CN202840903U - 直线电动机系统 - Google Patents

Abstract

直线电动机系统。可抑制系统的长大化并确保行程。具有多个直线电动机的直线电动机系统，其具有：第1直线电动机，其具有第1固定部和第1可动部；第1直线编码器，其具有设置在第1固定部和第1可动部的一方的第1直线刻度和设置在另一方并检测第1直线刻度的第1检测部；第2直线电动机，其具有设置在第1可动部上的第2固定部和第2可动部；第2直线编码器，其具有设置在第2固定部和第2可动部的一方的第2直线刻度和设置在另一方并检测第2直线刻度的第2检测部；以及伺服放大器，其根据第1检测部和第2检测部的检测结果，控制第1直线电动机和第2直线电动机的驱动。

Description

直线电动机系统

技术领域

本实用新型涉及直线电动机系统。

背景技术

专利文献1中记载了直线电动机系统，该直线电动机系统具备：直线电动机，其具有可动部和固定部；以及直线编码器，其在固定部侧具有刻度，在可动部侧具有检测部。

专利文献1：日本特开2005-160209号公报（图1、图2）

在上述直线电动机系统中，需要设置与行程相应的固定部，因此，在需要较长的行程的情况下，直线电动机本身的全长变长，存在系统变长的问题。

实用新型内容

本实用新型正是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制系统变长并确保行程的直线电动机系统。

为了解决上述课题，根据本实用新型的一个方面，一种具有多个直线电动机的直线电动机系统，该直线电动机系统具有：第1直线电动机，其具有第1固定部和第1可动部；第1直线编码器，其具有设置在所述第1固定部和所述第1可动部中的一方的第1刻度、以及设置在另一方并检测所述第1刻度的第1检测部；第2直线电动机，其具有设置在所述第1可动部的第2固定部和第2可动部；第2直线编码器，其具有设置在所述第2固定部和所述第2可动部中的一方的第2刻度、以及设置在另一方并检测所述第2刻度的第2检测部；以及电动机控制装置，其根据所述第1检测部和所述第2检测部的检测结果，控制所述第1直线电动机和所述第2直线电动机的驱动。

根据本实用新型的直线电动机系统，能够抑制系统的长大化并确保行程。

附图说明

图1是表示一个实施方式的直线电动机系统的外观和系统结构的图。

图2是比较具有相同行程的实施方式的直线电动机系统与单一的直线电动机而示出的图。

图3是比较实施方式的直线电动机系统与单一的直线电动机各自缩短为最短后的全长而示出的图。

图4是比较各转换器的输入输出信号而示出的图。

图5是比较与两个直线电动机分别对应的节距、分割数以及分辨率而示出的图。

图6是示出使第1可动部和第2可动部同时在相同的方向移动的情况与同时在相反方向移动的情况的图。

标号说明

1：第1直线电动机；2：第2直线电动机；3：第1转换器（第1信号处理部）；4：第2转换器（第2信号处理部）；5：伺服放大器（电动机控制装置）；11：第1固定部；12：第1可动部；13：第1直线刻度（第1刻度）；14：第1检测部；15：第1直线编码器；21：第2固定部；22：第2可动部；23：第2直线刻度（第2刻度）；24：第2检测部；25：第2直线编码器；100：直线电动机系统；200：单一的直线电动机。

具体实施方式

以下，参照附图对一个实施方式进行说明。

＜直线电动机系统的结构＞

图1是表示一个实施方式的直线电动机系统的外观和系统结构的图。在该图1所示的例中，直线电动机系统100具有两个直线电动机1、2、两个转换器3、4、以及1个伺服放大器5。

在该例中，两个直线电动机1、2的各部分的结构、尺寸设定完全相同，分别具有固定部11、21和可动部12、22。在该例中，没有特别详细地图示，固定部11、21侧作为电枢发挥作用，可动部12、22侧作为磁场发挥作用。另外，不限于该例，固定部11、21和可动部12、22也可以彼此具有相反的作用。从后述的伺服放大器5分别向各固定部11、21提供控制电力，由此，控制各可动部12、22，以便沿着对应的固定部11、21的长边方向分别进行直线往返移动。

而且，关于两个直线电动机1、2，在各自的长边方向（可动部12、22的移动方向）互相平行的状态下，在一方的可动部12上固定地连接另一方的固定部21。以下，适当地将具有连接的可动部12的一侧的直线电动机1记载为“第1直线电动机1”，将具有连接的固定部21的一侧的直线电动机2记载为“第2直线电动机2”。此外，将构成第1直线电动机1的固定部和可动部记载为“第1固定部11”和“第1可动部12”，将构成第2直线电动机2的固定部和可动部记载为“第2固定部21”和“第2可动部22”。

