JP2004056892A - リニアモータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐環境性に強く、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティン　　グが不要であるリニアモータ装置を提供する。
【解決手段】永久磁石４は、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体　　である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、永久磁石４のピッチ間隔が当該磁気　　スケール部のスケールピッチとなるように設けてある。磁気式リニアエンコーダのスケ　　ールヘッド６は、電機子５の長手方向に設けられ、電気角で位相が９０°ずれるように　　した複数個のホール素子６１を配置するようにした。さらに、磁気式リニアエンコーダ　　は、ホール素子６１から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換　　するシリアル変換器と、位置指令と該シリアル変換器で得られた現在位置の信号によっ
て電流指令を演算するサーボドライバとを接続してある。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、精度がある程度無視できる機械内搬送装置、部品搬送装置などの分野で、特に高速繰返し位置決めとして用いられる磁気式リニアエンコーダを備えたリニアモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械内搬送装置、部品搬送装置などの分野で、一定速送りあるいは高速位置決め送りの駆動源としてリニアモータが多く用いられている。このような用途に用いられるリニアモータにおいて、リニアモータをフィードバック制御すると、高い位置決め精度が得られる。フィードバック制御方式のリニアモータ位置決め装置にはリニアモータ可動子の移動を検出するためのリニアエンコーダが設けられている。このリニアエンコーダとしては、例えば高精度で高価格なリニア形の光学式リニアエンコーダが用いられており、それを用いた一例は図４のようになっている。
【０００３】
図４は、従来の光学式リニアエンコーダを搭載したコアレス形リニアモータの正断面図である。
図４において、１はベース部、２はリニアガイドで、ガイドレール２Ａとスライダ２Ｂで構成される。７はテーブル、１０はリニアモータの固定子を構成する界磁ヨーク、１１は界磁ヨーク１０に固定された永久磁石、１２はリニアモータの可動子を構成する電機子で、図示しない電機子コイルを装着している。１３は光学式のリニアエンコーダのスケールヘッド部、１４はリニアエンコーダのスケール部を示している。なお、リニアエンコーダのスケールヘッド部１３は図示のようにテーブル７に取り付けられている。
【０００４】
また、図５は従来のリニアモータのドライブシステムを示すブロック図である。
１５はＡ／Ｄ変換器、９はサーボドライバである。
図５の構成において、リニアモータの可動子側に設けたリニアエンコーダのスケールヘッド部１３は、リニアエンコーダのスケール部１４に光を当て、その透過若しくは反射する光を検出することで、スケール部１４から可動子である電機子１の現在位置を示すセンサー信号（アナログ信号）を読み取り、該アナログ信号をＡ／Ｄ変換器１５によりパルス列の信号に変換し、位置指令と現在位置の信号によってサーボドライバ９で電流指令を演算し、サーボドライバ９から制御された電流を給電線を介して可動子に送り、可動子を動作させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の光学式リニアエンコーダを用いたリニアモータは、塵芥が付着したり、汚れなどがあると検出感度が弱くなり、耐環境性が十分ではないこと、また、可動子がロングストロークになればなるほどリニアスケールの長さも長くなるためコストアップになること。さらにはリニアスケールの組立精度が厳しく要求されるため、セッティングが困難という問題があった。
【０００６】
それから、光学式リニアエンコーダの他に、可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを有する磁気式リニアエンコーダーが従来から公知であるが、可動子がロングストロークになればなるほどそれに応じて固定側に取り付ける磁気スケール部の長さも長くなり、コストと組立作業性の問題は依然解消されない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐環境性に強く、且つ、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティングが不要であるリニアモータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るリニアモータ装置は、交互に極性が異なるように複数個の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、位置検出用の磁気式リニアエンコーダを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータ装置において、前記永久磁石が、リニアモータの界磁と前記磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、前記永久磁石のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けてあり、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、前記電機子の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子を配置したものであり、前記磁気式リニアエンコーダは、前記ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令と前記シリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続してあることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す磁気式リニアエンコーダを採用したリニアモータであって、（ａ）はその正断面図、（ｂ）は（ａ）のリニアモータ固定子の斜視図である。図２は本発明の磁気式リニアエンコーダの原理を説明したもので、（ａ）は電機子コイルの誘起電圧とエンコーダのＡ相、Ｂ相信号の波形の時間変化を示した図、（ｂ）はホール素子と電機子コイルの配置関係を示した平面図である。なお、本実施例によるコアレス形リニアモータは、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の両側にある構成とする点は、従来技術と同じである。
【００１０】
図１において、３はリニアモータの固定子を構成する界磁ヨーク、４は界磁ヨーク３に固定された永久磁石、５はリニアモータの可動子を構成する電機子で、図示しない電機子コイルを装着している。６は磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドである。また、図において、６１はホール素子、５１は図１に示された電機子５の電気子コイルである。
【００１１】
本発明が従来と異なる点を以下説明する。
リニアモータ装置は、従来公知である可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドよりなる磁気式リニアエンコーダを備える構成に替えて、永久磁石４が図１（ａ）において、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成されると共に、また、図１（ｂ）に示すように永久磁石４のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けた点である。
【００１２】
また、磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、図１（ａ）に示すように電機子５の内部の長手方向（紙面と垂直方向）に沿って設けられると共に、２個のホール素子６１を配置した点である。
【００１３】
ホール素子６１を図２で具体的に説明すると、ホール素子６１は、リニアモータ正方向進み時（Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相の転流時）において、電機子コイル５１のＵ相誘起電圧の立ち上がりゼロクロスでエンコーダのＡ相、Ｂ相信号がクロスするように電気角で９０°位相がずれるように２個配置してある。こうすることで、モータの電気角とモータの進行方向を検出する事が可能となる。また、図２において、２個のホール素子を設けた例の他に４個のホール素子を設けた例を示したが、このように配置すると三次高調波成分を消すことができる。
