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JP4631368B2 - Linear motor drive device - Google Patents
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Description

本発明は、巻線切替え方式によるロングストロークのリニアモータにおける電流制御装置の脱調検出方法に関する。   The present invention relates to a step-out detection method for a current control device in a long stroke linear motor using a winding switching method.

従来のリニアモータ駆動システムの電流制御装置の脱調検出方法は、固定子上の可動子が位置決めされる所定位置に発光部(または受光部)を配設し、一方、可動子には前記発光部(または受光部)と対をなす受光部(または発光部)を設け、可動子が固定子の所定位置に位置付けられたとき受光の有無を判断して可動子の脱調を検出する。(例えば、特許文献1参照)また、位置検出器からのフィードバック信号と制御回路からの指令信号とを計数手段により計数して比較し、この比較した信号量が予め設定した規定量を超えた場合に脱調を検出しているものもある(例えば、特許文献2参照)。   In the conventional method for detecting the step-out of the current control device of the linear motor drive system, a light emitting part (or a light receiving part) is disposed at a predetermined position where the mover on the stator is positioned, while the light emitting part is arranged on the mover. A light receiving portion (or light emitting portion) that is paired with the light receiving portion (or the light receiving portion) is provided, and when the mover is positioned at a predetermined position of the stator, the presence or absence of light reception is determined to detect the step out of the mover. (For example, refer to Patent Document 1) When the feedback signal from the position detector and the command signal from the control circuit are counted by the counting means and compared, and the compared signal amount exceeds a preset specified amount In some cases, step-out is detected (see, for example, Patent Document 2).

先ず、特許文献1に開示の「リニアモータ装置」は、半導体製造装置等に用いられる平面ステップモータ型のリニアモータであって、この特許文献1に開示のリニアモータは、永久磁石の可動子と、コイルの固定子とで構成される、長尺ロングストロークの可動磁石型リニアモータの脱調に関する例ではないが、リニアモータの脱調の1例として示したものである。
この「リニアモータ装置」は、図6に示すように、固定子101の予め設定された所定位置に発光部104を配設し、また可動子102には前記発光部104からの光を受光する受光部103を設け、可動子102を前記固定子101の所定の位置に位置付けたとき、前記受光部103によって前記発光部104からの光が受光したか否かを判定する。なお、ここでは、固定子101の複数箇所において、光ファイバ105からなる発光部104がそれぞれ設けられており、これらの光ファイバ105には光源106から一括して、或いは選択的に光が導入される。
一方、可動子102に設けられる受光部103は、矩形状をなす可動子102の対角線方向に離間して設けられた一対の受光素子、例えばフォトトランジスタからなる。具体的にはこれらの一対の受光素子は、可動子102の相対向する隅部にそれぞれ設けられ、その受光面を固定子101に対峙させている。また、これらの各受光素子の受光領域の大きさ、つまり視野は前記発光部104の大きさに合わせて設定されており、前記発光部104と対向したときのみ該発光部104からの光を受光するものとなっている。
First, the “linear motor device” disclosed in Patent Document 1 is a planar step motor type linear motor used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, and the linear motor disclosed in Patent Document 1 is a permanent magnet mover. This is not an example of the step out of a long long stroke movable magnet type linear motor constituted by a coil stator, but is shown as an example of step out of a linear motor.
In this “linear motor device”, as shown in FIG. 6, a light emitting unit 104 is disposed at a predetermined position of a stator 101, and the movable element 102 receives light from the light emitting unit 104. When the light receiving unit 103 is provided and the movable element 102 is positioned at a predetermined position of the stator 101, it is determined whether or not the light from the light emitting unit 104 is received by the light receiving unit 103. Here, light emitting units 104 each including an optical fiber 105 are provided at a plurality of locations of the stator 101, and light is introduced into these optical fibers 105 collectively or selectively from a light source 106. The
On the other hand, the light receiving portion 103 provided in the movable element 102 includes a pair of light receiving elements, for example, phototransistors, which are provided in a diagonal direction apart from the rectangular movable element 102. Specifically, the pair of light receiving elements are provided at opposite corners of the movable element 102, and the light receiving surfaces thereof are opposed to the stator 101. The size of the light receiving area of each light receiving element, that is, the field of view is set in accordance with the size of the light emitting unit 104, and light from the light emitting unit 104 is received only when facing the light emitting unit 104. It is supposed to be.

特に前記受光素子は、固定子101における発光部104が、溝が交差した位置にもうけられることから、該溝の配列ピッチによって規定される距離をX,Y方向に隔てて、可動子102上における離間距離が最大となるように設けられている。そして前記発光部104は、可動子102に設けられる受光部103(受光素子)の配置位置に関連して、該可動子102が固定子101上の予め設定された脱調検出のための基準位置(所定の位置)に位置付けられたとき、前記各受光素子にそれぞれ対向する部位に設けられる。   In particular, since the light-emitting element 104 of the stator 101 is provided at a position where the grooves intersect, the light receiving element has a distance defined by the arrangement pitch of the grooves separated in the X and Y directions, and on the movable element 102. The separation distance is maximized. The light emitting unit 104 has a predetermined reference position for detecting the step-out on the stator 101 in relation to the arrangement position of the light receiving unit 103 (light receiving element) provided on the movable member 102. When positioned at (predetermined position), it is provided at a portion facing each of the light receiving elements.

