JP2006333612A - Linear motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor capable of detecting a position of a carriage without using a scale provided along a traveling passage for detecting the position of the carriage. <P>SOLUTION: This is the linear motor which is made by a fixed body 10, and a movable body 20 which can move in a longitudinal direction of the fixed body 10. Permanent magnets 11 where surface poles for moving the movable body 20 are various are provided through a gap with the predetermined length so as to be alternately adjacent to each other in the longitudinal direction of the fixed body 10. A magnet detection sensor 22 is disposed in a traveling direction of the traveling passage 10 in the movable body 20. The movable body 20 is constantly provided at an upper part of the gap, so that at least one magnet detecting sensor 22 among the plurality of magnet detection sensors 22 may be kept in a non-saturation state at an arbitrary position on the fixed body 10, and a position of the movable body 20 in the traveling passage 10 is detected by detecting the magnet field magnitude of the magnet detection sensor 22 in the non-saturation state. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固定体と該固定体上を移動可能な可動体とからなるリニアモータに関し、詳しくは、磁気検出センサによって固定体における可動体の位置を検出可能なリニアモータに関する。   The present invention relates to a linear motor including a fixed body and a movable body movable on the fixed body, and more particularly to a linear motor capable of detecting the position of the movable body on the fixed body by a magnetic detection sensor.

固定体（例えば、「走行路」であり、以下「走行路」と記す）と、この走行路上の任意の２点間を移動可能な可動体（例えば、「台車」であり、以下「台車」と記す）とからなるリニアモータにおいて、走行路に対する台車の位置を検出する方法として、磁気を使用して検出する技術が既に知られている。この技術では、走行路の長手方向に対して、例えば、ステンレス板にゴム磁石を接着し着磁させたスケールが一様に設けられている。また、台車には、走行路に設けたスケールの磁気を検出可能な検出ヘッドが設けられている。そして、この検出ヘッドがスケールからの磁気を検出することによって、走行路に対する台車の位置を検出可能となっている。   A fixed body (for example, “traveling road”, hereinafter referred to as “traveling road”) and a movable body (for example, “cart”) that can move between any two points on this traveling path, As a method for detecting the position of the carriage with respect to the travel path, a technique for detecting using a magnet is already known. In this technique, for example, a scale in which a rubber magnet is bonded and magnetized to a stainless steel plate is uniformly provided in the longitudinal direction of the travel path. Further, the carriage is provided with a detection head capable of detecting the magnetism of the scale provided on the travel path. The detection head can detect the position of the carriage with respect to the travel path by detecting the magnetism from the scale.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−５６８９２号公報 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2004-56892 A

しかしながら、上述したリニアモータの走行路には、台車を駆動させるための永久磁石が設けられている。そのため、検出ヘッドによってスケールから検出される磁気は、この永久磁石による磁気の影響を受けることがあり、正確に台車の位置を検出することができなかった。また、走行路の長手方向に対して着磁させたスケールを一様に設ける必要があるため、装置としてコスト高となっていた。   However, a permanent magnet for driving the carriage is provided on the travel path of the linear motor described above. Therefore, the magnetism detected from the scale by the detection head may be affected by the magnetism by the permanent magnet, and the position of the carriage cannot be accurately detected. Further, since it is necessary to uniformly provide a scale magnetized in the longitudinal direction of the travel path, the cost of the apparatus is high.

本発明は、台車の位置を検出するために走行路に沿って設けてあるスケールを用いることなく、台車の位置を検出可能なリニアモータを提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a linear motor capable of detecting the position of a carriage without using a scale provided along a traveling path in order to detect the position of the carriage.

