JP5415819B2 - Linear motor and linear motor device - Google Patents
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本発明はリニアモータ、および、リニアモータを有するリニアモータ装置に関する。
より特定的には、本発明は、簡単な構成で位置検出を可能とするリニアモータと、そのリニアモータを有するリニアモータ装置に関する。
The present invention relates to a linear motor and a linear motor device having a linear motor.
More specifically, the present invention relates to a linear motor that enables position detection with a simple configuration, and a linear motor device having the linear motor.
種々の構成を持つリニアモータが提案されている(たとえば、特許文献1、参照)。
リニアモータの1例を図1(A)、(B)、(C)を参照して述べる。
図1に図解したリニアモータ1は、マグネット移動型リニアモータと呼ばれており、永久磁石(マグネット)10が装着された可動子2がベース部材4に固定された固定子3に対して平行に移動する。
Linear motors having various configurations have been proposed (for example, see Patent Document 1).
An example of a linear motor will be described with reference to FIGS. 1 (A), (B), and (C).
The
リニアモータ1は、台座13A,13B,13Cを介してベース部材4に設けられた固定子3A,3B,3Cと、これら固定子3A,3B,3Cと対向して配置される1個の可動子2とを有する。
この例示においては、リニアモータ1の長手方向に間隔Zを隔ててベース部材4に台座13A,13B,13Cを介して設けられた、3個の固定子3A、3B、3Cを備えたリニアモータについて例示している。なお、固定子3は少なくとも1個あればよい。以下説明を簡単にするため、1個の固定子3が設けられたリニアモータについて述べる。
各固定子3には、台座13を介して120°位相が異なる電流が印加される、3相、すなわち、U相、V相、W相の3個の電磁コイルが並置されている。
The
In this example, a linear motor including three
Each
可動子2には、永久磁石(マグネット)10で形成された隣接するS磁極とN磁極とで構成される1対の磁極が、リニアモータ1の長手方向に沿って、複数対、直線状に配設(または、装着、搭載)されている。
可動子2は、固定子3に対向し、固定子3に対して平行に移動可能に取り付けられている。
A pair of magnetic poles composed of adjacent S magnetic poles and N magnetic poles formed of permanent magnets (magnets) 10 are linearly formed in the
The
リニアモータ1の長手方向において、隣接するS磁極とN磁極(またはN磁極とS磁極)とで構成された1対の磁極の幅(配設間隔)をピッチPaとする。
隣接する2対の磁極、すなわち、4個の磁極の幅(2×Pa)と、3個並置されたU相、V相、W相の電磁コイルの幅(ベース部材4の長手方向に沿った長さ)Pcとが実質的に等しい。すなわち、Pc=2×Paである。この、可動子2の磁極と固定子3の電磁コイルとの配置関係は、リニアモータ1の動作原理に基づく。
In the longitudinal direction of the
Two adjacent pairs of magnetic poles, that is, the width of four magnetic poles (2 × Pa) and the width of three parallel arranged U-phase, V-phase, and W-phase electromagnetic coils (along the longitudinal direction of the base member 4) Length) Pc is substantially equal. That is, Pc = 2 × Pa. The positional relationship between the magnetic poles of the
1個の固定子3内の3個のU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルに120°ずつ位相が異なる電流を印加することにより、これらの電磁コイルに発生する120°位相がずれた電磁力と、可動子2に配設されている複数対のS磁極およびN磁極との磁力との相互作用により、可動子2が固定子3に対して平行に移動する。
By applying currents having different phases by 120 ° to the three U-phase electromagnetic coils, V-phase electromagnetic coils, and W-phase electromagnetic coils in one
このようなリニアモータは、たとえば、搬送装置などに適用される。たとえば、可動子2に搬送対象を載置すれば、可動子2の移動とともに搬送対象を移動させることができる。
このような搬送装置においては、位置決め制御が行われる。たとえば、可動子2の位置を検出して、搬送対象の位置決め制御を行う。
Such a linear motor is applied to, for example, a transport device. For example, if the transfer object is placed on the
In such a transport apparatus, positioning control is performed. For example, the position of the
図1を参照して、そのような位置および磁極を検出する方法について述べる。
ベース部材4または固定子3に対する、可動子2の位置を検出するため、図1に図解したリニアモータにおいて、可動子2にリニアスケール5を設け、このリニアスケール5に対向かつ接近させてリニアスケールヘッド6が設けられている。リニアスケールヘッド6はリニアモータ1に固定されている。
リニアスケール5には、たとえば、所定の間隔で磁気信号を発生する磁気目盛りが設けられている。
リニアスケールヘッド6は可動子2の移動とともに移動して、リニアスケール5の目盛りを検出する。これにより、固定子3に対して移動する可動子2の位置を検出することができる。
A method for detecting such a position and magnetic pole will be described with reference to FIG.
In order to detect the position of the
The
The linear scale head 6 moves with the movement of the
図1において、さらに、固定子3の側のU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルと、可動子2に搭載されているマグネット10、より具体的には、隣接する2対のS磁極とN磁極との位置関係を検出するため、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルそれぞれに、磁極の磁界に感応する特性を有するホール素子7U,7V,7Wが設けられている。
3個のホール素子7U,7V,7Wは、可動子2に配設された2対のS磁極、N磁極、換言すれば、4個の磁石の磁界の強さを検出する。
各ホール素子は、S磁極またはN磁極の磁界の強さ、換言すれば、S磁極またはN磁極との距離に応じた振幅を示す信号を生成する。
In FIG. 1, a U-phase electromagnetic coil, a V-phase electromagnetic coil, a W-phase electromagnetic coil on the
The three Hall elements 7U, 7V, and 7W detect the strength of the magnetic field of two pairs of S magnetic poles and N magnetic poles arranged in the
Each Hall element generates a signal indicating an amplitude according to the strength of the magnetic field of the S magnetic pole or the N magnetic pole, in other words, the distance from the S magnetic pole or the N magnetic pole.
ピッチが(2×Pa)で隣接する2対の磁極の幅と、隣接する3個のU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルの間隔に既知であるから、これらU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルに対応して設けられた3個のホール素子7U,7V,7Wの検出信号を演算処理すると、これらU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルと、隣接する2対の磁極との位置関係を検出することができる。 Since the pitch of the two pairs of magnetic poles adjacent to each other at a pitch of (2 × Pa) and the distance between three adjacent U-phase electromagnetic coils, V-phase electromagnetic coils, and W-phase electromagnetic coils are known, these U-phase electromagnetic coils When the detection signals of the three Hall elements 7U, 7V, 7W provided corresponding to the V-phase electromagnetic coil and the W-phase electromagnetic coil are processed, these U-phase electromagnetic coil, V-phase electromagnetic coil, W-phase electromagnetic coil And the positional relationship between two adjacent pairs of magnetic poles can be detected.
上述した例示は、S磁極とN磁極とが移動するマグネット可動型のリニアモータであるが、上述したリニアモータとは逆に、電磁石コイルが装着された側が移動する形式のリニアモータも知られている。 The above-described example is a magnet-movable linear motor in which the S magnetic pole and the N magnetic pole move. However, in contrast to the linear motor described above, a linear motor in which the side on which the electromagnet coil is mounted moves is also known. Yes.
