JP2013255331A - Linear encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアエンコーダに関する。 The present invention relates to a linear encoder.
リニアモータの制御において、リニアエンコーダ等により得られた位置情報を用いることが行われている。一般に、リニアエンコーダには、スケール上に予め定められた原点位置(基準位置)からの距離を測定して位置情報を出力するインクリメント型と、スケール上に記録されている情報から位置情報を取得して出力するアブソリュート型とがある。 In controlling the linear motor, position information obtained by a linear encoder or the like is used. In general, linear encoders measure the distance from a predetermined origin position (reference position) on a scale and output position information, and acquire position information from information recorded on the scale. There is an absolute type that outputs.
インクリメント型のリニアエンコーダは、アブソリュート型に比べ価格が安いものの、位置情報を取得する前にスケール上の原点を検出する必要があるため、リニアモータを駆動させる必要がある。原点位置を取得するための移動の距離が長くなると位置情報の取得が可能になるまでの時間(応答時間)が長くなってしまうため、その距離を短くすることが検討されている(特許文献1)。 Although the incremental type linear encoder is less expensive than the absolute type, it is necessary to detect the origin on the scale before obtaining the position information, and therefore it is necessary to drive the linear motor. If the movement distance for acquiring the origin position becomes long, the time until the position information can be acquired (response time) becomes long. Therefore, it is considered to shorten the distance (Patent Document 1). ).
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、原点位置の取得に磁気センサを用いているため、リニアモータから発せられる磁気、例えば駆動用磁石やコイルから発せられる磁気の影響を受けないようにする必要がある。そのため、リニアエンコーダを取り付ける位置に制約があり、リニアモータやリニアエンコーダを含めた装置全体の小型化を困難にしてしまうという問題がある。
However, since the technique described in
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、応答時間を短縮するとともに装置全体の小型化を容易にするリニアエンコーダを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a linear encoder that shortens the response time and facilitates the miniaturization of the entire apparatus.
上記問題を解決するために、本発明は、異なる磁極が交互に等間隔に配列された複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記コイルに電流を流して磁界を発生させることにより前記磁石部と前記電機子とのいずれか一方を可動子として前記磁石の配列されている方向に移動させるリニアモータに取り付けられるリニアエンコーダであって、前記電機子と対向するように前記磁石部に取り付けられ、それぞれが取り付けられている位置を示す基準位置情報を記憶する複数の無線タグと、前記電機子に取り付けられ、前記無線タグに記憶されている情報を読み出す無線タグ読出部とを備えることを特徴とするリニアエンコーダである。 In order to solve the above-described problem, the present invention includes a magnet unit including a plurality of magnets in which different magnetic poles are alternately arranged at equal intervals, and an armature including a plurality of coils. A linear encoder attached to a linear motor that moves one of the magnet portion and the armature as a mover in a direction in which the magnets are arranged by generating a magnetic field, and is opposed to the armature A plurality of wireless tags that are attached to the magnet unit and store reference position information indicating the positions where each is attached, and a wireless that is attached to the armature and reads information stored in the wireless tag A linear encoder including a tag reading unit.
