝ｍα）と発生推力（ＫＩｓｉｎδ）との関係は次の式（１）によって表わされる。
Ｆ＝ｍα＝ＫＩｓｉｎδ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
ただし、ｍは二次側台車の質量［ｋｇ］、αは二次側台車の加速度［ｍ／ｓ^２］、Ｉは一次側固定子に流れる励磁電流［Ａ］、Ｋは推力常数［Ｎ／Ａ］、δは負荷角［ｄｅｇ］である。
【００３３】
図６は、二次側台車の位置に対する推力常数Ｋの関係を示す特性図である。図６に示すように、二次側台車が一次側固定子に進入してから両者が対向するまでは、二次側台車が一次側固定子に進入する位置ｘに比例して推力常数Ｋは増加している。つまり、二次側台車の励磁開始点から一次側固定子と完全に対向するまでの同期引き込み時においては、推力常数Ｋは一次側固定子に進入する位置ｘに比例して増加している。
【００３４】
ここで、式（１）において所望の位置ｘで所望の推力Ｆを得るためには、図６に示すような推力常数Ｋの変化に比例して二次側台車の加速度αを決定する必要がある。しかし、二次側台車が一次側固定子に進入したときから両者が完全に対向するまでは二次側台車の加速度αは一定である。このため、式（１）から分かるように、加速度αが一定であるためには、推力常数Ｋの変化に反比例して負荷角δが変動することになる。よって、二次側台車の速度が変動してしまう。したがって、二次側台車が惰性走行から一次側固定子の設置区間に進入する際に発生する速度の変動をなくすためには、式（１）の負荷角δが一定になるようにすればよい。そのためには、二次側台車が一次側固定子に進入してから一次側固定子の設置区間に完全に対向するまでは、推力定数Ｋの変化に応じた加速度αの値を決定する必要がある。
【００３５】
つまり、図６に示すように変化する推力定数Ｋは、図５に示すような一次側台車の位置ｘと発生推力（静推力）Ｆの包絡線の直線特性と同じ変化をするので、二次側台車が一次側固定子に進入してから一次側固定子の設置区間に完全対向するまでは、推力定数Ｋの変化に応じた加速度αの指令をＬＳＭの一次側固定子に与える必要がある。言い換えれば、二次側台車が一次側固定子に進入してから一次側固定子の設置区間に完全対向するまでは、二次側台車の進入する位置ｘに比例して変化する加速度αの指令を一次側固定子に与える必要がある。
【００３６】
図７は、二次側台車の進入する位置に比例して加速度の値を決定するための新たな駆動パターンの一例を示す図ある。図７において、一次側固定子１が分散配置されて駆動する分散配置ＬＳＭ搬送システムでは、二次側台車２は、分散配置されている複数の一次側固定子１によって加速、減速されながら走行している。このとき、区間Ａ１は推力定数Ｋ（即ち、二次側台車２の進入する位置ｘ）に比例して二次側台車２の加速度αが増加している区間であり、区間Ａ２は加速度αが一定値α１で二次側台車２が運動をしている区間である。また、区間Ａ３は一次側固定子１がないために二次側台車２の加速度αが減少している区間である。
【００３７】
図７から分かるように、二次側台車２が一次側固定子１に進入してから両者が完全に対向するまでの区間Ａ１では、推力定数Ｋ（二次側台車の位置ｘ）の変化に比例して変化する加速度αの指令を与え、それ以降、二次側台車２が一次側固定１子の出力端に一致するまでの区間Ａ２では一定の加速度α１の指令を与える。また、一次側固定子１が無い区間Ａ３では二次側台車２は慣性で走行しながら加速度αを減少させている。このような区間毎に変化する加速度αの指令を与えることにより、二次側台車２は速度むらや振動のない走行を行うことができる。
【００３８】
次に、一次側固定子１が存在する区間Ａ１，Ａ２の加速度αに基づいて導き出された駆動パターンの駆動式を以下に示す。すなわち、推力定数Ｋ（二次側台車の位置ｘ）の変化に応じて加速度αを増加させる区間Ａ１の駆動式は式（２）で示され、加速度αが一定値α１である区間Ａ２の駆動式は式（３）で示される。尚、式（２）はこの実験装置で導き出された固有のものである。
【数１】