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、固定体と、この固定体の長手方向を移動可能な可動体とからなるリニアモータである。そして、前記固定体の長手方向には、前記可動体を移動させるための表面極性が異なる永久磁石が所定長のギャップを介して交互に隣り合わせられるように設けられており、前記可動体には、前記走行路における移動方向に複数の磁気検出センサ（例えば、ホール素子）が配置されており、前記可動体が前記固定体上の任意の位置において、該複数の磁気検出センサのうち、少なくとも１つの磁気検出センサは非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられており、前記非飽和状態の磁気検出センサの磁界強度を検出することによって前記走行路における前記可動体の位置検出をする構成である。
この構成によれば、非飽和状態の磁気検出センサが検出した磁界強度を、予め可動体の位置情報に対応付けておくことによって、その検出した磁界強度から固体体における可動体の位置を検出することができる。 The present invention is for achieving the above object, and is configured as follows.
The invention described in claim 1 is a linear motor including a fixed body and a movable body movable in the longitudinal direction of the fixed body. In the longitudinal direction of the fixed body, permanent magnets having different surface polarities for moving the movable body are provided so as to be alternately adjacent to each other via a gap of a predetermined length. A plurality of magnetic detection sensors (for example, Hall elements) are arranged in a moving direction on the travel path, and the movable body is at an arbitrary position on the fixed body, at least one of the plurality of magnetic detection sensors. The magnetic detection sensor is always provided above the gap so as to be in a non-saturated state, and detects the position of the movable body on the travel path by detecting the magnetic field intensity of the non-saturated magnetic detection sensor. It is a configuration.
According to this configuration, the position of the movable body in the solid body is detected from the detected magnetic field intensity by associating the magnetic field intensity detected by the magnetic detection sensor in the unsaturated state with the position information of the movable body in advance. be able to.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜２を用いて説明する。
磁気検出センサとしてホール素子を使う例で、以下、実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るリニアモータにおいて、ホール素子２２の配置の一実施形態を示す側面概略図である。図２は、台車２０の移動に伴って、ホール素子２２の状態変化を説明する図である。なお、各図においてホール素子２２が飽和状態であれば「●」と記し、非飽和状態であれば「○」と記す。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.
The embodiment will be described below using an example in which a Hall element is used as the magnetic detection sensor. FIG. 1 is a schematic side view showing an embodiment of the arrangement of Hall elements 22 in a linear motor according to the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the state of the Hall element 22 as the carriage 20 moves. In each figure, if the Hall element 22 is in a saturated state, “●” is indicated.

図１に示すように、このリニアモータは、走行路（固定体）１０と、この走行路１０上の長手方向（図１において、両矢印方向）を移動可能な台車（可動体）２０とからなる公知のリニアモータである。そして、走行路１０の長手方向における台車２０側の面（図１において、上面）には、前記台車２０を移動させるための表面極性が異なる永久磁石１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ・・・１１ｘ、１１ｙ、１１ｚ）が所定長のギャップＬ２を介して交互に隣り合わせられるように設けられている。なお、各永久磁石１１の台車２０移動方向の長さはＬ１である。   As shown in FIG. 1, the linear motor includes a traveling path (fixed body) 10 and a carriage (movable body) 20 that can move in a longitudinal direction (in the direction of a double arrow in FIG. 1) on the traveling path 10. This is a known linear motor. A permanent magnet 11 (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) having a different surface polarity for moving the carriage 20 is provided on a surface (the upper surface in FIG. 1) on the carriage 20 side in the longitudinal direction of the traveling path 10. .. 11x, 11y, 11z) are alternately arranged adjacent to each other via a gap L2 having a predetermined length. The length of each permanent magnet 11 in the moving direction of the carriage 20 is L1.

また、図１に示すように、台車２０の移動方向の一端（図１において、左端）にはセンサユニット２１が設けられている。このセンサユニット２１には、各永久磁石１１と磁気的空隙を介して走行路１０における移動方向（図１において、両矢印方向）に複数のホール素子２２（図１に示す例では、４個のホール素子２２）が設けられている。この磁気的空隙とは、永久磁石によって生じる磁界が形成された空間のことである。また、走行路１０における移動方向とは、台車２０が走行路１０を移動可能な移動方向のことである。そして、図１に示すように、台車２０は走行路１０を左右方向に移動可能となっているため、ホール素子２２も、この移動方向に、すなわち図１の左右方向に、複数（この場合、４個）配置されている。これら各ホール素子２２は、各永久磁石１１の磁界強度を検出可能となっている。そして、各ホール素子２２は、各々検出した磁界強度に応じた電圧信号を出力し、これら各電圧信号は増幅器を介して制御部へと送信されている。また、この制御部は、記憶部と接続されており、予めこの記憶部に電圧信号に応じた位置情報を記憶させておくことで、制御部はホール素子２２が検出した磁界強度によってホール素子２２の位置を検出することができる。なお、増幅器、制御部および記憶部はいずれも図示を省略している。   Further, as shown in FIG. 1, a sensor unit 21 is provided at one end (left end in FIG. 1) of the carriage 20 in the moving direction. The sensor unit 21 includes a plurality of Hall elements 22 (four in the example shown in FIG. 1) in the moving direction (direction of double arrows in FIG. 1) in the travel path 10 through the permanent magnets 11 and magnetic gaps. A Hall element 22) is provided. This magnetic gap is a space in which a magnetic field generated by a permanent magnet is formed. Further, the movement direction in the travel path 10 is a travel direction in which the carriage 20 can move along the travel path 10. As shown in FIG. 1, since the carriage 20 can move in the left-right direction on the travel path 10, a plurality of hall elements 22 (in this case, in the left-right direction in FIG. 1) are also provided. 4) are arranged. Each of these Hall elements 22 can detect the magnetic field strength of each permanent magnet 11. Each Hall element 22 outputs a voltage signal corresponding to the detected magnetic field intensity, and each voltage signal is transmitted to the control unit via the amplifier. The control unit is connected to the storage unit, and the control unit stores the positional information corresponding to the voltage signal in advance in the storage unit, so that the control unit can control the Hall element 22 based on the magnetic field strength detected by the Hall element 22. Can be detected. The amplifier, the control unit, and the storage unit are not shown in the figure.

