JPH03124255A - リニアパルスモータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリンタなどのＯＡ機器、ないし自動カーテ
ンの駆動機構などに用いるリニアパルスモークに関する
。

〔従来の技術〕

頭記のリニアパルスモークとして、可動子に永久磁石、
界磁コイルを搭載し、外部より与えた入力パルス信号で
界磁コイルを励磁制御することにより磁極歯列を形成し
たレール上で歩進走行させるものが周知である。

かかるリニアパルスモータは人力パルス信号に比例した
位置、速度が得られ、オーブンループ制御での運転が可
能であることから０Ａ８１器、　　ＦＡ機器などの分野
で広く利用されている。

しかしながらオープンループ制御方式では、走行中に外
乱が加わると適正な速度制御３位置制御が遂行できず振
動、脱調などが発生する問題がある。

ここで、脱調の発生原因について説明すると、リニアパ
ルスモータの性能を表すものに最大自起動周波数、最大
応答周波数の特性がある。最大自起動周波数は、可動子
を停止状態から起動させる際に可動子が追従できる最大
の入力パルス周波数を言う。また、最大応答周波数は、
可動子の走行状態で追従できる最大の入力パルス周波数
を言う。

この場合に、リニアパルスモータの発生トルクはは、入
力パルス周波数が低い程大きく、周波数が高くなるにつ
れて低下する。

このために、例えば自動カーテンの開閉時にカーテンが
手で押えられるなど、リニアパルスモータの走行中に外
部から走行トルク以上の外力が可動子に加わると走行が
停止してしまう。この場合に、入力パルス周波数が最大
自起動周波数よりも小であれば、外力を取り去れば可動
・子は再び入力パルス列に追従して走行を開始する。し
かしこの時点での入力パルス周波数が最大自起動周波数
よりも大であると、外力を取り去っても可動子は自動的
に再起動せず、停止したままとなって脱調が発生する。

そこで、脱調の発生を防止するには、位置制御速度制御
を行うサーボ機構と同様に、リニアパルスモータの走行
中に可動子の速度を検出してその検出信号をリセット信
号として制御系にフィードバックし、脱調発生時には入
力パルス周波数を最大自起動周波数以下に下げて再起動
させるようにしたクローズドループ制御方式が必要とな
る。

一方、リニアパルスモータの可動子走行状態を検出する
センサとして、従来ではサーチコイル。

磁気式リニアスケールなどの磁気式センサが知られてい
る。ここで、前者は、凹凸の磁極列を備えたレールに対
向してリニアパルスモータの可動子側に永久磁石と組合
せたサーチコイルを取付け、走行時に発生するサーチコ
イルの誘起電圧から検出信号を得るようにしたも辺であ
る。また、後者は、走行経路に沿ってレールと別個にＮ
、Ｓ極を交互に着磁させたスケールを布設し、このスケ
ールに対向して可動子に搭載した磁気ヘッドで検出信号
を得るようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した従来の磁気式センサは外部磁界の影
響を受けやすく、リニアパルスモータのように永久磁石
を備えた可動子にセンサを搭載する場合には磁気的な干
渉を避けるようにリニアパルスモータの磁気回路から十
分に離してセンサを取付けるなどの対策が必要となり厄
介である。また、サーチコイルを用いたセンサでは、安
定したセンサ出力を得るためには大形の永久磁石に巻数
の多いサーチコイルを組合せる必要があってセンサが大
形化する。さらに、磁気式リニアスケールでは、センサ
出力の安定化を図るためにスケールと可動子に搭載した
磁気ヘッドとの間のギャップを常に一定に保持する必要
があり、可動子の走行状態で振動などが原因でギャップ
が変動すると検出誤差が生じるために高い信較性が得ら
れないなどの欠点がある。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、リニ
アパルスモータ自身の磁気回路による干渉を受けること
なく、かつ走行中の振動などのギャップ変化による影響
も少なく、常に安定した可動子の走行状態を的確に検出
してクローズドループ制御が行えるようにしたリニアパ
ルスモーク。