したがって、可動子102が固定子101上の所定の位置に位置付けられ、且つその姿勢もX,Y方向に安定に保持されているときにだけ、該可動子102に設けられた前期一対の受光素子が発光部104からの光を同時に受光することになるので、これらの一対の受光素子による受光の有無から可動子102の前記所定の位置への位置付けが高精度に確認されるようになっている。
かくして、上述した如く構成されたリニアモータ装置によれば、固定子101上で可動子102を移動させ、その移動位置を制御するに際して、例えば予めプログラム設定される移動経路の途中に前述した発光部104を設置した所定位置を組み込んでおき、可動子102が前記所定位置に位置付けられたときに前記発光部104からの光が受光部103にて受光されるか否かを調べることで、可動子102の脱調を簡単に検出することができる。しかも可動子102の対角線方向に離間して、その離間距離を最大化して設けられた一対の受光素子にて、発光部104からの光をそれぞれ検出するので、可動子102の僅かな姿勢変化についても確実に検出することができ、その検出精度を高めることができる。しかもX,Y方向へのずれを一括して共通に検出することができる。
Therefore, only when the movable element 102 is positioned at a predetermined position on the stator 101 and its posture is also stably held in the X and Y directions, the pair of light receiving elements provided in the movable element 102 is provided. Since the light from the light emitting unit 104 is received at the same time, the positioning of the movable element 102 at the predetermined position is confirmed with high accuracy from the presence or absence of light reception by the pair of light receiving elements. .
Thus, according to the linear motor device configured as described above, when the movable element 102 is moved on the stator 101 and the movement position thereof is controlled, for example, the light emitting unit described above is provided in the middle of the movement path set in advance by a program. A predetermined position where 104 is installed is incorporated, and when the movable element 102 is positioned at the predetermined position, it is checked whether or not the light from the light emitting unit 104 is received by the light receiving unit 103. The step out of 102 can be easily detected. In addition, since the light from the light emitting unit 104 is detected by the pair of light receiving elements provided in the diagonal direction of the movable element 102 so as to maximize the distance, the slight change in the posture of the movable element 102 is detected. Can be reliably detected, and the detection accuracy can be increased. Moreover, deviations in the X and Y directions can be collectively detected in a batch.

このように、従来のリニアモータ駆動システムの電流制御装置の脱調検出方法は、固定子上の可動子が位置決めされる所定位置に発光部(または受光部)を配設し、一方、可動子には前記発光部(または受光部)と対をなす受光部(または発光部)を設け、可動子が固定子の所定位置に位置付けられたとき受光の有無を判断して可動子の脱調を検出するものである。このように特許文献1に開示のリニアモータは、ロングストロークタイプの可動磁石型リニアモータ等とは反対に、固定子を永久磁石で構成し、可動子をコイルで構成したもので、いわゆる平面ステップモータ型、又はサーフェースモータ型等と呼ばれるジャンルのリニアモータである。   As described above, in the conventional step-out detection method for the current control device of the linear motor drive system, the light emitting portion (or the light receiving portion) is disposed at a predetermined position where the mover on the stator is positioned. Is provided with a light-receiving part (or light-emitting part) that is paired with the light-emitting part (or light-receiving part), and when the mover is positioned at a predetermined position of the stator, the presence or absence of light reception is judged and the mover is stepped out. It is to detect. As described above, the linear motor disclosed in Patent Document 1 is a so-called plane step in which the stator is formed of a permanent magnet and the mover is formed of a coil, as opposed to a long stroke type movable magnet type linear motor. It is a genre linear motor called a motor type or a surface motor type.

