JP5248963B2 - Position detection device - Google Patents
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Description
本発明は、リニア駆動装置によって駆動される可動部材の絶対位置の検出に関するものである。 The present invention relates to detection of an absolute position of a movable member driven by a linear drive device.
特許文献1には、(a)複数の磁石を備えた長手形状の固定子と、(b)コイルを備え、固定子に対して、固定子の長手方向に相対移動可能に設けられた可動子と、(c)可動子の固定子に対する相対位置である絶対位置を検出する絶対位置検出装置とを含むリニアモータが記載されている。
固定子において、複数の磁石の各々は、軸方向の長さ(両端がN極、S極とされた)が互いに異なるものとされ、軸方向において、長さが単調に増加あるいは減少する状態で、直列に並べて配設される。また、可動子には、軸方向に隔てて複数の磁界検出部が設けられる。
可動子が固定子に対して相対移動させられると、複数の磁界検出部の出力信号は、それぞれ、磁界検出部が対向する磁石の磁極に応じて変化するが、その出力信号の波長は磁極間の距離(以下、磁極間ピッチと称する)に応じて変化するのであり、相対移動に伴って波長が単調に増加あるいは減少する。したがって、複数の磁界検出部の出力信号に基づけば、軸方向における可動子の固定子に対する相対位置である絶対位置を検出することができる。
特許文献2には、(a)それぞれ、複数の磁石を備えた長手形状の一対の固定部材と、(b)それら一対の固定部材の間に、固定部材の長手方向に相対移動可能に配設され、固定部材に対向する一対の磁界検出部を備えた可動部材とを備え、それら磁界検出部の出力信号に基づいて、可動部材の固定部材に対する相対位置である絶対位置を検出する絶対位置検出装置が記載されている。一対の固定部材の各々において、複数の磁石は、一対の固定部材の間を可動部材が相対移動させられた場合に、一方の固定部材に対向する磁界検出部の出力信号の周波数と他方の固定部材に対向する磁界検出部の出力信号の周波数とが1異なる状態で配設される。例えば、一方の固定部材に、軸方向の両端部にN極、S極が生じる磁石が全ストロークに対してN個配設される場合には、他方の固定部材には、N±1個配設される。また、一方の固定部材に、可動部材との対向面がN極の磁石とS極の磁石とが交互に、合計2N個配設される場合には、他方の固定部材には、合計(2N±2)個配設されることになる。一方、可動部材には、一対の固定部材の各々に対向して、それぞれ、軸方向に1/4位相ずれた位置に2つずつの磁界検出部が設けられる。可動部材が相対移動させられると、一方の固定部材に対向する2つの磁界検出部のうちの一方がsin(mθ)の信号を出力し、他方がcos(mθ)の信号を出力し、他方の固定部材に対向する2つの磁界検出部が、sin{(m±1)θ}、cos{(m±1)θ}の信号を出力する。それらの4つの出力信号が合成されて、そのtanθの信号が得られ、tanθの信号等に基づいて絶対位置が検出される。
In the stator, each of the plurality of magnets has different axial lengths (both ends are N-pole and S-pole), and the length monotonously increases or decreases in the axial direction. Are arranged in series. The mover is provided with a plurality of magnetic field detectors spaced apart in the axial direction.
When the mover is moved relative to the stator, the output signals of the plurality of magnetic field detectors change in accordance with the magnetic poles of the magnets opposed to the magnetic field detectors. , And the wavelength monotonously increases or decreases with relative movement. Therefore, based on the output signals of the plurality of magnetic field detectors, the absolute position, which is the relative position of the mover to the stator in the axial direction, can be detected.
In
本発明の課題は、位置検出装置の改良を図ることである。
請求項1に記載の位置検出装置は、(i)複数の磁石を有し、軸方向に延びる長手部材と
、(ii)複数の磁界検出部を有し、前記長手部材と前記軸方向に相対移動可能な検出部材とを備え、前記複数の磁界検出部の出力信号に基づいて、前記検出部材の前記長手部材に対する前記軸方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、前記長手部材が、互いに平行に一対設けられ、前記磁界検出部が、それら一対の長手部材の各々に対向する位置に、少なくとも1つずつ設けられ、前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記長手部材の各々において、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、各磁界検出部との間の前記軸方向と直交する方向の距離が、位相は互いに異なるが互いに同じ波長で変化する状態で、かつ、前記複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたものとされる。
この位置検出装置においては、リニア駆動装置によって固定子と可動子とが相対移動させられる場合に、その固定子と可動子との相対位置が絶対位置で検出される。ここにおいて、絶対位置とは、前回の停止位置からの距離で規定される相対的な位置ではなく、予め定められた基準位置からの距離で規定される絶対的な位置である。
リニア駆動装置の駆動源は、リニアモータであっても、回転モータであってもよい。リニア駆動装置は、回転モータと運動変換機構とを含むものとすることもできる。
本位置検出装置において、長手部材に、複数の磁石が設けられるが、複数の磁石は、軸方向の長さが互いに同じものであり、軸方向に沿って等間隔で、かつ、検出部材と長手部材とを軸方向に相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、相対位置(以下、絶対位置と称する)と1対1に対応して変化する状態で配設される。そのため、複数の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づけば、検出部材の長手部材に対する絶対位置を検出することができる。
An object of the present invention is to improve the position detection device.
The position detection device according to claim 1 includes: (i) a plurality of magnets and a longitudinal member extending in the axial direction; and (ii) a plurality of magnetic field detection units, relative to the longitudinal member and the axial direction. and a movable detecting member, said plurality of based on the output signal of the magnetic field detector, a position detecting device for detecting a relative position of the axial relative to the longitudinal member of the detecting member, said longitudinal member The magnetic field detectors are provided at least one at a position facing each of the pair of longitudinal members, and each of the plurality of magnets has a length in the axial direction. In each of the longitudinal members, when it is assumed that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other at equal intervals along the axial direction, along with the relative movement, The axial direction between each magnetic field detector The distance in the direction orthogonal to the phase is a state where the phases are different from each other but change at the same wavelength, and the composite signal of the output signals of the plurality of magnetic field detectors changes in a one-to-one correspondence with the relative position. It is assumed that it is arranged in a state where
In this position detection device, when the stator and the mover are relatively moved by the linear drive device, the relative position between the stator and the mover is detected as an absolute position. Here, the absolute position is not a relative position defined by a distance from the previous stop position but an absolute position defined by a distance from a predetermined reference position.
The drive source of the linear drive device may be a linear motor or a rotary motor. The linear drive device may include a rotary motor and a motion conversion mechanism.
In this position detection apparatus, the longitudinal member is provided with a plurality of magnets, and the plurality of magnets have the same axial length, are equidistant along the axial direction, and are elongated with the detection member. Assuming that the member is relatively moved in the axial direction, the combined signal of the output signals of the plurality of magnetic field detectors is one-to-one with the relative position (hereinafter referred to as absolute position) along with the relative movement. It is arranged in a correspondingly changing state. Therefore, the absolute position of the detection member relative to the longitudinal member can be detected based on the combined signal of the output signals of the plurality of magnetic field detection units.
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説
明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載,従来技術等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
In the following, the invention that is claimed to be claimable in the present application (hereinafter referred to as “claimable invention”. The claimable invention is at least the “present invention” to the invention described in the claims. Some aspects of the present invention, including subordinate concept inventions of the present invention, superordinate concepts of the present invention, or inventions of different concepts) will be illustrated and described. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is for the purpose of facilitating the understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the combinations of the constituent elements constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiments, the prior art, and the like. The added aspect and the aspect in which the constituent elements are deleted from the aspect of each item can be an aspect of the claimable invention.
(1)(i)複数の磁石を有し、軸方向に延びる長手部材と、(ii)1つ以上の磁界検出部を有
し、前記長手部材と前記軸方向に相対移動可能な検出部材とを備え、前記1つ以上の磁界検出部の出力信号に基づいて、前記検出部材の前記長手部材に対する前記軸方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記1つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。
位置検出装置は、リニア駆動装置に設けても、リニア駆動装置とは別個に設けてもよい。すなわち、(a)位置検出装置の長手部材、検出部材の一方をリニア駆動装置の固定子、
可動子の一方とし、長手部材、検出部材の他方を固定子、可動子の他方としたり、(b)位
置検出装置の長手部材、検出部材の一方を、リニア駆動装置の固定子、可動子とし、長手部材、検出部材の他方を、固定子、可動子とは別個に設けた部材としたり、(c)位置検出
装置の長手部材、検出部材のいずれも、リニア駆動装置の固定子、可動子とは別個の部材としたりすること等ができる。
なお、磁界検出部が複数ある場合には、それらの出力信号を合成することが可能であるが、磁界検出部が1つの場合は、実際に出力信号を合成することはできない。しかし、本発明においては、1つの出力信号は、同じ複数の出力信号を合成した特殊な合成信号であると考えることとする。合成信号には、(a)磁極の変化に従って正弦波的に変化しつつ、
絶対位置の変化に応じて振幅が変化する位相が異なる2つの出力信号を処理して得られる振幅を表す信号、(b)さらに、2つ以上の振幅を表す信号のベクトル和の信号(2つ以上
の振幅を表す信号のリサジュ曲線を表す信号)、(c)磁極の変化に従って周期的に変化し
つつ、絶対位置の変化に応じてそれぞれ別個に波長が変化する2つの出力信号を処理して得られる位相差を表す信号、(d)さらに、2つ以上の位相差を表す信号のベクトル和の信
号等が該当する。
「複数の磁石が、互いに軸方向の長さが同じであり、軸方向に等間隔で配設される」とは、長手部材が1つである場合には、その長手部材において、軸方向の長さが同じ磁石が、等間隔で配設されることをいい、長手部材が2つ(一対)設けられる場合には、両方の長手部材において、すべての磁石各々の軸方向の長さが同じで、隣接する磁石間の間隔がすべて同じ状態で配設されることをいう。
「複数の磁石が、1つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号が、検出部材の長手部材に対する相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設される場合」には、(a)磁界検
出部が2つ以上である場合に、磁界検出部の各々と磁石の各々との相対位置関係の組み合わせが、絶対位置と1対1に対応する状態で配設される場合、(b)検出部材に設けられる
磁界検出部が1つである場合に、その1つの磁界検出部と磁石との相対位置関係が、絶対位置と1対1に対応する状態で配設される場合等が該当する。磁界検出部の各々と磁石の各々との相対位置関係の組み合わせが絶対位置と1対1に対応する場合には、2つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号が、絶対位置と1対1に対応することになる。なお、検出部材には、2つ以上の磁界検出部が設けられるのが普通である。
「磁界検出部」は、磁界の向きおよび磁界の大きさ(強さ)を検出するものである。
特許文献1に記載の位置検出装置においては、長手部材に設けられた複数の磁石の各々の軸方向の長さが互いに異なる。特許文献2に記載の位置検出装置においては、一方の固定部材における場合と他方の固定部材における場合とで、複数の磁石の軸方向の長さが異なるか、磁石間の間隔が異なるかのいずれかである。それに対して、本位置検出装置においては、長手部材の各々において、軸方向の長さが同じである複数の磁石が等間隔で配設される。このように、軸方向の長さが互いに同じ複数の磁石を等間隔で配設すれば、軸方向の長さが異なる磁石を配設したり、異なる間隔で配設したりする場合に比較して、位置検出装置のコストダウンを図ることができる。
(2)前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、前記1つ以上の磁界検出部の出力信号の各々が、磁極の変化に起因して周期的に変化しつつ、前記1つ以上の磁界検出部の各々と磁石の各々との間の軸方向と平行な方向と、直交する方向との少なくとも一方における相対位置関係の変化に基づいて変化する状態で、前記複数の磁石が配設された(1)項に記載の位置検出装置。
(3)前記出力信号が、(a)前記磁極の変化に起因して周期的に変化する短周期成分と、(b)前記相対位置関係の変化に起因して変化する長周期成分とを含み、当該位置検出装置が、(i)前記出力信号の前記長周期成分に基づいて第1の絶対位置を検出する粗絶対位置検出
部と、(ii)その粗絶対位置検出部によって検出された前記第1の絶対位置と、前記出力信号の前記短周期成分とに基づいて第2の絶対位置を検出する細絶対位置検出部とを含む(2)項に記載の位置検出装置。
磁界検出部の出力信号は、磁極(その磁界検出部によって磁界が検出される磁石の磁極をいう。以下、同様とする)の変化に基づく短周期成分(振動成分)と、磁石(その磁界検出部によって磁界が検出される磁石をいう。以下、同様とする)との相対位置関係の変化に基づく長周期成分(位置変化成分)とを含んで変化する。
長周期成分に基づけば、第1の絶対位置(以下、「およその絶対位置」と称する)を検出できる。「およその絶対位置」を、大きな誤差(例えば、最大で磁極間ピッチの1/2弱の誤差)を含む絶対位置として使用することも、「詳細な位置」を検出するための一要素として使用することも可能である。磁界検出部との間の相対位置関係が、1磁極間ピッチ内において同じとされ、磁極間ピッチが「およその絶対位置」の最小単位とされてもよ
い。この場合には、最大で磁極間ピッチの誤差を含む可能性があることとなる。
「およその絶対位置」と短周期成分とに基づけば、「詳細な絶対位置」を検出することができる。「詳細な絶対位置」とは、「およその絶対位置」と、長周期成分で決まる磁石で規定される磁極間ピッチ内の位置とで決まる絶対位置である。例えば、「およその絶対位置」から、長周期成分に対応する磁石が決まるが、その磁石の絶対位置は既知である。具体的には、その長周期成分で決まる磁石で規定される磁極間ピッチの始点{例えば、(a)N極の中心点、(b)N極、S極との間の中央点、(c)磁界検出部による出力信号が極大値
、あるいは、極小値、あるいは、0となる点}の絶対位置は既知である(この始点の絶対位置が「およその絶対位置」である場合もある)。そして、短周期成分に基づけば、その磁極間ピッチ内の始点からの距離が決まる。したがって、「およその絶対位置」で決まる磁石の磁極間ピッチの始点の絶対位置と、短周期成分に基づいて検出されるその始点からの距離とに基づけば、「詳細な絶対位置」を検出することができる。
以下、「およその絶対位置」を検出するための複数の磁石の配設の態様について説明する。なお、「相対位置関係が絶対位置と1対1で決まる」、「合成信号が絶対位置と1対1に対応して変化する」とは、絶対位置の所望の最小単位に関して1対1で決まることを意味する。
(4)前記複数の磁石が、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、前記1つ以上の磁界検出部との間の、前記軸方向と平行な方向と前記軸方向と直交する方向との少なくとも一方における相対位置関係が変化する状態で配設された(1)項ないし(3)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
磁界検出部が1つである場合には、複数の磁石は、1つの磁界検出部と磁石との間の軸方向と直交する方向と、軸方向と平行な方向との少なくとも一方における相対位置関係が、絶対位置と1対1に対応する状態で配設される。
磁界検出部が2つ以上である場合には、複数の磁石は、2つ以上の磁界検出部の各々と磁石の各々との間の上述の相対位置関係の組合わせが、絶対位置と1対1に対応する状態で配設される。
(5)前記複数の磁石が、前記等間隔で配設された位置において、前記軸方向と直交する方向に隣接する磁石に対して相対的に移動させられた状態で配設された(1)項ないし(4)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
移動には、回転も含まれ、軸方向と直交する方向への相対移動には、軸方向と直交する方向の直線相対移動、軸線回りの相対回転が含まれる。等間隔な状態は維持される。
(6)前記複数の磁石の各々の前記軸方向と直交する方向の位置が、前記長手部材と前記検出部材との前記相対位置で決まる状態で配設された(1)項ないし(5)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
「軸方向と直交する方向の位置」には軸線回りの位相で決まる回転位置も含まれる。
長手部材が1つである場合には、複数の磁石の各々が、絶対位置と1対1で決まる状態で配設される。
長手部材が2つであり、磁界検出部が2つ以上である場合には、複数の磁石の絶対位置で決まる姿勢の組み合わせが、絶対位置と1対1で決まる状態で配設される。
(7)互いに前記軸方向と直交する向きに離間するとともに、前記軸方向と平行な第1直線および第2直線を前記長手部材に対して規定し、その長手部材と前記磁界検出部とを、それら第1直線、第2直線に沿って相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴う磁界検出部の出力信号の振幅と波長との少なくとも一方の変化が、前記第1直線に沿って相対移動させた場合と前記第2軸方向に沿って相対移動させた場合とで互いに異なる状態で、前記複数の磁石が配設された(1)項ないし(6)項のいずれか1つに記載の位置検出装置(請求項7)。
