JPS61216009A - 可動鉄心型電磁石アクチユエ−タ - Google Patents

可動鉄心型電磁石アクチユエ−タ

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JPS61216009A
JPS61216009A JP5602585A JP5602585A JPS61216009A JP S61216009 A JPS61216009 A JP S61216009A JP 5602585 A JP5602585 A JP 5602585A JP 5602585 A JP5602585 A JP 5602585A JP S61216009 A JPS61216009 A JP S61216009A
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Kohei Onishi
公平 大西
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、可動鉄心型電磁石アクチュエータに係り、特
に、作用力が太き(、安定で、しかも制御性に優れた可
動鉄心型電磁石アクチュエータに関するものである。
(従来の技術) 近年、制御技術の進歩に伴い、産業界における自動化の
進展は目ざましく、それを支える各種のi動制御機器が
開発されてきている。特に、産業川西ボッ□トは、例え
ば、組立工場における加工物の“移送・圧電、自動車の
製造ラインにおける溶接作業などに見られるように着々
と成果を挙げてきている。このような産業用ロボットの
アクチェエータとしてはDCサーボモータやACサーボ
モータなどのロータを有するモータが広く用いられてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、DCサーボモータに限らず一般のロータ
を有するモータはフレミング左手の法則から明らかなよ
うに磁束の向きが作用力の向きと直交しているためその
自重比、即ち単位重量当たりの作用力が小さいという欠
点を持っている。この点、磁石の向きと作用力の向きが
平行である電磁石アクチュエータを用いれば、その自重
比をDCサーボモータに比して100乃至200倍に向
上させることができる。
しかし、従来のこの種の電磁石アクチュエータにおける
電磁石の吸引力はコイルに流れる電流の2乗に比例し、
ギャップ長の2乗に反比例するため、非線形でしかも不
安定となり制御性に難点があり、電磁弁、電磁リレーな
どの制御態様がシンプルなものに用いられているにすぎ
なかった。
本発明は、上記の問題点を除去し、単位重量当たり大き
い作用力を発生せしめると共に安定で、しかも制御性が
良好な可動鉄心型電磁石アクチュエータを提供すること
を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の問題点を解決するために、駆動源と、
該駆動源に連結され同期して駆動される一対の磁性板と
、それらの磁性板間に位置し、一対の電磁石を背中合わ
せに設けると共に直線方向へ移動可能な作動部材と、該
作動部材の状態変位量を検出する検出器と、該検出され
た状態変位量を読み込み、前記作動部材の目標位置と該
作動部材の実際の位置間の偏差を得て、該偏差に基づき
電圧指令を出力する電子制御装置と、該電圧指令に基づ
き各電磁石の励磁電流の調整を行う電流制御装置とを具
備するように構成する。
(作用) 第1図は本発明の可動鉄心型電磁石アクチュエータの全
体構成図である。
この図に示されるように、一対の電磁石1a。
1bが背中合わせに取り付けられた作動部材1を設け、
この作動部材1は直線方向に移動自在に配置する。更に
、これらの各電磁石1a、lbに対向して磁性板2a、
2bを移動自在に配置する。
駆動源7からの動力は同期装置8を介して磁性板2a、
  2bに伝達すると共に両者を同期をとって駆動させ
る。
まず、作動部材1に目標位置への移動指令が与えられる
と、電子制御装置5から駆動源7に電圧指令Csが与え
られ駆動源7の動力が同期装置8を介して磁性板’la
、2bに伝達され、磁性、板2a、2bは同期して直線
方向に移動する。これに対応して作動部材Iが移動する
。すると、この作動部材lの変位量は位置検出器3によ
って検出され、電子制w装W5に読み込まれる。−万雷
磁石la、lbの励磁電流は電流検出器4a、4bで検
出され電子制御装置5に読み込まれる。電子制御装置5
においては作動部材1の目標位置と実際の位置との偏差
を得て、この偏差に基づき電流制御装置6a、6bに電
圧指令CA、CIを出力する。電流制御装置6a、6b
においては電圧指令Ca、Csに基づいて電磁石1a、
lbの励磁電流を調整し、可動部材lを目標位置へ制御
する。
(実施fM) 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。なお、本発明の基本型となる「可動鉄片型電磁石
アクチュエータ」が本願と同じ発明者・出願人によって
すでに提案され、先行して出願されている。
第2図は本発明の可動鉄心型電磁石アクチュエータの一
実施例構成図である。
まず、この可動鉄心型電磁石アクチェエータの構成につ
いて説明する。図中、11は作動部材であり、直線方向