そして、複数のホール素子２２の状態（飽和状態または非飽和状態）によって台車２０の位置検出をするためには、以下に記す「ホール素子２２の条件」が必要となる。この「ホール素子２２の条件」とは、複数のホール素子２２のうち、少なくとも１つのホール素子は非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられていることである。さらに、１つのホール素子２２が非飽和状態であり、残りのホール素子２２が飽和状態となっているとき、台車２０の移動に伴って、非飽和状態であったホール素子２２が飽和状態になると、そのホール素子の隣りのホール素子２２のみが飽和状態から非飽和状態となることである。なお、複数のホール素子２２の全てが飽和状態となれば位置検出ができなくなるため、複数のホール素子２２のうち、少なくとも１つは常に非飽和状態となるようにホール素子２２を配置する必要があることは言うまでもない。   Then, in order to detect the position of the carriage 20 based on the state (saturated state or non-saturated state) of the plurality of Hall elements 22, the “conditions for the Hall element 22” described below are required. This “condition of the Hall element 22” means that at least one Hall element among the plurality of Hall elements 22 is always provided above the gap so as to be in a non-saturated state. Furthermore, when one Hall element 22 is in a non-saturated state and the remaining Hall elements 22 are in a saturated state, the Hall element 22 that has been in a non-saturated state becomes saturated as the carriage 20 moves. Only the Hall element 22 adjacent to the Hall element is changed from the saturated state to the non-saturated state. In addition, since position detection cannot be performed if all of the plurality of Hall elements 22 are saturated, it is necessary to arrange the Hall elements 22 so that at least one of the plurality of Hall elements 22 is always in a non-saturated state. Needless to say.

また、上述した複数のホール素子２２の個数は、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比によって決定されており、図２を参照して、その詳細を説明する。例えば、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が３：１の場合について説明する。この場合、台車２０の位置検出をするためには、図２（Ａ）に示すように、センサユニット２１には飽和状態の３個のホール素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、２２ａ、２２ｂ、２２ｃを第１のホール素子、第２のホール素子、第３のホール素子と記す）と非飽和状態の１個のホール素子２２ｄ（第４のホール素子）との合計４個のホール素子２２が必要となる。   The number of the plurality of Hall elements 22 described above is determined by the ratio between the length L1 of the permanent magnet 11 and the gap L2, and the details will be described with reference to FIG. For example, the case where the ratio between the length L1 of the permanent magnet 11 and the gap L2 is 3: 1 will be described. In this case, in order to detect the position of the carriage 20, as shown in FIG. 2A, the sensor unit 21 includes three saturated Hall elements 22a, 22b, 22c (hereinafter, 22a, 22b, 22c). Are referred to as a first Hall element, a second Hall element, and a third Hall element) and one Hall element 22d (fourth Hall element) in a non-saturated state requires a total of four Hall elements 22 It becomes.

そして、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｂ）に示すように、第１のホール素子２２ａと第２のホール素子２２ｂは、飽和状態のままであるが、第３のホール素子２２ｃは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第４のホール素子２２ｄは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。   Even when the carriage 20 moves to the right, as shown in FIG. 2B, the first Hall element 22a and the second Hall element 22b remain in a saturated state. The third Hall element 22c moves from the saturated state to the unsaturated state because it moves above the gap L2 between the permanent magnet 11a and the permanent magnet 11b. Further, since the fourth Hall element 22d moves above the permanent magnet 11b, it is changed from the non-saturated state to the saturated state. Therefore, also in this case, the above-mentioned “conditions of the Hall element 22” are satisfied.

