JP2011050224A - リニアモータおよびリニアモータ駆動システム - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易でより精度の高い位置決めが可能なリニアモータおよびリニアモータの駆動システムを提供することを課題とする。
【解決手段】固定子10と可動子20とが互いに相対運動するリニアモータ1であって、可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部25と、相対運動する位置検出用マグネット部のマグネット25n、25sを検出して位置を検出するための位置検出用センサ16と、可動子に設けられ、位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネット35と、相対運動するゲート用マグネットを検出するゲート用センサ36と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】固定子10と可動子20とが互いに相対運動するリニアモータ1であって、可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部25と、相対運動する位置検出用マグネット部のマグネット25n、25sを検出して位置を検出するための位置検出用センサ16と、可動子に設けられ、位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネット35と、相対運動するゲート用マグネットを検出するゲート用センサ36と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、搬送装置の台車の駆動等に用いられるリニアモータに関し、特に、マグネットから位置検出が行われるリニアモータ、およびそのリニアモータを制御するモータ駆動装置を備えたリニアモータ駆動システムに関する。
機械内搬送装置、部品搬送装置等の分野で利用されるリニアモータにおいて、フィードバック制御における高い位置決め精度のためのリニアエンコーダが利用されている。しかし、リニアスケールのセッティングに関して、セッティングの精度が厳しく要求されており、また可動子がロングストロークになると、リニアスケールの長さが長くなるためコストアップになる。また、光学式リニアエンコーダの場合、特に塵芥や汚れ等に対する耐環境性が十分ではない。そこで、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り、ローコストで、耐環境性に強いリニアモータが提案されている。
例えば、特許文献1には、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てあるリニアモータ装置が開示されている。
ところで、リニアモータは、1つの固定子上を可動子が移動する構造が一般的であるが、搬送路が長くなると、設備コストが高くなる等の問題が生じるため、固定子を分散させて配置する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1の技術は、可動子が固定子間を跨ぐ場合等、固定子の分散配置を十分考慮したリニアモータとは言えない。特に、固定子間を可動子が移動する際、磁気センサが磁気スケールを兼ねた駆動用のマグネットを検知できない領域がある。この場合を考慮した高精度の位置決めを行う必要がある。
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、簡易でより精度の高い位置決めが可能なリニアモータおよびリニアモータの駆動システムを提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、固定子と可動子とが互いに相対運動するリニアモータであって、前記固定子または前記可動子に設けられ、前記相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、前記可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部と、前記相対運動する前記位置検出用マグネット部の前記マグネットを検出して位置を検出するための位置検出用センサと、前記固定子または前記可動子に設けられ、前記位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネットと、前記相対運動する前記ゲート用マグネットを検出するゲート用センサと、を備えたことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記ゲート用センサが前記ゲート用マグネットを検出するとき、前記位置検出用センサが前記位置検出用マグネット部に重なる位置に配置されたことを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のリニアモータにおいて、前記ゲート用マグネットは、前記相対運動の方向の長さについて、前記位置検出用マグネット部より短いことを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、前記ゲート用センサが前記ゲート用マグネットを検出するとき、前記位置検出用センサの信号を出力するゲート部を更に備えたことを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、前記ゲート用センサは一方の磁極を検出するホール素子であることを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、複数の前記ゲート用センサが、前記相対運動の方向に配列されたことを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、前記位置検出用マグネット部が、前記可動子を駆動させる駆動用マグネットであることを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の前記リニアモータにおいて、前記リニアモータを制御するモータ駆動装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、固定子と可動子とが互いに相対運動するリニアモータであって、固定子または可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部と、相対運動する位置検出用マグネット部のマグネットを検出して位置を検出するための位置検出用センサと、記固定子または可動子に設けられ、位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネットと、相対運動するゲート用マグネットを検出するゲート用センサと、を備えたことにより、固定子間を可動子が移動する際等において、可動子が位置検出用センサの検出領域に進入する際に生じる位置検出用センサの出力の乱れを、ゲート用マグネットおよびゲート用センサが除去するので、簡易でより精度の高い位置決めが可能なリニアモータおよびリニアモータの駆動システムを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係るリニアモータの駆動システムの概略構成および機能について、図に基づき説明する。
