JP4206519B2

JP4206519B2 - リニア駆動装置

Info

Publication number: JP4206519B2
Application number: JP22232798A
Authority: JP
Inventors: 恭次村岸; 均安田
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP2000041393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向の振動を行うリニア駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８には、従来のリニア駆動装置として、例えば、振動コンベヤ１が示されている。振動コンベヤ１は、振子機構を有した複数の支持部２１によって支持された可動体としてのトラフ７と、トラフ７を振動させるための加振源であるリニアモータ１６とから構成されている。そして、トラフ７内には複数の図示しない物品が点在しており、図において矢印ｆに示すように、左方から右方へ移送される。
【０００３】
支持部２１は振子機構を有しており、トラフ７の左右に対で、複数対配設されている（図においては２対示されている）。この支持部２１は、底部２２ａを有し地上に支持された逆Ｖ字形状の支持体２２と、一端が支持体２２の頂点にピンＰ’により枢着され、他端がトラフ７の側壁にピンＰ”によって枢着されて揺動可能に吊下されている揺動板２３とから構成されている。
【０００４】
図９はリニアモータ１６の拡大斜視図を、図１０はリニアモータ１６の作用を示す模式図を示す。リニアモータ１６は、トラフ７の底面に固定されている２次側部材１７と、この２次側部材１７上に、車輪１８ａによって支持されている１次側部材１８とから構成されている。２次側部材１７は、水平部１７ａとこの両端を支持している支持部１７ｂ、１７ｂ’とから構成され、上に開口を向けたコの字形状をしている。この水平部１７ａの上面には、図９に示されるように、その両側部に車輪１８ａがガイドされて摺動する溝１７ａａ（これはトラフ７の長手方向に延びている）が形成され、その中央には、磁性材からなる複数の歯１７ａｂが、物品の移送方向に直角に並んで配設されている。また、１次側部材１８の車輪１８ａは図示しない軸に固定され、水平部１７ａと所定の空隙ｓを有して配設されている。従って、リニアモータ１６は設置面である地上Ｇから離れた空中に配設されている。更に、１次側部材１８は、コイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃを巻回した３つの極Ｕ、Ｖ、Ｗを有し、この極Ｕ、Ｖ、Ｗには、図１０に示すように、薄板状の永久磁石Ｍが３枚ずつ、同極が相向くように配設されている。なお、このコイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、それぞれ１２０度ずつ、異なる３相交流が供給されている。
【０００５】
また、１次側部材１８には、２次側部材１７に対する１次側部材１８の相対的位置を検出するために、磁気センサを備えたインクリメンタル型のエンコーダＥｍが設けられている。そして、２次側部材１７には、磁化されたスケールＥｓが設けられており、１次側部材１８が２次側部材１７上を移動すると、移動距離に相当するパルス信号が得られ、このパルス信号のカウント数から、１次側部材１８の２次側部材１７に対する位置の変位量が求められる。また、２次側部材１７の水平部１７ａ上の両端部にはリミットセンサ２０ａ、２０ｂがそれぞれ設けられている。
【０００６】
従来の振動コンベヤ１は以上のように構成されるが、次にこの作用について説明する。なお、リニアモータ１６は高力密度リニアモータであり、この原理は、例えば、神鋼電機技報告の１２８号ｖｏｌ．３６，Ｎｏ２（１９９１）の第８６〜９３頁に記載されているので、ここでは、その作用については図１０を参照してごく簡単に説明する。
【０００７】
例えば、極Ｕのコイル１９ａに、図１０に示す方向に電流を流すと、この電流によって下向きの磁束が発生する。そのため極Ｕにおいて、永久磁石Ｍによって発生している下向きの磁束は強められ、それと逆向きの磁束は打ち消される。このとき、極Ｖ、Ｗは、極Ｕに対してそれぞれ１２０度、２４０度位相がずれているため、コイル１９ｂ、１９ｃは図１０に示される方向に電流が流れる。そのため、極Ｖ、Ｗにおいては永久磁石Ｍによって発生している上向きの磁束は強められ、それと逆向きの磁束は打ち消されることになる。従って、極Ｕ、Ｖ、Ｗにおいて、図１０に示すような磁力線が発生し、すなわち磁気吸引力が２次側部材１７の歯１７ａｂと１次側部材１８の極Ｕ、Ｖ、Ｗとの間で発生し、１次側部材１８が左方に移動する。
【０００８】
