WO2004010566A1

WO2004010566A1 - リニアモータ装置

Info

Publication number: WO2004010566A1
Application number: PCT/JP2003/008623
Authority: WO
Inventors: Tatsuhiko Koba
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2004-01-29
Also published as: JP2004056892A

Abstract

永久磁石（４）は、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、永久磁石（４）のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けてある。磁気式リニアエンコーダのスケールヘッド（６）は、電機子（５）の長手方向に設けられ、電気角で位相が９０°ずれるようにした複数個のホール素子（６１）を配置するようにした。さらに、磁気式リニアエンコーダは、ホール素子（６１）から出力される２相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令と該シリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続してある。上記手段により､耐環境性に強く、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティングが不要であるリニアモータ装置を提供することができる。

Description

明細書

リニアモータ装置

[技術分野]

本発明は、リニアスケール部品としてモータの一部である永久磁石を利用することにより、塵芥等に強く、耐環境性に優れ、部品コストの削減に効果があり、セッティングが容易なリニアモータ装置に関する。

. [背景技術]

従来、機械內搬送装置、部品搬送装置などの分野で、一定速送りあるいは高速位置決め送りの駆動源としてリニアモータが多く用いられている。このような用途に用いられるリユアモータにおいて、リニアモータをフィードバック制御すると、高い位置決め精度が得られる。フィードバック制御方式のリニアモ —タ位置決め装置にはリニアモータ可動子の移動を検出するためのリニアェンコーダが設けられている。このリニアエンコーダとしては、例えば高精度で高価格なリユア形の光学式リユアエンコーダが用いられており、それを用いた

—例は図 4のようになっている。

図 4は、従来の光学式リニァエンコーダを搭載したコアレス形リニアモータの正断面図である。

図 4において、 1はベース部、 2はリニアガイドで、ガイドレール 2 Aとスライダ 2 Bで構成される。 7はテーブル、 1 0はリニアモータの固定子を構成する界磁ヨーク、 1 1は界磁ヨーク 1 0に固定された永久磁石、 1 2はリニアモータの可動子を構成する電機子で、図示しない電機子コイルを装着している _c 1 3は光学式のリニアエンコーダのスケールへッド部、 1 4はリニアェンコ一ダのスケール部を示している。なお、リニアエンコーダのスケールへッド部 1

3は図示のようにテーブル 7に取り付けられている。

また、図 5は従来のリニアモータのドライブシステムを示すプロック図である。 1 5は AZD変換器、 9はサーボドライバである。

図 5の構成において、リユアモータの可動子側に設けたリニアエンコーダのスケールヘッド部 1 3は、リニアエンコーダのスケール部 1 4に光を当て、その透過若しくは反射する光を検出することで、スケール部 1 4から可動子である電機子 1の現在位置を示すセンサー信号（アナログ信号）を読み取り、該ァナログ信号を AZD変換器 1 5によりパルス列の信号に変換し、位置指令と現在位置の信号によってサーボドライノく 9で電流指令を演算し、サーボドライノく 9から制御された電流を給電線を介して可動子に送り、可動子を動作させるようになっている。

ところが、従来技術の光学式リニアエンコーダを用いたリニアモータは、塵芥が付着したり、汚れなどがあると検出感度が弱くなり、耐環境性が十分ではないこと、また、可動子がロングストロークになればなるほどリニアスケールの長さも長くなるためコストアップになること。さらにはリニアスケールの組立精度が厳しく要求されるため、セッティングが困難という問題があった。それから、光学式リニアエンコーダの他に、可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールへッドを有する磁気式リニアエンコーダーが従来から公知であるが、可動子がロングストロークになればなるほどそれに応じて固定側に取り付ける磁気スケール部の長さも長くなり、コストと組立作業性の問題は依然解消されない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐環境性に強く、且つ、ローコストで、磁気式リニアエンコーダとしてのセッティングが不要であるリニアモータ装置を提供することを目的とする。

[発明の開示]

上記課題を解決するために、本発明に係るリニアモータ装置は、交互に極性が異なるように複数個の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、位置検出用の磁気式リニアエンコーダを備え、前記界磁ョ —クと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ョ —クと前記電機子を相対的に走行するようにしたリユアモータ装置において、前記永久磁石が、リニアモータの界磁と前記磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、前記永久磁石のピツチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けてあり、前記磁気式リニアエンコーダのスケールへッドは、前記電機子の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が 9 0 ° ずれるようにした複数個のホール素子を配置したものであり、前記磁気式リニアエンコーダは、前記ホール素子から出力される 2相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令と前記シリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続したものである。

[図面の簡単な説明]

図 1は本発明の実施例を示す磁気式リニアエンコーダを採用したリニァモータで（a ) はその正断面図、（b ) は（a ) のリニアモータ固定子の斜視図、図 2は本発明の磁気式リニアエンコーダの原理を説明したもので、（a ) は電機子コィルの誘起電圧とエンコーダの A相、 B相信号の波形の時間変化を示した図、（b ) はホール素子と電機子コイルの配置関係を示した平面図、図 3は本発明の実施例によるリニァモータのドライブシステムを示すブロック図、図 4は従来の光学式エンコーダを搭載したコアレスリニアモータの正断面図、図 5は従来のリニアモータのドライブシステムを示すブロック図である。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図 1は本発明の実施例を示す磁気式リニアエンコーダを採用したリニァモータであって、（a ) はその正断面図、（b ) は（a ) のリニアモータ固定子の斜視図である。図 2は本発明の磁気式リニアエンコーダの原理を説明したもので、（a ) は電機子コイルの誘起電圧とエンコーダの A相、 B相信号の波形の時間変化を示した図、（b ) はホール素子と電機子コイルの配置関係を示した平面図である。なお、本実施例によるコアレス形リニアモータは、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の両側にある構成とする点は、従来技術と同じである。

