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JP2012005233A - Controller of linear motor - Google Patents

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JP2012005233A
JP2012005233A JP2010137564A JP2010137564A JP2012005233A JP 2012005233 A JP2012005233 A JP 2012005233A JP 2010137564 A JP2010137564 A JP 2010137564A JP 2010137564 A JP2010137564 A JP 2010137564A JP 2012005233 A JP2012005233 A JP 2012005233A
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JP
Japan
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magnet
magnets
magnetic
linear motor
poles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2010137564A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Tojo
敏郎 東條
Masashi Inoue
正史 井上
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THK Co Ltd
Original Assignee
THK Co Ltd
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Publication date
Application filed by THK Co Ltd filed Critical THK Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect an absolute position of a needle without using an optical absolute encoder.SOLUTION: A controller includes: a first magnet portion having a plurality of first magnets where N poles and S poles are alternately arranged in an arranging direction at equal intervals; a first magnetic sensor which is disposed in an armature in a manner to face the first magnet portion, detects a magnetic field generated by the first magnet, and outputs a signal corresponding to the detected magnetic field; a second magnet portion which has a plurality of second magnets which uniquely identify sections obtained by dividing a movable range of the needle in the arranging direction into a plurality of sections and which are arranged in the arranging direction at the equal intervals; a second magnetic sensor which is disposed in the armature in a manner to face the second magnet portion, and outputs a signal corresponding to the magnetic flux density of a magnetic field generated by the second magnet; and a position calculating portion calculating a position of the needle based on the section detected from the signal which the second magnetic sensor outputs and on an electric angle calculated from the signal which the first magnetic sensor outputs.

Description

本発明は、リニアモータの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a linear motor.

リニアモータが備える可動子の位置検出において、予め定められた原点に対する相対位置(絶対位置)の情報が必要な場合、可動子の位置を検出するアブソリュートエンコーダが用いられる。アブソリュートエンコーダには、例えば、特許文献1に記載されているような、光学センサが用いられている。   In the position detection of the mover provided in the linear motor, if information on the relative position (absolute position) with respect to a predetermined origin is required, an absolute encoder that detects the position of the mover is used. For the absolute encoder, for example, an optical sensor as described in Patent Document 1 is used.

特開2005−12963号公報JP 2005-12963 A

しかしながら、光学式のアブソリュートエンコーダにおいて、センサにより読み取られる目盛りが印されたリニアスケールは、目盛りの形成に高い技術が要求されるので、高価である。このため、光学式のアブソリュートエンコーダを用いたリニアモータ装置は、高価になってしまうという問題があった。   However, in an optical absolute encoder, a linear scale marked with a scale read by a sensor is expensive because a high technique is required to form the scale. For this reason, the linear motor device using an optical absolute encoder has a problem of becoming expensive.

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、リニアモータにおいて、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、可動子の絶対位置を検出する制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a control device that detects the absolute position of a mover in a linear motor without using an optical absolute encoder.

上記問題を解決するために、本発明は、N極とS極とが交互に等間隔に配列された複数の駆動用磁石を備える駆動用磁石部と、複数のコイルとを備える電機子とを具備し、前記電機子又は前記駆動用磁石部のいずれか一方が可動子となり、該可動子が、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記駆動用磁石が生じさせる磁界とにより前記駆動用磁石の配列された配列方向に直線運動をするリニアモータの制御装置であって、N極とS極とが交互に等間隔に前記配列方向に配列されている複数の第1の磁石を備える第1の磁石部と、前記第1の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第1の磁気センサであって、前記第1の磁石が生じさせている磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を出力する第1の磁気センサと、前記第1の磁気センサから受信した信号に基づいて電気角を算出する電気角算出部と、前記配列方向における前記可動子の可動範囲を複数に分けた区間それぞれを一意に識別させる複数の第2の磁石であって前記配列方向に等間隔に配列されている複数の第2の磁石を備える第2の磁石部と、前記第2の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第2の磁気センサであって、前記第2の磁石が生じさせている磁界の磁束密度に応じた信号を出力する第2の磁気センサと、前記第2の磁気センサから受信した信号に基づいて前記電機子が位置している前記区間を検出する区間検出部と、前記区間検出部が検出した区間と、前記電気角算出部が算出した電気角とに基づいて、前記可動範囲における前記可動子の位置を算出する位置算出部とを備えることを特徴とするリニアモータの制御装置である。   In order to solve the above problem, the present invention includes a driving magnet unit including a plurality of driving magnets in which N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals, and an armature including a plurality of coils. And either one of the armature or the driving magnet unit becomes a mover, and the mover generates a magnetic field generated by passing current through a plurality of coils provided in the armature, and the drive magnet. Is a linear motor control device that linearly moves in the arrangement direction in which the driving magnets are arranged by a magnetic field generated by the magnetic field, and N poles and S poles are alternately arranged in the arrangement direction at equal intervals. A first magnet unit including a plurality of first magnets, and a first magnetic sensor provided in the armature so as to face the first magnet unit, wherein the first magnet generates the first magnet unit. Output a signal corresponding to the detected magnetic field. A magnetic sensor, an electrical angle calculation unit that calculates an electrical angle based on a signal received from the first magnetic sensor, and a section in which the movable range of the movable element in the arrangement direction is divided into a plurality of sections. A plurality of second magnets, a second magnet part comprising a plurality of second magnets arranged at equal intervals in the arrangement direction, and the armature facing the second magnet part A second magnetic sensor provided for outputting a signal corresponding to the magnetic flux density of the magnetic field generated by the second magnet, and the second magnetic sensor received from the second magnetic sensor Based on a section detection unit that detects the section where the armature is located based on a signal, a section detected by the section detection unit, and an electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit, the movable range Calculate the position of the mover at A control system for a linear motor comprising: a position calculating unit that.

この発明によれば、リニアモータにおいて、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、固定子に対する可動子の絶対位置を検出することができる。   According to the present invention, in the linear motor, the absolute position of the mover relative to the stator can be detected without using an optical absolute encoder.

