JPH0580964B2 - - Google Patents

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JPH0580964B2
JPH0580964B2 JP60281178A JP28117885A JPH0580964B2 JP H0580964 B2 JPH0580964 B2 JP H0580964B2 JP 60281178 A JP60281178 A JP 60281178A JP 28117885 A JP28117885 A JP 28117885A JP H0580964 B2 JPH0580964 B2 JP H0580964B2
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movable body
detection means
magnetic detection
teeth
detection
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Toshiro Higuchi
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は可動体の駆動位置及び形心位置(ギヤ
ツプ)とを単一の検出器で検出し得る多機能型検
出器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a multifunctional detector capable of detecting the driving position and the center position (gap) of a movable body with a single detector.

(従来の技術) 従来、ステツプモータ、同期モータなどを使用
した磁気浮上型のアクチユエータはそれほど開発
されておらず、また、係るアクチユエータの可動
体の駆動位置とギヤツプとの両方を単一の検出器
で検出し得るものはいまだ見あたらない。
(Prior Art) Until now, magnetically levitated actuators using step motors, synchronous motors, etc. have not been developed so much, and it is necessary to use a single detector to detect both the drive position and gap of the movable body of such actuators. I have yet to find anything that can be detected.

ここでは、先行技術として、従来の磁気浮上型
アクチユエータのギヤツプ検出方法と同期モータ
の位置検出方法について説明する。
Here, as prior art, a conventional gap detection method for a magnetically levitated actuator and a conventional position detection method for a synchronous motor will be described.

(1) 回転形ロータを有する磁気浮上型アクチユエ
ータの場合のギヤツプ検出例 第4図は係る従来のギヤツプ検出器の構成図で
あり、これはギヤツプの変位を検出コイルの自己
インダクタンスの変化として検出するものであ
る。ここで、ロータ3のターゲツト部及び検出器
のステータ1の芯部分2は磁性体で構成され、そ
の磁極部分に検出コイルX1,X2,Y1,Y2が巻回
される。
(1) Example of gap detection in the case of a magnetically levitated actuator with a rotating rotor Figure 4 is a block diagram of such a conventional gap detector, which detects gap displacement as a change in the self-inductance of the detection coil. It is something. Here, the target portion of the rotor 3 and the core portion 2 of the stator 1 of the detector are made of a magnetic material, and detection coils X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2 are wound around the magnetic pole portions.

第5図は第4図に示されるギヤツプ検出器から
X方向、Y方向のギヤツプを検出する回路図であ
り、X方向においては、検出コイルは二つのX方
向コイルX1,X2と二つのダミーコイルXD1,XD2
とでブリツジが構成され、このブリツジの両端に
発振器4からの正弦波が加えられる。そこで、コ
イルX1とコイルX2の両方のインダクタンスが等
しい場合には、コイルX1とコイルX2の接続点と、
ダミーコイルXD1とダミーコイルXD2の接続点と
の電位差がなくなり、X方向の変位検出値は0と
なる。また、ロータ3がX軸のコイルX1の方向
に近づくとコイルX1のインダクタンスが大きく
なり、コイルX2のインダクタンスが小さくなる
ため、そのセンタータツプの電圧を検出すること
により、変位が測定できる。つまり、前記センタ
ータツプの電圧は差動増幅器5で増幅され、同期
整流器6を介してX方向のギヤツプを検出するこ
とができる。なお、Y方向においても同様であ
る。これはX,Y二方向へのギヤツプ検出例であ
り、ロータ3の回転方向の検出は別の検出器を用
いて行つている。また、他の検出方法としては、
この検出器の代わりに渦電流型の検出器や静電型
の検出器を用いた例もある。
FIG. 5 is a circuit diagram for detecting gaps in the X and Y directions from the gap detector shown in FIG. Dummy coil X D1 , X D2
A bridge is constructed, and a sine wave from an oscillator 4 is applied to both ends of this bridge. Therefore, if the inductance of both coil X 1 and coil X 2 is equal, the connection point of coil X 1 and coil X 2 ,
The potential difference between the connection point of the dummy coil X D1 and the dummy coil X D2 disappears, and the detected displacement value in the X direction becomes zero. Also, as the rotor 3 approaches the direction of coil X 1 on the X axis, the inductance of coil X 1 increases and the inductance of coil can. That is, the voltage at the center tap is amplified by the differential amplifier 5, and the gap in the X direction can be detected via the synchronous rectifier 6. Note that the same applies to the Y direction. This is an example of gap detection in two directions, X and Y, and the rotation direction of the rotor 3 is detected using another detector. In addition, other detection methods include
There are also examples in which an eddy current type detector or an electrostatic type detector is used instead of this detector.

(2) 回転型の同期型モータの位置検出例 同期型モータは速度制御システムにおいても、
モータのロータの位置検出器が必要となり、ロー
タの磁極位置を検出するようにしている。
(2) Example of position detection of a rotary synchronous motor A synchronous motor can also be used in a speed control system.
A motor rotor position detector is required to detect the rotor's magnetic pole position.

