JP3387324B2 - 磁石可動型リニアモータの位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、コイルユニットを
複数連結して成る固定子に沿って永久磁石から成る可動
子を走行させる磁石可動型リニアモータの位置検出装置
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】現在、固定子に内蔵された固定子コイル
を励磁して可動子を駆動する磁石可動型リニアモータ
が、工場の搬送ライン等に用いられている。この磁石可
動型リニアモータでは、可動子永久磁石と固定子コイル
との相対位置を固定子側に設けられたセンサによって検
出し、該固定子に取り付けられた固定子コイルを選択的
に励磁することにより可動子を駆動している。 【０００３】図５を参照して、従来技術に係る磁石可動
型リニアモータの構成について説明する。固定子コイル
１７を内蔵するコイルユニット１１２を複数個連結する
ことにより固定子１１０が形成される。そして、固定子
１１０の固定子コイル１７に沿って、複数の永久磁石４
４から成る可動子４０を走行させる。この可動子４０の
永久磁石と各コイルユニット１１２の固定子コイル１７
との相対位置は、該コイルユニット１１２に配設された
センサユニット１４にて検出する。このセンサユニット
１４は、３個の感磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃから成
り、各感磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、コントロー
ルユニット１３０にセンサバスライン３２を介して接続
されている。 【０００４】コントロールユニット１３０は、センサユ
ニット１４からの検出信号に基づきトランジスタ回路３
６へ駆動信号を与え、電力バスライン３８を介して固定
子コイル１７を励磁する。即ち、可動子４０が位置して
いるコイルユニット１１２でのセンサユニット１４の各
感磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの検出信号が、オ
ア回路２２に入力され、この入力に対応してオア回路２
２は出力をスイッチ回路２０へ印加する。これによりス
イッチ回路２０は、可動子４０の位置している固定子コ
イル１７を電力バスライン３８に接続する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】従来技術に係る磁石可
動型リニアモータでは、センサユニットからの検出信号
をアップ・ダウンカウントすることにより可動子の現在
位置を算出しているため、停電等が発生すると、可動子
の現在位置が分からなくなる。このため、停電復帰後
に、原点位置まで可動子を移動させ、該原点位置にて、
現在位置のカウンタ値をリセットした後、現在位置の算
出を再開していた。なお、バックアップ用の電源により
算出した現在位置値を停電中も保持することは可能であ
るが、可動子が走行中に停電した場合には、停電後の可
動子の慣性による移動量を検出することが不可能である
ため、やはり現在位置は求め得なかった。 【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、停電復
帰後に特別のリセット動作を必要としない磁石可動型リ
ニアモータの位置検出装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁石可動型リニアモータの位置検出装置で
は、複数の永久磁石から成る可動子と、複数のコイルユ
ニットを連結して成る固定子と、前記各コイルユニット
に配設され、前記可動子永久磁石と固定子コイルとの相
対位置を検出するセンサと、前記センサからの位置検出
信号により固定子コイルへの通電を切換える通電切換手
段とからなる磁石可動型リニアモータにおいて、前記セ
ンサの検出信号の立ち上がり及び立ち下がりをアップ・
ダウンカウントすることにより前記可動子の現在位置を
算出する現在位置算出手段と、前記各コイルユニットに
配設されたセンサが各々選択スイッチを介して接続され
る複数の信号ラインからなる絶対位置信号ラインを含
み、選択スイッチを介しての前記センサの検出信号に基
づき前記可動子の動作範囲を複数の領域に区分して、前
記可動子のある領域、及び各領域間の絶対位置を検出す
る絶対位置検出手段と、停電復帰後における前記可動子
の最初の動作時に前記絶対位置検出手段の絶対位置信号
を監視し、該信号が変化したら、その変化状態に応じて
前記現在位置算出手段の現在位置値を対応する絶対位置
値にリセットする制御手段とを備えたことを技術的特徴