上述したリニアモータ1は、たとえば、下記の問題に遭遇している。
(a)磁気的な位置検出手段であるリニアスケールヘッド6およびリニアスケール5は高価である。その結果、リニアモータの価格が高騰する。
(b)リニアスケール5とリニアスケールヘッド6の他に、各固定子3に対して3個のホール素子7U,7V,7Wを設けているので、位置検出および磁極の検出のための装置構成が複雑である。
(c)さらに、リニアスケールヘッド6と、可動子2とともに移動するリニアスケール5とが、リニアモータ1内で、相当の場所(空間)を占有しており、リニアモータの小型化の妨げになっている。
(d)リニアスケール5とリニアスケールヘッド6とは磁気的検出手段であるから、可動子2に設けられた永久磁石の磁界の影響を防止するための遮蔽対策を行う必要があり、リニアモータの小型化を妨げ、放熱対策にも障害となる。
(e)上記と同様に、3個のホール素子7U,7V,7Wが固定子3に搭載されている電磁コイルの影響を受けないようにする対策も必要となる。
The
(A) The linear scale head 6 and the
(B) Since the three hall elements 7U, 7V, and 7W are provided for each
(C) Furthermore, the linear scale head 6 and the
(D) Since the
(E) Similarly to the above, it is necessary to take measures to prevent the three Hall elements 7U, 7V, and 7W from being affected by the electromagnetic coil mounted on the
以上から、上述した課題を克服して、位置情報および磁極情報を得ることが出来る、リニアモータが望まれている。
また、そのようなリニアモータを用いたリニアモータ装置を提供することが要望されている。
特に、リニアモータが初期状態などにおいても、リニアモータの固定部分に対する可動部分の絶対的な位置を検出可能な、リニアモータおよびリニアモータ装置を提供することが望まれている。
From the above, a linear motor that can overcome the above-described problems and obtain position information and magnetic pole information is desired.
It is also desired to provide a linear motor device using such a linear motor.
In particular, it is desired to provide a linear motor and a linear motor device that can detect an absolute position of a movable part with respect to a fixed part of the linear motor even when the linear motor is in an initial state.
本発明によれば、リニアモータであって、
固定子と、当該リニアモータの長手方向であり当該可動子の移動方向である第1軸方向に前記固定子と相対移動可能に配設された、可動子と、前記第1軸方向に沿って交互に隣接して配設された、磁化特性の異なる第1の磁極および第2の磁極とを有する、磁極群と、前記第1軸方向と直交する第2軸方向において前記磁極群と離間し、前記磁極群の磁界に感応する位置に、かつ、前記第1軸方向に沿って離間して、配設された、1対の第1および第2の磁気感応素子と、前記第2軸方向において前記磁極群と離間し、前記磁極群の磁界に感応する位置に、かつ、前記第1軸方向に沿って離間して、配設された、少なくとも1対の第3および第4の磁気感応素子とを有し、
前記隣接する1対の第1の磁極および第2の磁極の配置の幅を1磁極ピッチと規定したとき、前記第1と第2の磁気感応素子は前記1磁極ピッチの1/4の距離を離間して配設され、前記第3と第4の磁気感応素子は前記1磁極ピッチと等しい距離だけ隔てて離間して配設され、
前記第1の磁気感応素子と前記第3の磁気感応素子とは、前記第4の磁気感応素子が配設されている向きに、少なくとも1磁極ピッチと等しい距離だけ離間して配設されている、リニアモータが提供される。
第1および第2の磁気感応素子からの90度位相差のある検出信号を用いて、固定子に対する可動子の位置を検出することができる。他方、第3および第4の磁気感応素子の検出信号を用いて、可動子の絶対位置を算出することができる。
According to the present invention, a linear motor comprising:
A stator, a mover disposed in a longitudinal direction of the linear motor and in a first axis direction that is a moving direction of the mover, and arranged to be movable relative to the stator , along the first axis direction disposed adjacent alternately, and a different first and second magnetic poles of the magnetization characteristics, spaced apart and pole group, and the pole group in a second axial direction orthogonal to the first axis direction A pair of first and second magnetically sensitive elements disposed at positions sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group and spaced apart along the first axis direction; and the second axis And at least one pair of third and fourth magnets disposed at positions that are spaced apart from the magnetic pole group in the direction and that are sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group and that are spaced apart along the first axial direction. and a sensitive element,
When the width of the arrangement of the pair of adjacent first magnetic poles and second magnetic poles is defined as one magnetic pole pitch , the first and second magnetic sensitive elements are a distance of 1/4 of the one magnetic pole pitch. the spaced apart are disposed, the third and fourth magnetic sensitive element is disposed spaced apart only the distance equal to the one magnetic pole pitch,
The first magnetic sensitive element and the third magnetic sensitive element are spaced apart by a distance equal to at least one magnetic pole pitch in the direction in which the fourth magnetic sensitive element is disposed. A linear motor is provided.
The position of the mover relative to the stator can be detected using detection signals having a 90-degree phase difference from the first and second magnetically sensitive elements. On the other hand, the absolute position of the mover can be calculated using the detection signals of the third and fourth magnetically sensitive elements.
当該リニアモータの第1形態として、前記固定子はベース部材に固定されており、前記固定子には、120°ずつ位相がずれた電流が印加される3個の電磁コイルが前記第1軸方向に沿って並列に配設されており、前記可動子には、前記磁極群が、前記電磁コイルと対向し、かつ、前記第1軸方向に設けられており、前記第1および第2の磁気感応素子、および、前記第3および第4の磁気感応素子は、前記ベース部材に、前記電磁コイルの磁界に感応しない位置に離間して配設されている。
他方、当該リニアモータの第2の形態として、前記固定子に、前記磁極群が設けられており、前記可動子に、120°ずつ位相がずれた電流が印加される3個の電磁コイルが前記第1軸方向に沿って並列に配設されており、前記第1および第2の磁気感応素子、および、前記第3および第4の磁気感応素子は前記可動子に前記電磁コイルの磁界に感応しない位置に配設されている。
好ましくは、前記第1〜第4の磁気感応素子はそれぞれ、前記磁極の磁界に感応するホール素子、または、磁気抵抗変化素子を含む。
As a first embodiment of the linear motor, the stator is fixed to the base member, said stator includes three electromagnetic coils the first axial current whose phases are shifted by 120 ° are applied The magnetic pole group is disposed on the movable element so as to face the electromagnetic coil and in the first axial direction, and the first and second magnetic elements are arranged in parallel with each other. The sensitive element and the third and fourth magnetic sensitive elements are disposed on the base member so as to be spaced apart from each other at a position not sensitive to the magnetic field of the electromagnetic coil .
On the other hand, as a second form of the linear motor, the magnetic pole group is provided in the stator, and three electromagnetic coils to which currents whose phases are shifted by 120 ° are applied to the mover are described above. The first and second magnetic sensitive elements, and the third and fourth magnetic sensitive elements are arranged in parallel along the first axial direction, and the movable element is sensitive to the magnetic field of the electromagnetic coil. It is arranged at a position not to be.
Preferably, each of the first to fourth magnetic sensitive elements includes a Hall element or a magnetoresistive change element sensitive to the magnetic field of the magnetic pole.
また本発明によれば、上記リニアモータと、前記可動子が、1磁極ピッチだけ移動する時間を1周期とした場合、前記第1および第2の磁気感応素子の検出信号に基づいて、前記1周期内の前記1対の隣接する第1の磁極と第2の磁極と前記第1および第2の磁気感応素子との相対的な位置を検出する、位置情報生成回路と、前記第3および第4の磁気感応素子の検出信号に基づいて前記位置情報生成回路が生成した相対位置から前記固定子に対する前記可動子の絶対位置を検出する絶対位置情報生成回路とを有する、リニアモータ装置が提供される。
好ましくは、当該リニアモータは、前記絶対位置情報生成回路から出力される前記絶対位置検出信号と、前記可動子に搭載された前記磁極群を構成する磁石、または、前記固定子に搭載された前記磁極群を構成する磁石との位置関係に基づいて磁極情報を生成する磁極情報生成回路をさらに含む。
According to the present invention, the above linear motor, the movable element, when the time one cycle of movement by one pole pitch, based on the detection signal of the first and second magnetically sensitive element, said one A position information generating circuit for detecting a relative position of the pair of adjacent first magnetic pole, second magnetic pole, and the first and second magnetically sensitive elements within a period; and the third and second There is provided a linear motor device having an absolute position information generation circuit for detecting an absolute position of the mover relative to the stator from a relative position generated by the position information generation circuit based on a detection signal of the magnetic sensing element of 4. The
Preferably, the linear motor includes the absolute position detection signal output from the absolute position information generation circuit , the magnet constituting the magnetic pole group mounted on the mover , or the mount mounted on the stator. It further includes a magnetic pole information generation circuit that generates magnetic pole information based on the positional relationship with the magnets constituting the magnetic pole group .