【００１４】
図３は本発明の実施例によるリニアモータのドライブシステムを示すブロック図である。
図において、６は磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドで、図１のスケールヘッドの取付位置とは異なり、電機子５の端部に設けた例を示している。８はシリアル変換器、９はサーボドライバであり、リニアモータ装置はスケールヘッド６から読み取った可動子の現在位置を示すアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器８と、位置指令と当該シリアル変換器８で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバ９とを備えている。
【００１５】
次に動作についてする。
図３において、可動子側に設けたスケールヘッド６を構成するホール素子は、永久磁石４、４間の磁気回路内で生じる交番磁界の磁界強度を検出することで、永久磁石４から可動子１の現在位置を示すｓｉｎ、ｃｏｓの２相正弦波信号（アナログ信号）を読み取り、該アナログ信号をシリアル変換器８によりシリアルデータに変換し、位置指令と現在位置の信号によってサーボドライバ９で電流指令を演算し、サーボドライバ９から制御された電流を、給電線を介して可動子に送り、可動子を動作させる。
【００１６】
したがって、本発明の実施例に係るリニアモータは、従来公知である可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを有する磁気式リニアエンコーダーに替えて、永久磁石４が、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、永久磁石４のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設け、また、磁気式リニアエンコーダのスケールヘッド６は、電機子５の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子６１を配置するようにし、さらに、磁気式リニアエンコーダは、ホール素子６１から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器８と、位置指令と前記シリアル変換器８で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバ９とを接続したので、リニアスケール部品としてモータの一部である永久磁石を利用することで塵芥等に強く、耐環境性に優れたリニアモータ装置を得ることができる。また、可動子がロングストロークになっても部品は磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドのみであり、部品コストの削減に効果がある。さらにリニアエンコーダとしてのセッティングが不要であり、組立はモータを組むだけすむので、セッティングが容易であるリニアモータ装置を提供することができる。
【００１７】
また、本実施例は、ホール素子６１から出力される２相正弦波のアナログ信号をサーボドライバ９に出力する形態として、従来のＡ／Ｄ変換器に替えてシリアル変換器８を用いたので、該アナログ信号出力を高分解能化することができる。
【００１８】
なお、本実施例によるリニアモータは、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の両側に位置する構成を用いて説明したが、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の片側のみに位置する構成にしても構わない。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るリニアモータ装置は、従来公知である可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを有する磁気式リニアエンコーダーに替えて、永久磁石が、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、永久磁石のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設け、また、磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、電機子の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子を配置するようにし、さらに、磁気式リニアエンコーダは、ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令とシリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続したため、リニアスケール部品としてモータの一部である永久磁石を利用するため塵芥等に強く、耐環境性に優れたリニアモータ装置を得ることができる。また、可動子がロングストロークになっても部品は磁気式エンコーダのスケールヘッドのみであり、部品コストの削減に効果がある。さらにリニアエンコーダとしてのセッティングが不要であり、組立はモータを組むだけすむので、セッティングが容易であるリニアモータを提供することができる。
【００２０】
また、本実施例は、ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号をサーボドライバに出力する形態として、従来のＡ／Ｄ変換器に替えてシリアル変換器を用いたので、該アナログ信号出力を高分解能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す磁気式リニアエンコーダを採用したリニアモータであって、（ａ）はその正断面図、（ｂ）は（ａ）のリニアモータ固定子の斜視図である。
【図２】本発明の磁気式リニアエンコーダの原理を説明したもので、（ａ）は電機子コイルの誘起電圧とエンコーダのＡ相、Ｂ相信号の波形の時間変化を示した図、（ｂ）はホール素子と電機子コイルの配置関係を示した平面図である。
【図３】本発明の実施例によるリニアモータのドライブシステムを示すブロック図である。
【図４】、従来の光学式エンコーダを搭載したコアレスリニアモータの正断面図である。
【図５】従来のリニアモータのドライブシステムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　ベース部
２　　　　　　　リニアガイド、
２Ａ　ガイドレール、
２Ｂ　スライダ、
３　　　　　　　界磁ヨーク、
４　　　　　　　永久磁石、
５　　　　　　　電機子、
５１　電機子コイル、
６　　　　　　　スケールヘッド（磁気式リニアエンコーダ）
６１　ホール素子、
７　　　　　　　テーブル
８　　　　　　　シリアル変換器、
９　　　　　　　サーボドライバ

Claims (1)

1. 交互に極性が異なるように複数個の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、位置検出用の磁気式リニアエンコーダを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータ装置において、
   前記永久磁石が、リニアモータの界磁と前記磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、前記永久磁石のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けてあり、
   前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、前記電機子の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子を配置したものであり、
   前記磁気式リニアエンコーダは、前記ホール素子から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令と前記シリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続してあることを特徴とするリニアモータ装置。

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