とする。 【０００８】 【作用】現在位置算出手段が、センサの検出信号をアッ
プ・ダウンカウントすることにより可動子の現在位置を
算出する。停電等により、可動子の現在位置が不明にな
ったときには、停電復帰後における可動子の最初の動作
時に制御手段が絶対位置検出手段の絶対位置信号を監視
し、該信号が変化したら、その変化状態に応じて現在位
置算出手段の現在位置値を対応する絶対位置値にリセッ
トする。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図１は本発明の第１
実施態様に係る磁石可動型リニアモータの回路図であ
り、図２は該リニアモータの斜視図である。図２に示す
ように固定子１０は、コイル板１６及び基板１７から成
るコイルユニット１２を複数連結して成る。 【００１０】該リニアモータは、該コイル板１６を複数
連結して成る１本の走行軌道１８上を可動子４０が走行
する。コイルユニット１２のコイル板１６には、二組の
固定子コイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ａ’、１
６ｂ’１６ｃ’が内蔵されており、これらは図３に示す
ようにシリーズに３相スター結線されている。複数の永
久磁石４４から成る可動子４０は、該コイル板１６の固
定子コイル１６ａ〜１６ｃ’を流れる電流と永久磁石４
４の磁束との相互作用により、推力が付与される。 【００１１】可動子４０は、ヨーク４２に同一形状の複
数の永久磁石４４を配列固定して成る。この複数の可動
子磁石４４は、厚さ方向に着磁され、図１に示すように
隣り合うどうしはそれぞれ極性を異にしている。ヨーク
４２の一方の側面には延在部４６が設けられ、該延在部
４６には複数の検出用磁石４８が保持されている。この
検出用磁石４８は、該検出用磁石４８の上方に位置して
いる上記複数の永久磁石４４の極性とそれぞれ同一とな
るように着磁されている。可動子４０の永久磁石４４と
固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’との相対位置を検出する
センサユニット１４が、コイルユニット１０の基板１７
上に配置されている。センサユニット１４は、上記検出
用磁石４８と対向する位置に設けられており、また各コ
イルユニット１２に設けられ、可動子４０がどのコイル
ユニット１２に位置していても可動子永久磁石４４と固
定子コイル１６ａ〜１６ｃ’との相対位置を検出できる
ようにされている。 【００１２】コイルユニット１２の回路図である図１を
参照して第１実施態様のリニアモータの電機的な構成に
ついて説明する。可動子永久磁石４４と固定子コイル１
６ａ〜１６ｃ’との相対位置を検出するためのセンサユ
ニット１４は、各固定子コイル１６ａ、１６ａ’、１６
ｂ、１６ｂ’、１６ｃ、１６ｃ’と対応づけた３個の感
磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃから成り、各感磁素子１
４ａ、１４ｂ、１４ｃは、コントロールユニット３０の
制御回路３４にセンサバスライン３２を介して接続され
ている。このセンサバスライン３２は、各センサユニッ
ト１４の感磁素子１４ａを検出角が一致するように接続
したａ相信号ライン３２ａと、各感磁素子１４ｂを検出
角が一致するように接続したｂ相信号ライン３２ｂと、
各感磁素子１４ｃを検出角が一致するように接続したｃ
相信号ライン３２ｃとから成る。また、制御回路３４
は、電源と電力バスライン３８を接続するトランジスタ
回路３６に接続されている。そして、上記コイル板１６
がスイッチ回路２０を介して電力バスライン３８に接続
されている。他方、該スイッチ回路２０には、オア回路
２２を介してセンサユニット１４からの検出信号が加え
られるようになっている。 【００１３】センサユニット１４の上記各感磁素子１４
ａ、１４ｂ、１４ｃとしては、例えば、ホール素子が用
いられる。この各感磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃの間
隔は、可動子永久磁石４４の磁極ピッチの１／３に設定
されており、センサユニット１４からは磁極ピッチの１
／３のピッチで信号が出力される。 【００１４】センサユニット１４の各感磁素子１４ａ、
１４ｂ、１４ｃからの検出信号は、オア回路２２に入力
される。いずれかの感磁素子の入力に対応してオア回路
２２は出力をスイッチ回路２０へ印加する。これにより
スイッチ回路２０は、上記コイル板１６が３相スター結
線のため、２個のスイッチ２０ａ、２０ｂを閉成するこ
とで上記コイル板１６を通電可能な状態に切り換える。 【００１５】上記オア回路２２は、さらに、選択スイッ
チ５４を介して２本の信号ライン５２ｄ、５２ｅからな