すなわち、リニアモータ１６のコイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃに、それぞれ位相差が１２０度ずつずれた交流電流を流すと、上述した作用により、極Ｕ、Ｖ、Ｗの順番で、代わる代わるに磁気吸引力が、歯１７ａｂと極Ｕ、Ｖ、Ｗとの間で発生し、これにより１次側部材１８が左方に移動する。このとき、１次側部材１８は車輪１８ａを介して２次側部材１７上を摺動するため、この１次側部材１８の反力を２次側部材１７の水平部１７ａが受ける。従って、２次側部材１７は、１次側部材１８の移動方向と反対側の右方に力が作用する。すなわち、２次側部材１７が取り付けられているトラフ７も、右方へと加速する。なお、このときには、トラフ７がゆっくりと加速するように、すなわちこれに反力を与える１次側部材１８がゆっくり加速されるように、コイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃの電流を調節する。
【０００９】
次に、極Ｕ、Ｖ、Ｗに与えるコイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃに、逆向きに電流を与える。すなわち、極Ｗ、Ｖ、Ｕの順番で、代わる代わるに磁気吸引力が、２次側部材１７の歯１７ａｂと１次側部材１８の極Ｕ、Ｖ、Ｗとの間で発生する。この磁気吸引力により１次側部材１８は右方に移動する。このときも、２次側部材１７の水平部１７ａが１次側部材１８の反力を受けるため、２次側部材１７が取り付けられているトラフ７は、１次側部材１８の移動方向と反対側の左方に移動する。このときには、トラフ７を物品の静止摩擦力に打ち勝つ力で左方に加速する（物品に対してトラフ７のみが後退する）よう、１次側部材１８を素早く加速できるように、コイル１９ａ、１９ｂ、１９ｃの電流を調節する。
【００１０】
以上の一連の動作を繰り返すことで、すなわち、トラフ７が物品の移送方向と同じ方向に移動する際には、ゆっくりと、移動方向と反対側に移動する際には、トラフ７のみが後退するようにして、振動コンベア１は振動し、トラフ７上の物品を右方へと移送する。このとき支持部１１は、図８において１点鎖線と２点鎖線で示されるように揺動して、トラフ７を支えている。
【００１１】
リニアモータ１６の駆動開始時、１次側部材１８が、トラフ７の振動変位に関して中央位置、つまりトラフ７に固定されている２次側部材１７の中心Ｃに対してずれた位置にあるまま動かしてしまうと、２次側部材１７の支持部１７ｂ、１７ｂ’に衝突するおそれがあり、所定の振動が得られなくなるばかりか、騒音を発生したり、１次側部材１８及び支持部１７ｂ、１７ｂ’が損傷を受けたりする。そこで、駆動開始時に、１次側部材１８を、２次側部材１７の中心Ｃに位置させるように、センタリングをする必要がある。そのためには、１次側部材１８の２次側部材１７に対する相対的位置を知る必要があるが、インクリメンタル型のエンコーダは、電源のＯＮ・ＯＦＦによって計数回路がリセットされるため、前に停止した位置を記憶していない。つまり、駆動開始時、１次側部材１８と２次側部材１７の相対的な位置関係が検出できない。そこで、次に説明するように、２次側部材１７の水平部１７ａ上の両端部に設けたリミットセンサ２０ａ、２０ｂを利用して、１次側部材１８の駆動開始時におけるセンタリングをおこなっている。
【００１２】
まず、１次側部材１８を、左右どちらかの方向、例えば図８において右というように方向を設定しておいてこの方向に１次側部材１８をゆっくりと低速で動かす。そして、リミットセンサ２０ｂによって検知されるのであるが、このときの位置を基準として、ここからどのくらい中心Ｃに向かって動かせば１次側部材１８が２次側部材１７に対して中心に位置するのかという予め設定された値に基づいてエンコーダのカウントを行ない１次側部材１８のコイルに流す電流を制御し１次側部材１８のセンタリングを行なう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
１次側部材１８を右方向に動かす場合、図のように１次側部材１８が中心Ｃに対して右側にずれて位置していれば、短い距離でリミットセンサ２０ｂに到達するが、中心Ｃより左側に位置している場合リミットセンサ２０ｂまでは長い距離を動かさなければならない。このとき、左端のリミットセンサ２０ａの方へ動かせば短い距離で済むが、上述したように、インクリメンタル型のエンコーダでは駆動開始時、１次側部材１８が２次側部材１７に対して左右どちらにずれて位置しているのか判別できないので、その位置に応じて１次側部材１８の動かす方向を選択することができない。また、直接１次側部材１８を中心Ｃへ向かって動かすのではなく、一度左右どちらかのリミットセンサ２０ａ、２０ｂの方へと動かしてからセンタリングを行なわなければならない。そして、１次側部材１８は低速でゆっくりと動かすので、上述した方法では、センタリングに時間がかかり速やかに行うことができない。