第1実施形態における制御装置を具備するリニアモータ装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the linear motor apparatus which comprises the control apparatus in 1st Embodiment. 同実施形態におけるMRセンサの原理を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principle of MR sensor in the same embodiment. 同実施形態におけるリニアモータの斜視図である。It is a perspective view of the linear motor in the same embodiment. 同施形態におけるリニアモータの正面図である。It is a front view of the linear motor in the embodiment. 同実施形態における可動子の移動方向に沿った断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing along the moving direction of the needle | mover in the same embodiment. 同実施形態におけるMRセンサ及びコイルと、駆動用磁石24との相対的な位置、並びにホールセンサと、スケール用磁石との相対的な位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relative position of MR sensor and a coil in the same embodiment, and the drive magnet 24, and the relative position of a Hall sensor and a scale magnet. 同実施形態における制御装置、固定子、及び可動子の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the control apparatus in the same embodiment, a stator, and a needle | mover. 同実施形態において、電機子の駆動用磁石に対する磁極位置θと、電気角算出部が算出する電気角αと、MRセンサから出力される信号と、及びコイルに印加する電圧との関係の一例を示すグラフである。In the embodiment, an example of the relationship among the magnetic pole position θ of the armature with respect to the driving magnet, the electrical angle α calculated by the electrical angle calculation unit, the signal output from the MR sensor, and the voltage applied to the coil. It is a graph to show. 同実施形態における制御装置が可動子の位置を算出する一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example in which the control apparatus in the embodiment calculates the position of a needle | mover. 第2実施形態における制御装置が可動子の位置を算出する一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example in which the control apparatus in 2nd Embodiment calculates the position of a needle | mover. 変形例のリニアモータ装置を示す図である。It is a figure which shows the linear motor apparatus of a modification.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による制御装置を説明する。   Hereinafter, a control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態における制御装置10を具備するリニアモータ装置1を示す概略図である。図示するように、リニアモータ装置1は、制御装置10と、リニアモータ20とを具備している。
制御装置10は、リニアモータ20を駆動させて制御をする装置である。リニアモータ20は、長尺の固定子21と、固定子21上を移動する可動子25と、固定子21及び可動子25を組み付ける一対の案内装置22、22を備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a linear motor device 1 including a control device 10 according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the linear motor device 1 includes a control device 10 and a linear motor 20.
The control device 10 is a device that controls the linear motor 20 by driving it. The linear motor 20 includes a long stator 21, a mover 25 that moves on the stator 21, and a pair of guide devices 22 and 22 for assembling the stator 21 and the mover 25.

案内装置22は、例えば、ボールを介して組みつけられた軌道レール23及びスライドブロック26から構成されている。案内装置22の軌道レール23は、固定子21が有するベース54に固定され、案内装置22のスライドブロック26は、可動子25に固定されている。これにより、可動子25は、固定子21上を軌道レール23に沿って自在に案内されるようになっている。   The guide device 22 includes, for example, a track rail 23 and a slide block 26 assembled via a ball. The track rail 23 of the guide device 22 is fixed to the base 54 of the stator 21, and the slide block 26 of the guide device 22 is fixed to the mover 25. Thereby, the mover 25 is freely guided along the track rail 23 on the stator 21.

また、固定子21は、一対の軌道レール23、23の間に並べられた複数の駆動用磁石24を備えている。複数の駆動用磁石24は、可動子25の移動方向(以下、移動方向という)において、N極及びS極の磁極が交互になるように並べられている。また、各駆動用磁石24は、移動方向において、同じ長さを有しており、可動子25の位置に関わらず一定の推力が得られるようになっている。   The stator 21 includes a plurality of driving magnets 24 arranged between the pair of track rails 23 and 23. The plurality of drive magnets 24 are arranged so that the N-pole and S-pole magnetic poles alternate in the moving direction of the mover 25 (hereinafter referred to as the moving direction). In addition, each drive magnet 24 has the same length in the moving direction, and a constant thrust can be obtained regardless of the position of the mover 25.

また、固定子21には、固定子21上における可動子25の位置する区間を識別するための複数のスケール用磁石31が、ベース54の側壁部に取り付けられている。スケール用磁石31により識別される区間は、可動子25の可動範囲を移動方向において等分した区間である。また、複数のスケール用磁石31は、それぞれが各区間に対応付けられている。
また、複数のスケール用磁石31は、N極とS極との磁極を交互にして、駆動用磁石24の配列方向に対し平行に、すなわち移動方向に並べられている。ここで、駆動用磁石24の配列方向に対し平行とは、各スケール用磁石31の中央を結ぶ直線が、配列方向を示す直線と平行なことである。
また、例えば、並べられた複数のスケール用磁石31の一端が、可動子25の位置を示す際の原点30となる。
A plurality of scale magnets 31 for identifying a section where the mover 25 is positioned on the stator 21 are attached to the side wall of the base 54. The section identified by the scale magnet 31 is a section obtained by equally dividing the movable range of the mover 25 in the movement direction. Each of the plurality of scale magnets 31 is associated with each section.
Further, the plurality of scale magnets 31 are arranged in parallel to the arrangement direction of the drive magnets 24, that is, in the moving direction, with the N and S poles alternately arranged. Here, “parallel to the arrangement direction of the drive magnets 24” means that a straight line connecting the centers of the scale magnets 31 is parallel to a straight line indicating the arrangement direction.
Further, for example, one end of the plurality of scale magnets 31 arranged becomes the origin 30 when the position of the mover 25 is indicated.

可動子25は、複数のコイルを有する電機子60と、移動対象を取り付けるテーブル53と、MR(Magnetoresitive Elements;磁気抵抗素子)センサ27と、ホールセンサ29とを備えている。
MRセンサ27は、固定子21に配置されている駆動用磁石24が生じさせる磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を制御装置10に出力する。具体的には、MRセンサ27は、駆動用磁石24が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置10に出力する。ホールセンサ29は、例えば、レベル出力タイプのホールセンサであり、スケール用磁石31が生じさせる磁界の磁束密度に応じた信号を制御装置10に出力する。また、MRセンサ27と、ホールセンサ29とは、移動方向において、原点30からの距離が等しくなるように可動子25に取り付けられている。
The mover 25 includes an armature 60 having a plurality of coils, a table 53 to which a moving object is attached, an MR (Magnetoresitive Elements) sensor 27, and a Hall sensor 29.
The MR sensor 27 detects a magnetic field generated by the driving magnet 24 disposed on the stator 21 and outputs a signal corresponding to the detected magnetic field to the control device 10. Specifically, the MR sensor 27 outputs a signal corresponding to the direction of the magnetic flux line of the magnetic field generated by the driving magnet 24 to the control device 10. The hall sensor 29 is, for example, a level output type hall sensor, and outputs a signal corresponding to the magnetic flux density of the magnetic field generated by the scale magnet 31 to the control device 10. The MR sensor 27 and the hall sensor 29 are attached to the mover 25 so that the distance from the origin 30 is equal in the movement direction.