第1直線、第2直線は、互いに軸方向に平行で、軸方向と直交する方向に互いに離間した直線である。また、平面視、あるいは、側面視において、長手部材と重なった直線であっても、重ならない直線であってもよい。
複数の磁石は、例えば、磁界検出部を第1直線に沿って相対移動させたと仮定した場合
に、出力信号が、同じ振幅で変化するが、第2直線に沿って相対移動させたと仮定した場合に、振幅が変化する状態で配設され得る。この場合には、1つ以上の磁界検出部を、少なくとも、第2直線に沿って相対移動させた場合の出力信号の合成信号に基づいて絶対位置が検出される。
複数の磁石は、磁界検出部を第1直線に沿って相対移動させたと仮定した場合にも、第2直線に沿って相対移動させたと仮定した場合にも、出力信号の波長が変化するが、その波長の変化の態様が、互いに異なる状態で配設することができる。この場合には、(a)1
つ以上の磁界検出部を、第1直線、第2直線のいずれか一方に沿って相対移動させた場合の出力信号の合成信号に基づいて絶対位置が検出される場合、(b)第1直線、第2直線に
沿って相対移動させた場合の出力信号の合成信号に基づいて絶対位置が検出される場合、(c)第1直線、第2直線、第3直線、第4直線・・・等に沿って相対移動させた場合のそ
れぞれの出力信号の合成信号に基づいて絶対位置が検出される場合等がある。
波長とは、同じ状態が再現される点の間の距離をいい、周期とは、同じ状態が再現される間隔をいう。周期は、時間的な間隔をいう場合があるが、それに限らない。周期を、時間的な間隔でない意味に用いる場合には、波長と同じであると考えることができる。また、周期が時間的な間隔をいう場合には、全ストロークにおいて、長手部材と検出部材との相対移動速度が一定である場合には、波長が同じである場合には周期が同じになり、波長が変化すると、それに伴って周期も変化する。したがって、長手部材と検出部材との相対移動速度が一定である場合には、波長が同じ場合には周期が同じであるということができる。
(8)前記複数の磁石が、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、前記軸方向と直交する方向における前記磁界検出部との間の距離が変化する状態で配設された(1)項ないし(7)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
磁界検出部と磁石との間の距離が大きい場合は小さい場合より、出力信号の振幅が小さくなる。そのため、1つ以上の磁界検出部の出力信号を処理して得られた振幅(合成信号の一態様である)、2つ以上の磁界検出部の出力信号の振幅の組合わせ(2つ以上の振幅を表す信号の合成信号)のいずれか一方に基づけば、検出部材の絶対位置を検出することができる。
複数の磁石が、1つ以上の磁界検出部の各々と磁石の各々との間の軸方向と直交する方向の距離の組み合わせが、絶対位置と1対1で決まる状態で配設された場合には、前記1つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づいて「およその絶対位置」が検出される。
(9)前記複数の磁石が、前記長手部材と前記検出部材とを、前記軸方向に沿った一方向に相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、前記磁界検出部との間の距離が単調に増加または減少する状態で配設された(8)項に記載の位置検出装置。
複数の磁石のすべての一端面から離間した軸方向に平行な第3直線を想定した場合に、その第3直線と磁石の各々の一端面との間の距離が、絶対位置と1対1に対応する状態で、複数の磁石が配設される。
長手部材と検出部材とが相対移動させられた場合に、磁界検出部が第3直線に沿って相対移動させられる場合には、磁界検出部と磁石の各々との間の距離が、単調に増加または減少することになる。
複数の磁石は、磁界検出部との間の距離が、直線的に変化する状態で設けても、曲線的に変化する状態で設けてもよい。いずれにしても、周期的に変化するのではないため、前記距離と絶対位置とが1対1に対応する。
本項に記載の位置検出装置は、片側リニアモータにおいて、固定子と可動子との相対位置を絶対的に検出するのに適している。
(10)前記長手部材が、互いに平行に一対設けられ、それら長手部材の各々において、それぞれ、前記軸方向と平行で、複数の磁石のすべての一端面から離間した第3直線を想定
した場合に、前記長手部材の一方における前記第3直線と前記磁石の各々の前記一端面との間の距離と、前記長手部材の他方における前記第3直線と前記磁石の各々の前記一端面との間の距離との組合わせが、前記相対位置と1対1に対応する状態で、前記複数の磁石が配設された(1)項ないし(8)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
長手部材の各々において、磁石の一端面と磁界検出部との間の距離が、絶対位置の変化に対して周期的に変化する場合には、距離と絶対位置とが1対1に対応しないため、複数の(磁界検出部および長手部材)の組が設けられるのである。したがって、検出部材の一方の長手部材に対向して設けられた磁界検出部の出力信号と、他方の長手部材に対向して設けられた磁界検出部の出力信号との合成信号に基づけば、絶対位置を検出することができる。
例えば、一方の長手部材と他方の長手部材とにおいて、複数の磁石を、距離が互いに異なるパターン(例えば、互いに異なる周期関数)で変化する状態で設けることができる。例えば、一方の長手部材においてはsin関数で変化し、他方の長手部材においてはのこぎ
り波状に変化する状態が該当する。
なお、周期関数には、三角関数、のこぎり波状に変化する関数、三角波状に変化する関数等が含まれるが、単なる、ON状態とOFF状態との間で変化する関数は含まない。また、周期関数は、全ストロークを1波長以下とするものであり、全ストロークを1波長以上とする周期関数は含まない。以下、(11)項、(12)項についても同様とする。
本項に記載の位置検出装置は、両側リニアモータにおいて、固定子と可動部との相対位置を絶対的に検出するのに適している。
(11)前記長手部材が、互いに平行に一対設けられ、前記長手部材の各々において、それぞれ、前記軸方向と平行で、複数の磁石のすべての一端面から離間した第3直線を想定した場合に、それら第3直線の各々と前記磁石の各々の一端面との間の距離が、前記相対位置に対して、位相と波長との少なくとも一方が異なるが、同じ周期関数で変化する状態で、前記複数の磁石が配設された(1)項ないし(8)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。(12)前記長手部材が、互いに平行に一対設けられ、前記磁界検出部が、それら一対の長手部材の各々に対向する位置に、少なくとも1つずつ設けられ、前記長手部材の各々において、前記複数の磁石が、それぞれ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、各磁界検出部との間の前記軸方向と直交する方向の距離が、位相は互いに異なるが、同じ波長で変化する状態で配設された(1)項な
いし(8)項のいずれか1つに記載の位置検出装置(請求項1)。
長手部材の各々に対して、複数の磁石のすべての一端面から離間した軸方向と平行な第3直線を想定し、それら第3直線の各々と磁石の各々の一端面との間の距離が、位相は異なるが、同じ波長で変化する状態で、複数の磁石が配設される。
例えば、一方の長手部材において、複数の磁石を、sin関数で変化する状態で配設し、
他方の長手部材において、cos関数で変化する状態で配設することができる。
(13)前記複数の磁石の各々が、長手方向に延びた棒状磁石で、かつ、その長手方向と直交する寸法が互いに同じものであり、それら複数の磁石が、それぞれ、前記長手方向が前記軸方向と直交する姿勢で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記長手方向の一端と前記磁界検出部との間の距離が変化する状態で配設された(1)項ないし(8)項、(10)項ないし(12)項のいずれか1つに記載の位置検出装置(請求項2,3)。
磁石は、両端部が、それぞれ、N極、S極とされたものであっても、両側面が、それぞれ、N極、S極とされたものであってもよい。長手部材がリニアモータの可動子と固定子のいずれか一方である場合には、両側面が、それぞれ、N極、S極とされた磁石が用いられる。
(14)前記長手部材に対して、互いに前記軸方向と直交する方向に離間するとともに、前記軸方向と平行な第1直線および第2直線を想定し、前記磁界検出部を、前記第1直線、第2直線に沿って相対移動させたと仮定した場合に、その磁界検出部の出力信号の波長が、前記第1直線に沿って相対移動させた場合と前記第2直線に沿って相対移動させた場合
とで、異なる態様で変化する状態で、前記複数の磁石が配設された(1)項ないし(7)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
(15)前記複数の磁石が、前記磁界検出部を前記第1直線に沿って移動させた場合の出力信号に対する前記第2直線に沿って移動させた場合の出力信号の位相差が、前記長手部材と前記検出部材との相対位置の変化に伴って変化する状態で、配設された(14)項に記載の位置検出装置。
磁界検出部が第1直線に沿って相対移動させられた場合と、第2直線に沿って相対移動させられた場合とで、出力信号の波長が異なる態様で変化する。そのため、第1直線に沿って相対移動させた場合の出力信号(第1信号)の波長と、第2直線に沿って相対移動させた場合の出力信号(第2信号)の波長との組み合わせが絶対位置と1対1に対応する場合には、第1信号と第2信号との合成信号に基づいて絶対位置を検出することができる。
また、第1信号と第2信号とで波長が異なり、これらの位相差(合成信号の一態様である)が、絶対位置と1対1に対応する状態で、複数の磁石が配設された場合には、位相差に基づいて絶対位置を検出することが可能である。
それに対して、位相差が、周期的に変化する場合には、第3直線、第4直線等に沿って相対移動させられる磁界検出部を設けて、第3信号と第4信号の位相差と、第1信号と第2信号との位相差との組合わせと、絶対位置とが1対1に対応するように、複数の磁石を配設し、かつ、磁界検出部を設けることが望ましい。この場合には、第1信号と第2信号との位相差と、第3信号と第4信号との位相差との合成信号に基づいて絶対位置を検出することができる。
本項は円筒型リニアモータにおいて可動子と固定子との相対位置を絶対的に検出するのに適している。
(16)前記複数の磁石の各々が、外周面が円筒面で、両端面が互いに平行でかつ前記円筒面を備えた円筒の中心線に対して傾斜した形状を成したものであり、かつ、前記形状および寸法が、前記複数の磁石の各々において互いに同じであり、
前記複数の磁石の各々が、前記中心線が前記軸方向と平行な姿勢で、軸線回りの相対回転位相が、軸方向において等角度ずつ変化する状態で、直列に配設された(14)項または(15)に記載の位置検出装置(請求項4,5)。
複数の磁石の各々は、外周面が円筒面で、両端面が互いに平行でかつ軸方向に対して傾斜したものである。複数の磁石の各々は、中実であっても、中空であってもよいが、互いに、形状および寸法が互いに同じものである。
磁石を等間隔で同じ姿勢で配設し、その位置において、隣接する磁石に対して、等角度ずつ相対回転させる。例えば、第1,第2,第3の3つの磁石を、同じ姿勢で、等間隔で配設し、第1の磁石をそのままとし、第2の磁石をθ回転させ、第3の磁石を2θ同じ方向に回転させる。第1,第2,第3の3つの磁石は、互いに、隣接する磁石に対して、θ相対回転させられた姿勢となる。
その結果、軸方向に平行な第1直線、第2直線を想定した場合、第1直線に沿った隣接する磁石の縁同士の間の距離が絶対位置の変化に伴って変化する場合の変化の態様と、第2直線に沿った隣接する磁石の縁同士の間の距離が絶対位置の変化に伴って変化する場合の変化の態様とが、互いに異なることになる。例えば、第1直線に沿った第1の磁石の縁と第2の磁石の縁との間の距離がΔ1a,第2の磁石の縁と第3の磁石の縁との間の距離がΔ1bであり、第2直線に沿った第1の磁石の縁と第2の磁石の縁との間の距離がΔ2a、第2の磁石の縁と第3の磁石の縁との間の距離がΔ2bである場合に、(Δ1a,Δ1b)と、(Δ2a,Δ2b)とは異なるのである。例えば、それぞれの距離Δ1a,Δ1b,Δ2a,Δ2bが互いに異なる値であったり、距離の変化(Δ1a−Δ1b)、(Δ2a−Δ2b)が異なったりするのである。一方、第1直線に沿った場合にも第2直線に沿った場合にも磁石の寸法(第1の磁石、第2の磁石、第3の磁石の各々の軸方向の長さ)は互いに同じである。したがって、磁界検出部を第1直線に沿って相対移動させた場合と、第2直線に沿って相対移動させた場合とで、出力信号の波長の変化の態様が異なることになる。
また、磁石の両端面が軸方向に対して傾斜し、かつ、平行であるため、第1直線と第2直線とが、周方向に180°隔たった位置に想定される場合には、第1直線に沿って磁界検出部を相対移動させた場合に、出力信号の波長が大きくなると、第2直線に沿って相対
移動させた場合に出力信号の波長が小さくなる関係にある。すなわち、第1直線に沿って相対移動させた場合の出力信号と第2直線に沿って相対移動させた場合の出力信号とで、一方の波長が他方より大きくなったり、小さくなったりするのである。
このことから、周方向に180°隔たった位置に設けられた2つの磁界検出部の出力信号の波長の差に起因する位相差が、全ストロークにおいて、絶対位置に1対1に対応する場合には、2つの出力信号の位相差に基づいて絶対位置を検出することができる。
それに対して、位相差が、全ストロークにおいて周期的に変化する場合には、互いに180°隔たった2つの直線の組を複数設け、複数の位相差の組が、絶対位置と1対1に対応するように、磁界検出部を設ければ、複数の位相差の組(複数の位相差を表す信号の合成信号)に基づいて絶対位置を検出することが可能となる。
(17)前記磁界検出部が、前記検出部材に、前記軸方向と交差する方向に隔てて複数設けられ、前記複数の磁石が、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、前記複数の磁界検出部の各々との間の前記軸方向と平行な方向における相対位置関係がそれぞれ変化する状態で配設され、当該位置検出装置が、前記複数の磁界検出部による出力信号の合成信号に基づいて前記長手部材と前記検出部材との前記相対位置を計算する計算部を含む(1)項ないし(8)項、(14)項ないし(16)項のいずれか1つに記載の位置検出装置(請求項6)。
例えば、第1直線に沿って相対移動させられる磁界検出部の出力信号、第2直線に沿って相対移動させられる磁界検出部の出力信号等の複数の出力信号の合成信号に基づいて絶対位置が検出される。
(1) (i) having a plurality of magnets and extending in the axial direction, and (ii) having one or more magnetic field detectors
And a detection member that is relatively movable in the axial direction, and the relative position in the axial direction of the detection member with respect to the longitudinal member is determined based on an output signal of the one or more magnetic field detection units. A position detecting device for detecting,
When it is assumed that each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction, is equally spaced along the axial direction, and the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other. In addition, the position detection is characterized in that a combined signal of the output signals of the one or more magnetic field detection units changes in a one-to-one correspondence with the relative position in accordance with the relative movement. apparatus.
The position detection device may be provided in the linear drive device or may be provided separately from the linear drive device. That is, (a) the longitudinal member of the position detection device, one of the detection members is a stator of the linear drive device,
One of the movers, the other of the longitudinal member and detection member is the other of the stator and mover, or (b) position
One of the longitudinal member and the detection member of the position detection device is a stator and a mover of the linear drive device, and the other of the longitudinal member and the detection member is a member provided separately from the stator and the mover. ) Position detection
Both the longitudinal member and the detection member of the device can be separate members from the stator and mover of the linear drive device.
In addition, when there are a plurality of magnetic field detection units, it is possible to synthesize their output signals, but when there is one magnetic field detection unit, it is not possible to actually synthesize the output signals. However, in the present invention, one output signal is considered to be a special synthesized signal obtained by synthesizing the same plurality of output signals. In the composite signal, (a) while changing sinusoidally according to the change of the magnetic pole,
(B) a signal representing an amplitude obtained by processing two output signals having different phases whose amplitude changes according to a change in absolute position, and (b) a vector sum signal of two signals representing two or more amplitudes (two that's all
(A signal representing the Lissajous curve of the signal representing the amplitude of the signal), (c) periodically changing according to the change in the magnetic pole
However, a signal representing a phase difference obtained by processing two output signals whose wavelengths change separately according to a change in absolute position, and (d) a vector sum of signals representing two or more phase differences. Trust
This is the case.
“The plurality of magnets have the same axial length and are arranged at equal intervals in the axial direction” means that when there is one longitudinal member, the longitudinal member It means that magnets having the same length are arranged at equal intervals. When two longitudinal members (a pair) are provided, in both longitudinal members, the axial lengths of all the magnets are the same. Thus, the intervals between adjacent magnets are all arranged in the same state.
“When a plurality of magnets are arranged in a state in which the combined signal of the output signals of one or more magnetic field detectors changes in a one-to-one correspondence with the relative position of the detection member to the longitudinal member” (a) Magnetic field detection
When there are two or more projecting parts, the combination of the relative positional relationships between each of the magnetic field detecting parts and each of the magnets is arranged in a state corresponding to the absolute position in a one-to-one relationship. (B) Detection Provided on the member
In the case where there is one magnetic field detection unit, the relative positional relationship between the single magnetic field detection unit and the magnet is arranged in a state corresponding to the absolute position on a one-to-one basis. When the combination of the relative positional relationship between each of the magnetic field detection units and each of the magnets corresponds to the absolute position on a one-to-one basis, the combined signal of the output signals of two or more magnetic field detection units is a pair on the absolute position. Corresponds to 1. The detection member is usually provided with two or more magnetic field detection units.