【００１４】
また、絶対位置を検出でき、常にその位置を記憶していることのできるアブソリュート型のエンコーダを用いれば、上述したようなことをする必要がないが、アブソリュート型のエンコーダは構造が複雑であり、バックアップの電源を必要とすることなどからコストが高くなってしまう。
【００１５】
また、リニアモータ１６の駆動中は、１次側部材１８が中心Ｃを振動中心とするように、エンコーダからの位置信号に基づいて１次側部材１８のコイル電流を制御して駆動させるが、長時間駆動していると、制御回路上で発生するオフセットノイズや外乱などの影響により、例えばエンコーダのカウントに誤りが生じたりして、１次側部材１８の位置が、駆動開始時にセンタリングした位置から徐々にずれていき、１次側部材１８が可動範囲を越えてしまい２次側部材１７の支持部１７ｂ、１７ｂ’と衝突してしまう。
【００１６】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、駆動開始時にむだな動きなしに速やかに１次側又は２次側を、可動体の振動変位に関し中央位置に位置決めをすることができ、更に長時間の駆動中においても１次側又は２次側が前記中央位置を振動中心とするように振動することができるリニア駆動装置を提供することを課題とする。
【００１７】
以上の課題は、可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその１次側及び２次側のうちの２次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記１次側の前記２次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記１次側又は２次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、前記１次側に取り付けられた位置センサと、前記２次側に取り付けられ、前記位置センサのストローク中心位置から、少なくとも前記ストロークの一端部まで延在する被検出部材とを具備し、前記１次側が前記中央位置に関しどちら側に停止しているかどうかを判断し、該判断結果とは逆方向に駆動させるようにしたことを特徴とするリニア駆動装置、によって解決される。
【００１８】
又は、以上の課題は、可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその１次側及び２次側のうちの２次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動中に、前記１次側を、前記可動体の振動変位に関し、常に中央位置が振動中心になるように前記１次側を駆動するようにしたリニア駆動装置において、前記１次側に取り付けられた位置センサと、前記２次側に取り付けられ、前記位置センサのストローク中心位置から、少なくとも前記ストロークの一端部まで延在する被検出部材と、前記１次側又は前記２次側に取り付けられたエンコーダとを具備し、前記位置センサが前記ストローク中心位置を検出時に、該エンコーダのカウンタ値を０又は所定の値に校正するようにしたことを特徴とするリニア駆動装置、によって解決される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、上記従来例と同様な部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
本実施の形態による、リニア駆動装置としての振動コンベヤ１１の側面図を図１に、リニアモータ１６’の拡大斜視図を図２に示す。なお、図１及び図２は、１次側１８が、２次側１７の中心Ｃに位置している状態を示す。振動コンベヤ１１は、従来例の振動コンベヤ１と同様に、振子機構を有した複数の支持部２１によって支持された可動体としてのトラフ７と、トラフ７を振動させるための加振源であるリニアモータ１６’とから構成されている。リニアモータ１６’は従来例のリニアモータ１６と同じ高力密度リニアモータの駆動原理を有するものであり、その作用も同じである。
【００２１】
リニアモータ１６’において、その１次側１８の側面中央部には位置センサ３が取り付けられている。位置センサ３は、図３に示すように下向きコ字形状を呈しており、２つの発光素子４ａ、４ｂと、これらにそれぞれ対向して２つの受光素子５ａ、５ｂとを備えている。
【００２２】
２次側１７には、平板状の被検出部材２が、発光素子４ａ、４ｂと受光素子５ａ、５ｂとの間に介在させ得るようにして、取り付けられている。この被検出部材２は、一端を２次側１７の中心Ｃに合わせて、２次側１７の左端の支持部１７ｂにまで延在している。
【００２３】