簡単なものでは第6図に示されるように、ロー
タ7の磁極の位置をホール素子8で検出してモー
タを回転させるようにしている。即ち、指令信号
と位置信号の差、つまり、位置偏差に比例した電
圧を入力として加えると、その偏差電圧に比例し
たモータトルクが生じる。そして、このモータの
位置は位置センサとしてのホール素子8で検出さ
れ、増幅器9によつて増幅され、コイルXを励磁
するように構成されている。
In a simple version, as shown in FIG. 6, the position of the magnetic pole of the rotor 7 is detected by a Hall element 8 to rotate the motor. That is, when a voltage proportional to the difference between the command signal and the position signal, that is, the positional deviation, is applied as an input, a motor torque proportional to the deviation voltage is generated. The position of this motor is detected by a Hall element 8 serving as a position sensor, and is amplified by an amplifier 9 to excite the coil X.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、可動体の磁気浮上を行う場合、
磁気浮上可動体の重量に対抗して作用する吸引用
電磁石の働く表面積と、可動体の位置決め(回
転、直線駆動)の駆動力の働くモータ部の表面積
に対して、ギヤツプセンサと、位置センサ(回
転、直線駆動)の表面積の占める割合をいかにし
て小さくするかが、性能上の課題となつてきてい
る。
(Problem to be solved by the invention) However, when performing magnetic levitation of a movable body,
The gap sensor and the position sensor (rotation How to reduce the proportion of surface area occupied by motors (linear drive, linear drive) has become a performance issue.

特に、非接触状態で可動体を磁気浮上させる場
合、その可動体は永久磁石(同期型モータ)か、
歯が形成されている可動体(ステツプモータ)
か、二次側導体(誘導モータ)になるが、いずれ
にしろ位置決めを位置フイードバツクを用いて行
うためには、その可動体の磁極位置を知るセンサ
が必要になる。ギヤツプセンサとこの位置センサ
のスペースを別々にとると、可動体の他のスペー
ス(回転力、吸引力)が圧縮され、結果として、
性能低下を招いてしまう。
In particular, when magnetically levitating a movable body in a non-contact state, the movable body must be a permanent magnet (synchronous motor) or
Movable body with teeth (step motor)
Alternatively, it may be a secondary conductor (induction motor), but in any case, in order to perform positioning using position feedback, a sensor that knows the magnetic pole position of the movable body is required. If the space for the gap sensor and this position sensor are taken separately, the other spaces of the movable body (rotational force, suction force) will be compressed, and as a result,
This will lead to a decrease in performance.

本発明は、上記問題点を除去し、ギヤツプセン
サと位置センサとを一体化し、占有スペースを低
減すると共に、磁気浮上可動体の小型化、軽量化
を図り得る多機能型検出器を提供することを目的
とする。
The present invention aims to eliminate the above-mentioned problems, integrate a gap sensor and a position sensor, reduce the occupied space, and provide a multifunctional detector that can reduce the size and weight of a magnetically levitated movable body. purpose.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記問題点を解決するために、表面
に一定ピツチの歯を形成した磁気浮上可動体を設
け、該歯に対向して該歯を検出し、正弦波状及び
余弦波状の各二対の検出値を出力する第1の磁気
検出手段と、該第1の磁気検出手段に対して前記
可動体の基準位置を中心にして対称な位置に前記
第1の磁気検出手段と同一の機能を有する第2の
磁気検出手段とを配設し、前記第1及び第2の磁
気検出手段の各正弦波状の検出値の加減演算によ
り、前記可動体の移動方向の変位に関する正弦波
状位置信号を求め、前記第1及び第2の磁気検出
手段の各余弦波状の検出値の加減演算により、前
記可動体の移動方向の変位に関する余弦波状位置
信号を求め、該検出値に基づいて前記可動体の駆
動位置を検出するとともに、前記第1の磁気検出
手段の検出値の合計と前記第2の磁気検出手段の
検出値の合計との減算値に基づいて前記可動体と
固定部間のギヤツプを検出するようにしたもので
ある。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetically levitated movable body having teeth at a constant pitch on its surface, and detects the teeth by facing the teeth. , a first magnetic detection means that outputs two pairs of detected values each having a sine wave shape and a cosine wave shape; A second magnetic detecting means having the same function as the first magnetic detecting means is provided, and the movement of the movable body is performed by adding and subtracting each sinusoidal detection value of the first and second magnetic detecting means. A sine wave position signal relating to the displacement in the direction is obtained, and a cosine wave position signal relating to the displacement in the moving direction of the movable body is obtained by addition/subtraction calculation of each cosine wave detection value of the first and second magnetic detection means. The drive position of the movable body is detected based on the detected value, and the movable body is detected based on a subtracted value between the sum of the detected values of the first magnetic detecting means and the sum of the detected values of the second magnetic detecting means. It is designed to detect the gap between the body and the fixed part.

(作用) 本発明によれば、磁気浮上可動体の表面には一
定ピツチの歯が形成され、第1の磁気検出手段は
この歯に対向してこの歯を検出し、正弦波状及び
余弦波状の各二対の検出値を出力する。一方、第
2の磁気検出手段は前記第1の磁気検出手段と同
一の機能を有しており、第1の磁気検出手段に対
して前記可動体を中心にして対称な位置に配設さ
れる。
(Function) According to the present invention, teeth with a constant pitch are formed on the surface of the magnetically levitated movable body, and the first magnetic detection means detects the teeth by facing the teeth, and detects the teeth in the form of a sine wave and a cosine wave. Output each pair of detected values. On the other hand, the second magnetic detection means has the same function as the first magnetic detection means, and is arranged at a symmetrical position with respect to the first magnetic detection means with the movable body as the center. .