The “magnetic field detection unit” detects the direction of the magnetic field and the magnitude (strength) of the magnetic field.
In the position detection device described in Patent Document 1, the axial lengths of the plurality of magnets provided on the longitudinal member are different from each other. In the position detection device described in
(2) Assuming that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other, each of the output signals of the one or more magnetic field detection units periodically changes due to a change in the magnetic pole. The plurality of the plurality of magnetic field detection units are changed based on a change in relative positional relationship in at least one of a direction parallel to an axial direction and a direction orthogonal to each other between each of the one or more magnetic field detection units and each of the magnets. The position detection device according to item (1), in which a magnet is provided.
(3) The output signal includes (a) a short-period component that periodically changes due to a change in the magnetic pole, and (b) a long-period component that changes due to a change in the relative positional relationship. And (i) coarse absolute position detection for detecting a first absolute position based on the long-period component of the output signal.
And (ii) a fine absolute position detector that detects a second absolute position based on the first absolute position detected by the coarse absolute position detector and the short period component of the output signal; The position detection device according to item (2), including:
The output signal of the magnetic field detection unit includes a short period component (vibration component) based on a change in the magnetic pole (the magnetic pole of the magnet whose magnetic field is detected by the magnetic field detection unit, hereinafter the same), and a magnet (its magnetic field detection). This includes a long-period component (position change component) based on a change in relative positional relationship with a magnet whose magnetic field is detected by the unit.
Based on the long-period component, the first absolute position (hereinafter referred to as “approximate absolute position”) can be detected. “Approximate absolute position” can be used as an absolute position that includes a large error (for example, an error that is at most less than half of the pitch between magnetic poles), and can also be used as an element for detecting “detailed position”. It is also possible to do. The relative positional relationship with the magnetic field detector may be the same within the pitch between the magnetic poles, and the pitch between the magnetic poles may be the minimum unit of “approximate absolute position”.
Yes. In this case, there is a possibility that an error in the pitch between the magnetic poles is included at the maximum.
Based on the “approximate absolute position” and the short-period component, the “detailed absolute position” can be detected. The “detailed absolute position” is an absolute position determined by “approximate absolute position” and a position within a pitch between magnetic poles defined by a magnet determined by a long period component. For example, the magnet corresponding to the long period component is determined from the “approximately absolute position”, but the absolute position of the magnet is known. Specifically, the starting point of the pitch between the magnetic poles defined by the magnet determined by the long period component {for example, (a) the center point of the N pole, (b) the center point between the N pole and the S pole, (c ) Maximum output signal from magnetic field detector
Or the minimum value or the absolute position of the point that becomes 0} is known (the absolute position of this starting point may be an “approximate absolute position”). Based on the short period component, the distance from the starting point in the pitch between the magnetic poles is determined. Therefore, “detailed absolute position” is detected based on the absolute position of the starting point of the pitch between the magnetic poles of the magnet determined by “approximately absolute position” and the distance from the starting point detected based on the short period component. be able to.
Hereinafter, an aspect of arrangement of a plurality of magnets for detecting “approximate absolute position” will be described. “The relative positional relationship is determined in a one-to-one relationship with the absolute position” and “the composite signal changes in a one-to-one relationship with the absolute position” is determined in a one-to-one relationship with respect to a desired minimum unit of the absolute position. Means that.
(4) When it is assumed that the plurality of magnets have moved the longitudinal member and the detection member relative to each other, the shaft between the one or more magnetic field detection units is associated with the relative movement. The position detection device according to any one of (1) to (3), wherein the relative positional relationship in at least one of a direction parallel to the direction and a direction orthogonal to the axial direction changes..
When there is one magnetic field detection unit, the plurality of magnets have a relative positional relationship in at least one of a direction perpendicular to the axial direction between one magnetic field detection unit and the magnet and a direction parallel to the axial direction. Are arranged in a state corresponding to the absolute position on a one-to-one basis.
In the case where there are two or more magnetic field detection units, the plurality of magnets have a combination of the above-described relative positional relationship between each of the two or more magnetic field detection units and each of the magnets in a pair with the absolute position. 1 in a state corresponding to 1.
(5) The plurality of magnets are disposed in a state of being moved relative to magnets adjacent to each other in a direction orthogonal to the axial direction at the positions disposed at equal intervals. Item 6. The position detection device according to any one of items (4) to (4).
The movement includes rotation, and the relative movement in the direction orthogonal to the axial direction includes linear relative movement in the direction orthogonal to the axial direction and relative rotation around the axis. The equally spaced state is maintained.
(6) The items (1) to (5), wherein the position of each of the plurality of magnets in a direction orthogonal to the axial direction is determined by the relative position between the longitudinal member and the detection member. The position detection device according to any one of the above.
The “position in the direction orthogonal to the axial direction” includes a rotational position determined by a phase around the axis.
When there is one longitudinal member, each of the plurality of magnets is disposed in a state determined in a one-to-one relationship with the absolute position.
When there are two longitudinal members and two or more magnetic field detectors, a combination of postures determined by the absolute positions of a plurality of magnets is arranged in a state determined in a one-to-one relationship with the absolute positions.
(7) The first and second straight lines that are separated from each other in a direction perpendicular to the axial direction and that are parallel to the axial direction are defined with respect to the longitudinal member, and the longitudinal member and the magnetic field detector are Assuming that the relative movement is made along the first straight line and the second straight line, the change in at least one of the amplitude and the wavelength of the output signal of the magnetic field detection unit accompanying the relative movement is along the first straight line. In any one of the items (1) to (6), the plurality of magnets are disposed in a state different from each other when the relative movement is performed and when the relative movement is performed along the second axis direction. The position detection device (Claim 7).
The first straight line and the second straight line are parallel to each other in the axial direction and separated from each other in a direction orthogonal to the axial direction. Further, in a plan view or a side view, it may be a straight line that overlaps the longitudinal member or a straight line that does not overlap.
For example, when it is assumed that the plurality of magnets are moved relative to each other along the first straight line.
In addition, the output signal may be arranged with the same amplitude but with the amplitude changing on the assumption that the output signal is relatively moved along the second straight line. In this case, the absolute position is detected based on the combined signal of the output signals when at least one of the magnetic field detectors is relatively moved along the second straight line.
Even if it is assumed that the plurality of magnets are relatively moved along the first straight line and the magnetic field detector is relatively moved along the second straight line, the wavelength of the output signal changes. The wavelength change modes can be arranged in different states. In this case, (a) 1
When the absolute position is detected based on the combined signal of the output signals when one or more magnetic field detectors are relatively moved along either the first straight line or the second straight line, (b) the first straight line On the second straight line
When the absolute position is detected based on the combined signal of the output signals when moved relative to each other, (c) relative to the first straight line, the second straight line, the third straight line, the fourth straight line, etc. If moved
In some cases, the absolute position is detected based on the combined signal of the output signals.
The wavelength refers to the distance between points where the same state is reproduced, and the period refers to the interval at which the same state is reproduced. The period may refer to a time interval, but is not limited thereto. When the period is used to mean that it is not a time interval, it can be considered to be the same as the wavelength. In addition, when the period refers to a time interval, in the entire stroke, when the relative movement speed between the longitudinal member and the detection member is constant, the period is the same when the wavelength is the same, As the wavelength changes, the period changes accordingly. Therefore, when the relative movement speed between the longitudinal member and the detection member is constant, it can be said that the period is the same when the wavelength is the same.
(8) When it is assumed that the plurality of magnets have moved the longitudinal member and the detection member relative to each other, the relative movement between the magnet and the magnetic field detection unit in a direction orthogonal to the axial direction. The position detection device according to any one of items (1) to (7), which is arranged in a state where the distance of the device changes..
When the distance between the magnetic field detector and the magnet is large, the amplitude of the output signal is smaller than when the distance is small. Therefore, the amplitude obtained by processing the output signals of one or more magnetic field detectors (which is an aspect of the combined signal), the combination of the amplitudes of the output signals of two or more magnetic field detectors (two or more The absolute position of the detection member can be detected based on any one of the combined signals of the signals representing the amplitude).
When a plurality of magnets are arranged in a state in which a combination of distances in the direction orthogonal to the axial direction between each of the one or more magnetic field detection units and each of the magnets is determined in a one-to-one relationship with the absolute position The “approximate absolute position” is detected based on the combined signal of the output signals of the one or more magnetic field detectors.
(9) When it is assumed that the plurality of magnets move the longitudinal member and the detection member relative to each other in one direction along the axial direction, The position detecting device according to (8), wherein the distance between the terminals is monotonously increased or decreased..
Assuming a third straight line parallel to the axial direction and spaced from all one end faces of the plurality of magnets, the distance between the third straight line and each one end face of the magnet is 1: 1 with the absolute position. A plurality of magnets are arranged in a corresponding state.
When the longitudinal member and the detection member are relatively moved, if the magnetic field detection unit is relatively moved along the third straight line, the distance between the magnetic field detection unit and each of the magnets increases monotonously. Or will decrease.
The plurality of magnets may be provided in a state where the distance from the magnetic field detection unit changes linearly or in a state where the distance changes in a curve. In any case, since the distance does not change periodically, the distance and the absolute position correspond one-to-one.
The position detection device described in this section is suitable for absolute detection of the relative position between the stator and the mover in the one-side linear motor.
(10) A pair of the longitudinal members is provided in parallel with each other, and in each of the longitudinal members, a third straight line that is parallel to the axial direction and separated from all end faces of the plurality of magnets is assumed.
A distance between the third straight line in one of the longitudinal members and the one end face of each of the magnets, and a third straight line in the other of the longitudinal members and the one end face of each of the magnets. The position according to any one of the items (1) to (8), wherein the plurality of magnets are arranged in a state in which the combination with the distance between them corresponds to the relative position on a one-to-one basis. Detection device.
In each of the longitudinal members, when the distance between the one end surface of the magnet and the magnetic field detector periodically changes with respect to the change in the absolute position, the distance and the absolute position do not correspond one-to-one. A plurality of sets (magnetic field detection unit and longitudinal member) are provided. Therefore, based on the combined signal of the output signal of the magnetic field detection unit provided opposite to one longitudinal member of the detection member and the output signal of the magnetic field detection unit provided opposite to the other longitudinal member, The position can be detected.
For example, in one longitudinal member and the other longitudinal member, a plurality of magnets can be provided in a state where the distances change in different patterns (for example, different periodic functions). For example, one longitudinal member varies with the sin function and the other longitudinal member has a saw.
This corresponds to a state that changes in a wave shape.
Note that the periodic function includes a trigonometric function, a function that changes in a sawtooth waveform, a function that changes in a triangular wave shape, and the like, but does not include a simple function that changes between an ON state and an OFF state. In addition, the periodic function is one in which the entire stroke is one wavelength or less, and does not include the periodic function in which the entire stroke is one wavelength or more. The same applies to items (11) and (12) below.
The position detection device described in this section is suitable for absolute detection of the relative position between the stator and the movable part in the double-sided linear motor.
(11) When the pair of the longitudinal members are provided in parallel to each other, and each of the longitudinal members is assumed to be a third straight line that is parallel to the axial direction and spaced from all one end surfaces of the plurality of magnets. In the state where the distance between each of the third straight lines and one end face of each of the magnets is different in at least one of the phase and the wavelength with respect to the relative position, but changes with the same periodic function, The position detection device according to any one of items (1) to (8), wherein a plurality of magnets are provided. (12) A pair of the longitudinal members are provided in parallel to each other, and at least one of the magnetic field detection units is provided at a position facing each of the pair of longitudinal members. Assuming that the magnets have moved the longitudinal member and the detection member relative to each other, a distance in a direction perpendicular to the axial direction between each magnetic field detection unit is associated with the relative movement. (1)
The position detection device according to any one of the items (8)Claim 1).
Assuming a third straight line parallel to the axial direction spaced from all one end faces of the plurality of magnets for each of the longitudinal members, the distance between each of the third straight lines and one end face of each of the magnets is A plurality of magnets are arranged in a state where the phases are different but change at the same wavelength.
For example, in one longitudinal member, a plurality of magnets are arranged in a state that changes with a sin function,
In the other longitudinal member, it can arrange | position in the state which changes with a cos function.
(13) Each of the plurality of magnets is a rod-like magnet extending in the longitudinal direction, and the dimensions perpendicular to the longitudinal direction are the same as each other. Assuming that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other in a posture orthogonal to the direction, the distance between the one end in the longitudinal direction and the magnetic field detection unit is accompanied by the relative movement. The position detecting device according to any one of the items (1) to (8) and (10) to (12) arranged in a changing state (
The magnets may have N and S poles at both ends, or may have N and S poles on both sides. When the longitudinal member is one of the mover and the stator of the linear motor, magnets whose both side surfaces are N-pole and S-pole, respectively, are used.
(14) Assuming a first straight line and a second straight line that are separated from each other in a direction perpendicular to the axial direction with respect to the longitudinal member, the magnetic field detection unit is connected to the first straight line. Assuming that the relative movement is made along the second straight line, the wavelength of the output signal of the magnetic field detection unit is relatively moved along the second straight line when the wavelength of the output signal is relatively moved along the first straight line. If
The position detection device according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of magnets are arranged in a state of changing in different modes.
(15) The phase difference of the output signal when the plurality of magnets are moved along the second straight line with respect to the output signal when the magnetic field detection unit is moved along the first straight line is the longitudinal direction. The position detection device according to item (14), wherein the position detection device is disposed in a state of being changed in accordance with a change in a relative position between the member and the detection member.
The wavelength of the output signal varies in a different manner depending on whether the magnetic field detector is relatively moved along the first straight line or when the magnetic field detector is relatively moved along the second straight line. Therefore, the combination of the wavelength of the output signal (first signal) when moved relatively along the first line and the wavelength of the output signal (second signal) when moved relatively along the second line is When there is a one-to-one correspondence with the absolute position, the absolute position can be detected based on the combined signal of the first signal and the second signal.
Also, the first signal and the second signal have different wavelengths, and a plurality of magnets are disposed in a state in which these phase differences (which are one aspect of the combined signal) correspond to the absolute position on a one-to-one basis. In some cases, the absolute position can be detected based on the phase difference.
On the other hand, when the phase difference periodically changes, a magnetic field detector that is relatively moved along the third straight line, the fourth straight line, etc. is provided, and the phase difference between the third signal and the fourth signal is It is desirable to provide a plurality of magnets and to provide a magnetic field detector so that the combination of the phase difference between the first signal and the second signal and the absolute position correspond to each other on a one-to-one basis. In this case, the absolute position can be detected based on a combined signal of the phase difference between the first signal and the second signal and the phase difference between the third signal and the fourth signal.
This term is suitable for absolute detection of the relative position between the mover and the stator in a cylindrical linear motor.
(16) Each of the plurality of magnets has a cylindrical outer peripheral surface, and both end surfaces are parallel to each other, andFor the center line of the cylinder with the cylindrical surfaceInclinedShapedAnd the shape and dimensions are the same in each of the plurality of magnets,
Each of the plurality of magnets isWith the center line in a posture parallel to the axial direction,In a state where the relative rotational phase changes by an equal angle in the axial direction,Arranged(14) or (15) position detection device (Claims 4 and 5).
Each of the plurality of magnets has a cylindrical outer peripheral surface, and both end surfaces are parallel to each other and inclined with respect to the axial direction. Each of the plurality of magnets may be solid or hollow, but have the same shape and dimensions as each other.
Magnets are arranged at equal intervals and in the same posture, and at that position, the magnets are rotated relative to adjacent magnets by equal angles. For example, first, second, and third magnets are arranged at equal intervals in the same posture, the first magnet is left as it is, the second magnet is rotated by θ, and the third magnet is rotated by 2θ. Rotate in the same direction. The first, second, and third magnets are in a posture that is rotated by θ relative to the adjacent magnets.
As a result, assuming the first straight line and the second straight line parallel to the axial direction, the change in the case where the distance between the edges of adjacent magnets along the first straight line changes as the absolute position changes. The mode and the mode of change when the distance between the edges of adjacent magnets along the second straight line changes with the change of the absolute position are different from each other. For example, the distance between the edge of the first magnet and the edge of the second magnet along the first straight line is Δ1a, The distance between the edge of the second magnet and the edge of the third magnet is Δ1bAnd the distance between the edge of the first magnet and the edge of the second magnet along the second straight line is Δ2a, The distance between the edge of the second magnet and the edge of the third magnet is Δ2b(Δ1a, Δ1b) And (Δ2a, Δ2b) Is different. For example, each distance Δ1a, Δ1b, Δ2a, Δ2bAre different from each other or the change in distance (Δ1a-Δ1b), (Δ2a-Δ2b) Is different. On the other hand, both along the first straight line and along the second straight line, the dimensions of the magnets (the axial lengths of the first magnet, the second magnet, and the third magnet) are the same. It is. Therefore, the manner in which the wavelength of the output signal changes differs between when the magnetic field detector is relatively moved along the first straight line and when it is relatively moved along the second straight line.