この発明によれば、リニアエンコーダは、可動子を移動させたときに読み出される基準位置情報に基づいて可動子の位置を把握する。また、磁石部に複数の無線タグを配列させているので可動子を移動させる距離を短くすることができ、応答時間を短縮することができる。更に、無線タグに記憶されている基準位置情報の読み出しは、無線タグ読出部と無線タグとの間の無線通信により行われるので、リニアモータが発生させる磁界の影響を受けない。すなわち、無線タグ及び無線タグ読出部をリニアモータに取り付ける際に磁界の影響を考慮する必要がなくなるので、無線タグ及び無線タグ読出部を取り付ける位置の選択範囲を広げることができ、リニアモータを含む装置全体の小型化を容易にすることができる。 According to the present invention, the linear encoder grasps the position of the mover based on the reference position information read when the mover is moved. In addition, since a plurality of wireless tags are arranged in the magnet portion, the distance to move the mover can be shortened, and the response time can be shortened. Furthermore, since the reference position information stored in the wireless tag is read out by wireless communication between the wireless tag reading unit and the wireless tag, it is not affected by the magnetic field generated by the linear motor. That is, since it is not necessary to consider the influence of the magnetic field when attaching the wireless tag and the wireless tag reading unit to the linear motor, the selection range of the position for attaching the wireless tag and the wireless tag reading unit can be expanded, and the linear motor is included. The entire apparatus can be easily reduced in size.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアエンコーダを説明する。
図1は、本発明に係る実施形態におけるリニアエンコーダを具備するモータシステム1を示す概略図である。モータシステム1は、同図に示すように、モータ制御装置10と、リニアモータ20とを具備している。モータ制御装置10は、上位の制御装置から入力される位置指令値に基づいて、リニアモータ20を駆動させる制御をする。リニアモータ20は、長尺の固定子21と、固定子21上を移動する可動子25と、固定子21及び可動子25を組み付ける一対の案内装置22、22とを備えている。
Hereinafter, a linear encoder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
案内装置22は、例えば、ボールを介して組み付けられた軌道レール23及びスライドブロック26、26から構成されている。案内装置22の軌道レール23は固定子21が有するベース54に固定され、案内装置22のスライドブロック26は可動子25に固定されている。これにより、可動子25は、固定子21上を軌道レール23に沿って自在に案内されるようになっている。
The
また、固定子21は、一対の軌道レール23、23の間に並べられた複数の駆動用磁石24を備えている。複数の駆動用磁石24は、可動子25が移動する方向において、N極及びS極の磁極が交互になるように配列されている。また、各駆動用磁石24は、配列されている方向において同じ長さを有しており、可動子25が固定子21上のいずれに位置していても、一定の推力が得られるようになっている。
The
可動子25は、U相、V相、W相に対応する3つのコイルを有している。U相、V相、W相それぞれのコイルには、電力線31を介してモータ制御装置10から電力が供給される。各コイルに流れる電流と、各駆動用磁石24が発生させる磁界との相互作用による力で可動子25が案内装置22の案内に沿って移動する。
また、可動子25には、搬送物を載せるためのテーブル53と、固定子21上における可動子25の位置を検出するためのMRセンサ27及び無線タグリーダ28とが取り付けられている。MRセンサ27及び無線タグリーダ28は、伝送線32を介して、検出した信号をモータ制御装置10に出力する。
The
The
MRセンサ27は、駆動用磁石24が発生させる磁束線の方向に応じて、90度の位相差を有する2つの正弦波信号(A相信号、B相信号)をモータ制御装置10に出力する。MRセンサ27は、例えば、AMR(Anitorpic Magneto Resistance:異方性磁気抵抗素子)センサであり、内部に2つのフルブリッジ型AMRセンサ回路を含み、それぞれの回路が正弦波信号を1つずつ出力する。
無線タグリーダ28は、駆動用磁石24上に取り付けられている無線タグに記憶されている基準位置を示す基準位置情報を読み出し、読み出した基準位置情報をモータ制御装置10に出力する。
The
The
図2及び図3は、本実施形態におけるMRセンサ27とコイル29と駆動用磁石24との相対的な位置関係、及び無線タグリーダ28と無線タグ40との相対的な位置関係を示す模式図である。
固定子21には、上述したように可動子25に対してN極を向けて配置されている駆動用磁石24Nと、可動子25に対してS極を向けて配置されている駆動用磁石24Sとが、可動子25が移動する移動方向に交互に配列されている。駆動用磁石24(24N、24S)上には、複数の無線タグ40が移動方向に配列されている。無線タグ40は、発電部41と送信部42とを有している。
2 and 3 are schematic diagrams showing the relative positional relationship between the
In the
可動子25には、上述したU相、V相、W相に対応する3つのコイル29u、29v、29wがあり、移動方向の一端にMRセンサ27及び無線タグリーダ28が取り付けられている。MRセンサ27は、各駆動用磁石24の中心を結ぶ直線上であって移動方向に対して平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、駆動用磁石24が生じさせる磁界の最も強い位置をMRセンサ27に通過させることができる。
また、無線タグリーダ28は、駆動用磁石24上に配列されている無線タグ40と対向する位置に取り付けられている。
The
The
