JPH0527359B2 - - Google Patents

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JPH0527359B2
JPH0527359B2 JP57080439A JP8043982A JPH0527359B2 JP H0527359 B2 JPH0527359 B2 JP H0527359B2 JP 57080439 A JP57080439 A JP 57080439A JP 8043982 A JP8043982 A JP 8043982A JP H0527359 B2 JPH0527359 B2 JP H0527359B2
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JP
Japan
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sensor
phase
outputs
output
adder
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Application number
JP57080439A
Other languages
English (en)
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JPS58198190A (ja
Inventor
Taiji Sugizaki
Noriaki Wakabayashi
Hiromi Onodera
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固定子,可動子に多数の歯状の凹凸
(磁極歯)を有し、駆動巻線に無接点で給電する
電子整流子回路や可動子の位置を無接点で認識す
る電子式のリニアポテンシヨメータ回路を含むリ
ニアモータ装置に関するものである。
このような無接点の電子整流子回路や分解能の
高い電子式のリニアポテンシヨメータ回路は、前
記多数の磁極歯の凹凸を直接的、あるいは間接的
に検出して得た複数の正弦波状周期的信号(位置
信号)に基づいて働くように構成されている。
従来、固定子の磁極歯を直接的に検出して、そ
の1ピツチ当り1パルスないし数パルスずつイン
クリメンタルにカウントして位置確認する方法が
提案されている。このような目的のために設けら
れる位置検出装置は極めて簡単に構成されてい
る。しかし、前記無接点の電子整流子回路や分解
能の高い電子式のリニアポテンシヨメータ回路に
適用される位置信号は、高い精度が必要であつ
て、優れた位置検出装置が要求される。さらにま
た、リニアモータはその駆動巻線からの発熱によ
り厳しい温度環境におかれるため、熱的ドリフト
等の少ない優れた位置検出装置が必要とされる。
本発明は、このような要求を完全に満足する位
置検出装置を具備したリニアモータ装置を提供す
るものであり、これによつて温度的にみても精度
の良い、分解能の高い位置認識を可能にする電子
式のポテンシヨメータ、あるいは駆動巻線の精度
の高い通電相の切り換えを可能にする高品位の電
子整流子を備えたリニアモータ装置を実現可能に
したものである。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明して
ゆく。
第1図は本発明のリニアモータ装置の一実施例
の機構部の概略斜視図、第2図は同実施例におけ
るセンサブロツクの要部断面図である。それらの
図面において、1は磁性材料より成る固定子であ
り、長手方向に一定のピツチで複数個の凹凸の磁
極歯3をもつている。2は磁性材料より成る可動
子で、前記固定子の磁極歯3と一定間隙を隔てて
対向し、長手方向に移動しうるように構成されて
いる。また、可動子2は固定子の磁極歯3の凹凸
を検出する例えば光学素子のような複数のセンサ
素子を含むセンサブロツク4を有する。このセン
サブロツク4は3組の発光素子13a,13b,
13cと受光素子14a,14b,14cを内蔵
する。これらの受光素子14a〜14cは磁極歯
の凹凸を反射光で直接的に検出し、直流成分を含
んだ複数の正弦波状周期的信号を出力端子15
a,15b,15cより出力する。この出力信号
をセンサ出力信号と呼び、この信号は互いに120゜
の位相差を有する。5は可動子2に巻かれた駆動
巻線、6は永久磁石である。なお本実施例は、3
つの駆動巻線をもつた3相リニアモータ装置を示
している。