に移動可能に設置される。また、図示されないが、この
作動部材にはこれと一体的に駆動される作動子が設けら
れる。118.11bはこの作動部材11に背中合わせ
に設けられる一対の電磁石である。12a、12bは電
磁石11a、llbにそれぞれ対向した位置に移動可能
に設けられる磁性板である。13は作動部材11の変位
量を検出する位置検出器、例えば、ボテンシタメータ、
14a、14bは電磁石の励M1電流を検出するホール
素子から成る電流検出器、15は電子側m装置であり、
中央処理袋f(CPU)15−1、I10ボー)15−
2、メモリ (MEM)15−3、比較器15−4、オ
ブザーバ15−5、マニュアルデータインプット装置(
MDI)15−6、ディスプレイ15−7などから成り
、作動部材11の変位量及び電磁石11a、11bの励
磁電流を読み込み、電圧指令CA、C。
、Cmを出力する。なお、比較器15−4やオブザーバ
15−5は必ずしもハードウェア構成にする必要はない
。16a、16bは電圧指令CA+C1を受けて電磁石
11a、llbの励磁電流を調整する一対のDCチョッ
パである。このDCチョッパは、図示しないが、例えば
、トランジスタチョッパであり、つまり、ブリフジに組
まれたトランジスタのベースに電圧指令CA、CIによ
って調整されるPWM信号を与えて駆動するものを用い
ることができる。一方、17はサーボモータであり、1
8はサーボモータからのエネルギーを受けて、このエネ
ルギーを磁性板12a、12bに伝達すると共に両者の
同期をとるための同期装置であり、例えば両者を同時に
駆動するラックギヤなどが用いられる。なお、各電磁石
と磁性板間のギャップはほぼ等しくなるように予め電磁
石の励磁電流を流しておくようにする。
次に、この可動鉄心型電磁石アクチェエータの動作につ
いて説明する。
上記したように、電磁石11a、llbが設けられた作
動部材11は直線方向に移動可能である。
そこで、作動部材11を目標位置に駆動させる指令を与
えられる場合、例えば、その指令は電子制御装置15か
らI10ボー)15−2を介してサーボモータ17に電
圧指令C3として与えられる。
すると、サーボモータ17は駆動し、このサーボモータ
17からの動力は同期装置18を介して磁性板12a、
12bに伝達され、両者は同期して駆動される。すると
、これらの磁性板12a112bの移動に対応して作動
部材11も目標位置に向かって移動をはじめる。なお、
この場合のトルクは電磁石itaと磁性板12a並びに
電磁石llbと磁性板12bの吸引力の差で与えられる
この作動部材11の変位量は位置検出器13で検出して
電子制御装置15に読み込む。電子制御装置15におい
ては予めMD115−6より作動部材11の目標位置が
C0M15−4に基準値としてセットされているので、
この基準値と実際の作動部材11との偏差を求め、この
偏差に基づいて電圧指令Ca、Cmを出力する。DCチ
ョフバ16a、16bは各電圧指令CA、C,を受けて
各電磁石の励磁電流を調整して作動部材11を目標位置
へ制御する。
ここで、電磁作動部における電磁作用力とギャップ長の
関係について説明する。第3図は電磁石装置、つまり、
電磁石と磁性板の寸法を示すものであり、単位はIII
Imとし、鉄心は2方向60.磁性体はZ方向140の
ものを用い、コイルのターン数は片側で1840、励磁
電流は定格電流4Aを流し、磁性体のギャップ長を等価
的に小さくし、吸引力を大きくするために中央部を厚く
している。
なお、磁性板12a、12bと電磁石112.11bと
の空隙は調整することにより、磁気バランスを良好にし
、電磁作動部のいずれか一方が固定される場合における
空隙の広がりすぎによるアクチェエータの脱調を防ぐこ
とができ、復帰バネなどを不要にすることができる。ま
た、電磁石と磁性板間のギャップが作動部材11のオー
バショート時などのバッファ機能を有することは明らか
である。
第5図は、このアクチェエータの電磁作動部の一実施例
構成図であり、第5図(a)は作動部材21が最もB側
に位置する状態を示す図、第5図(b)は作動部材21
が最もA側に位置する状態を示す図である。この図にお
いて、21は作動部材、21a、21bはこの作動部材
21に背中合わせに設けられる一対の電磁石、22はベ
アリングであり、作動部材21を固定部に対して直線方
向に移動自在に支持する。23a、23bは回転軸であ
り、24a、24bはこの回転軸23a。
23bを中心にして半径が連続的に変化する偏心部材か
らなる磁性板である。なお、各磁性板と電磁石間のギャ
ップは略等しくなるように予め電磁石に励磁電流を流し
ておくようにする。
次に、この電磁作動部の動作について説明する。
第5図(a)示されるように、磁性板24bは始点に位
置している。一方、磁性板24aは磁性板24bとは回
転軸の回転角が略90度遅れた位置に配置されている。
そこで、回転軸23a、23bが同期して矢印方向に回
転することにより、これに対応して作動部材21も移動
する。つまり、各電磁石と磁性板間には互いに吸引力が
働き、作動部材を所望の位置へ制御することができる。
第6図は、このアクチュエータの電磁作動部の他の実施
例構成図であり、第6図(a)は作動部材31が最もB
側に位置する状態を示す図、第6図(b)は作動部材3