まず、本発明の第1実施形態に係るリニアモータの駆動システムの概略構成および機能について、図に基づき説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るリニアモータの駆動システムの概略構成の一例を示すブロック図である。図2は、図1の固定子および可動子の一例を模式的に示す平面図である。図3は、図1のリニアモータの固定子および可動子の一例を模式的に示す斜視図である。
図1に示すように、リニアモータ駆動システムは、磁気的な作用により互いに相対運動する固定子10および可動子20と、リニアモータ1のモータに電流を供給して駆動させるモータ駆動装置(ドライバ)40と、モータ駆動装置40を制御する上位コントローラ50と、を備える。なお、図1では、固定子10および可動子20の側面から見た構成を模式的に示している。
固定子10は、図1に示すように、モータ駆動装置40からの3相交流電流が供給され可動子20と磁気的に作用をするコイル部15と、可動子20の位置を検知する位置検出用センサ16(16L、16R)と、位置検出用センサ16の出力を制御するためのゲート用センサ36(36L、36R)と、位置検出用センサ16とゲート用センサ36との出力に基づき、可動子20の位置に関する信号を出力するゲート部37(37L、37R)と、コイル部15の長手方向の左右に設置されたゲート部37L、37Rからの信号を切り替える位置情報切替器38と、を有する。
可動子20は、図1に示すように、部品やワーク等を載せるテーブル21と、テーブル21の下面に設置された駆動用のマグネット25n、25sから構成され、コイル部15と磁気的に作用する駆動用マグネット部25と、テーブル21の下面において、可動子20の長手方向(相対運動の方向)に設置されたゲート用マグネット35と、を有する。そして、可動子20は、部品やワーク等のキャリアとして機能する。
次に、図2(A)に示すように、固定子10のコイル部15は、U相用のコイル15u、V相用のコイル15v、および、W相用のコイル15wの3種類を有する。これらコイル15u、15v、コイル15wは、固定子10の長手方向(相対運動の方向)に、U相、V相、および、W相の順に周期的に配列されている。
位置検出用センサ16(16L、16R)は、駆動マグネット部25のマグネット25n、25sの磁力を検出する磁気センサである。磁気スケールの代わりに、相対運動方向に交互に配列されているN極のマグネット25nとS極のマグネット25sとを検出することにより、可動子20の位置を検出する。また、図2(A)や図3に示すように、コイル部15の固定子10の長手方向の両脇に設置されていて、可動子20の駆動マグネット部25が、相対運動方向で、コイル部15に入ってきたことを検知等する。位置検出用センサ16は、コイル部15側の固定子10に設けられ、かつ、駆動用マグネット部25のマグネット25n、25sを検出して位置を検出する。このように、駆動マグネット部25は、固定子または可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部の一例として機能する。
次に、図1や図2(B)や図3に示すように、駆動用マグネット部25は、長手方向に長さL1で、N極が固定子10に対向する面に表れたマグネット25nと、S極が固定子10に対向する面に表れたマグネット25sとを有する。N極のマグネット25nとS極のマグネット25sとは、交互に相対運動方向に配列されている。このようにN極、S極の順に、マグネット25nとマグネット25sとが交互に、固定子10と可動子20の相対運動の方向に周期的に配列された周期構造が形成される。そして駆動用マグネット部25は、コイル部15に磁気的に作用して、可動子20の推進力を発生させる。このように駆動用マグネット部25は、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられた一例である。
可動子20のゲート用マグネット35は、図1や図2(B)や図3に示すように、平板状で、磁極の一方の極(例えばS極)が、固定子10に対向する面に表れるように、駆動用マグネット部25の長手方向に長さL2伸びていて、駆動用マグネット部25から離れて、テーブル21の下面に設置されている。また、ゲート用マグネット35は、N極のマグネット25nがある駆動用マグネット部25の端から相対運動の方向に設置されている。さらに、ゲート用マグネット35は、相対運動の方向の長さについて、位置検出用マグネット部の一例の駆動用マグネット部25より短い。このようにゲート用マグネット35は、固定子に設けられ、位置検出用センサ16の出力を制御する。
なお、図2や図3におけるコイル部15の長手方向の長さ、すなわち、コイル部15における両端のU相用のコイル15uおよびW相用のコイル15wの長手方向の距離と、図1において図示されたコイル部15の長手方向の長さとは、対応している。同様に、図2や図3における駆動マグネット部25の長手方向の長さL1と、図1において図示された駆動用マグネット部25の長手方向の長さL1とは、対応している。また、図2(B)では、図2(A)のコイル部15やゲート用センサ36との対応がわかりやすいように、駆動マグネット部25やゲート用マグネット35が図示されている。
次に、ゲート用センサ36は、ホール素子等から形成され磁極を検出できるセンサである。図2(A)や図3に示すように、ゲート用マグネット35を検知するように、コイル部15から離れた位置に設置されている。このようにゲート用センサは、相対運動するゲート用マグネット35を検出する。
ゲート部37は、位置検出用センサ16およびゲート用センサ36に接続する入力端と、位置情報切替器38に接続する出力端とを有する。ゲート部37は、ゲート用センサ36からの信号が”ON”の場合のみ、位置検出用センサ16の信号を、位置情報切替器38に通すゲートの機能を有する。このようにゲート部37は、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサ16の信号を出力する。
次に、位置情報切替器38は、図1に示したように、ゲート部37を通した複数の位置検出用センサ16からの入力信号が複数あると、そのうち1つを選択して、モータ駆動装置40に対して出力する。例えば、位置情報切替器38は、最新に入力した入力信号を出力する。また、位置情報切替器38は、入力信号が1つの場合は、そのまま出力し、入力信号が無い場合は、出力をしない。
次に、モータ駆動装置40は、図4に示したように、センサ等の情報に基づきリニアモータの固定子10に流す電流を制御する制御器41と、制御器41に基づき電源45から電力を変換する電力変換器42と、電力変換器42が固定子10に流している電力を検出する電流センサ43と、を有する。
制御器41は、電流センサ43と、制御ライン51により上位コントローラ50と、エンコーダケーブル52により位置情報切替器38と接続されている。
