JP2004336853A

JP2004336853A - リニアモータ可動体の位置検出装置

Info

Publication number: JP2004336853A
Application number: JP2003127428A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Minato; 雄一朗湊
Original assignee: Yushin Precision Equipment Co Ltd; Yushin Seiki KK
Current assignee: Yushin Precision Equipment Co Ltd; Yushin Seiki KK
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】構造を簡略化し、かつ煩雑な初期設定作業やメンテナンスなどを不要にするとともに、高精度の位置検出を期待できるリニアモータ可動体の位置検出装置を提供する。
【解決手段】複数個のマグネットを配置したリニアモータ固定子と、この固定子に沿って移動可能に配置されたリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、リニアモータ可動子および可動体がリニアモータ固定子に沿って進退移動するリニアモータにおいて、２極着磁（Ｎ，Ｓ）構造のエンコーダ用磁石４を、エンコーダ駆動軸１０に同時回転可能に取付け、このエンコーダ駆動軸１０の端部にロータリーエンコーダ５を設けてある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ可動体の位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リニアモータ可動体の位置検出装置として、リニアモータ走行軸の位置検出機構が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このリニアモータ走行軸の位置検出機構は、図８および図９に示すように、端部がストッパ５０で固定された走行レール５１と、該走行レール５１に沿って走行ブロック５２により移動可能に支持された走行テーブル５３とを備え、走行レール５１に沿って配置された固定磁界部５４と走行テーブル５３に設けられた移動磁界部５５とによってリニアモータ５６が構成されている。固定磁界部５４は、たとえば複数個のマグネットをつなぎ合わせて形成することができ、また、移動磁界部５５はコイルにより形成することができる。そして、固定磁界部５４と移動磁界部５５が形成する磁界によって形成される吸引力あるいは反発力を利用して走行テーブル５３の移動を行う。
【０００４】
前記リニアモータ走行軸において、走行テーブル５３の位置を検出する検出機構は、ワイヤ５７とロータリーエンコーダ５８とを備えており、ワイヤ５７の一端部を移動部である走行テーブル５３に固定し、他端を走行軸の固定側であるストッパ５０に固定したロータリーエンコーダ５８に取付けた構成とし、走行軸の固定側に取付けたワイヤ巻取機６０によってワイヤ５７をロータリーエンコーダ５８側に牽引して張力を与えるものである。ワイヤ巻取機６０は、たとえばワイヤ５７を所定のトルクで巻回して、繰り出したワイヤ５７に所定の張力を付与する。また、ロータリーエンコーダ５８はワイヤ５７との相対変位量を検出する。
【０００５】
したがって、ワイヤ５７は、走行テーブル５３とロータリーエンコーダ５８との間で張設され、走行テーブル５３が移動すると、その移動量に対応してワイヤ巻取機６０から繰り出し、あるいはワイヤ巻取機６０に巻き取られる。繰り出されたワイヤ５７あるいは巻き取られるワイヤ５７はロータリーエンコーダ５８を通過するため、その繰り出し量あるいは巻取り量はロータリーエンコーダ５８によって測定される。ワイヤ５７は、ワイヤ巻取機６０によって常に張られた状態に保持されているため、走行テーブル５３の移動量とロータリーエンコーダ５８に対するワイヤ５７の相対変位量は１対１で対応している。そこで、ロータリーエンコーダ５８によってワイヤ５７とのの相対変位量を検出すると、この検出した変位量から走行テーブル５３の移動量を検出することができ、さらに走行テーブル５３の走行輪上での位置検出を行うことができる。
【０００６】
また、走行テーブル５３の移動量は、ワイヤ５７の移動量をによって出することができ、該ワイヤ５７の敷設は走行レール５１や固定磁界部５４の継ぎ部分に影響されることなく行うことができる。このため、たとえば、リニアスケールやラック・ピニオン機構とロータリーエンコーダとを組み合わせた位置検出装置の問題点、つまり、走行軸の走行ストロークが長くなると、それに合わせて位置検出のための機構本体が長くなるために必要な位置検出機構の管理、調整が不要になるとされている。