また、特許文献2に開示の「ボンディング装置」は半導体用ボンディング装置に内蔵の回転型ステッピングモータに関するもので、ロングストローク型のリニアモータの脱調に関するものではないが、モータ脱調の1例として示したもので、図7に示すように、外部の操作手段の操作により装置が作動すると、制御回路は、指令信号を発してパルス発生器からクロック信号に同期した制御回路で規定されたパルス信号を発生してパルスモータを駆動する。一方、前記パルスモータの回転数に応じたパルス信号を発生するエンコーダは、フィードバック信号であるパルス信号を制御回路に入力し、この入力信号に基づいて制御回路は、エンコーダから得られたパルス信号のパルス数を内部のカウンタ等からなる計数手段により計数する(ステップ201)。
制御回路は、エンコーダからのフィードバック信号であるパルス数と前記指令信号としてのパルス数(パルス発生器から発生するパルス数)とが一致しているかどうかを判定する(ステップ202)。両者のパルス数が一致しているときは、装置に異常がなく正常に作動しているものとして、ステップ201に戻る。両者のパルス信号のパルス数が一致していないときは、前記指令信号としてのパルス数とエンコーダからのフィードバック信号としてのパルス数との差が予め設定した規定量の範囲内かどうか判定する(ステップ203)。
前記パルス数の差が、予め設定した規定量の範囲内のものであるときは、ステップ201に戻る。しかし、前記パルス数が予め設定した規定量の範囲を超えているときは、制御回路は、何らかの異常が発生したもの、すなわち脱調とみなして装置を停止させる。
The “bonding device” disclosed in Patent Document 2 relates to a rotary stepping motor built in a semiconductor bonding device, and does not relate to the step-out of a long stroke type linear motor. As shown in FIG. 7, when the apparatus is activated by the operation of an external operation means, the control circuit generates a command signal and a pulse signal defined by the control circuit synchronized with the clock signal from the pulse generator. To drive the pulse motor. On the other hand, an encoder that generates a pulse signal corresponding to the number of rotations of the pulse motor inputs a pulse signal that is a feedback signal to the control circuit, and based on this input signal, the control circuit outputs the pulse signal obtained from the encoder. The number of pulses is counted by a counting means such as an internal counter (step 201).
The control circuit determines whether or not the number of pulses as a feedback signal from the encoder matches the number of pulses as the command signal (number of pulses generated from the pulse generator) (step 202). If the two pulse numbers match, it is assumed that the apparatus is operating normally without any abnormality, and the process returns to step 201. If the pulse numbers of the two pulse signals do not match, it is determined whether the difference between the number of pulses as the command signal and the number of pulses as the feedback signal from the encoder is within a predetermined amount range (step) 203).
When the difference in the number of pulses is within the range of the predetermined amount set in advance, the process returns to step 201. However, when the number of pulses exceeds the preset range of the predetermined amount, the control circuit considers that some abnormality has occurred, that is, a step-out, and stops the apparatus.

このように、従来のボンディング装置のステップモータにおける脱調検出方法は、位置検出器からのフィードバック信号と制御回路からの指令信号とを計数手段により計数して比較し、この比較した信号量が予め設定した規定量を超えた場合に脱調を検出する、という手順がとられていた。
特開平10−23785号公報(第5頁、図3) 特開平11−312693号公報(第8頁、図3)
As described above, the step-out detection method in the step motor of the conventional bonding apparatus counts and compares the feedback signal from the position detector and the command signal from the control circuit by the counting means, and the amount of the compared signal is determined in advance. A procedure was taken to detect step-out when the specified amount was exceeded.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-23785 (5th page, FIG. 3) Japanese Patent Laid-Open No. 11-312663 (page 8, FIG. 3)

しかしながら、特許文献1に示す従来のリニアモータ装置の脱調検出方法は、固定子上の可動子が位置決めされる所定位置に発光部(または受光部)を配設し、一方、可動子には前記発光部(または受光部)と対をなす受光部(または発光部)を設け、可動子が固定子の所定位置に位置付けられたとき受光の有無を判断して可動子の脱調を検出するという手段をとっていたので、発光部、受光部設置によって装置が複雑化しコストがかかるという問題があった。また、可動子側の発光部配置に制限を受けるという問題もあった。
また、特許文献2に示すボンディング装置の脱調検出法では、位置検出器からのフィードバック信号と制御回路からの指令信号とを計数手段により計数して比較し、この比較した信号量が予め設定した規定量を超えた場合に脱調検出する手段をとっているので、脱調検出用のエンコーダ設置にコストがかかるという問題があった。
However, in the conventional linear motor device step-out detection method shown in Patent Document 1, a light emitting portion (or a light receiving portion) is disposed at a predetermined position where the mover on the stator is positioned. A light-receiving unit (or light-emitting unit) that is paired with the light-emitting unit (or light-receiving unit) is provided, and when the mover is positioned at a predetermined position of the stator, the presence or absence of light reception is determined to detect the step-out of the mover. Therefore, there is a problem that the installation of the light emitting part and the light receiving part makes the apparatus complicated and expensive. There is also a problem that the arrangement of the light emitting part on the movable element side is limited.
Further, in the bonding apparatus step-out detection method disclosed in Patent Document 2, the feedback signal from the position detector and the command signal from the control circuit are counted by the counting means and compared, and the amount of the compared signal is set in advance. Since measures are taken to detect step-out when the specified amount is exceeded, there is a problem that it is costly to install an encoder for step-out detection.