無線タグ40が有する発電部41は、図3に示すように、リニアモータ20の可動子25が移動する際にコイル29u、29v、29wが発生させる磁界の磁束変化に応じて発電をし、発電した電力を送信部42に供給する。送信部42は、発電部41から供給される電力を用いて、予め記憶している基準位置情報を無線信号として送信する。送信部42が送信する基準位置情報は、無線タグ40ごとに異なり、固定子21上において無線タグ40が位置する場所を示す情報である。モータ制御装置10は、無線タグリーダ28を介して、無線タグ40から基準位置情報を取得することにより、可動子25が固定子21上のどこに位置するか把握できる。また、図3に示すように、無線タグ40は、隣接する駆動用磁石24の間に1つずつ配列されている。
As shown in FIG. 3, the
図4は、本実施形態におけるモータ制御装置10、固定子21、及び可動子25の構成を示す概略ブロック図である。モータ制御装置10は、同図に示すように、制御部11と、駆動部12と、電気角算出部13と、位置算出部14とを備えている。可動子25は、上述したように、MRセンサ27と、無線タグリーダ28と、3つのコイル29u、29v、29wとを備えている。また、固定子21は、上述したように移動方向に配列された複数の駆動用磁石24を備えている。駆動用磁石24上には複数の無線タグ40が等間隔に配列されている。なお、無線タグ40を配列する間隔は、モータシステム1において要求される応答時間や、無線タグ40のコスト等に基づいて定められる。
FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the
制御部11は、外部より入力される位置指令値と、位置算出部14が算出する位置情報とに基づいて、位置指令値が示す位置に可動子25を移動させるための電流指令値を算出する。この電流指令値は、コイル29u、29v、29wそれぞれに流す電流値を含み、位置情報が示す可動子25の位置と、位置指令値との偏差を用いた制御、例えばPID制御などで算出される。
駆動部12は、制御部11が算出した電流指令値に基づいて、コイル29u、29v、29wそれぞれに電流を流してリニアモータ20を駆動する。
The
Based on the current command value calculated by the
電気角算出部13は、MRセンサ27が出力する2つの正弦波信号に基づいて、駆動用磁石24に対するコイル29u、29v、29wの電気角を算出する。位置算出部14は、電気角算出部13が算出する電気角と、無線タグリーダ28が無線タグ40から読み出す位置情報とに基づいて、固定子21上における可動子25の位置を算出する。位置算出部14は、算出した位置を示す位置情報を制御部11に出力する。
The electrical
また、本実施形態において、モータ制御装置10が備える電気角算出部13及び位置算出部14、可動子25に取り付けられているMRセンサ27及び無線タグリーダ28、固定子21に備えられている駆動用磁石24、並びに複数の無線タグ40が、可動子25の位置を検出するリニアエンコーダ2を構成することになる。
In the present embodiment, the electrical
図5は、本実施形態におけるモータシステム1が始動後に行う復帰処理を示すフローチャートである。復帰処理は、電源投入後において固定子21上のどこに可動子25が位置しているかを把握するための処理である。
モータ制御装置10において、復帰処理が開始されると、可動子25をいずれかの方向に移動させる電流指令値を制御部11が駆動部12に出力して、可動子25を移動させる(ステップS101)。このとき制御部11が出力する電流指令値は、可動子25に所定の距離を移動させる指令値である。また、所定の距離は、駆動用磁石24上に配列された無線タグ40の間隔より長い距離である。
FIG. 5 is a flowchart showing a return process performed after the
In the
固定子21上に配列されている無線タグ40のうち、可動子25に対向する無線タグ40がコイル29u、29v、29wが発生させる磁界の磁束変化に応じて発電部41が発電し、発電された電力により送信部42が基準位置情報を送信する。無線タグリーダ28は、無線タグ40から送信された基準位置情報を受信し、受信した基準位置情報をモータ制御装置10に出力する(ステップS102)。
Of the wireless tags 40 arranged on the
電気角算出部13は、MRセンサ27が駆動用磁石24の磁界に応じて出力する2つの正弦波信号に基づいて電気角を算出する(ステップS103)。位置算出部14は、無線タグリーダ28から入力された基準位置情報と、電気角算出部13が算出した電気角とから、固定子21上のどこに可動子25が位置しているかを算出し(ステップS104)、復帰処理を終了する。
The electrical
以降、位置算出部14は、復帰処理において算出した位置を基準として、電気角算出部13が算出する電気角の変動量から可動子25の位置を算出する。すなわち、位置算出部14は、復帰処理以降において、電気角の変動量に基づいて可動子25の位置を算出するインクリメント型のリニアエンコーダとして動作する。また、制御部11は、復帰処理において算出された位置に基づいて、リニアモータ20の駆動を制御する。
Thereafter, the
本実施形態におけるモータシステム1では、復帰処理において無線タグ40に記憶されている基準位置情報を用いて、可動子25の位置を検出するようにしている。これにより、無線タグリーダ28が無線タグ40から基準位置情報を読み出す処理は、リニアモータ20が発生させる磁界の影響をほとんど受けない。そのため、無線タグリーダ28及び無線タグ40をリニアモータ20に取り付ける位置に対する制約を減らすことができ、リニアモータ20の小型化を容易にすることができる。また、図3に示したように、隣り合う駆動用磁石24の間ごと、すなわち駆動用磁石24ごとに無線タグ40を配列しているので、復帰処理において可動子25を移動させる距離を高々駆動用磁石24の幅にすることができ、応答時間を短縮することができる。
In the
また、本実施形態における無線タグ40は、コイル29uが発生させる磁界の時速変化に応じて発電する発電部41を有し、発電部41が発電する電力により送信部42を動作させている。これにより、無線タグリーダ28が無線タグ40を動作させるための電力を供給する必要がなくなり、無線タグリーダ28の簡素化を図ることができ、無線タグリーダ28の小型化やコスト削減を更に容易にすることができる。
In addition, the wireless tag 40 according to the present embodiment includes a
また、本実施形態におけるモータシステム1では、可動子25に取り付けられているMRセンサ27が出力する2つの正弦波信号の変化に基づいて、可動子25の移動量を位置算出部14が算出する。そのため、可動子25の移動量を検出するためのスケールを用意する必要や、スケールを配置する位置を確保する必要がないので、リニアモータ20の小型化を更に容易にすることができる。
In the
なお、上述の実施形態において、無線タグ40を1つの駆動用磁石24ごとに固定子21に取り付けた構成を示したが、これに限ることなく、2つの駆動用磁石24ごとに、又はそれ以上の数の駆動用磁石24ごとに無線タグ40を取り付けるようにしてもよい。この場合、復帰処理のステップS101における可動子25を移動させる距離は、無線タグ40を配置する間隔に応じて変化させることになる。