る絶対位置信号ライン５２に接続されている。この選択
スイッチ５４は、一方の接点５４ｄ側へ接続されている
ときは、オア回路２２の出力、即ち、センサユニット１
４の出力を信号ライン５２ｄへのせる。また、他方の接
点５２ｅ側へ接続されているときは、オア回路２２の出
力を信号ライン５２ｅへのせる。 【００１６】コイルユニット１２は上述したように可動
子の走行軌道１８として必要な長さだけ連結され、この
連結の際に、センサバスライン３２、絶対位置信号ライ
ン５２、及び電力バスライン３８が、隣接するコイルユ
ニット１２、１２間において相互に接続される。 【００１７】コントロールユニット３０は、制御回路３
４と、トランジスタ回路３６とから成り、制御回路３４
はセンサユニット１４からの検出信号に基づきトランジ
スタ回路３６へ駆動信号を与える。トランジスタ回路３
６は、上記駆動信号を基に６個のトランジスタＴｒａ、
Ｔｒａ’、Ｔｒｂ、Ｔｒｂ’、及び、Ｔｒｃ、Ｔｒｃ’
をオン、オフして、コイル板１６の各固定子コイル１６
ａ〜１６ｃ’を励磁する。なお、コイル板１６の固定子
コイル１６ａ〜１６ｃ’の励磁相は、可動子永久磁石４
４と固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’との相対位置と、可
動子４０の動作方向とにより決定される。 【００１８】次に、上記構成に係るリニアモータの動作
について説明する。目標位置が定められると、可動子４
０が位置するコイルユニット１２に設けられたセンサユ
ニット１４が可動子永久磁石４４と固定子コイル１６ａ
〜１６ｃ’との相対位置を検出する。その検出信号はセ
ンサバスライン３２を介して制御回路３４へ送出される
とともに、オア回路２２を介してスイッチ回路２０へも
送出される。これによりスイッチ回路２０は、２個のス
イッチ２０ａ、２０ｂを閉成して電力バスライン３８か
ら固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’へ通電可能な状態に切
り換える。他方、センサバスライン３２を介して制御回
路３４へ送られた検出信号と可動子４０の動作方向を基
に、制御回路３４は、励磁相を順次決定してトランジス
タ回路３６のトランジスタＴｒａ、Ｔｒａ’、Ｔｒｂ、
Ｔｒｂ’、及び、Ｔｒｃ、Ｔｒｃ’をオン、オフさせ
る。これにより、固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’が励磁
され、可動子４０にフレミング左手の法則に基づく推力
が発生し、可動子４０が目標位置に向かって移動する。 【００１９】可動子４０の移動と共に隣接するコイルユ
ニット１２に可動子４０が順次対応していくと、隣接す
るコイルユニット１２に設けられたセンサユニット１４
が、検出信号を制御回路３４、及び、スイッチ回路２０
に送出する。これにより隣接するコイルユニット１２の
スイッチ回路２０は、電力バスライン３８から当該コイ
ルユニット１２の固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’への通
電を可能な状態にする。以下、同様にして、可動子４０
に推力を連続的に作用させる。なお、コイルユニット１
２に設けられたセンサユニット１４を可動子４０が通過
すると、センサユニット１４が検出信号を出力しなくな
り、そのコイルユニット１２はスイッチ回路２０がオフ
することにより固定子コイル１６ａ〜１６ｃ’への通電
が不可能な状態になる。 【００２０】ここで可動子４０の位置検出について、図
４を参照して説明する。図４は、図１に示す制御回路３
４と、各コイルユニット１２のセンサユニット１４との
関係について模式的に示すと共に、各感磁素子１４ａ、
１４ｂ、１４ｃから検出された信号波形、即ち、ａ、
ｂ、ｃ相信号ライン３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び、絶
対位置信号ライン５２ｄ、５２ｅの信号波形を示してい
る。なお、ここでは、コイルユニットとして、１２−１
〜１２−６の６個のコイルユニットのみを図示の便宜上
示している。 【００２１】コイルユニット１２−１から１２−２側へ
図中右方向へ可動子４０が走行する際には、感磁素子１
４ｃ、１４ｂ、１４ａの順で検出信号が出力される。制
御回路３４は、この信号波形の立ち上がり及び立ち下が
り回数をアップカウントすることにより、可動子４０の
現在位置を算出する。他方、コイルユニット１２−２か
ら１２−１側へ図中左方向へ走行する際には、感磁素子
１４ａ、１４ｂ、１４ｃの順で検出信号が出力される。
これにより可動子４０の走行方向が分かり、信号波形の
立ち上がり及び立ち下がり回数をダウンカウントするこ