そこで、前記第1及び第2の磁気検出手段の各
正弦波状の検知値の加減演算により、前記可動体
の移動方向の変位に関する正弦波状位置信号を求
め、前記第1及び第2の磁気検出手段の各余弦波
状の検出値の加減演算により、前記可動体の移動
方向の変位に関する余弦波状位置信号を求め、該
検出値に基づいて前記可動体の駆動位置を検出す
るとともに、前記第1の磁気検出手段の検出値の
合計と前記第2の磁気検出手段の検出値の合計と
の減算値に基づいて前記可動体と固定部間のギヤ
ツプを検出する。
Therefore, by adding and subtracting the sinusoidal detection values of the first and second magnetic detection means, a sinusoidal position signal regarding the displacement in the moving direction of the movable body is obtained, and the first and second magnetic detection means A cosine wave position signal regarding the displacement in the moving direction of the movable body is obtained by adding and subtracting each cosine wave detected value, and based on the detected value, the drive position of the movable body is detected, and the first magnetic A gap between the movable body and the fixed part is detected based on a subtraction value between the total detection value of the detection means and the total detection value of the second magnetic detection means.

したがつて、前記可動体の駆動位置と、前記可
動体と固定部間のギヤツプを単一の検出器で検出
することができる。
Therefore, the drive position of the movable body and the gap between the movable body and the fixed part can be detected with a single detector.

より具体的には、 (1) 磁気浮上可動体が回転体の場合は、回転体の
表面に一定ピツチの歯が形成され、その歯に対
向してこの歯を検出する第1の磁気検出手段を
備え、該第1の磁気検出手段は前記歯を検出す
ることにより、正弦、余弦波状の各二対の検出
値を出力し、更に、回転体の回転中心に対して
点対称の位置に前記第1の磁気検出手段と同一
の機能を有する第2の磁気検出手段を設け、こ
の正弦、余弦波状各々四つの検出値を加減する
演算回路とにより、回転体の歯数分の回数の
sinθ状、cosθ状の出力と、二つの検出器の間に
ある回転体の位置を表す出力とを検出し、この
sinθ状、cosθ状の検出値から回転位置に変換す
る変換器とにより、回転体の回転位置と磁気浮
上のための回転体の位置、つまり、ギヤツプを
一体化した検出器で検出する。
More specifically, (1) When the magnetically levitated movable body is a rotating body, teeth at a constant pitch are formed on the surface of the rotating body, and a first magnetic detection means that opposes the teeth and detects the teeth. The first magnetic detection means outputs two pairs of detected values each having a sine wave and a cosine wave by detecting the teeth, and furthermore, the first magnetic detection means outputs two pairs of detected values in the form of a sine wave and a cosine wave, and furthermore, the first magnetic detection means outputs two pairs of detected values in the form of a sine wave and a cosine wave. A second magnetic detection means having the same function as the first magnetic detection means is provided, and an arithmetic circuit that adjusts and subtracts each of the four sine and cosine wave detected values is used to detect the number of times corresponding to the number of teeth of the rotating body.
Detect sinθ-shaped output, cosθ-shaped output, and output representing the position of the rotating body between the two detectors.
The rotational position of the rotating body and the position of the rotating body for magnetic levitation, that is, the gap, are detected by an integrated detector using a converter that converts detected values in the form of sinθ and cosθ to rotational position.

(2) 磁気浮上可動体が直線運動を行う可動体(推
進可動体)の場合は、推進可動体の両側の表面
に一定ピツチの歯が形成され、その片側の歯に
対向して、この歯を検出する第1の磁気検出手
段を備え、該第1の磁気検出手段は前記歯を検
出することにより、正弦、余弦波状の各二対の
検出値を出力し、更に、推進可動体を中心にし
てその可動方向に対して線対称の位置に前記対
の磁気検出手段と同一の機能を有する第2の磁
気検出手段を設け、前記(1)のようにして、第1
及び第2の磁気検出手段の各検出値に基づいて
前記可動体の駆動位置と該可動体と固定部間の
ギヤツプとを単一の検出器で検出する。
(2) If the magnetically levitated movable body is a movable body that performs linear motion (propulsion movable body), teeth at a constant pitch are formed on both surfaces of the movable propulsion body, and the teeth on one side of the movable body are The first magnetic detection means detects the teeth and outputs two pairs of detected values in the form of a sine wave and a cosine wave. and a second magnetic detecting means having the same function as the pair of magnetic detecting means is provided at a position line symmetrical with respect to the direction of movement thereof, and as described in (1) above, the first magnetic detecting means is
The drive position of the movable body and the gap between the movable body and the fixed part are detected by a single detector based on each detection value of the second magnetic detection means.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳
細に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1実施例を示す多機能型検
出器の構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a multifunctional detector showing a first embodiment of the present invention.

図中、10は円筒状の固定枠、11は第1の検
出器、12は第2の検出器、13は磁性体からな
る磁気浮上ロータ、14は磁性体からなる凹部が
連設された芯部材、15,21はその芯部材14
の基部に巻回され、搬送波が印加される励磁コイ
ル、16,22は第1の検出コイルであり、この
第1の検出コイル16と22は磁気浮上ロータ1
3の回転中心に対して点対称の位置に配置され
る。17,23は第2の検出コイル、18,24
は第3の検出コイル、19,25は第4の検出コ
イルであり、上記第1の検出コイル16,22同
様に、各検出コイルは磁気浮上ロータ13の回転
中心に対して点対称の位置に配置され、各検出コ
イルは芯部材14の先端の突極片に巻回される。
なお、各検出器側はケースに内蔵され固定枠10
に固定される。
In the figure, 10 is a cylindrical fixed frame, 11 is a first detector, 12 is a second detector, 13 is a magnetically levitated rotor made of a magnetic material, and 14 is a core made of a magnetic material with continuous recesses. Members 15 and 21 are the core member 14
Excitation coils 16 and 22 are wound around the base of the magnetically levitated rotor 1 and applied with a carrier wave, and 16 and 22 are first detection coils.
It is arranged at a point symmetrical position with respect to the rotation center of No. 3. 17, 23 are second detection coils, 18, 24
is a third detection coil, 19 and 25 are fourth detection coils, and like the first detection coils 16 and 22 above, each detection coil is located at a point symmetrical position with respect to the rotation center of the magnetic levitation rotor 13. Each detection coil is wound around a salient pole piece at the tip of the core member 14.
In addition, each detector side is built into the case and has a fixed frame 10.
Fixed.