In the above-described embodiment, the configuration in which the wireless tag 40 is attached to the
また、上述の実施形態において、リニアモータ20は、コイル29u、29v、29wを備える可動子25(電機子)が、駆動用磁石24を備える固定子21(磁石部)上を移動する構成を例にして説明した。しかし、複数のコイルを備える電機子を固定子とし、複数の駆動用磁石を備える磁石部を可動子とする構成であってもよい。この場合、無線タグ40は可動子である磁石部に取り付けられ、無線タグリーダ28は固定子である電機子に取り付けられることになる。
In the above-described embodiment, the
2…リニアエンコーダ、14…位置算出部、20…リニアモータ、21…固定子(磁石部)、24,24N,24S…駆動用磁石(磁石)、25…可動子(電機子)、27…MRセンサ(磁気センサ)、28…無線タグリーダ(無線タグ読出部)、29,29u,29v,29w…コイル、40…無線タグ、41…発電部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Linear encoder, 14 ... Position calculation part, 20 ... Linear motor, 21 ... Stator (magnet part), 24, 24N, 24S ... Drive magnet (magnet), 25 ... Movable element (armature), 27 ... MR Sensor (magnetic sensor), 28 ... wireless tag reader (wireless tag reading unit), 29, 29u, 29v, 29w ... coil, 40 ... wireless tag, 41 ... power generation unit
Claims (4)
前記電機子と対向するように前記磁石部に取り付けられ、それぞれが取り付けられている位置を示す基準位置情報を記憶する複数の無線タグと、
前記電機子に取り付けられ、前記無線タグに記憶されている情報を読み出す無線タグ読出部と
を備えることを特徴とするリニアエンコーダ。 A magnet unit including a plurality of magnets in which different magnetic poles are alternately arranged at equal intervals; and an armature including a plurality of coils; and by causing a current to flow through the coils to generate a magnetic field, the magnet unit and the A linear encoder attached to a linear motor that moves one of the armatures as a mover in the direction in which the magnets are arranged,
A plurality of wireless tags that are attached to the magnet unit so as to face the armature, and that store reference position information indicating positions where the magnets are attached,
A linear encoder comprising: a wireless tag reading unit that is attached to the armature and reads information stored in the wireless tag.
前記無線タグは、前記可動子が移動する際の磁界の変化により発電する発電部を有する
ことを特徴とするリニアエンコーダ。 The linear encoder according to claim 1,
The wireless tag includes a power generation unit that generates electric power by changing a magnetic field when the mover moves.
前記磁石部に備えられている前記磁石と対向するように前記電機子に取り付けられ、前記磁石が発生させる磁束線の方向に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記無線タグ読出部が読み出した基準位置情報と、前記磁気センサが出力する信号とに基づいて、前記可動子の位置を算出する位置算出部と
を更に備える
ことを特徴とするリニアエンコーダ。 A linear encoder according to claim 1 or claim 2,
A magnetic sensor attached to the armature so as to face the magnet provided in the magnet unit, and outputting a signal corresponding to the direction of the magnetic flux lines generated by the magnet;
A linear encoder, further comprising: a position calculation unit that calculates a position of the mover based on reference position information read by the wireless tag reading unit and a signal output by the magnetic sensor.
前記無線タグは、前記磁石部に備えられている前記磁石ごとに取り付けられている
ことを特徴とするリニアエンコーダ。 A linear encoder according to any one of claims 1 to 3,
The wireless tag is attached to each of the magnets provided in the magnet unit.
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2012
- 2012-06-06 JP JP2012128991A patent/JP2013255331A/en active Pending
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