特にその走行状態の検出手段を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、光学的な反射率
の異なる２種類のパターンが定ピッチで交互に配列する
バーパターンを形成して可動子走行経路の全長域に亙り
レール側に布設した光学リニアスケールと、可動子に搭
載して前記光学リニアスケールのバーパターンを読み取
る光学式センサヘッドを備え、該センサヘッドの検出信
号をフィードバック信号としてクローズドループ制御を
行うように構成するものとする。

〔作用〕

上記の構成で、光学リニアスケールは、例えば紙、樹脂
フィルムなどの薄い材料に例えば数■〜士数閣のピッチ
間隔で白、黒のバーパターンを形成したもの、あるいは
反射率の高いパターン部に再帰性反射材を採用したもの
などを用いる。また、光学式センサヘッドは、半導体レ
ーザなどの投光素子、および受光素子を投光レンズ、受
光レンズと一緒に組合せて構成したものであり、前記の
光学リニアスケールに対向して可動子に取付けられるで
いる。

ここで、可動子が走行すると、光学式センサヘッドから
の投光がリニアスケールのバーパターンを走査し、高反
射率のパターン部で反射した反射光が受光素子で受光さ
れる。これにより受光素子からは可動子の走行速度に対
応した周波数のパルス信号が出力される。したがってこ
のパルス信号を例えば周波数／電圧変換器でＤ／Ａ変換
するが、ないしは単位時間の周期でパルス信号のパルス
数をカウントすることにより、可動子の走行速度。

ないし走行停止の脱調状態が検出できる。そしてこの検
出信号をリニアパルスモータの制御系にフィードバック
することにより、脱調脱出を行う制御の他に、位置制御
、速度制御などに対するクローズドループ制御が行える
。

しかも、この場合に光学リニアスケールのバーパターン
を可動子側に搭載した光学式センサヘッドで光学的に読
み取るので、可動子の走行中にリニアスケールとセンサ
ヘッドとの間のギャップが多少変化しても検出信号に影
響が及ぶおそれは殆どない。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第１図はリニアパルスモータ全体の構成図であり
、図において、１はレール、２は永久磁石２ａ、バック
プレート２ｂ、　　ヨーク２ｃ＋　励磁コイル２ｄ。

および車輪２８などで組立構成された可動子、３は可動
子２の走行経路に沿ってその全長域に亙すレール上に布
設した光学リニアスケール、４はリニアスケール３に対
向して可動子２に搭載した光学式センサヘッドである。

ここで、光学リニアスケール３には図示のように走行経
路に沿って光学的反射率が高い白領域と反射率が低い黒
領域を定ピッチ間隔で交互に配列したバーパターン３ａ
が形成されており、このバーパターンは、例えば白色の
紙、樹脂フィルムなどの表面にカーボン等の顔料を含む
黒色インクで数ビル十数１量隔おきに黒領域のパターン
を印刷して作られる。また、光学式センサヘッド４は、
第２図に示すように半導体レーザなどの投光素子４ａ。

受光素子４ｂ、投光レンズ４ｃ＋受光レンズ４ｄを組合
せて前記のリニアスケール３に対向させたものである。

ここまでの構成で、可動子２がレール１の上を走行する
と、光学式センサヘッド４の投光素子４ａからの出射光
線がリニアスケール３のバーパターン３ａを走査し、そ
の白領域のパターンで反射した反射光が受光素子４ｂに
受光されて受光素子４ｂからはバーパターン３ａに対応
したパルス信号が出力される。

また、第３図は光学リニアスケール３の応用実施例とし
て、透明樹脂層内に細かなガラスピーズを多数埋設し作
られた高反射率の再帰性反射材５を用い、その表面に定
ピッチ間隔おきに黒色のビニール膜などの低反射率材６
を被着してバーパターンを形成したもの、第４図は再帰
性反射材５と低反射率材６とを交互に配列してバーパタ
ーンを形成したものである。このような再帰性反射材５
をリニアスケール３の基材として採用することにより、
反射光線の指向性が高まり、光学式センサヘッド４との
間の間隔を数百間まで拡大しても十分にバーパターン３
ａを正しく読み取ることができる。