【０００７】
【特許文献】
【０００８】
特開平９−２２２３１８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のリニアモータ可動体の位置検出装置では、ワイヤ５７を所定のトルクで巻回して、繰り出したワイヤ５７に所定の張力を付与するワイヤ巻取機６０が必要であるため構造の複雑化を招く。また、ワイヤ５７の張力を適正な値に設定する煩雑な初期設定作業やメンテナンスなどが必要である。しかも、ワイヤ５７に生じる僅かな揺動あるいは巻取り・繰出し時に生じる僅かなスリップ現象などを回避することが困難である。これにより、位置検出精度の低下を招くおそれがあるばかりか、何等かの原因によってワイヤ５７が切断した場合には、復帰不能になるとともに暴走する危険性をも含んでいる。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、構造を簡略化し、かつ煩雑な初期設定作業やメンテナンスなどを不要にするとともに、高精度の位置検出を期待できるリニアモータ可動体の位置検出装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るニアモータ可動体の位置検出装置は、複数個のマグネットを配置して構成されたリニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子に沿って移動可能に配置されたリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子および該リニアモータ可動子に設置した可動体が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動するリニアモータにおいて、前記リニアモータ固定子に対向して該リニアモータ固定子の複数個のマグネットに吸引または反発される磁極を備えたエンコーダ用磁石が前記可動体に回転自在に取付られているとともに、このエンコーダ用磁石の回転量を検出するロータリーエンコーダを備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明のように、前記リニアモータ固定子におけるマグネットの磁極間距離をｌ、前記エンコーダ用磁石の半径をｒとしたときに、ｌ＝πｒの関係に設定することが望ましい。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、複数個のマグネットを配置して構成されたリニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子に沿って移動可能に配置されたリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子および該リニアモータ可動子に設置した可動体が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動すると、リニアモータ固定子の複数個のマグネットと、エンコーダ用磁石との間に生じる吸引・反発作用によって、エンコーダ用磁石が正方向または逆方向に回転する。このエンコーダ用磁石の正逆方向の回転量をロータリーエンコーダによって検出し、この検出したエンコーダ用磁石の正逆方向の回転量から可動体の正逆方向の正逆方向の移動量、すなわち、可動体の正逆方向の位置を検出することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、高精度の位置検出が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す斜視図、図２は図１の一部を断面にして示す拡大正面図、図３は図１の概略側面図、図４は図１の概略縦断側面図である。これらの図において、リニアモータは、リニアモータ固定子１と、リニアモータ可動子２と、可動体３とを備え、リニアモータ可動体の位置検出装置は、エンコーダ用磁石４と、ロータリーエンコーダ５とを備えている。
【００１６】
リニアモータ固定子１は、複数個のマグネット（永久磁石）Ｎ，Ｓ…を軸方向（リニアモータ可動子２と可動体３の進退移動方向）につなぎ合わせて磁性材料によってなる筒体１Ａの内部に収容配置した構造のもので、筒体の軸方向両端部は支持体７，７を介してスライダー用フレーム８の上面中央部に水平に支持されている。
【００１７】