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、脱調検出用のセンサを必要とせずに可動子を駆動している固定子数を判別し、可動子を駆動している固定子数と位置生成部で生成された位置より可動子の脱調を検出することができる巻線切替リニアモータの脱調検出方法および脱調検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and determines the number of stators that are driving the mover without requiring a step-out detection sensor, and drives the mover. It is an object of the present invention to provide a step-out detection method and a step-out detection device for a winding switching linear motor capable of detecting a step-out of a mover from the number of stators and a position generated by a position generation unit.

上記問題を解決するため、請求項1に記載の発明は、永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、複相巻線である電気装荷手段を備えると共に空隙を介して前記可動子と対向する複数の固定子と、前記可動子と前記固定子とが対向していることを検出するセンサと、を有するリニアモータと、上位装置からの速度指令に基づいて励磁およびトルク電流指令を生成する電流指令生成部と、前記リニアモータへの出力電流を検出して電流検出値を出力する電流検出手段と、前記電流検出値と前記励磁およびトルク電流指令とが一致するように励磁およびトルク電圧指令を生成する電流制御部と、前記速度指令に基づいて位置を生成する位置生成部と、前記励磁およびトルク電圧指令と前記位置とに基づいて出力電圧を出力する電圧出力部と、を有する電流制御装置と、を備え、前記電流制御装置が、前記速度指令および前記センサの検出信号に基づいて、前記固定子の前記複相巻線に前記出力電流を順に出力して前記可動子を移動させるリニアモータ駆動装置において、前記速度指令、前記励磁およびトルク電流指令、前記励磁およびトルク電圧指令、抵抗値およびインダクタンス値であるモータ定数に基づいて通電している前記固定子のコイル数の二乗を演算し、前記固定子のコイル数の二乗に基づいて通電している前記固定子の個数を判別する固定子数判別部と、前記固定子の個数および前記位置に基づいて前記可動子が脱調しているか否かを検出する脱調検出部と、を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1 is provided with a mover provided with a magnetic loading means constituted by a permanent magnet , and an electric loading means which is a multiphase winding , and the movable through a gap. A linear motor having a plurality of stators opposed to a child, a sensor for detecting that the movable element and the stator are opposed to each other, and an excitation and torque current command based on a speed command from a host device a current command generation unit for generating a current detecting means for outputting a current detection value by detecting the output current to the linear motor, excitation and so that the current detection value and the exciting and torque current command matches a current control unit for generating a torque voltage command, wherein a position generator for generating a position based on the speed command, the excitation and torque voltage command and the voltage to an output voltage on the basis of said position Comprising a current control device having a power section, and the said current control device, based on the speed command and the detection signal of the sensor, and outputs the output current in order to the multi-phase winding of the stator In the linear motor drive device that moves the mover, the stator is energized based on the motor constants that are the speed command, the excitation and torque current command, the excitation and torque voltage command, the resistance value, and the inductance value. A stator number determination unit that calculates the square of the number of coils of the stator and determines the number of the stators that are energized based on the square of the number of coils of the stator, and based on the number of the stators and the position A step-out detection unit that detects whether or not the mover is out of step.

請求項1に記載の発明によると、脱調検出用のセンサを必要とせず、可動子を駆動している固定子数を判別し、可動子を駆動している固定子数と位置生成部で生成された位置より可動子の脱調を検出することができる。
また、脱調検出用のセンサを必要とせず、可動子を駆動している固定子数を判別し、可動子を駆動している固定子数と位置生成部で生成された位置より可動子の脱調を検出することが可能な、半導体製造装置等に使用されるロングストローク・タイプの可動磁石型リニアモータ等の脱調検出装置を構成できる。
According to the first aspect of the present invention, the step-out detection sensor is not required, the number of stators driving the mover is determined, and the number of stators driving the mover and the position generation unit are determined. The step-out of the mover can be detected from the generated position.
Further, without detecting a step-out detection sensor, the number of stators driving the mover is determined, and the number of stators driving the mover and the position generated by the position generation unit are used. A step-out detection device such as a long stroke type movable magnet type linear motor used in a semiconductor manufacturing device or the like that can detect step-out can be configured.

