KR100965342B1

KR100965342B1 - 리니어 모터의 원점 설정 방법

Info

Publication number: KR100965342B1
Application number: KR1020080031417A
Authority: KR
Inventors: 도시히꼬 사사끼; 가즈오 와따나베; 가쯔미 이시까와
Original assignee: 가부시끼가이샤 와꼬오 기껜
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2010-06-22
Also published as: KR20080091012A; TWI358887B; JP2008289344A; JP5390109B2; JP5412043B2; TW200908536A; JP2008289345A

Abstract

본 발명의 과제는 재현성이 좋은 안정된 리니어 모터의 원점 설정 방법을 제공하는 것이다.

미리 설정한 소정 방향으로 가동자를 이동시키고, 자기 특성 급변 위치 검지부에 의해 검지한 자기 특성 급변 위치를 원점 설정 기준 위치로 하고, 이 원점 설정 기준 위치로부터 자기식 리니어 인코더의 절대 위치의 기준 위치를 설정한다.

영구 자석, 계자 요크, 리니어 모터, 자기식 리니어 인코더, 위치 정보 변환기

Description

리니어 모터의 원점 설정 방법 {ZERO POINT SETTING METHOD FOR LINEAR MOTOR}

본 발명은, 리니어 모터의 원점 설정 방법에 관한 것으로, 특히 고속으로 반복 위치 결정으로서 이용되는 자기식 리니어 인코더를 내장한 리니어 모터의 원점 설정 방법에 관한 것이다.

대부분의 이동 기구나 반송 기구의 구동원으로서, 리니어 모터가 사용되고 있다. 리니어 모터의 사용시에는, 리니어 모터의 이동부의 이동 위치의 검출이 불가결하다. 이러한 이동 위치를 검출하는 수단으로서, 리니어 인코더가 이용되고 있다. 또한, 이동부의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하여, 로터리 인코더에 의해 이동 위치를 검출하는 방법도 채용되고 있다. 이들 인코더에서는, 등간격으로 새겨진 자기 마크 혹은 광학적 마크를 검출하고, 그 검출한 마크를 적산하고, 또한 2개의 마크 사이를 내삽 분할하여 이동부의 이동량을 검출하고 있다.

이들 인코더는, 이동부의 이동량, 즉 증가량은 검출할 수 있지만, 절대 위치(임의의 좌표 원점에 대한 위치)를 검출할 수는 없다. 절대 위치를 검출하기 위해서는, 마크의 적산이나 내삽 신호의 적산의 기준이 되는 위치를 설정해야만 한 다. 즉, 이동부의 원점 위치를 확립할 필요가 있다.

종래, 원점 위치의 확립 방법으로서, 리니어 모터의 고정부측의 원하는 위치에 리미트 스위치를 설치하고, 이동부를 소정 방향으로부터 이동시켜, 이동부에 설치한 도그를 리미트 스위치가 검출한 위치를 원점으로 하여 설정하여 확립하는 방법이 채용되어 있었다.

이에 대해, 리미트 스위치나, 도그 등의 수단을 사용하지 않는 리니어 모터의 원점 설정 방법도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이것은, 리니어 모터에 위치 검출기로서 리니어 인코더를 병설하고, 리니어 모터의 이동부를 소정의 결정된 위치에 작업자가 개재하여 위치 결정한 후, 상기 위치로부터 저속도로 소정의 결정된 방향으로 이동부를 이동시키고, 홀 소자로부터의 자기 신호의 극성이 설정수 변화된 위치에서, 현재 위치를 연산하기 위한 가역 카운터를 리셋함으로써, 위치 검출기에서 검출하는 위치의 원점으로 하는 방법이다.

또한, 광학식 리니어 인코더를 이용한 리니어 모터에서는, 먼지가 부착되거나, 오염 등이 있으면 검출 감도가 약해져, 내환경성이 충분하지 않은 것에 비추어, 내환경성이 강하고, 또한 저렴한 비용으로, 자기식 리니어 인코더로서의 셋팅이 불필요한 리니어 모터가 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이것은, 영구 자석이 리니어 모터의 계자와 리니어 인코더의 피검출체인 자기 스케일부를 겸용하여 구성하는 동시에, 영구 자석의 피치 간격이 자기 스케일부의 스케일 피치가 되도록 설치하고, 먼지 등에 강하여 내환경성을 증가시키도록 하는 것이다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평8-322276호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-56892호 공보

리미트 스위치나 도그를 이용하는 원점 설정 혹은 원점의 확립 방법에서는, 리미트 스위치나 도그를 필요로 하고, 이들 리미트 스위치나 도그의 위치 조정은 작업자가 개재하여 행해야만 한다.

또한, 특허문헌 1에 개시된 원점의 확립 방법에서는, 소정의 결정된 위치에 대략 위치 결정하기 위한 마크가 작업자에 의해 이용되고, 우선 이동 부재에 부여된 마크 및 고정 지지부에 부여된 마크의 2개의 마크가 1개의 영구 자석 폭 내에서 대략 일치하도록 작업자에 의해 대략 위치 결정이 실시되고, 그 후, 리니어 모터의 원점 설정/확립 처리가 실행된다. 그로 인해, 리니어 모터의 원점 설정시에 작업자의 개재가 필수이며, 사람에 의한 다양한 셋팅 작업이 필요해, 원점 설정 처리를 완전히 자동적으로 행하는 것은 실현할 수 없다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 리니어 모터에서는, 자기식 리니어 인코더의 셋팅이 불필요하고, 그 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드는 전기각으로 위상이 90°어긋나도록 한 복수개의 홀 소자를 배치하여 구성되고, 홀 소자로부터 출력되는 2상(相) 정현파의 아날로그 신호를 위치 데이터로 변환하는 위치 정보 변환기에 의해 가동자의 현재 위치를 연산하는 구성으로 되어 있다. 그런데, 특허문헌 2의 도2의 (a)에 도시되는 유기 전압 파형 및 인코더 신호의 파형은 복수개의 영구 자석이 소정의 일정 간격으로 인접하여 규칙적으로 나란히 배치되어 있는 자석 배열의 단부를 제외한 자석 배열의 중앙부측에 있어서만 채용 가능한 원리이다. 그로 인 해, 인코더 신호 파형을 처리하는 것만으로는, 리니어 모터의 절대 위치를 확정하기 위한 원점을 설정ㆍ확립하는 것은 불가능하다. 따라서, 특허문헌 2에 기재된 리니어 모터에서는, 절대 위치를 확정하는 위치 정보 변환기의 원점을 셋팅하는 수단 혹은 방법의 채용을, 암묵의 전제로 하는 것이다. 게다가, 특허문헌 2에 있어서는, 모터 원점 및 원점 설정에 관해서는 하등의 기술도 발견할 수는 없다.