図2は、本実施形態におけるMRセンサ27の原理を示す斜視図である。同図に示すように、シリコン(Si)又はガラス基板271と、その上に形成されたニッケル(Ni)、鉄(Fe)などの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で形成される磁気抵抗素子272とを有する。磁気抵抗素子272は、電流の流れる方向(Y軸方向)に対して、磁気抵抗素子272を通過する磁束の方向がなす角度に応じて、抵抗値が変化する。   FIG. 2 is a perspective view showing the principle of the MR sensor 27 in the present embodiment. As shown in the figure, it is formed of a ferromagnetic thin film metal of an alloy mainly composed of a silicon (Si) or glass substrate 271 and a ferromagnetic metal such as nickel (Ni) or iron (Fe) formed thereon. Magnetoresistive element 272. The resistance value of the magnetoresistive element 272 changes according to the angle formed by the direction of the magnetic flux passing through the magnetoresistive element 272 with respect to the direction of current flow (Y-axis direction).

MRセンサ27は、複数の磁気抵抗素子272を組み合わせて、2つのフルブリッジ回路を構成し、2つのフルブリッジ回路が45°の位相差を有する信号を出力するように配置されている。このように、特定の磁界方向で抵抗値が変化する素子を、AMR(Anisotropic Magneto-Resistance;異方性磁気抵抗素子)センサという(参考文献:「垂直タイプMRセンサ技術資料」、[online]、2005年10月1日、浜松光電株式会社、「2010年5月6日検索」、インターネット<URL;http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf>)。   The MR sensor 27 is configured so that a plurality of magnetoresistive elements 272 are combined to form two full bridge circuits, and the two full bridge circuits output a signal having a phase difference of 45 °. Thus, an element whose resistance value changes in a specific magnetic field direction is referred to as an AMR (Anisotropic Magneto-Resistance) sensor (reference document: “Vertical type MR sensor technical document”, [online], October 1, 2005, Hamamatsu Photoelectric Co., Ltd., “May 6, 2010 search”, Internet <URL; http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf>).

図1に戻って、制御装置10は、MRセンサ27が出力する信号と、ホールセンサ29が出力する信号とに基づいて、固定子21上における可動子25の位置を算出する。また、制御装置10は、算出した可動子25の位置と、外部より入力される位置指令情報とに応じて、電機子60が有している複数のコイルに電流を流す。これにより、複数のコイルに生じる磁界と、固定子21に配置されている駆動用磁石24により生じる磁界との作用により、可動子25を軌道レール23に沿って駆動させる。   Returning to FIG. 1, the control device 10 calculates the position of the mover 25 on the stator 21 based on the signal output from the MR sensor 27 and the signal output from the Hall sensor 29. Moreover, the control apparatus 10 sends an electric current through the some coil which the armature 60 has according to the calculated position of the needle | mover 25 and the position command information input from the outside. Accordingly, the mover 25 is driven along the track rail 23 by the action of the magnetic field generated in the plurality of coils and the magnetic field generated by the driving magnet 24 disposed in the stator 21.

図3、図4を用いて、本実施形態におけるリニアモータ20の構成を説明する。
図3は、本実施形態におけるリニアモータ20の斜視図(テーブル53の断面を含む)である。図4は、本実施形態におけるリニアモータ20の正面図である。
リニアモータ20は、上述のように、N極又はS極が着磁されている複数の板状の駆動用磁石24を備えている固定子21に対して、可動子25が相対的に直線運動をするフラットタイプのリニアモータである。可動子25に備えられている電機子60は、駆動用磁石24とすきまgを介して対向している。
A configuration of the linear motor 20 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a perspective view of the linear motor 20 in this embodiment (including the cross section of the table 53). FIG. 4 is a front view of the linear motor 20 in the present embodiment.
As described above, in the linear motor 20, the mover 25 is linearly moved relative to the stator 21 having a plurality of plate-like drive magnets 24 magnetized with N or S poles. This is a flat type linear motor. The armature 60 provided in the mover 25 is opposed to the driving magnet 24 via the gap g.

固定子21が有する細長く伸びているベース54上には、上述の複数の駆動用磁石24が、移動方向に一列に配列されている。ベース54は、底壁部54aと、底壁部54aの幅方向の両側に設けられている一対の側壁部54bとから構成されている。底壁部54aには、上述の複数の駆動用磁石24が取り付けられている。   The plurality of driving magnets 24 described above are arranged in a row in the moving direction on the elongated base 54 of the stator 21. The base 54 includes a bottom wall portion 54a and a pair of side wall portions 54b provided on both sides in the width direction of the bottom wall portion 54a. The plurality of driving magnets 24 described above are attached to the bottom wall portion 54a.

各駆動用磁石24には、移動方向と直交する方向(図4において上下方向)の両端面にN極及びS極が形成されている。複数の駆動用磁石24は、それぞれが隣接する一対の駆動用磁石24に対して磁極を反転させた状態で並べられている。これにより、可動子25に取り付けられているMRセンサ27に対し、可動子25が移動した際に、駆動用磁石24のN極とS極との磁極が交互に対向するようになっている。   Each drive magnet 24 has an N pole and an S pole formed on both end faces in a direction (vertical direction in FIG. 4) perpendicular to the moving direction. The plurality of drive magnets 24 are arranged in a state where the magnetic poles are reversed with respect to a pair of adjacent drive magnets 24. Thereby, when the mover 25 moves with respect to the MR sensor 27 attached to the mover 25, the magnetic poles of the N pole and the S pole of the drive magnet 24 are alternately opposed.

