JPH02193003A - リニアパルスモータの位置センサ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 リニアパルスモータの位置センサ機構に関シ、位置信号
を得るときの検出分解能を向上することを目的とし、 複数の歯を等ピッチ間隔で配列した強磁性体製のスケー
ルと、該スケールと所定のギャップを介して対向し、永
久磁石と磁気センサを前記ピッチ間隔の歯を有する強磁
性体製のセンサ片でモータの進行方向と直角方向に挟ん
で構成したセンサ移動体とから成るリニアパルスモータ
の位置センサ機構において、前記スケール歯又は前記セ
ンサ歯のいずれか一方の歯形状をスキュー付の平行四辺
形状に形成するとともに、スキュー付歯がモータの進行
方向中心線に対して左右対称となるように該スキュー付
歯を中心線に対して互いに反対方向に同一角度傾けて構
成する。

産業上の利用分野 本発明はリニアパルスモータの位置センサ機構に関する
。

制御対象を一次元若しくは二次元平面上で移動させたり
、位置決めしたりする装置は、回転型のモータと回転運
動を直線運動に変換するメカニズムを使ったものが多い
。これに対して最近は制御対象を直接モータの取り付け
、これを直線駆動するりニアモータの開発が進んでいる
。リニアモータは構造が簡単で、寿命、精度等の点で優
れた特徴を持つものとして、今後ＯＡ’！器分野を含む
広い分野への展開が期待されている。

リニアパルスモータはりニアモータの一種であるが、パ
ルス駆動されるためその駆動回路が比較的簡単であるの
で、プリンタのキャリッジ送り用、あるいはフロッピー
ディスクドライブのヘッド駆動用等に使用されている。

他の分野と同様に、これらの製品にも高性能化が求めら
れており、その結果、モータの動作が高速・高加速であ
ることが要求されている。これを実現するために、従来
開ループで駆動していたモータを閉ループで駆動を行う
ようになり、モータの位置を検出する位置センサが必要
となってきた。

従来の技術 第４図を参照すると、リニアパルスモータに用いられて
いる、スケール及びホール素子を利用した従来の位置セ
ンサの構成例が示されており、（Ａ）が位置センサ正面
図、（Ｂ）がその側面図である。１は複数の歯１ａを等
ピッチ間隔で形成された強磁性体製のスケールであり、
このスケール１と所定のギャップを介してセンサ移動体
２が対向している。センサ移動体２はリニアパルスモー
タの図示しない可動子に一体的に取り付けられている。

３は非磁性体のベースであり、このベース３が可動子の
ヨークに固着されることにより、センサ移動体２がリニ
アパルスモータの可動子に一体的に取り付けられるよう
になっている。ベース３には例えば鉄等の強磁性体から
形成されたセンサ片４．５．６．７が固着されており、
センサ片４と５の間には永久磁石８とホール素子９が挟
持されており、センサ片６と７の間には永久磁石９とホ
ール素子１１が挟持されている。

各々のセンサ片４〜７の下端面には第４図（Ｂ）及び第
５図（Ｂ）に示すようにスケール１の歯１ａと同一ピッ
チ間隔で配列されたセンサ歯４ａ、５ａ、５ａ、７ａが
形成されている。センサ歯４ａとセンサ歯５ａとは同一
位相で配列されており、センサ歯６ａとセンサ歯７ａと
は同一位相で配列されているが、一方の対を成すセンサ
歯４ａ、５ａと他方の対を成すセンサ歯６ａ、？ａとは
歯ピッチをτとすると、位相がτ／２ずれて配列されて
いる。

ホール素子９，１１に例えば数ｍＡの電流を流すと、ホ
ール素子９．１１は、永久磁石８．１０によって発生し
てホール素子９．１１を通過する磁束が、センサ歯４ａ
、５ａ、６ａ、？ａとスケール１０対向する位置を変え
ることにより変化することを検出して、直流的にバイア
スされた正弦波状の信号を発生する。このとき、第６図
に示すように、正弦波状に変化する成分は電気的に１８
０°位相が異なるように、永久磁石８，１００着磁方向
や、センサ片４〜７の歯の位相を設定している。即ち、
ホール素子９，１１０出力は１８０°位相が異なるよう
に設定されており、ホール素子９の出力とホール素子１
１の出力の差動を取ることにより、ホール素子９，１１
０出力中に含まれるバイアス成分を相殺してスケールｌ
とセンサ移動体２との間のギャップの変動によるセンサ
出力レベルの変化を小さくしている。

発明が解決しようとする課題 従来の位置センサ構成例においては、スケール歯１ａと
センサ歯４ａ、５ａ、５ａ、７ａとは平行となるように
形成されていた。このような構成のリニアパルスモータ
の位置センサ機構では、永久磁石の起磁力によりセンサ
出力信号波形に第７図に示すような高調波歪みを生じる
ことがあり、特にＮ相モータにおいては、基本波の２Ｎ
倍の高調波成分による歪みが発生した。