本発明によれば、第1および第2の磁気感応素子を設けることにより、可動子と固定子との相対位置を検出することができる。
なお、本発明においては、リニアスケールヘッドおよびリニアスケールを設ける必要がなく、本発明によれば、これを設けた場合の課題、問題が解消された。
According to the present invention, the relative position between the mover and the stator can be detected by providing the first and second magnetically sensitive elements.
In the present invention, it is not necessary to provide a linear scale head and a linear scale, and according to the present invention, the problems and problems associated with the provision of this are solved.
また、本発明によれば、第3および第4の磁気感応素子を設けることにより、可動子と固定子との位置情報および/または磁極情報を得ることができるリニアモータ装置が提供できた。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a linear motor device that can obtain position information and / or magnetic pole information between the mover and the stator by providing the third and fourth magnetic sensitive elements.
以下、添付図面を参照して本発明のリニアモータおよびリニアモータ装置の実施の形態について述べる。 Embodiments of a linear motor and a linear motor device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1実施の形態
図2および図3を参照して本発明のリニアモータおよびリニアモータ装置の第1実施の形態について述べる。
図2(A)、(B)、(C)は、第1実施の形態のリニアモータ1Aを図解する図である。図2(A)は第1実施の形態のリニアモータの上部平面であり、図2(B)はリニアモータの断面図であり、図2(C)は図2(B)の部分拡大図である。
図3は、第1実施の形態の位置・磁極情報生成回路20と、サーボ制御部21と、増幅駆動回路22とを図解する図である。
First Embodiment A first embodiment of a linear motor and a linear motor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
2A, 2B, and 2C are diagrams illustrating the
FIG. 3 is a diagram illustrating the position / magnetic pole
図2(A)〜(C)に図解したリニアモータ1Aは、ベース部材4に搭載された固定子3と、固定子3と対向して配置される1個の可動子2とを有する。
本実施の形態においても、図1を参照して述べたように、複数の固定子3、たとえば、3個の固定子3A,3B,3Cを設けることができる。たとえば、所定の間隔Z(たとえば、固定子1個分の幅)を隔てて、可動子2の可動範囲に複数の固定子を設けると、円滑、かつ、広範囲において可動子2の移動を可能とし、さらに、可動子2に十分な推進力を与えるために設けている。
なお、基本的には、1個の固定子3を設けるだけでよい。以下説明を簡単にするため、1個の固定子3を設けたリニアモータについて述べる。
A
Also in the present embodiment, as described with reference to FIG. 1, a plurality of
Basically, only one
リニアモータ1Aは、ベース部材4に固定されたセンサ基板18に搭載された2個のホール素子、すなわち、A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとを有する。
ホール素子は本実施の形態の磁界に感応する磁気感応素子の1例であり、可動子2に搭載された、S磁極とN磁極との磁界を検出する。S磁極およびN磁極の磁界の強さは、ホール素子とS磁極とN磁極との距離に依存する。
隣接するS磁極とN磁極、または、隣接するN磁極とS磁極は、本発明における、隣接し、磁化特性の異なる第1および第2の磁極に該当する。
The
The Hall element is an example of a magnetic sensitive element that is sensitive to the magnetic field of the present embodiment, and detects the magnetic field of the S magnetic pole and the N magnetic pole mounted on the
The adjacent S magnetic pole and N magnetic pole, or the adjacent N magnetic pole and S magnetic pole correspond to the first and second magnetic poles which are adjacent and have different magnetization characteristics in the present invention.
第1実施の形態のリニアモータ装置10Aは、図2(A)〜(C)に図解したリニアモータ1Aに加えて、図3に図解した、位置・磁極情報生成回路20と、サーボ制御部21と、増幅駆動回路22とを有する。
位置・磁極情報生成回路20は、A相、B相ホール素子17A、17Bの検出信号に基づいて、可動子2の位置を示す情報と、磁極の位置を示す情報を生成する。
サーボ制御部21は、位置・磁極情報生成回路20で生成した位置情報と磁極情報に基づいて、可動子2の移動および位置決め制御を行う。
増幅駆動回路22は、サーボ制御部21からの制御信号に応じて、固定子3に搭載されたU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルを励磁する電流を印加する。
In addition to the
The position / magnetic pole
The
The amplification drive circuit 22 applies a current for exciting the U-phase electromagnetic coil, V-phase electromagnetic coil, and W-phase electromagnetic coil mounted on the
本実施の形態において、便宜的に、図2(A)〜(C)に図解した構成を有するものをリニアモータ1Aと呼び、図2(A)〜(C)に図解したリニアモータに図3に図解した位置・磁極情報生成回路20、サーボ制御部21および増幅駆動回路22を付加したものをリニアモータ装置10Aと呼ぶ。
もちろん、位置・磁極情報生成回路20、サーボ制御部21および増幅駆動回路22を含めてリニアモータと呼ぶこともできる。
In the present embodiment, for convenience, the one having the configuration illustrated in FIGS. 2A to 2C is referred to as a
Of course, the position / magnetic pole
固定子3は、台座13を介してベース部材4に固定されている。
固定子3には、増幅駆動回路22から120°位相が異なる電流が印加される、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルの3相の電磁コイルが、リニアモータ1Aの長手方向に、直線状に並置されている。
The
A three-phase electromagnetic coil, a U-phase electromagnetic coil, a V-phase electromagnetic coil, and a W-phase electromagnetic coil, to which currents different in phase by 120 ° are applied from the amplification drive circuit 22 is applied to the
可動子2は、リニアモータ1A内において、固定子3に対して移動可能に取り付けられている。
可動子2には、永久磁石(マグネット)10で構成された、隣接し磁化特性が異なる第1の磁極と第2の磁極、たとえば、S磁極とN磁極(または、N磁極とS磁極)を1対の磁極とする、複数対の磁極が、リニアモータ1Aの長手方向に沿って、直線状に配設されている。
複数対の磁極の長さXは、たとえば、可動子2の移動範囲に応じて規定される。
The
The
The length X of the plurality of pairs of magnetic poles is defined according to the moving range of the
A相、B相ホール素子17A、17Bは、可動子2に配設された隣接する1対の磁極、たとえば、S磁極とN磁極の磁界の強さに感応して、その磁界の強さに応じた振幅を持つ信号を出力する。
S磁極とA相ホール素子17Aとの距離(間隔)が短いと、A相ホール素子17Aは大きな振幅の信号を出力し、S磁極とA相ホール素子17Aとの距離(間隔)が離れると、A相ホール素子17Aは小さな振幅の信号を出力する。さらに、可動子2に搭載されたS磁極が可動子2とともに移動すると、上記振幅の変化が時間とともに変化する。その振幅変化は、通常、可動子2の移動に応じて(移動速度と向き)三角波状(正弦波状または余弦波状)に変化する。
The A-phase and B-
When the distance (interval) between the S magnetic pole and the A
本明細書において、隣接する1対の磁極(たとえば、S磁極とN磁極、または、N磁極とS磁極)の幅(長さ)を磁極ピッチPaという。
2対の磁極ピッチ、すなわち、(2×Pa)の幅に対して、3個の電磁コイル、すなわち、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルが搭載された1個の固定子3の幅(長手方向の長さ)Yが等しく対応している。固定子3の幅Pcは、(2×Pa)に実質的に等しい。このピッチ(幅)の関係は、リニアモータの駆動原理に基づく。
A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとの間隔(ピッチ)Pbは、1対の磁極(S磁極、N磁極)のピッチPaの1/4だけ離間している。
1対の磁極(S磁極、N磁極)のピッチPaが移動する角度を360°、1周期とすると、隣接するA相ホール素子17AとB相ホール素子17BのピッチがPa/4であることは角度にして90°に相当する。
In this specification, the width (length) of a pair of adjacent magnetic poles (for example, an S magnetic pole and an N magnetic pole, or an N magnetic pole and an S magnetic pole) is referred to as a magnetic pole pitch Pa.