ベース54の一方の側壁部54bには、上述の複数のスケール用磁石31が取り付けられている。各スケール用磁石31は、移動方向と直交する方向(図4において左右方向)の両端面にN極及びS極が形成されている。複数のスケール用磁石31は、それぞれが隣接する一対のスケール用磁石31に対して磁極を反転させた状態で並べられている。これにより、可動子25にブラケット55を介して取り付けられているホールセンサ29に対し、可動子25が移動した際に、スケール用磁石31のN極とS極との磁極が交互に対向するようになっている。   The plurality of scale magnets 31 described above are attached to one side wall 54 b of the base 54. Each of the scale magnets 31 has an N pole and an S pole formed on both end faces in a direction orthogonal to the moving direction (left and right direction in FIG. 4). The plurality of scale magnets 31 are arranged in a state in which the magnetic poles are reversed with respect to a pair of adjacent scale magnets 31. Thereby, when the mover 25 moves with respect to the Hall sensor 29 attached to the mover 25 via the bracket 55, the N pole and the S pole of the scale magnet 31 are alternately opposed to each other. It has become.

ベース54の側壁部54bの上面には、案内装置22の軌道レール23が取り付けられている。軌道レール23には、上述したように、スライドブロック26がスライド可能に組み付けられている。軌道レール23と、スライドブロック26との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在されている(図示せず)。スライドブロック26には、複数のボールを循環させるためのトラック状のボール循環経路が設けられている。軌道レール23に対して、スライドブロック26がスライドすると、複数のボールがこれらの間を転がり運動し、また複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック26の円滑な直線運動が可能になる。   The track rail 23 of the guide device 22 is attached to the upper surface of the side wall 54b of the base 54. As described above, the slide block 26 is slidably assembled to the track rail 23. A plurality of balls are interposed between the track rail 23 and the slide block 26 so as to allow rolling motion (not shown). The slide block 26 is provided with a track-shaped ball circulation path for circulating a plurality of balls. When the slide block 26 slides with respect to the track rail 23, a plurality of balls roll and move between them, and the plurality of balls circulate in the ball circulation path. Thereby, the smooth linear motion of the slide block 26 is attained.

案内装置22のスライドブロック26の上面には、可動子25のテーブル53が取り付けられている。テーブル53は、例えば、アルミニウムなどの非磁性素材からなり、移動対象が取り付けられる。テーブル53の下面には、電機子60が吊り下げられている。図4の正面図に示されるように、駆動用磁石24と電機子60との間には、すきまgが設けられている。案内装置22は、電機子60が駆動用磁石24に対して相対的に移動するときも、このすきまgを一定に維持する。   A table 53 of the mover 25 is attached to the upper surface of the slide block 26 of the guide device 22. The table 53 is made of, for example, a nonmagnetic material such as aluminum, and a moving object is attached to the table 53. An armature 60 is suspended from the lower surface of the table 53. As shown in the front view of FIG. 4, a gap g is provided between the driving magnet 24 and the armature 60. The guide device 22 maintains the clearance g constant even when the armature 60 moves relative to the drive magnet 24.

図5は、本実施形態における可動子25の移動方向に沿った断面図を示す図である。
テーブル53の下面には、断熱材63を介して電機子60が取り付けられている。電機子60は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア64と、上述した複数のコイルであり、コア64の突極64u、64v、64wに巻かれるコイル28u、28v、28wとを有している。コイル28u、28v、28wそれぞれには、位相差を有する三相交流が制御装置10から供給される。突極64u、64v、64wに3つのコイル28u、28v、28wを巻いた後、3つのコイル28u、28v、28wは、樹脂封止される。
また、テーブル53の下面には、電機子60を挟んで一対の補助コア67が取り付けられている。補助コア67は、リニアモータ20に発生するコギングを低減するために設けられている。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the moving direction of the mover 25 in the present embodiment.
An armature 60 is attached to the lower surface of the table 53 via a heat insulating material 63. The armature 60 includes a core 64 made of a magnetic material such as silicon steel, and the above-described plurality of coils, and coils 28u, 28v, and 28w wound around the salient poles 64u, 64v, and 64w of the core 64. . A three-phase alternating current having a phase difference is supplied from the control device 10 to each of the coils 28u, 28v, 28w. After winding the three coils 28u, 28v, 28w around the salient poles 64u, 64v, 64w, the three coils 28u, 28v, 28w are sealed with resin.
A pair of auxiliary cores 67 are attached to the lower surface of the table 53 with the armature 60 interposed therebetween. The auxiliary core 67 is provided to reduce cogging generated in the linear motor 20.

図6は、本実施形態におけるMRセンサ27及びコイル28u、28v、28wと、駆動用磁石24との相対的な位置、並びにホールセンサ29と、スケール用磁石31との相対的な位置を示す模式図である。
固定子21には、上述したように、ベース54の底壁部54a上に、MRセンサ27に対しN極を向けて配置されている駆動用磁石24Nと、MRセンサ27に対しS極を向けて配置されている駆動用磁石24Sとが、移動方向に交互に配列されている。可動子25において、コイル28u、28v、28wは、固定子21に配置された駆動用磁石24と対向するように、移動方向に配列されている。
また、MRセンサ27は、各駆動用磁石24の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、MRセンサ27を駆動用磁石24が生じさせる磁界の最も強い位置を通過させることができる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the relative positions of the MR sensor 27 and the coils 28u, 28v, 28w and the driving magnet 24 and the relative positions of the Hall sensor 29 and the scale magnet 31 in the present embodiment. FIG.
As described above, on the stator 21, the driving magnet 24 </ b> N disposed on the bottom wall portion 54 a of the base 54 with the N pole facing the MR sensor 27, and the S pole facing the MR sensor 27. The drive magnets 24S arranged in a row are alternately arranged in the movement direction. In the mover 25, the coils 28 u, 28 v, 28 w are arranged in the movement direction so as to face the driving magnet 24 disposed in the stator 21.
The MR sensor 27 is attached at a position passing through the center of each driving magnet 24 and passing on a straight line parallel to the moving direction. As a result, the MR sensor 27 can pass through the position where the magnetic field generated by the drive magnet 24 is strongest.