そして、制御器41は、上位コントローラ50からの指令値どおりに可動子20が移動するように、PWMインバータ(PWM:Pulse Width Modulation)等の電力変換器42を制御し、最終的には固定子10のコイル部15に供給する電流を制御する。制御器41の制御系は、位置制御を行う位置制御ループと、速度制御を行う速度制御ループと、電流制御を行う電流制御ループ等と、から構成される。さらに、制御器41は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)を有する。
モータ駆動装置40は、上位コントローラ50からの指令値により制御され、上位コントローラ50の指令値どおりの位置に達するまで、固定子10のコイル部15に電流を供給する。
なお、図1や図4に示すように、上位コントローラ50と各々のモータ駆動装置40とは、制御ライン51により接続されている。モータ駆動装置40と位置情報切替器38とは、エンコーダケーブル52により接続されている。位置検出用センサ16、ゲート用センサ36、ゲート部37、および、位置情報切替器38は、エンコーダケーブル52により接続されている。モータ駆動装置40と固定子10とは、動力ケーブル53により接続されている。
また、上位コントローラ50は、制御ライン51を通してモータ駆動装置40に指令値のパルス信号を送る。上位コントローラ50からの指令値を受信したモータ駆動装置40は、指令値と位置情報切替器38からの情報とを比較して、駆動している可動子20が目標位置に達していないとき、動力ケーブル53に電流を流し続ける。なお、上位コントローラ50は、予め設定してある作業の手順に従い、モータ駆動装置40に指令値を出力する。
次に、位置検出用センサ16を構成する磁気センサについて図に基づき説明する。
図5は、図1の位置検出用センサを構成する二組のフルブリッジ構成の磁気センサを示す図(図中(A)は磁気センサの強磁性薄膜金属の形状を示す平面図、図中(B)は等価回路図)である。
位置検出用センサ16の磁気センサは、Si若しくはガラス基板と、その上に形成されたNi,Feなどの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で構成される磁気抵抗素子を有する。磁気センサは、特定の磁界方向で抵抗値が変化するためにAMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance)センサ(異方性磁気抵抗素子)と呼ばれる。
図5に示したように、位置検出用センサ16の磁気センサは、運動の方向を知るために、二組のフルブリッジ構成のエレメントを、互いに45°傾くように1つの基板上に形成されている。二組のフルブリッジ回路によって得られた出力VoutAとVoutBは、図6に示されるように、互いに90°の位相差を持つ余弦波および正弦波となる。マグネット25n、25sが相対運動方向に交互に配列されているため、位置検出用センサ16の出力が、余弦波および正弦波となる。このように位置検出用センサ16は、可動子20の駆動用マグネット部25の周期構造に基づき、相対運動によって周期的に生ずる磁界の方向の変化を、90°の位相差を持つ正弦波状信号および余弦波状信号として出力する。
ところで、図7に示すように、ゲート用マグネット25およびゲート用センサ26が無いリニアモータの場合、可動子20が、固定子10上を移動して、位置検出用センサ16に、駆動用マグネット部25に差し掛かるとき、図8に示すように、位置検出用センサ16の出力波形Scの余弦波や正弦波の形状が乱れ、高精度の位置検出が難しくなる。この理由は、駆動用マグネット部25の端にあるマグネット25n、25sの磁界が、駆動用マグネット部25の端から相対運動方向に離れると、徐々に減衰したり、マグネット25n、25sのエッジ効果等により、マグネット25n、25sの磁界が乱れたりするからと考えられる。このように位置検出用センサ16に、駆動用マグネット部25に近づく過渡状態において、位置検出用センサ16の出力波形Scが乱れるが、位置検出用センサ16を駆動用マグネット部25が通過している際の安定状態においては、位置検出用センサ16の出力波形が安定する。
本実施形態では、位置検出用センサ16の出力の乱れを取り除くため、位置検出用センサ16の出力が安定して、乱れが少ない余弦波および正弦波を出力している間、出力できるように、図1から図3に示すように、ゲート用マグネット35と、ゲート用センサ36とを設けている。可動子20に設置されたゲート用マグネット35と、固定子10に設置されたゲート用センサ36とにより、図8に示すように、ゲート用センサ36の出力信号Sgを出力する。そして、ゲート部37が、ゲート用センサ36がONのときのみ、位置検出用センサ16の出力を通過させる。なお、図8に示すように、位置検出用センサ16の出力波形Scは、駆動用マグネット部25の両端のマグネット25nとマグネット25sとの距離Lmvや駆動用マグネット部25の長さL1の間、安定している。長さL2のゲート用マグネット35とゲート用センサ36とにより、位置検出用センサ16の出力波形Scが安定している部分を取り出すようにしている。
次に、ゲート部37を通過した信号は、位置検出回路(図示せず)に取り込まれ、90°位相が異なる正弦波状信号および余弦波状信号にディジタル的な内挿処理を加えて高分解能の位相角データに変換される。
そして、位置検出回路は、この位相角データからA相エンコーダパルス信号(正弦波状信号に対応)およびB相エンコーダパルス信号(余弦波状信号に対応)を生成し、1周期に1度のZ相パルス信号を生成する。これらA相エンコーダパルス信号、B相エンコーダパルス信号およびZ相パルス信号の位置信号が、位置情報切替器38に入力される。図4に示したように、モータ駆動装置40は、これらA相エンコーダパルス信号、B相エンコーダパルス信号およびZ相パルス信号の位置信号に基づいて、電力変換器42を制御する。
次に、リニアモータ1の動作例を図に基づき説明する。
図9の(A)から(D)は、図3の固定子および可動子の相対運動におけるゲート用センサの動作例を示す模式図で、可動子20が図中左から右に移動している場合である。図10の(A)から(D)は、図3の固定子および可動子の相対運動におけるゲート用センサの動作例を示す模式図で、可動子20が図中右から左に移動している場合である。なお、図中、可動子20のテーブル21は、省略してある。また、図2〜図4に示されていた固定子10のベース部も省略してある。
図9(A)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Lからの情報は、ゲート部37Lにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図9(B)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、コイル部15に差し掛かったとき、位置検出用センサ16Lが、位置検出用マグネット部の一例の駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lの情報が、ゲート部37Lから位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に、出力され、位置検出が開始される。この位置検出用センサ16Lの位置が、可動子20の位置を検出する上での固定子10おける原点となる。
