JP2972428B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リターンスプリングを
有する電磁ソレノイドを用いた駆動装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、１つの部材に対して、もう１
つの部材を移動させ位置決めする装置としては、電磁ソ
レノイドを使用した装置が良く知られている。この電磁
ソレノイドは、電気コイルの中に、磁性体から成る棒状
の部材を挿入して構成されている。そして、この電気コ
イルに駆動電流を通電した状態と、通電しない状態とを
切り替えることにより、コイルの内部に挿入された磁性
体棒が２つの位置に移動して位置決めされる様になされ
ている。

【０００３】また、１つの部材に対して、もう１つの部
材を任意の位置に位置決めする装置としては、サーボモ
ータと送りネジ等とを用いたものが一般的に知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例のうち、電磁ソレノイドを使用した装置において
は、磁性体棒の停止位置が２つの位置に限定されてしま
うので２つの位置の中間で止めたい様な場合には、更に
もう１つ電磁ソレノイドを追加するといった方策をとる
必要があった。このように電磁ソレノイドを追加するこ
とは装置の複雑化を招くという問題点があり、また、た
とえ電磁ソレノイドを追加したとしても、磁性体棒の停
止位置を増加させることはできるものの、磁性体棒を任
意の位置で停止させることはできないという問題点があ
った。

【０００５】また、サーボモータを使用する位置決め装
置においては、モータの駆動用の電源ライン及び位置セ
ンサの信号用の信号ライン等のラインが数本から数十本
必要となり、配線の複雑化を招くという問題点があっ
た。従って、本発明は上述の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、配線が単純でありな
がら、コイルに対して磁性体芯棒を任意の位置に位置決
めすることができる駆動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる駆動装置は、リ
ターンスプリングを有する電磁ソレノイドを用いた駆動
装置であって、磁性体からなる芯棒と、該芯棒を駆動す
るためのコイルと、前記芯棒を前記コイルから抜け出す
方向に付勢するリターンスプリングと、前記芯棒の変位
により変化する前記コイルのインダクタンスを検出する
ことにより、前記芯棒の位置を検出する検出回路と、前
記芯棒を目標位置に移動させるにあたり、前記リターン
スプリングの付勢力に抗する方向に移動させる場合は、
ＰＩＤ制御された出力電流を前記コイルに流すととも
に、前記リターンスプリングの付勢方向と同じ方向に移
動させる場合は前記コイルに電流を流さないように出力
電流を制御する出力制御回路とを有し、前記検出回路
は、前記インダクタンスを検出するために、前記芯棒を
駆動する電流に比較して十分小さな電流値で、前記芯棒
を駆動する電流の周波数より十分高い周波数を有する検
出電流を、前記芯棒を駆動する電流に重畳して前記コイ
ルに流すことを特徴としている。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】以上の様に、この発明に係わる駆動装置及びそ
の制御方法は構成されているので、コイルのインダクタ
ンスの変化を測定することにより、２つの部材の相対位
置を測定し、その測定情報をフィードバック信号とし
て、２つの部材の相対位置を制御する様にしているの
で、２つの部材を、その相対位置を任意の位置にした状
態で位置決めすることができる。また、上記の様な構成
により、コイルのインダクタンスを測定するための信号
線とコイルの電源線とを兼ねる１本の線と、もう１本の
アース線だけしか必要としなくなるので、配線が単純化
される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係
わる駆動装置の一実施例の構成を示す図である。図１に
おいて、この駆動装置の外殻を構成するコイル１２は、
円筒状に形成されており、不図示の固定部材１０に対し
て固定されている。コイル１２の中心部には鉄芯１６が
挿入されており、この鉄芯１６の図中右端部にはフラン
ジ部１６ａが形成されている。コイル１２の右端部と、
鉄芯１６のフランジ部１６ａ左端面の間には圧縮バネ１
４が配置されており、鉄芯１６は、コイル１２から常に
右方に抜けだす様に付勢されている。そして、コイル１
２に一定の方向の電流が流されることにより鉄芯１２
は、圧縮バネ１４の付勢力に抗して、コイル１２の内部
に引き込まれる。

【００１６】コイル１２には、このコイル１２に必要に
応じた電流を流すための通電部２２が接続されており、
この通電部２２には、更にコイル１２に電力を供給する
ための第２の電源２８が接続されている。また、この通
電部２２には、制御部２４が接続されており、この制御
部２４の指令により、通電部２２は、コイル１２に流す
電流値を変化させると共に、コイル１２に流す電流をＯ
Ｎ／ＯＦＦする。

【００１７】コイル１２には、更に、このコイル１２の
インダクタンスの変化を測定するためのインダクタンス
測定部２０が接続されている。このインダクタンス測定
部２０には、インダクタンスを測定するための微弱電流
をコイル１２に流すための第１の電源２６が接続されて
いる。また、インダクタンス測定部２０は、制御部２４
にも接続されており、この制御部２４は、インダクタン
ス測定部２０から出力されるコイル１２のインダクタン
スの変化の情報に基づいて鉄芯１６のコイル１２に対す
る位置を認知し、鉄芯１６のコイル１２に対する位置が
所望の位置となる様にコイル１２に流す電流値及びＯＮ
／ＯＦＦ状態を通電部２２に指令する。