リニアモータ可動子２は、リニアモータ固定子１の筒体１Ａを挿通して該リニアモータ固定子１に沿って移動可能に配置された電磁コイルによって構成されており、リニアモータ固定子１とリニアモータ可動子２とでリニアモータ駆動機構６を構成している。
【００１８】
可動体３は、天井部３Ａと、この天井部３Ａの幅方向の両端部で下方にのびる左右一対の脚部３Ｂ，３Ｂとを備えた門型のスライダブロックによってなり、天井部３Ａの下面にリニアモータ可動子２を組み付けてある。また、可動体３は、直動案内９を介して、リニアモータ固定子１に沿う方向の進退移動を可能に、つまり軸方向の進退移動を可能に、スライダー用フレーム８に取付けられている。すなわち、直動案内９は、スライダー用フレーム８の上端部左右両側において該スライダー用フレーム８の全長にわたって上下に振り分けて設けられた、一対２組のレール９Ａ，９Ａと、スライダー用フレーム８における左右一対の脚部３Ｂ，３Ｂの内側に軸方向の間隔を隔てて回転自在に支持され、前記一対２組のレール９Ａ，９Ａを上下方向両側から挟んで転動する複数個の転動輪９Ｂ，９Ｂとを備えている（ただし、図４には、４つの転動輪９Ｂ，９Ｂのみを示している）。
【００１９】
エンコーダ用磁石４は、２極着磁（Ｎ，Ｓ）構造のもので、エンコーダ駆動軸１０に同時回転可能に取付けられて、前記２つの磁極Ｎ，Ｓがリニアモータ固定子１の複数個のマグネットＮ，Ｓ…に非接触で対向するマグネットカップリングを構成している。また、エンコーダ駆動軸１０は、軸受１１，１１を介してブラケット１２に回転自在に支持され、ブラケット１２は、可動体３における天井部３Ａの一端面に固着されている。さらに、ロータリーエンコーダ５は、エンコーダ駆動軸１０の一端に設けてある。そして、リニアモータ固定子１における複数個のマグネットＮ，Ｓ…と、エンコーダ用磁石４との関係は、リニアモータ固定子１における複数個のマグネットＮ，Ｓ…の磁極間距離をｌ、エンコーダ用磁石４の半径をｒとしたときに、ｌ＝πｒに設定されている。
【００２０】
前記構成において、複数個のマグネットＮ，Ｓ…を配置して構成されたリニアモータ固定子１と、このリニアモータ固定子１に沿って移動可能に配置されたリニアモータ可動子２とからなるリニアモータ駆動機構６によって、リニアモータ可動子２および可動体３がリニアモータ固定子１に沿って、図１の矢印Ｘ方向に前進すると、リニアモータ固定子１の複数個のマグネットＮ，Ｓ…とエンコーダ用磁石４の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用によって、エンコーダ用磁石４は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、反時計まわりに回転する。このエンコーダ用磁石４の反時計まわりの回転量をロータリーエンコーダ５によって検出し、この検出したエンコーダ用磁石４の反時計まわりの回転量から可動体３の前進移動量、すなわち、可動体３の前進位置を検出することができる。
【００２１】
一方、図１のリニアモータ可動子２および可動体３がリニアモータ固定子１に沿って矢印Ｙ方向に後退すると、リニアモータ固定子１の複数個のマグネットＮ，Ｓ…とエンコーダ用磁石４の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用によって、エンコーダ用磁石４は時計まわりに回転する。このエンコーダ用磁石４の時計まわりの回転量をロータリーエンコーダ５によって検出し、この検出したエンコーダ用磁石４の時計まわりの回転量から可動体３の後退移動量、すなわち、可動体３の後退位置を検出することができる。
【００２２】
特に、リニアモータ固定子１における複数個のマグネットＮ，Ｓ…と、エンコーダ用磁石４との関係が、リニアモータ固定子１における複数個のマグネットＮ，Ｓ…の磁極間距離をｌ、エンコーダ用磁石４の半径をｒとしたときに、ｌ＝πｒに設定されていることで、エンコーダ用磁石４の正逆方向の回転量から可動体３の正逆方向の正逆方向の移動量、すなわち、可動体３の正逆方向の位置を正確に割り出して、高精度で位置検出を行うことができる。
【００２３】
このように、本発明に係るリニアモータ可動体の位置検出装置は、リニアモータ固定子１の複数個のマグネットＮ，Ｓ…と、エンコーダ用磁石４の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用によって、エンコーダ用磁石４を正方向または逆方向に回転させ、このエンコーダ用磁石４の正逆方向の回転量をロータリーエンコーダ５によって検出し、この検出したエンコーダ用磁石４の正逆方向の回転量から可動体３の正逆方向の正逆方向の移動量、すなわち、可動体３の正逆方向の位置を検出することができるので、図８および図９で説明した従来のリニアモータ可動体の位置検出装置と比較して、構造を簡略化し、かつ煩雑な初期設定作業やメンテナンスなどを不要にするとともに、高精度の位置検出を期待することができる。