次に、図9(C)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Rに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Rには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Rからの情報は、ゲート部37Rにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図9(D)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Rに重なっていて、位置検出用センサ16Rが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Rに差し掛かり、ゲート用センサ36Rの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Rの情報が、ゲート部37Rから位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Lからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、位置検出用センサ16Rがモータ駆動装置40に出力され、位置検出用センサ16Rからの情報に基づき、位置検出が開始される。この位置検出用センサ16Rが、固定子10における新たな原点となり、可動子20の位置を検出する。なお、固定子10の原点は、位置検出用センサ16Lの位置のままでもよい。この場合、位置検出用センサ16Lと位置検出用センサ16Rの距離は予め分かるので、この距離を位置検出用センサ16Rからの情報に加算させる。
また、図9(D)では、ゲート用センサ36Lから、ゲート用マグネット35が抜け出ているため、ゲート用センサ36Lの出力が、”OFF”になり、ゲート部37Lにより位置検出用センサ16Lの出力が遮断されている。これらのように位置情報切替器38やゲート用センサ36Lにより、位置検出用センサ16Lの出力を遮断してもよい。
ここで、可動子20の進行に対して、ゲート用センサ36は、位置検出用センサ16より手前に設置してあるが、ゲート用センサ36と位置検出用センサ16との距離が、ゲート用マグネット35の進行方向先端部分から、駆動用マグネット部25の進行方向先端部分までの距離より短いため、位置検出用センサ16の乱れた出力を遮断できる。
次に、可動子20が逆向きに移動する場合の、ゲート用センサ36の動作例について説明する。なお、図10では、駆動用マグネット部25の端と、ゲート用マグネット35の端とが、一端で一致している場合でもある。
図10(A)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Rに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Rには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Rの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Rからの情報は、ゲート部37Rにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図10(B)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、コイル部15に差し掛かったとき、位置検出用センサ16Rが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Rが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Rに差し掛かり、ゲート用センサ36Rの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Rの情報が、ゲート部37Rから位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に、出力され、位置検出が開始される。
次に、図10(C)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Lからの情報は、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図10(D)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Lに重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lの情報が、ゲート部37Lから位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Rからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、切り替わって位置検出用センサ16Lからの情報がモータ駆動装置40に出力され、位置検出用センサ16Lからの情報に基づき、位置検出が開始される。ここで、可動子20の進行に対して、ゲート用マグネット35の進行方向先端部分と、駆動用マグネット部25の進行方向先端部分とが、一致しているが、ゲート用センサ36は、位置検出用センサ16より前方に設置してあるので、位置検出用センサ16の乱れた出力を遮断できる。
以上のように本実施形態が、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサ16が駆動用マグネット部25に重なる位置に配置された一例である。
このように本実施形態によれば、固定子10と可動子20とが互いに相対運動するリニアモータ1であって、可動子20に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネット25n、25sが交互に並べられ、可動子20の位置を検出するための位置検出用マグネット部の一例としての駆動用マグネット部25と、相対運動する駆動用マグネット部25のマグネットマグネット25n、25sを検出して位置を検出するための位置検出用センサ16と、可動子20に設けられ、位置検出用センサ16の出力を制御するためのゲート用マグネット35と、相対運動するゲート用マグネット35を検出するゲート用センサ36と、を備えたことにより、可動子20が位置検出用センサ16の検出領域に進入する際に生じる位置検出用センサ16の出力の乱れを、ゲート用マグネット35およびゲート用センサ36が除去するので、簡易でより精度の高い位置決めが可能なリニアモータ1およびリニアモータ1の駆動システムを提供することすることができる。