본 발명은 상술한 바와 같은 사정에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 리니어 모터의 절대 위치를 확정하기 위한 원점의 설정 및 확립을, 안정되고 또한 용이하게 실현 가능한 원점 설정 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시켜 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며, 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고, 이 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고, 이 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 정지시키고, 이 정지 위치로부터 상기 가동자의 이동 방향을 반전시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고, 이 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시켜 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치 된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며, 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하여, 상기 가동자가 상기 자기 특성 급변부 방향으로 원점을 통과하고 있는 것을 판단하고, 상기 가동자를 원점에 근접하는 방향으로 이동시켜 그대로 원점을 통과시키고, 또한 상기 가동자를 원점으로부터 이격되는 방향으로 소정 거리만큼 이동시키고, 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기 특성 급변 위치를 탐색하고, 이 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고, 이 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 정지시키고, 이 정지 위치로부터 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고, 이 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시켜 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자 기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며, 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고, 이 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고, 이 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 일단 정지시키고, 정지 위치로부터 또한 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고, 이 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시켜 직렬형으로 배치하여 구성 된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며, 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고, 이 자기 특성 급변 위치를 기초로 하고 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고, 이 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 일단 정지시키고, 상기 원점 설정 기준 위치를 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 리미트 스위치나 도그의 장착ㆍ조정ㆍ설정 작업이 전혀 불필요하고, 리니어 모터의 조립이 종료된 시점에서 원점 설정에 수반하는 작업도 종료되므로, 사람에 의한 설정 및 조정 작업을 배제할 수 있기 때문에, 재현성이 좋은 안정된 리니어 모터의 원점 설정 방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하는 동시에, 중복된 설명은 생략한다. 본 발명에 관한 원점 설정 방법이 적용되는 리니어 모터는, 계자 요크와 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 계자 요크와 전기자를 상대적으로 직선 주행시키는 것이다. 이하에 서술하는 실시 형태에서는, 설명의 편의상, 계자 요크를 고정자로, 전기자를 가동자로 하고 있지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정하여 해석되는 것은 아니다.

도1은 본 발명을 실시하는 자기식 리니어 인코더를 채용한 리니어 모터의 개략 구성을 나타내는 정면도이다. 또한, 도2는 도1에 있어서의 A-A에서의 단면도이다.

도1, 도2에 도시한 바와 같이, 리니어 모터(1)는 베이스가 되는 베이스부(2)와 리니어 모터(1)의 직선 방향의 이동을 가이드하기 위한 리니어 가이드(3)를 구비하고 있다. 리니어 가이드(3)는 베이스부(2)에 장착되는 가이드 레일(3A)과, 가이드 레일(3A) 상을 슬라이드하는 슬라이더(3B)로 구성되어 있다. 슬라이더(3B)의 상면에는, 예를 들어 리니어 모터(1)를 적용하는 기계나 장치를 장착하기 위한 테이블(3C)이 적재되어 있다.

베이스부(2)에는, 리니어 모터(1)의 고정자(고정부)를 구성하고, 계자를 발생시키는 계자 요크(4)가 배치되어 있다. 계자 요크(4)는 원통 형상 부재(슬리브)(6)와 원통 형상 부재(6)의 중공 내부에 삽입된 원기둥 형상의 영구 자석(8)을 밀착시킨 자석열로 구성되어 있다. 복수의 영구 자석(8)은 각각이 동일 형상, 동일 치수를 구비하는 부재이다. 각 영구 자석(8)은 원통 형상 부재(6)의 길이 방향으로 자화(磁化)되어 있다. 자석열은, 인접하는 영구 자석(8)을 동일한 자극(N극-N극, 또는 S극-S극끼리)을 서로 대향시키고, 또한 밀착시킨 상태에서 복수 나란히 구성되어 있다. 리니어 모터(1)의 이동 방향의 길이, 즉 최대 이동 거리는, 나열된 영구 자석(8)의 자석열의 길이에서 가동자의 길이를 뺀 것이다.

자석의 종별로서는, 네오듐계가 적합하다. 또, 영구 자석(8)은 원기둥 형상, 즉 중실(中實)인 것에 한정되지 않고, 예를 들어 원통형인 것이라도 좋다. 이와 같이, 영구 자석(8)의 동일한 자극이 서로 밀착 대향 배치되어 있으므로, 매우 강력한 반발력이 발생한다. 이러한 영구 자석(8)의 자기 특성을 시뮬레이션에 의해 구하면, 도8에 도시한 바와 같다. 도8은 합성 자계의 공간 분포 특성을 나타내는 것으로, 횡축 방향은 원통 형상 부재(6)의 축 방향 거리를, 종축 방향은 동극 자석을 밀착시킨 경우의 합성 자계를 나타내고 있다. 원통 형상 부재(6)의 반경 방향으로 형성되고, 원통 형상 부재(6)의 표면에 수직으로 출입하는 자속 성분이, 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일(12)에 대해 유효 자속이 된다. 그런데, 본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 모터(1)에서는, 동극끼리의 자속이 밀착면에서 서로 부딪치고 있으므로, 자석 외주부의 자속과 비교하면, 자석 중심에 가까 운 자속은 모든 방향으로부터 상대 자석이 발생하는 자계의 영향을 받고 있다. 이로 인해, 자석 중심에 가까운 자속은, 상대 자석과 반대 방향으로 서로의 반발에 의해 절곡된다. 그 결과, 절곡된 성분만큼 원통 형상 부재(6)의 반경 방향으로부터 어긋나 원통 표면으로부터 출입하게 되어, 전기자 코일(12)에 대한 유효 자속이 감소하는 것을 추측할 수 있다.

원통 형상 부재(6)는 비자성체로 구성하고, 그 비투자율은 2.0 이하가 바람직하다. 원통 형상 부재(6)를 자성체로 구성하면, 자속의 대부분이 영구 자석(8)열(列) → 원통 형상 부재(6) → 영구 자석(8)열로 구성되는 자기 회로를 흘러, 전기자 코일(12)에 도달하는 유효 자속이 감소하기 때문이다.

리니어 모터(1)의 가동자(가동부)(10)에는, 원통 형상 부재(6)를 삽입 관통하는 삽입 관통 구멍이 형성되어 있고, 원통 형상 부재(6)의 길이 방향으로 가동 가능하게 구성되어 있다. 가동자(10)는 전기자, 전기자를 수용하는 하우징, 하우징에 장착되는 자기식 리니어 인코더(리니어 센서)로 구성되어 있다. 전기자에는 3상의 전기자 코일(12)이 장착되어 있다.

도3은 리니어 모터(1)의 측면으로부터 본 개략도이고, 도6은 도3의 일부의 확대도이다. 자기식 리니어 인코더에서는, 가동자의 위치 검출을 위한 자극 패턴을 형성하기 위한 자기 스케일부와, 자기 스케일부의 자극 패턴을 검출하는 스케일 헤드를 구비하고 있다. 도3에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 있어서는, 자기 스케일부와 스케일 헤드를, 각각 개별로 베이스부(2) 등에 배치하지 않고, 리니어 모터(1)의 계자 요크(4)에 사용하는 영구 자석(8)열이 자기식 리니어 인코더(16)의 피검출체인 자기 스케일부(19)를 겸용하도록 구성되어 있다. 또한, 도3 및 도6에 도시한 바와 같이, 2개의 영구 자석(8)을 밀착시킨 구성으로 하였을 때의 길이 Lp가, 자기 스케일부(19)의 스케일 피치 Lp가 되도록 구성되어 있다.