図 1において、 3はリニアモータの固定子を構成する界磁ヨーク、 4は界磁ヨーク 3に固定された永久磁石、 5はリニアモータの可動子を構成する電機子で、図示しない電機子コイルを装着している。 6は磁気式リニアエンコーダのスケールへッドである。また、図において、 6 1はホール素子、 5 1は図 1に示された電機子 5の電気子コイルである。

本発明が従来と異なる点を以下説明する。

リニァモータ装置は、従来公知である可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールへッドよりなる磁気式リニァエンコーダを備える構成に替えて、永久磁石 4が図 1 ( a ) において、リニアモータの界磁と磁気式リニアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成されると共に、また、図 1 ( b ) に示すように永久磁石 4のピッチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けた点である。

また、磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドは、図 1 ( a ) に示すように電機子 5の内部の長手方向（紙面と垂直方向）に沿って設けられると共に、 2個のホール素子 6 1を配置した点である。

ホール素子 6 1を図 2で具体的に説明すると、ホール素子 6 1は、リニアモータ正方向進み時（U相→V相→W相の転流時）において、電機子コイル 5 1 の U相誘起電圧の立ち上がりゼロクロスでエンコーダの A相、 B相信号がク口スするように電気角で 9 0 ° 位相がずれるように 2個配置してある。こうすることで、モータの電気角とモータの進行方向を検出する事が可能となる。また、図 2において、 2個のホール素子を設けた例の他に 4個のホール素子を設けた例を示したが、このように配置すると三次高調波成分を消すことができる。図 3は本発明の実施例によるリユアモータのドライブシステムを示すプロック図である。

図において、 6は磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドで、図 1のスケ一ルへッドの取付位置とは異なり、電機子 5の端部に設けた例を示している。 8はシリアル変換器、 9はサーボドライバであり、リニアモータ装置はスケールへッド 6から読み取った可動子の現在位置を示すアナログ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器 8と、位置指令と当該シリアル変換器 8で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサ一ボドライバ 9とを備えている。

次に動作についてする。図 3において、可動子側に設けたスケールへッド 6を構成するホール素子は、永久磁石 4、 4間の磁気回路内で生じる交番磁界の磁界強度を検出することで、永久磁石 4から可動子 1の現在位置を示す s i n、 c o sの 2相正弦波信号 (アナログ信号）を読み取り、該アナログ信号をシリアル変換器 8によりシリアルデータに変換し、位置指令と現在位置の信号によつてサーボドライバ 9で電流指令を演算し、サーボドライバ 9から制御された電流を、給電線を介して可動子に送り、可動子を動作させる。

したがって、本発明の実施例に係るリユアモータは、従来公知である可動子の位置検出のための磁極パターンが形成された磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールへッドを有する磁気式リニアェンコーダ一に替えて、永久磁石 4が、リニァモータの界磁と磁気式リニアェンコ一ダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、永久磁石 4のピツチ間隔が当該磁気スケ一ル部のスケールピッチとなるように設け、また、磁気式リニアエンコーダのスケールへッド 6は、電機子 5の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が 9 0 ° ずれるようにした複数個のホール素子 6 1 を配置するようにし、さらに、磁気式リニアエンコーダは、ホール素子 6 1から出力される 2相正弦波のアナログ信号をシリアルデータに変換するシリァル変換器 8と、位置指令と前記シリアル変換器 8で得られた現在位置の信号^ よって電流指令を演算するサーボドライバ 9とを接続したので、リニアスケール部品としてモータの一部である永久磁石を利用することで塵芥等に強く、耐環境性に優れたリニアモータ装置を得ることができる。また、可動子がロングストロークになっても部品は磁気式リニアエンコーダのスケールへッドのみであり、部品コストの削減に効果がある。さらにリニアエンコーダとしてのセッティングが不要であり、組立はモータを組むだけすむので、セッティングが容易であるリニァモータ装置を提供することができる。

また、本実施例は、ホール素子 6 1から出力される 2相正弦波のアナログ信号をサーボドライバ 9に出力する形態として、従来の AZD変換器に替えてシリアル変換器 8を用いたので、該アナログ信号出力を高分解能化することがでさる。なお、本実施例によるリニアモータは、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の両側に位置する構成を用いて説明したが、永久磁石を備えた界磁ヨークが電機子の片側のみに位置する構成にしても構わない。

[産業上の利用可能性]

以上のように本発明は、例えば、精度がある程度無視できる機械内搬送装置、部品搬送装置などの分野で、特に高速繰返し位置決めとして用いられる磁気式リニアエンコーダを備えたリニアモータ装置として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 交互に極性が異なるように複数個の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、位置検出用の磁気式リニアエンコーダを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータ装置において、

前記永久磁石が、リユアモータの界磁と前記磁気式リユアエンコーダの被検出体である磁気スケール部を兼用して構成すると共に、前記永久磁石のピツチ間隔が当該磁気スケール部のスケールピッチとなるように設けてあり、前記磁気式リニアエンコーダのスケールへッドは、前記電機子の長手方向に設けられると共に、電気角で位相が 9 0 ° ずれるようにした複数個のホール素子を配置したものであり、

前記磁気式リニアエンコーダは、前記ホール素子から出力される 2相正弦波のアナ口グ信号をシリアルデータに変換するシリアル変換器と、位置指令と前記シリアル変換器で得られた現在位置の信号によって電流指令を演算するサーボドライバとを接続してあることを特徴とするリニアモータ装置。