また、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサ16が位置検出用マグネット部の一例の駆動用マグネット部25に重なる位置に配置されたことにより、図8で示したような不安定な位置検出用センサ16の出力を遮断でき、高精度に位置検出ができる。
また、ゲート用マグネット35は、相対運動の方向の長さについて、位置検出用マグネット部の一例の駆動用マグネット部25より短い、すなわち、ゲート用マグネット35の長さL2が、駆動用マグネット部25の長さL1より短いことにより、より簡易に不安定な位置検出用センサ16の出力を遮断でき、高精度に位置検出ができる。
また、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサの信号を出力するゲート部37を更に備えた場合、ゲート部37を設けるだけで、モータ駆動装置40を改良せずに、不安定な位置検出用センサ16の出力を遮断でき、高精度に位置検出ができる。
また、ゲート用センサ36は一方の磁極を検出するホール素子である場合、簡易にゲート用マグネット35を検出できる。
また、複数のゲート用センサ36が、相対運動の方向に配列された場合、例えば、可動子20が、固定子10から抜け出る場合や可動子20が、固定子より短い場合も、不安定な位置検出用センサ16の出力を遮断でき、高精度に位置検出ができる。
なお、第1実施形態の第1変形例として、図11に示すように、固定子10Bのコイル部15Bが、可動子20の駆動用マグネット部25より長くてもよい。この場合、位置検出用センサ16Mと、ゲート用センサ36Mとを更に設ける。可動子20の長さ以下の間隔で、位置検出用センサ16L、16M、16Rを設置する。この場合の位置情報切替器38は、位置検出用センサ16L、16M、16Rからの入力信号に対して、最新に入力された信号をモータ駆動装置40に出力する。
次に、固定子12および可動子22の相対運動におけるゲート用センサ36の動作例について説明する。なお、可動子22が図中左から右に移動している場合である。
図11(A)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Lからの情報は、ゲート部37Lにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図11(B)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、コイル部15Bに差し掛かったとき、位置検出用センサ16Lが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lからの情報が、位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に出力される。そして、位置検出用センサ16Lの位置を固定子10Bにおける原点として、可動子20の位置検出が開始される。
次に、図11(C)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Mに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Mには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Mからの情報は、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図11(D)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Mに重なっていて、位置検出用センサ16Mが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Mに差し掛かり、ゲート用センサ36Mの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Mからの情報が、位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Lからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、切り替わって位置検出用センサ16Mからの情報がモータ駆動装置40に出力される。そして、位置検出用センサ16Mからの情報に基づき、位置検出用センサ16Mの位置を固定子10Bにおける原点として、可動子20の位置検出が開始される。
次に、図11(E)に示すように、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lを通過して、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”となり、ゲート部37により、位置検出用センサ16Lからの出力が遮断される。
さらに、可動子20が通過して、位置検出用センサ16Rやゲート用センサ36Rにより、位置検出が行われる。
このように、可動子の長さに合わせて、位置検出用センサ16を設置することにより、原点を定め、可動子を正確に制御できる。
さらに、図12に示すように、第1実施形態の第2変形例として、複数の固定子10の間隔を空けて分散配置してもよい。なお、モータ駆動装置は、固定子10毎に設置され、上位コントローラは1台で、各モータ駆動装置を制御する。
図12は、可動子20が固定子10間を跨ぐように、固定子10が分散配置された分散配置リニアモータ1Cの概略構成を示す模式図である。なお、図12の(A)から(B)は、可動子20が、次の固定子10に移動する際の、ゲート用センサ36の動作例を示す模式図である。
図12(A)に示すように、可動子20は、図中左側の固定子10における位置検出用センサ16Rを原点として、位置検出されている。
図12(B)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、図中右側の固定子10における位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Lからの情報は、ゲート部37Lにより遮断され、図中右側の固定子10におけるモータ駆動装置には、出力されない。
次に、図12(C)に示すように、可動子20の駆動用マグネット部25が、図中右側のコイル部15Bに差し掛かったとき、位置検出用センサ16Lが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lからの情報が、位置情報切替器を通して、モータ駆動装置に出力される。そして、位置検出用センサ16Lの位置を右側の固定子10における原点として、可動子20の位置検出が開始される。
次に、図12(D)に示すような状態まで、可動子20は、両固定子10において、位置検出が行われ、両固定子10から推進力を得て移動する。
次に、図12(E)に示すように、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Rを通過して、ゲート用センサ36Rの出力が”OFF”となり、ゲート部37により、位置検出用センサ16Rからの出力が遮断され、左側の固定子10における位置検出は終了する。