가동자(10)측, 즉 전기자 코일(12)의 일단부에서, 리니어 모터(1)의 원점측에 자기식 리니어 인코더(16)의 스케일 헤드(18)가 장착되어 있다. 여기서, 원점측이라 함은, 리니어 모터(1)가 현재 위치로부터 이동할 때, 위치를 나타내는 정보량이 증대하는 방향은 원점으로부터 이격되고, 감소하는 방향은 원점에 근접하는 것을 의미하고 있다. 또, 스케일 헤드(18)의 장착 위치는, 상기에 한정되지 않고, 예를 들어 가동자(10)의 중심 위치에 장착시켜도 좋다.

자기식 리니어 인코더(16)는 고정자의 영구 자석(8)열(로부터)의 자속을 검출하기 위해, 2개의 제1 자기 검출부(14)를 구비하고 있다. 각각의 제1 자기 검출부(14)는 서로 전기각으로 90°위상차(스케일 피치 Lp의 1/4 파장에 상당)를 갖도록 배치되고, 그 출력 신호는 2상이 된다. 이에 의해, 리니어 모터(1)의 전기각과 리니어 모터(1)의 진행 방향을 검출하는 것이 가능하게 되어 있다.

이들 제1 자기 검출부(14)로부터는, 스케일 헤드(18)의 현재의 위치 정보의 기초가 되는 2상 정현파의 아날로그 신호 da, db가 출력된다. 이들 제1 자기 검출부(14)로서는, 자기를 직선적으로 전기 신호로 변환할 수 있는 홀 소자가 적합하다. 또한, 자기식 리니어 인코더(16)에는, 자기 특성 급변부(32)(후술함)의 자기 특성 급변 위치를 검지하기 위해, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)가 전기자의 길이 방향으로 스케일 헤드(18) 내에 설치되어 있다. 자기 특성 급변 위치 검지 부(22)는 제1 자기 검출부(14)로부터의 신호 및 제2 자기 검출부(20)로부터의 신호를 처리ㆍ판정하는 것이다.

제2 자기 검출부(20)는 제1 자기 검출부(14)에 대해, 전기각으로 위상이 180°(스케일 피치 Lp의 1/2 파장에 상당) 어긋나도록 리니어 모터(1)의 이동 방향으로 배치되어 있다. 제2 자기 검출부(20)로부터는, 정현파의 아날로그 신호 dc가 출력된다. 제2 자기 검출부(20)로서는, 자기를 직선적으로 전기 신호로 변환할 수 있는 홀 소자가 적합하다.

자기 특성 급변 위치 검지부(22)는, 예를 들어 제2 자기 검출부(20)의 출력 신호 dc와, Lp/2 파장분 위치가 어긋나 있는 쪽의 제1 자기 검출부(14)(도6 참조)의 출력 신호 da를 가산하는 가산 회로(도시하지 않음)와, 그 가산 결과로부터 자기 특성 급변 위치를 판정하기 위한 콤퍼레이터(도시하지 않음)로 구성할 수 있다.

2개의 제1 자기 검출부(14)로부터 출력되는 아날로그 신호 da, db 및 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 아날로그 신호 dc의 파형을, 계자 요크(4)를 따라 나타내면, 도4와 같이 된다. 도4에 있어서, 종축 방향은 자속 밀도(Br), 횡축 방향은 스케일 헤드(18)의 위치를 나타내고 있고, 종축 방향은 그 위치에 있어서의 영구 자석(8)열로부터의 유효 자속의 자속 밀도(Br)를 나타내고 있는 것이 된다. 또한, 원점 주변의 제1 자기 검출부(14)로부터 출력되는 아날로그 신호 da, db 파형을 부분 확대하면, 도7의 (a)와 같이 된다.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 모터(1)의 드라이브 시스템(50)에 대해 설명한다. 도10은 드라이브 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 이 드라이브 시스템(50)은 모터 구동 제어 장치(서보 드라이버)(30), 자기 특성 급변 위치 검지부(22), 위치 정보 변환기(28), 기입 가능한 메모리 등인 고정 기억부(31)로 구성되어 있다. 제1 자기 검출부(14)로부터 출력되는 2상 정현파의 아날로그 신호 da, db를 입력하여 위치 데이터로 변환하는 위치 정보 변환기(28)와, 외부로부터 리니어 모터(1)에 대해 지시되는 위치 지령(도시하지 않음)과 위치 정보 변환기(28)에서 얻어진 스케일 헤드(18)의 현재 위치의 신호(pos)에 의해 전기자 코일(12)에 대한 전류 지령을 연산하는 모터 구동 제어 장치(30)를 접속하고 있다.

모터 구동 제어 장치(서보 드라이버)(30)는, 예를 들어 중앙 연산 장치(또는 마이크로프로세서), ROM, RAM, 입출력 회로 및 전력 증폭기 등으로 구성된다.

제1 자기 검출부(14)로부터의 자기 신호를 기초로 하여, 코일에 흐르는 전류를 제어하면서 리니어 모터(1)를 구동 제어한다.

위치 정보 변환기(28)는 전기자 코일(12)의 단부에 장착된 스케일 헤드(18)로부터 판독한 가동자(10)의 현재 위치를 나타내는 아날로그 신호, 즉 제1 자기 검출부(14)로부터 출력되는 2상 정현파의 아날로그 신호 da, db를 입력하여, 위치 데이터로 변환한다. 이 위치 정보 변환기(28)는 위치 변환기인 동시에, 스케일 헤드(18)의 현재 위치를 나타내는 위치 카운터이기도 하다. 위치 정보 변환기(28)는 원점 복귀가 완료되었을 때 모터 구동 제어 장치(30)로부터 출력되는 리셋 신호(rst) 신호를 수신하고, 위치 카운터로서의 값을 제로로 한다.

모터 구동 제어 장치(30)는 스케일 헤드(18)의 현재 위치의 정보(pos)를 기 초로 하여 전류 지령을 연산하고, 제어 전류를 급전선(도시하지 않음)을 통해 가동자로 보내고, 가동자의 목표 위치 및 이동 속도를 제어한다.

또, 상기한 설명에서는, 위치 정보 변환기(28)는 드라이브 시스템(50)의 일 구성 요소로서 독립한 것으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 자기식 리니어 인코더(16)의 내부에 배치해도 좋다. 자기식 리니어 인코더(16)를, 모터 구동 제어 장치(30)의 일 구성 요소로서, 그 내부에 배치해도 좋다. 또한, 반대로 모터 구동 제어 장치(30)를, 자기식 리니어 인코더(16)의 일 구성 요소로서, 그 내부에 배치해도 좋다.