とにより、可動子４０の現在位置の算出を続ける。 【００２２】ここで、コイルユニット１２−１及び１２
−２の選択スイッチ５４は、一方の接点５４ｄ側に接続
されている。また、コイルユニット１２−５及び１２−
６の選択スイッチ５４は、他方の接点５２ｅ側に接続さ
れている。コイルユニット１２−３及び１２−４の選択
スイッチ５４はいずれの接点にも接続されていない。 【００２３】即ち、可動子４０がコイルユニット１２−
１、１２−２と対応しているときには、一方の絶対位置
信号ライン５２ｄへ、感磁素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
からハイレベルの検出信号がオア回路２２を介して出力
され、他方の絶対位置信号ライン５２ｅはロウレベルに
保たれる。ここで、可動子４０が図中のコイルユニット
１２−１の左端位置（始端）にあるときをＰ0 、コイル
ユニット１２−２の右端位置にあるときをＰ1 とし、一
方の絶対位置信号ライン５２ｄが〔ハイレベル〕、他方
の絶対位置信号ライン５２ｅが〔ロウレベル〕となる領
域をＸ領域とする。 【００２４】また、可動子４０がコイルユニット１２−
３、１２−４と対応しているときには、絶対位置信号ラ
イン５２ｄ、５２ｅはいずれもロウレベルに保たれる。
ここで、可動子４０が図中のコイルユニット１２−４の
右端位置にあるときをＰ2 とし、位置Ｐ1 から位置Ｐ2
までの絶対位置信号ライン５２ｄ、５２ｅがいずれも
〔ロウレベル〕となる領域をＹ領域とする。 【００２５】また、可動子４０がコイルユニット１２−
５、１２−６と対応しているときには、一方の絶対位置
信号ライン５２ｄはロウレベルに保たれ、他方の絶対位
置信号ライン５２ｅはオア回路２２からハイレベルの検
出信号が出力される。ここで、可動子４０が図中のコイ
ルユニット１２−６の右端位置（終端）にあるときをＰ
E とし、位置Ｐ2 から位置ＰE までの一方の絶対位置信
号ライン５２ｄが〔ロウレベル〕、他方の絶対位置信号
ライン５２ｅが〔ハイレベル〕となる領域をＺ領域とす
る。 【００２６】この実施態様では、停電により可動子４０
の現在位置値が不明になっても、絶対位置信号ライン５
２ｄ、５２ｅの信号レベルから可動子４０がＸ、Ｙ、Ｚ
領域のいずれに属しているかを認識することができる。
例えば、一方の絶対位置信号ライン５２ｄが〔ハイレベ
ル〕、他方の絶対位置信号ライン５２ｅが〔ロウレベ
ル〕のときにはＸ領域に、いずれも〔ロウレベル〕のと
きにはＹ領域に、更に、一方の絶対位置信号ライン５２
ｄが〔ロウレベル〕、他方の絶対位置信号ライン５２ｅ
が〔ハイレベル〕のときにはＺ領域に属していることが
分かる。また、Ｐ1 及びＰ2 の２点の絶対位置の検出が
できる。 【００２７】制御回路３４には、初期設定時のテーチン
グ動作の際に、予め図４に示すＰ0、Ｐ1 、Ｐ2 、ＰE
及び後述するＰX の絶対位置値を不揮発性メモリへ保持
し、可動子４０の現在位置値が停電により失われた際に
は、絶対位置Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ2 、ＰE を通過する際に、
不揮発性メモリへ保持された当該位置値にリセットす
る。 【００２８】上述した制御回路３４による停電復帰後の
リセット動作について図４を参照して更に詳細に説明す
る。停電復帰後の可動子４０の最初の動作で、まず可動
子４０が上記Ｘ、Ｙ、Ｚのどの領域にあるかを検出す
る。そして、可動子４０のある領域と目標位置とを比較
し、可動子４０が目標位置より左側にある場合、及び目
標位置が可動子４０のある領域内にある場合には、絶対
位置Ｐ0 からＸ領域のストローク分以上左側へずれた絶
対位置ＰX の値を可動子４０の仮の現在位置値として設
定する。また、可動子４０が目標位置より右側にある場
合には、絶対位置ＰE の値を可動子４０の仮の現在位置
値として設定する。 【００２９】この状態で可動子４０を目標位置に向かっ
て動作させると、この動作中、制御回路３４が絶対位置
信号ライン５２ｄ、５２ｅの信号レベルの変化を監視
し、信号レベルが変化したら、その時点で変化の状態に
応じて可動子４０の現在位置値をメモリに保持されてい
る絶対位置Ｐ1 、Ｐ2 のいずれかの値にリセットする。
その後、可動子４０の動作を継続する。一方、絶対位置
信号ライン５２ｄ、５２ｅの信号レベルが変化する前に
可動子４０が動作できなくなった場合には、可動子４０
が始端または終端にあると判断し、動作方向に応じて可
動子４０の現在位置値をメモリに保持されている絶対位
置Ｐ0 またはＰE の値にリセットし、上記と同様に可動
子４０の動作を継続する。これにより、可動子４０は目