複数のゲート用センサ36L、36M、36Rが、相対運動の方向に配列されると、本変形例のように、可動子20が固定子10Bより短い場合でも、不安定な位置検出用センサ16の出力を遮断でき、高精度に位置検出ができる。また、可動子20が固定子10から隣の固定子10に移動する際、可動子20が隣り合う固定子10の少なくともいずれか一方から推進力が得られ速度制御ができ、高精度に位置制御ができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るリニアモータの駆動システムについて説明する。まず、第2実施形態に係るリニアモータ2の駆動システムの概略構成について、図13を用いて説明する。なお、前記第1実施形態と同一または対応する部分には、同一の符号を用いて異なる構成および作用のみを説明する。その他の実施形態および変形例も同様とする。
次に、本発明の第2実施形態に係るリニアモータの駆動システムについて説明する。まず、第2実施形態に係るリニアモータ2の駆動システムの概略構成について、図13を用いて説明する。なお、前記第1実施形態と同一または対応する部分には、同一の符号を用いて異なる構成および作用のみを説明する。その他の実施形態および変形例も同様とする。
図13の(A)から(E)は、本発明の第2実施形態に係るリニアモータの概略構成の一例、および、固定子および可動子の相対運動におけるゲート用センサの動作例を示す模式図である。
図13に示すように、本実施形態のリニアモータ2は、第1実施形態のリニアモータと異なり、ゲート用センサ36L、36Rが、固定子12において、位置検出用センサ16L、16Rと、相対運動の方向において、それぞれ一致する位置に設置されている構成を有している。
また、ゲート用マグネット35は、第1実施形態のリニアモータと異なり、相対運動の方向において、ゲート用マグネット35の両端が駆動用マグネット部25より、内側になるように、可動子22のテーブルの下面に設置されている。
なお、図2(A)の平面図においては、図中、ゲート用センサ36L、36Rが、右に移動された位置で、位置検出用センサ16L、16Rと、図中各々上下に並ぶ位置に設置される。図2(B)の平面図においては、ゲート用マグネット35は、図中、左端のマグネット25nから1つのマグネット分内側から、右端のマグネット25sから1つのマグネット分内側まで、長手方向に設置される。
次に、固定子12および可動子22の相対運動におけるゲート用センサ36の動作例について説明する。なお、可動子22が図中左から右に移動している場合である。
図13(A)に示すように、可動子22の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Lからの情報は、ゲート部37Lにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図13(B)に示すように、可動子22の駆動用マグネット部25が、コイル部15に差し掛かったとき、位置検出用センサ16Lが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lからの情報が、位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に、出力され、位置検出が開始される。
次に、図13(C)に示すように、可動子22の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Rに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Rには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Rからの情報は、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図13(D)に示すように、可動子22の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Rに重なっていて、位置検出用センサ16Rが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Rに差し掛かり、ゲート用センサ36Rの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Rからの情報が、位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Lからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、切り替わって位置検出用センサ16Rからの情報がモータ駆動装置40に出力され、位置検出用センサ16Rからの情報に基づき、位置検出が開始される。
次に、図13(E)に示すように、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lを通過して、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”となり、ゲート部37により、位置検出用センサ16Lからの出力が遮断される。
ここで、可動子23の進行方向に対して、ゲート用センサ36と、位置検出用センサ16とは、同じ位置に設置してあるが、ゲート用マグネット35の両端が駆動用マグネット部25より内側にあるので、ゲート用センサ36が位置検出用センサ16の乱れた出力を遮断できる。
このように本実施形態も、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサ16が駆動用マグネット部25に重なる位置に配置された一例である。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るリニアモータの駆動システムついて説明する。
まず、第3実施形態に係るの概要構成について、図14を用いて説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係るリニアモータの駆動システムついて説明する。
まず、第3実施形態に係るの概要構成について、図14を用いて説明する。
図14の(A)から(D)は、本発明の第3実施形態に係るリニアモータの概略構成の一例、および、固定子および可動子の相対運動におけるゲート用センサの動作例を示す模式図である。
図14に示すように、本実施形態のリニアモータ3は、第1実施形態のリニアモータと異なり、ゲート用センサ36Lが、固定子13において、相対運動方向における中央寄りに設置され、ゲート用センサ36Rが、相対運動方向にコイル部15から離れて、固定子13の端の方に設置された構成を有している。図14において、図中、ゲート用センサ36L、36Rが、第1実施形態のリニアモータ1のゲート用センサ36L、36Rより、右にずらされ、固定子13のベース部の上面に設置されている。