자기 특성 급변 위치 검지부(22)는, 제1 자기 검출부(14)로부터 출력되는 아날로그 신호 da 및 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 아날로그 신호 dc를 입력하여 양 신호를 가산 연산한다.

아날로그 신호 da와 아날로그 신호 dc는 위상이 180도 어긋나 있으므로, da ≒ -dc의 관계에 있다. 따라서, 양자를 가산하면, 서로 상쇄되어, 영구 자석(8)열이 밀착하고 있는 장소에서는, 가산 신호 ac의 크기는 제로에 가까운 것이 된다. 제로가 되지 않는 것은, 개개의 영구 자석(8)의 자기 특성이나 형상, 제1 자기 검출부(14), 제2 자기 검출부(20)에 변동이 존재하기 때문이다.

그리고, 이 가산 신호 ac의 크기를 처리(예를 들어, 임계치 처리)하여, 자기 특성 급변 위치를 검지한다. 그리고, 자기 특성 급변 위치에서는, da ≒ -dc의 관계가 무너지므로, da + dc는 큰 출력 신호가 된다. 이 가산 신호 ac, 즉 합성 센서 출력이 계자 요크(4)의 전체에 걸쳐서 어떻게 변화되는지를 나타내면, 도5에 도 시한 바와 같이 된다. 또한, 원점 주변에서의 가산 신호 ac의 파형을 확대하면, 도7의 (b)와 같이 된다. 상술한 임계치 처리에 따라서, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)는, 자기 특성 급변 위치 검지 신호(dth) 및, 오버런 신호(dov)를 모터 구동 제어 장치(30)에 출력하고 있다. 또한, 상술한 임계치 처리는, 당해 리니어 모터가 적용되는 반송 장치에 요구되는 정밀도에 따라서, 적절하게 설정할 수 있다.

또한, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)는, 자기식 리니어 인코더(16)의 일 구성 요소로서, 그 내부에 배치해도 좋다. 또한, 자기식 리니어 인코더(16)를, 모터 구동 제어 장치(30)의 일 구성 요소로서, 그 내부에 배치하는 것은 가능하므로, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)는 모터 구동 제어 장치(30)의 내부에 배치하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 모터에서는, 도3에 도시한 바와 같이 복수의 영구 자석(8)을 밀착하여 배열한 양 단부에, 자기 특성 급변부(32)가 계자 요크(4)의 일부로서 설치되어 있다. 또, 도3 중, 좌단부에 설치되는 자기 특성 급변부(32)는 리니어 모터의 원점 위치 검출용으로 이용되고, 우단부에 설치되는 자기 특성 급변부(32)는 오버런 위치 검출용으로서 이용된다.

자기 특성 급변부(32)는 비자성체로 구성해도 좋고 자성체로 구성해도 좋다. 또한, 비투자율(r)이 50 이상인 재료가 바람직하고, 비투자율(r)이 100 이상인 재료이면 더욱 바람직하고, 비투자율(r)이 10000 이상인 재료가 가장 적합하다.

또한, 자기 특성 급변부(32)의 재질로서는, 예를 들어 알루미늄 합금, 구리 합금, 비자성 스테인리스강(예를 들어, SUS304) 등의 비자성 재료가 이용 가능하 다. 또한, 비투자율이 높은 자성체 재료로서, 자성 스테인리스강, 연강, 규소철BFM, 탄소강, 또는 저탄소강 등의 이용이 보다 바람직하다.

자기 특성 급변부(32)의 리니어 모터(1)의 이동 방향의 두께(길이)는, 1개의 영구 자석(8)의 자화 방향의 길이보다 짧은 것도 이용 가능하지만, 영구 자석(8)의 자화 방향의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 안정적으로 자기 특성 급변 위치를 검지하기 위해서이다. 자기 특성 급변부(32)는 원통 형상 부재(6)의 내경과 대략 동일한 크기의 외경을 갖고, 외주부에 접착제를 도포한 후, 원통 형상 부재(6)의 일단부로부터 압입하거나, 또는 코킹에 의해 원통 형상 부재(6)에 고정 혹은 고착하는 것이 바람직하다.

만약, 영구 자석(8)열의 단부에 자기 특성 급변부(32)를 배치하지 않고, 공극으로 한 경우, 단부를 나온 자속은, 바로 단부에 위치하는 영구 자석(8) 자신의 이극(異極)으로 복귀하려고 한다. 이에 대해 영구 자석(8)열의 단부에 자기 특성 급변부(32)를 배치한 경우에는, 단부를 나온 자속은, 자기 특성 급변부(32)를 통해 단부에 위치하는 영구 자석(8) 자신의 이극으로 복귀하려고 한다. 게다가, 자기 특성 급변부(32)의 재료를 높은 비투자율의 것으로 하면, 단부를 나온 자속이 그리는 루프는 보다 현저한 것이 된다.

게다가, 자기 검출기는 그와 직교하는 자속에 대해서는 크게 반응한다.

즉, 도3에 도시하는 영구 자석(8)열과 자기 특성 급변부(32)의 배열, 및 도5에 도시하는 합성 센서 출력 ac의 파형으로부터 명백한 바와 같이, 가동자(10)의 이동 지령을 기초로 하는 이동 방향 X와, 합성 센서 출력 ac의 출력 신호를 양쪽 모두 감시함으로써, 가동자(10)의 오버런이 발생한 경우, 그 검지가 가능하다. 도3에 도시하는 영구 자석(8)열의 좌단부 또는 우단부에 있어서, 가동자(10)의 오버런이 발생한 경우, 도5에 도시한 바와 같이 합성 센서 출력 ac의 출력이 급격히 커지는 것을 알 수 있다. 그래서, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해, 합성 센서 출력 ac의 출력이 소정의 크기보다 크게 변화된 상태를 임계치 처리함으로써, 가동자(10)의 오버런 상태를 검지하는 것이 가능하다. 여기서의 임계치 처리는, 예를 들어 당해 리니어 모터가 적용되는 반송 장치에 요구되는 정밀도에 따라서, 적절하게 설정할 수 있다.

이와 같이 하여, 통상의 운전 제어 중, 가동자(10)가 도3의 우단부에 있어서 우측 방향으로 이동 중, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해, 도5에 나타내는 우단부 위치 x4를 임계치 처리에 의해 검지한 경우, 이 위치 x4를 가동자(10)의 우단부 오버런 상태의 검지에 이용 가능하다. 같은 처리에 의해, 통상의 운전 제어 중, 가동자(10)가 도3의 좌단부에 있어서 좌측 방향으로 이동 중, 원점 설정 기준 위치 x1(후술함)을 임계치 처리에 의해 검지한 경우, 이 위치를 가동자(10)의 좌단부 오버런 상태의 검지에 이용 가능하다.

