JPH07107706A

JPH07107706A - サーボモータ

Info

Publication number: JPH07107706A
Application number: JP5246688A
Authority: JP
Inventors: Satooka Ishiyama; 里丘石山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JP3077074B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、位置測定誤差を大幅に低減させ、そ
の制御精度をより一層高めることができる、簡易な構造
のサーボモータを提供することを目的とするものであ
る。【構成】本発明に係るサーボモータは、駆動用着磁部分
と位置検出用着磁部分とを、後者の前者からの干渉を防
止する程度に、両者を離間させて併置した駆動用磁石
と、駆動用着磁部分に対向して設けられた駆動用コイ
ル、および位置検出用着磁部分に対向して設けられた位
置検出用磁気センサから成る。本発明によれば、両着磁
部分が駆動用磁石に併設され、リニア型においては両者
を平行に、またロータリ型においては同軸に配置するこ
とが容易になるから、測定誤差が大幅に低減され、位置
制御精度を高めることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータに関する
ものであり、より詳しくは、プリンターヘッド、磁気ヘ
ッド等の位置制御に好ましく使用し得るサーボモータに
関するものである。

【０００２】

【従来技術】位置制御機能を備えるモータとしては、一
般にステッピングモータとサーボモータが知られてい
る。サーボモータは、その回転角等の情報を制御回路に
帰還させ、この帰還信号に基づいてモータの駆動を制御
するため、高精度にその位置を制御する必要のある場合
には、ステッピングモータよりも適している。しかしな
がら、サーボモータは、面倒なフィードバック装置を必
要としないステッピングモータに比べ、制御手段を必要
とする点で構造上複雑となることは避けられない。サー
ボモータは、可動部の運動形態により、ロータリ型（回
転形）とリニア型（直進形）とに分けられ、いずれも、
駆動モータ、エンコーダを含む位置測定装置、および制
御回路を有している。従来のロータリ型サーボモータ
は、一般に知られている回転子と固定子からなるロータ
リモータ本体の回転軸の延長上に、別体として磁気や光
学式等のロータリエンコーダが設けられていた。また、
従来のリニア型サーボモータは、長手方向に延びる固定
子と、固定子上を移動し、コイル移動型にあってはコイ
ルが、磁石移動型にあっては磁石が取付けられたハウジ
ングとを備えたリニアモータ本体の固定子と平行に、別
体として光学式ポジションスケール、磁気式ポジション
スケール、レーザ測長器等のリニア型エンコーダが設け
られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンコーダはロータリ
型では回転子の回転角、また、リニア型では固定子上を
移動するハウジングの位置を精度良く検出するために
は、前者では回転軸と同軸上に、また後者では固定子と
平行に、エンコーダが位置決めされていなければならな
い。しかし、従来は、エンコーダがモータ本体と独立し
て設けられているため、両者間に距離があり、従って、
アッベの法則からも知られているように、測定誤差が生
じることは不可避で、高精度な位置検出が困難となる問
題を有していた。更に、両者間の距離が長くなればなる
ほど、ロータリ型では両者の同軸性を保つことが、また
リニア型では両者間の平行性を担保することがより困難
となり、この誤差は大きくなるという問題点があった。
また、両者が別体となっているので、サーボモータの構
成が複雑となるという問題点もあった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、位置測定誤差を大幅に低減さ
せ、その制御精度をより一層高めることができる簡易な
構造のサーボモータを提供することを目的とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分とを、位置検出用
センサの出力波形のオフセット変動が３８％以内である
ように離間させて併置した駆動用磁石と、前記駆動用着
磁部分に対向して設けた駆動用コイル、および前記位置
検出用着磁部分に対向して設けられた位置検出用磁気セ
ンサとを備えたサーボモータによって達成される。本発
明の好ましい実施態様においては、前記駆動用着磁部分
と前記位置検出用着磁部分とを、前記位置検出用磁気セ
ンサの出力波形のオフセット変動が３０％以内であるよ
うに、駆動用磁石上に離間させて併置されている。本発
明の好ましい実施態様においては、前記駆動用磁石が機
械加工が可能な強磁性磁石材料より構成されている。ま
た、本発明の好ましい実施態様においては、前記駆動用
コイルおよび前記位置検出用磁気センサは、共通ハウジ
ングに取付けられている。本発明の更に好ましい実施態
様においては、前記駆動用磁石が長尺部材により構成さ
れている。