One stator on which three electromagnetic coils, that is, a U-phase electromagnetic coil, a V-phase electromagnetic coil, and a W-phase electromagnetic coil are mounted for two pairs of magnetic pole pitches, that is, a width of (2 × Pa). 3 corresponds to the same width (length in the longitudinal direction). The width Pc of the
The interval (pitch) Pb between the
If the pitch Pa of the pair of magnetic poles (S magnetic pole and N magnetic pole) moves is 360 ° and one period, the pitch between the adjacent A
サーボ制御部21の制御に基づき、増幅駆動回路22から固定子3のU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルに120°位相がずれた交流電流が印加されると、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルによって発生された120°位相のずれた電磁力と、可動子2に搭載されたマグネット10の磁力とが相互に作用して、固定子3に対して可動子2が平行に移動する推進力が発生する。その結果、可動子2が固定子3に対して移動する。
センサ基板18は固定子3に固定されているから、センサ基板18に装着されたA相、B相ホール素子17A、17Bも固定されている。したがって、可動子2はA相、B相ホール素子17A、17Bに対しても移動する。
Based on the control of the
Since the
可動子2が固定子3に対して移動すると、A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとからそれぞれ、S磁極とN磁極との間の距離に変化に応じて振幅が脈動する信号が出力される。
A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとが距離、Pa/4だけ隔たっているから、A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとでは90°位相のずれがあり、可動子2の移動に応じて脈動し、90°位相がずれた信号が生成される。その信号は、ホール素子と磁極との位置、換言すれば、そのときの磁極の回転位置、すなわち、そのときの位相に応じた振幅の信号が生成される。
When the
Since the
その波形信号(位相データ)を図4(A)、(B)に例示する。
図4(A)は、可動子2が、図2、図3において左側Lに移動するときのA相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとの検出信号の波形を示し、図4(B)は、可動子2が右側Rに移動するときのA相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとの検出信号の波形を示す。
The waveform signals (phase data) are illustrated in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
4A shows waveforms of detection signals of the
図4(A)に図解したように、ベース部材4に対して可動子2が左側Lに移動すると、S磁極の磁界がA相ホール素子17Aに先に作用するから、A相ホール素子17Aは正弦波信号のA相信号を出力する。S磁極がA相ホール素子17Aに接近していくと、A相ホール素子17Aの検出信号の振幅が大きくなり、S磁極がA相ホール素子17Aから離れるにつれて、A相ホール素子17Aの検出信号の振幅は低下していく。
可動子2が左側Lに移動するとS磁極の磁界が強くB相ホール素子17Bに作用して、B相ホール素子17Bは余弦波信号のB相信号を出力する。
このように、A相、B相ホール素子17A、17Bの検出信号が、90°の位相を保って、可動子2の移動に伴って振幅が、正弦波信号または余弦波信号として変化する信号となる。
As illustrated in FIG. 4A, when the
When the
As described above, the detection signals of the A-phase and B-
可動子2の移動の向きが右になると、図4(A)とは逆に、A相ホール素子17AからのA相信号と、B相ホール素子17BのB相信号が出力される。
When the direction of movement of the
図4(A)、(B)の波形図から下記のことが理解されよう。
(a)A相ホール素子17Aから出力されるA相信号の位相と、B相ホール素子17Bから出力されるB相信号の位相とは90°位相がずれている。
(b)可動子2の移動の向きに応じて、A相信号の位相とB相信号の位相の進み、または、位相の遅れ状態が規定される。たとえば、A相信号の位相がB相信号の位相より進んでいれば、可動子2は左側に移動しており、逆ならば、可動子2は右側に移動していることから、A相信号とB相信号との進相または遅相関係を確認すれば、可動子2の移動の向きが判る。
(c)可動子2が、1対の磁極対の間隔だけ移動する期間を、360°、1周期とすると、A相信号とB相信号との位相データ(A相信号のその時の位相における振幅と、B相信号のその時の位相における振幅との相対関係を示すデータ)から、1周期内の固定子3またはベース部材4に対する可動子2の位置(または、角度)が判る。
すなわち、A相ホール素子17AからのA相信号とB相ホール素子17BからのB相信号との関係を示す位相データによって1周期内の可動子2の移動距離を検出することができる。
(d)リニアモータ内の複数の周期に渡る可動子2の移動距離は、たとえば、図4(A)において、A相信号が、「負」から「正」にゼロクロスした点を検出すると次の周期に入ったことが判る。1周期の距離は、磁極ピッチPaとして事前に判っているから、1周期を越えるごと、磁極ピッチPaの距離を加算していけば、可動子2の全体の移動距離が判る。
(e)A相ホール素子17AまたはB相ホール素子17Bと固定子3との間の距離Dは事前に判っている。たとえば、A相ホール素子17Aの中心と固定子3の中心位置(V相電磁コイルの中心)までの距離Dは事前に判っている。本実施の形態では、たとえば、距離Dを1対の磁極の幅と同じにしている。
もちろん、固定子3内の各コイル、すなわち、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルの幅も事前に判っている。
A相ホール素子17AからのA相信号とB相ホール素子17BからのB相信号との関係を示す位相データによって1周期内の可動子2の移動距離が判るから、可動子2に搭載された、固定子3の各コイルと対向する、〔(2対のS磁極およびN磁極)+左右の磁極〕と、固定子3の各コイルに対する磁極の位置関係が判る。
The following can be understood from the waveform diagrams of FIGS.
(A) The phase of the A phase signal output from the A
(B) Depending on the direction of movement of the
(C) If the period during which the
That is, the moving distance of the
(D) The moving distance of the
(E) The distance D between the
Of course, the width of each coil in the
Since the moving distance of the
本実施の形態は、上記知見に基づいてベース部材4(固定子3)に対する可動子2の位置、磁極の関係を検出する。
In the present embodiment, the relationship between the position of the
位置・磁極情報生成回路
位置・磁極情報生成回路20は、上記知見に基づいて、位置検出信号と、磁極情報を生成する。
なお、位置情報生成回路と磁極情報生成回路とを分離することもできるが、本実施の形態においては、位置情報生成回路と磁極情報生成回路とを1個の回路として構成した例を述べる。
図5は位置・磁極情報生成回路20の1例としての構成例を示す図である。
位置・磁極情報生成回路20は、位置情報生成回路として機能する、向き検出部201と位置算出部203とを有する。
位置・磁極情報生成回路20はさらに磁極情報生成部205を有する。
Position / Pole Information Generation Circuit The position / pole
Note that the position information generation circuit and the magnetic pole information generation circuit can be separated, but in this embodiment, an example in which the position information generation circuit and the magnetic pole information generation circuit are configured as one circuit will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example as an example of the position / magnetic pole
The position / magnetic pole