도3, 도6에 도시한 바와 같이, 자기 특성 급변부(32)로서, 원통 형상 부재(6)의 내부에 영구 자석(8)과 대략 동일한 크기의 직경을 갖는 중실의 비자성 스테인리스강의 SUS304(비투자율 1.0008)를 사용한 경우의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 도11의 곡선 ga로 나타낸다. 도11에 있어서, 횡축은 스케일 헤드의 위치를 나타내고, 종축은 합성 센서 출력 신호의 크기를 나타내고 있다.

여기서, 자기 특성 급변부의 변형예를 설명한다. 도13에 나타내는 자기 특성 급변부(32b)는, 비투자율(r) = 10000의 높은 비투자율 자성체(33)로, 그 직경이 영구 자석(8)의 절반의 크기인 것을 축의 중심부에 사용하고, 그 외측에 비자성 스테인리스강(SUS304)(34)을 사용한 것이다. 이와 같이 자기 특성 급변부(32b)를 구성한 경우의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 도11의 곡선 gb로 나타낸다.

또한 도14에 도시하는 자기 특성 급변부(32c)는, 비투자율(r) = 10000의 높은 비투자율 자성체로, 그 직경이 영구 자석(8)과 동일한 크기인 것을 사용한 것이다. 이 변형예의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 도11의 곡선 gc로 나타낸다. 도11에 나타내어지는 자기 특성 곡선군 ga 내지 gc로부터, 자기 특성 급변부의 재질로서는, 비자성체 또는 자성체 중 어떠한 재료라도 이용 가능한 것을 이해할 수 있다.

이상을 근거로 하여, 자기 특성 급변부의 재질을 바꾸었을 때의 자기 특성에 대해, 발명자들이 행한 시뮬레이션 결과를 나타내면 도12와 같이 된다. 도12에 나타내는 시뮬레이션 결과로부터, 적어도 비투자율(r)이 50 이상인 자성체를 포함하는 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 비투자율(r)이 100 이상인 자성체를 포함하는 재료를 이용하는 것이 보다 바람직하고, 비투자율(r)이 10000 이상인 자성체를 포함하는 재료를 이용하는 것이 더욱 바람직한 것을 이해할 수 있다.

또한, 자기 특성 급변부의 위치에 대해서는, 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 몇 가지의 변화가 가능한 것은 물론이다. 예를 들어, 자석열의 단부측이 아닌, 계자 요크의 도중에 자기 특성 급변부를 배치할 수 있다. 또한, 자기 특성 급 변부를 자석열의 단부측과 계자 요크의 도중에, 복수 부위에 배치할 수도 있다.

<원점 설정 및 원점 설정 동작>

다음에, 이상과 같이 구성된 리니어 모터의 원점 설정 및 원점 설정 동작에 대해 설명한다.

통상의 상태에서는, 위치 정보 변환기(28)에 의해 가동자(10)의 현재 위치를 연산할 수 있다. 그러나, 전원을 오프(OFF)로 하여 재기동한 경우나, 가동자(10)를 베이스부(2)로부터 제거하고, 그 후, 가동자(10)를 다시 베이스부(2)에 장착한 경우 등에서는, 가동자(10)의 절대 위치를 연산할 수 없다. 위치 정보 변환기(28)에 있어서 절대 위치를 연산하기 위한 기준 위치가 어긋나 버리기 때문이다. 그래서, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터에서는, 다시, 기준 위치를 설정하여 확정하기 위한 원점 복귀 작업이 작업자의 개재 없이, 자동적으로 실행된다.

도15 내지 도18은 각각 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(1)에 있어서의 원점 설정의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 원점 설정시, 가동자(10)와 자기 특성 급변부(32)의 위치 관계에 따라 원점 설정의 방법에 차이가 생기므로, 각각의 경우로 나누어 설명한다.

도15는, 원점 복귀 개시 전에, 가동자(10)가 이미 자기 특성 급변부(32) 방향으로 원점을 통과하고 있는 경우의 원점 설정의 흐름을 나타내고 있다. 또, 원점은 도15에 나타내는 위치에 있다고 가정한다.

우선, 모터 구동 제어 장치(30)에 설치된 조작반(도시하지 않음)으로부터 매뉴얼 지령, 또는 리니어 모터 운전 프로그램 중의 프로그램 지령에 의해 원점 복귀 지령이 모터 구동 제어 장치(30)를 향해 출력된다(스텝 S101).

다음에, 모터 구동 제어 장치(30) 내의 마이크로프로세서 등의 제어 수단은, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)가 자기 특성 급변부(32)를 검지함으로써 가동자(10)가 자기 특성 급변부(32) 방향으로 원점을 통과하고 있는 것을 검지한다(스텝 S102). 또, 본 실시 형태에서는, 자기 특성 급변부(32)가 리니어 모터(1)의 단부를 검출하는 단부 검출부를 겸하는 구성으로 하고 있다.

계속해서, 미리 설정 기억되어 있는 원점 산출용 시퀀스 프로그램을 실행하여, 리니어 모터(1)의 가동자(10)를 원점에 근접하는 방향으로 이동시켜 그대로 원점을 통과시키고, 또한 가동자(10)를 원점으로부터 이격되는 방향으로 소정 거리만큼 이동시킨다(스텝 S103). 도15에 나타내는 원점의 위치를 이탈하기 위해서이다. 여기서, 소정 거리로서는, 예를 들어 자기식 리니어 스케일의 1 내지 수 스케일 피치, 예를 들어 3 스케일 피치 상당의 거리가 적합하다. 원점의 위치를 이탈할 만큼의 거리이면 충분한 것에 의한다.

그 후, 리니어 모터(1)를 원점 방향으로 미저속(微低速)으로 구동하고, 가동자(10)를 원점 방향으로 이동시켜, 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 1/2 스케일 피치(Lp/2) 이격된 2점간의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 처리하여(예를 들어, 임계치 처리), 자기 특성 급변 위치를 탐색(search)한다(스텝 S104). 여기서의 가산 신호는, 180도 위상이 다른 신호끼리를 가산하고 있으므로, 2점간의 자기 특성의 차를 연산하고 있는 것이 된다.

계속해서, 가산 결과의 값(Vb)이 소정치보다 커진 위치를 원점 설정 기준 위 치 x1이라 한다(스텝 S105). 이와 같이 하여, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해, 원점 설정 기준 위치 x1을 검출할 수 있다. 이 원점 설정 기준 위치 x1은, 자기 특성 급변부(32)와 영구 자석(8)의 경계가 아닌, 그곳으로부터 벗어나 있다. 이것은, 다음과 같은 이유에 따른다. 즉, 자기 특성 급변부(32)과 영구 자석(8)의 경계 부근이 파형 ac의 피크가 되므로, 그 위치를 x1로 하는 것은 가능하다. 그러나, 피크치는 개개의 계자 요크에 따라 변동이 있다. 그로 인해, 임의의 계자 요크의 피크치를 대표로 하여 임계치 설정한 경우, 다른 계자 요크에서는 변동에 의해 그 임계치에 이르지 않을 가능성이 있다. 그래서, 파형 ac의 중간단 부근을 임계치로 하는 것이 적합하고, 자기 특성 급변부(32)와 영구 자석(8)의 경계 부근과 x1을 어긋나게 하는 것이 적합하다.