この多機能型検出器の動作について説明する。 The operation of this multifunctional detector will be explained.

ここで、ω:発振角周波数、d1:第1の検出器
とロータ間のギヤツプ、d2:第2の検出器とロー
タ間のギヤツプ、θ:ロータ回転電気角、α:変
調率、k:信号伝達の定数である。
Here, ω: oscillation angular frequency, d 1 : gap between the first detector and rotor, d 2 : gap between the second detector and rotor, θ: rotor rotational electrical angle, α: modulation rate, k : is a constant of signal transmission.

まず、これらの第1の検出器11、第2の検出
器12の各々の励磁コイル15,21には搬送波 sin(ωt−φ) を印加する。
First, a carrier wave sin(ωt-φ) is applied to the excitation coils 15 and 21 of the first detector 11 and the second detector 12, respectively.

そこで、第1の検出器11の検出コイルの出力
をギヤツプd1とロータ回転電気角θで近似する
と、それぞれの検出コイルの出力は次のようにな
る。
Therefore, if the output of the detection coil of the first detector 11 is approximated by the gap d1 and the rotor rotation electrical angle θ, the output of each detection coil will be as follows.

VC1+=(k/d1)(1+α cosθ)sin ωt VC1-=(k/d1)(1−α cosθ)sin ωt VS1+=(k/d1)(1+α sinθ)sin ωt VS1-=(k/d1)(1−α sinθ)sin ωt 同様に、第2の検出器12の検出コイルの出力
は下側のギヤツプd2とロータ回転電気角θで近似
すると、 VC2+=(k/d2)(1+α cosθ)sin ωt VC2-=(k/d2)(1−α cosθ)sin ωt VS2+=(k/d2)(1+α sinθ)sin ωt VS2-=(k/d2)(1−α sinθ)sin ωt となる。
V C1+ = (k/d 1 ) (1+α cosθ) sin ωt V C1- = (k/d 1 ) (1−α cosθ) sin ωt V S1+ = (k/d 1 ) (1+α sinθ) sin ωt V S1 - = (k/d 1 ) (1-α sin θ) sin ωt Similarly, if the output of the detection coil of the second detector 12 is approximated by the lower gap d 2 and the rotor rotation electrical angle θ, then V C2+ = (k/d 2 ) (1+α cosθ) sin ωt V C2- = (k/d 2 ) (1-α cosθ) sin ωt V S2+ = (k/d 2 ) (1+α sinθ) sin ωt V S2- = ( k/d 2 ) (1-α sin θ) sin ωt.

これらを利用して、 (1) cos出力を得るためには、第1の検出器11
の検出コイルの各出力を下記のように加減演算
する。
Using these, (1) In order to obtain a cos output, the first detector 11
The outputs of the detection coils are added and subtracted as shown below.

VC1+−VC1-+VC2+−VC2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×cosθ sinωt (2) sin出力を得るためには、同様に VS1+−VS1-+VS2+−VS2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×sinθ sinωt (3) ギヤツプ検出値は、 上側の合計−下側の合計 =4k〔(1/d1)−(1/d2)〕 ×sinωt となる。V C1+ −V C1- +V C2+ −V C2- =2kα[(1/d 1 )+(1/d 2 )] ×cosθ sinωt (2) Similarly, to obtain the sin output, V S1+ −V S1 - +V S2+ -V S2- = 2kα [(1/d 1 ) + (1/d 2 )] × sinθ sinωt (3) The gap detection value is: Upper sum - lower sum = 4k [(1/d 1 )−(1/ d2 )]×sinωt.

ここで、線型近似を用いて、ギヤツプd1とギヤ
ツプd2の等しい位置を基準値d0とし、それと基準
値からのずれΔdで近似すると、 (1/d1)+(1/d2) ≒〔(1/d0)−(1/d0 2)×Δd〕 +〔(1/d0)−(1/d0 2)×−Δd〕 =2/d0 つまり、Δdの変化によらず一定である。
Here, using linear approximation, if we take the equal position of gap d 1 and gap d 2 as reference value d 0 and approximate it by the deviation Δd from the reference value, we get (1/d 1 ) + (1/d 2 ). ≒ [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x Δd] + [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x - Δd] = 2/d 0 In other words, the change in Δd It is constant regardless.

(1/d1)−(1/d2) ≒〔(1/d0)−(1/d0 2)×Δd〕 −〔(1/d0)−(1/d0 2)×−Δd〕 =−(2/d0 2)×Δd つまり、ギヤツプの変位に比例する。(1/d 1 ) - (1/d 2 ) ≒ [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x Δd] - [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x - Δd]=−(2/d 0 2 )×Δd In other words, it is proportional to the displacement of the gap.

そして、上記(1),(2),(3)を同期整流と低域通過
フイルタ処理することにより、sinωtの周波数を
消し、cosθ,sinθ及びギヤツプ検出値を得ること
ができる。
Then, by performing synchronous rectification and low-pass filter processing on the above (1), (2), and (3), it is possible to eliminate the frequency of sinωt and obtain cosθ, sinθ, and the gap detection value.

cosθ,sinθの出力から、例えば、デイジタルで
位置θを得る方法は、R/D(レゾルバ・デイジ
タル)コンバータなどがあるので、それらを用い
ることができる。
For example, an R/D (resolver digital) converter can be used to obtain the position θ digitally from the outputs of cos θ and sin θ.