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。   Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の巻線切替リニアモータの脱調検出方法を適用するリニアモータ駆動システムの電流制御装置の構成を示すブロック図である。
図において、1は固定子数判別部3において判別された可動子を駆動している固定子数17と位置生成部5で生成された位置18を用いて、リニアモータ16の脱調を検出する脱調検出部であり、リニアモータ16が脱調している場合は脱調アラーム2を出力する。2は脱調アラームであり、この脱調アラームによりリニアモータ16を停止するなどの処理が行われ、脱調によるリニアモータの故障などを防ぐ。3は固定子数判別部で、(1)式を用いて可動子を駆動している固定子のコイル数を判別する。(1)式中、ωは速度指令4、Iは電流指令生成部6で生成された励磁電流指令(Id_refA)7およびトルク電流指令(Iq_ref)8、Vは、励磁電圧指令(Vd_ref)10、トルク電圧指令(Vq_ref)11を用いて、(2)式で演算される電圧指令である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a current control device of a linear motor driving system to which a step-out detection method for a winding switching linear motor according to the present invention is applied.
In the figure, 1 detects the step-out of the linear motor 16 using the number of stators 17 driving the mover determined by the stator number determination unit 3 and the position 18 generated by the position generation unit 5. The step-out detection unit outputs a step-out alarm 2 when the linear motor 16 has stepped out. Reference numeral 2 denotes a step-out alarm, and processing such as stopping the linear motor 16 is performed by the step-out alarm to prevent a failure of the linear motor due to step-out. Reference numeral 3 denotes a stator number discriminating unit that discriminates the number of coils of the stator driving the mover using the equation (1). In the equation (1), ω is the speed command 4, I is the excitation current command (Id_refA) 7 and torque current command (Iq_ref) 8 generated by the current command generator 6, V is the excitation voltage command (Vd_ref) 10, This is a voltage command calculated by the equation (2) using the torque voltage command (Vq_ref) 11.



但し、
N:可動子を駆動している固定子のコイル
I:電流指令
R*I:抵抗による電圧降下
ωL:インダクタンスによる電圧降下
V:電圧指令
φω:誘起電圧
ω:速度指令 である。


However,
N: Number of coils of the stator driving the mover I: Current command R * I: Voltage drop due to resistance
ωL : voltage drop due to inductance V: voltage command φω: induced voltage
ω: Speed command .

9は電流制御部であり、電流指令生成部6どおりにリニアモータ16を駆動するため、電流検出手段15より取り込んだ電流フィードバック値と電流指令生成部6から出力された励磁電流指令(Id_refA)7およびトルク電流指令(Iq_ref)8が一致するように、励磁電圧指令(Vd_ref)10およびトルク電圧指令(Vq_ref)11を出力する。12は二相/三相変換部であり、電流制御部9より出力された励磁電圧指令(Vd_ref)10およびトルク電圧指令(Vq_ref)11をU相電圧(Vu_ref),V相電圧(Vv_ref),W相電圧(Vw_ref)に変換する。13はPWM制御部で、14は二相/三相変換部12およびPWM制御部13などで構成される電圧出力部である。30は以上の構成によりリニアモータ16を駆動する電流制御装置全体を表している。   Reference numeral 9 denotes a current control unit that drives the linear motor 16 in the same manner as the current command generation unit 6. Therefore, the current feedback value received from the current detection means 15 and the excitation current command (Id_refA) 7 output from the current command generation unit 6 are displayed. The excitation voltage command (Vd_ref) 10 and the torque voltage command (Vq_ref) 11 are output so that the torque current command (Iq_ref) 8 matches. Reference numeral 12 denotes a two-phase / three-phase converter. The excitation voltage command (Vd_ref) 10 and the torque voltage command (Vq_ref) 11 output from the current control unit 9 are converted into a U-phase voltage (Vu_ref), a V-phase voltage (Vv_ref), Convert to W phase voltage (Vw_ref). Reference numeral 13 denotes a PWM control unit, and reference numeral 14 denotes a voltage output unit including the two-phase / three-phase conversion unit 12 and the PWM control unit 13. Reference numeral 30 denotes the entire current control device that drives the linear motor 16 with the above-described configuration.

図4は本発明の脱調検出方法を適用するリニアモータ駆動システム図である。
図5は図4に示すリニアモータ駆動システムにおける巻線切替装置を示す図である。
FIG. 4 is a linear motor drive system diagram to which the step-out detection method of the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram showing a winding switching device in the linear motor drive system shown in FIG.