In addition, since both end faces of the magnet are inclined with respect to the axial direction and are parallel to each other, the first straight line and the second straight line are assumed to be at positions separated by 180 ° in the circumferential direction. When the magnetic field detector is relatively moved along the straight line, if the wavelength of the output signal is increased, the magnetic field detector is relatively moved along the second straight line.
When moved, the wavelength of the output signal is reduced. That is, one wavelength is larger or smaller than the other in the output signal when relatively moved along the first straight line and the output signal when relatively moved along the second straight line. .
From this, when the phase difference caused by the wavelength difference between the output signals of the two magnetic field detectors provided at positions 180 ° apart in the circumferential direction corresponds to the absolute position on a one-to-one basis in all strokes. Can detect the absolute position based on the phase difference between the two output signals.
On the other hand, when the phase difference periodically changes over the entire stroke, a plurality of sets of two straight lines separated from each other by 180 ° are provided, and the plurality of sets of phase differences correspond one-to-one with the absolute position. As described above, if the magnetic field detection unit is provided, the absolute position can be detected based on a plurality of sets of phase differences (a combined signal of signals representing a plurality of phase differences).
(17) It is assumed that a plurality of the magnetic field detection units are provided on the detection member in a direction intersecting the axial direction, and the plurality of magnets move the longitudinal member and the detection member relative to each other. In this case, the relative positional relationship between each of the plurality of magnetic field detection units in a direction parallel to the axial direction changes with the relative movement, and the position detection device is (1) to (8), (14) to (16) including a calculation unit that calculates the relative position between the longitudinal member and the detection member based on a combined signal of output signals from a plurality of magnetic field detection units. ) The position detection device according to any one of (Claim 6).
For example, the absolute position is determined based on a combined signal of a plurality of output signals such as an output signal of the magnetic field detector that is relatively moved along the first straight line and an output signal of the magnetic field detector that is relatively moved along the second straight line. Detected.
次項において、「詳細な絶対位置」の検出のための磁石の配設について説明する。
(18)前記検出部材が、前記軸方向と平行な方向に隔たった複数の磁界検出部を有する(1)ないし(17)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
軸方向と平行な方向に隔たった複数の磁界検出部を設ければ、その磁界検出部の出力信号は、同じ波長で異なる位相で変化するとみなし得る。その位相のずれの向きに基づけば、検出部材の移動の向きを取得することができる。
また、ほぼ同じ振幅、波長で、異なる位相で変化する2つの出力信号に基づけば、磁極間ピッチ内における絶対位置を検出することが可能となる。
特に、2つの出力信号の位相差が1/4位相ずれている場合には、リサジュ曲線が円となり、磁極間ピッチ内における絶対位置を取得するための演算が容易となり、「詳細な絶対位置」を容易に取得し得る。
In the next section, the arrangement of magnets for detecting “detailed absolute position” will be described.
(18) The position detection device according to any one of (1) to (17), wherein the detection member includes a plurality of magnetic field detection units separated in a direction parallel to the axial direction .
If a plurality of magnetic field detectors separated in a direction parallel to the axial direction are provided, the output signals of the magnetic field detectors can be regarded as changing at the same wavelength and in different phases. Based on the direction of the phase shift, the direction of movement of the detection member can be acquired.
Further, based on two output signals that change with different phases with substantially the same amplitude and wavelength, it is possible to detect the absolute position within the pitch between the magnetic poles.
In particular, when the phase difference between the two output signals is ¼ phase shift, the Lissajous curve becomes a circle and the calculation for obtaining the absolute position within the pitch between the magnetic poles becomes easy. Can be easily obtained.
(19)当該位置検出装置が、前記1つ以上の磁界検出部の合成信号を取得し、その合成信号に基づいて前記検出部材の相対位置を検出する情報処理部を含む(1)項ないし(18)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
(20)前記情報処理部が、前記軸方向と平行な方向に隔たって設けられた2つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づいて、前記相対位置を検出する平行方向情報処理部を含む(19)項に記載の位置検出装置。
1つの長手部材において、前述の第3直線と磁石との間の距離が、絶対位置と1対1に対応する状態で、複数の磁石が設けられる場合には、軸方向と平行な方向に隔たった2つ以上の磁界検出部の出力信号に基づいて、「およその絶対位置」、「詳細な絶対位置」の両方を取得することができる。
例えば、軸方向に1/4位相隔たって磁界検出部が2つ設けられ、それぞれの、出力信号が、磁極の変化に基づいて正弦波的に変化しつつ、距離の変化に基づいて振幅が変化する場合において、2つの磁界検出部の出力信号の値(大きさ)が、a,bである場合に、その出力信号の振幅Wは、
W=√(a2+b2)
となる。「およその絶対位置」は、この振幅Wに基づいて取得される。
次に、振幅Wに基づいて、磁石を特定し、その磁石で決まる磁極間ピッチ内の位置を求める。振幅Wの円を想定し、座標(a,b)と磁極間ピッチの基準点との成す中心角θを求める。中心角θは、磁極間ピッチMを2πとした場合の基準点からの距離MXに対応する。そのため、式
MX=M・θ/(2π)
に従えば、磁極間ピッチM内の基準点からの距離MXを取得することができるのである。
(21)前記情報処理部が、(a)前記軸方向と直交する方向に隔てて設けられた2つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づいて、第1の相対位置を検出する主情報処理部と、(b)前記軸方向と平行な方向に隔てて設けられた2つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づいて、前記第1の相対位置で決まる磁石の磁極間ピッチ内の位置を検出する副情報処理部とを含む(19)項に記載の位置検出装置。
主情報処理部によって、出力信号の長周期成分の合成信号が取得され、その合成信号に基づいて「およその絶対位置」が検出され、副情報処理部によって取得された磁極間ピッチ内の位置が検出される。「およその絶対位置」と「磁極間ピッチ内における位置」とに基づけば、「詳細な絶対位置」を検出することができる。
(22)当該位置検出装置が、前記長手部材と前記検出部材とを相対移動させなくても、前記相対位置を検出可能なものである(1)項ないし(21)項のいずれか1つに記載の位置検出装置。
本項に記載の位置検出装置においては、長手部材と検出部材との相対位置がいずれであっても、その位置における磁界検出部の出力信号に基づけば、その絶対位置を検出することができる。
例えば、全ストロークを1周期とするsin 信号の大きさと変化の状態(増加、減少、変化なし)とに基づけば、絶対位置を検出することができる。しかし、sin信号の大きさのみに基づいて絶対位置を検出することはできない。換言すれば、その位置からわずかに相対移動させれば、絶対位置を検出することができるが、その位置における出力信号のみに基づいて絶対位置を検出することはできない。
それに対して、全ストロークを1周期とするsin信号の大きさと、全ストロークを1周期とするcos信号の大きさとを合わせた信号に基づけば、絶対位置を検出することができる。例えば、sin信号のベクトルとcos信号のベクトルとの和(合成信号に対応)は、全ストロークを2πとする円周上を移動するため、和のベクトルの信号に基づけば、基準点からの角度を取得することができ、全ストロークに対する位置である絶対位置を検出することができる。この場合には、相対移動させなくても、絶対位置を検出することができることになる。本項に記載の位置検出装置において、「合成信号」には、後者のsin信号とcos信号との合成信号が含まれ、前者のsin信号は含まれない。
また、長手部材と検出部材とが相対移動させられた場合の、それまでの出力信号、出力信号を処理して得られる情報等を記憶しておかなくても、その位置における磁界検出部の出力信号に基づけば、絶対位置を検出することができる。
例えば、インクリメンタル式の位置検出装置において、前回検出された絶対位置を記憶しておけば、その位置から相対移動させられた場合の今回の絶対位置を検出することができる。しかし、前回の絶対位置を記憶しない場合には、前回の絶対位置からの隔たりを検出できるのみで、絶対位置を検出することができない。本項に記載の位置検出装置は、インクリメンタル式のものではなく、前回の絶対位置を記憶しておかなくても、今回の絶対位置を検出できるものである。
(19) The position detection device includes an information processing unit that acquires a combined signal of the one or more magnetic field detection units and detects a relative position of the detection member based on the combined signal. The position detection device according to any one of items 18).
(20) A parallel direction information processing unit that detects the relative position based on a composite signal of output signals of two or more magnetic field detection units provided in a direction parallel to the axial direction. The position detection device according to item (19), including:
In one longitudinal member, when a plurality of magnets are provided in a state where the distance between the third straight line and the magnet corresponds to the absolute position on a one-to-one basis, they are separated in a direction parallel to the axial direction. Both “approximate absolute position” and “detailed absolute position” can be acquired based on the output signals of only two or more magnetic field detectors.
For example, two magnetic field detectors are provided with a 1/4 phase separation in the axial direction, and the output signal changes sinusoidally based on the change of the magnetic pole, while the amplitude changes based on the change of the distance. In the case where the values (magnitudes) of the output signals of the two magnetic field detectors are a and b, the amplitude W of the output signal is
W = √ (a 2 + b 2 )
It becomes. The “approximate absolute position” is acquired based on the amplitude W.
Next, a magnet is specified based on the amplitude W, and a position within the pitch between magnetic poles determined by the magnet is obtained. Assuming a circle with amplitude W, the central angle θ formed by the coordinates (a, b) and the reference point of the pitch between the magnetic poles is obtained. The center angle θ corresponds to the distance M X from the reference point when the pitch M between the magnetic poles is 2π. Therefore, the formula M X = M · θ / (2π)
If this is followed, the distance M X from the reference point within the pitch M between the magnetic poles can be acquired.
(21) The information processing unit (a) detects a first relative position based on a combined signal of output signals of two or more magnetic field detection units provided in a direction orthogonal to the axial direction. And (b) a magnetic pole of a magnet determined by the first relative position based on a composite signal of output signals of two or more magnetic field detectors provided in a direction parallel to the axial direction. The position detection device according to item (19), further including a sub information processing unit that detects a position within the inter-pitch.
The main information processing unit acquires a composite signal of the long-period component of the output signal, detects an “approximate absolute position” based on the composite signal, and determines the position in the pitch between the magnetic poles acquired by the sub information processing unit. Detected. Based on “approximate absolute position” and “position in the pitch between magnetic poles”, “detailed absolute position” can be detected.
(22) In any one of the above items (1) to (21), the position detection device can detect the relative position without relatively moving the longitudinal member and the detection member. The position detection device described.
In the position detection device described in this section, regardless of the relative position between the longitudinal member and the detection member, the absolute position can be detected based on the output signal of the magnetic field detection unit at that position.
For example, the absolute position can be detected based on the magnitude of the sin signal and the state of change (increase, decrease, no change) with one cycle as the whole stroke. However, the absolute position cannot be detected based only on the magnitude of the sin signal. In other words, the absolute position can be detected by a slight relative movement from that position, but the absolute position cannot be detected based only on the output signal at that position.
On the other hand, the absolute position can be detected based on a signal obtained by combining the magnitude of the sine signal with one cycle as the whole stroke and the magnitude of the cos signal with one cycle as the whole stroke. For example, the sum of the sin signal vector and the cos signal vector (corresponding to the combined signal) moves on a circle with a total stroke of 2π, so if based on the sum vector signal, the angle from the reference point Can be obtained, and the absolute position, which is the position for the entire stroke, can be detected. In this case, the absolute position can be detected without relative movement. In the position detection device described in this section, the “synthetic signal” includes a composite signal of the latter sin signal and the cos signal, and does not include the former sin signal.
In addition, when the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other, the output of the magnetic field detection unit at that position can be stored without storing the output signal and the information obtained by processing the output signal. Based on the signal, the absolute position can be detected.
For example, if the absolute position detected last time is stored in an incremental position detection device, the current absolute position when the relative position is moved from that position can be detected. However, if the previous absolute position is not stored, only the distance from the previous absolute position can be detected, and the absolute position cannot be detected. The position detection apparatus described in this section is not an incremental type, and can detect the current absolute position without storing the previous absolute position.
(23)(i)複数の磁石を有し、軸方向に延びる長手部材と、(ii)1つ以上の磁界検出部を
有し、前記長手部材と前記軸方向に相対移動可能な検出部材とを備え、前記1つ以上の磁界検出部の出力信号に基づいて、前記検出部材の前記長手部材に対する前記軸方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、前記1つ以上の磁界検出部との間の、前記軸方向と平行な
方向と前記軸方向と直交する方向との少なくとも一方における相対位置関係が変化する状態で配設された位置検出装置。
本項に記載の位置検出装置には、(1)項ないし(22)項のいずれか1つに記載の技術的特
徴を採用することができる。
(24)(i)複数の磁石を有し、軸方向に延びる長手部材と、(ii)1つ以上の磁界検出部を
有し、前記長手部材と前記軸方向に相対移動可能な検出部材とを備え、前記1つ以上の磁界検出部の出力信号に基づいて、前記検出部材の前記長手部材に対する前記軸方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、互いに前記軸方向と直交する方向に離間するとともに、前記軸方向と平行な第1直線および第2直線を前記長手部材に対して規定し、その長手部材と前記磁界検出部とを、それら第1直線、第2直線に沿って相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴う磁界検出部の出力信号の振幅と波長との少なくとも一方の変化が、前記第1直線に沿って相対移動させた場合と前記第2軸方向に沿って相対移動させた場合とで互いに異なる状態で配設された位置検出装置。
本項に記載の位置検出装置には、(1)項ないし(22)項のいずれか1つに記載の技術的特
徴を採用することができる。
(25)前記検出部材が、コイルを備えた電機子であり、前記長手部材に前記軸方向と直交する方向において隙間を隔てて対向し、その長手部材と前記軸方向に相対移動可能に配設されるとともに、それら電機子と前記長手部材とによってリニアモータが構成され、当該位置検出装置が、そのリニアモータにおける前記長手部材と前記電機子との前記軸方向における相対位置を検出するものである(1)項ないし(24)項のいずれか1つに記載の位置検
出装置(請求項8)。
リニアモータにおいては、長手部材に複数の磁石が設けられる。そのため、その磁石を利用して、電機子の長手部材に対する相対位置を検出することができる。すなわち、別個に位置検出装置を設ける必要はないのであり、電機子に磁界検出部を設ければ、絶対位置を検出することができるのである。その結果、リニアモータの小形化を図ることができ、コストアップを抑制することができる。
また、複数の磁石の各々の軸方向の長さが互いに同じであるため、リニアモータにおいて、推力を安定して発生させることができ、また、コイルの電流制御を従来のリニアモータと同様とすることができる。
(26)(i)複数の磁石を有し、軸方向に延びる長手部材と、(ii)1つ以上のコイルと、1
つ以上の磁界検出部とを有し、前記長手部材に前記軸方向と直交する方向に隙間を隔てて配設された電機子と、(iii)前記1つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号に基づいて
前記長手部材と前記電機子との前記軸方向における相対位置を検出する位置検出装置とを含むリニアモータであって、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記電機子とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記1つ以上の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とするリニアモータ。
本項には、(1)項ないし(25)項のいずれか1つに記載の技術的特徴を採用することがで
きる。
リニアモータは、物品を連続的に搬送する搬送機の駆動源として使用したり、電子回路部品装着機において、基板の搬送、トレーの引き出し、マガジンの昇降の駆動源として使用したり、装着ヘッドの移動、昇降の駆動源として使用したりすることができる。
(23) (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; and (ii) a detection member having one or more magnetic field detectors and relatively movable in the axial direction with the longitudinal member. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the one or more magnetic field detection units,
When it is assumed that each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction, is equally spaced along the axial direction, and the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other. In addition, the relative positional relationship between at least one of the direction parallel to the axial direction and the direction orthogonal to the axial direction changes with the one or more magnetic field detection units in accordance with the relative movement. Arranged position detection device.
The technical features described in any one of the items (1) to (22) can be employed in the position detection device described in this item.
(24) (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; and (ii) a detection member having one or more magnetic field detectors and relatively movable in the axial direction with the longitudinal member. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the one or more magnetic field detection units,
Each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction, is equally spaced along the axial direction, and is spaced apart in a direction perpendicular to the axial direction. When it is assumed that a parallel first straight line and a second straight line are defined with respect to the longitudinal member, and the longitudinal member and the magnetic field detecting unit are relatively moved along the first straight line and the second straight line, When at least one of the amplitude and the wavelength of the output signal of the magnetic field detection unit accompanying the relative movement is relatively moved along the first straight line, and when the relative movement is performed along the second axis direction, Position detecting devices arranged in different states.