【０００６】本発明の更に好ましい実施態様において
は、前記長尺部材は円筒状または角状である。本発明の
更に好ましい実施態様においては、前記長尺部材は中実
である。本発明の好ましい実施態様においては、前記長
尺部材は中空である。本発明の更に好ましい実施態様に
おいては、前記位置検出用磁気センサはＭＲセンサまた
はホール素子で構成されている。本発明の更に好ましい
実施態様においては、前記強磁性磁石材料が、マンガン
アルミ磁石材料、鉄クロムコバルト磁石材料、および希
土類プラスチック磁石材料からなる群より選ばれる磁石
材料で構成されている。

【０００７】

【作用】本発明によれば、駆動用着磁部分と位置検出用
着磁部分とが駆動用磁石に併設され、一体化されている
ため、サーボモータの構造を簡易化することができる。
更に、駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分とを近接し
て配置し得るとともに、リニア型においては両者間を平
行に、またロータリ型においては両者を同軸に配置する
ことが容易になるので、測定誤差が大幅に低減され、位
置制御精度を高めることが可能となる。また、位置検出
用センサの出力波形のオフセット変動が３８％以内であ
るように、駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分とを離
間させて併置しているので、後者が前者の干渉を受ける
ことが防止される。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面に基づいて、本発明の好まし
い実施例につき詳細に説明する。図１は、本発明の実施
例に係るリニア型のサーボモータを示す略側面図であ
る。図１において、リニア型サーボモータ１０は、駆動
用着磁部分２２および位置検出用着磁部分２４とを備え
た駆動用磁石２０、並びにコイル部分３４および磁気セ
ンサ３６をハウジング３２上に取付けた移動手段３０を
備えている。駆動用磁石２０は、中実の円筒状ロッドで
あり、その直径は、例えば１８mmである。また、磁石材
料は脆くて欠け易く、従ってロッド状の磁石は製造が困
難であるが、この駆動用磁石２０は、長く延びる性質で
ある展延性を有し、かつ強磁性のマンガンアルミ磁石材
料で作られているため、十分な機械的強度を有してい
る。駆動用着磁部分２２は、図１において、駆動用磁石
２０の上部に沿って長手方向に所定の間隔、例えば１０
mm間隔で、Ｎ極またはＳ極に交互に着磁されており、他
方、駆動用磁石２０の下部、すなわち駆動用着磁部分２
２とは直径方向反対側の部分には、駆動用着磁部分２２
と平行に、位置検出用着磁部分２４が着磁されている。
位置検出用着磁部分２４のＮ極とＳ極の間隔は、駆動用
着磁部分より小さく、例えば１０μｍ間隔で、Ｎ極およ
びＳ極に交互に着磁されている。これら駆動用着磁部分
２２と位置検出用着磁部分２４との間の距離は、前者の
後者に対する干渉を防止し、位置検出用着磁部分２４の
エンコーダとしての機能が担保されるように設定される
必要がある。この距離は、位置検出用センサの出力波形
のオフセット変動が、理論上ではピーク間電圧Ｖ_P-Pの
３８％以内となるような距離であることを要し、好まし
くは３０％以内になるように設定される。図２は、駆動
用着磁部分と位置検出用着磁部分との間の間隔と、磁気
センサの出力波形のオフセット変動との関係を表したグ
ラフである。図２のグラフに示すように、このオフセッ
ト変動を３０％以内とするためには、この間隔２６は少
なくとも約０．５mm以上でなければならず、約１mm以上
に設定することが好ましい。本実施例では、約１０mmの
距離に設定されている。

【０００９】駆動用着磁部分２２および位置検出用着磁
部分２４は、以下のように、駆動用磁石２０に着磁され
る。所定のギャップ幅を有するリング型ヘッド（図示せ
ず）を用いて、このリング型ヘッドに電流を流し、同時
に、リング型ヘッドを磁石材料からなるロッドに沿って
長手方向に所定の長さにわたって移動させることによっ
て、この所定の長さの部分をＮ極或いはＳ極の所定の極
に着磁し、次いで、電流を反転し、リング型ヘッドをロ
ッドに沿って長手方向に同じ長さにわたって移動させ
て、逆の極に着磁し、この工程をロッドの全長手方向に
沿って繰り返す。本実施例においては、例えば、駆動用
着磁部分２２については、ギャップ１mm、かつコイル５
００巻きのヘッドに５Ａの電流を流し、ロッドの中心角
１００°の範囲の湾曲した表面部分を、ロッドの長手方
向へ１０mmの長さにわたり、Ｎ極或いはＳ極に着磁し、
電流を反転し、同じ方法で次の同一面積分の表面を逆の
極に着磁し、ロッドの全長にわたりこの工程を繰り返
す。また同様に、位置制御用着磁部分２４は、ギャップ
５μｍ，コイル５００巻きのヘッドに０．５Ａの電流、
ロッドの中心角２０°、ロッドの長手方向に１０μｍの
長さで、同様の工程を繰り返す。