本発明が適用される、例えば、ロングストローク・タイプの磁石可動型リニアモータを駆動するシステムは、図4に示すように、永久磁石36により構成される磁気装荷手段を備えた可動子31と、該永久磁石36に対向する巻線面を有する巻線により構成される電気装荷手段を備えた固定子32とが空隙を介して対向し、該固定子32はストローク方向に分割された複数の巻線群34から成り、該巻線群34の巻線を構成する各相の相巻線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有し、また、該巻線群34にはストローク方向に前記可動子31と完全に対向していることを検出するためのセンサ33を設けて構成されるリニアモータ16と、図1に示したような、速度指令4を用いて電流指令を生成する電流指令生成部6と、電流を検出する電流検出手段15と、前記電流検出手段15により検出された電流検出値と前記電流指令とが一致するように電圧指令を生成する電流制御部9と、前記速度指令4から電圧を出力する位置18を生成する位置生成部5と、前記電圧指令と前記位置18とを用いて電圧を出力する電圧出力部14と、固定子数17を判別する固定子数判別部と、脱調を検出する脱調検出部1と、から構成される電流制御装置30と、更に、図5に示すような、3相整流手段37と該3相整流手段の直流出力側の両端に、半導体スイッチ38と該半導体スイッチ38と並列に抵抗39とコンデンサ40を設けることにより構成される巻線切替え装置35とによって構成され、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群34の巻線を構成するそれぞれの相巻線の巻き始め端子を前記電流制御装置30の出力端に接続し、他端を前記巻線切替え装置35の前記3相整流手段37の交流入力側に接続し、該巻線切替え装置35を構成する半導体スイッチ38を閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群34を励磁するように構成されている。   For example, a system for driving a long-stroke type magnet movable linear motor to which the present invention is applied includes a mover 31 having a magnetic loading means constituted by a permanent magnet 36, as shown in FIG. A stator 32 having an electric loading means constituted by a winding having a winding surface facing the permanent magnet 36 is opposed to the permanent magnet 36 via a gap, and the stator 32 is a plurality of windings divided in the stroke direction. Each of the phase windings of each phase constituting the winding group 34 has a winding start terminal and a winding end terminal, and the winding group 34 has a stroke direction in the stroke direction. A linear motor 16 provided with a sensor 33 for detecting that it is completely opposed to the mover 31, and a current for generating a current command using the speed command 4 as shown in FIG. Command generator 6 and current A current detection unit 15 for detecting, a current control unit 9 for generating a voltage command so that a current detection value detected by the current detection unit 15 and the current command match, and a voltage from the speed command 4 is output. A position generation unit 5 that generates a position 18; a voltage output unit 14 that outputs a voltage using the voltage command and the position 18; a stator number determination unit that determines the number of stators 17; A current control device 30 comprising a step-out detection unit 1 that performs the above operation, a three-phase rectifier 37 as shown in FIG. 5, and a semiconductor switch 38 at both ends of the DC output side of the three-phase rectifier. Each of the windings of a plurality of winding groups 34 divided in the stroke direction is configured by a winding switching device 35 configured by providing a resistor 39 and a capacitor 40 in parallel with the semiconductor switch 38. The winding start terminal of the phase winding is connected to the output end of the current control device 30, and the other end is connected to the AC input side of the three-phase rectifying means 37 of the winding switching device 35. Is closed to excite a plurality of winding groups 34 divided in the stroke direction.

図2は、本発明の固定子判別部の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて固定子数判別方法を順を追って説明する。
はじめにステップ19(以下、S19と略す)で励磁電圧指令(Vd_ref)10とトルク電圧指令(Vq_ref)11とを用いて(2)式により演算される電圧指令Vを取り込み(S19)、次に、VおよびVを算出し(S20)、誘起電圧φωおよび誘起電圧の二乗(φω) を算出する(S21)。続いて、(1)式の分母であるV −2×V×φω+(φω) を演算し(S22)、抵抗分の電圧RIおよび抵抗分の電圧の二乗(RI) を算出し(S23)、次に、リアクタンス分の電圧ωLIおよびリアクタンス分の電圧の二乗(ωLI) を算出し(S24)、(1)式を用いて固定子のコイル数の二乗N を算出し(S25)、ステップ25の結果より固定子数判別基準を用いて固定子数判別処理して(S26)、可動子を駆動している固定子数17を出力する。
この固定子数判別処理は、上記のように(1)式および(2)式を用いて固定子のコイル数の二乗N を算出し、この固定子のコイル数の二乗N に基づいて固定子数を求めるもので、各コイル34は夫々の巻線切替装置35とモジュール化されて、リレー式に駆動されている。
FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure of the stator discriminating unit of the present invention. The method for determining the number of stators will be described step by step with reference to this figure.
First, in step 19 (hereinafter abbreviated as S19), the voltage command V calculated by the equation (2) using the excitation voltage command (Vd_ref) 10 and the torque voltage command (Vq_ref) 11 is fetched (S19). V and V 2 are calculated (S20), and the induced voltage φω and the square of the induced voltage (φω) 2 are calculated (S21). Subsequently, V 2 −2 × V × φω + (φω) 2 which is the denominator of the equation (1) is calculated (S22), and the voltage RI of the resistance and the square of the voltage of the resistance (RI) 2 are calculated ( Next, the reactance voltage ωLI and the reactance voltage square (ωLI) 2 are calculated (S24), and the square N 2 of the number of stator coils is calculated using the equation (1) (S25). From the result of step 25, the number of stators is discriminated using the stator number discriminating criterion (S26), and the number of stators 17 driving the mover is output.
In this stator number discrimination process, the square N 2 of the number of coils of the stator is calculated using the equations (1) and (2) as described above, and based on the square N 2 of the number of coils of the stator. The number of stators is obtained, and each coil 34 is modularized with a respective winding switching device 35 and driven in a relay manner.