そして、１次側１８が、２次側１７の中心Ｃに位置しているときのセンサ３と被検出部材２との位置関係は、図３に示すように、被検出部材２が、発光素子４ａと受光素子５ａとの間のみに介在するような位置関係をとる。
【００２４】
なお、１次側１８には従来例と同様にインクリメンタル型のエンコーダＥｍが設けられ、２次側１７には磁化されたスケールＥｓが設けられている。
【００２５】
本実施の形態による振動コンベヤ１１は以上のように構成されるが、次にこの作用について説明する。図５は、１次側１８が２次側１７の中心Ｃに対して右側にずれて位置している状態を示す。駆動開始時、１次側１８がこのような位置に停止していたとすると、位置センサ３の２対の発光、受光素子（４ａ、５ａ）、（４ｂ、５ｂ）はどちらも被検出部材２にふさがれておらず、つまり光の透過状態にある。このときの位置センサ３の出力信号、例えば”１”により、１次側１８が２次側１７の中心Ｃに対して右側にあると判断して、これと逆の左へと１次側１８を駆動させて、図４で示される状態にセンタリングをする。
【００２６】
図６は、１次側１８が２次側１７の中心Ｃに対して左側にずれて位置している状態を示す。駆動開始時、１次側１８がこのような位置に停止していたとすると、位置センサ３の２対の発光、受光素子（４ａ、５ａ）、（４ｂ、５ｂ）は両方とも被検出部材２にふさがれており、つまり光の遮光状態にある。このときの位置センサ３の出力信号、例えば”０”により、１次側１８が２次側１７の中心Ｃに対して左側にあると判断して、これと逆の右へと１次側１８を駆動させて、図４で示される状態にセンタリングをする。
【００２７】
このようにして、位置センサ３の２対の発光、受光素子（４ａ、５ａ）、（４ｂ、５ｂ）の両方ともが、遮光されているか、透過されているかの検出に基づいて、１次側１８が２次側１７に対して左右どちらに位置しているか判断し、この判断結果とは逆の方向へ１次側１８を駆動してセンタリングを行なう。そして、透過から遮光、あるいは遮光から透過へと切り替わった位置を、１次側１８の振動中心として検出できる。これにより、駆動開始時、１次側１８にむだな動きをさせることなく短時間で２次側１７に対して１次側１８が中央に位置するように位置決めできる。また、これを安価な光センサの追加で実現できる。
【００２８】
また、駆動中は上記位置センサ３が透過から遮光、遮光から透過のどちらか一方へと切り替わる度に、あるいは両方のときに、エンコーダＥｍのカウンタ値を、基準値として例えば０にリセットする。これにより、１次側１８が２次側１７の中央位置を通過する度に、エンコーダＥｍの位置信号を校正することができ、長時間にわたる駆動中にエンコーダＥｍの位置信号のノイズ等の影響による１次側１８の位置の偏りを防ぐことができる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００３０】
例えば、以上の実施の形態では、リニアモータとして高力密度リニアモータの駆動原理を有するリニアモータ１６’を使用したが、他のリニアモータ、例えば公知のリニアインダクションモータやリニアパルスモータ（例えば特許１４９５０６９号）などを用いてもよい。また、上記実施の形態では、２次側１７をトラフ７に固定して、１次側１８を２次側１７に係合させて空中に配設したが、この配置関係を逆にしてもよい。更に、１次側及び２次側の一方をトラフに固定させ、他方を空中に配設するのではなく、他方を地上に配設してもよい。
【００３１】
また、上記実施の形態では、位置センサ３は、２個の発光素子４ａ、４ｂと２個の受光素子５ａ、５ｂとを備えているとしたが、図７に示すように、１個の発光素子６と１個の受光素子８との組み合わせによる位置センサ３’としてもよい。この場合には、透過状態か遮光状態かの判断は、光の透過強度によって区別する。
【００３２】
また、上記実施の形態では、発光素子と受光素子とからなる位置センサと、平板状の被検出部材との組み合わせとしたが、位置センサを、例えばホール素子等の磁気センサとし、被検出部材を磁性体としても上記実施の形態と同様な作用を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施の形態では、被検出部材２は、中心Ｃに一端を合わせて、２次側１７の左端の支持部１７ｂへと延在して取りつけたが、中心Ｃから右端の支持部１７ｂ’へと延在させて取り付けてもよい。この場合には、１次側１８の２次側１７に対する左右の位置と、位置センサの透過、遮光との対応関係は、上記実施の形態とは逆になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリニア駆動装置によれば、駆動開始時、１次側又は２次側を、短時間で速やかにトラフの振動変位に関して中央位置に、位置決めすることができ、更に、長時間の駆動でも１次側又は２次側に位置の偏りを生じさせることなく振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による振動コンベヤの側面図である。