【００２４】
なお、前記実施の形態では、２つの磁極Ｎ，Ｓを有する前述のエンコーダ用磁石４をリニアモータ固定子１の複数個のマグネットＮ，Ｓ…に対向させた構成で説明しているが、図６および図７に示すように、２つの磁極Ｎ，Ｓを有するエンコーダ用磁石４とリニアモータ固定子１の間に、２倍の半径を有して４つの磁極Ｎ，Ｓ、Ｎ，Ｓを有して逓倍用磁石として機能する第２のエンコーダ用磁石１３を非接触状態で回転自在に介在させ、この第２のエンコーダ用磁石１３の回転数の２倍の回転数でエンコーダ用磁石４、つまり第１のエンコーダ用磁石４を回転させるように構成してもよい。このように構成することで分解能を上げることができる。また、第２のエンコーダ用磁石１３の回転をギアートレインによって増大してエンコーダ駆動軸１０を増速回転させることによっても、分解能を上げることができる。なお、図７および図８において、図１および図２と同一部分には同一符号を付して、重複する構造と作用の説明は省略する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るリニアモータ可動体の位置検出装置は構成されているので、以下のような格別な効果を奏する。
【００２６】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、リニアモータ固定子の複数個のマグネットと、エンコーダ用磁石の磁極との間に生じる吸引・反発作用によって、エンコーダ用磁石を正方向または逆方向に回転させ、このエンコーダ用磁石の正逆方向の回転量をロータリーエンコーダによって検出し、この検出したエンコーダ用磁石の正逆方向の回転量から可動体の正逆方向の正逆方向の移動量、すなわち、可動体の正逆方向の位置を検出することができるので、従来のリニアモータ可動体の位置検出装置と比較して、構造を簡略化し、かつ煩雑な初期設定作業やメンテナンスなどを不要にするとともに、高精度の位置検出を期待することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、リニアモータ固定子における複数個のマグネットの磁極間距離をｌ、エンコーダ用磁石の半径をｒとしたときに、ｌ＝πｒの関係に設定されていることで、エンコーダ用磁石の正逆方向の回転量から可動体３の正逆方向の正逆方向の移動量、すなわち、可動体の正逆方向の位置を正確に割り出して、高精度で位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の一部を断面にして示す拡大正面図である。
【図３】図１の概略側面図である。
【図４】図１の概略縦断側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は動作説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図７】図６の一部を断面にして示す拡大正面図である。
【図８】従来例の斜視図である。
【図９】図８の機構配置を示す平面図である。
【符号の説明】
１リニアモータ固定子
２リニアモータ可動子
３可動体
４ＦＧリング磁石（エンコーダ用磁石）
５ロータリーエンコーダ
６リニアモータ駆動機構

Claims

複数個のマグネットを配置して構成されたリニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子に沿って移動可能に配置されたリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子および該リニアモータ可動子に設置した可動体が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動するリニアモータにおいて、前記リニアモータ固定子に対向して該リニアモータ固定子の複数個のマグネットに吸引または反発される磁極を備えたＦＧリング磁石（以下は、エンコーダ用磁石という）が前記可動体に回転自在に取付られているとともに、このエンコーダ用磁石の回転量を検出するロータリーエンコーダを備えていることを特徴とするリニアモータ可動体の位置検出装置。
前記リニアモータ固定子におけるマグネットの磁極間距離をｌ、前記エンコーダ用磁石の半径をｒとしたときに、ｌ＝πｒの関係に設定されている請求項１に記載のリニアモータ可動体の位置検出装置。