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｃ）に示すように、第１のホール素子２２ａは、飽和状態のままであるが、第２のホール素子２２ｂは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第３のホール素子２２ｃは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。なお、第４のホール素子２２ｄは、飽和状態のままである。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。   Further, even when the carriage 20 moves to the right, as shown in FIG. 2C, the first Hall element 22a remains in a saturated state, but the second Hall element 22b is Since the permanent magnet 11a moves above the gap L2 between the permanent magnet 11a and the permanent magnet 11b, the saturated state is changed to the unsaturated state. Moreover, since the 3rd Hall element 22c moves above the permanent magnet 11b, it will be in a saturated state from a non-saturated state. Note that the fourth Hall element 22d remains in a saturated state. Therefore, also in this case, the above-mentioned “conditions of the Hall element 22” are satisfied.

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｄ）に示すように、第１のホール素子２２ａは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第２のホール素子２２ｂは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。なお、第３のホール素子２２ｃと第４のホール素子２２ｄは、飽和状態のままである。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。   Further, even when the carriage 20 moves to the right, as shown in FIG. 2D, the first Hall element 22a moves above the gap L2 between the permanent magnet 11a and the permanent magnet 11b. Therefore, the saturated state is changed to the unsaturated state. Moreover, since the 2nd Hall element 22b moves above the permanent magnet 11b, it will be in a saturated state from a non-saturated state. Note that the third Hall element 22c and the fourth Hall element 22d remain in a saturated state. Therefore, also in this case, the above-mentioned “conditions of the Hall element 22” are satisfied.

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｅ）に示すように、上述した図２（Ａ）に示す状態となり、以降、同様に繰り返していく。このように、ホール素子２２の個数は、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比によって決定される。   Further, even when the carriage 20 moves to the right, as shown in FIG. 2 (E), the state shown in FIG. 2 (A) described above is obtained, and the same is repeated thereafter. Thus, the number of Hall elements 22 is determined by the ratio between the length L1 of the permanent magnet 11 and the gap L2.

続いて、図１に示すように、台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させた場合のホール素子２２による台車２０の位置検出方法について説明する。なお、図１からも明らかなように、台車２０の左端にはセンサユニット２１が設けられているため、この場合、台車２０は第２の永久磁石１１ｂの上方から、第２６の永久磁石１１ｚの上方までの移動となる。そして、第２の永久磁石１１ｂから第２６の永久磁石１１ｚまでは２５個の永久磁石が存在し、２４個のギャップＬ２が存在している（全ては図示していない）。   Next, a method for detecting the position of the carriage 20 using the hall element 22 when the carriage 20 is moved from the left end to the right end of the traveling path 10 as shown in FIG. 1 will be described. As is clear from FIG. 1, since the sensor unit 21 is provided at the left end of the carriage 20, in this case, the carriage 20 is connected to the 26th permanent magnet 11z from above the second permanent magnet 11b. It moves up. There are 25 permanent magnets from the second permanent magnet 11b to the 26th permanent magnet 11z, and there are 24 gaps L2 (all not shown).

台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させると、停止時には第４のホール素子２２ｄが非飽和状態となっている。そして、制御部は、停止時に非飽和状態となっているホール素子２２（この場合、第４のホール素子２２ｄ）を基準に位置検出を実行する。その方法として、制御部はこの基準となった第４のホール素子２２ｄの左端から右端までの（運転時から停止時までの）磁界強度を検出することによって位置検出を実行する。   When the carriage 20 is moved from the left end to the right end of the travel path 10, the fourth Hall element 22d is in a non-saturated state when stopped. And a control part performs position detection on the basis of Hall element 22 (in this case, 4th Hall element 22d) which is in a non-saturated state at the time of a stop. As a method for this, the control unit executes position detection by detecting the magnetic field strength from the left end to the right end (from the time of operation to the time of stop) of the fourth Hall element 22d that is the reference.