また、固定子21には、上述したように、ベース54の移動方向においてN極とS極との磁極が交互になるようにスケール用磁石31がベース54の側壁部54bに並べて配置されている。ホールセンサ29は、スケール用磁石31が生じさせる磁界の最も強い位置を通過するように、各スケール用磁石31の中央部に対向する位置に配置されている。
また、スケール用磁石31のベース54の移動方向における長さ(寸法)は、駆動用磁石24の移動方向における長さの半分である。
Further, as described above, in the stator 21, the scale magnet 31 is arranged side by side on the side wall part 54 b of the base 54 so that the magnetic poles of the N pole and the S pole alternate in the moving direction of the base 54. . The hall sensor 29 is disposed at a position facing the central portion of each scale magnet 31 so as to pass through the position where the magnetic field generated by the scale magnet 31 is the strongest.
Further, the length (dimension) of the scale magnet 31 in the moving direction of the base 54 is half of the length of the driving magnet 24 in the moving direction.

図7は、本実施形態における制御装置10、固定子21、及び可動子25の構成を示す概略ブロック図である。図示するように、制御装置10は、制御部11と、駆動部12と、電気角算出部13と、区間検出部14と、位置算出部15とを備えている。
また、固定子21は、上述したように、スケール用磁石31と、駆動用磁石24とを備えている。また、可動子25は、駆動用磁石24に対向して配置されているコイル28u、28v、28w及びMRセンサ27と、ホールセンサ29とを備えている。
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the control device 10, the stator 21, and the mover 25 in the present embodiment. As illustrated, the control device 10 includes a control unit 11, a drive unit 12, an electrical angle calculation unit 13, a section detection unit 14, and a position calculation unit 15.
In addition, the stator 21 includes the scale magnet 31 and the drive magnet 24 as described above. The mover 25 includes coils 28 u, 28 v, 28 w and an MR sensor 27 that are disposed to face the drive magnet 24, and a hall sensor 29.

制御部11は、外部より入力される位置指令情報と、電気角算出部13が算出する電気角と、位置算出部15が算出する可動子25の位置とに基づいて、可動子25を移動させるためにコイル28u、28v、28wそれぞれに流す電流値を示す電流指令値を算出し、算出した電流指令値を駆動部12に出力する。
駆動部12は、制御部11の制御に基づいて、リニアモータ20を駆動するモータドライバである。駆動部12は、制御部11から入力される電流指令値に基づいて、コイル28u、28v、28wに電圧を印加する。
The control unit 11 moves the mover 25 based on position command information input from the outside, the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13, and the position of the mover 25 calculated by the position calculation unit 15. Therefore, a current command value indicating a current value flowing through each of the coils 28u, 28v, 28w is calculated, and the calculated current command value is output to the drive unit 12.
The drive unit 12 is a motor driver that drives the linear motor 20 based on the control of the control unit 11. The drive unit 12 applies a voltage to the coils 28u, 28v, 28w based on the current command value input from the control unit 11.

電気角算出部13は、MRセンサ27から入力される2つの信号に基づいて、可動子25に備えられている電機子60の駆動用磁石24に対する電気角を算出する。ここで、MRセンサ27から入力される2つの信号は、正弦波信号と、正弦波信号に対して45°の位相差を有する余弦波信号とである。区間検出部14は、ホールセンサ29から入力される信号に基づいて、固定子21上における可動子25が、軌道レール23上において位置する区間を検出する。例えば、区間検出部14には、ホールセンサ29が出力する信号のレベルと、各区間を示す情報とが対応して予め記憶されており、入力された信号のレベルに対応する区間を示す情報を読み出すことにより、可動子25が位置する区間を検出する。
位置算出部15は、電気角算出部13が算出する電気角と、区間検出部14が検出する区間とに基づいて可動子25の位置を算出する。
The electrical angle calculation unit 13 calculates the electrical angle of the armature 60 provided in the mover 25 with respect to the driving magnet 24 based on the two signals input from the MR sensor 27. Here, the two signals input from the MR sensor 27 are a sine wave signal and a cosine wave signal having a phase difference of 45 ° with respect to the sine wave signal. The section detection unit 14 detects a section where the movable element 25 on the stator 21 is positioned on the track rail 23 based on a signal input from the hall sensor 29. For example, in the section detection unit 14, the level of the signal output from the hall sensor 29 and information indicating each section are stored in advance, and information indicating the section corresponding to the level of the input signal is stored. By reading, the section where the mover 25 is located is detected.
The position calculation unit 15 calculates the position of the mover 25 based on the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13 and the section detected by the section detection unit 14.

図8は、本実施形態において、可動子25に備えられている電機子60の駆動用磁石24に対する磁極位置θと、電気角算出部13が算出する電気角αと、MRセンサ27から出力される2つの信号と、及びコイル28u、28v、28wに印加する電圧との関係の一例を示すグラフである。同図において、横軸は電機子60の駆動用磁石24に対する磁極位置θ及び電気角αを示し、縦軸はMRセンサ27が出力する正弦波信号Ssin及び余弦波信号Scos、並びに駆動部12がコイル28u、28v、28wそれぞれに印加する電圧Vu、Vv、Vwを示している。なお、縦軸方向において、正弦波信号Ssin及び余弦波信号Scosと、電圧Vu、Vv、Vwとそれぞれの値は、最大値により正規化された値が示されている。   FIG. 8 shows the magnetic pole position θ of the armature 60 provided in the mover 25 with respect to the driving magnet 24, the electrical angle α calculated by the electrical angle calculator 13, and the MR sensor 27 in this embodiment. 2 is a graph showing an example of a relationship between two signals and voltages applied to coils 28u, 28v, and 28w. In the figure, the horizontal axis indicates the magnetic pole position θ and the electrical angle α with respect to the driving magnet 24 of the armature 60, and the vertical axis indicates the sine wave signal Ssin and cosine wave signal Scos output from the MR sensor 27, and the driving unit 12. The voltages Vu, Vv, and Vw applied to the coils 28u, 28v, and 28w are shown. In the vertical axis direction, the sine wave signal Ssin and the cosine wave signal Scos, and the voltages Vu, Vv, and Vw are values normalized by the maximum values.