このように構成することにより、検出器11,
12は磁気浮上ロータ13の回転位置とギヤツプ
の両方を検出することができる。
With this configuration, the detector 11,
12 can detect both the rotational position and gap of the magnetically levitated rotor 13.

次に、本発明の第2の実施例を第2図を用いて
説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 2.

図中、10は固定枠、13は磁気浮上ロータ、
31は第1の検出器、32は第2の検出器、33
は芯部材、34,41は永久磁石、35,42は
第1の検出素子、36,43は第2の検出素子、
37,44は第3の検出素子、38,45は第4
の検出素子である。なお、検出器側はケースに内
蔵され固定枠10に固定される。
In the figure, 10 is a fixed frame, 13 is a magnetically levitated rotor,
31 is a first detector, 32 is a second detector, 33
is a core member, 34 and 41 are permanent magnets, 35 and 42 are first detection elements, 36 and 43 are second detection elements,
37, 44 are the third detection elements, 38, 45 are the fourth detection elements.
This is a detection element. Note that the detector side is built into the case and fixed to the fixed frame 10.

ここで、この検出器31,32は前記した搬送
波を印加する励磁コイル15,21に代えて永久
磁石34,41を用い、磁気浮上ロータ13と検
出器との歯の相対位置変化をギヤツプの磁気抵抗
変化として検出し、それによる磁束の変化をホー
ル素子或いは磁気抵抗素子などの磁束を検出する
検出素子により検出し、これに基づいて磁気浮上
ロータ13の回転位置とギヤツプとを検出するよ
うにしている。
Here, the detectors 31 and 32 use permanent magnets 34 and 41 in place of the excitation coils 15 and 21 that apply the carrier waves described above, and detect changes in the relative position of the teeth between the magnetically levitated rotor 13 and the detector using the magnetism of the gap. The change in magnetic flux is detected as a resistance change, the resulting change in magnetic flux is detected by a detection element that detects magnetic flux, such as a Hall element or a magnetoresistive element, and based on this, the rotational position and gap of the magnetically levitated rotor 13 are detected. There is.

そこで、VC1+のギヤツプとVC1-のギヤツプの
総和は磁気浮上ロータ13の回転位置によらず、
略一定なので第1の検出器31の検出素子の出力
は、第1の検出器31のギヤツプd1とロータ回転
電気角θで近似すると、 VC1+=(k/d1)(1+α cosθ) VC1-=(k/d1)(1−α cosθ) VS1+=(k/d1)(1+α sinθ) VS1-=(k/d1)(1−α sinθ) となる。
Therefore, the sum of the gap of V C1+ and the gap of V C1- is independent of the rotational position of the magnetically levitated rotor 13.
Since it is approximately constant, the output of the detection element of the first detector 31 is approximated by the gap d 1 of the first detector 31 and the electrical angle of rotor rotation θ, as follows: V C1+ = (k/d 1 ) (1+α cos θ) V C1- = (k/d 1 ) (1-α cosθ) V S1+ = (k/d 1 ) (1+α sin θ) V S1- = (k/d 1 ) (1-α sin θ).

同様に、第2の検出器32の検出コイルの出力
は下側のギヤツプd2とロータ回転電気角θで近似
すると、 VC2+=(k/d2)(1+α cosθ) VC2-=(k/d2)(1−α cosθ) VS2+=(k/d2)(1+α sinθ) VS2-=(k/d2)(1−α sinθ) となる。
Similarly, the output of the detection coil of the second detector 32 is approximated by the lower gap d 2 and the rotor rotational electrical angle θ, as follows: V C2+ = (k/d 2 ) (1+α cos θ) V C2- = (k /d 2 )(1−α cosθ) V S2+ =(k/d 2 )(1+α sinθ) V S2− =(k/d 2 )(1−α sinθ).

これらを利用して、 (1) cos出力を得るためには、第1の検出器の検
出素子の各出力を下記のように加減演算する。
Utilizing these, (1) To obtain a cos output, add/subtract each output of the detection element of the first detector as follows.

VC1+−VC1-+VC2+−VC2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×cosθ (2) sin出力を得るためには、同様に VS1+−VS1-+VS2+−VS2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×sinθ (3) ギヤツプ検出値は、 上側の合計−下側の合計 =4k〔(1/d1)−(1/d2)〕 これより以降は、前記した第1実施例と同様に
cosθ,sinθ及びギヤツプ検出値を得ることができ
る。
V C1+ −V C1- +V C2+ −V C2- = 2kα [(1/d 1 ) + (1/d 2 )] ×cosθ (2) Similarly, to obtain the sin output, V S1+ −V S1- +V S2+ −V S2- = 2kα [(1/d 1 ) + (1/d 2 )] × sinθ (3) The gap detection value is: Upper sum - lower sum = 4k [(1/d 1 ) −(1/d 2 )] From this point on, the same procedure as in the first embodiment described above is performed.
Cos θ, sin θ and gap detection values can be obtained.

次に、本発明の第3の実施例を第3図に基づい
て説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described based on FIG. 3.

この実施例においては、可動体が直線方向に駆
動されるリニア型の場合の可動体の直線方向への
変位とギヤツプの検出を単一の検出器で行うよう
にしたものである。
In this embodiment, in the case of a linear type in which the movable body is driven in a linear direction, a single detector is used to detect the displacement of the movable body in the linear direction and the gap.