第3図は、本発明に適用されるセンサブロツク
の他の実施例の概略斜視図である。同図におい
て、11は固定子の磁極歯と同一のピツチLで複
数個の濃淡の縞目模様を設けた光学スケール(目
盛)であり、これは固定子長手方向にこれに沿つ
て配設されている。13a,13b,13cは3
個の発光素子であり、14a,14b,14cは
前記光学スケール11をはさんで、それぞれ対向
する3個の受光素子であり、透過光で前記光学ス
ケールの縞目模様を検出し、前記固定子の磁極歯
の凹凸を間接的に検出するものである。
15a,15b,15cは受光素子14a,1
4b,14cのそれぞれの出力端子であり、この
センサ出力信号は第1図,第2図に示す実施例と
同様のものである。
さて第1図〜第3図に実施例に示すセンサ出力
信号をそれぞれS1(X),S2(X),S3(X)とおくと、次の
ように表現される。
S1(X)=A1sin2πX/L+D1 S2(X)=A2sin(2πX/L−2/3π)+D2 S3(X)=A3sin(2πX/L−4/3π)+D3 ただし、Xは固定子1をセンサブロツク4の相
対変位量、Lは固定子の磁極歯3の1ピツチの長
さ、A1,A2,A3は振幅の半幅値、D1,D2,D3
は直流成分である。
なお、位置の検出手段としては第1図〜第3図
に示す実施例であげた光学式に限らず、ホール素
子,磁気抵抗素子などの他の手段を用いることも
できる。結果的に正弦波状周期的信号の得られる
手段であれば、いかなる構造のものでも使用可能
である。
また、第1図乃至第3図の実施例においては、
3相のセンサ出力信号を得ているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、モータの駆動巻線
の相数によつて任意に定められるものである。
第4図は本発明のリニアモータ装置で使用する
位置検出装置,電子整流子回路,および電子式の
ポテンシヨメータ回路の一実施例の回路ブロツク
図である。同図において、41はセンサ素子、4
2はセンサ素子41を含むセンサブロツク、43
は直流成分除去回路、44はこれら41〜43を
含む位置検出装置で、52a,52b,52cは
その出力の位置信号である。45は無接点の電子
整流子回路であり、駆動電流入力端子46からの
入力を切換えて順次駆動巻線5に通電する電子式
スイツチからなる。47は分解能を高めたり,可
動子の運動方向を弁別してアツプカウントパルス
50やダウンカウントパルス51を出力する内挿
弁別器である。48はインクリメンタルに上記ア
ツプカウントパルス50,ダウンカウントパルス
51を可逆計数する位置カウンタ、49は電子式
のポテンシヨメータ回路で、上記内挿弁別器47
と位置カウンタ48で構成される。
さらに詳しく説明すると、センサブロツク42
はセンサ出力信号S1(X),S2(X),S3(X)を出力する。
このセンサ出力信号は一般に直流成分の含んだ正
弦波状周期的信号である。直流成分除去回路43
は、センサ出力信号からその直流成分のみを除去
して位置信号52a,52b,52cを出力す
る。45は無接点の電子整流子回路で、前記位置
信号52a,52b,52cは、ふつうはその大
小関係に基づいて駆動電流の切り換えを行なう。
また、内挿弁別器47の働きは前記位置信号に基
づいて位置認識の分解能を向上させることと、可
動子の動きの方向を弁別することにある。この結
果、方向によつてインクリメンタルな位置のパル
スが2つに分けられて、アツプカウントパルス5
0,ダウンカウントパルス51として出力され
る。位置カウンタ48は,これらを累積的に可逆
計数することによつて位置情報を常時蓄積するよ
うなアツプダウンカウンタを含んで成る。
前記内挿弁別器47と位置カウンタ48と電子
式のポテンシヨメータ回路を構成し、位置信号5
2a,52b,52cに基づいて無接点で精度の
高い位置認識を可能にしている。
第5図は本発明のリニアモータ装置で使用する
位置検出装置の構成例を示すブロツク図である。
図中、21a,21b,21cはそれぞれ前記セ
ンサ出力信号S1(X),S2(X),S3(X)の入力端子であ
り、第2図,第3図の出力端子15a,15b,
15cに対応するものである。22,23,24
はセンサ出力信号S1(X),S2(X),S3(X)の振幅を揃え
るための増幅器であり、それらの増幅率をそれぞ
れG1,G2,G3とする。25a,25b,25c
は各々の出力端子である。ここで、出力端子25
a,25b,25cに得られるそれぞれの出力を