<소정치에 대해>

여기서, 소정치는 다음과 같이 설정할 수 있다. 우선, 리니어 모터(1)에 있어서는, 사용하는 영구 자석(8)의 개개의 치수의 변동이나, 영구 자석(8)을 착자하였을 때의 자기 특성의 변동 및, 영구 자석(8)을 원통 형상 부재(6)에 삽입하여 조립하였을 때에 발생하는 영구 자석 고정 위치의 변동이 존재한다. 이들 변동을 고려하면, 직선 형상으로 배열시킨 영구 자석(8)열의 양 단부 및 원점 주변을 제외한 이동 범위 내에서 관측되는, 제1 자기 검출부(14) 및 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 2개의 아날로그 신호 da, dc의 가산 신호 ac의 변동폭 Vb보다 5 % 큰 값, 즉, 1.05 Vb를 소정치로서 이용하는 것이 가능하다. 발명자들이 행한 실험에 따르면, 가산 신호 ac의 변동폭 Vb보다 10 % 큰 값 = 1.1 Vb이면, 보다 안정적으로 원 점 설정을 할 수 있고, 2개의 아날로그 신호의 가산 신호 ac의 변동폭 Vb보다 25 % 큰 값 = 1.25 Vb이면, 더욱 바람직하다.

원점 설정 기준 위치 x1이 판정되면, 이 x1로부터 가동자(10)를 미리 정해진 감속도로 감속시켜, 가동자(10)가 정지한 위치를 스케일 헤드의 위치 x2[도7의 (b), 도7의 (c) 참조]로 한다. 이 감속도는, 예를 들어 모터 구동 제어 장치(30) 내의 마이크로프로세서 등의 제어 수단에 미리 설정 기억해 두면 적합하다. 또, 감속도가 크면, x2에서의 가동자 정지시에 과대한 오버슛트가 발생하여, 계자 요크 단부를 손상시킬 우려가 있다. 또한, 감속도가 작으면, x2로의 도착 시간이 증대하게 된다. 그래서, 계자 요크 내에서 정지하는 감속도가 적절한 값이 된다.

계속해서, 가동자(10)를 스케일 헤드의 현재 위치 x2로부터 이동 방향을 반전시킨다(스텝 S106).

정지 위치 x2에서의 2상 정현파 아날로그 신호인 자기식 인코더의 A상 신호 da 및 B상 신호 db에 관하여, 하기의 식 (1)을 사용하여 스케일 헤드의 위치 xh에 대해 계산을 행한다.

xh = (Lp/2π)f(db/da) …(1)

단, 식 (1)에 있어서, f(db/da)는 하기의 식 (1a) 내지 식 (1d)와 같이 정의한다.

f(db/da) = atan(db/da) - π/2 ｜ da ≥ 0, db ≥ 0 …(1a)

f(db/da) = atan(db/da) + π/2 ｜ da ＜ 0, db ≥ 0 …(1b)

f(db/da) = atan(db/da) + π/2 ｜ da ＜ 0, db ＜ 0 …(1c)

f(db/da) = atan(db/da) - π/2 ｜ da ≥ 0, db ＜ 0 …(1d)

가동자(10)의 정지 위치 x2는, 구하고자 하는 스케일 헤드의 원점 위치 hpA를 도7의 (a) 또는 도7의 (c)의 x축 상에서 0(제로)으로 하면, 개략치로서, 하기의 식으로 나타낼 수 있고,

x2 ≒ -xh …(2)

상기 식(1)의 xh와 대략 동등해진다. 또한, 상기한 위치 계산은, hpA ± 스케일 피치/2의 범위에 있어서 유효한 것이다.

가동자(10)를 현재 위치 x2로부터 도7의 (b)의 우측 방향(지금까지와는 역방향)으로 미저속으로 이동시키면서, 반복하여 식 (1)을 연산하여, 2상 정현파 아날로그 신호의 극성 변화점을 탐색한다(스텝 S107).

가동자(10)가 극성 변화점에 도달, 즉, xh = 0의 위치[도7의 (c)에 있어서 x3의 위치]에서 가동자(10)를 정지시켜, 스케일 헤드의 현재 위치 카운터를 리셋시킨다(스텝 S108).

또, 상기 식(1)에서는, 구하고자 하는 스케일 헤드의 원점 위치 hpA에 대해, x축 상에서 0(제로)으로 하였지만, 이 제로점을 도7의 (a)에 나타내는 파형의 어느 위치에 취할지에 따라 정의가 바뀌고, 식 (1a) 내지 식 (1d)의「π/2」의 값도 변하게 되는 것은 물론이다.

또한, 각각의 영구 자석(8)에 치수상의 변동, 자화 특성의 변동 등이 존재하는 경우에는, 그들 변동에 의한 영향을 해소하기 위해 구해진 원점 위치 hpA에 대해 원하는 보정을 행할 수 있다. 이 보정의 방법에 대해서는, 본 발명의 본 취지 가 아니므로, 여기서는 상세하게 서술하지 않는다.

이리하여, 본 실시 형태에서는, 리니어 모터(1)의 조립 작업이 종료된 시점에서, 리니어 모터(1)의 절대 위치의 기준 위치(점)가 되는 원점 x3 = hpA를, 조작자의 개재 없이 실현할 수 있어, 자동적으로 원점 설정 처리를 실현할 수 있다. 따라서, 종래와 같은 원점 설정을 위한 작업자에 의한 추가 작업은 일체 발생하지 않는다.

다음에, 도16은 원점 복귀 개시 전에, 가동자(10)가 자기 특성 급변부(32)의 위치에 없는 경우의 원점 설정의 흐름을 나타내고 있다. 이와 같은 위치 관계에 있는 경우에는, 가동자(10)는 원점 위치를 초과하여 자기 특성 급변부(32)까지 이동하고, 다시 원점 위치를 향해 이동한다.

우선, 리니어 모터 운전 프로그램 중의 프로그램 지령에 의해 원점 복귀 지령이 모터 구동 제어 장치(30)를 향해 출력된다(스텝 S201).

계속해서, 리니어 모터(1)를 원점 방향으로 구동하여 가동자(10)를 원점 방향으로 이동시키고, 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 1/2 스케일 피치(Lp/2) 이격된 2점간의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 처리하여(예를 들어, 임계치 처리), 자기 특성 급변 위치를 탐색한다(스텝 S202).

계속해서, 가산 결과의 변동폭 Vb가 소정치보다 커진 위치를 원점 설정 기준 위치 x1이라 한다(스텝 S203).

원점 설정 기준 위치 x1이 판정되면, 이 x1로부터 가동자(10)를 감속시켜, 스케일 헤드 위치 x2에서 정지시킨다.