標位置に正確に到達し得る。なお、上述のように可動子
４０が目標位置より左側にある場合、及び目標位置が可
動子４０のある領域内にある場合に、絶対位置ＰX の値
を可動子４０の仮の現在位置値として設定するのは、可
動子４０及び目標位置がいずれもＸ領域にある場合、絶
対位置Ｐ0 の値を可動子４０の仮の現在位置として設定
すると、可動子４０がＸ領域内で目標位置に到達したと
して停止し、停電復帰後の可動子４０の最初の動作で可
動子４０の現在位置値をリセットできない事態が生ずる
ことがあるからである。 【００３０】ここで、従来技術の磁石可動型リニアモー
タにおいては、停電により可動子の現在位置が分からな
くなると、原点位置まで可動子を移動させ、原点位置に
て現在位置のカウンタ値をリセットする必要があった。
これに対して、本実施態様では、上述したように、可動
子４０がＸ、Ｙ、Ｚのどの領域に属しているか、及び各
領域間の２点の絶対位置Ｐ1 、Ｐ2 を絶対位置信号ライ
ン５２ｄ，５２ｅからの信号により検出することができ
るので、停電復帰後も、特別のリセット動作を行うこと
なく可動子４０の最初の動作の際に可動子４０の走行方
向を決定し、そして、走行中に絶対位置Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ
2 、ＰE を可動子４０が通過することにより、自動的に
現在位置値をリセットすることができる。 【００３１】なお、上述した実施態様では、３個の感磁
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃを用いる３相励磁方式の磁
石可動型リニアモータを例に挙げたが、本発明は、１対
の感磁素子を用いる２相励磁方式の磁石可動型リニアモ
ータにも適用できる。更に、上述した実施態様では、２
本の絶対位置信号ライン５２ｄ、５２ｅを用いて、２ビ
ットの位置情報を印加することで３種類の領域を設定し
たが、例えば、３本の絶対位置信号ラインを設け、３ビ
ットの位置情報を印加することで８種類の領域を設定す
ることも可能である。 【００３２】 【効果】以上記述したように本発明の磁石可動型リニア
モータの位置検出装置によれば、停電復帰後の可動子の
最初の動作時に、可動子の属する領域を検出して走行を
開始し得ると共に、走行中に自動的にリセット動作を行
えるため、停電復帰後の特別のリセット動作が不要とな
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施態様に係る磁石可動型リニア
モータの構成を示す回路図である。 【図２】実施態様に係る磁石可動型リニアモータの斜視
図である。 【図３】図１に示す磁石可動型リニアモータの固定子コ
イルの回路図である。 【図４】図１に示す磁石可動型リニアモータの結線図、
及び、センサの信号波形図である。 【図５】従来技術に係る磁石可動型リニアモータの構成
を示す回路図である。 【符号の説明】 １０ 磁石可動型リニアモータ １２ コイルユニット １４ａ、１４ｂ、１４ｃ 感磁素子 １６ コイル板 ２０ スイッチ回路 ２２ オア回路 ３２ａ ａ相信号ライン ３２ｂ ｂ相信号ライン ３２ｃ ｃ相信号ライン ３４ 制御回路 ５２ｄ 絶対位置信号ライン ５２ｅ 絶対位置信号ライン

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の永久磁石から成る可動子と、 複数のコイルユニットを連結して成る固定子と、 前記各コイルユニットに配設され、前記可動子永久磁石
   と固定子コイルとの相対位置を検出するセンサと、 前記センサからの位置検出信号により固定子コイルへの
   通電を切換える通電切換手段とからなる磁石可動型リニ
   アモータにおいて、 前記センサの検出信号の立ち上がり及び立ち下がりをア
   ップ・ダウンカウントすることにより前記可動子の現在
   位置を算出する現在位置算出手段と、 前記各コイルユニットに配設されたセンサが各々選択ス
   イッチを介して接続される複数の信号ラインからなる絶
   対位置信号ラインを含み、選択スイッチを介しての前記
   センサの検出信号に基づき前記可動子の動作範囲を複数
   の領域に区分して、前記可動子のある領域、及び各領域
   間の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、 停電復帰後における前記可動子の最初の動作時に前記絶
   対位置検出手段の絶対位置信号を監視し、該信号が変化
   したら、その変化状態に応じて前記現在位置算出手段の
   現在位置値を対応する絶対位置値にリセットする制御手
   段とを備えたことを特徴とする磁石可動型リニアモータ
   の位置検出装置。