【数２】

ただし、α，α１は：指令加速度［ｍ／ｓ^２］、ｖ０は二次側台車の進入速度［ｍ／ｓ］である。
【００３９】
図７に示すような新たな駆動パターンよって分散配置ＬＳＭ搬送システムを駆動した場合に、二次側台車の進入時における速度変動が抑制できるか否かの確認実験を行った。図８は、図７に示す新たな駆動パターンによる二次側台車の速度と位置の関係を示す実験結果の特性図であり、（ａ）は加速度指令値がα＝１の場合、（ｂ）は加速度指令値がα＝２の場合を示す。つまり、確認実験で設定した運転条件は指令加速度αをパラメータとし、二次側台車の重量ｍ＝４．７［ｋｇ］（自重）、一次側固定子と二次側台車の永久磁石の空隙ｇ＝５．０［ｍｍ］、二次側台車の進入速度ｖ＝１．６［ｍ／ｓ］である。また、実験に用いた再加速部の一次側固定子の長さは３２４［ｍ／ｓ］である。
【００４０】
図８の特性図から明らかなように、図７のような新たな駆動パターンで分散配置ＬＳＭ搬送システムを駆動させると、指令値に対して若干の速度変動が生じているものの、図４に示す従来の速度変動に比べれば、二次側台車の進入時の速度変動は、二次側台車の位置が２００［ｍｍ］までは充分に抑制されていることが分かる。しかし、二次側台車の位置が２００［ｍｍ］を超えた地点から速度が減速している。このように二次側台車の速度が減速する原因としては負荷角δの変動が考えられる。つまり、実験装置で使用したモータの要求推力より発生推力が小さいため、２００［ｍｍ］を超えた地点から負荷角が変動すると考えられる。しかし、２００［ｍｍ］を超えた地点での速度の変動分は、図４のような従来の速度変動に比べてかなり小さくなっている。このような実験結果から、従来発生していた一次側固定子の領域内での二次側台車の振動は充分に抑制され、より安定した走行状態を得ることがでることが確認された。
【００４１】
尚、上記の説明では、図７に示すような一つの駆動パターンを設定して分散配置ＬＳＭ搬送システムの駆動制御を行う場合について説明したが、実際には、摩擦負荷や慣性負荷などの負荷の状況に応じて最適な駆動パターンを選んで駆動制御を行う必要がある。つまり、一次側固定子の巻線方法、巻数、鉄心構造などの一次側固定子の構造や、二次側台車に敷設された永久磁石の種類、構造などの二次側台車の構造や、分散配置ＬＳＭ搬送システムに搬送される搬送物の質量などによって、それぞれ異なる最適な駆動パターンを与える。これによって、それぞれの用途に応じて搬送品質レベルの高い分散配置ＬＳＭ搬送システムを構築することができる。
【００４２】
以上説明したように、一般に、二次側台車が一次側固定子に進入する際には速度変動が発生する。このような速度変動の主な原因は負荷角の変動に起因する。したがって、負荷角の変動分をキャンセルできるような新たな駆動パターンを用いて二次側台車を駆動制御することにより、二次側台車の走行時の振動を抑制することができる。よって、本発明におけるリニアモータの速度変動低減方法により分散配置ＬＳＭ搬送システムの搬送品質を一段と向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、従来、一次側固定子を地上に分散配置するリニア同期モータ式搬送システム（つまり、分散配置ＬＳＭ搬送システム）では、オープンループの制御を行うために、基本的には、同期はずれが生じたり、負荷角の変動によって二次側台車の速度が変動したり、振動が発生したりするという不具合があった。しかし、本発明におけるリニアモータの速度変動低減方法によれば、搬送台車である二次側台車がＬＳＭの一次側固定子の領域に突入した際に、一次側固定子の励磁による同期引き込みが確実に行われ、且つ、二次側台車を振動することなく走行させることができる。
【００４４】
つまり、二次側台車の振動を抑制できるように変化する加速度に基づく駆動パターンによって二次側台車の走行制御を行うことにより、分散配置ＬＳＭ搬送システムの加速・減速をほぼ無振動で行うことができる。この結果、二次側台車に搭載された搬送物に対してショックを与えることがなくなり搬送品質を向上させることができる。さらには、分散配置ＬＳＭ搬送システムの騒音の低減、寿命の向上、及び電源設備への影響の低減などを図ることができる。このような効果が相乗して、速度制御の向上や位置決め停止精度の向上を実現することができるので、半導体製造ラインのような高精度な用途に使用される搬送ラインに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地上一次側連続配置方式における二次側台車の運転パターンと、地上一次側分散配置方式における二次側台車の運転パターンの比較を示す説明図である。
【図２】地上一次側分散配置方式におけるＬＳＭ搬送システムの一次側固定子と二次側台車の具体的な配置関係を示す概念図である。
【図３】一次側固定子及び二次側台車を含めた分散配置ＬＳＭ搬送システムにおける実験装置の断面図である。
【図４】二次側台車の走行位置と速度との関係を示す特性図であり、（ａ）は加速時、（ｂ）は減速時の特性を示す。
【図５】速度変動を改善した分散配置ＬＳＭ搬送システムにおける同期化時のモータ発生推力の分布図である。
【図６】二次側台車の位置に対する推力常数Ｋの関係を示す特性図である。
【図７】二次側台車の進入する位置に比例して加速度の値を決定するための新たな駆動パターンの一例を示す図ある。
【図８】図７に示す新たな駆動パターンによる二次側台車の速度と位置の関係を示す実験結果の特性図であり、（ａ）は加速度指令値がα＝１の場合、（ｂ）は加速度指令値がα＝２の場合を示す。
【符号の説明】
１，１’…一次側固定子、１ａ…加速部、１ｂ…再加速部、１ｃ…減速部、２，２’…二次側台車、３…一次側ブロック、４…光学式センサ、５…永久磁石、６…ガイドレール、７…ガイドホイール、８…遮光版、９…評価用センサ（プローブ）。

Claims

一次側固定子が分散配置され、走行自在な二次側台車に敷設された永久磁石と前記一次側固定子との間で働く磁力により前記二次側台車を駆動させるリニアモータの速度変動低減方法において、
前記二次側台車が前記一次側固定子と対向する移動区間において、該二次側台車を加速または減速させるように前記一次側固定子を励磁することを特徴とするリニアモータの速度変動低減方法。
前記二次側台車が前記一次側固定子に対向を開始してから完全対向するまでの移動区間は、前記二次側台車と前記一次側固定子の対向重なり量に比例した加速度指令に基づく駆動パターンを前記一次側固定子に与えることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの速度変動低減方法。
さらに、前記二次側台車が前記一次側固定子に完全対向して駆動する移動区間は、一定の加速度指令に基づく駆動パターンを前記一次側固定子に与えることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの速度変動低減方法。
光学式センサが前記二次側台車の速度及び位置情報を検出し、前記駆動パターンは、前記光学式センサの検出情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のリニアモータの速度変動低減方法。
前記駆動パターンは、前記一次側固定子の構造、前記二次側台車の構造、搬送物の質量のうち、少なくとも一つの相違によって可変できることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れかに記載のリニアモータの速度変動低減方法。