また、図14に示すように、ゲート用マグネット35は、第1実施形態のリニアモータと異なり、相対運動の方向において、ゲート用マグネット35の一方の端(図中右端)が駆動用マグネット部25より、突出し、ゲート用マグネット35の他方の端(図中左端)が駆動用マグネット部25の端より内側になるように、可動子23のテーブルの下面に設置されている。なお、ゲート用マグネット35の突出部は、位置検出用センサ16Lとゲート用センサ36Lとの距離より短い。またゲート用マグネット35の相対運動方向の長さは、駆動用マグネット部25の長さより短い。
次に、リニアモータ3の動作例を図に基づき説明する。
次に、固定子13および可動子23の相対運動におけるゲート用センサ36の動作例について説明する。なお、可動子23が図中右から左に移動している場合である。
図14(A)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35の突出部が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Lの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Lからの情報は、ゲート部37Lにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図14(B)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、コイル部15に差し掛かったとき、位置検出用センサ16Lが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35の突出部が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lの情報が、ゲート部37Lから位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に、出力され、位置検出が開始される。
次に、図14(C)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Rに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Rには、ゲート用マグネット35の突出部が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Rからの情報は、ゲート部37Rにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図14(D)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Rに重なっていて、位置検出用センサ16Rが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35の突出部が、ゲート用センサ36Rに差し掛かり、ゲート用センサ36Rの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Rの情報が、ゲート部37Rから位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Lからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、位置検出用センサ16Rがモータ駆動装置40に出力され、位置検出用センサ16Rからの情報に基づき、位置検出が開始される。
ここで、可動子23の進行に対して、ゲート用マグネット35は、駆動用マグネット部25からの突出部を有するが、この突出部より、ゲート用センサ36が、位置検出用センサ16より、可動子23の進行方向に対して離れているため、位置検出用センサ16の乱れた出力を遮断できる。
次に、可動子23が逆向きに移動する場合の、ゲート用センサ36の動作例について説明する。
図15の(A)から(D)は、図14とは逆方向に動く可動子の場合におけるゲート用センサの動作例を示す模式図である。
図15(A)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Rに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Rには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていなく、ゲート用センサ36Rの出力が”OFF”であるため、位置検出用センサ16Rからの情報は、ゲート部37Rにより遮断され、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図15(B)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、コイル部15に差し掛かったとき、位置検出用センサ16Rが、駆動用マグネット部25に重なっていて、位置検出用センサ16Rが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Rに差し掛かり、ゲート用センサ36Rの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Rの情報が、ゲート部37Rから位置情報切替器38を通して、モータ駆動装置40に、出力され、位置検出が開始される。
次に、図15(C)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ16Lに差し掛かったとき、ゲート用センサ36Lには、ゲート用マグネット35が差し掛かっていないため、位置検出用センサ16Lからの情報は、モータ駆動装置40には、出力されない。
次に、図15(D)に示すように、可動子23の駆動用マグネット部25が、位置検出用センサ36Lに重なっていて、位置検出用センサ16Lが、乱れが少ない磁界を検出できる状態である。このとき、ゲート用マグネット35が、ゲート用センサ36Lに差し掛かり、ゲート用センサ36Lの出力が”ON”となり、位置検出用センサ16Lの情報が、ゲート部37Lから位置情報切替器38に入力される。このとき、位置検出用センサ16Rからの情報は、位置情報切替器38により遮断され、切り替わって位置検出用センサ16Lからの情報がモータ駆動装置40に出力され、位置検出用センサ16Lからの情報に基づき、位置検出が開始される。
ここで、可動子23の進行に対して、ゲート用センサ36は、位置検出用センサ16より手前に設置してあるが、ゲート用センサ36と位置検出用センサ16との距離が、ゲート用マグネット35の進行方向先端部分から、駆動用マグネット部25の進行方向先端部分までの距離より短いため、位置検出用センサ16の乱れた出力を遮断できる。
このように本実施形態も、ゲート用センサ36がゲート用マグネット35を検出するとき、位置検出用センサ16が駆動用マグネット部25に重なる位置に配置された一例である。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係るリニアモータの駆動システムついて説明する。
まず、第4実施形態に係るの概要構成について、図16を用いて説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係るリニアモータの駆動システムついて説明する。