The technical features described in any one of the items (1) to (22) can be employed in the position detection device described in this item.
(25) The detection member is an armature provided with a coil, and is opposed to the longitudinal member with a gap in a direction orthogonal to the axial direction, and is disposed so as to be relatively movable with respect to the longitudinal member. The armature and the longitudinal member constitute a linear motor, and the position detection device detects a relative position in the axial direction between the longitudinal member and the armature in the linear motor. The position detection device according to any one of items (1) to (24) (claim 8) .
In the linear motor, the longitudinal member is provided with a plurality of magnets. Therefore, the relative position of the armature with respect to the longitudinal member can be detected using the magnet. That is, there is no need to provide a separate position detection device, and the absolute position can be detected by providing a magnetic field detection unit in the armature. As a result, it is possible to reduce the size of the linear motor and suppress an increase in cost.
Further, since the axial lengths of the plurality of magnets are the same as each other, thrust can be stably generated in the linear motor, and the coil current control is the same as that of the conventional linear motor. be able to.
(26) (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; (ii) one or more coils;
And (iii) an armature disposed on the longitudinal member with a gap in a direction orthogonal to the axial direction, and (iii) an output signal of the one or more magnetic field detection units A linear motor including a position detection device that detects a relative position of the longitudinal member and the armature in the axial direction based on a composite signal;
When it is assumed that each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction, is equally spaced along the axial direction, and the longitudinal member and the armature are relatively moved. In addition, the linear motor is arranged in such a manner that a combined signal of the output signals of the one or more magnetic field detectors changes corresponding to the relative position in a one-to-one relationship with the relative movement. .
In this section, the technical features described in any one of the paragraphs (1) to (25) can be adopted.
The linear motor can be used as a drive source for a transporter that continuously transports articles, or can be used as a drive source for transporting substrates, pulling out trays, and raising and lowering magazines in an electronic circuit component mounting machine. It can be used as a drive source for movement and elevation.
本発明の一実施例である位置検出装置について図面に基づいて詳細に説明する。本実施例における位置検出装置は、図1,2に示すように、両側式(対極型)のリニアモータにおける可動子と固定子との相対位置である絶対位置を検出するものである。また、本リニアモータは、固定子が磁石を有し、可動子がコイルを有するムービングコイル型のものである。絶対位置とは、予め定められた基準位置からの距離で決まる位置である。
ベース10は、軸方向Pに延びたものであり、軸方向Pに平行に一対の固定子12,14が固定されている。固定子12,14は、それぞれ、磁石保持部材(ハウジング)16,17と、それら磁石保持部材16,17の内側に、それぞれ、保持された複数の磁石18,19とを含む。また、ベース10には、互いに平行に軸方向Pに延びる一対のガイドレール20,21が設けられる。本実施例においては、長手方向が軸方向Pに対応し、固定子12,14が長手部材に該当する。
一対の固定子12,14の間に、隙間δを隔てて、可動子24が配設される。可動子24は、ガイドレール20,21に係合可能な係合部26,27を有し、係合部26,27がガイドレール20,21に係合させられることにより、固定子12,14に対して軸方向Pに相対移動可能に保持される。可動子24は、図3に示すように、複数のコイル30を備えたものであり、コイル30に電流が供給されると、コイル30と複数の磁石18、19との間に生じる推進力により、軸方向Pに移動させられる。本実施例においては、一対の固定子12,14と可動子24とにより両側式のリニアモータ32が構成される。
A position detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the position detection device in the present embodiment detects an absolute position that is a relative position between a mover and a stator in a double-sided (counter electrode) type linear motor. The linear motor is a moving coil type in which the stator has a magnet and the mover has a coil. The absolute position is a position determined by a distance from a predetermined reference position.
The
A
可動子24の両側には、固定子12,14に対向して、それぞれ、2つずつのセンサA,BおよびC,Dが設けられる。センサA,BおよびC,Dは、ホール素子等で構成された磁界検出部であり、磁束密度を検出するものである。そのため、磁界の向きと大きさとの両方を、静止状態においても検出し得る。
センサA,BおよびセンサC,Dは、図3に示すように、可動子24の、固定子12,14の磁石18,19の上端面40,41の内側に対向する位置に、間隔を隔てて取り付けられる。可動子24が軸方向Pに全ストロークLに渡って相対移動させられても、センサA,B,C,Dが、すべての磁石18,19の上端面40,41より上方に位置する状態に取り付けられるのである。
本実施例において、センサA,CおよびセンサB,Dが、軸方向Pの同じ位置に、センサA,BおよびセンサC,Dが、軸方向Pと平行な方向に隔たった位置(出力信号が1/4位相ずれる位置)に設けられる。例えば、センサA,Cが磁石のN極に対向する場合に、センサB,Dが磁石の間(N極とS極との間)に位置する状態で取り付けられる。
Two sensors A, B and C, D are provided on both sides of the
As shown in FIG. 3, the sensors A and B and the sensors C and D are spaced apart from each other at positions where the
In this embodiment, the sensors A and C and the sensors B and D are located at the same position in the axial direction P, and the positions where the sensors A and B and the sensors C and D are separated in a direction parallel to the axial direction P (the output signal is (Position shifted by 1/4 phase). For example, when the sensors A and C are opposed to the N pole of the magnet, the sensors B and D are attached in a state of being positioned between the magnets (between the N pole and the S pole).
固定子12,14の各々において、複数の磁石18、19が、それぞれ、図4(a),(b)に示すように、軸方向Pに沿って、等間隔で配設される。また、磁石18a,b・・・、磁石19a,b,・・・の各々は、それぞれ、棒状を成したものであり、図5(a)、(b)に示すように、長手方向の寸法Zおよび幅方向の寸法Xが、互いに同じものである。また、磁石18a,b・・・および磁石19a,b,・・・は、両側面42,43が、それぞれN極、S極とされ、内側の面において(可動部24と対向する側において)、N極、S極が交互に現れるように、等間隔(Y)で配設される。
固定子12において、磁石18a,b,・・・が、図4(a)、図5(a)に示すように、上端面40とセンサA,Bとの間の距離ΔHが、基準位置0点から正弦波状(−sin )に段階的に変化する状態で設けられ、固定子14において、磁石19a,b,・・・が、図4(b)、図5(b)に示すように、上端面41とセンサC、Dとの間の距離ΔHが正弦波状(cos)に段階的に変化する状態で(磁石18の変化に対して1/4位相ずれて変化する状態で)設けられる。
また、2つずつの(磁石18a,b)、(磁石18c,d)、・・・、(磁石19a,b)、(磁石19c,d)、・・・が対にされ、それぞれ、距離ΔHが同じになる姿勢で取り付けられる。
In each of the
In the
In addition, two (
後述するように、互いに隣接する2つの磁石18a,b(磁石19a,bについても同様)によって磁極間ピッチMが規定され、「およその絶対位置」の最小単位が規定される。
磁極間ピッチMは、N極の磁石18a(19a)の軸方向Pにおける中心とそれに隣接するN極の磁石18c(19c)の軸方向Pにおける中心との間の距離Mである。この距離は、磁石18aの軸方向Pの側面44と磁石18cの同じ側の側面44との間の距離と同じになり、式
M=2X+2Y
で表される長さとなる。この長さは、磁石18,19の幅方向の寸法Xと、間隔Yとで決まる長さであり、一対の磁石18a,b(磁石19a,b)の大きさ、配置で決まる。
また、センサが一対の2つの磁石18a,b(磁石19a,b)に対向する間は、振幅Wは同じになる。一方、N極間のピッチMは、N極間の距離であるため、磁石18a(19a)に対向する場合と磁石18c(18c)に対向する場合とでは、振幅Wが異なることになる。しかし、振幅の差はわずかであり、N極間のピッチ全体において、磁石18cの磁界の影響を受ける位相は僅かであるため、N極間のピッチにおいて、振幅Wが一定であるとみなしても差し支えないのである。また、N極間のピッチが「およその絶対位置」を検出する場合の最小単位となるのである。
磁石18,19の寸法X,間隔Yは、リニアモータ32として効果的に推力を出力可能であり、かつ、絶対位置の検出精度を満たし得る大きさに決定される。絶対位置検出のためであれば、寸法X、間隔Yは小さい方が望ましい。
なお、図5(a)、(b)において、可動子24の固定子12,14に対する相対移動により、センサA,B,C,Dは1点鎖線上を通り、コイル30は、破線の間において磁石18,19に対向して相対移動させられる。しかし、実際には、磁石18,19の長さZは、幅方向の寸法X、間隔Yに対して長いため、コイル30が対向し得る領域(破線の間の領域)は、図5(a)、(b)に示す領域より広い。
As will be described later, the pitch M between the magnetic poles is defined by two
The pitch M between the magnetic poles is a distance M between the center in the axial direction P of the N-
It becomes the length represented by. This length is a length determined by the dimension X in the width direction of the
Further, the amplitude W is the same while the sensor faces the pair of two
The dimensions X and the distance Y of the
5 (a) and 5 (b), the sensors A, B, C, and D pass on the alternate long and short dash line, and the
リニアモータ32は、図3に示すように、コンピュータを主体とするモータ制御装置50によって制御される。モータ制御装置50は、実行部52,記憶部54,入出力部56等を含み、入出力部56には、センサA,B,C,D、コイル30等が接続される。モータ制御装置50は、コイル30への供給電流を制御するとともに、センサA,B,C,Dの出力信号に基づいて絶対位置を取得する。
As shown in FIG. 3, the linear motor 32 is controlled by a
可動子24の相対移動に伴って、センサA〜Dの出力信号は、図5(c)、(d)に示すように、周期的に変化する。
センサA〜DがN極に対向する場合に、出力信号は極大となり、S極に対向する場合に極小となり、センサA〜DがN極とS極との間に位置する場合に0となる。出力信号の波長は磁石18,19のN極間のピッチMである。出力信号の、センサが対向する磁石の磁極の変化に起因する変化の成分を短周期成分と称する。
また、センサB,Dの出力信号は、センサA,Cの出力信号に対して1/4位相ずれて変化する。
矢印Q方向へ相対移動させられる場合には、センサBの出力信号がセンサAの出力信号に対して1/4位相進み、矢印R方向へ相対移動させられる場合には、センサBの出力信号が遅れる。そのことを利用すれば、可動子24の進行方向がわかる。
As the
When the sensors A to D are opposed to the N pole, the output signal is maximized. When the sensors A to D are opposed to the S pole, the output signal is minimized. . The wavelength of the output signal is the pitch M between the N poles of the
Further, the output signals of the sensors B and D change with a ¼ phase shift with respect to the output signals of the sensors A and C.
When the sensor B is moved in the direction of the arrow Q, the output signal of the sensor B advances by ¼ phase with respect to the output signal of the sensor A. Be late. Using this fact, the traveling direction of the
センサA〜Dの出力信号の振幅Wは、センサA〜Dと磁石18,19の上端面40,41との間の距離ΔHが大きい場合は小さい場合より小さくなる。
可動子24が矢印Qの方向へ相対移動させられると、センサA,Bと磁石18の上端面40との間の距離ΔHが増加した後減少し、増加する。そのため、センサA,Bの出力信号は、図5(c)に示すように、振幅Wが減少した後に増加し、再び減少する。また、磁極間のピッチM内においては、距離ΔHが同じであるため、出力信号が1周期変化する間の振幅Wは同じとなる。本実施例において、出力信号の波長Mで短い周期で変化する成分を短周期成分と称し、距離ΔHの変化に起因して全ストロークLを1波長として変化する成分(振幅)を長周期成分と称する。なお、シミュレーションにより得られたセンサA,Bの出力信号を、図6(a)に示す。実線がセンサAの出力信号を表し、破線がセンサBの出力信号を表す。シミュレーションは、有限要素法(FEM)により磁石18,19等を分割して行ったものである。有限要素法において用いられる分割要素(セル、メッシュと称すること等もある)は、比較的に大きなものであるため、演算誤差が大きいと考えられる。
センサC,Dの出力信号についても同様であり、図5(d)に示すように変化する。センサC,Dと磁石19の上端面41との間の距離ΔHが、増加した後減少するのに伴って、振幅Wが、減少した後増加する。シミュレーションにより得られたセンサC、Dの出力信号を、図6(b)に示す。実線がセンサCの出力信号を表し、破線がセンサDの出力信号を表す。
The amplitude W of the output signals of the sensors A to D is smaller when the distance ΔH between the sensors A to D and the upper end surfaces 40 and 41 of the
When the
The same applies to the output signals of the sensors C and D, and changes as shown in FIG. As the distance ΔH between the sensors C, D and the
また、センサA,Bの出力信号を合成して得られるリサジュ曲線を図7(a)に示す。リサジュ曲線とは、互いに垂直な方向の単振動を合成して得られる二次元運動の軌道を示す曲線である。センサA,Bの出力信号の短周期成分について、前述のように、周期、振幅Wが同じであるとみなし得、かつ、位相差がπ/2(1/4波長)であるため、理論的には円となる。センサA,Bの出力信号の短周期成分については、周期、振幅は同じとなる。
また、リサジュ曲線の円の半径は、振幅Wに応じた大きさとなる。振幅Wは、可動子24の移動に伴って、すなわち、絶対位置の変化に伴って変化するのであり、円の半径は、絶対位置の変化に伴って段階的に変化する。
同様に、センサC,Dの出力信号を合成して得られるリサジュ曲線を図7(b)に示す。この場合においても、絶対位置の変化に伴う振幅の変化に伴って、半径が変化する。
FIG. 7A shows a Lissajous curve obtained by synthesizing the output signals of the sensors A and B. The Lissajous curve is a curve indicating a trajectory of two-dimensional motion obtained by synthesizing simple vibrations in directions perpendicular to each other. As described above, the short period components of the output signals of the sensors A and B can be regarded as having the same period and amplitude W, and the phase difference is π / 2 (1/4 wavelength). Is a circle. The short period components of the output signals of the sensors A and B have the same period and amplitude.
In addition, the radius of the Lissajous circle is a size corresponding to the amplitude W. The amplitude W changes as the
Similarly, a Lissajous curve obtained by combining the output signals of the sensors C and D is shown in FIG. Even in this case, the radius changes as the amplitude changes due to the change in absolute position.
全ストロークLにおいて、センサA,Bの出力信号から求められる振幅は、図5(e)に示すように、正弦波的(−sin)に変化する。センサC、Dの出力信号から求められる振幅は、図5(f)に示すように、(e)に示すグラフに対して1/4位相ずれて(π/2ずれて)変化する(余弦波)。また、図5(e)、(f)に示すように、振幅Wは、全ストロークLを波長として変化する(全ストロークLを1周期として変化する)。
このことから、全ストロークLを2πとして表すことも可能であり、その場合には、それぞれの絶対位置を角度θとして表すことができる。
なお、シミュレーションにより得られた振幅と絶対位置との関係を、図8(a)に示す。図8(a)の実線がセンサA,Bの出力信号から得られる振幅と絶対位置(角度)との関係を表し、破線がセンサC,Dの出力信号から得られる振幅と絶対位置(角度)との関係を表す。
全ストロークLは、可動子24の相対移動可能な領域であり、図示しないストッパで決まる。絶対位置は、ストッパで規定される基準位置{例えば、図8(a)、(b)の0点}からの距離である。
In the entire stroke L, the amplitude obtained from the output signals of the sensors A and B changes sinusoidally (−sin) as shown in FIG. As shown in FIG. 5 (f), the amplitude obtained from the output signals of the sensors C and D changes with a ¼ phase shift (π / 2 shift) with respect to the graph shown in (e) (cosine wave). ). Further, as shown in FIGS. 5E and 5F, the amplitude W changes with the full stroke L as a wavelength (changes with the full stroke L as one cycle).
From this, it is also possible to represent the entire stroke L as 2π, in which case the absolute position of each can be represented as an angle θ.
FIG. 8A shows the relationship between the amplitude and the absolute position obtained by the simulation. The solid line in FIG. 8A represents the relationship between the amplitude obtained from the output signals of the sensors A and B and the absolute position (angle), and the broken line represents the amplitude obtained from the output signals of the sensors C and D and the absolute position (angle). Represents the relationship.
