JPS58198190A - リニアモ−タ装置 - 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】 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
ンショ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ョメータ回路は、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ピッ
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ョ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って、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
。

（発明は、このような要求を完全に満足する位置検出装
置を具備したりニアモータ装置を提供するものであり、
これによっ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ョメータ、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の詳細な説明してゆく。

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ッ
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ッチ
で複数個の凹凸の磁極歯３をもっている。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。捷だ、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
ンサブロック４を有する。このセンサブロック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１６ａ。

１６ｂ、１６Ｃ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１’２００の位相差を
有する。６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つの駆動巻線をもった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ックの他の実
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・ノチ（Ｌ）で複数個の濃淡の縞目
横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って配設されている。１３ａ、１
３ｂ、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
ールの縞目横様を検出し、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１４ａ１１４ｂ。

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５１（３）、５２（３）、５３（３）とおくと、
次のように表現される。

２πＸ Ｓ　１ＱＣ）　＝　Ａ１ｓ＋ｎ］：＋Ｄ１２πｘ２ Ｓ２　（Ｘ）　−Ａ２５ｉｎ　（１７−５π）　＋Ｄ２
Ｓ３（３）−Ａ３ｓ＋ｎ　（Ｌ　　−、π）＋Ｄ３ただ
し、Ｘは固定子１とセンサブロック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．Ａ
３は振幅の半幅値、Ｄｌ、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って任意に
定められるものである。

第４図は本発明のり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ョメー
タ回路のム実施例の回路ブロック図である。同図におい
て、４１はセンサ素子、４２はセンサ素子４１を含むセ
ンサブロック、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、ｓ２ｂ、５
２ｃはその出力の位置信号である。４６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ッチから
なる。４７は分解能を高めたり、可動子の運動方向を弁
別してアップカウントパルス６゜やダウンカウントパル
ス６１を出力する内挿弁別器である。４８はインクリメ
ンタルに上記アップカウントパルス５０．　ダウンカウ
ントパルス６１を可逆計数する位置カウンタ、４９は電
子式のポテンショメータ回路で、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、センサブロック４２はセンサ
出力信号５１（３）、５２Ｃｙ：）、５３（３）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。４６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。

捷だ、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、方向によってイ
ンクリメンタルな位置のパルスが２つに分けられて、ア
ンプカウントパルス５０、ダウンカウントパルス５１と
して出力される３１位置カウンタ４８は、これらを累積
的に可逆側数することによって位置情報を常時蓄積する
ようなアッ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とで電子式のポ
テンショメータ回路を構成し、位置信号５２ａ、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ック図である。

図中、２１　ａ、　　２１　ｂ、　　２１　ｃはそれぞ
れ前記センサ出力信号５１（３）、５２（３）、５３（
３）の入力端子であり、第２図、第３図の出力端子１５
ａ、１５ｂ。

１５ｃに対応するものである。２２．　２３．　２４ハ
センサ出力信号５１（ｘ）、５２（ｘ）、５３（Ｘ）ノ
振幅を揃えるだめの増幅器であり、それらの増幅率をそ
れぞれＧ１．Ｇ２．Ｇ３とする。２６　ａ、　　２５　
ｂ。

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５ａ１
（ｘ＞、５ａ２（ｘ）、５ａ３（ｘ）　　とすると、そ
れら次のように表現できる。

２πＸ ５ａ１（Ｘ）＝Ｇ１Ｓ１（Ｘ）−Ａ１Ｇ１Ｓ１ｎＴ＋Ｄ
１Ｇ１２πｘ　２ Ｓ　ａ声−Ｇ　２Ｓ　、Ｑ＝Ａ２Ｇ２ｓ＋ｎ　（−Ｅ−
−−６π）＋Ｄ２Ｇ２ここで、Ａ１Ｇ１−Ａ２Ｇ２−Ａ
３Ｇ３−Ｂとおくと、次のように表現される。

２πＸ ５ａ１（ｘ）＝　Ｂｓ１ｎ　−Ｔ−＋Ｄ１Ｇ１Ｓ　Ｇ２
（′ｘ）−Ｂｓ＋ｎ　（平−Ｒπ）　＋Ｄ２Ｇ２２πｘ
　４ Ｓ　Ｇ３（Ｘ）＝　Ｂ　ｓｉｎ　（−Ｔ−−−５π）＋
Ｄ３Ｇ３また、第５図において、２６は加算器であり、
前記の５ａ１（ｘ）、　５ａ２（ｘ）、５ａ３（ｘ）　
　を加算し、この出力を８０とおくと次のように表現で
きる。

５０＝Ｓａ１（ｘ）＋５ａ２（Ｘ）＋５ａ３（ｘ）＝　
Ｂｓ１ｎ　Ｙ＋Ｂｓ１ｎ　（”Ｌ−’−ｙｒ　）＋Ｂｓ
１ｎ（！−’ｙｒ　）Ａ３　　　　　　　Ａ３ ＋Ｄ１Ｇ１＋Ｄ２Ｇ２＋Ｄ３Ｇ３ ２７．２８．２９は増幅率がそれぞれ−Ｈ１，−Ｈ２゜
−Ｈ３の反転増幅器であり、３０　ａ、　　３０　ｂ、
　３０ｃは加算器、３１　ａ、　　３１　ｂ、　　３１
　ｃは加算器３０　ａ　。