此外，各直线电动机1、2分别具有直线编码器15、25，直线编码器15、25由在固定部11、21侧设置的直线刻度13、23和在可动部12、22侧设置的检测部14、24构成。各可动部12、22相对于对应的固定部11、21进行相对移动，由此，从各可动部12、22的检测部14、24输出与各自的相对位移量对应的相位的正弦波状的模拟信号（参照后述图4）。另外，第1直线电动机1具有的直线编码器15相当于各权利要求记载的第1直线编码器的一例，构成该直线编码器15的直线刻度13和检测部14分别相当于各权利要求记载的第1刻度和第1检测部的一例。此外，第2直线电动机2具有的直线编码器25相当于各权利要求记载的第2直线编码器的一例，构成该直线编码器25的直线刻度23和检测部24分别相当于各权利要求记载的第2刻度和第2检测部的一例。另外，不限于上述结构，也可以是在固定部11、21侧设置检测部、在可动部12、22侧设置直线刻度的结构。

两个转换器3、4分别输入对应的直线电动机1、2的检测部14、24检测到的模拟信号，将这些模拟信号转换为可由后述伺服放大器5读取且能够计测各直线电动机1、2的驱动位置的串行形式的数字信号。此外，这两个转换器3、4通过变更预定的参数，能够任意地设定信号的A/D转换处理中的分辨率（参照后述图4、图5）。以下，适当地将与第1直线电动机1对应的转换器3记载为“第1转换器3”，将与第2直线电动机2对应的转换器4记载为“第2转换器4”。另外，第1转换器3相当于各权利要求记载的第1信号处理部的一例，与第2直线电动机2对应的转换器4为第2转换器4，相当于各权利要求记载的第2信号处理部的一例。

伺服放大器5具有CPU、RAM、ROM以及功率放大器等，根据从上述两个转换器3、4输入的数字信号，计算各直线电动机1、2的驱动位置，综合这些位置信息来进行两个直线电动机1、2的驱动控制。作为该驱动控制，具体而言，对该例中的各直线电动机1、2的电枢即固定部11、21分别提供控制电力，由此，控制各可动部12、22，以便分别得到期望的推力、移动速度以及位置。另外，该伺服放大器5相当于各权利要求记载的电动机控制装置的一例。

＜系统的长度和可得到的行程＞

在以上那样构成的直线电动机系统100中，两个直线电动机1、2的连接体整体的总行程S即第2可动部22相对于第1固定部11的可相对移动距离可以利用如图2（a）所示那样将各直线电动机1、2的可动部12、22的单独行程s1、s2相加而得的长度来得到。假设要用单体的直线电动机200得到与该总行程S相同长度的行程，则需要图2（b）所示的较长的固定部211。

但是，固定部11、21、211各自的整体的长度是不变的，因此，如图3（b）所示，单体的直线电动机200的整体的长度仍然较长而不变。但是，另一方面，在本实施方式的直线电动机系统100的直线电动机连接体1、2中，如图3（a）所示，使第1可动部12位于使两个固定部11、21的两端对齐的位置，由此能够大幅缩短整体的长边方向的长度。即，由图3中的比较可知，本实施方式的直线电动机系统100能够抑制系统整体变长并确保较长的总行程S。

另外，在图示的例中，第1可动部12相对于第2固定部21固定在其长边方向大致中央的位置，所以，当第1可动部12位于第1固定部11的中立位置（单独行程s1的中央位置）时，可以使直线电动机系统100整体达到最短。但是，不限于这样的长边方向中央位置的固定结构，只要在第2固定部21的实质固定部长度（后面详细叙述）的范围内，则第1可动部12在任何的位置连接都能确保同样的缩短化和总行程S。

＜直线编码器的分辨率＞

图4是比较各转换器3、4的输入/输出信号而示出的图，图4（a）重叠示出第1转换器3的输入信号与输出信号，图4（b）重叠示出第2转换器4的输入信号与输出信号。在各图中，由正弦波状的模拟值表示的信号是输入信号（来自各可动部12、22的检测部14、24的输出信号），离散值的电平表示的信号表示输出信号（对伺服放大器5的输入信号）。另外，各图中的横轴不是时间轴，而分别示出对应的可动部12、22的位移。