The total stroke L is an area in which the
したがって、これら2つの振幅に基づけば絶対位置がわかる。すなわち、2つの振幅の組み合わせは、可動部24の固定子12,14に対する絶対位置に対して1対1に対応するため、2つの振幅が決まれば、可動子24の固定子12,14に対する絶対位置が必ず1つ決まるのである。
具体的には、センサA、Bの出力信号で決まる振幅がWABであり、センサC、Dの出力信号で決まる振幅がWCDである場合に、図9(a)の点SLが決まる。そして、その場合の角度θは、式
tanθ=−(WAB0−WAB)/(WCD0−WCD)
θ=arctan{−(WAB0−WAB)/(WCD0−WCD)}
と、(WAB0−WAB)、(WCD0−WCD)の値の符号(正の値であるか、負の値であるか)とから、取得することができる。
センサA,Bの出力信号の振幅WABは、センサA,Bの出力信号の値IA、IBから、式
WAB=√(IA 2+IB 2)
に従って、取得することができ、センサC,Dの出力信号の振幅WCDは、センサC,Dの出力信号の値IC、IDから、式
WCD=√(IC 2+ID 2)
に従って、取得することができる。
また、値WAB0、WCD0は、振幅Wの最大値と最小値との中間値であり、リサジュ曲線の取得後に求められる。また、センサと磁石との間の距離ΔHの最小値と最大値との中間値で決まるため、予め求めて記憶させておくことも可能である。
本実施例においては、振幅WABを表す信号は、センサA,Bの出力信号IA,IBを処理することにより取得され、振幅WCDを表す信号は、センサC,Dの出力信号IC,IDを処理することにより表され、これら振幅WAB、WCDを処理することにより、角度θを表す信号が取得される。角度θを表す信号が、本実施例における合成信号の一態様である。
Therefore, the absolute position can be found based on these two amplitudes. That is, the combination of the two amplitudes has a one-to-one correspondence with the absolute position of the
Specifically, when the amplitude determined by the output signals of the sensors A and B is W AB and the amplitude determined by the output signals of the sensors C and D is W CD , the point S L in FIG. 9A is determined. . And in that case, the angle θ
tan θ = − (W AB0 −W AB ) / (W CD0 −W CD )
θ = arctan {− (W AB0 −W AB ) / (W CD0 −W CD )}
And the sign of the value of (W AB0 −W AB ) and (W CD0 −W CD ) (whether it is a positive value or a negative value).
The amplitude W AB of the output signals of the sensors A and B can be calculated from the values I A and I B of the output signals of the sensors A and B by the formula W AB = √ (I A 2 + I B 2 )
The amplitude W CD of the output signals of the sensors C and D can be obtained from the values I C and I D of the output signals of the sensors C and D using the formula W CD = √ (I C 2 + I D 2 )
Can be obtained according to.
The values W AB0 and W CD0 are intermediate values between the maximum value and the minimum value of the amplitude W, and are obtained after acquiring the Lissajous curve. Further, since it is determined by an intermediate value between the minimum value and the maximum value of the distance ΔH between the sensor and the magnet, it can be obtained and stored in advance.
In the present embodiment, the signal representing the amplitude W AB is obtained by processing the output signals I A and I B of the sensors A and B, and the signal representing the amplitude W CD is obtained from the output signals I and C of the sensors C and D. C, represented by treating I D, by treating these amplitudes W AB, the W CD, a signal representing the angle θ is obtained. The signal representing the angle θ is an aspect of the combined signal in the present embodiment.
このように、角度θが求められれば、式
LX=θ・L/(2π)
に従って、絶対位置LXを求めることができる。
本実施例においては、記憶部54に、本リニアモータ32におけるセンサA,Bの出力信号から得られた振幅WABと、センサC,Dの出力信号から得られた振幅WCDと、絶対位置との関係が予め記憶されている。そのため、モータ制御部50において、センサA,B,C,Dの信号が処理されて得られた振幅WAB、WCDと、予め記憶された関係とに基づいて、図8(b)に示すように、絶対位置LXが検出される。このように検出された絶対位置をおよその絶対位置と称する。これらの関係は、リニアモータ32の特性の影響を受けるため、リニアモータ個々について実際に取得しておくことが望ましい。また、シミュレーションにおいて、図8(b)に示す目盛りの1/4の間に、一対の磁石(18a,b)、あるいは、一対の磁石(19a,b)が位置することとした。
なお、記憶された関係は、定期的に取得されて、修正されるようにすることができる。コイル30の経時変化等に起因して、これらの関係が変わることがあるからである。
Thus, if the angle θ is obtained, the formula L X = θ · L / (2π)
Thus, the absolute position L X can be obtained.
In this embodiment, the
Note that the stored relationship can be periodically acquired and modified. This is because these relationships may change due to changes in the
一方、およその絶対位置は、振幅Wに基づいて、換言すれば、長周期成分に基づいて検出されるが、振幅Wは、前述のように、一対の(磁石18a,b)、(磁石19a,b)を通る間は一定である。そのため、およその絶対位置は、磁極間ピッチMの誤差を含む。そこで、より高い精度の絶対位置が要求される場合には、磁極間ピッチM内における絶対位置を取得して、詳細な絶対位置が検出される。
例えば、およその絶対距離LXに基づけば、現時点においてセンサA,Bが対向する磁石(例えば、磁石18x、yであるとする。磁石19x、yとしても同じである)がわかる。一方、センサA,Bの出力信号に基づけば、磁極間ピッチM内における位置、すなわち、磁石18xの中心からの距離(あるいは磁石18zの中心からの距離)MXがわかる。
センサAの出力信号の値がIAであり、センサBの出力信号の値がIBである場合には、図9(b)に示すように、点SMが決まり、tanφ、角度φが求められる。
tanφ=−(IB/IA)
φ=arctan{−(IB/IA)}
上述の場合と同様に、tanφの値と、出力信号の値IA、IBの符号とから、角度φが決まるのである。
そして、円の1周が磁極間ピッチMに対応するため、式
MX=φ・M/(2π)
に従って、磁石18xの中心からの絶対位置MXを取得することができる。
一方、磁石18xの中心の絶対位置は、LX近傍の値であるが、固定子12の構造から既知である(LX0)。そのため、その時点の可動子24の絶対位置LXは、磁石18xの中心までの距離LX0と、磁極間ピッチM間の距離MXとの和として取得することができる。
LX=LX0+MX
このように得られた絶対位置を詳細な絶対位置と称する。この場合には、角度φが、センサA,Bの出力信号の合成信号に対応する。
On the other hand, the approximate absolute position is detected based on the amplitude W, in other words, based on the long-period component. The amplitude W is detected as a pair of (
For example, based on the approximate absolute distance L X , the magnets (for example, the
The value of the output signal of the sensor A is I A, if the value of the output signal of the sensor B is I B, as shown in FIG. 9 (b), determines the point S M, tan [phi, the angle φ is Desired.
tanφ =-(I B / I A )
φ = arctan {− (I B / I A )}
As in the case described above, the angle φ is determined from the value of tan φ and the sign of the output signal values I A and I B.
Then, since one round of the circle corresponds to the pitch M between the magnetic poles, the formula M X = φ · M / (2π)
Accordingly, the absolute position M X from the center of the
On the other hand, the absolute position of the center of the
L X = L X0 + M X
The absolute position thus obtained is referred to as a detailed absolute position. In this case, the angle φ corresponds to the combined signal of the output signals of the sensors A and B.
以上のように、本実施例においては、リニアモータ32の固定子12,14において、磁石18,19が、上端面40,41とセンサA,B,C,Dとの間の距離が、絶対位置の変化に応じて変化する状態で設けられるため、可動子24にセンサA,B,C,Dを設けるだけで、絶対位置を検出することができる。すなわち、リニアモータ32の構造(駆動原理)を利用して、絶対位置を取得することができるのである。その結果、別途に絶対位置検出装置を設ける必要がなくなり、リニアモータ、および、リニアモータで駆動される工作機械のコストダウンを図ることができる。
また、磁石18a,b,c,・・・,磁石19a,b,c,・・・の幅方向の寸法Xが同じで、等間隔Yで設けられるため、寸法X,間隔Yが変化する状態で設ける場合に比較して、絶対位置の変化に起因する推進力の変化を抑制することができる。さらに、コイル30に供給される電流を、従来と同様に制御することもできる。
さらに、磁石18a,b,c,・・・,磁石19a,b,c,・・・のすべてを、同じ大きさ、形状を成したものとすれば、磁石18,19の製造コストを低減することが可能となり、より一層、コストダウンを図ることができる。
また、全ストローク内の任意の位置において、センサA〜Dの出力信号を検出すれば、その絶対位置を検出することができる。可動子24の前回の位置を記憶したり、短周期成分の振動数をカウントしてそのカウント値を記憶したりする必要がないのである。換言すえば、可動子24を移動させなくても、その絶対位置を検出することができるのである。
As described above, in the present embodiment, in the
Further, the
Furthermore, if all of the
Further, if the output signals of the sensors A to D are detected at any position within the entire stroke, the absolute position can be detected. There is no need to memorize the previous position of the
以上のように、本実施例においては、リニアモータ32の固定子12,14に設けられた磁石18,19と、可動子24に設けられたセンサA,B,C,Dと、モータ制御部50の絶対位置を検出する部分とにより位置検出装置が構成される。また、モータ制御装置50の絶対位置を検出する部分は、計算部でもある。
さらに、図5(a)、(b)の破線が第1直線に対応し、一点鎖線が第2直線に対応する。第2直線は第3直線でもある。
As described above, in this embodiment, the
Further, the broken lines in FIGS. 5A and 5B correspond to the first straight line, and the alternate long and short dash line corresponds to the second straight line. The second straight line is also the third straight line.
なお、上記実施例においては、リニアモータ32はムービングコイル型のものであったが、ムービングマグネット型のものとすることもできる。ムービングマグネット型のリニアモータにおいては、固定子にセンサが設けられ、可動子が長手部材とされる。
また、位置検出装置は、リニアモータ32とは関係なく、回転モータとボールねじ機構等の運動変換機構とを有するリニア駆動装置において、可動部の相対位置を検出するために使用することもできる。
さらに、磁極間のピッチM内における位置を求める場合に、センサA、センサBのいずれか一方の出力信号に基づいて決めることができる。すなわち、センサAの出力信号IAとセンサBの出力信号IBとからtanθを求めて、角度θを求めるのではなく、出力信号IAと出力信号IBとのうち、変化が大きい方の値を用いて、角度θを求めるのである。例えば、角度θが0あるいはπ、2π近傍の場合、換言すれば、出力信号IAが極大値、あるいは極小値近傍の値であり、出力信号IBが0近傍の値である場合には、出力信号IBから角度θを求めるのである。角度θが0あるいはπ、2π近傍の値をとる場合には、出力信号IBの方が出力信号IAより変化勾配が大きいため、角度θを正確に取得することができるのである。
IB/WAB=cosθ
θ=arccos(IB/WAB)
同様の理由から、角度θがπ/2,3π/2近傍である場合には、出力信号IAに基づく方が角度θを正確に取得することができる。
{−IA/WAB}=sinθ
θ=arcsin{−(IA/WAB)}
以上のように、2つの出力信号の値を比較して、絶対値が小さい方の値に基づいて磁極間のピッチ内における位置を求めることができるのである。
さらに、磁極間ピッチ内における絶対位置を求める場合においても、センサA,Bの出力信号と絶対位置との実際の関係を予め取得して、記憶させておき、それに基づいて磁極間ピッチ内の絶対位置を取得することもできる。また、それによって、θの値を補正することもできる。
In the above embodiment, the linear motor 32 is a moving coil type, but it may be a moving magnet type. In a moving magnet type linear motor, a sensor is provided on a stator, and the mover is a longitudinal member.
In addition, the position detection device can be used to detect the relative position of the movable part in a linear drive device having a rotary motor and a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism regardless of the linear motor 32.
Furthermore, when the position within the pitch M between the magnetic poles is obtained, it can be determined based on the output signal of one of the sensor A and the sensor B. That is, instead of obtaining tan θ from the output signal I A of the sensor A and the output signal I B of the sensor B and obtaining the angle θ, the larger one of the output signal I A and the output signal I B The angle θ is obtained using the value. For example, when the angle θ is near 0 or π, 2π, in other words, when the output signal I A is a maximum value or a value near the minimum value, and the output signal I B is a value near 0, The angle θ is obtained from the output signal I B. When the angle θ takes a value close to 0, π, or 2π, the output signal I B has a larger change gradient than the output signal I A, so that the angle θ can be accurately acquired.
I B / W AB = cosθ
θ = arccos (I B / W AB )
For the same reason, when the angle θ is in the vicinity of π / 2 and 3π / 2, the angle θ can be obtained more accurately based on the output signal I A.
{−I A / W AB } = sinθ
θ = arcsin {− (I A / W AB )}
As described above, the values of the two output signals are compared, and the position in the pitch between the magnetic poles can be obtained based on the smaller absolute value.
Further, when obtaining the absolute position within the pitch between the magnetic poles, the actual relationship between the output signals of the sensors A and B and the absolute position is acquired and stored in advance, and based on that, the absolute position within the pitch between the magnetic poles is obtained. The position can also be acquired. Thereby, the value of θ can also be corrected.
さらに、位置検出装置は、片側式のリニアモータにおける可動子の絶対位置を検出する場合にも適用することができる。
その場合の実施例を図10に示す。図10に示す片側式のリニアモータは、図1,2に示す両側式のリニアモータにおいて、固定子の一方が設けられていないものであり、可動子の片側にはセンサが設けられていない。
片側式のリニアモータ70において、軸方向Pに沿って固定子72が延び、固定子72の磁石保持部(ハウジング)74に複数の磁石76が保持される。これら複数の磁石76に隙間δを隔てて可動子78が配設され、相対移動可能に保持される。可動子78の固定子72側には、磁石76の上端面79の内側に対向してセンサE,F(図11参照)が設けられる。センサE,Fは、互いに軸方向Pと平行に、1/4位相ずれた位置に設けられる。
Furthermore, the position detection device can also be applied when detecting the absolute position of the mover in a one-sided linear motor.
An embodiment in that case is shown in FIG. The single-sided linear motor shown in FIG. 10 is the same as the double-sided linear motor shown in FIGS.
In the one-sided linear motor 70, the stator 72 extends along the axial direction P, and a plurality of magnets 76 are held in a magnet holding portion (housing) 74 of the stator 72. A movable element 78 is disposed in the plurality of magnets 76 with a gap δ therebetween, and is held so as to be relatively movable. Sensors E and F (see FIG. 11) are provided on the stator 72 side of the mover 78 so as to face the inner side of the
固定子72において、複数の磁石76は、図11(a)に示すように、それぞれの上端面79の位置が絶対位置の変化に伴って単調に変化する状態で設けられる。
本実施例においては、磁石76が可動子78のセンサE,Fとの間の距離ΔHが、可動子78が矢印Q向に相対移動させられる場合に、単調減少する状態で設けられる。その結果、センサE,Fの出力信号は、図11(b)に示すように、磁極間ピッチMを波長として正弦波状に変化するとともに、その振幅Wが、矢印Q方向へ移動するのに伴って(距離ΔHが小さくなるのにつれて)、大きくなる。そのため、センサE,Fの信号のリサジュー曲線は、図示は省略するが、半径が増加する多重の円から構成されるものとなる。また、振幅Wと、絶対位置LXとの関係は、図11(c)に示すようになるのであり、振幅Wは、絶対位置と1対1に対応する。
したがって、センサE,Fの出力信号の振幅Wに基づけば、「およその絶対位置LX」を取得することができるのであり、本実施例においては、振幅Wが、センサE,Fの出力信号の合成信号に対応する。
また、上記実施例における場合と同様に、振幅Wに基づいて、磁石76x、yの位置を特定し、図12に示すように、その場合のセンサE,Fの出力信号IE,IF等から角度φを取得し、磁石18xの位置LX0からの距離MXを取得することが可能となる。
tanφ=−(IF/IE)
φ=artan{−(IF/IE)}
MX=φ・M/(2π)
その結果、「詳細な絶対位置LX」を、
LX=LX0+MX
として取得することができる。
In the stator 72, as shown in FIG. 11A, the plurality of magnets 76 are provided in a state where the position of each upper end surface 79 changes monotonously with a change in absolute position.
In the present embodiment, the distance ΔH between the magnet 76 and the sensors E and F of the mover 78 is provided in a state of monotonously decreasing when the mover 78 is relatively moved in the arrow Q direction. As a result, as shown in FIG. 11B, the output signals of the sensors E and F change sinusoidally with the pitch M between the magnetic poles as the wavelength, and the amplitude W moves in the direction of the arrow Q. (As the distance ΔH becomes smaller). For this reason, the Lissajous curves of the signals of the sensors E and F are composed of multiple circles whose radii increase although illustration is omitted. Further, the relationship between the amplitude W and the absolute position L X is as shown in FIG. 11C, and the amplitude W has a one-to-one correspondence with the absolute position.
Therefore, based on the amplitude W of the output signals of the sensors E and F, the “approximate absolute position L X ” can be obtained. In this embodiment, the amplitude W is the output signal of the sensors E and F. Corresponds to the combined signal.