MRセンサ27は、対向する駆動用磁石24が発生させる磁界の磁束の向きに応じた、正弦波信号Ssin及び余弦波信号Scosを出力する。また、MRセンサ27は、対向する駆動用磁石24の磁極がN極、S極、N極の順に変化すると、駆動用磁石24それぞれにより発生される磁束の向きの変化に応じた2周期分の正弦波信号(Ssin)及び余弦波信号(Scos)を出力する。つまり、180°の位相差がある磁極位置に可動子25の電機子60が位置するとき、それぞれの磁極位置において、MRセンサ27から出力される正弦波信号の値は同じ値となると共に、余弦波信号の値も同じ値となる。
また、電気角算出部13は、正弦波信号Ssinのレベルと、余弦波信号Scosのレベルとに基づいて、電気角αを算出する。具体的には、電気角算出部13は、(正弦波信号Ssinのレベル)/(余弦波信号Scosのレベル)に対してarctan(アークタンジェント)を算出することにより、電気角αを算出する。
The MR sensor 27 outputs a sine wave signal Ssin and a cosine wave signal Scos in accordance with the direction of the magnetic flux generated by the opposing drive magnet 24. Further, when the magnetic poles of the opposing driving magnet 24 change in order of N pole, S pole, and N pole, the MR sensor 27 corresponds to two cycles corresponding to the change in the direction of the magnetic flux generated by each of the driving magnets 24. A sine wave signal (Ssin) and a cosine wave signal (Scos) are output. That is, when the armature 60 of the mover 25 is positioned at a magnetic pole position having a phase difference of 180 °, the value of the sine wave signal output from the MR sensor 27 becomes the same value at each magnetic pole position, and the cosine. The value of the wave signal is also the same value.
Further, the electrical angle calculation unit 13 calculates the electrical angle α based on the level of the sine wave signal Ssin and the level of the cosine wave signal Scos. Specifically, the electrical angle calculation unit 13 calculates the electrical angle α by calculating arctan (arc tangent) with respect to (level of the sine wave signal Ssin) / (level of the cosine wave signal Scos).

また、同図は、磁極位置θ及び電気角αに応じたコイル28u、28v、28wに対応する励磁パターンを示している。励磁パターンは、磁極位置θに対応した、コイル28u、28v、28wそれぞれに印加する電圧Vu、Vv、Vwの比である。また、制御部11には、同図に示す励磁パターンが磁極位置に対応付けられて記憶されている。そして、制御部11は、位置算出部15が算出する位置と、電気角算出部13が算出する電気角とから磁極位置θを算出し、算出した磁極位置θに対応する励磁パターンに基づいて、コイル28u、28v、28wに印加する電流値を算出し、算出した電流値を示す電流指令値を駆動部12に出力する。   The figure also shows excitation patterns corresponding to the coils 28u, 28v, 28w corresponding to the magnetic pole position θ and the electrical angle α. The excitation pattern is a ratio of voltages Vu, Vv, and Vw applied to the coils 28u, 28v, and 28w corresponding to the magnetic pole position θ. Further, the control unit 11 stores the excitation pattern shown in the figure in association with the magnetic pole position. Then, the control unit 11 calculates the magnetic pole position θ from the position calculated by the position calculation unit 15 and the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13, and based on the excitation pattern corresponding to the calculated magnetic pole position θ, A current value applied to the coils 28 u, 28 v, 28 w is calculated, and a current command value indicating the calculated current value is output to the drive unit 12.

図9は、本実施形態における制御装置10が可動子25の位置を算出する一例を説明するための図である。図9(a)には、駆動用磁石24と、スケール用磁石31(31−N1、31−S1、…)と、MRセンサ27及びホールセンサ29が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。
また、図9(a)には、スケール用磁石31(31−N1、31−S1、…)の配置と、ホールセンサ29が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。同図において、横軸は可動子25の位置を示し、縦軸はホールセンサ29が出力する信号のレベルが示されている。また、図9(a)には、電気角算出部13が算出する電気角に対する正弦波が示されている。
同図において、駆動用磁石24の磁極間ピッチは、10mmに設定され、スケール用磁石31の磁極間ピッチは、駆動用磁石24の磁極間ピッチに対して半分の5mmに設定されている。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example in which the control device 10 according to the present embodiment calculates the position of the mover 25. In FIG. 9A, the drive magnet 24, the scale magnet 31 (31-N1, 31-S1,...), And the levels of signals output from the MR sensor 27 and the Hall sensor 29 are shown in association with each other. Has been.
9A shows the arrangement of the scale magnets 31 (31-N1, 31-S1,...) And the level of the signal output from the hall sensor 29 in association with each other. In the figure, the horizontal axis indicates the position of the mover 25, and the vertical axis indicates the level of the signal output from the hall sensor 29. FIG. 9A shows a sine wave with respect to the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13.
In the figure, the pitch between the magnetic poles of the drive magnet 24 is set to 10 mm, and the pitch between the magnetic poles of the scale magnet 31 is set to 5 mm, which is half of the pitch between the magnetic poles of the drive magnet 24.

また、同図において、スケール用磁石31のうち、ホールセンサ29に対向する面の磁極がN極であるスケール用磁石31−N1、31−N2、31−N3…は、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点30から順に単調減少するように並べられている。また、スケール用磁石31のうち、ホールセンサ29に対向する面の磁極がS極であるスケール用磁石31−S1、31−S2、31−S3、…は、同様に、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点30から順に単調減少するように並べられている。すなわち、スケール用磁石31は、区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なる。   In the same figure, among the magnets for scale 31, the magnets for scale 31-N1, 31-N2, 31-N3, etc., whose magnetic poles on the surface facing the hall sensor 29 are N poles, all have their respective magnetic flux densities. In contrast, the magnetic flux densities are arranged so as to monotonously decrease in order from the origin 30. Further, among the scale magnets 31, the scale magnets 31 -S 1, 31 -S 2, 31 -S 3,... Whose magnetic poles on the surface facing the hall sensor 29 are S poles have the same magnetic flux density. In contrast, the magnetic flux densities are arranged so as to monotonously decrease in order from the origin 30. That is, the scale magnet 31 has a different combination of the polarity of each magnetic pole and the magnetic flux density for each section.