図中、50は直線方向に駆動される可動体(推
進可動体)、51は第1の検出器、52は第2の
検出器、53は芯部材、55,65は励磁コイ
ル、56,66は第1の検出コイル、57,67
は第2の検出コイル、58,68は第3の検出コ
イル、59,69は第4の検出コイルである。ま
た、各検出器側はケースに内蔵され固定枠に固定
される。
In the figure, 50 is a movable body driven in a linear direction (propulsive movable body), 51 is a first detector, 52 is a second detector, 53 is a core member, 55, 65 are exciting coils, 56, 66 is the first detection coil, 57, 67
is a second detection coil, 58 and 68 are third detection coils, and 59 and 69 are fourth detection coils. Further, each detector side is built into a case and fixed to a fixed frame.

第3図に示されるように、二つの検出器は推進
可動体50の中心線A−A′に対して、上下が線
対称になるように配置されており、矢印方向(右
方向)の変位に対して各検出コイルの検出値は上
下ともに同様なエンベローブを出力する。
As shown in FIG. 3, the two detectors are arranged vertically symmetrically with respect to the center line A-A' of the movable propulsion body 50, and the displacement in the direction of the arrow (rightward) In contrast, the detection values of each detection coil output similar envelopes on both the upper and lower sides.

ここで、ω:発振角周波数、x:歯相対変位、
d1:第1の検出器51と推進可動体50との間の
ギヤツプ、d2:第2の検出器52と推進可動体5
0との間のギヤツプ、τ:歯ピツチである。
Here, ω: oscillation angular frequency, x: tooth relative displacement,
d 1 : Gap between the first detector 51 and the movable propulsion body 50, d 2 : Gap between the second detector 52 and the movable propulsion body 5
Gap between 0 and τ: tooth pitch.

まず、この検出器51,52の励磁コイル5
5,65には搬送波 sin(ωt−φ) を印加する。すると、各検出コイルには以下のよ
うな検出値が出力される。即ち、 VC1+=(k/d1)〔1+α cos(2Лx/τ)〕×
sinωt VC1-=(k/d1)〔1−α cos(2Лx/τ)〕×
sinωt VS1-=(k/d1)〔1−α sin(2Лx/τ)〕×
sinωt VS1+=(k/d1)〔1+α sin(2Лx/τ)〕×
sinωt 同様に下側の各検出コイルには VC2+=(k/d2)〔1+α cos(2Лx/τ)〕×
sinωt VC2-=(k/d2)〔1−α cos(2Лx/τ)〕×
sinωt VS2-=(k/d2)〔1−α sin(2Лx/τ)〕×
sinωt VS2+=(k/d2)〔1+α sin(2Лx/τ)〕×
sinωt が出力される。
First, the excitation coils 5 of these detectors 51 and 52
A carrier wave sin(ωt−φ) is applied to 5 and 65. Then, the following detection values are output to each detection coil. That is, V C1+ = (k/d 1 ) [1+α cos (2Лx/τ)]×
sinωt V C1- = (k/d 1 ) [1-α cos (2Лx/τ)]×
sinωt V S1- = (k/d 1 ) [1-α sin(2Лx/τ)]×
sinωt V S1+ = (k/d 1 ) [1+α sin(2Лx/τ)]×
sinωt Similarly, for each lower detection coil, V C2+ = (k/d 2 ) [1+α cos (2Лx/τ)]×
sinωt V C2- = (k/d 2 ) [1-α cos (2Лx/τ)]×
sinωt V S2- = (k/d 2 ) [1-α sin (2Лx/τ)]×
sinωt V S2+ = (k/d 2 ) [1+α sin(2Лx/τ)]×
sinωt is output.

これらを利用して、 (1) cos出力を得るためには第1の検出器51の
検出コイルの各出力を下記のように加減演算す
る。
Utilizing these, (1) To obtain a cos output, add/subtract each output of the detection coil of the first detector 51 as follows.

VC1+−VC1-+VC2+−VC2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×cos(2Лx/τ)〕×sinωt (2) sin出力を得るためには、同様に VS1+−VS1-+VS2+−VS2- =2kα〔(1/d1)+(1/d2)〕 ×sin(2Лx/τ)〕×sinωt (3) ギヤツプ検出値は、 上側の合計−下側の合計 =4k〔(1/d1)−(1/d2)〕 ×sinωt ここで、線型近似を用いて、ギヤツプd1とギヤ
ツプd2の等しい位置を基準値d0とし、それと基準
値からのずれΔdで近似すると、 (1/d1)+(1/d2) ≒〔(1/d0)−(1/d0 2)×Δd〕 +〔(1/d0)−(1/d0 2)×−Δd〕 =2/d0 つまり、基準点のまわりで略一定となる。
V C1+ −V C1- +V C2+ −V C2- =2kα[(1/d 1 )+(1/d 2 )] ×cos(2Лx/τ)]×sinωt (2) To obtain the sin output, Similarly, V S1+ −V S1- +V S2+ −V S2- = 2kα [(1/d 1 ) + (1/d 2 )] × sin (2Лx/τ)] × sinωt (3) The gap detection value is sum - lower sum = 4k [(1/d 1 ) - (1/d 2 )] × sinωt Here, using linear approximation, the equal position of gap d 1 and gap d 2 is set to the reference value d 0 If we approximate it by the deviation Δd from the reference value, (1/d 1 ) + (1/d 2 ) ≒ [(1/d 0 )−(1/d 0 2 )×Δd] + [(1/d 0 )−(1/d 0 2 )×Δd] d 0 )−(1/d 0 2 )×−Δd]=2/d 0 In other words, it is approximately constant around the reference point.