【００１０】駆動用磁石２０上を移動するハウジング３
２は、機械的強度に十分な肉厚を有する中空の直方体に
形状、例えば、長手方向が６５mm、横３５mm、厚さ３５
mmの直方体の形状を有し、非磁性材料、例えばプラスチ
ック材で作られている。ハウジング３２はその側面に、
駆動用磁石２０を移動可能に受け入れるよう、駆動用磁
石２０の直径より僅かに大きい貫通孔、例えば直径１
８．４mmの貫通孔を有している。位置検出用磁気センサ
３６は、ハウジング３２が駆動用磁石２０を貫通孔内に
受け入れたとき、位置検出用着磁部分２４に対向するよ
うに、ハウジング３２の中空部内に設けられている。具
体的には、磁気センサ３６を位置検出用着磁部分２４に
近接して位置決めできるように、中空ハウジング内に設
けられた磁気センサ支持台上に取付けられている。本実
施例では、パーマロイ合金からなり、磁界が加わると磁
気抵抗効果によって、その電気抵抗が変化するＭＲセン
サ（Magnetoresistance Sensor) が用いられており、こ
れには一定の電流が流されている。従って、ＭＲセンサ
に電流を流し、その電圧の変化を測定することによっ
て、磁界の変化を検出して、移動手段３０の位置を検出
することができる。

【００１１】コイル部分３４は、ハウジング３２が駆動
用磁石２０を貫通孔内に受け入れたとき、駆動用着磁部
分２２に対向するように、ハウジング３２内に位置決め
されている。具体的には、駆動用磁石２０の表面に沿う
ように湾曲し、かつコイルを巻くためのコア部分を備え
るプラスチック部材に３０巻きした６個のコイルをルー
プ状に巻き、コイルが駆動用着磁部分２２に対向するよ
うに、中空ハウジング３２の中空部内の上部に取付けら
れている。コイルを駆動用磁石２０との接触から保護す
るため、コイル外面にはテフロンフィルム等の保護フィ
ルムが貼られている。このように、コイルは磁力線のロ
スを最小化するため、駆動用磁石２０の湾曲した駆動用
着磁部分２２の外面に沿うように配置されていることが
好ましい。図３は、リニア型サーボモータ１０およびそ
れを制御するための制御回路のブロック図である。図３
に示すように、リニア型サーボモータ１０を制御するサ
ーボモータ制御部４０は、例えばコンピューター（図示
せず）から入力されるパルス状の指令信号とモータの位
置信号との間の偏差を算出する偏差カウンタ４２、偏差
カウンタ４２の値に基づいて、モータを動かす条件電力
を算出するＣＰＵ４４およびＣＰＵ４４の信号に基づい
て、モータを駆動する電流を増幅して、出力する電力増
幅回路４６を備えている。また、エンコーダ用電子回路
５０は、磁気センサ３６からの信号を所定レベルまで増
幅し、シュミット回路によってパルス波に整形する波形
整形回路を備えている。