【図２】本実施の形態による振動コンベヤに用いられているリニアモータの拡大斜視図である。
【図３】図２における要部の拡大斜視図である。
【図４】図１における要部の拡大図である。
【図５】１次側が、２次側の中心に対して右側にずれて位置している状態を示す図である。
【図６】１次側が、２次側の中心に対して左側にずれて位置している状態を示す図である。
【図７】位置センサの変形例を示す図である。
【図８】従来例の振動コンベヤの側面図である。
【図９】同振動コンベヤに用いられているリニアモータの拡大斜視図である。
【図１０】同振動コンベヤのリニアモータの作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２被検出部材
３位置センサ
３’ 位置センサ
４ａ発光素子
４ｂ発光素子
５ａ受光素子
５ｂ受光素子
６発光素子
７トラフ
８受光素子
１１振動コンベヤ
１６’ リニアモータ
１７２次側
１８１次側
２１支持部
Ｅｍエンコーダ

Claims

可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその１次側及び２次側のうちの２次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記１次側の前記２次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記１次側又は２次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、
前記１次側に取り付けられた位置センサと、
前記２次側に取り付けられ、前記位置センサのストローク中心位置から、少なくとも前記ストロークの一端部まで延在する被検出部材と
を具備し、
前記１次側が前記中央位置に関しどちら側に停止しているかどうかを判断し、該判断結果とは逆方向に駆動させるようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記位置センサは、一対の発光素子と受光素子とからなり、
前記被検出部材は、平板状であり、前記発光素子と前記受光素子との間に介在させ得るようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記位置センサは、磁気センサであり、
前記被検出部材は、磁性体であることを特徴とするリニア駆動装置。
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
前記１次側は、前記２次側に対し移動自在に設けられていることを特徴とするリニア駆動装置。
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
前記１次側は、地上に配設されていることを特徴とするリニア駆動装置。
可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその１次側及び２次側のうちの２次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動中に、前記１次側を、前記可動体の振動変位に関し、常に中央位置が振動中心になるように前記１次側を駆動するようにしたリニア駆動装置において、
前記１次側に取り付けられた位置センサと、
前記２次側に取り付けられ、前記位置センサのストローク中心位置から、少なくとも前記ストロークの一端部まで延在する被検出部材と、
前記１次側又は前記２次側に取り付けられたエンコーダと
を具備し、
前記位置センサが前記ストローク中心位置を検出時に、該エンコーダのカウンタ値を０又は所定の値に校正するようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
請求項６に記載のリニア駆動装置であって、
前記位置センサは、一対の発光素子と受光素子とからなり、
前記被検出部材は、平板状であり、前記発光素子と前記受光素子との間に介在させ得るようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
請求項６に記載のリニア駆動装置であって、
前記位置センサは、磁気センサであり、
前記被検出部材は、磁性体であることを特徴とするリニア駆動装置。
請求項６から請求項８のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
前記１次側は、前記２次側に対し移動自在に設けられていることを特徴とするリニア駆動装置。
請求項６から請求項８のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
前記１次側は、地上に配設されていることを特徴とするリニア駆動装置。