계속해서, 가동자(10)를 스케일 헤드의 현재 위치 x2로부터 원점 방향(지금까지와는 역방향)으로 미저속으로 이동시키면서(스텝 S204), 상기한 식 (1)을 연산하여, 2상 정현파 아날로그 신호의 극성 변화점을 탐색한다(스텝 S205).

가동자(10)가 극성 변화점에 도달하면, 가동자(10)를 정지시켜, 현재 위치 카운터를 리셋시킨다(스텝 S206).

다음에, 도17은 자기 특성 급변부(32)가 계자 요크의 도중이며, 또한 원점 위치보다도 내측에 배치되어 있는 경우의 원점 설정의 흐름을 나타내고 있다. 이와 같은 위치 관계에 있는 경우에는, 가동자(10)는 계자 요크의 도중에 위치에 배치된 자기 특성 급변부(32)를 초과하여 이동하여, 원점 위치에 이를 때까지 이동한다.

우선, 리니어 모터 운전 프로그램 중의 프로그램 지령에 의해 원점 복귀 지령이 모터 구동 제어 장치(30)를 향해 출력된다(스텝 S301).

계속해서, 리니어 모터(1)를 원점 방향으로 구동하여 가동자(10)를 원점 방향으로 이동시키고, 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 1/2 스케일 피치(Lp/2) 이격된 2점간의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 처리하여(예를 들어, 임계치 처리), 자기 특성 급변 위치를 탐색한다(스텝 S302).

계속해서, 가산 결과의 변동폭 Vb가 소정치보다 커진 위치를 원점 설정 기준 위치 x1이라 한다(스텝 S303).

원점 설정 기준 위치 x1이 설정되면, 가동자(10)를 스케일 헤드의 현재 위치 x1로부터 원점 방향으로 미저속으로 이동시키면서, 상기한 식 (1)을 연산하여, 2상 정현파 아날로그 신호의 극성 변화점을 탐색한다(스텝 S304).

가동자(10)가 극성 변화점에 도달하면, 가동자(10)를 정지시켜, 현재 위치 카운터를 리셋시킨다(스텝 S305).

다음에, 도18은 자기 특성 급변부(32)가 계자 요크의 도중이며, 또한 원점 위치보다도 외측에 배치되어 있는 경우의 원점 설정의 흐름을 나타내고 있다. 이와 같은 위치 관계에 있는 경우에는, 가동자(10)는 원점을 초과하여 이동하고, 계자 요크의 도중에 위치에 배치된 자기 특성 급변부(32)의 위치에서 이동 방향을 바꾸어 원점 위치에 이를 때까지 이동한다.

우선, 리니어 모터 운전 프로그램 중의 프로그램 지령에 의해 원점 복귀 지령이 모터 구동 제어 장치(30)를 향해 출력된다(스텝 S401).

리니어 모터(1)를 원점 방향으로 구동하여 가동자(10)를 원점 방향으로 이동시키고, 제2 자기 검출부(20)로부터 출력되는 1/2 스케일 피치(Lp/2) 이격된 2점간의 아날로그 신호의 가산 신호 ac를 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 처리하여(예를 들어, 임계치 처리), 자기 특성 급변 위치를 탐색한다(스텝 S402).

계속해서, 가산 결과의 변동폭 Vb가 소정치보다 커진 위치를 원점 설정 기준 위치 x1이라 한다(스텝 S403).

원점 설정 기준 위치 x1이 판정되면, 이 x1로부터 가동자(10)를 감속시켜 스케일 헤드 위치 x2에서 정지시킨다.

계속해서, 가동자(10)를 스케일 헤드의 현재 위치 x2로부터 원점 방향(지금까지와는 역방향)으로 미저속으로 이동시키면서(스텝 S404), 상기한 식 (1)을 연산하여, 2상 정현파 아날로그 신호의 극성 변화점을 탐색한다(스텝 S405).

가동자(10)가 극성 변화점에 도달하면, 가동자(10)를 정지시켜, 현재 위치 카운터를 리셋시킨다(스텝 S406).

또, 상술한 어떠한 경우에 있어서도, 리니어 모터(1)의 절대 위치의 기준 위치(점)가 되는 원점 hpA를 설정할 수 있었던 시점에서, 소정 기간, LED 등의 발광 수단을 점등시켜도 좋다. 또는, 버저 등의 가청 주파수의 발음 수단을 작동시켜, 외부에 통지하는 통지 수단을 자기식 리니어 인코더(16)에 부착 설치하면, 작업자에 의해 용이하게 원점 설정 처리의 종료를 확인할 수 있어 적합하다.

<변형예>

상술한 원점 설정에서는, 원점 근방에서 매우 미저속으로 감속하여, 원점 설정 오차를 가능한 한 작은 범위에 그치게 하기 위해, 위치 x2로부터 대략적인 복귀 거리가 미리 파악 가능한 연산 방법을 채용하였다. 이 밖에도, 도7의 (a)의 예에서는, 2상 정현파 아날로그 A상 신호 da 또는 B상 신호 db가, 플러스로부터 마이너스(또는 마이너스로부터 플러스)로 극성이 변화되는 위치를 구하는 것이라도 원점 설정의 처리는 가능하다.

또한, 자기 특성 급변 위치 검지부(22)에 의해 원점 설정 기준 위치 x1을 검지할 수 있었던 직후에, 위치 정보 변환기(28)를 리셋하여 원점 설정 기준 위치 x1을 원점으로서 이용하는 것도, 위치 정밀도가 다소 정밀하지 않아도 충분한 이용 분야에서는 채용 가능하다.

본 실시 형태에 따르면, 리니어 모터의 절대 위치를 연산하는 기초가 되는 원점 설정을 위해, 종래 사람이 개재해야만 했던 작업, 즉 리미트 스위치나 도그의 장착, 조정, 설정 작업이 전혀 불필요하다. 또한, 리니어 모터의 조립이 종료된 시점에서, 원점 설정 관계의 조립 및 장착 작업도 동시에 모두 종료되어 완료된다.

또한, 리니어 모터의 영구 자석 주변 및 주위의 자계 분포 혹은 자계 특성을 기초로 하여 자기 특성 급변 위치를 자동적으로 검지하므로, 간단하고 또한 정확하게 원점 설정을 할 수 있다.

즉, 원점 설정시에 작업자의 개재를 필요로 하지 않으므로, 작업자의 능력에 따른 원점 설정 작업의 변동 등도 배제할 수 있고, 재현성이 좋은 안정된 리니어 모터의 원점 설정이 가능하다.

또, 본 발명은 상기한 실시 형태 그 자체에 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기한 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어지는 모든 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 좋다. 또한, 다른 실시 형태에 관한 구성 요소를 적절히 조합해도 좋다.

도1은 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터의 개략 구성을 나타내는 정면도.

도2는 도1에 있어서의 A-A에서의 단면도.

도3은 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터의 측면 개략도.

도4는 제1 실시 형태의 제1 자기 검출부의 출력 파형.

도5는 제1 실시 형태의 제2 자기 검출부의 출력을 가산한 파형.

도6은 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터의 원점 주변의 부분 확대도.