第７図に２相モータにおける４倍の高調波歪みを含むセ
ンサ出力波形図を示す。歯ピッチをＴとすると、この４
倍の高調波はｒ／４周期で発生し、４倍の高調波が破線
の正弦波形で示された電流による基本波のみのセンサ信
号と重畳して実線の如く歪んだセンサ出力波形となって
いる。これにより、出力信号を電気的に内挿して位置信
号を得るときに、検出分解能を上げることができないと
いう問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、位置信号を得るときの検出分解
能を向上することのできるリニアパルスモータの位置セ
ンサ機構を提供することである。

課題を解決するための手段 リニアパルスモータの位置センサ機構を、複数の歯を等
ピッチ間隔で配列した強磁性体製のスケールと、このス
ケールと所定のギャップを介して対向し、永久磁石と磁
気センサを前記ピッチ間隔の歯を有する強磁性体製のセ
ンサ片でモータの進行方向と直角方向に挟んで構成した
センサ移動体とから構成する。そして、前記スケール歯
又は前記センサ歯のいずれか一方の歯形状をスキュー付
の平行四辺形状に形成するとともに、スキュー付歯がモ
ータの進行方向中心線に対して左右対称となるように、
該スキュー付歯を中心線に対して互いに反対方向に同一
角度傾げるようにする。

スキュー付歯の歯の傾きは特に、永久磁石及び磁気セン
サを挟む対のセンサ片に形成されたセンサ歯のスケール
歯に対する平均位相差がｒ　／　４　Ｎ（τは歯ピッチ
、Ｎは相数）となるように設定するのが望ましい。

作　　　用 スキュー付歯がモータの進行方向中心線に対して左右対
称となるように、スキュー付歯を中心線に対して互いに
反対方向に同一角度傾けたので、高調波成分を中心線の
左右で互いに打ち消し合うことができ、Ｎ相モータにお
ける基本波の２Ｎ倍の高調波成分による歪みを緩和する
ことができる。

特に、センサ歯のスケール歯に対する平均位相差がｒ　
／　４　Ｎとなるようにスキュー付歯の傾きを設定する
ことにより、歯ピッチτの２Ｎ倍の高調波成分を完全に
相殺することができ、高調波成分によるセンサ信号の歪
みを防止することができる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明実施例のスケール及びセンサ片の歯形状
及び歯の配列を示す図であり、（Ａ）がスケールの歯形
状を、（Ｂ）がセンサ歯の歯形状及び配列をそれぞれ示
している。本実施例の位置センサの構成は第４図に示し
た従来の位胃センサの構成と外観上類似しており、スケ
ールの歯形状のみが相違する。そのため本実施例の位置
センサの外観的構成及びその説明は省略することにする
。

第１図は２相モータの場合に運用するのに適した位置セ
ンサ機構のセンサ歯とスケール歯を示している。第１図
（Ｂ）に示した本実施例のセンサ歯の形状及び配列は第
５図（Ｂ）に示した従来例のセンサ歯の形状及び配列と
全く同様であるので同一符号を付して示しである。即ち
、対を成すセンサ歯４ａと５ａの位相は互いに同相であ
り、他方の対を成すセンサ歯６ａと７ａの位相も同相と
なるように取り付けられており、センサ歯４ａとセンサ
歯５ａで構成されるセンサ歯の対と、センサ歯６ａとセ
ンサ歯７ａで構成されるセンサ歯の対とは、歯ピッチを
τとすると、互いにｒ／２ずれて配列されている。また
、センサ片４の中心とセンサ片５の中心との間の距離及
びセンサ片６の中心とセンサ片７の中心との間の距離は
ａに設定されている。

スケール２１に形成されたスケール歯２１ａは中心線Ａ
に対して互いに反対方向に同一角度傾けられている（ス
キューが付けられている）。すなわち、スキュー付歯２
１ａは中心線Ａに対して左右対称となるように形成され
ている。スケール歯２１ａの傾きの程度は、センサ歯４
ａ、５ａの中心間の距離ａに対してτ／８だけ傾けられ
ている（スキューされている）。ここで、τはスケール
歯及びセンサ歯のピッチである。

