JPS5831613B2

JPS5831613B2 - サ−ボ機構

Info

Publication number: JPS5831613B2
Application number: JP9928577A
Authority: JP
Inventors: 勝見高橋; 芳克酒井; 栄寿松本
Original assignee: Yokogawa Electric Works Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1983-07-07
Also published as: JPS5433979A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、サーボ機構に関するものであって、詳しくは
、サーボモータとしてリニアモータを用いるとともにサ
ーボモータへの帰還要素としてリニアモータの移動子と
一体化された可動体による交番磁束の偏向量に基づいて
可動体の変化を検出するように構成された変位変換器を
用いたサーボ機構に関するものであり、小形・軽量で、
機構部品が少なく、動力伝達機構や直線化機構が不要で
長寿命を有するサーボ機構を提供するものである。

以下、図面を用いて、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成説明図であって
、１０はサーボアンプ、２０はリニアサーボモータ、３
０は変位変換器、４０は整流回路である。

サーボアンプ１０は、差動アンプ１１と駆動アンプ１２
とで構成されていて、入力信号Ｅｉと整流回路４０から
出力される帰還信号Ｅｆとの偏差を増幅し、リニアサー
ボモータ２０に加えている。

リニアサーボモータ２０は、閉磁路を形成する矩形の磁
路体Ｙ１磁路体Ｙの各短辺Ｓ１．Ｓ２と一方の長辺Ｌ１
との間に挾持された永久磁石Ｍ１．Ｍ。

他方の長辺Ｌ２に移動自在に嵌装された移動子２１等で
構成されたものである。

なお、移動子２１には、サーボアンプ１０の出力信号を
加えるための入力巻線２２が巻回されていて、さらに、
必要に応じてたとえば指針２３が取り付けられる。

このような構成において、永久磁石Ｍ１２Ｍ２は、磁路
体Ｙの長辺Ｌ２から長辺Ｌ１の方向に固定磁界を発生す
る。

移動子２１は、巻線２２に加えられるサーボアンプ１０
の出力信号の大きさｌこ応じて、磁路体Ｙｌこ発生する
固定磁界と直交するように移動する。

変位変換器３０は、固定コア３１．固定コア３１１こ巻
回された励磁コイル３２、励磁コイル３２に振幅が一定
の交流信号を加えるための交流電源３３、励磁コイル３
２と直交する方向に固定コア３１に均一に巻回された検
出コイル３４、固定コア３１の表面近傍に移動自在に配
置された可動体３５等で構成されたものである。

この変位変換器３０は、リニアサーボモータ２０と共通
の磁路体Ｙにより構成されている。

すなわち、固定コア３１は長辺Ｌ２に対向するようにし
て長辺Ｌ１の表面に配置されている。

可動体３５は、リニアサーボモータ２０の移動子と結合
されて一体化されている。

可動体３５としては、高透磁率を有するフェライト等の
コアあるいは高導電率を有するアルミニウム、銅、黄銅
等の非磁性部材を用いる。

なお、固定コア３１は、磁路体Ｙの長辺Ｌ１と一体形
成することもできる。

このように構成された変位変換器３０は、次のように動
作する。

励磁コイル３２に振幅が一定の交流信号が交流電源３３
から印加されることにより、固定コア３１の表面にはこ
の表面に対して垂直方向の一様な交番磁束が発生する。

この交番磁束は、固定コア３１の表面近傍に配置された
可動体３５により偏向される。

すなわち、可動体３５として高透磁率のコアを用いた場
合には、交番磁束は磁気抵抗の低い可動体３５に集束さ
れ、偏向される。

また、可動体３５として高導電率を有する部材を用いた
場合には、可動体３５に渦電流が発生して磁気抵抗が大
きくなるので、交番磁束は可動体３５から離散するよう
にして偏向される。

励磁コイル３２と直交する方向に巻回された検出コイル
３４は、偏向された交番磁束のベクトル成分のうち、可
動体３５の移動方向に平行な成分、すなわち、固定コア
３１の表面と平行な磁束成分を検出する。