まず、第4実施形態に係るの概要構成について、図16を用いて説明する。
図16の(A)から(B)は、本発明の第4実施形態に係るリニアモータの概略構成の一例、および、固定子および可動子の相対運動におけるゲート用センサの動作例を示す模式図である。
図16に示すように、本実施形態のリニアモータ4は、第1実施形態のリニアモータ1における固定子10と可動子20とが逆になった構成である。本実施形態のリニアモータ4において、固定子60のベース部の上面に、位置検出用マグネット部の一例の駆動用マグネット部65とゲート用マグネット85が設置され、可動子70のテーブルの下面に、コイル部75と、位置検出用センサ76(76L、76R)と、ゲート用センサ86(86L、86R)と、が設置されている。そして、コイル部75が、駆動用マグネット部65の上を移動する。
位置検出用センサ76やゲート用センサ86の動作は、第1実施形態のリニアモータ1における位置検出用センサ16やゲート用センサ36の動作と同じである。位置検出用センサ76は、コイル部75側の可動子70に設けられ、かつ、駆動用マグネット部65のマグネットを検出して位置を検出する。このように、駆動マグネット部65は、固定子または可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部の一例として機能する。また、ゲート用マグネット85は、固定子60に設けられ、位置検出用センサ76の出力を制御する。また、図16(A)は、図9(A)に対応し、図9(A)の固定子10を可動子70とし、可動子20を固定子60として場合と動作が同じで同様の効果を有する。16図(B)と図9(B)とも対応する。
このように、固定子60が駆動用マグネット部65を有し、可動子70がコイル部75を有する場合にも、ゲート用マグネット85やゲート用センサ86を適用でき、本実施形態は同様の効果を有する。なお、第1実施形態の変形例や、第2および第3実施形態のリニアモータについても、同様である。
このように本実施形態が、固定子60と可動子70とが互いに相対運動するリニアモータ4であって、固定子60に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネット25n、25sが交互に並べられ、可動子70の位置を検出するための位置検出用マグネット部の一例としての駆動用マグネット部65と、相対運動する駆動用マグネット部のマグネットを検出して位置を検出するための位置検出用センサ76と、固定子60に設けられ、位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネット85と、相対運動するゲート用マグネットを検出するゲート用センサ86と、を備えたことを特徴とするリニアモータの一例である。
また、第1から第4実施形態が、固定子(10、60)と可動子(20、70)とが互いに相対運動するリニアモータ(1、2、3、4)であって、固定子または可動子に設けられ、相対運動の方向に異なる磁極のマグネット(25n、25s)(65n、65s)が交互に並べられ、可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部としての駆動用マグネット部(25、65)と、相対運動する位置検出用マグネット部のマグネットを検出して位置を検出するための位置検出用センサ(16、76)と、固定子または可動子に設けられ、位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネット(35、85)と、相対運動するゲート用マグネットを検出するゲート用センサ(36、86)と、を備えたことを特徴とするリニアモータの一例である。
なお、モータ駆動装置40が、位置検出用センサ16、76や、ゲート用センサ36、86からの信号を直接受け、ゲート部37や位置情報切替器38の機能を有してもよい。
また、位置検出用マグネット部として、駆動用マグネット部の代わりに磁気スケールを用いてもよい。
また、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
1、2、3、4:リニアモータ、 10、10B、12、13、60:固定子、 16、16L、16R、16M、76L、76R:位置検出用センサ、 20、22、23、70:可動子、 25、65:駆動用マグネット部、 25n、25s:マグネット、 35、85:ゲート用マグネット、 36、36L、36R、36M、86L、86R:ゲート用センサ、 37:ゲート部、 40:モータ駆動装置
Claims (8)
- 固定子と可動子とが互いに相対運動するリニアモータであって、
前記固定子または前記可動子に設けられ、前記相対運動の方向に異なる磁極のマグネットが交互に並べられ、前記可動子の位置を検出するための位置検出用マグネット部と、
前記相対運動する前記位置検出用マグネット部の前記マグネットを検出して位置を検出するための位置検出用センサと、
前記固定子または前記可動子に設けられ、前記位置検出用センサの出力を制御するためのゲート用マグネットと、
前記相対運動する前記ゲート用マグネットを検出するゲート用センサと、
を備えたことを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記ゲート用センサが前記ゲート用マグネットを検出するとき、前記位置検出用センサが前記位置検出用マグネット部に重なる位置に配置されたことを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1または請求項2に記載のリニアモータにおいて、
前記ゲート用マグネットは、前記相対運動の方向の長さについて、前記位置検出用マグネット部より短いことを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、
前記ゲート用センサが前記ゲート用マグネットを検出するとき、前記位置検出用センサの信号を出力するゲート部を更に備えたことを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、
前記ゲート用センサは一方の磁極を検出するホール素子であることを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、
複数の前記ゲート用センサが、前記相対運動の方向に配列されたことを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のリニアモータにおいて、
前記位置検出用マグネット部が、前記可動子を駆動させる駆動用マグネットであることを特徴とするリニアモータ。 - 請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の前記リニアモータにおいて、前記リニアモータを制御するモータ駆動装置を備えたことを特徴とするリニアモータ駆動システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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