The position / magnetic pole
向き検出部
向き検出部201は、ゼロクロス(ZC)検出部2011と、レベル判定部2012と、向き検出信号保持回路2013とを有する。
Direction Detection Unit The
ゼロクロス検出部2011は、たとえば、図4(A)においては、A相ホール素子17Aで検出したA相信号が、図4(B)においては、B相ホール素子17Bで検出した信号が、「負」の値から0レベルを越えて、「正」の値に変化することを検出する。
このゼロクロス検出は、たとえば、図4(A)においては、S磁極の磁界の強さに感応してA相ホール素子17Aが上記のごとく変化するA相信号を出力したことを意味する。換言すれば、S磁極がA相ホール素子17Aに接近していき、A相ホール素子17Aがその正側の磁界の強さに感応したことを意味する。
このように、ゼロクロス検出部2011は、1対の磁極(隣接するS磁極、N磁極)のき距離だけ、可動子2がA相、B相ホール素子17A、17Bに対して移動したことを検出する。すなわち、ゼロクロス検出部2011は、可動子2が1周期、360°移動したことを検出する。
For example, in FIG. 4A, the zero-
For example, in FIG. 4A, this zero-cross detection means that the
In this way, the zero
レベル判定部2012は、ゼロクロス検出部2011におけるゼロクロス検出に応答して、B相ホール素子17Bから検出されたB相信号のレベルの判定を行う。
A相信号が上記のゼロクロスした時点において、B相信号が「負のレベル」であれば、図4(A)に図解したように、可動子2は左側に移動していることを意味する。他方、A相信号がゼロクロスした時点において、B相信号が「正のレベル」であれば、図4(B)に図解したように、可動子2は右側に移動していることを意味する。
The
If the B-phase signal is “negative level” at the time when the A-phase signal is zero-crossed, it means that the
レベル判定部2012は、たとえば、可動子2の移動の向きが左側なら、2ビットの「10」を向き検出信号保持回路2013にセットし、逆なら、2ビットの「01」を向き検出信号保持回路2013にセットする。
向き検出信号保持回路2013は、たとえば、2ビットのフリップフロップで構成されおり、レベル判定部2012の指示に従ったデータを保持する。
なお、初期状態において向きが決定されないときは、向き検出信号保持回路2013の値は「00」となり、向きが不定のときは、「11」となる。
このように、向き検出信号保持回路2013は、可動子2の移動の向きだけでなく、不定または未決定の状態も示すように構成されている。
向き検出信号保持回路2013から、2ビットの向き信号dがサーボ制御部21に出力される。
For example, if the moving direction of the
The direction detection
When the orientation is not determined in the initial state, the value of the orientation detection
Thus, the direction detection
A 2-bit direction signal d is output from the direction detection
位置算出部
位置算出部203は種々の構成をとることができるが、その1例を下記に述べる。
位置算出部203は、位相データ算出部2031と、位置演算部2032とを有する。
位相データ算出部2031は、A相ホール素子17Aの検出信号(A相信号)と、B相ホール素子17Bの検出信号(B相信号)との位相データ、たとえば、振幅の差を求める。
たとえば、可動子2がA相、B相ホール素子17A、17Bに対して左側に移動しているときの、図4(A)に図解した波形図から、1つの磁極の半分の幅、すなわち、0〜90°の範囲のA相信号とB相信号との振幅の差は下記になる。
なお、可動子2が右側に移動するときは逆になる。
Position Calculation Unit The
The
The phase
For example, from the waveform diagram illustrated in FIG. 4A when the
The reverse occurs when the
0〜90度の範囲
(a)A相ホール素子17Aが、N磁極はS磁極との間に位置するとき、A相ホール素子17AからのA相信号の振幅は「0」であり、B相ホール素子17BからのB相信号は「負」で振幅が最大値となる。したがって、位相データとして、たとえば、その時の位相の(A相信号−B相信号)の振幅差は、「正」の最大値となる。
(b)A相ホール素子17AがS磁極の中心に接近していくと、A相ホール素子17AからのA相信号は「0」から増加していき、B相ホール素子17BからのB相信号は「負」の最大値から「負」の小さな振幅となる。したがって、位相データとして、たとえば、そのときの位相の(A相信号−B相信号)の振幅差は、(a)の場合より、小さな「正」の値となる。
(c)A相ホール素子17AがS磁極の中心に位置すると、A相ホール素子17AからのA相信号の振幅が「正」の最大となり、B相ホール素子17BからのB相信号は「0となる。したがって、位相データとして、たとえば、そのときの位相の(A相信号−B相信号)の位相データ(振幅差)は、「正」の最大値となる。
以上、0〜90°の範囲の、A相信号とB相信号との位相データ(たとえば、そのときの位相の振幅差)は事前に計算することができる。そのときの角度、すなわち、可動子2とA相、B相ホール素子17A、17Bとの位置関係も事前に計算することができる。
Range of 0 to 90 degrees (a) When the A
(B) When the
(C) When the
As described above, the phase data of the A-phase signal and the B-phase signal in the range of 0 to 90 ° (for example, the phase difference at that time) can be calculated in advance. The angle at that time, that is, the positional relationship between the
位置演算部2032は、事前に計算して求めた位相データと位置データとを元に、位相データ算出部2031で演算した、位相データとして(A相信号−B相信号)の振幅差を、パラメータとして、そのときの可動子2の位置を求める。
The
位置演算部の第1構成例
位置演算部2032の第1例として、図5(A)を参照して、非線形出力回路2032Aを用いた場合について述べる。
非線形出力回路2032Aは、たとえば、非線形関数発生回路として構成することができる。たとえば、非線形出力回路2032Aは、振幅差に応じた角度位置、または、1ピッチPa内の位置に対応する位置検出信号P0を出力するように構成されている。非線形出力回路2032Aに、振幅差算出部2031から出力された振幅差信号(アナログ電圧信号)が入力されると、非線形出力回路2032Aは振幅差信号に応じた角度位置、または、1ピッチPa内の位置に相当する信号P0を出力する。
First Configuration Example of Position Calculation Unit As a first example of the
The
位置演算部の第2構成例
位置演算部2032の第2例として、図5(B)に、A/D変換器2032aと、ROM2032bとを用いた場合を述べる。
ROM2032bには、非線形出力回路2032Aと同様、位相データ(振幅差)をパラメータとして、その時の角度位置、または、1磁極ピッチPa内の位置がデータがテーブルとして記憶している。
A/D変換器2032aは、位相データ算出部2031から出力された位相データ(振幅差信号)をディジタル信号に変換する。
ROM2032bは、ディジタル変換された位相データ(振幅差信号)をアドレスとして入力されると、テーブル・ルックアップ方式により、位相データに応じた角度位置、または、1ピッチPa内の位置をに相当する信号P0を出力する。
Second Configuration Example of Position Calculation Unit As a second example of the
In the
The A /
When the
以上のとおり、位相データ算出部2031と、非線形出力回路3032A、または、A/D変換器2032aとPOM2032bとを用いると、0〜90°の範囲の位置を検出することができる。
As described above, using the phase
角度(位置)の拡張
以上、0〜90°(第1ゾーン)の位置算出について述べたが、90〜180°(第2ゾーン)、180〜270°(第3ゾーン)、270〜360°(第4ゾーン)に拡張することができる。
このように、A相ホール素子17Aで検出するA相信号も、B相ホール素子17Bで検出するB相信号も、90°の位相を持って、正弦波信号または余弦波信号として変化するから、その振幅差に対する位置データは、0〜90°のものを流用することができる。
したがって、第2〜第4ゾーンについては、図5(A)におけるアナログ形式のゾーン換算回路2032B、または、図5(B)におけるデジタル形式のゾーン換算回路2032cを用いて、ゾーンに応じた位置データを加算する。
More than the expansion of the angle (position), the calculation of the position of 0 to 90 ° (first zone) has been described, but 90 to 180 ° (second zone), 180 to 270 ° (third zone), 270 to 360 ° ( 4th zone).