３０ｂ、３０ｃの出力端子で、位置信号ｐ１（ｘ）。

Ｐ２（３）、Ｐ３（３）を出力する。位置信号Ｐ１（３
）、Ｐ２（３）。

Ｐ３（ｘ）は次のように表わされる。

Ｐｉ（”）＝”ａｔ（’Ｑ−ＨｉＳｏ　　（但しｉ　＝
　１　、３　）　−−−−−（１）ここで、−Ｈｌ、−
Ｈ２，−Ｈ３を とすると、式（１）は次のように表現できる。

２πｘ　２ Ｐ必−Ｂｓ団（−Ｌ−−、（ｉ　−１）π）　＋Ｄ、Ｇ
。

２πｘ　　２ ＝　Ｂｓ１ｎ　（−［−−−５（ｉ　−１）π）　（但
しｉ＝１．３）・・・・・・−・・（３） 式（３）から明らかなように、第６図に示す構成によっ
て位置信号Ｐ１（３）、Ｐ２（３）、Ｐ３（３）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。これによって得られた位置信号Ｐ、（３）、Ｐ２（
３）、Ｐ３（３）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ョメータは高い位
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。従って、リニアモータ装置の性能９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りニ
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。センサブロックはこの駆動巻線か
らの熱によっ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Ｓ、′（３）３４（３）。

５４（ｘ）　　とおくと、次のように表わされる。

２πｘ　２ Ｓ　、’（Ｘ）＝　（１＋ｅ）Ａｉｓｉｎ　（］ニー　
５（ｉ　−１）ｙｒ）＋（１＋ｄ）Ｄｉ（但し、ｉ＝１
．３） さらに、増幅器２２，２３．２４の出力端子２５ａ。

２　ｔｓ　ｂ　、　　２５　Ｃノ出力ヲソｈソｈ−Ｓ孟
１（Ｘ）、Ｓ；２（ｘ）。

５Ａ３（３）、加算器２６の出力を３５　　位置信号を
Ｐ１′（３）。

ｐ、；（ｘ）、　ｐ４（ｘ）とおくと、次のように表現
できる。

２πｘ　２ Ｓ　：、　、（Ｘ）−（１＋ｅ）Ａｔ　ａｉｓｉｎ　（
−Ｌ−−−５（ｉ−１）ｉ）＋（１＋ｄ）　０４Ｇ４２
πｘ　２ ＝　（１＋ｅ）ＢＳｉｎ［］ニー１（ｉ−１）π）＋（
１＋ｄ）ＤｔＧｔ（但し、ｉ＝１．３） ＝（１＋ｄ）ｊぞ、ＤｊＧ。

２πｘ　２ Ｐ　Ｑ（Ｘ）＝（１＋ｅ）Ｂｓｉｎ（１Ｔ−＝（ｉ−１
）ｙｒ）＋（１＋ｄ）ＤｉＧｉ２πｘ　２ ＝（１＋ｅ）Ｂｓｉｎ（］ニーＨ（ｉ−１）π）　　・
＝・−・−（４）（但し、ｉ＝１．３） 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′（３）ｐ４（
３）。

ｐ、５（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ョメータには、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
６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−ト説明したように本発明のりニアモータ装置は、様
々な要因によっ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９分解能の高い位置認識のできる電子
式のポテンショメータ、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
ロックの要部断面図、第３図は本発明に適用しうるセン
サブロックの他の実施例の概略斜視図、第４図は本発明
のり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ョメータ回路の一実施例
の回路ブロック図、第５図は本発明のりニアモータ装置
で使用する位置検出装置の構成例を示す回路ブロック図
である。 １・・・・・・固定子、２・・・・・・可動子、３・・
・・・・固定子の磁極歯、４・・・・・・センサブロッ
ク、６・・・・・・駆動巻線、６・・・・・・永久磁石
、１１・・・・・・光学スケール（目盛）、１３　ａ、
　　１３　ｂ、　　１３　ｃ・−−−−−発光素子、１
４ａ。 １４ｂ、１４Ｃ・・・・・・受光素子、４１・・・・・
・センサ素子、４２・・・・・・センサブロック、４３
・・・・・・直流成分除去回路、４４・・・・・・位置
検出装置、４６・・・・・・電子整流子回路、４７・・
・・・・内挿弁別器、４８・・・・・・位置カウンタ、
４９・・・・・・電子式のポテンショメータ回路、６０
・・・・・・アップカウントノζルス、６１・・・・・
・ダウンカウントパルス、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ・・
・・・・位置信号、２２，２３．２４・・・・・・増幅
器、２７゜２８．２９・・・・・・反転増幅器、２５ａ
、２６ｂ、２５ｃ。 ２６．３０ａ、３０ｂ、３０ｃｍ−−−−−加算器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 （

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性材料をもって構成され、かつ長手方向に所定のピッ
   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複数のセンサ素子を含めて成るセン
   サブロックと、前記固定子と所定間隙を隔てて対向し、
   長手方向に移動しうる磁性材料をもって構成された可動
   子と、複数の駆動巻線と、前記センサブロックの複数の
   センサ素子の検出出力の振幅を揃えるだめの複数の第１
   の増幅器群と、前記第１の増幅器群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する複数
   の第２の増幅器群と、前記第２の増幅器群の出力と前記
   第１の増幅器群の出力とをそれぞれ加算する複数の第２
   の加算器群と、前記第２の加算器群の出力に基づいて前
   記複数の駆動巻線に順次給電する電子整流子回路と　前
   記第２の加算器群の複数の出力に基づいて前記固定子と
   可動子の相対位置を無接点で認識する電子式のポテンシ
   ョメータ回路の少なくとも一方を具備することを特徴と
   するリニアモータ装置。