【００１８】次に上記の様に構成された駆動装置の動作
について図２に示したフローチャートを参照して説明す
る。まずステツプＳ１２において、この駆動装置が使用
されるロボット等に予め入力されているプログラムに従
って、鉄芯１６の移動するべき目標位置が読み出され
る。ステツプＳ１４では制御部２４は、この目標位置の
情報に従って、この目標位置に対応するコイル１２のイ
ンダクタンスの値を演算する。このとき、鉄芯１６のコ
イル１２に対する位置とコイル１２のインダクタンスと
の間には図３に示した様な関係があるので、鉄芯１６の
位置とコイル１２のインダクタンスの値の間には１対１
の対応関係がある。従って、図３に示したグラフから、
制御部２４は鉄芯１６の位置に対応するインダクタンス
の値を算出することができる。

【００１９】次に、ステツプＳ１６では、インダクタン
ス測定部２０は、鉄芯１６の現在位置、すなわちコイル
１２の現在のインダクタンスを測定し、ステツプＳ１８
に進む。ステツプＳ１８では、ステツプＳ１６で測定し
た鉄芯１６の現在位置に対応するインダクタンスの値と
目標位置に対応するインダクタンスの値とを比較する。
具体的には、制御部２４はステツプＳ１８において、
（現在位置に対応するインダクタンス値−目標位置に対
応するインダクタンス値）を演算する。

【００２０】ここで、例えば図１においてＡ点で示され
る位置を鉄芯１６の現在位置、Ｂ点で示される位置を鉄
芯１６の目標位置とする。すると、鉄芯１６がコイル１
２内に引き込まれるに従ってコイル１２のインダクタン
スは上昇するので、図３において例えばＢ点のインダク
タンスは２．９となり、Ａ点のインダクタンスは４．２
となる。この値を用いて上記の演算を行うと、２．９
（現在値）−４．２（目標値）＝−１．３となる。すな
わち、コイル１２に供給される電力が小さく、鉄芯１６
が目標位置よりもコイル１２から飛びだした位置にある
時には、上記の演算の結果はマイナスとなり、コイル１
２に供給される電力が大きく、鉄芯１６が目標位置より
もコイル１２内に引き込まれた状態にある時には、上記
の演算結果はプラスとなる。

【００２１】従って、ステツプＳ１８において、上記の
演算結果がマイナスであった場合には、コイル１２に供
給される電力が小さいのであるから、ステツプＳ２２に
進み、制御部２４は通電部２２に命令してコイル１２に
一定値の電流を流す。ここで、一定値の電流とは、連続
的にコイル１２に通電した場合、鉄芯１６がコイル１２
の最内方まで引き込まれるに十分な電流値である。そし
て、ステツプＳ１４に戻る。

【００２２】ステツプＳ１４からステツプＳ２２までの
動作は極短い時間（例えば１０ｍｓｅｃ⇒１００Ｈｚ）
で行われ、ステツプＳ２２からステツプＳ１４に戻ると
すぐに、再びステツプＳ１４〜ステツプＳ２２までの動
作ループが繰り返される。２回目のループのステツプＳ
１６においては、１回目のループのステツプＳ２２にお
いて既にコイル１２は通電されているので、鉄芯１６は
図１におけるＢ点からＡ点に向けて少し移動しており、
コイル１２のインダクタンスはそれに応じて僅かに上昇
し、例えば３．０程度になっている（Ｂ点では２．
９）。そして、再びステツプＳ１８で演算を行い、まだ
目標値に達していないので演算結果はマイナスとなり、
コイル１２への通電を続けてステツプＳ１４に戻る。こ
のようにステツプＳ１４からステツプＳ２２の動作を極
めて短い時間サイクルで何回か繰り返すと、鉄芯１６
は、Ａ点を通り越す位置まで移動する。鉄芯１６がＡ点
を通り越すとステツプＳ１８での演算結果がプラスとな
り、ステツプＳ２０に進む。

【００２３】ステツプＳ１８で演算結果がプラスとなっ
たということは上述した様に鉄芯１６が、Ａ点すなわち
目標位置を通り越してしまったことを意味しているの
で、ステツプＳ２０では、コイル１２の通電をＯＦＦ
し、圧縮バネ１４の付勢力により鉄芯１６がＢ点に向か
って少し戻る様にする。この結果、鉄芯１６はＡ点を通
り越した状態から、Ａ点に向かって戻り、コイル１２の
インダクタンスは、少し減少する。そしてステツプＳ１
４に戻る。