Thus, both the A phase signal detected by the A
Therefore, for the second to fourth zones, the position data corresponding to the zone is obtained by using the analog
ゾーンの切換は、向き検出部201におけるゼロクロス検出部2011で検出したゼロクロス検出信号ZCと、向き検出信号dとを用いて検出することができる。たとえば、ゾーン換算回路2032B、または、ゾーン換算回路2032cは、ゼロクロス検出信号ZCが入力されるごとに、そのときの向き検出信号dで示される可動子2の移動の向きを考慮して、ゾーンを計数する加算値、または、カウンタ値を更新していき、そのときのゾーンに応じた角度データ、または、位置データをバイアスとして加算する。
Zone switching can be detected using the zero-cross detection signal ZC detected by the zero-
以上により、固定子3に対して移動する可動子2の1周期の位置を検出することができる。
As described above, the position of one cycle of the
図5(A)において、アナログ形式のゾーン換算回路2032Bから出力される位置信号P1は、アナログ形式であるから、もし、サーボ制御部21などにおいてデジタル形式の位置データPが必要な場合、必要に応じて、位置演算部2032において、ゾーン換算回路2032Bの後段に、A/D変換器2032Cを付加する。
In FIG. 5A, since the position signal P1 output from the
他方、図5(B)において、デジタル形式のゾーン換算回路2032cから出力される位置信号P1は、デジタル形式であるから、もし、サーボ制御部21などにおいてアナログ形式の位置データPが必要な場合、必要に応じて、位置演算部2032において、ゾーン換算回路2032cの後段に、D/A変換器2032dを付加する。
On the other hand, in FIG. 5B, the position signal P1 output from the
なお、サーボ制御部21は、通常、コンピュータを用いて構成されることも多いから、図5(A)における非線形出力回路2032Aからの0〜90°の位置信号P0、または、図5(B)におけるROM2032bからの0〜90°の位置信号P0を入力し、ゾーン換算回路2032B、2032cの処理を、サーボ制御部21において行うこともできる。
そのような場合、ゾーン換算回路2032B、2032cは不要である。
Since the
In such a case, the
磁極情報生成部
磁極情報生成部205は、位置演算部2032で算出された位置検出信号P(または、角度情報)と、事前に判っている、たとえば、A相ホール素子17Aと固定子3の中心位置との距離Dに基づいて、固定子3に固定されているU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルと、可動子2に搭載されている磁極対との位置関係などの磁極情報を生成する。
Magnetic pole information generation unit The magnetic pole
サーボ制御部21は、位置・磁極情報生成回路20で検出された位置検出信号Pと、磁極情報に基づいて、たとえば、固定子3に搭載された、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルに印加する電流を制御する。
サーボ制御部21からの制御信号に応じて、駆動増幅回路22がU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルに電流を印加する。
その結果、可動子2が固定子3に対して移動する。
その移動による位置が上述した位置・磁極情報生成回路20において検出される。
The
In response to a control signal from the
As a result, the
The position due to the movement is detected by the position / magnetic pole
上述したリニアモータ1Aは、たとえば、位置決め制御が必要な、搬送装置に適用することができる。
The
A相、B相ホール素子17A、17Bとは90°位相を保ち、固定子3との距離Dを保っていれば、ベース部材4の任意の位置に設けることができる。
好ましくは、本実施の形態のリニアモータ1Aにおいては、たとえば、図3に図解したように、可動子2の移動範囲の端部(図3の例では左端部または右端部)に1対のA相ホール素子17A、B相ホール素子17Bを設ける。このように構成することにより、可動子2の移動範囲内の位置を検出することができる。
図2および図3を参照すると、リニアモータ1Aには、ベース部材4に、A相ホール素子17AとB相ホール素子17Bとが搭載されているセンサ基板18を固定するだけでよい。
As long as the A-phase and B-
Preferably, in the
Referring to FIGS. 2 and 3, it is only necessary to fix the
本実施の形態のリニアモータ1Aと、図1を参照した述べたリニアモータ1と比較する。
本実施の形態のリニアモータ1は、リニアスケール5およびリニアスケールヘッド6が不要である。すなわち、可動子2には付加的な部材を設ける必要がない。
その結果、リニアモータの構造が簡単になる。特に、リニアスケール5を永久磁石(マグネット)10の磁界の影響を受けなくする遮蔽処理などを行う必要がなくなるから、リニアモータとしての構造は簡単になる。
リニアスケール5とリニアスケールヘッド6を使用しないので、低価格にすることができる。
The
The
As a result, the structure of the linear motor is simplified. In particular, since it is not necessary to perform a shielding process for making the
Since the
図1に図解したリニアモータ1においては、1個の固定子3内の3個のコイルごとにホール素子を設けていた。もし、図1に図解したように、可動子2の移動の円滑化を図るため、および、可動子2の推進力を増加させるため、複数の固定子3A,3B,3Cを設けた場合、ホール素子の数は増加する。ホール素子の数が増加すれば、その検出信号から位置情報を算出する回路も増加する。
これに対して、本願発明は、固定子3A,3B,3Cの数に依存せず、1対のホール素子と、その検出信号から位置情報、磁極情報を生成する位置・磁極情報生成回路20を1個設ければよい。
In the
On the other hand, the present invention includes a position / magnetic pole
第1実施の形態のリニアモータ1Aにおける、A相ホール素子17A、B相ホール素子17Bは、図1に例示した3個のホール素子7U,7V,7Wの配置に対して、固定子3に搭載された3個のコイルの磁界の影響から離れた位置で、可動子2の永久磁石(マグネット)10の磁界に感応する位置に設けられている。したがって、固定子3に搭載されたU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルの磁界の影響を受けることが少ない。その結果、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルなどの磁界に対する遮蔽処理を行う必要がないという利点もある。
In the
変形態様
第1実施の形態においは、可動子2の位置検出のためのセンサとして、ホール素子を用いた場合を述べたが、可動子2に搭載されているS磁極とN磁極との位置を検出するセンサとしては、磁極の磁界に感応する他の小型の磁気感応素子、たとえば、磁気抵抗(MR)素子を用いることもできる。
MR素子は、ホール素子と同様、磁界に応じて、抵抗か変化する特性を持つ。たとえば、MR素子に電圧を印加し、MR素子の抵抗の変化を電圧の変化として、検出すれば、ホール素子を用いた上記実施の形態と同様に、可動子2の位置を検出することができる。
In the first embodiment, the case where the Hall element is used as the sensor for detecting the position of the
Similar to the Hall element, the MR element has a characteristic that the resistance changes according to the magnetic field. For example, if a voltage is applied to the MR element and a change in resistance of the MR element is detected as a change in voltage, the position of the
以上、マグネット可動型のリニアモータについて例示したが、逆の構成、すなわち、複数対の磁極が固定部に配設され、U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルを有する可動部が、複数対の磁極が固定された固定部に移動する場合についても上記同様に適用することができる。 In the above, the magnet movable type linear motor has been exemplified, but the reverse configuration, that is, the movable portion having a plurality of pairs of magnetic poles arranged in the fixed portion and having a U-phase electromagnetic coil, a V-phase electromagnetic coil, and a W-phase electromagnetic coil. The same applies to the case of moving to a fixed portion where a plurality of pairs of magnetic poles are fixed.
第2実施の形態
上述した実施の形態においては、基本的に、90°の角度範囲の可動子2の位置を検出し、適宜、ゾーン処理を行うことにより、隣接するS磁極とN磁極とで構成される、360°、1周期分の位置を検出する例を述べた。
Second Embodiment In the above-described embodiment, basically, the position of the
上述した実施の形態では、ベース部材4(または固定子3、または、A相、B相ホール素子17A、17B)に対する可動子2の初期の絶対位置を自動的に検出することができない。特に、リニアモータの可動子が停止した状態から、回転動作するとき、可動子2がどの位置に位置しているかを検出することができない。
可動子2の初期位置(絶対位置)を検出するには、たとえば、一旦、可動子2の端部のリセット位置または初期位置まで移動させるなどの位置調整操作が必要となる。
In the above-described embodiment, the initial absolute position of the
In order to detect the initial position (absolute position) of the
第2実施の形態は、上述した実施の形態に対して、可動子2の絶対位置を検出可能なリニアモータとリニアモータ装置の1例について述べる。
図6および図7を参照して第2実施の形態のリニアモータおよびリニアモータ装置を述べる。
図6は第2実施の形態のリニアモータの構成図である。
図6(A)は第2実施の形態のリニアモータの上部平面であり、図6(B)はリニアモータの断面図であり、図6(C)は図6(B)の部分拡大図である。
第2実施の形態のリニアモータにおいては、本発明の1対の第1および第2の磁気感応素子の1例としてのA相、B相ホール素子17A、17Bに加えて、本発明の第3、第4の磁気感応素子の1例としての第3のホール素子19Aと、第4のホール素子19Bとを配設している。
In the second embodiment, an example of a linear motor and a linear motor device capable of detecting the absolute position of the
A linear motor and a linear motor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a configuration diagram of the linear motor according to the second embodiment.
6A is a top plan view of the linear motor according to the second embodiment, FIG. 6B is a cross-sectional view of the linear motor, and FIG. 6C is a partially enlarged view of FIG. 6B. is there.