次に前記した光学リニアスケール３．光学式センサヘッ
ド４を用いたリニアパルスモータのクローズドループ制
御方式の一例として、脱調の検知。

脱出を行うクローズドループ制御のブロック図を第５図
に示す。すなわち、第１図に示したリニアパルスモータ
の可動子２に巻装した励磁コイル２ｄはパルス発生部１
公配回路を経て励磁制御される。

ここで、パルス発生部はスタート指令（ステップ信号）
を受けると、最大自起動周波数以下の周波数から設定走
行速度に見合う周波数まで漸増するパルス列を発生し、
このパルス列を基に分配回路を介して励磁回路を制御す
る。これによりリニアパルスモータは低速起動から速度
を上げて定速走行に移行するようになる。

一方、先述のようにリニアパルスモータの走行中には可
動子に搭載した光学式センサヘッドよりパルス信号が出
力される。このパルス信号は、例えば周波数／電圧変換
回路でパルス信号の周波数に対応した電圧量に変換され
、さらに後段の電圧検出回路で所定周期ごとに電圧値を
監視して脱調を検出し、脱調が発生した場合にはその出
力をリセット信号として前記の制御系にフィードバック
しリニアパルスモータを改めて再起動する。すなわち、
可動子が正常に走行していれば、センサヘッドから走行
速度に対応した周波数のパルス信号が出力する。これに
対し、走行中に可動子へ不測に外力が加わるなどして脱
調が発生して走行が停止すると、センサヘッドの出力は
その位置で読み取ったバーパターンと対応する値に固定
されたままとなり、周波数／電圧変換回路からの出力電
圧は零となる。これにより電圧検出回路は脱調が発生し
たと判定して制御系にリセット信号を出力し、このリセ
ット信号を受けてリニアパルスモータを再起動制御する
。したがって可動子に加えられていた外力が除去されれ
ば、可動子は円滑に再起動して走行を継続することにな
る。

なお、第５図は脱調対策としてのクローズドループ制御
を示したが、同じセンサの出力信号を基にリニアパルス
モータの位置制御、速度制御を行うこともできるは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので、次記
の効果を奏する。

（１）光学式センサヘッドで光学リニアスケールのバー
パターンを読み取るようにしたので、従来の磁気式セン
サのようにリニアパルスモータの磁気回路から不当な干
渉を受けず、かつ走行中の振動などの影響も受けること
なく、可動子の走行状態を的確に検出できる。

（２）また、リニアパルスモータの磁気回路と干渉のお
それがないので、可動子に対する光学式センサヘッドの
取付は位置に制約がなくなり、これにより設計面での自
由度を増して可動子をコンパクトに構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例によるリニアパルスモータの構成
斜視図、第２図は第１図における光学式センサヘッドの
構成図、第３図、第４図は光学リニアスケールの応用実
施例の拡大断面図、第５図はリニアパルスモータの脱調
の検知、脱出を行うクローズドループ制御のブロック図
である。図において、 １：レール、２可動子、３：光学リニアスケール、３ａ
：バーパターン、４：光学式センサヘッド、４ａ：投光
素子、４ｂ：受光素子。 ■１ ｃ′ｖ′）１ ３２９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）入力パルス信号に応じて可動子がレール上を走行す
   るリニアパルスモータにおいて、光学的な反射率の異な
   る２種類のパターンが定ピッチで交互に配列するバーパ
   ターンを形成して可動子走行経路の全長域に亙りレール
   側に布設した光学リニアスケールと、可動子に搭載して
   前記光学リニアスケールのバーパターンを読み取る光学
   式センサヘッドを備え、該センサヘッドの検出信号をフ
   ィードバック信号としてクローズドループ制御を行うこ
   とを特徴とするリニアパルスモータ。