これにより、検出コイル３４から、可動体３５の移動量
に対応した信号が出力されることになる。

なお、本実施例における検出コイル３４の出力は、可動
体３５が固定コア３１の中央に位置した状態を零として
位相が反転した左右対称形の■字形特性となる。

整流回路４０は、変位変換器３０の検出コイル３４の出
力信号をたとえば同期整流して、サーボアンプ１０に帰
還信号Ｅｆとして加える。

このように構成されたサーボ機構の動作ｌこついて説明
する。

サーボアンプ１０の一方の入力端子に加えられている入
力電圧Ｅ１が士いずれかの方向ｌこ変化したとすると、
その極性に対応して、リニアサーボモータ２０の移動子
２１は左右いずれかの方向に所定量変位する。

ここで、リニアサーボモータ２０の移動子２１と変位変
換器３０の可動体３５は結合され一体化されているので
、移動子２１の変位に応じて可動体３５も移動する。

これにより、変位変換器３０の検出コイル３４からは、
可動体３５の移動量に対応した信号、すなわち、移動子
２１の変位に対応した信号が出力される。

この検出コイル３４の出力は、整流回路４０で整流され
てサーボアンプ１０の他方の入力端子に帰還電圧Ｅｆ
として加えられる。

サーボアンプ１０のゲインは充分大きいので、入力電圧
Ｅ１と帰還電圧Ｅｆとが等しくなった状態で安定するこ
とになる。

なお、帰還電圧Ｅｆ、すなわち、検出コイル３４の出力
信号は、前述のように移動子２１の変位量および可動体
３５の移動量に対応したものであるので、移動子２１の
変位量は入力電圧Ｅｉに対応したものとなる。

ここで、可動体３５として高透磁率を有するコアを用い
ることにより、交番磁束とともに固定磁界も集束される
ので、固定磁界の利用効率を高めることができる。

一方、可動体３５として高導電率を有する部材を用いる
ことにより、固定磁界と可動体３５との間の磁気吸引力
の影響を解決することができ、さらに、可動体３５の小
形・軽量化も図れる。

この場合、可動体３５を移動子２１のボビンとして用い
て、外周に入力巻線２２を巻回してもよい。

これによれば、ボビンは入力巻線２２の移動に対する短
絡効果も有し、系としての動特性改善ｌこも有効である
。

また、移動子２１に巻回される入力巻線２２を可動体３
５として用いることもでき、構成の簡略化が図れる。

なお、リニアモータ２０を駆動するのにあたっては、直
流、駆動の他、パルス駆動とすることもできる。

この方法によれば、パルス幅あるいは繰り返し周期を変
えるだけで瞬時最大推力を一定ｌこ保った状態で容易に
移動速度を制御することができるとともに、ディザ信号
を加えたものと等価な働きをするので移動が滑らかとな
り、コンピュータとの結合による・リモート制御も可能
であり、さらに消費電力が少なくてすむという効果もあ
る。

第２図〜第４図は、それぞれ本発明の他の実施例の要部
を示す構成説明図であって、第１図と同等部分には同一
符号を付している。

第２図において、３６は反磁性体であって、固定コア３
１の両端とこれら両端に対向した磁路体Ｙの辺Ｓ１．Ｓ
２との間にそれぞれ配置されている。

これにより、固定コア３１の両端部における磁路体Ｙへ
の磁束の漏れを少なくすることができ、変位変換器３０
の直線性を改善することができる。

また、これにより、固定コア３１の端部ど磁路体Ｙの辺
Ｓ１．Ｓ２との間に充分な間隙を設ける必要はなく、空
間の利用率を高めることができ、小形化が図れる。

第３図において、固定コア３１は、一端が磁路体Ｙの辺
Ｓ２に接するように、偏って配置されている。

これにより、固定コア３１の表面から発生する交番磁束
は、一方向に偏向されたものとなり、第１図、第２図の
実施例のように検出コイルの出力信号に位相反転を生じ
ることはなく、出力信号の処理の簡略化が図れる。

第４図において、３７は強磁性体であって、固定コア３
１の一端とこの端部に対句した磁路体Ｙの辺Ｓ２との間
に配置されている。

なお、固定コア３１の他端とその端部に対向した磁路体
Ｙの辺Ｓ１との間には反磁性体３６が配置されている。

このように構成することにより、第３図と同様に、固定
コア３１の表面から発生する磁束は一方向に偏向された
ものとなり、検出コイルの出力信号に位相反転を生じる
ことはなく、信号処理は容易となる。