首先，各输入信号是在各直线编码器15、25中由检测器14、24检测与直线刻度13、23之间的透射光或反射光的强度而得到的，并且，示出与可动部12、22相对于固定部11、21的相对移动联动的所谓莫尔条纹的周期性相位变化。针对该莫尔条纹的相位变化的检测，使用公知的方法，此处省略详细的说明。在分别从第1直线电动机1和第2直线电动机2检测的正弦波状的模拟信号之间，虽然振幅以及可动部基准位置0处的相位（0°）相同，但是与可动部位移对应的变化周期不同，在该例中，来自第1直线电动机1的输入信号的周期较长，来自第2直线电动机2的输入信号的周期较短。以下，将该模拟信号的周期称作节距，该节距是根据直线电动机1、2侧的直线刻度13、23与检测器14、24的硬件设定来决定的。

各转换器3、4可以任意地对这些正弦波状的输入信号设定参数，该参数定义了在各自的1个节距（1个周期）的可动部位移距离中用多少样本数进行分割而进行采样。以下，将该参数称作分割数，在图示的例子中，在第1转换器3侧将分割数设定为12，在第2转换器4侧将分割数设定为16。另外，各转换器3、4的输出信号以与那一时刻采样的离散值电平对应的带符号的串行比特数据即上述串行形式的数字信号进行输出。另外，如上所述，图4（a）、图4（b）的各横轴不是时间轴，而是示出各可动部12、22的位移，因此，上述“周期（节距）”、“分割数”是与可动部位移的变化联动而应用的参数，单位例如分别为“μm（节距）”和“个数（分割数）”。

图5归纳示出以上说明的本实施方式的情况下的信号处理的各参数的比较。如上述图4所示，由第1直线电动机1的检测部14检测的正弦波模拟信号的节距较长，由第2直线电动机2的检测部24检测的正弦波模拟信号的节距较短。此外，第1转换器3中的模拟信号的分割数较少（12），第2转换器4中的模拟信号的分割数较多（16）。

此处，通常，节距（μm）除以分割数（个数）而得到的值为直线编码器的分辨率。该分辨率的值是示出检测精度相对于对应的各直线电动机中的可动部位移的变化的高低的指标。而且，根据图5所示的节距与分割数的对比关系，第2直线编码器25的分辨率必然比第1直线编码器15的分辨率高。在该分辨率较高的情况下，在对应的转换器中处理的比特数量增多，因此，限制了使可动部移动时的最高速度。但是，在分辨率较低的情况下，相反，在转换器中处理的比特数量减少，因此，能够使可动部以比较快的速度移动。由此，在本实施方式的直线电动机系统100中，可通过分辨率较低的第1直线电动机1进行第2可动部22的迅速的粗动控制，通过分辨率较高的第2直线电动机2对第2可动部22的位移进行微调整。

＜直线电动机系统的最高速度和最低速度＞

此外，在通常的单体的直线电动机中，可控制的可动部的最高速度和最低速度之间的速度范围被有限地限定为额定值。但是，在本实施方式的直线电动机系统100中，如图6（a）所示，伺服放大器5进行驱动控制使第1可动部12和第2可动部22同时在相同的方向上移动，由此，可得到将第1直线电动机1与第2直线电动机2的速度v1、v2相加后的最高速度Vmax，能够得到超过通常的单体中的额定最高速度的较快的移动速度。此外，如图6（b）所示，伺服放大器5进行驱动使第1可动部12和第2可动部22同时在相反方向上移动，由此，能够得到基于第1直线电动机1与第2直线电动机2的速度v1、v2的差分的最低速度Vmin，能够得到低于通常的单体中的额定最低速度的较慢的移动速度。

＜实施方式的效果＞

如以上说明的那样，根据本实施方式的直线电动机系统100，总行程S为第1直线电动机1的单独行程s1与第2直线电动机2的单元行程s2的合计值，因此，能够确保较长的总行程S，并且，能够将中立状态下的系统全长抑制为某一直线电动机（本实施方式的例中是第1、第2直线电动机1、2双方。在各直线电动机的行程不同的情况下，是行程最长的直线电动机）的全长程度。因此，能够抑制系统变长并确保行程。

此外，在本实施方式中，特别是使第1直线电动机1的第1直线编码器15与第2直线电动机2的第2直线编码器25的分辨率不同。由此，伺服放大器5通过切换第1直线电动机1和第2直线电动机2的驱动，能够在驱动中任意地变更（选择）分辨率。其结果为，将直线编码器的分辨率较低的第1直线电动机1用于粗动，将直线编码器的分辨率较高的第2直线电动机2用于微动，由此，能够实现粗动/微动一体型的直线电动机系统100。