この磁界強度を検出すると、以下に記す（１）、（２）を認識できる。
（１）台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させたときに、第４のホール素子２２ｄが非飽和状態となった数。これにより、第４のホール素子２２ｄが通過した永久磁石１１の数を認識できる。
（２）台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させ、その右端での停止時の第４のホール素子２２ｄの磁界強度を検出できる。これにより、既に説明した予め記憶の位置情報によって、第４のホール素子２２ｄがギャップ上方の何処に存在しているかを認識できる。この場合、具体的には、第４のホール素子２２ｄが永久磁石１１ｘと永久磁石１１ｇとの間の何処に位置しているかを認識できる。 When this magnetic field strength is detected, the following (1) and (2) can be recognized.
(1) The number of the fourth Hall element 22d that is not saturated when the carriage 20 is moved from the left end to the right end of the travel path 10. Thereby, the number of the permanent magnets 11 through which the fourth Hall element 22d has passed can be recognized.
(2) The carriage 20 can be moved from the left end to the right end of the traveling path 10, and the magnetic field strength of the fourth Hall element 22d when stopped at the right end can be detected. Thereby, it can be recognized where the fourth Hall element 22d is present above the gap based on the previously stored position information. In this case, specifically, it can be recognized where the fourth Hall element 22d is located between the permanent magnet 11x and the permanent magnet 11g.

上記（１）、（２）によって、制御部は第４のホール素子２２ｄの移動距離を認識できるため、第４のホール素子２２ｄの位置検出をできる。なお、このように第４のホール素子２２ｄの位置検出ができれば、この第４のホール素子２２ｄは台車２０と結合されているため、台車２０の位置検出ができる。もちろん、予め第４のホール素子２２ｄと台車２０までの距離は測定しておく必要がある。   By the above (1) and (2), the control unit can recognize the moving distance of the fourth Hall element 22d, and therefore can detect the position of the fourth Hall element 22d. If the position of the fourth hall element 22d can be detected in this way, the position of the carriage 20 can be detected because the fourth hall element 22d is coupled to the carriage 20. Of course, it is necessary to measure the distance between the fourth Hall element 22d and the carriage 20 in advance.

このようにして、非飽和状態のホール素子の磁界強度を検出することによって、走行路１０における台車２０の位置検出をすることができる。また、走行路の長手方向に対して着磁させたスケールを一様に設ける必要もなく、正確に台車２０の位置を検出できる。   In this manner, the position of the carriage 20 on the travel path 10 can be detected by detecting the magnetic field strength of the non-saturated Hall element. Further, it is not necessary to uniformly provide a scale magnetized in the longitudinal direction of the traveling path, and the position of the carriage 20 can be detected accurately.

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が３：１の場合にはホール素子２２が４個となる例を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、例えば永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が１：１の場合にはホール素子２２が２個となる。 The contents described above are only related to one embodiment of the present invention, and do not mean that the present invention is limited to the above contents.
In the embodiment, an example in which the number of Hall elements 22 is four when the ratio of the length L1 of the permanent magnet 11 to the gap L2 is 3: 1 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, when the ratio between the length L1 of the permanent magnet 11 and the gap L2 is 1: 1, the number of Hall elements 22 is two.

図１は、本発明のリニアモータにおけるホール素子２２の一実施形態の配置を示す側面概略図である。FIG. 1 is a schematic side view showing an arrangement of an embodiment of the Hall element 22 in the linear motor of the present invention. 図２は、台車２０の移動に伴って、ホール素子２２の状態変化を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the state of the hall element 22 as the carriage 20 moves.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 走行路（固定体）
１１ 永久磁石
２０ 台車（可動体）
２２ ホール素子




10 Road (stationary body)
11 Permanent magnet 20 Dolly (movable body)
22 Hall element




Claims (1)

固定体と、この固定体の長手方向を移動可能な可動体とからなるリニアモータであって、
前記固定体の長手方向には、前記可動体を移動させるための表面極性が異なる永久磁石が所定長のギャップを介して交互に隣り合わせられるように設けられており、
前記可動体には、前記走行路における移動方向に複数の磁気検出センサが配置されており、前記可動体が前記固定体上の任意の位置において、該複数の磁気検出センサのうち、少なくとも１つの磁気検出センサは非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられており、
前記非飽和状態の磁気検出センサの磁界強度を検出することによって前記走行路における前記可動体の位置検出をするリニアモータ。



A linear motor comprising a fixed body and a movable body movable in the longitudinal direction of the fixed body,
In the longitudinal direction of the fixed body, permanent magnets having different surface polarities for moving the movable body are provided so as to be alternately adjacent to each other via a gap of a predetermined length,
The movable body is provided with a plurality of magnetic detection sensors in the moving direction on the travel path, and the movable body is at an arbitrary position on the fixed body, and at least one of the plurality of magnetic detection sensors. The magnetic detection sensor is always provided above the gap so as to be in a non-saturated state,
A linear motor that detects the position of the movable body in the travel path by detecting the magnetic field intensity of the magnetic detection sensor in the non-saturated state.



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