In the linear motor according to the second embodiment, in addition to the A-phase and B-
A相、B相ホール素子17A、17Bと隣接する1対のS磁極とN磁極との配置は、第1実施の形態と同じである。
台座13を介してベース部材4に固定された固定子3内のU相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイルと、可動子2に搭載された複数対の磁極との配置関係も、第1実施の形態と同じである。
The arrangement of a pair of S and N magnetic poles adjacent to the A-phase and B-
The arrangement relationship between the U-phase electromagnetic coil, V-phase electromagnetic coil, and W-phase electromagnetic coil in the
図6および図7に図解したように、第3のホール素子19Aと第4のホール素子19Bとは、たとえば、Pa/4離間して配設されているA相、B相ホール素子17A、17Bとともにセンサ基板18Aに固定され、センサ基板18Aを介してベース部材4に固定されている。
たとえば、第3、第4のホール素子19A、19Bの中間位置と、第1、第2のホール素子17A、17Bの中間位置とは、(11×Pa)/8だけ離間して、センサ基板18Aを介してベース部材4に固定されている。
第3のホール素子19Aの中心位置と、第1のホール素子17Aの中心位置とは、第4のホール素子19Aの向き(方向)に、たとえば、1磁極分のピッチPaだけ離間して、センサ基板18Aを介してベース部材4に固定されている。また、第4のホール素子19Bの中心位置と、第1のホール素子17Aの中心位置とは、たとえば、(2×Pa)だけ離間して、センサ基板18Aを介してベース部材4に固定されている。
第3のホール素子19Aと第4のホール素子19Bとのピッチ(配設間隔)は、1対の磁極のピッチPaに実質的に等しい。
なお、第3のホール素子19Aおよび第4のホール素子19Bは、センサ基板18Aに、A相、B相ホール素子17A、17Bとともに搭載する必要はないが、好ましくは、センサ基板18AにA相、B相ホール素子17A、17Bとともに搭載すると上記間隔を正確に維持することができるとともに、組み立て製造が容易になる。
As illustrated in FIG. 6 and FIG. 7, the
For example, the intermediate position of the third and
The center position of the
The pitch (arrangement interval) between the
The
図8(A)は、図6において、たとえば、可動子2が左側に移動しているときの、A相、B相ホール素子17A、17BのA相、B相信号の波形図である。図8(A)は、図4(A)と実質的に同じである。
図8(B)、(C)は、第3のホール素子19Aの検出信号HD1と、第4のホール素子19Bの検出信号HD2との波形図である。第3、第4のホール素子19A、19Bの検出信号HD1、HD2は、第3のホール素子19Aのゼロクロス(ZC)検出点と同じゼロクロス検出タイミングに応じて、ハイレベルの信号である。
FIG. 8A is a waveform diagram of the A-phase and B-phase signals of the A-phase and B-
8B and 8C are waveform diagrams of the detection signal HD1 of the
なお、正確には、図8(B)、(C)に図解した検出信号HD1、HD2は、第3、第4のホール素子19A、19Bで検出した、A相、B相ホール素子17A、17Bの検出信号と同様の検出信号を、図9に図解した位置決定回路25において、ゼロクロス検出したとき、ハイレベルにした論理信号である。
あるいは、第3、第4のホール素子19A、19Bの内部で、ゼロクロスを検出して、「負」から「正」にゼロクロスしたとき、ハイレベルの信号HD1、HD2を出力することもできる。
本実施の形態では、位置決定回路25において、第3、第4のホール素子19A、19Bの検出信号のゼロクロスを検出してハイレベルの信号HD1、HD2を発生させた場合を述べる。
To be precise, the detection signals HD1 and HD2 illustrated in FIGS. 8B and 8C are detected by the third and
Alternatively, when the zero cross is detected in the third and
In the present embodiment, a case will be described in which the
図9に図解したように、第2実施の形態のリニアモータ装置は、図6に図解した構成のリニアモータに対して、位置・磁極情報生成回路20、位置決定回路25、サーボ制御部21、増幅駆動回路22で構成される。
As illustrated in FIG. 9, the linear motor device according to the second embodiment has a position / magnetic pole
位置・磁極情報生成回路20は、図3および図5(A)、(B)を参照して上述した方法で、A相、B相ホール素子17A、17Bが、(Pa/4)の間隔で配設されたときは90°の範囲を基本として、1周期にわたる位置を検出する。
The position / magnetic pole
図10は位置決定回路25の回路構成を示す図である。
位置決定回路25は、論理信号生成回路251と、絶対位置判定回路252と、絶対位置算出回路253とを有する。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of the
The
論理信号生成回路251は、第3、第4のホール素子19A、19Bで検出した検出信号のゼロクロスを検出して、図8(B)、(C)に示す論理信号HD1、HD2を生成する。
The logic
絶対位置判定回路252は、論理信号HD1、HD2のレベルの状態に応じて、可動子2の絶対位置を判定する。
図11に例示したように、A相、B相ホール素子17A、17Bに対して、可動子2の移動方向に対して、先行する位置に、第3、第4のホール素子19A、19Bを配設すると、可動子2の移動に応じて、論理信号HD1、HD2は下記のごとく変化する。
(a)可動子2が第3、第4のホール素子19A、19Bと対向してない位置にあるとき。論理信号HD1、HD2は共にローレベルである。
(b)可動子2が右に移動すると、第3のホール素子19Aの論理信号HD1がハイレベルになる。
(c)さらに可動子2が右に移動すると、第4のホール素子19Bの論理信号HD2もハイレベルになる。
The absolute
As illustrated in FIG. 11, the third and
(A) When the
(B) When the
(C) When the
絶対位置判定回路252は、論理信号HD1、HD2のレベル状態の組み合わせから、可動子2とA相、B相ホール素子17A、17B、第3、第4のホール素子19A、19Bとの位置関係を判定する。
たとえば、上記(a)の場合、右端部の1対の磁極に位置にA相、B相ホール素子17A、17Bが位置している。
上記(b)の場合、A相、B相ホール素子17A、17Bが右から、1磁極離れた位置にある。
絶対位置判定回路252は上記のごとく、A相、B相ホール素子17A、17Bの位置を判定して、その結果、絶対位置算出回路253に出力する。
The absolute
For example, in the case of the above (a), the A-phase and B-
In the case of (b) above, the A-phase and B-
As described above, the absolute
絶対位置算出回路253は、位置・磁極情報生成回路20で検出した1磁極の位置、すなわち、1周期内の位置信号Pに、絶対位置判定回路252の出力信号に基づく絶対位置調整信号を加算して、絶対位置信号を出力する。
1磁極のピッチPaは事前に判っているから、絶対位置調整信号は、上記(a)の場合は、「0」であり、上記(b)の場合は、1ピッチPaの位置、すなわち、1周期の相当する位置に該当する信号となる。
The absolute
Since the pitch Pa of one magnetic pole is known in advance, the absolute position adjustment signal is “0” in the case of (a) above, and the position of 1 pitch Pa in the case of (b) above, that is, 1 The signal corresponds to the position corresponding to the period.