1が最もA側に位置する状態を示す図である。この図に
おいて、31は作動部材、31a、31bは作動部材3
1に背中合わせに設けられる一対の電磁石、32はベア
リングであり、作動部材31を固定部に対して直線方向
に移動自在に支持する。33a、33bは電磁石31a
、31bにそれぞれ対向して配置される磁性板、34a
、34bはラックギヤが形成された駆動部材であり、先
端部に磁性板33a、33bが設けられる。35a、3
5bは駆動ギヤ例えば、ピニオンギヤであり、サーボモ
ータからの動力によりそれらの駆動ギヤは同期して同じ
方向に同じ速度で回転するように構成する。
次に、このアクチュエータの作動部の動作について説明
すると、作動部材31の移動指令により、駆動キャ35
a、35bは駆動し、この駆動により磁性板33a、3
3bも移動し、これに伴って作動部材31も移動する。
この作動部材31はフィードバック制御されて目標位置
に移動されるが、この制御方法は上記の実施例と同様で
あるので説明を省略する。
なお、本発明においては、電磁石と磁性板間のギャップ
は極力小さくなるようにして用いることができるために
、第4図から明らかなように強力な作用力を得ることが
できる。従って、強力なパワーを要する動力源としての
アクチュエータを得ることができる。また、作動部材の
移動距離が短い場合には磁性板は駆動することなく、作
動部材のみを電磁石の励磁コイルで作動させるようにす
ることもできる。また、電子制御装置のメモリに予めプ
ログラムを内蔵しておくことにより、作動部材のプログ
ラム制御を行えることは言うまでもない。更に、本発明
は上記実施例に限定されるものではな(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。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように本発明によれば、対向した
電磁石と磁性板間の大きい吸引力を利用して、作動部材
を駆動すると共に、安定でしかも制御性の良好な可動鉄
心形電磁石アクチュエータを提供することができる。特
に、本発明においては、各電磁石と磁性板間のギャップ
をほぼ均等にした状態で移動できるようにしているため
に、磁気バランスをとり易く、片方の電磁石と磁性板間
のギヤツブ広がりすぎることによる作動部材の制御不能
状態や制御応答の遅れを回避することができると共にバ
ネなどによる補助手段を設ける必要もない。また均衡し
た吸引力が働いているため外乱に対しても強い。このよ
うに、本発明は作用力の大きい、安定でしかも制御性に
優れた点を生かしてロボットのアクチュエータ、振動加
振機・防振機などに用いて好適である。
このように本発明は種々の利点を有しており、この発明
によってもたらされる効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の可動鉄心型電磁石アクチュエータの全
体構成図、第2図は同アクチュエータの一実施例構成図
、第3図は電磁装置の寸法図、第4図は吸引力とギャッ
プ長との関係説明図、第5図は同アクチュエータの電磁
作動部の一実施例構成図、第6図は同アクチュエータの
電磁作動部の他の実施例構成図である。 1.11・・・作動部材、la、lb、lla、11b
・・・電磁石、2a、2b、12a、12b−ffi性
板、3.13・・・位置検出器、4a、4b、14a、
14b・・・電流検出器、5.15・・・電子制御装置
、6a、6b、16a、16b・−・電流制御装置、7
・・・駆動源、8.18・・・同期装置、17・・・サ
ーボモータ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)駆動源と、該駆動源に連結され同期して駆動され
    る一対の磁性板と、それらの磁性板間に位置し、一対の
    電磁石を背中合わせに設けると共に直線方向へ移動可能
    な作動部材と、該作動部材の状態変位量を検出する検出
    器と、該検出された状態変位量を読み込み、前記作動部
    材の目標位置と該作動部材の実際の位置間の偏差を得て
    、該偏差に基づき電圧指令を出力する電子制御装置と、
    該電圧指令に基づき各電磁石の励磁電流の調整を行う電
    流制御装置とを具備することを特徴とする可動鉄心型電
    磁石アクチュエータ。
  2. (2)前記一対の磁性板は枢支される軸を有し、該軸か
    らの半径が連続的に変化する偏心部材であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の可動鉄心型電磁石ア
    クチュエータ。
  3. (3)前記一対の磁性板は、直線方向へ移動可能に配置
    されるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の可動鉄心型電磁石アクチュエータ。
JP60056025A 1985-03-22 1985-03-22 可動鉄心型電磁石アクチユエ−タ Expired - Lifetime JPH0619668B2 (ja)

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