このように構成することにより、センサ歯４ａ。

５ａの対及びセンサ歯６ａ、７ａの対に互いに位相がτ
／８ずれた２つの高調波が表れることになる。２つの高
調波は大きさが等しく、周期はもとのままのτ／４であ
る。従って、この２つの高調波は互いに逆位相となって
打ち消しあい、高調波の合力は０となる。従って、セン
サ片４．５で挟まれたホール素子９の出力はｒ／８周期
の高調波を打ち消しあうので第２図に示すような歪みの
ない正弦波状の出力を得ることができる。ホール素子１
１の出力についても同様である。更に、スケール２１の
中心線Ａに対して左右対称にスケール歯２１ａにスキュ
ーを施しているため、センサの位置がモータの進行方向
に対して垂直な方向にずれを生じても、ホール素子９の
出力及びホ、−ル素子１１の出力の差動を取ることによ
り、位置センサ全体の出力を得ているため、左右方向の
ずれに対する位置誤差を生じることがないようにしてい
る。

位置信号に基づいて２相モータをフィードバック制御す
る場合には、実際には位置センサの出力信号は２つ必要
となる。上述した実施例においては、位置センサを１つ
だけ設けた場合について説明したが、第１図及び第４図
に示したような位置センサを２つ設けた実施例を第３図
に示す。３１はスケールであり、第１図（Ａ）に示した
スケールの歯形状と同様に中心線に対して左右対称のス
キューを施されたスケール歯３１ａが形成されている。

第１位置センサ３２及び第２位ぽセンサ３３がモータの
進行方向に直列に設けられており、第１位置センサ３２
はセンサユエッ）３４．３５から構成される装置 ３６、３７から構成されている。各々のセンサユニット
は、第４図に示すように永久磁石及びホール素子を強磁
性体製のセンサ片で挟んで構成されている。センサユニ
ット３４のセンサ歯の位相を基準にすると、センサユニ
ット３５のセンサ歯の位相はτ／２だけずれており、セ
ンサユニット３６のセンサ歯の位相はτ／４だけずれて
おり、センサユニット３７のセンサ歯の位相は３τ／４
だけずれている。３８は非磁性体製のベースであり、コ
ノヘースに各センサユニｔ　｝　３　４，　　３　５．
　　３　６。

３７が固着されている。このように第１位置センサ３２
及び第２位置センサ３３を設けることにより、τ／２だ
け位相のずれた２つの出力信号を得ることができ、この
信号に基づいて２相駆動のリニアパルスモータを効率良
くフィードバック制ｉｌｌすることができる。

尚、上述した各実施例はスケールの歯にスキューを施し
た例について説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、センサ歯の方にスキューを施すようにして
もよい。

発明の効果 本発明のリニアパルスモータの位置センサ機構は以上詳
述したように構成したので、位置センサ信号を劣化させ
る高調波歪みを小さくすることができ、位置信号を得る
ときの検出分解能を向上することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のスケール及びセンサ片の歯形状
及び歯の配列を示す図であり、（Ａ＞はスケールの歯形
状を、（Ｂ）はセンサ歯の歯形状及び配列をそれぞれ示
している。 第２図は歯ピッチτの４倍の高調波を相殺したときのセ
ンサ出力波形図、 第３図は本発明の他の実施例分解斜視図、第４図は位置
センサの構成例であり、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は側
面図をそれぞれ示している。 第５図は従来例のスケール及びセンサ片の歯形状及び歯
の配列を示す図であり、＜Ａ）はスケールの歯形状を、
（Ｂ）はセンサ歯の歯形状及び配列をそれぞれ示してい
る。 第６図はバイアス成分を相殺したときの位置センサ出力
波形図、 第７図は４倍の高調波歪みを含む位置センサ出力波形図
である。 ３・・・第２位置センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の歯を等ピッチ間隔で配列した強磁性体製の
   スケール（２１）と、該スケール（２１）と所定のギャ
   ップを介して対向し、永久磁石（８、１０）と磁気セン
   サ（９、１１）を前記ピッチ間隔の歯を有する強磁性体
   製のセンサ片（４、５：６、７）でモータの進行方向と
   直角方向に挟んで構成したセンサ移動体（２）とから成
   るリニアパルスモータの位置センサ機構において、 前記スケール歯（２１ａ）又は前記センサ歯のいずれか
   一方の歯形状をスキュー付の平行四辺形状に形成すると
   ともに、 スキュー付歯（２１ａ）がモータの進行方向中心線（Ａ
   ）に対して左右対称となるように、該スキュー付歯を中
   心線に対して互いに反対方向に同一角度傾けたことを特
   徴とするリニアパルスモータの位置センサ機構。
2. （２）前記永久磁石（８、１０）及び磁気センサ（９、
   １１）を挟む対のセンサ片（４、５：６、７）に形成さ
   れたセンサ歯（４ａ、５ａ：６ａ、７ａ）の前記スケー
   ル歯（２１ａ）に対する平均位相差がτ／４Ｎ（τは歯
   ピッチ、Ｎは相数）となるように前記スキュー付の歯の
   傾きを設定したことを特徴とする請求項１記載のリニア
   パルスモータの位置センサ機構。