Also, as in the above embodiment, based on the amplitude W,
tanφ =-(I F / I E )
φ = artan {− (I F / I E )}
M X = φ · M / (2π)
As a result, "detailed absolute position L X "
L X = L X0 + M X
Can be obtained as
なお、上記実施例においては、片側式のリニアモータに適用される場合について説明したが、両側式のリニアモータに適用することもできる。
また、磁石76の上端面79とセンサE,Fとの間の距離ΔHが、可動子78が矢印Qに相対移動させられた場合に増加する状態で設けたり、単調に曲線的に増加あるいは減少する状態で設けたりすることもできる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a one-sided linear motor has been described.
Further, the distance ΔH between the
さらに、上記実施例においては、両側式、片側式のリニアモータに適用される場合について説明したが、本発明に係る位置検出装置は、円筒型のリニアモータにおける可動子の絶対位置を検出することもできる。その場合の一実施例を、図13,14に示す。
円筒型のリニアモータ100は、固定子としてシャフト102と、可動子104とを含む。シャフト102は、軸方向Pに延びた長手部材であり、両端において、ベース105に設けられた一対の支持部材106に、相対回転不能かつ相対移動不能に保持される。シャフト102は、軸方向Pに沿って直列に配設された複数の磁石110を有する。
可動子104は、シャフト102の外側に嵌合されたものであり、軸方向Pに沿って直列に配設された複数の筒状のコイル120を含む。可動子104は、また、ベース105に、軸方向Pと平行に設けられた一対のガイドレール122、123に係合可能な係合部124、125を有し、ガイドレール122,123に係合部124,125が係合させられることにより、軸方向Pに相対移動可能に保持される。なお、可動子104の内周面とシャフト102の外周面との間には、隙間が設けられる。
このように、本実施例における円筒型のリニアモータ100は、ムービングコイル型のものである。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a double-sided or single-sided linear motor has been described. You can also. An embodiment in that case is shown in FIGS.
The cylindrical
The
Thus, the cylindrical
可動子104には、磁界検出部としてのセンサG,H,I,J,G′,H′,I′,J′が合計8個設けられる。これらセンサは、上記実施例における場合と同様に、ホール素子から構成されるものである。
図15に示すように、4つのセンサG,H,I,Jは、可動子104の軸方向Pの同じ位置に、周方向の隔たった位置に設けられる。センサG,Hは180°隔たった位置に、センサI,Jは180°隔たった位置に、また、センサG,Iが90°隔たった位置に、それぞれ、設けられる。すなわち、4つのセンサG,I,H,Jは、互いに90°ずつ隔たった位置に設けられるのである。
また、4つのセンサG,H,I,Jの各々と、軸方向Pと平行な方向に1/4位相ずれた位置(電気角度90°隔たった位置)に、それぞれ4つのセンサG′,H′,I′,J′が設けられる。なお、後述するように、可動子104の相対移動に伴って波長が変化するため、全ストロークにおいて、1/4位相ずれた信号が出力されるとは限らないが、波長の変化の幅は非常に小さいため、1/4位相ずれたとみなすことができる。
The
As shown in FIG. 15, the four sensors G, H, I, and J are provided at the same position in the axial direction P of the
In addition, each of the four sensors G ′, H, I, J, and the four sensors G ′, H at positions shifted by ¼ phase in the direction parallel to the axial direction P (positions separated by 90 ° electrical angle), respectively. ', I', J 'are provided. As will be described later, since the wavelength changes with the relative movement of the
シャフト102において、複数の磁石110が、中空状の磁石支持筒126の内部において、等間隔で直列に並べられ、隣接する磁石110の間に磁性材料から成るスペーサ128が設けられる。スペーサ128により、同じ磁極が対向する状態であっても、磁石110同士の反発を回避し、磁力の低下を抑制することができる。なお、磁石支持筒126は、磁石110の磁束を透過させる非磁性材料により製造されたものである。
磁石110a,b,c,・・・の各々は、図16(a)、(b)に示すように、外周面が円筒面で、両端面130,132が互いに平行かつ軸方向Pに対して傾斜した円柱形状(中実な円筒形状)を成したものであり、形状および各寸法が互いに同じものである。すなわち、軸方向の長さX、半径R、端面130,132の傾斜角度ηが同じものである。また、両端面130,132の一方がN極とされ、他方がS極とされたものである。
磁石110は、図17(a)に示すように、軸方向Pにおいて互いに等しい間隔Yを隔てた位置に配設される。そして、各々の位置において、隣接する磁石との間で同じ磁極同士が対向し、かつ、軸線Pの回りに、等角度ずつ相対回転させられた姿勢とされる。例えば、磁石110において基準点Kを定めた場合に、隣接する磁石110において基準点K間の距離がそれぞれ同じとされる。また、各々の位置において、例えば、磁石110cにおける外周上の基準点Kの位相が0である場合に、磁石110bにおける基準点Kの軸線Pに対する位相が−α°となり、磁石110dにおける位相が+αとなるように、相対回転させられるのである。
その結果、隣接する2つの磁石110同士においては、相対位相は互いに同じになる。そのため、スペーサ128の各々は、同じ形状、寸法を成したものとすることができ、それぞれ、異なる位相で配設される。
なお、図17(a)において、磁石110各々の相対位相を明確にするため、磁石110の端面の輪郭を直線で描いたため、角部が形成されたが、実際には、端面の輪郭は曲線であるため、角部も丸められることになる。
また、複数の磁石110,複数のスペーサ128は、図17(a)に示す姿勢で、磁石支持筒126の内部に支持されるが、磁石110とスペーサ128との間に作用する吸引力によって吸着させた状態で支持されるようにしたり、磁石110,スペーサ128を予め接着材等で接着しておいて、その状態で支持されるようにしたりすることもできる。
さらに、相対位相は、隣接する磁石110とスペーサ128とにおいて、一方の端面の中心から隔たった位置に凸部を設け、他方の端面のその凸部に対応する部分に凹部を設け、これらの嵌合により決まるようにすることができる。
また、磁石支持筒126の内周面に、長手方向に延びた突部を設けるとともに、磁石110,スペーサ128の各々の外周面の、その突部に対応する位置に、軸方向に延びた凹部を設け、これらの嵌合により相対位相が決まるようにすることもできる。
In the
As shown in FIGS. 16A and 16B, each of the
As shown in FIG. 17A, the
As a result, the relative phases of the two
In FIG. 17A, in order to clarify the relative phase of each of the
Further, the plurality of
Further, the relative phase is such that, in the
Further, a protrusion extending in the longitudinal direction is provided on the inner peripheral surface of the
図14に示すように、センサG,H,I,JおよびセンサG′,H′,I′,J′は、コンピュータを主体とするモータ制御部132に接続される。モータ制御部132は実行部134,記憶部136,入出力部138を含み、コイル120への供給電流を制御する。また、センサG,H,I,JおよびセンサG′,H′,I′,J′の出力信号に基づいて、可動子104の固定子102に対する絶対位置が取得される。
As shown in FIG. 14, the sensors G, H, I, and J and the sensors G ′, H ′, I ′, and J ′ are connected to a
センサG,H,I,Jの出力信号は、可動子104の移動に伴って、図17(b)に示すように変化する。
これらセンサG,H,I,Jの出力信号は、センサが磁石110の中央に対向する相対位置において0となり、スペーサ128の中央に対向する相対位置において極大、あるいは、極小となる。
一方、複数の磁石110は、図17(a)に示すように配設されるため、センサG、H、I、Jの各々の磁石110に対する相対位置が軸方向Pにおいて変化する。換言すれば、磁石110は、等間隔で配設され、その位置において、相対回転させられるため、周方向の予め定められた位置(センサG,H,I,Jの位置)において、互いに隣接する磁石110の縁同士の距離Vが、相対移動に伴って、異なる態様で変化するのである。
例えば、図17(a)において、可動子104が固定子102に対して相対移動させられた場合に、センサG、G′が通る直線を第1直線とし、センサH、H′が通る直線を第2直線、センサI,I′が通る直線を第3直線、センサJ,J′が通る直線を第4直線とする。第1〜第4直線は、それぞれ、軸線Pに平行で、互いに軸方向Pと直交する方向に隔たった位置にある。第1直線と第2直線とは互いに180°位相が隔たった位置にあり、第3直線と第4直線とは180°位相が隔たった位置にあり、第1直線と第3直線とは90°位相が隔たった位置にある。
センサG,G′は第1直線に沿って相対移動させられるが、第1直線に沿った磁石110fの縁と磁石110gの縁との間の距離VG1と、磁石110hの縁と磁石110iの縁との間の距離VG2とは異なる。また、第3直線(センサI,I′)に沿った磁石110dの縁と磁石110eの縁との間の距離VI1と、磁石110gの縁と磁石110hの縁との間の距離VI2とは異なり、第2直線(センサH,H′)に沿った磁石110fの縁と磁石110gの縁との間の距離VH1と、磁石110hの縁と磁石110iの縁との間の距離VH2とは異なる。さらに、第4直線(センサJ,J′)に沿った磁石110dの縁と磁石110eの縁との間の距離VJ1と、磁石110gの縁と磁石110hの縁との間の距離VJ2とは異なる。
また、磁石110d、eの間において、第3直線に沿った距離VI1の方が第4直線に沿った距離VJ1より大きいが、磁石110g、hの間において、第3直線に沿った距離VI2より第4直線に沿った距離VJ2の方が大きくなる。すなわち、位相が180°隔たった2つの直線に沿ってセンサがそれぞれ相対移動させられる場合、一方のセンサが通る直線に沿った距離が大きい場合は他方のセンサが通る直線に沿った距離が小さく、一方のそれの距離が小さい場合は他方のそれの距離が大きい関係にあるのである。
同様に、磁石110f、gの間において、第1直線に沿った距離VG1が第2直線に沿った距離VH1より大きくなり、磁石110h、i間において、第1直線に沿った距離VG2より第2直線に沿った距離VH2の方が大きくなるのであり、一方が大きいと他方が小さい関係がある。
さらに、第1〜第4直線に沿った距離VG、VH、VI,VJは、いずれも、センサが軸方向Pに移動したと仮定した場合に、増・減することになる。
The output signals of the sensors G, H, I, and J change as shown in FIG.
The output signals of these sensors G, H, I, and J become 0 at the relative position where the sensor faces the center of the
On the other hand, since the plurality of
For example, in FIG. 17A, when the
The sensors G and G ′ are relatively moved along the first straight line, but the distance V G1 between the edge of the
Further, the distance V I1 along the third straight line between the
Similarly, the distance V G1 along the first straight line between the
Furthermore, the distances V G , V H , V I , and V J along the first to fourth straight lines are all increased / decreased when it is assumed that the sensor has moved in the axial direction P.
それに対して、すべての磁石110の軸方向の長さXは同じである。
このことから、センサG,H,I,Jの出力信号は、図17(b)に示すように変化するのであり、波長が、軸方向Pに相対移動させられるのに伴って、それぞれ、別個に変化する。上述のように、センサG,Hの出力信号の間、センサI,Jの出力信号の間には、一方の波長が長くなると他方の波長が短くなる関係にある。
図17(c)には、センサG,Hの出力信号を重ねて記載し、図17(d)には、センサI,Jの出力信号を重ねて記載した。図17(c)に示すように、可動子104が矢印Qの方向に相対移動した場合において、センサG、Hの出力信号の位相は、絶対位置L0,L2,L4で一致し、絶対位置L1,L3で位相差が最大となる。絶対位置L1においては、センサGの出力信号の方が進み、絶対位置L3においてはセンサHの出力信号の方が進む。図17(d)に示すように、センサI、Jの出力信号の位相は、絶対位置L1,L3において一致し、絶対位置L0,L2,L4において位相差が最大となる。絶対位置L0,L4においては、センサIの出力信号の方が進み、絶対位置L2においては、センサJの方が進むことがわかる。
このように、センサGの出力信号、センサHの出力信号の波長が、可動子104の相対移動に伴って変化するため、センサGの出力信号がセンサHの出力信号に対して進んだり、遅れたりするのであり、これらの位相差が正弦波的に変化する。センサI、Jの出力信号についても同様であるが、位相差が1/4位相ずれて変化する。
On the other hand, the axial length X of all the
From this, the output signals of the sensors G, H, I, and J change as shown in FIG. 17 (b), and as the wavelength is relatively moved in the axial direction P, each of them is separately provided. To change. As described above, between the output signals of the sensors G and H and between the output signals of the sensors I and J, there is a relationship in which when one wavelength becomes longer, the other wavelength becomes shorter.
In FIG. 17 (c), the output signals of the sensors G and H are described in an overlapping manner, and in FIG. 17 (d), the output signals of the sensors I and J are described in an overlapping manner. As shown in FIG. 17 (c), when the
As described above, since the wavelengths of the output signal of the sensor G and the output signal of the sensor H change with the relative movement of the
なお、図17(b)には、センサG,H,I,Jの出力信号の変化のみを記載したが、センサG′,H′,I′,J′は、それぞれ、1/4位相ずれた出力信号を出力するのであり、シミュレーションで得られたセンサG,G′の出力信号、センサH,H′の出力信号、センサI,I′の出力信号、センサJ,J′の出力信号を、図18(a)〜(d)に示す。
また、図19(a)〜(d)には、センサG,G′の出力信号、センサH,H′の出力信号、センサI,I′の出力信号、センサJ,J′の出力信号のリサジュ曲線を、それぞれ、示す。図19(a)〜(d)に示すように、リサジュ曲線は、上述のように、ほぼ円になる。センサGの出力信号とセンサG′の出力信号とは、それぞれ、周期(波長)、振幅が同じであり、位相が1/4ずれているため、前述のように、リサジュ曲線は円になるのである。センサH,H′の出力信号、センサI,I′の出力信号、センサJ,J′の出力信号についても同様にリサジュ曲線は円になる。
In FIG. 17B, only changes in the output signals of the sensors G, H, I, and J are shown. However, the sensors G ′, H ′, I ′, and J ′ each have a ¼ phase shift. The output signals of the sensors G and G ′, the output signals of the sensors H and H ′, the output signals of the sensors I and I ′, and the output signals of the sensors J and J ′ obtained by the simulation are output. 18 (a) to (d).
19A to 19D show the output signals of the sensors G and G ′, the output signals of the sensors H and H ′, the output signals of the sensors I and I ′, and the output signals of the sensors J and J ′. Each Lissajous curve is shown. As shown in FIGS. 19A to 19D, the Lissajous curve is substantially a circle as described above. Since the output signal of the sensor G and the output signal of the sensor G ′ have the same period (wavelength) and amplitude, and are out of phase by ¼, as described above, the Lissajous curve is a circle. is there. Similarly, the Lissajous curves are also circular for the output signals of the sensors H and H ′, the output signals of the sensors I and I ′, and the output signals of the sensors J and J ′.
図20(a)、(b)は、図17(c)、(d)に対応するものであり、それぞれ、センサG,Hの出力信号、センサI、Jの出力信号を重ねて記載したものである。位相差(角度差と称することもできる)は、実際には、増加したり、減少したりして、細かに変化するのであるが、図20(a)、(b)においては、位相のずれの状態を明確にするため、位相差を実際より大きく記載した。
そして、センサG、Hの出力信号の位相差、センサI、Jの出力信号の位相差は、図21に示すように変化する。すなわち、センサG、Hの位相差は、実線で示すように、可動子104の相対位置の変化に伴って正弦波的に変化し、センサI、Jの位相差は、破線で示すように、1/4位相ずれた状態で変化する。
そして、センサG、Hの出力信号の位相差を表す信号、破線で表されるセンサI、Jの出力信号の位相差を表す信号のリサジュ曲線は、図22に示すように、全ストロークLを一周(2π)とする円となる。
図24に示すように、センサG,Hの出力信号の位相差Δαsinと、センサI,Jの出力信号の位相差Δαcosとから、全ストロークを2πとした場合の角度θを取得すれば、その角度θからおよその絶対位置を取得することができる。
例えば、センサG,H、センサI,Jの位相差が、それぞれ、Δαsin、Δαcosである場合に、位相差の符号を考慮して、式
tanθ=−(Δαsin/Δαcos)
θ=arctan{−(Δαsin/Δαcos)}
に従って、θを取得することができ、式
LX=θ・L/(2π)
に従って、「およその絶対位置LX」を取得することができるのである。このように、位相差の組と絶対位置とは1対1に対応するのであり、位相差の組(本実施例においては、2つの位相差から取得した角度θを表す信号が合成信号に該当する)に基づけば、およその絶対位置と検出することができる。
そのことを表したのが、図23のグラフである。
本実施例においては、図21に示す、センサG,Hの出力信号の位相差と、センサI,Jの出力信号の位相差との組と、絶対位置との関係が予め記憶部136に記憶されており、実際に取得された位相差の組と、記憶された関係とから、「およその絶対位置」が取得されるのである。
なお、シミュレーションは、上記実施例における場合と同様に有限要素法を用いて行った。
FIGS. 20 (a) and 20 (b) correspond to FIGS. 17 (c) and 17 (d), respectively, in which the output signals of sensors G and H and the output signals of sensors I and J are overlaid. It is. The phase difference (also referred to as angle difference) actually increases or decreases and changes finely. In FIGS. 20 (a) and 20 (b), the phase shift In order to clarify the state, the phase difference is described larger than the actual phase difference.