【００１２】本実施例において、サーボモータ１０は、
このサーボモータ制御部４０によって、以下のように作
動される。電力増幅回路４６から出力されたモータ駆動
電流によって、コイル部分３４に電流が流れ、コイル部
分３４と、駆動用着磁部分２２に形成されたＮ極或いは
Ｓ極との間に斥力が働き、移動手段３０が駆動用磁石２
０に沿って所定の方向に移動する。移動手段３０が、駆
動用磁石２０に沿って移動するのに伴って、移動手段３
０に設けられた磁気センサ３６は、位置検出用着磁部分
２４の上を通過する。前述したように、位置検出着磁部
分２４には、例えば、１０μｍごとに、Ｎ極およびＳ極
が形成されているため、各単位着磁部分の間を通過する
毎に、磁気センサ３６の抵抗値が変化する。この磁気セ
ンサ３６には一定の電流が流されているから、移動手段
３０が、駆動用磁石２０に沿って移動すると、磁気セン
サ３６から略サイン波の出力電圧信号がエンコーダ用電
子回路５０に入力される。エンコーダ用電子回路５０
は、この出力電圧信号を増幅し、更に、波形整形するこ
とによって、所定のパルス信号を生成し、偏差カウンタ
４２に出力する。偏差カウンタ４２は、エンコーダ用電
子回路５０から出力されたパルス信号と、指令信号との
偏差を算出して、ＣＰＵ４４に偏差算出信号を出力す
る。ここに、指令信号はパルス信号であるため、この偏
差は、パルスの数の差を表している。ＣＰＵ４４は、偏
差カウンタ４２から入力された偏差算出信号に基づい
て、リニア型サーボモータ１０を動かす条件電力を算出
し、電力増幅回路４６はこの条件電力に基づいて電流値
を増幅して、モータ駆動電流をコイル部分３４に出力す
る。サーボモータ１０およびサーボモータ制御部４０
が、上述した動作を繰り返すことによって、移動手段３
０は目的とする位置まで移動される。

【００１３】本実施例によれば、駆動用磁石２０に、駆
動用磁石部分２２と位置検出用着磁部分２４とを一体に
設けているので、サーボモータ１０の構造を簡易にする
ことができる。また、駆動用着磁部分２２と位置検出用
着磁部分２４の距離をきわめて近接させることができる
とともに、容易に両者を平行に配置することが可能にな
り、位置測定誤差を最小化することができる。更には、
駆動用磁石２０として、円筒状ロッドを用いているの
で、真直形状に加工が容易であり、駆動用着磁部分２２
と位置検出用着磁部分２４とを、特に容易に平行に形成
することができる。また、従来のステップモータとは異
なり、リニア型サーボモータであるので、プリンタヘッ
ドの位置制御に用いた場合に、回転運動を直線運動に変
換する機構を要せず、プリンタの構造を大幅に簡易化す
ることができる。図４は、本発明の他の実施例によるロ
ータリ型サーボモータの略斜視図であり、図５は、その
略断面図である。図４に示すように、ロータリ型サーボ
モータ６０は、回転子である駆動用磁石７０と固定子８
０を備えている。また、図５に示すように、駆動用磁石
７０の一端には駆動用着磁部分７２が、また他端には位
置検出用着磁部分７４が設けられ、ＭＲセンサを用いた
ときは、これらの間隔７６は、前記実施例と同様に、少
なくとも約０．５mm以上でなければならず、約１mm以上
の間隔を置くことが好ましい。駆動用磁石７０はベアリ
ング８９に受入れられた回転軸８８を中心に回転可能で
ある。また、固定子８０を構成するハウジング８２に
は、駆動用着磁部分７２と対向するように位置決めされ
たコイル、および位置検出用着磁部分７４に対向するよ
うに位置決めされたＭＲセンサからなる磁気センサ８６
が取付けられている。本実施例のロータリ型サーボモー
タの駆動用磁石７０も、マンガンアルミ磁石材料で作ら
れている。

【００１４】本実施例によれば、回転軸８８を有する駆
動用磁石７０に、駆動用着磁部分７２と位置検出用着磁
部分７４とを一体に設けているので、ロータリ型サーボ
モータ６０の構造を簡易にすることができると共に、両
者を容易に同軸に形成することができ、位置測定誤差を
最小化することが可能となる。本発明は、以上の実施例
に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発
明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明
の範囲内に包含されるものであることはいうまでもな
い。例えば、前記実施例においては、駆動用磁石２０、
７０の材料として、マンガンアルミ磁石材料を用いてい
るが、強磁性を有する他の材料、例えば鉄クロムコバル
ト磁石材料を用いても、または例えば、サマリウムコバ
ルト磁石材料、ネオジ鉄磁石材料等の粉末をプラスチッ
クに混練して成型した希土類プラスチック磁石など、十
分な機械的強度をもって整形することのできる磁石を使
用しても良い。また、前記実施例においては、位置検出
用磁気センサ３６、８６として、ＭＲセンサを用いてい
るが、位置検出用磁気センサ３６、８６は、磁界の変化
を電気信号に変換できるものであれば良く、例えば、ホ
ール効果を利用したホール素子等でも良い。