此外，在本实施方式中，特别使第1直线编码器15与第2直线编码器25的各自的节距不同，由此得到以下的效果。即，在使用单一的直线电动机的系统的情况下，为了进行高精度的定位，需要在整个行程中设置节距较小的直线编码器，存在成本增加的问题。在本实施方式中，仅在微动用的第2直线电动机2的单独行程s2部分设置节距较小的第2直线编码器25即可，因此能够降低成本。

此外，在本实施方式中，不仅使第1直线编码器15与第2直线编码器25各自的节距不同，还特别使第1转换器3与第2转换器4各自的信号的分割数不同。由此，两者的分辨率的组合多样化，能够实现可以灵活地应对所要求的规格的直线电动机系统100。

此外，根据本实施方式，也得到可如下效果。即，在使用单一的直线电动机的系统的情况下，不能在驱动中任意地切换直线编码器中的节距和转换器的分割数（分辨率固定），因此，最高速度与最低速度之间的速度范围被限制在比较窄的范围内，通用性较低。与此相对，根据本实施方式，如前面所述，伺服放大器5对第1可动部12和第2可动部22同时在相同的方向上进行驱动，由此，能够得到第1直线电动机1与第2直线电动机2的速度v1、v2相加后的最高速度Vmax。此外，伺服放大器5对第1可动部12和第2可动部22同时在相反方向上进行驱动，由此，能够得到基于第1直线电动机1与第2直线电动机2的速度差的最低速度Vmin。因此，与使用上述单一的直线电动机的情况相比，可以大幅扩大最高速度与最低速度的速度范围，提高通用性。

另外，通过同样的方法，针对第2可动部22对于第1固定部11的推力，也可以大幅扩大最高推力和最低推力的推力范围，提高通用性。

＜变形例＞

另外，在上述实施方式中，连接两个直线电动机1、2来构成直线电动机系统100，但是，本实用新型不限于此，也可以连接3个以上的直线电动机来构成。

此外，在上述实施方式中，各转换器3、4构成为与各直线编码器15、25以及伺服放大器5分体，但是，不限于此。例如，也可以使各转换器3、4与对应的各直线编码器15、25构成为一体，并由各直线电动机1、2所具备，或者，也可以将各转换器3、4与伺服放大器5构成为一体。

此外，在本实施方式中，将与第1直线电动机1对应的第1直线编码器15的分辨率设为较低，将该第1直线电动机1用于粗动，将与第2直线电动机2对应的第2直线编码器25的分辨率设为较高，将该第2直线电动机2用于微动，但不限于此。即，也可以将各直线编码器15、25的分辨率的对应关系颠倒，将第1直线电动机1用于微动，将第2直线电动机2用于粗动。此外，可以应用除了上述图5所示的以外的组合来实现各情况下的规格。

此外，在以上已经叙述的内容以外，也可以适当组合上述实施方式和各变形例的方法而进行利用。

另外，虽然没有一一进行例示，但是可以在不脱离其主旨的范围内，施加各种变更而实施。

Claims (5)

1.一种直线电动机系统，其具有多个直线电动机，其特征在于，

该直线电动机系统具有：

第1直线电动机，其具有第1固定部和第1可动部；

第1直线编码器，其具有设置在所述第1固定部和所述第1可动部中的一方的第1刻度、以及设置在另一方并检测所述第1刻度的第1检测部；

第2直线电动机，其具有设置在所述第1可动部的第2固定部和第2可动部；

第2直线编码器，其具有设置在所述第2固定部和所述第2可动部中的一方的第2刻度、以及设置在另一方并检测所述第2刻度的第2检测部；以及

电动机控制装置，其根据所述第1检测部和所述第2检测部的检测结果，控制所述第1直线电动机和所述第2直线电动机的驱动。

2.根据权利要求1所述的直线电动机系统，其特征在于，

所述第1直线编码器与所述第2直线编码器的分辨率不同。

3.根据权利要求2所述的直线电动机系统，其特征在于，

所述第1刻度与所述第2刻度的节距不同。

4.根据权利要求2或3所述的直线电动机系统，其特征在于，所述直线电动机系统还具有：

第1信号处理部，其将来自所述第1检测部的模拟信号转换为数字信号；以及

第2信号处理部，其将来自所述第2检测部的模拟信号转换为数字信号，

所述第1信号处理部与所述第2信号处理部的信号的分割数不同。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的直线电动机系统，其特征在于，

所述电动机控制装置以如下方式进行控制：对所述第1可动部和所述第2可动部同时在相同方向或相反方向上进行驱动。

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