Then, the phase difference between the output signals of the sensors G and H and the phase difference between the output signals of the sensors I and J change as shown in FIG. That is, the phase difference between the sensors G and H changes sinusoidally as the relative position of the
The Lissajous curve of the signal representing the phase difference between the output signals of the sensors G and H and the signal representing the phase difference between the output signals of the sensors I and J represented by broken lines are shown in FIG. It becomes a circle with one round (2π).
As shown in FIG. 24, if the angle θ when the total stroke is 2π is obtained from the phase difference Δα sin of the output signals of the sensors G and H and the phase difference Δα cos of the output signals of the sensors I and J. The approximate absolute position can be obtained from the angle θ.
For example, when the phase differences of sensors G and H and sensors I and J are Δα sin and Δα cos , respectively,
tanθ = − (Δα sin / Δα cos )
θ = arctan {− (Δα sin / Δα cos )}
Can be obtained according to the formula L X = θ · L / (2π)
Accordingly, the “approximate absolute position L X ” can be acquired. Thus, the phase difference pair and the absolute position correspond one-to-one, and the phase difference pair (in this embodiment, the signal representing the angle θ obtained from the two phase differences corresponds to the combined signal). )), It can be detected as an approximate absolute position.
This is shown in the graph of FIG.
In the present embodiment, the relationship between the phase difference between the output signals of the sensors G and H and the phase difference between the output signals of the sensors I and J and the absolute position shown in FIG. The “approximate absolute position” is acquired from the actually acquired set of phase differences and the stored relationship.
The simulation was performed using the finite element method as in the above-described embodiment.
また、詳細な絶対位置を取得する場合には、上記実施例における場合と同様に、およその絶対位置に基づいて、磁石110を特定する。そして、その特定された磁石に関して、一組のセンサG,G′の出力信号に基づいて、1ピッチ内の位置を取得し、詳細な絶対位置を取得するのである。特定された磁石110に対向する状態においては、一組のセンサG,G′の出力信号は、周期(波長)、振幅が同じで、1/4位相ずれているため、上記実施例における場合と同様に、磁極間ピッチ内の位置を検出することができるのである。同様に、センサH,H′、センサI,I′、センサJ,J′の出力信号の組に基づいて取得することもできる。
このように、円筒型のリニアモータについても、コストアップを回避しつつ、絶対位置を検出することが可能となる。
本実施例においては、固定子に設けられた磁石110と、センサG,H,I,J,G′,H′,I′,J′と、モータ制御部132の絶対位置を検出する部分とにより位置検出装置が構成される。
Further, when acquiring a detailed absolute position, the
As described above, the absolute position of the cylindrical linear motor can be detected while avoiding an increase in cost.
In the present embodiment, a
なお、上記実施例においては、磁石110が中実の筒状部材とされて、中空の円筒状の磁石支持部126の内部に支持されていたが、磁石を中空の筒状部材として、中実の筒状の支持棒の外周側に支持されるようにすることもできる。その場合には、支持棒の外周面に長手方向に延びた係合突部を設けるとともに、磁石110,スペーサ128の内周面の予め定められた位相に係合凹部を設け、これらの嵌合により、相対位相が決まるようにすることができる。
また、磁石を、外周側がN極あるいはS極とされ、内周側がS極あるいはN極とされたものとし、それが交互に配設されるようにすることもできる。
さらに、支持部材を設けることなく、複数の磁石を連結して長手部材を構成することもできる。
また、可動子104を保持するためのガイドレール122,123、係合部124,125は不可欠ではない。可動子104が、コイル120から外れた位置において、直接、シャフト102にベアリング等を介して保持されるようにすることができる。
In the above embodiment, the
Further, the magnet may be arranged such that the outer peripheral side is an N pole or S pole and the inner peripheral side is an S pole or N pole, which are alternately arranged.
Furthermore, a longitudinal member can also be comprised by connecting a some magnet, without providing a supporting member.
Further, the
次に上記実施例における円筒型のリニアモータ100が電子回路部品装着機における装着ヘッドの移動の駆動源として利用される場合について簡単に説明する。
図25,26において、電子回路部品装着機は、電子回路部品を供給する部品供給装置300と、回路基板301を保持する基板保持装置302と、部品供給装置300から電子回路部品を受け取って回路基板301に装着する装着ヘッド306と、部品供給装置300と基板保持装置302と装着ヘッド306とを相対移動させる相対移動装置308と、少なくとも基板保持装置302,装着ヘッド306および相対移動装置308を制御する制御装置310(モータ制御部132を含む)とを含む。部品供給装置300等は、位置を固定して設けられたベッド312上に設けられている。ベッド312は電子回路部品装着機の本体を構成する。本電子回路部品装着機は、他に、回路基板304に設けられた基準マークを撮像するマーク撮像装置および装着ヘッド306に保持された電子回路部品を撮像する部品撮像装置を含む。
Next, the case where the cylindrical
25 and 26, the electronic circuit component mounting machine receives the electronic circuit component from the
相対移動装置308は、装着ヘッド306を、基板保持装置302により保持された回路基板301の部品装着面に平行な一平面たる水平面内において互いに直交する2方向であるX軸方向およびY軸方向に移動させる装着ヘッド平行方向移動装置たる装着ヘッド水平方向移動装置316と、装着ヘッド306を、上記2方向と直交する方向である鉛直方向(Z軸方向)に移動させる装着ヘッド直交方向移動装置たる装着ヘッド昇降装置318とを含む。相対移動装置308は、装着ヘッド306を、位置を固定して設けられた部品供給装置300へ移動させて部品供給装置300から電子回路部品を受け取らせ、基板保持装置302へ移動させて、基板保持装置302に保持された回路基板301に電子回路部品を装着させる。
The
基板保持装置302は、例えば、基板搬送装置320により搬入された回路基板301を下方から支持するとともに、縁部をクランプする装置とされる。装着ヘッド水平方向移動装置316は、装着ヘッド306をX軸方向に移動させるX軸移動装置322と、Y軸方向に移動させるY軸移動装置324とを含み、本実施例におけるリニアモータ100は、例えば、それらX軸移動装置322およびY軸移動装置324の各駆動源として用いられ、X軸移動部材326およびY軸移動部材328をそれぞれX軸方向およびY軸方向に移動させる。本電子回路部品装着機のX軸移動装置322は、図25に示すようにリニアモータ100を一対備え、Y軸移動装置324は、図26に示すようにリニアモータ100を1つ備える。電子回路部品装着機はまた、装着ヘッド306をその軸線まわりに回転させて部品保持具330に保持された電子回路部品を回転させるヘッド回転装置等を含む。これら装着ヘッド306,相対移動装置308および回転装置を含む装着装置により電子回路部品が回路基板301に装着される。
X軸移動装置322に含まれる一対のリニアモータ100、Y軸移動装置324に含まれるリニアモータ100の各可動子104のコイル120(図14参照)への供給電流は、制御装置310において検出されたX方向、Y方向の絶対位置に基づいて制御される。なお、X軸移動装置322に含まれる一対のリニアモータ100の可動子104のコイル120への供給電流は、同期して制御される。また、一対のリニアモータ100の両方に絶対位置検出装置を設ける必要は必ずしもなく、いずれか一方に設ければよい。
The
A supply current to the coils 120 (see FIG. 14) of each of the
なお、図25,26においては、円筒型のリニアモータ100が電子回路部品装着機の装着ヘッド306を移動させる移動装置の駆動源として使用される場合について説明したが、両側式のリニアモータ32,片側式のリニアモータ70についても同様に使用することができる。
また、上記各実施例におけるリニアモータは、装着ヘッドの昇降に使用される駆動源とした使用したり、他に、電子回路部品装着機において、基板の搬送、トレーの引き出し、マガジンの昇降に使用される駆動源として使用したり、一般に物品を搬送する搬送機の駆動弁に使用したりすることもできる。
In FIGS. 25 and 26, the case where the cylindrical
In addition, the linear motor in each of the above embodiments can be used as a drive source used for raising and lowering the mounting head, and also used for transporting boards, pulling out trays, and raising and lowering magazines in electronic circuit component mounting machines. It can also be used as a driving source that is used, or it can be used as a driving valve for a carrier that generally conveys articles.
以上、種々の態様を説明したが、本発明は、上述に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。 While various aspects have been described above, the present invention can be practiced in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, in addition to the aspects described above.
12,14:固定子 18,19:磁石 24:可動子 30:コイル 32:両側式リニアモータ 40,41:上端面 50:モータ制御部 70:片側式リニアモータ 72:固定子 76:磁石 78:可動子 100:円筒型リニアモータ 102:固定子 104:可動子 110:磁石 128:スペーサ 132:モータ制御部 センサA,B,C,D,E,F,G,H,I,J,G′,H′,I′,J′
12, 14:
Claims (8)
前記長手部材が、互いに平行に一対設けられ、
前記磁界検出部が、それら一対の長手部材の各々に対向する位置に、少なくとも1つずつ設けられ、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記長手部材の各々において、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って、各磁界検出部との間の前記軸方向と直交する方向の距離が、位相は互いに異なるが互いに同じ波長で変化する状態で、かつ、前記複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。 (i) a plurality of magnets, comprising a longitudinal member extending in the axial direction, and (ii) has a plurality of magnetic field detecting portion, the elongate member and movable relative to said axis detection member, said plurality A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the magnetic field detection unit;
A pair of the longitudinal members are provided in parallel to each other,
At least one magnetic field detector is provided at a position facing each of the pair of longitudinal members,
Each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction. In each of the longitudinal members, the longitudinal member and the detection member are arranged at equal intervals along the axial direction. Assuming the relative movement, the distance in the direction orthogonal to the axial direction between each magnetic field detection unit is different from each other in phase but changes at the same wavelength. , the position detecting device combined signal of the plurality of magnetic field detecting portion of the output signal, characterized in that arranged in a state that changes in accordance with the relative position and the one-to-one.
前記複数の磁石の各々が、長手方向に延びた棒状磁石で、かつ、その長手方向と直交する寸法が互いに同じものであり、それら複数の磁石が、それぞれ、前記長手方向が前記軸方向と直交する姿勢で、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記長手方向の一端と前記複数の磁界検出部との間の距離が変化するとともに、前記複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。 (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; and (ii) a plurality of magnetic field detectors, the longitudinal member and a detection member relatively movable in the axial direction. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the magnetic field detection unit;
Each of the plurality of magnets is a rod-shaped magnet extending in the longitudinal direction, and the dimensions perpendicular to the longitudinal direction are the same as each other, and each of the plurality of magnets has the longitudinal direction orthogonal to the axial direction. And assuming that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other at regular intervals along the axial direction, the one end in the longitudinal direction and the plurality of the plurality of the longitudinal members and the plurality of detection members are moved along with the relative movement . The distance between the magnetic field detection unit is changed , and the combined signal of the output signals of the plurality of magnetic field detection units is arranged in a state of changing in a one-to-one correspondence with the relative position. Position detector.
前記複数の磁石の各々が、長手方向に延びた棒状磁石で、かつ、その長手方向と直交する寸法が互いに同じものであり、それら複数の磁石が、それぞれ、前記長手方向が前記軸方向と直交する姿勢で、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記長手方向の一端と前記1つの磁界検出部との間の距離が変化するとともに、前記1つの磁界検出部の出力信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。 (i) a longitudinal member that includes a plurality of magnets and extends in the axial direction; and (ii) a magnetic field detection unit that includes the longitudinal member and a detection member that is relatively movable in the axial direction. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on output signals of two magnetic field detection units;
Each of the plurality of magnets is a rod-shaped magnet extending in the longitudinal direction, and the dimensions perpendicular to the longitudinal direction are the same as each other, and each of the plurality of magnets has the longitudinal direction orthogonal to the axial direction. in a posture that, at equal intervals along the axial direction, and, when said the longitudinal member and the detection member is assumed that moving the relative said longitudinal end and the one with its relative movement Position detection characterized in that the distance between the magnetic field detection unit and the output signal of the one magnetic field detection unit is changed in a one-to-one relationship with the relative position. apparatus.
前記複数の磁石の各々が、外周面が円筒面で、両端面が互いに平行でかつ前記円筒面を備えた円筒の中心線に対して傾斜した形状を成したものであり、かつ、前記形状および寸法が、前記複数の磁石の各々において互いに同じであり、
前記複数の磁石の各々が、前記長手部材に、前記軸方向に沿って等間隔で、前記中心線が前記軸方向と平行な姿勢で、軸線回りの相対回転位相が、軸方向において等角度ずつ変化する状態で、直列に配設されるとともに、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。 (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; and (ii) a plurality of magnetic field detectors, the longitudinal member and a detection member relatively movable in the axial direction. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the magnetic field detection unit;
Each of the plurality of magnets has a shape in which an outer peripheral surface is a cylindrical surface, both end surfaces are parallel to each other, and inclined with respect to a center line of the cylinder having the cylindrical surface , and the shape and The dimensions are the same in each of the plurality of magnets;
Each of the plurality of magnets is equidistant from the longitudinal member along the axial direction, the centerline is parallel to the axial direction, and the relative rotational phase around the axial line is equiangular in the axial direction. Assuming that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other in series in a changing state, the combined signal of the output signals of the plurality of magnetic field detectors with the relative movement Is disposed in a state of changing in a one-to-one correspondence with the relative position .
前記複数の磁石の各々が、外周面が円筒面で、両端面が互いに平行でかつ前記円筒面を備えた円筒の中心線に対して傾斜した形状を成したものであり、かつ、前記形状および寸法が、前記複数の磁石の各々において互いに同じであり、
前記複数の磁石の各々が、前記長手部材に、前記軸方向に沿って等間隔で、前記中心線が前記軸方向と平行な姿勢で、軸線回りの相対回転位相が、軸方向において等角度ずつ変化する状態で、直列に配設されるとともに、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記1つの磁界検出部の出力信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設されたことを特徴とする位置検出装置。 (i) a longitudinal member that includes a plurality of magnets and extends in the axial direction; and (ii) a magnetic field detection unit that includes the longitudinal member and a detection member that is relatively movable in the axial direction. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on output signals of two magnetic field detection units;
Each of the plurality of magnets has a shape in which an outer peripheral surface is a cylindrical surface, both end surfaces are parallel to each other, and inclined with respect to a center line of the cylinder having the cylindrical surface , and the shape and The dimensions are the same in each of the plurality of magnets;
Each of the plurality of magnets is equidistant from the longitudinal member along the axial direction, the centerline is parallel to the axial direction, and the relative rotational phase around the axial line is equiangular in the axial direction. Assuming that the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other in a state where the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other, the output signal of the one magnetic field detection unit is associated with the relative movement. A position detecting device, wherein the position detecting device is arranged so as to change in a one-to-one relationship with a relative position .
前記複数の磁界検出部の各々が、前記検出部材に、前記軸方向と交差する方向に隔てて設けられ、
前記複数の磁石の各々が、前記軸方向の長さが互いに同じものであり、前記軸方向に沿って等間隔で、かつ、前記長手部材と前記検出部材とを前記相対移動させたと仮定した場合に、その相対移動に伴って前記複数の磁界検出部の各々との間の前記軸方向と平行な方向における相対位置関係がそれぞれ変化し、前記複数の磁界検出部の出力信号の合成信号が、前記相対位置と1対1に対応して変化する状態で配設され、
当該位置検出装置が、前記複数の磁界検出部による出力信号の合成信号に基づいて前記長手部材と前記検出部材との前記相対位置を計算する計算部を含むことを特徴とする位置検出装置。 (i) a longitudinal member having a plurality of magnets and extending in the axial direction; and (ii) a plurality of magnetic field detectors, the longitudinal member and a detection member relatively movable in the axial direction. A position detection device that detects a relative position of the detection member in the axial direction with respect to the longitudinal member based on an output signal of the magnetic field detection unit;
Each of the plurality of magnetic field detection units is provided on the detection member in a direction intersecting the axial direction,
When it is assumed that each of the plurality of magnets has the same length in the axial direction, is equally spaced along the axial direction, and the longitudinal member and the detection member are moved relative to each other. In addition, the relative positional relationship in the direction parallel to the axial direction between each of the plurality of magnetic field detection units changes with the relative movement, respectively, and the combined signal of the output signals of the plurality of magnetic field detection units is It is arranged in a state of changing in a one-to-one correspondence with the relative position,
The position detection device includes a calculation unit that calculates the relative position between the longitudinal member and the detection member based on a combined signal of output signals from the plurality of magnetic field detection units.
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