以上のとおり、第2実施の形態によれば、リニアモータの初期状態における可動子2の絶対位置を算出することができる。
なお、第2実施の形態においては、可動子2の初期位置を検出するには、第3、第4のホール素子19A、19Bが可動子2の進行方向において、A相、B相ホール素子17A、17Bの前の位置に位置していることが必要となる。
たとえば、可動子2が停止しているとき、可動子2の両端部における初期値を知るには、A相、B相ホール素子17A、17Bをの両側に、第3、第4のホール素子19A、19Bを2組設けることが望ましい。
As described above, according to the second embodiment, the absolute position of the
In the second embodiment, in order to detect the initial position of the
For example, when the
第3のホール素子19A、第4のホール素子19Bに加えて、さらに第5、第6のホール素子を1ピッチPaの間隔を隔て配設すると、可動子の絶対位置の検出することができる。
In addition to the
上述した第2実施の形態は、第3のホール素子19Aと第4のホール素子19Bとを配設した場合を述べたが、可動子2が初期状態において端部領域に停止している場合は、1個の第3のホール素子19Aでも上記可動子2の初期位置を検出することができる。
他方、可動子2が広範囲の領域に停止する場合は、第3のホール素子19Aに加えて、第4のホール素子19B、あるいは、1ピッチPaの間隔で多数のホール素子を設けることができる。
ホール素子は、リニアスケール5およびリニアスケールヘッド6の組み合わせに対して、低価格である。
In the second embodiment described above, the case where the
On the other hand, when the
The Hall element is less expensive than the combination of the
変形例
第2実施の形態において、第3のホール素子19Aの信号のゼロクロス検出タイミングと、第4のホール素子19Bのゼロクロス検出タイミングとを用いると、可動子2の移動の向きを検出することもできる。
図10において、位置決定回路25内に向き検出回路254を付加した構成を示す。
In the second embodiment, if the zero cross detection timing of the signal of the
FIG. 10 shows a configuration in which a
なお、サーボ制御部21、増幅駆動回路22などの動作は、第12実施の形態と同様である。
また、第2実施の形態についても、第1、第2実施の形態で述べたものが適用することができる。たとえば、磁気感応素子として、MR素子を用いることができる。
The operations of the
In addition, the second embodiment can be applied to those described in the first and second embodiments. For example, an MR element can be used as the magnetically sensitive element.
上述した第1および第2実施の形態は、例示であり、本発明は上述した実施の形態に限定されず、種々の変形態様をとることができる。 The first and second embodiments described above are merely examples, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
1、1A…リニアモータ、2…可動子、3…固定子(U相電磁コイル、V相電磁コイル、W相電磁コイル)、4…ベース部材、5…リニアスケール、6…リニアスケールヘッド、10…マグネット、17A、17B、A相、B相ホール素子、18…センサ基板、20…位置・磁極情報生成回路、21…サーボ制御部、22…増幅駆動回路、25…位置決定回路、202…向き検出部、2031…位相データ算出部、203…位置算出部、205…磁極情報生成部、251…論理信号生成回路、252…絶対位置判定回路、253…絶対位置算出回路、254…向き検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
固定子と、
当該リニアモータの長手方向であり当該可動子の移動方向である第1軸方向に前記固定子と相対移動可能に配設された、可動子と、
前記第1軸方向に沿って交互に隣接して配設された、磁化特性の異なる第1の磁極および第2の磁極とを有する、磁極群と、
前記第1軸方向と直交する第2軸方向において前記磁極群と離間し、前記磁極群の磁界に感応する位置に、かつ、前記第1軸方向に沿って離間して、配設された、1対の第1および第2の磁気感応素子と、
前記第2軸方向において前記磁極群と離間し、前記磁極群の磁界に感応する位置に、かつ、前記第1軸方向に沿って離間して、配設された、少なくとも1対の第3および第4の磁気感応素子と
を有し、
前記隣接する1対の第1の磁極および第2の磁極の配置の幅を1磁極ピッチと規定したとき、前記第1と第2の磁気感応素子は前記1磁極ピッチの1/4の距離を離間して配設され、前記第3と第4の磁気感応素子は前記1磁極ピッチと等しい距離だけ隔てて離間して配設され、
前記第1の磁気感応素子と前記第3の磁気感応素子とは、前記第4の磁気感応素子が配設されている向きに、少なくとも1磁極ピッチと等しい距離だけ離間して配設されている、
リニアモータ。 A linear motor,
A stator,
A mover disposed so as to be movable relative to the stator in a first axis direction which is a longitudinal direction of the linear motor and a moving direction of the mover;
Disposed adjacent alternately along the first axis direction, and a different first and second magnetic poles of the magnetization characteristics, the pole group,
Arranged apart from the magnetic pole group in a second axis direction orthogonal to the first axial direction, at a position sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group, and spaced apart along the first axis direction; A pair of first and second magnetically sensitive elements;
At least a pair of third and third members disposed at positions that are separated from the magnetic pole group in the second axial direction, are sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group, and are separated from each other along the first axial direction. A fourth magnetically sensitive element
Have
When the width of the arrangement of the pair of adjacent first magnetic poles and second magnetic poles is defined as one magnetic pole pitch , the first and second magnetic sensitive elements are a distance of 1/4 of the one magnetic pole pitch. the spaced apart are disposed, the third and fourth magnetic sensitive element is disposed spaced apart only the distance equal to the one magnetic pole pitch,
The first magnetic sensitive element and the third magnetic sensitive element are spaced apart by a distance equal to at least one magnetic pole pitch in the direction in which the fourth magnetic sensitive element is disposed. ,
Linear motor.
前記固定子には、120°ずつ位相がずれた電流が印加される3個の電磁コイルが前記第1軸方向に沿って並列に配設されており、
前記可動子には、前記磁極群が、前記電磁コイルと対向し、かつ、前記第1軸方向に設けられており、
前記第1および第2の磁気感応素子、および、前記第3および第4の磁気感応素子は、前記ベース部材に、前記電磁コイルの磁界に感応しない位置に離間して配設されている、 請求項1に記載のリニアモータ。 The stator is fixed to a base member;
Said stator is disposed in parallel with three electromagnetic coils which current different in phase by 120 ° is applied along the first axis direction,
The movable element is provided with the magnetic pole group facing the electromagnetic coil and in the first axial direction ,
The first and second magnetic sensitive elements and the third and fourth magnetic sensitive elements are disposed on the base member so as to be spaced apart from each other at positions not sensitive to the magnetic field of the electromagnetic coil. Item 10. The linear motor according to Item 1.
前記可動子に、120°ずつ位相がずれた電流が印加される3個の電磁コイルが前記第1軸方向に沿って並列に配設されており、
前記第1および第2の磁気感応素子、および、前記第3および第4の磁気感応素子は前記可動子に前記電磁コイルの磁界に感応しない位置に配設されている、
請求項1に記載のリニアモータ。 The stator is provided with the magnetic pole group ,
Three electromagnetic coils to which currents whose phases are shifted by 120 ° are applied to the mover are arranged in parallel along the first axis direction ,
The first and second magnetic sensitive elements, and the third and fourth magnetic sensitive elements are disposed at positions where the movable element is not sensitive to the magnetic field of the electromagnetic coil .
The linear motor according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載のリニアモータ。 The first and second magnetic sensitive elements and the third and fourth magnetic sensitive elements each include a Hall element that is sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group .
The linear motor in any one of Claims 1-3.
請求項1〜3のいずれかに記載のリニアモータ。 The first and second magnetic sensitive elements and the third and fourth magnetic sensitive elements each include a magnetoresistive variable element that is sensitive to the magnetic field of the magnetic pole group .
The linear motor in any one of Claims 1-3.
前記可動子が、1磁極ピッチだけ移動する時間を1周期とした場合、前記第1および第2の磁気感応素子の検出信号に基づいて、前記1周期内の前記1対の隣接する第1の磁極と第2の磁極と前記第1および第2の磁気感応素子との相対的な位置を検出する、位置情報生成回路と、
前記第3および第4の磁気感応素子の検出信号に基づいて前記位置情報生成回路が生成した相対位置から前記固定子に対する前記可動子の絶対位置を検出する絶対位置情報生成回路と
を有する、リニアモータ装置。 The linear motor according to any one of claims 1 to 5;
The mover is 1 if the time to move only pole pitch was 1 cycle, based on the detection signal of the first and second magnetically sensitive element, a first adjacent said pair of said one cycle A position information generating circuit for detecting a relative position of a magnetic pole, a second magnetic pole, and the first and second magnetically sensitive elements;
An absolute position information generation circuit that detects an absolute position of the mover relative to the stator from a relative position generated by the position information generation circuit based on detection signals of the third and fourth magnetically sensitive elements. Motor device.
請求項6に記載のリニアモータ装置。 The absolute position detection signal output from the absolute position information generation circuit, and the magnet constituting the magnetic pole group mounted on the mover or the magnet constituting the magnetic pole group mounted on the stator A magnetic pole information generation circuit for generating magnetic pole information based on the positional relationship;
The linear motor device according to claim 6.
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