図3は、本発明の脱調検出方法の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめに、固定子数判別部3の判別結果である固定子数17が0個か0個以外かを判別する(S27)。固定子数17が0個の場合、位置生成部5の出力である位置18が可動子を駆動している固定子数が1以上であるかを判別する(S28)。判別結果が可動子を駆動している固定子数が1以上であれば、脱調アラーム2を出力し(S30)、可動子を駆動している固定子数が0であれば、脱調アラーム2は出力しない(S31)。
また、S27の判別結果で、固定子数が1個以上の場合、位置生成部5の出力である位置18が可動子を駆動している固定子数が1以上であるかを判別する(S29)。判別結果が可動子を駆動している固定子数が1以上であれば、脱調アラーム2を出力しない(S32)。可動子を駆動している固定子数が0であれば、脱調アラーム2を出力する(S33)。
このように、速度指令と、電流指令と電圧指令とモータ定数を用いて、可動子31を駆動している固定子32の数を判別し、固定子数17の判別結果と位置生成部5より生成された位置18を用いてリニアモータの脱調を検出するという手順をとるので、脱調検出用のセンサを必要とせず、通電している固定子数を判別し、通電している固定子数と位置生成部5で生成された位置18より可動子31の脱調を検出することができる。
つまり、ここでは固定子判別部3による固定子数17と、位置生成部5で求めた位置18により脱調を検出するが、固定子判別部3で(1)式によって求める固定子のコイル数は実測値(Fb)に相当し、位置18は、いわば、エンコーダ等のFb値を使用せずに、速度指令ωを直接位置生成部5において積分演算等により求める位置の指令値に相当するものであって、固定子判別部3で求めた実際の固定子数を、位置指令値18の固定子数で判定して、脱調を検出している。
従って、従来例として挙げた特許文献1では、脱調検出用に多数の発光部と受光部を設けて実測値を基に脱調を検出していたものが、本発明では、(1)式による演算のみで、実際の固定子数を求め位置(指令値)18との比較によって簡単に脱調検出が可能となった。
このように特許文献1は平面ステップモータ型のリニアモータの例で、本発明で対象としたリニアモータとは形式が異なるものの、本発明によって、特許文献1で必要とした脱調検出用センサーと、センサー処理を必要としない、半導体製造装置などに使用されるロングストローク・タイプのムービング・マグネット(可動磁石)型リニアモータに好適な、省スペース、低コストで精度の高い脱調検出方法・脱調検出装置が構成できた。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the step-out detection method of the present invention. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
First, it is determined whether the number of stators 17 which is the determination result of the stator number determination unit 3 is 0 or other than 0 (S27). When the number of stators 17 is 0 , it is determined whether or not the number of stators that drive the mover at position 18 that is the output of the position generator 5 is 1 or more (S28). If the number of stators driving the mover is 1 or more, the step-out alarm 2 is output (S30). If the number of stators driving the mover is 0, the step- out alarm is output. 2 is not output (S31).
If the number of stators is one or more in the determination result of S27, it is determined whether or not the number of stators driving the mover at position 18 as the output of the position generation unit 5 is one or more (S29). ). If the number of stators driving the mover is 1 or more, the step-out alarm 2 is not output (S32). If the number of stators driving the mover is 0, a step-out alarm 2 is output (S33).
In this way, the number of stators 32 driving the mover 31 is determined using the speed command, the current command, the voltage command, and the motor constant, and the determination result of the number of stators 17 and the position generator 5 Since the procedure of detecting the step-out of the linear motor using the generated position 18 is taken, a step-out detection sensor is not required, the number of energized stators is determined, and the energized stator is determined. The step-out of the mover 31 can be detected from the number and the position 18 generated by the position generator 5.
That is, in this stator number 17 by the stator discriminating unit 3 is to detect the out-of-step by the position 18 determined by the position determining unit 5, the coil number of the stator to seek in the stator determination unit 3 by (1) Corresponds to the actually measured value (Fb), and the position 18 corresponds to the position command value obtained by directly calculating the speed command ω by the integral calculation or the like in the position generation unit 5 without using the Fb value of the encoder or the like. Then, the actual number of stators obtained by the stator discriminating unit 3 is determined by the number of stators of the position command value 18 to detect step-out.
Therefore, in Patent Document 1 cited as a conventional example, a number of light emitting units and light receiving units are provided for step out detection, and step out is detected based on actual measurement values. The step-out detection can be easily performed by calculating the actual number of stators and comparing it with the position (command value) 18 only by the calculation by.
Thus, Patent Document 1 is an example of a planar step motor type linear motor, and although the format is different from the linear motor targeted in the present invention, the step-out detection sensor required in Patent Document 1 and Suitable for long stroke type moving magnet (movable magnet) type linear motors used in semiconductor manufacturing equipment, etc. that do not require sensor processing. A tone detector was constructed.

なお、脱調検出用のセンサを必要とせず、通電している固定子数を判別し、通電している固定子数17と位置生成部5で生成された位置18より可動子の脱調を検出することができるので、特に、半導体製造装置用のロングストローク・タイプの可動磁石型リニアモータ等のリニアモータシステムに適用できる。   The step-out detection sensor is not required, the number of energized stators is determined, and the mover is stepped out from the number 17 of energized stators and the position 18 generated by the position generator 5. In particular, the present invention can be applied to a linear motor system such as a long stroke type movable magnet type linear motor for semiconductor manufacturing equipment.