【００１５】更に、図１ないし図３に示された実施例に
おいては、駆動用磁石２０として、中実の円筒状ロッド
を用いているが、他の形状を有する長尺部材、例えば、
中実の角状のロッド、または、中空の円筒状、若しくは
角状の中空ロッド、または板状部材等を使用しても良
い。また、図１ないし図３に示された実施例において
は、駆動用着磁部分２２と位置検出用着磁部分２４と
は、直径方向反対側に対向して配置されているが、必ず
しもこのように配置する必要はない。前述のごとく、駆
動用着磁部分２２と位置検出用着磁部分２４とは、磁気
センサのオフセット変動が３８％以内、好ましくは３０
％以内になるように離間していれば足り、この条件を満
足する限り、これらの相対的位置は任意に設定すること
ができる。また、図１ないし図３に示された実施例にお
いては、ハウジング３２が駆動用磁石２０を３６０°包
囲する形状を有しているが、コイルおよび位置検出セン
サが両着磁部分にそれぞれ対向して配置できるような形
状であれば、必ずしも３６０°包囲する形状である必要
はない。例えば、駆動用磁石２０の上半分に整合する半
円リング状等でも良い。また、駆動用コイルおよび位置
検出用磁気センサは、一定の相対的位置関係が保たれて
いれば、共通のハウジング上に設けれている必要はな
い。

【００１６】また、図４および図５に示された実施例に
おいては、コイル側を固定子、磁石側を回転子としてい
るが、コイル側を回転子とし、磁石側を固定子としても
よい。この場合、円筒形の駆動用磁石の内側に、駆動用
着磁部分、および位置検出用着磁部分が形成される。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、位置測定誤差を大幅に
低減させ、その制御精度をより一層高めることができる
簡易な構造のサーボモータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るリニア型サーボモータの
略側面図である。

【図２】駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分との間の
間隔と、磁気センサの出力波形のオフセット変動との関
係を表したグラフである。

【図３】サーボモータ制御回路図である。

【図４】本発明の他の実施例に係るロータリ型サーボモ
ータの略斜視図である。

【図５】図４に示すロータリ型サーボモータの略断面図
である。

【符号の説明】

１０リニア型サーボモータ２０駆動用磁石２２駆動用着磁部分２４位置検出用着磁部分２６間隔３２ハウジング３４コイル部分３６磁気センサ４０サーボモータ制御部５０エンコーダ用電子回路６０ロータリ型サーボモータ７０駆動用磁石７２駆動用着磁部分７４位置検出用着磁部分７６間隔８０固定子８２ハウジング８４コイル部分８６磁気ヘッド８８回転軸８９ベアリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分と
を、位置検出用センサの出力波形のオフセット変動が３
８％以内であるように、離間させて併置した駆動用磁石
と、前記駆動用着磁部分に対向して設けた駆動用コイル
および前記位置検出用着磁部分に対向して設けられた位
置検出用磁気センサとを備えたことを特徴とするサーボ
モータ。
【請求項２】前記駆動用着磁部分と前記位置検出用着
磁部分とを、前記位置検出用磁気センサの出力波形のオ
フセット変動が３０％以内であるように、駆動用磁石上
に離間させて併置したことを特徴とする請求項１に記載
のサーボモータ。
【請求項３】前記駆動用磁石が機械加工が可能な強磁
性磁石材料よりなることを特徴とする請求項１または２
に記載のサーボモータ。
【請求項４】前記駆動用コイルおよび前記位置検出用
磁気センサが、共通ハウジングに取付けられていること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
サーボモータ。
【請求項５】前記駆動用磁石が長尺部材により構成さ
れたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項
に記載のサーボモータ。
【請求項６】前記長尺部材が円筒状または角状である
ことを特徴とする請求項５に記載のサーボモータ。
【請求項７】前記長尺部材が中実であることを特徴と
する請求項５または６に記載のサーボモータ。
【請求項８】前記長尺部材が中空であることを特徴と
する請求項５または６に記載のサーボモータ。
【請求項９】前記位置検出用磁気センサがＭＲセンサ
またはホール素子であることを特徴とする請求項１ない
し８のいずれか一項に記載のサーボモータ。
【請求項１０】前記強磁性磁石材料が、マンガンアル
ミ磁石材料、鉄クロムコバルト磁石材料および希土類プ
ラスチック磁石材料からなる群より選ばれる磁石材料で
あることを特徴とする請求項３ないし９のいずれか一項
に記載のサーボモータ。