更に、原点30から奇数番目の区間における電気角αは0°≦α≦180°になり、偶数番目の区間における電気角αは、180°≦α<360°になる位置に各スケール用磁石31(31−N1、31−S1、…)が駆動用磁石24に対して配置されている。すなわち、各スケール用磁石31が示す区間が原点30から奇数番目であるか、偶数番目であるかに応じて、位置算出部15は、電気角算出部13が算出する電気角を0°として扱う場合と、360°として扱う場合とを区別している。   Further, the electrical angle α in the odd-numbered section from the origin 30 is 0 ° ≦ α ≦ 180 °, and the electrical angle α in the even-numbered section is at a position where 180 ° ≦ α <360 °. (31-N1, 31-S1,...) Are arranged with respect to the drive magnet 24. That is, the position calculation unit 15 treats the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13 as 0 ° depending on whether the section indicated by each scale magnet 31 is an odd number or an even number from the origin 30. And the case of handling as 360 ° are distinguished.

また、図9(b)は、スケール用磁石31(31−N1、31−S1、…)の配列を示す斜視図である。図示するように、スケール用磁石31(31−N1、31−S1、…)は、ホールセンサ29が通過する側の磁極が、N極とS極と交互になるように配列されている。   Moreover, FIG.9 (b) is a perspective view which shows the arrangement | sequence of the magnet 31 for a scale (31-N1, 31-S1, ...). As shown, the scale magnets 31 (31-N1, 31-S1,...) Are arranged so that the magnetic poles on the side through which the Hall sensor 29 passes are alternately N and S poles.

MRセンサ27と、ホールセンサ29とが図9(a)に示す位置Cにある場合、制御装置10は、以下のように、可動子25の位置を算出する。   When the MR sensor 27 and the hall sensor 29 are at the position C shown in FIG. 9A, the control device 10 calculates the position of the mover 25 as follows.

電気角算出部13は、MRセンサ27が出力する正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、電気角αを算出する。このとき、電気角算出部13が算出する電気角αは、図8に示したように、0°(あるいは、360°)となる。
区間検出部14は、ホールセンサ29が出力する信号のレベルより、ホールセンサ29が原点30から5(L=5)番目の第5の区間に位置していることを検出する。
The electrical angle calculator 13 calculates the electrical angle α based on the sine wave signal and the cosine wave signal output from the MR sensor 27. At this time, the electrical angle α calculated by the electrical angle calculation unit 13 is 0 ° (or 360 °) as shown in FIG.
The section detection unit 14 detects from the level of the signal output from the hall sensor 29 that the hall sensor 29 is located in the fifth (L = 5) fifth section from the origin 30.

位置算出部15は、区間検出部14が検出する区間が原点30から奇数番目の場合、次式(1)を用いて、MRセンサ27及びホールセンサ29の原点30からの移動方向における距離を算出する。また、位置算出部15は、区間検出部14が検出する区間が原点30から偶数番目の場合、次式(2)を用いて、距離を算出する。ここで、Lは、区間検出部14が検出した区間が、原点30から何番目の区間であるかを示す。   When the interval detected by the interval detector 14 is an odd number from the origin 30, the position calculator 15 calculates the distance in the moving direction of the MR sensor 27 and the hall sensor 29 from the origin 30 using the following equation (1). To do. Further, when the section detected by the section detection unit 14 is an even number from the origin 30, the position calculation unit 15 calculates the distance using the following equation (2). Here, L indicates the number of the section detected by the section detection unit 14 from the origin 30.

(原点からの距離)=(駆動用磁石24の磁極ピッチ)÷2×(L−1)
+(駆動用磁石24の磁極ピッチ)×(電気角α)÷360 …(1)
(原点からの距離)=(駆動用磁石24の磁極ピッチ)÷2×(L−2)
+(駆動用磁石24の磁極ピッチ)×(電気角α)÷360 …(2)
(Distance from origin) = (Magnetic pole pitch of drive magnet 24) ÷ 2 × (L−1)
+ (Magnetic pole pitch of driving magnet 24) × (electrical angle α) ÷ 360 (1)
(Distance from origin) = (Magnetic pole pitch of drive magnet 24) ÷ 2 × (L−2)
+ (Magnetic pole pitch of drive magnet 24) × (electrical angle α) ÷ 360 (2)

したがって、位置算出部15は、図9(a)における位置Cの原点30からの距離を次式(3)のように、20mmと算出する。
(位置Cの距離)=10÷2×(5−1)+10×0÷360=20 …(3)
Therefore, the position calculation unit 15 calculates the distance from the origin 30 at the position C in FIG. 9A as 20 mm as shown in the following equation (3).
(Distance at position C) = 10 ÷ 2 × (5-1) + 10 × 0 ÷ 360 = 20 (3)

また、区間検出部14が図9(a)における位置Cを4番目の区間であると検出した場合、位置算出部15は、位置Cの原点30からの距離を次式(4)のように、20mmと算出する。
(位置Cの距離)=10÷2×(4−2)+10×360÷360=20 …(4)
When the section detection unit 14 detects that the position C in FIG. 9A is the fourth section, the position calculation unit 15 calculates the distance from the origin 30 of the position C as shown in the following equation (4). , 20 mm.
(Distance at position C) = 10 ÷ 2 × (4-2) + 10 × 360 ÷ 360 = 20 (4)

以上のように、制御装置10において、区間検出部14がホールセンサ29から出力される信号に基づいて可動子25の可動範囲における区間を検出し、電気角算出部13がMRセンサ27から出力される信号に基づいて各区間における電気角を算出する。そして、位置算出部15は、区間検出部14が検出した区間と、電気角算出部13が算出した電気角とに基づいて、上記の式(1)又は式(2)により、可動子25に備えられたMRセンサ27及びホールセンサ29の位置を算出する。
これにより、光学式のアブソリュートエンコーダを用いずに、固定子21に対する可動子25の絶対位置を検出することができる。
As described above, in the control device 10, the section detection unit 14 detects the section in the movable range of the mover 25 based on the signal output from the hall sensor 29, and the electrical angle calculation unit 13 is output from the MR sensor 27. The electrical angle in each section is calculated based on the signal. Then, the position calculation unit 15 applies the mover 25 to the mover 25 according to the above formula (1) or formula (2) based on the section detected by the section detection unit 14 and the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13. The positions of the MR sensor 27 and the hall sensor 29 provided are calculated.
As a result, the absolute position of the mover 25 relative to the stator 21 can be detected without using an optical absolute encoder.