本発明の巻線切替リニアモータの脱調検出方法を適用するリニアモータの電流制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the current control apparatus of the linear motor to which the step-out detection method of the coil | winding switching linear motor of this invention is applied. 本発明の固定子判別部の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the stator discrimination | determination part of this invention. 本発明の脱調検出方法の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the step-out detection method of this invention. 本発明の脱調検出方法を適用するリニアモータ駆動システムの図である。It is a figure of the linear motor drive system to which the step-out detection method of this invention is applied. 図4に示す巻線切替装置を示す図である。It is a figure which shows the coil | winding switching apparatus shown in FIG. 従来のリニアモータ装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional linear motor apparatus. 従来のボンディング装置の処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process of the conventional bonding apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 脱調検出部
2 脱調アラーム
3 固定子数判別部
4 速度指令
5 位置生成部
6 電流指令生成部
7 励磁電流指令
8 トルク電流指令
9 電流制御部
10 励磁電圧指令
11 トルク電圧指令
12 二相三相変換部
13 PWM制御部
14 電圧出力部
15 電流検出手段
16 リニアモータ
17 固定子数
18 位置
30 電流制御装置
31 可動子
32 固定子
33 センサー
34 巻線群
35 巻線切替装置
36 永久磁石
37 三相整流手段
38 半導体スイッチ
39 抵抗
40 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Step-out detection part 2 Step-out alarm 3 Stator number discrimination | determination part 4 Speed command 5 Position generation part 6 Current command generation part 7 Excitation current command 8 Torque current command 9 Current control part 10 Excitation voltage command 11 Torque voltage command 12 Two-phase Three-phase conversion unit 13 PWM control unit 14 Voltage output unit 15 Current detection means 16 Linear motor 17 Number of stators 18 Position 30 Current control device 31 Movable element 32 Stator 33 Sensor 34 Winding group 35 Winding switching device 36 Permanent magnet 37 Three-phase rectifier 38 Semiconductor switch 39 Resistor 40 Capacitor

Claims (1)

永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、複相巻線である電気装荷手段を備えると共に空隙を介して前記可動子と対向する複数の固定子と、前記可動子と前記固定子とが対向していることを検出するセンサと、を有するリニアモータと、
上位装置からの速度指令に基づいて励磁およびトルク電流指令を生成する電流指令生成部と、前記リニアモータへの出力電流を検出して電流検出値を出力する電流検出手段と、前記電流検出値と前記励磁およびトルク電流指令とが一致するように励磁およびトルク電圧指令を生成する電流制御部と、前記速度指令に基づいて位置を生成する位置生成部と、前記励磁およびトルク電圧指令と前記位置とに基づいて出力電圧を出力する電圧出力部と、を有する電流制御装置と、を備え、
前記電流制御装置が、前記速度指令および前記センサの検出信号に基づいて、前記固定子の前記複相巻線に前記出力電流を順に出力して前記可動子を移動させるリニアモータ駆動装置において、
前記速度指令、前記励磁およびトルク電流指令、前記励磁およびトルク電圧指令、抵抗値およびインダクタンス値であるモータ定数に基づいて通電している前記固定子のコイル数の二乗を演算し、前記固定子のコイル数の二乗に基づいて通電している前記固定子の個数を判別する固定子数判別部と、
前記固定子の個数および前記位置に基づいて前記可動子が脱調しているか否かを検出する脱調検出部と、を備えたことを特徴とするリニアモータ駆動装置。
A mover provided with magnetic loading means constituted by a permanent magnet, a plurality of stators provided with electric loading means that are multiphase windings and facing the mover through a gap, and the mover and the fixed A linear motor having a sensor for detecting that the child is facing ,
A current command generating unit that generates excitation and torque current commands based on a speed command from a host device ; current detection means that detects an output current to the linear motor and outputs a current detection value; and the current detection value ; a current control unit that generates the excitation and torque voltage command so that the exciting and torque current command coincides, a position generator for generating a position based on the speed command, and the position and the excitation and torque voltage command and a current control device having a voltage output unit for outputting an output voltage based on,
In the linear motor driving device in which the current control device sequentially outputs the output current to the multiphase winding of the stator and moves the mover based on the speed command and the detection signal of the sensor .
Calculate the square of the number of coils of the stator that is energized based on the motor command that is the speed command, the excitation and torque current command, the excitation and torque voltage command, the resistance value and the inductance value, A stator number discriminating unit for discriminating the number of stators energized based on the square of the number of coils;
A linear motor drive device comprising: a step-out detection unit that detects whether or not the mover has stepped out based on the number of the stators and the position.
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