Sa1(X),Sa2(X),Sa3(X)とすると、それら次のよう
に表現できる。
Sa1(X)=G1S1(X)=A1G1sin2πX/L+D1G1 Sa2(X)=G2S2(X)=A2G2sin(2πX/L−2/3π)+D2
G2 Sa3(X)=G3S3(X)=A3G3sin(2πX/L−4/3π)+D3
G3 ここで、A1G1=A2G2=A3G3=Bとおくと、
次のように表現される。
Sa1(X)=Bsin2πX/L+D1G1 Sa2(X)=Bsin(2πX/L−2/3π)+D2G2 Sa3(X)=Bsin(2πX/L−4/3π)+D3G3 また、第5図において、26は加算器であり、
前記のSa1(X),Sa2(X),Sa3(X)を加算し、この出力
をS0とおくと次のように表現できる。
S0=Sa1(X)+Sa2(X)+Sa3(X)=Bsin2πX/L+Bsin(
2πX/L−2/3π)+Bsin(2πX/L−4/3π) +D1G1+D2G2+D3G3=D1G1+D2G2+D3G33j=1 DjGj 27,28,29は増幅率がそれぞれ−H1,−
H2,−H3の反転増幅器であり、30a,30b,
30cは加算器、31a,31b,31cは加算
器30a,30b,30cの出力端子で、位置信
号P1(X),P2(X)+P3(X)を出力する。位置信号P1(X),
P2(X),P3(X)は次のように表わされる。
Pi(X)=Sai(X)−HiS0(但しi=1,3) ……(1) ここで、−H1,−H2,−H3とすると、式(1)は次のように表現できる。
式(3)から明らかなように、第5図に示す構成に
よつて位置信号P1(X),P2(X),P3(X)はその直流成
分を除去することができる。この直流成分の除去
方法は、センサ出力信号のみを組み合せて達成
し、このセンサ出力信号と無関係の他の信号を利
用することが無いため、センサ出力の熱的なドリ
フト、経年変化などの様々な変動要因に対して非
常に安定なすぐれた方法である。これによつて得
られた位置信号P1(X),P2(X),P3(X)は、そのため
に非常に品位が高く、これに基づけば、前記電子
式のポテンシヨメータは高い位置精度を保持する
ことができる。また、これに基づけば、前記電子
整流子は高い精度の通電相の切り換えを行うこと
ができる。従つて、リニアモータ装置の性能,品
位を格段に向上させることができるようになる。
さて、ここで、センサ出力信号の変動要因の中
ではリニアモータの駆動巻線から発生する熱によ
るものが、大きな部分を占めている。センサブロ
ツクはこの駆動巻線からの熱によつて厳しい環境
にさらされるため、そのドリフトは非常に大きな
ものがある。これらのドリフトを第5図に示す実
施例では抑制することができる。その理由を以下
に説明する。
前記のドリフトが各相において同率の割合で変
動するとし、このドリフトによる直流成分の変動
分の割合をd,振幅の半幅値の変動分の割合をe
とする。ここで、センサ出力信号をS1′(X),
S2′(X),S3′(X)とおくと、次のように表わされる。
Si′(X)=(1+e)Aisin{2πX/L−2/3(i−
1)π}+(1+d)Di (但し、i=1,3) さらに、増幅器22,23,24の出力端子2
5a,25b,25cの出力をそれぞれSa1(X),
Sa2(X),Sa3(X),加算器26の出力をS0′,位置
信号をP1′(X),P2′(X),P3′(X)とおくと、次のよう
に表現できる。
Sai(X)=(1+e)AiGisin{2πX/L−2/3(
i−1)π}+(1+d)DiGi =(1+e)Bsin{2πX/L−2/3(i−1)π
}+(1+d)DiGi (但し、i=1,3) S0′=3j=1 Saj(X)=3j=1 {(1+d)DjGj}=(1+d)3j=1 DjGj 上記式(4)から明らかなように、センサ出力信号
にドリフトが生じた場合でも、位置信号P1′(X),
P2′(X),P3′(X)ではその直流成分が除去される。ま
た、式(3)を参照すると、この信号の振幅の半幅値
は変動するが、各相で同率で変動するため、前記
電子整流子の通電相の切り換えや電子式のポテン
シヨメータには、何ら影響を与えない。
上記のことは、ドリフトが各相で同率で変動す
ると仮定したものであるから、このドリフトが各
相で異なる割合で変動する場合には当てはまらな
い。しかし、ドリフトの多くは同率で変動するよ
うなものであることから、第5図に示す実施例
で、所期の目的はほぼ完全に達成できる。
以上説明したように本発明のリニアモータ装置