도7의 (a)는 도6에 있어서의 제1 자기 검출부의 출력 파형의 부분 확대도, 도7의 (b)는 도6에 있어서의 제2 자기 검출부의 출력을 가산한 파형의 부분 확대도, 도7의 (c)는 원점 설정시의 가동자에 대한 운전 지령을 나타내는 참고도.

도8은 동극 자석을 대향하여 또한 밀착시킨 경우의 합성 자계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도9는 동극 자석을 대향하여 또한 밀착시키는 동시에, 높은 비투자율의 원통 부재를 사용한 경우의 합성 자계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도10은 본 발명의 실시 형태에 관한 리니어 모터의 드라이브 시스템의 구성예를 나타내는 블록도.

도11은 비투자율에 따라서 변화하는 합성 센서 출력을 나타내는 도면.

도12는 비투자율에 따라서 변화하는 합성 센서 출력에 대해 행한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.

도13은 본 발명의 자기 특성 급변부의 다른 구성예를 나타내는 도면.

도14는 본 발명의 자기 특성 급변부의 다른 구성예를 나타내는 도면.

도15는 본 실시 형태에 관한 리니어 모터에 있어서의 원점 설정의 흐름을 나타내는 흐름도.

도16은 본 실시 형태에 관한 리니어 모터에 있어서의 원점 설정의 흐름을 나타내는 흐름도.

도17은 본 실시 형태에 관한 리니어 모터에 있어서의 원점 설정의 흐름을 나타내는 흐름도.

도18은 본 실시 형태에 관한 리니어 모터에 있어서의 원점 설정의 흐름을 나타내는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 리니어 모터

4 : 계자 요크

6 : 원통 형상 부재

8 : 영구 자석

10 : 가동자

12 : 전기자 코일

14, 20 : 자기 검지부

16 : 자기식 리니어 인코더

18 : 스케일 헤드

19 : 자기 스케일부

22 : 자기 특성 급변 위치 검지부

28 : 위치 정보 변환기

30 : 모터 구동 제어 장치

32, 32b, 32c : 자기 특성 급변부

50 : 드라이브 시스템

Claims

원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시킨 자석열을 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며,

상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고,

상기 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고,

상기 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 정지시키고,

상기 정지 위치로부터 상기 가동자의 이동 방향을 반전시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고,

상기 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시킨 자석열을 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며,

상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하여 상기 가동자가 원점을 통과하고 있는 것을 판단하고,

상기 가동자를 원점에 근접하는 방향으로 이동시켜 그대로 원점을 통과시키고,

또한 상기 가동자를 원점으로부터 이격되는 방향으로 소정 거리만큼 이동시키고,

상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기 특성 급변 위치를 탐색하고,

상기 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여, 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고,

상기 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 정지시키고,

상기 정지 위치로부터 상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고,

상기 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시킨 자석열을 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며,

상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고,

상기 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여, 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고,

상기 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 일단 정지시키고,

정지 위치로부터 또한 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자기식 리니어 인코더로부터 얻어지는 자기 특성의 극성 변화점을 탐색하고,

상기 극성 변화점의 위치에서 상기 가동자를 정지시켜 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
원통 형상 부재의 중공부에 복수개의 영구 자석을 서로 동일한 자극을 대향하여 밀착시킨 자석열을 직렬형으로 배치하여 구성된 계자 요크와, 상기 자석열과 자기적 공극을 사이에 두고 대향 배치된 전기자 코일을 갖는 전기자와, 상기 자석열의 단부 또는 도중에 배치되고 상기 자석열의 자기 특성을 급격하게 변화시키는 자기 특성 급변부와, 상기 자석열을 자기 스케일부로서 구성하고, 2개의 상기 영구 자석간의 길이를 상기 자기 스케일부의 스케일 피치로서 설정하는 동시에, 서로 전기각으로 위상을 90°(스케일 피치의 1/4 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 복수개의 제1 자기 검출기와, 이 제1 자기 검출기로부터 전기각으로 위상을 180°(스케일 피치의 1/2 파장에 상당) 어긋나게 하여 배치된 제2 자기 검출기를, 상기 전기자의 길이 방향으로 갖는 위치 검출용 자기식 리니어 인코더를 갖고, 상기 계자 요크와 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 쪽을 가동자로 하여, 상기 자기식 리니어 인코더의 스케일 헤드를 상기 전기자측에 구비하고, 상기 계자 요크와 상기 전기자를 상대적으로 직선 주행하도록 한 리니어 모터의 원점 설정 방법이며,

상기 가동자를 원점 방향으로 이동시켜 상기 자석열의 자기 특성이 급격하게 변화하는 자기 특성 급변 위치를 탐색하고,

상기 자기 특성 급변 위치를 기초로 하여 원점 설정을 위한 원점 설정 기준 위치를 설정하고,

상기 원점 설정 기준 위치로부터 상기 가동자를 소정의 감속도로 감속시켜 상기 스케일 헤드가 소정치가 되는 위치에서 일단 정지시키고,

상기 원점 설정 기준 위치를 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 특성 급변 위치는 상기 제2 자기 검출기로부터 출력되는 1/2 스케일 피치 이격된 2점간의 아날로그 신호의 가산 신호를 임계치 처리하여 탐색되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제5항에 있어서, 상기 가산 신호는 2점간의 자기 특성의 차를 연산하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제5항에 있어서, 상기 원점 설정 기준 위치는, 가산 결과의 값(Vb)이 소정치보다 커진 위치로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 감속도는 상기 가동자가 상기 계자 요크 내에서 정지하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극성 변화점의 위치에서, 상기 스케일 헤드의 현재 위치를 나타내는 카운터를 리셋하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원점 설정 기준 위치에서, 상기 스케일 헤드의 현재 위치를 나타내는 카운터를 리셋하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구한 상기 리니어 모터의 절대 위치의 기준 위치에 대해, 또한 보정을 가하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 특성 급변부가 상기 리니어 모터의 단부 검출부를 겸하고 있는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제5항에 있어서, 상기 자기 특성 급변부가 상기 리니어 모터의 단부 검출부를 겸하고 있는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제8항에 있어서, 상기 자기 특성 급변부가 상기 리니어 모터의 단부 검출부를 겸하고 있는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제9항에 있어서, 상기 자기 특성 급변부가 상기 리니어 모터의 단부 검출부를 겸하고 있는 리니어 모터의 원점 설정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원점 설정의 완료시, 소정 기간 발광기를 점등시키거나, 혹은 발음기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 원점 설정 방법.
제5항에 있어서, 상기 원점 설정의 완료시, 소정 기간 발광기를 점등시키거나, 혹은 발음기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 원점 설정 방법.
제8항에 있어서, 상기 원점 설정의 완료시, 소정 기간 발광기를 점등시키거나, 혹은 발음기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 원점 설정 방법.
제9항에 있어서, 상기 원점 설정의 완료시, 소정 기간 발광기를 점등시키거나, 혹은 발광기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 원점 설정 방법.