(1/d1)−(1/d2) ≒〔(1/d0)−(1/d0 2)×Δd〕 −〔(1/d0)−(1/d0 2)×−Δd〕 =−(2/d0 2)×Δd つまり、基準点のまわりで略ギヤツプ変位に比
例する。
(1/d 1 ) - (1/d 2 ) ≒ [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x Δd] - [(1/d 0 ) - (1/d 0 2 ) x - Δd]=−(2/d 0 2 )×Δd In other words, it is approximately proportional to the gap displacement around the reference point.

このように構成することにより、第1の検出器
51及び第2の検出器52は磁気浮上推進可動体
50の駆動位置とギヤツプ位置の両方を検出する
ことができる。
With this configuration, the first detector 51 and the second detector 52 can detect both the drive position and the gap position of the magnetic levitation propulsion movable body 50.

また、磁気浮上可動体はデイスク状円板にする
こともできる。この場合には、このデイスク状円
板の表裏に放射状に一定ピツチの歯を形成し、こ
のデイスク状円板を中心にして、その表裏に対称
に前記第1の磁気検出手段と第2の磁気検出手段
とを対向させるように配置する。
Further, the magnetically levitated movable body can also be a disk-like disk. In this case, teeth with a constant pitch are formed radially on the front and back sides of this disc-shaped disc, and the first magnetic detection means and the second magnetic detection means are symmetrically arranged on the front and back sides of the disc-shaped disc as the center. The detection means are arranged to face each other.

更に、上記磁気浮上ロータ型の実施例において
は、そのロータの回りに第1及び第2の検出器を
配置するようにしているが、磁気浮上の用途によ
つては、このギヤツプ変位方向と直交する方向に
も同一の型の検出器を配設して、この検出器から
の出力も足し合わせ、直交する計4個の検出器か
らの回転検出信号を利用することにより、ギヤツ
プ変位の干渉のない回転位置信号を得ることがで
きる。
Furthermore, in the magnetic levitation rotor type embodiment, the first and second detectors are arranged around the rotor, but depending on the magnetic levitation application, the first and second detectors may be arranged perpendicular to the gap displacement direction. By arranging the same type of detector in the direction of rotation, and adding the output from this detector, and using the rotation detection signals from a total of four orthogonal detectors, it is possible to eliminate interference caused by gap displacement. No rotational position signal can be obtained.

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するも
のではない。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、表面に一定ピツチの歯を形成した磁気浮上可
動体を設け、該歯に対向して該歯を検出し、正弦
波状及び余弦波状の各二対の検出値を出力する第
1の磁気検出手段と、該第1の磁気検出手段に対
して前記可動体の基準位置を中心にして対称な位
置に前記第1の磁気検出手段と同一の機能を有す
る第2の磁気検出手段とを配設し、前記第1及び
第2の磁気検出手段の各正弦波状の検出値の加減
演算により、前記可動体の移動方向の変位に関す
る正弦波状位置信号を求め、前記第1及び第2の
磁気検出手段の各余弦波状の検出値の加減演算に
より、前記可動体の移動方向の変位に関する余弦
波状位置信号を求め、該検出値に基づいて前記可
動体の駆動位置を検出するとともに、前記第1の
磁気検出手段の検出値の合計と前記第2の磁気検
出手段の検出値の合計との減算値に基づいて前記
可動体と固定部間のギヤツプを検出するようにし
たので、 (1) 検出器をコンパクトにすることができると共
に、磁気浮上可動体の検出用基準面を小さくす
ることができるため、検出のための占有スペー
スを低減し、磁気浮上可動体の軽量化による磁
気浮上性能の向上を図ることができる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, a magnetically levitated movable body having teeth at a constant pitch formed on its surface is provided, and the teeth are detected while facing the teeth, and a sinusoidal waveform is detected. and a first magnetic detection means for outputting two pairs of detection values in the form of a cosine wave; A second magnetic detection means having the same function as the detection means is provided, and the displacement of the movable body in the moving direction is determined by addition/subtraction calculation of each sinusoidal detection value of the first and second magnetic detection means. A cosine wave position signal regarding the displacement in the moving direction of the movable body is obtained by adding and subtracting each cosine wave detection value of the first and second magnetic detection means, and The drive position of the movable body is detected based on the drive position of the movable body, and the drive position of the movable body is detected based on the subtraction value between the sum of the detection values of the first magnetic detection means and the sum of the detection values of the second magnetic detection means. Since the gap between the parts is detected, (1) the detector can be made more compact, and the reference surface for detecting the magnetically levitated movable body can be made smaller, so the space occupied for detection can be reduced; It is possible to improve the magnetic levitation performance by reducing the weight of the magnetic levitation movable body.

(2) 検出器が可動体を中心にして対称に配置され
るため、駆動、つまり、回転或いは推進とギヤ
ツプとの干渉を低減することができる。
(2) Since the detectors are arranged symmetrically around the movable body, interference between the drive, that is, rotation or propulsion, and the gap can be reduced.