は、様々な要因によつておこるセンサ出力信号の
ドリフトを抑制し安定した位置信号を得る位置検
出装置を備え、その結果、精度が良く,分解能の
高い位置認識のできる電子式のポテンシヨメー
タ、あるいは精度の高い通電相の切り換えのでき
る電子整流子を具備することができ、性能の面で
も品位の面でもすぐれた、また工業的にも極めて
利用価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るリニアモータ装置の一実
施例の機構部の概略斜視図、第2図は同実施例に
おけるセンサブロツクの要部断面図、第3図は本
発明に適用しうるセンサブロツクの他の実施例の
概略斜視図、第4図は本発明のリニアモータ装置
で使用する位置検出装置,電子整流子回路および
電子式のポテンシヨメータ回路の一実施例の回路
ブロツク図、第5図は本発明のリニアモータ装置
で使用する位置検出装置の構成例を示す回路ブロ
ツク図である。 1……固定子、2……可動子、3……固定子の
磁極歯、4……センサブロツク、5……駆動巻
線、6……永久磁石、11……光学スケール(目
盛)、13a,13b,13c……発光素子、1
4a,14b,14c……受光素子、41……セ
ンサ素子、42……センサブロツク、43……直
流成分除去回路、44……位置検出装置、45…
…電子整流子回路、47……内挿弁別器、48…
…位置カウンタ、49……電子式のポテンシヨメ
ータ回路、50……アツプカウントパルス、51
……ダウンカウントパルス、52a,52b,5
2c……位置信号、22,23,24……増幅
器、27,28,29……反転増幅器、25a,
25b,25c,26,30a,30b,30c
……加算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 磁性材料をもつて構成され、かつ長手方向に
    所定のピツチで複数個の凹凸の磁極歯を有する固
    定子と、前記磁極歯の凹凸を検出するために、セ
    ンサ出力が互いに2π/N(ラジアン)の位相差を
    もつように配置されたN相(Nは整数)のセンサ
    素子を含めて成るセンサブロツクを有する前記固
    定子と所定間隔を隔てて対向し、長手方向に移動
    しうる磁性材料をもつて構成された可動子と、N
    相の駆動巻線と、前記センサブロツクのN相のセ
    ンサ素子から出力される検出出力の振幅のばらつ
    きを揃えるため、それぞれGi(但し、i=1,
    2,……,N)の増幅率をもつN個(Nは整数)
    の第1の増幅器群と、前記第1の増幅器群のN個
    の出力を加算する第1の加算器と、この第1の加
    算器の出力を増幅し、かつ前記N相のセンサ素子
    の検出出力にそれぞれ含まれる直流成分Di(但
    し、i=1,2,……,N)を除去するため、そ
    れぞれ −Di・Gi/ΣDj・Gj (但し、i=1,2,……,N) で表される増幅率をもつN個(Nは整数)の第2
    の増幅器群と、この第2の増幅器群のN個の出力
    と前記第1の増幅器群のN個の出力とをそれぞれ
    加算するためのN個の第2の加算器群と、前記第
    2の加算器群のN個の出力に基づいて前記N相の
    駆動巻線に順次給電する電子整流子回路とを具備
    することを特徴とするリニアモータ装置。
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JPS58198190A JPS58198190A (ja) 1983-11-18
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JPS60160399A (ja) * 1984-01-31 1985-08-21 Amada Co Ltd リニアパルスモータの制御装置
JPH0669476B2 (ja) * 1986-11-07 1994-09-07 新次郎 辻 ゼラチン硬カプセルのフイルムコ−テイング方法
JPS63121494A (ja) * 1986-11-11 1988-05-25 Advantest Corp リニアモ−タ−の位置検出装置
WO2007132602A1 (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 光学式エンコーダ及びエンコーダ付モータ

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