【００２４】そしてステツプＳ１４からステツプＳ２０
までの動作を極めて短い時間サイクルで１回あるいは数
回繰り返すと、鉄芯１６は、再びＡ点を逆方向に越えて
Ｂ点に近づき、ステツプＳ１８での演算結果がマイナス
に転じて、ステツプＳ２２で再びコイル１２への通電が
行われる。この様に、コイル１２への通電のＯＮ／ＯＦ
Ｆ動作が繰り返されることにより、鉄芯１６はＡ点を中
心として、その前後に振動状態となるが、その振幅は十
分に小さいので、Ａ点の極近傍に位置決めされることと
なる。そして、この状態は、ステツプＳ１２において、
新たな目標値が読み出されるまで保たれる。

【００２５】次に、通電部２２について少し説明を加え
ると、通電部２２は、コイル１２への通電を単にＯＮ／
ＯＦＦするだけではなく、目標値との差（偏差）の大き
さによりコイルに流す電流値の大きさを変える様にされ
ている。例えば、偏差の大きさに比例して電流値を大と
する比例制御（Ｐ）、前回の偏差と今回の偏差の変化量
により電流値を変化させる（Ｄ）、ある時間帯の偏差を
合計し、その値により電流値を変化させる（Ｉ）、偏差
が小の時には何もしない等、この様なＰＩＤ制御を行う
様にされている。

【００２６】次に、図４は、コイルと各部の接続状態を
具体的に示した図である。コイル１２と、インダクタン
ス測定部２０と、このインダクタンス測定のための交流
電源（第１電源）２６と、通電部２２と、駆動用の電源
部（第２電源）２８とは、図示した様に接続されてい
る。コイル１２のインダクタンスは、コイル１２に交流
（例えば１０００Ｈｚ）の微小電流を流し、その電流変
化または電圧変化を検出することにより測定される。

【００２７】図４において、交流電圧測定部２０ａから
の出力信号（１０００Ｈｚの成分のみの電圧変化）によ
り、インダクタンス検出部はコイル１２のインダクタン
スを測定し、その測定結果を制御部２４に出力する。制
御部２４はインダクタンスの測定結果を取り込み、それ
に基づいて前述したＰＩＤ制御により、コイル１２に流
す電流を決定し、通電部２２にその指令を送る。この様
にして、図２に示したフローチャートの動作が行われ
る。

【００２８】コイルのインダクタンス測定用の交流源で
ある第１電源２６は、図５（ａ）に示した様な弱い交流
電流（鉄芯１６を駆動できない程度の弱い電流）をコイ
ル１２に流すものであり、この電流値（または電圧値）
を測定することによりコイル１２のインダクタンスの値
が検出される。この弱い交流電流に、鉄芯１６を駆動す
るための駆動電流発生源である第２電源２８からの電流
が重畳され、結果として、コイル１２には、図５（ｂ）
に示したような電流が印加されることとなる。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の駆動装置及
びその制御方法によれば、コイルのインダクタンスの変
化を測定することにより、２つの部材の相対位置を測定
し、その測定情報をフィードバック信号として、２つの
部材の相対位置を制御する様にしているので、２つの部
材を、その相対位置を任意の位置にした状態で位置決め
することができる。また、上記の様な構成により、コイ
ルのインダクタンスを測定するための信号線とコイルの
電源線とを兼ねる１本の線と、もう１本のアース線だけ
しか必要としなくなるので、配線が単純化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる駆動装置の一実施形態の構成を
示す図である。

【図２】図１に示した駆動装置の動作を示したフローチ
ャートである。

【図３】コイルのインダクタンスの値と鉄芯の位置との
関係を示した図である。

【図４】コイルと各部の接続状態を具体的に示した図で
ある。

【図５】コイルに印加される電流の時間変化を示した図
である。

【符号の説明】

１２ コイル １４ 圧縮バネ １６ 鉄芯 ２０ インダクタンス測定部 ２２ 通電部 ２４ 制御部 ２６ 第１電源 ２８ 第２電源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リターンスプリングを有する電磁ソレノ
   イドを用いた駆動装置であって、 磁性体からなる芯棒と、 該芯棒を駆動するためのコイルと、 前記芯棒を前記コイルから抜け出す方向に付勢するリタ
   ーンスプリングと、 前記芯棒の変位により変化する前記コイルのインダクタ
   ンスを検出することにより、前記芯棒の位置を検出する
   検出回路と、 前記芯棒を目標位置に移動させるにあたり、前記リター
   ンスプリングの付勢力に抗する方向に移動させる場合
   は、ＰＩＤ制御された出力電流を前記コイルに流すとと
   もに、前記リターンスプリングの付勢方向と同じ方向に
   移動させる場合は前記コイルに電流を流さないように出
   力電流を制御する出力制御回路とを有し、 前記検出回路は、前記インダクタンスを検出するため
   に、前記芯棒を駆動する電流に比較して十分小さな電流
   値で、前記芯棒を駆動する電流の周波数より十分高い周
   波数を有する検出電流を、前記芯棒を駆動する電流に重
   畳して前記コイルに流すことを特徴とする駆動装置。