(3) 可動体を検出器により挟み込む形となり、イ
ンダクタンスの双曲線的な非線形性を上下足し
合わせる形にすることができ、ギヤツプ変位に
対してある範囲内において略直線的な変位検出
値を得ることができる。
(3) The movable body is sandwiched between the detectors, and the hyperbolic nonlinearity of the inductance can be added up and down, and a substantially linear displacement detection value can be obtained within a certain range with respect to the gap displacement. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例を示す多機能型検
出器の構成図、第2図は本発明の第2実施例を示
す多機能型検出器の構成図、第3図は本発明の第
3実施例を示す多機能型検出器の構成図、第4図
は従来のギヤツプ検出器の構成図、第5図はその
ギヤツプ検出回路図、第6図は従来の他のギヤツ
プ検出器の構成図である。 10……固定枠、11,31,51……第1の
検出器、12,32,52……第2の検出器、1
3……磁気浮上ロータ、14,33,53……芯
部材、15,21,55,65……励磁コイル、
16,22,56,66……第1の検出コイル、
17,23,57,67……第2の検出コイル、
18,24,58,68……第3の検出コイル、
19,25,59,69……第4の検出コイル、
34,41……永久磁石、35,42……第1の
検出素子、36,43……第2の検出素子、3
7,44……第3の検出素子、38,45……第
4の検出素子、50……推進可動体。
Fig. 1 is a block diagram of a multi-functional detector showing a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of a multi-functional detector showing a second embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a block diagram of a multi-functional detector showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional gap detector, FIG. 5 is a gap detection circuit diagram thereof, and FIG. 6 is a diagram of another conventional gap detector. FIG. 10... Fixed frame, 11, 31, 51... First detector, 12, 32, 52... Second detector, 1
3... Magnetic levitation rotor, 14, 33, 53... Core member, 15, 21, 55, 65... Excitation coil,
16, 22, 56, 66...first detection coil,
17, 23, 57, 67... second detection coil,
18, 24, 58, 68... third detection coil,
19, 25, 59, 69... fourth detection coil,
34, 41... Permanent magnet, 35, 42... First detection element, 36, 43... Second detection element, 3
7, 44... Third detection element, 38, 45... Fourth detection element, 50... Propulsion movable body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 表面に一定ピツチの歯を形成した磁気浮上可
動体を設け、該歯に対向して該歯を検出し、正弦
波状及び余弦波状の各二対の検出値を出力する第
1の磁気検出手段と、該第1の磁気検出手段に対
して前記可動体の基準位置を中心にして対称な位
置に前記第1の磁気検出手段と同一の機能を有す
る第2の磁気検出手段とを配設し、前記第1及び
第2の磁気検出手段の各正弦波状の検出値の加減
演算により、前記可動体の移動方向の変位に関す
る正弦波状位置信号を求め、前記第1及び第2の
磁気検出手段の各余弦波状の検出値の加減演算に
より、前記可動体の移動方向の変位に関する余弦
波状位置信号を求め、該検出値に基づいて前記可
動体の駆動位置を検出するとともに、前記第1の
磁気検出手段の検出値の合計と前記第2の磁気検
出手段の検出値の合計との減算値に基づいて前記
可動体と固定部間のギヤツプを検出するようにし
たことを特徴とする多機能型検出器。 2 前記磁気浮上可動体は円筒状の回転体であ
り、該回転体の円筒表面に一定ピツチの歯を形成
し、該回転体の回転中心に対して点対称の位置に
前記第1の磁気検出手段と第2の磁気検出手段と
を対向させるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の多機能型検出器。 3 前記磁気浮上可動体は直線運動を行う推進可
動体であり、該可動体の両面に一定ピツチの歯を
形成し、該可動体の可動方向の中心線に対して線
対称の位置に前記第1の磁気検出手段と第2の磁
気検出手段とを対向させるようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の多機能型検出
器。 4 前記磁気浮上可動体はデイスク状円板であ
り、該円板の表裏に放射状に一定ピツチの歯を形
成し、該デイスク状円板を中心にしてその表裏に
前記第1の磁気検出手段と第2の磁気検出手段と
を対向させるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の多機能型検出器。
[Scope of Claims] 1. A magnetically levitated movable body having teeth of a constant pitch formed on its surface is provided, which detects the teeth by facing the teeth, and outputs two pairs of detected values each in the form of a sine wave and a cosine wave. a first magnetic detection means; and a second magnetic detection having the same function as the first magnetic detection means, located at a symmetrical position with respect to the first magnetic detection means about the reference position of the movable body. means, and obtains a sinusoidal position signal regarding the displacement in the moving direction of the movable body by adding and subtracting the sinusoidal detection values of the first and second magnetic detection means, and A cosine wave position signal related to the displacement in the moving direction of the movable body is obtained by addition/subtraction of each cosine wave detection value of the magnetic detection means of No. 2, and a drive position of the movable body is detected based on the detection value, A gap between the movable body and the fixed part is detected based on a subtracted value between the sum of the detection values of the first magnetic detection means and the sum of the detection values of the second magnetic detection means. Multifunctional detector. 2. The magnetically levitated movable body is a cylindrical rotating body, teeth of a constant pitch are formed on the cylindrical surface of the rotating body, and the first magnetic detection sensor is located at a point symmetrical position with respect to the rotation center of the rotating body. 2. The multifunctional detector according to claim 1, wherein the magnetic detection means and the second magnetic detection means are arranged to face each other. 3. The magnetically levitated movable body is a propulsion movable body that performs linear motion, and teeth of a constant pitch are formed on both surfaces of the movable body, and the teeth of the magnetically levitated movable body are located at positions line symmetrical with respect to the center line of the movable direction of the movable body. 2. The multifunctional detector according to claim 1, wherein the first magnetic detection means and the second magnetic detection means are arranged to face each other. 4. The magnetically levitated movable body is a disc-shaped disc, and teeth of a constant pitch are formed radially on the front and back of the disc, and the first magnetic detection means is arranged on the front and back sides of the disc-shaped disc as a center. The multifunctional detector according to claim 1, characterized in that the second magnetic detection means is opposed to each other.
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