なお、これら実施例では、変位変換器３０として、励磁
コイル３２およびこの励磁コイル３２と直交する方向に
巻回された検出コイル３４とを有する固定コア３１と、
固定コア３１の表面近傍に移動自存に配置された可動コ
ア３５と、これら固定コア３１および可動コア３５を内
包する閉磁路を形成する矩形の磁路体Ｙとで構成された
ものを用いる例について示したが、これに限るものでは
なく、第５図および第６図のような構成の変位変換器も
用いることができる。

第５図および第６図も、本発明の他の実施例の要部を示
す構成説明図であって、第１図と同等部分には同一符号
を付している。

第５図において、励磁コイル３２は磁路体Ｙの一辺Ｓ１
に巻回され、検出コイル３４は高透磁率を有する可動体
３５に巻回されている。

このような構成において、励磁コイル３２による交番磁
束は、磁路体Ｙおよび可動体３５に流れる。

ここで、可動体３５に流れる磁束に着目すると、可動体
３５の移動量に対応した大きさとなる。

したがって、可動体３５に流れる磁束に対応した信号を
検出コイル３４で検出することにより、可動体３５の移
動量、すなわち、リニアサーボモータ２０の移動子２１
の変位量に対応した帰還信号Ｅｆを得ることができる。

また、このように構成することにより、固定コア３１が
不要となり、構成の簡略化が図れるという効果もある。

第６図Ｉこおいて、励磁コイル３２は第５図と同様ニ磁
路体Ｙの一辺Ｓ２に巻回され、検出コイル３４は磁路体
Ｙの辺Ｌ１の両端近傍に分巻されている。

このように構成することにより、可動体３５により偏向
された磁束は分巻された検出コイル３４の出力信号の差
として検出することができる。

また、このような構成によれば、固定コア３１が不要と
なるとともに可動体３５に検出コイル３４を巻回しなく
てもよく、構成の簡略化が図れる。

なお、これら実施例では、いずれも、リニアサーボモー
タ２０は直流磁界で動作し、変位変換器３０は交番磁界
で動作するように構成されているので、相互間で干渉を
生じることはなく、安定な動作が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、原理上分解能が
無限で、摺動接触による抵抗値変化がなく、摩擦力の比
較的小さなサーボ機構が実現でき、また、リニアサーボ
モータの磁気回路と変位変換器の磁気回路を共用する構
成となっているので装置の小形化、簡略化も図れ、その
実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図〜
第６図はそれぞれ本発明の他の実施例の要部を示す構成
説明図である。１０・・・サーボアンプ、１１・・・差動アンプ、１２
・・・駆動アンプ、２０・・・リニアサーボモータ、２
１・・・移動子、２２・・・入力巻線、２３・・・指針
、３０・・・変位変換器、３１・・・固定コア、３２・
・・励磁コイル、３３・・・交流電源、３４・・・検出
コイル、３５・・・可動体、３６・・・反磁性体、３７
・・・強磁性体、４０・・・整流回路、Ｙ・・・磁路体
、Ｓｌ、Ｓ２・・・短辺、ＬｌｊＬ２・・・長辺、
Ｍ１２Ｍ２・・・永久磁石。

Claims

【特許請求の範囲】１一対の長辺と一対の短辺とで矩形に形成された磁路体
と、磁路体の一方の長辺と各短辺との間に同一極性にな
るように配置された一対の永久磁石と、磁路体のいずれ
か一方の長辺に移動自在に嵌装された移動子と、磁路体
の一部に巻回された励磁コイルと、励磁コイルに一定振
幅の交流信号を加える交流電源と、移動子と一体化され
た可動体と、磁路体の一部または可動体に巻回され可動
体の移動量に対応した信号を検出する検出コイルと、検
出コイルの出力信号を帰還信号として入力信号との差に
応じた信号を送出するサーボアンプと、移動子に巻回さ
れサーボアンプの出力信号が加えられる入力巻線とから
なり、サーボモータとしてリニアモータを用いるととも
にサーボモータへの帰還要素としてリニアモータの移動
子と一体化された可動体による交番磁束の偏向量に基づ
いて可動体の変位を検出するように構成された変位変換
器を用いたことを特徴とするサーボ機構。２可動体として、高透磁率を有するコアを用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ機構。３可動体として、高導電率を有する部材を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ機構。４高導電率を有する部材として、リニアモータの入力
巻線を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載のサーボ機構。５サーボモータをパルス駆動するようにした特許請求
の範囲第１項記載のサーボ機構。