また、本実施形態では、上述のように、スケール用磁石31を設けて絶対位置を検出する構成とした。これにより、スケール用磁石31は、駆動用磁石24を製造する技術を流用することができ、安価に製造することができるので、光学式のアブソリュートエンコーダを用いる場合に比べ、可動子25の絶対位置を検出する機能を安価に実現することができる。また、駆動用磁石24を絶対値検出に用いることで、絶対位置検出のために要するコストを削減することができる。   In this embodiment, as described above, the scale magnet 31 is provided to detect the absolute position. As a result, the scale magnet 31 can utilize the technology for manufacturing the drive magnet 24 and can be manufactured at a low cost. Therefore, the absolute position of the mover 25 can be compared with the case where an optical absolute encoder is used. It is possible to realize the function of detecting Further, by using the driving magnet 24 for absolute value detection, the cost required for absolute position detection can be reduced.

また、本実施形態では、各スケール用磁石31の間の磁極ピッチを、各駆動用磁石24の間の磁極ピッチの半分にする構成とした。
これにより、ホールセンサ29が、並べられているスケール用磁石31の境界に対向した位置にある場合において、区間検出部14が、取り得る2つの区間のいずれを検出したとしても、位置算出部15は、電気角算出部13が算出する電気角に基づいて、原点30からの正しい距離(絶対位置)を算出することができる。
In this embodiment, the magnetic pole pitch between the scale magnets 31 is set to be half the magnetic pole pitch between the drive magnets 24.
As a result, when the hall sensor 29 is located at a position facing the boundary of the arranged scale magnets 31, the position detector 15 detects any one of the two possible sections. Can calculate the correct distance (absolute position) from the origin 30 based on the electrical angle calculated by the electrical angle calculator 13.

また、本実施形態では、スケール用磁石31は、N極とS極との磁極が移動方向において交互に並べられ、区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なるようにした。
これにより、磁極の極性と磁束密度との組合せを各区間に対応付けることができ、磁束密度のみで区間を識別する場合に比べ、2倍(N極とS極と)の区間を表すことができる。あるいは、磁束密度のみで区間を識別する場合に比べ、各スケール用磁石31における磁束密度の差の間隔を2倍にして、区間検出部14の検出精度の低下を防ぐことができる。
In the present embodiment, the scale magnet 31 is configured such that the magnetic poles of the N pole and the S pole are alternately arranged in the moving direction, and the combination of the polarity of each magnetic pole and the magnetic flux density is different for each section.
Thereby, the combination of the polarity of the magnetic pole and the magnetic flux density can be associated with each section, and compared to the case where the section is identified only by the magnetic flux density, the section twice (N pole and S pole) can be represented. . Or compared with the case where a section is identified only by magnetic flux density, the interval of the difference of the magnetic flux density in each magnet 31 for a scale can be doubled, and the fall of the detection accuracy of the section detection part 14 can be prevented.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態におけるリニアモータ装置は、スケール用磁石が有する磁石のホールセンサ29に対向する磁極をN極又はS極のいずれか一方のみである点が、第1実施形態におけるリニアモータ装置1と異なる。以下、スケール用磁石の配置について説明し、他の構成は、第1実施形態と同じであるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
The linear motor device according to the second embodiment of the present invention is that the magnetic pole facing the hall sensor 29 of the magnet of the scale magnet is only one of the N pole and the S pole. Different from device 1. Hereinafter, the arrangement of the magnets for scale will be described, and other configurations are the same as those in the first embodiment, so the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

図10は、第2実施形態における制御装置10が可動子25の位置を算出する一例を説明するための図である。また、図10(a)は、スケール用磁石31A(31A−N1、31A−N2、31A−N3、…)は、ホールセンサ29に対して、N極のみが対向するように配置されている場合を例にして示している。
また、図10(a)には、スケール用磁石31A(31A−N1、31A−N2、31A−N3、…)の配置と、ホールセンサ29が出力する信号のレベルとが対応付けて示されている。同図において、横軸は可動子25の位置を示し、縦軸はホールセンサ29が出力する信号のレベルが示されている。また、図10(a)には、電気角算出部13が算出する電気角に対する正弦波が示されている。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which the control device 10 according to the second embodiment calculates the position of the mover 25. FIG. 10A shows a case where the scale magnet 31A (31A-N1, 31A-N2, 31A-N3,...) Is arranged so that only the N pole faces the hall sensor 29. Is shown as an example.
FIG. 10A shows the arrangement of the scale magnets 31A (31A-N1, 31A-N2, 31A-N3,...) And the level of the signal output from the hall sensor 29 in association with each other. Yes. In the figure, the horizontal axis indicates the position of the mover 25, and the vertical axis indicates the level of the signal output from the hall sensor 29. FIG. 10A shows a sine wave with respect to the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13.

同図において、駆動用磁石24の磁極間ピッチは、10mmに設定され、スケール用磁石31の磁極間ピッチは、駆動用磁石24の磁極間ピッチに対して半分の5mmに設定されている。
また、同図において、スケール用磁石31A−N1、31A−N2、…は、それぞれの磁束密度が全て異なり、磁束密度が原点30から順に単調減少するように並べられている。
In the figure, the pitch between the magnetic poles of the drive magnet 24 is set to 10 mm, and the pitch between the magnetic poles of the scale magnet 31 is set to 5 mm, which is half of the pitch between the magnetic poles of the drive magnet 24.
Further, in the drawing, the scale magnets 31A-N1, 31A-N2,... Are arranged so that the magnetic flux densities thereof are all different and the magnetic flux densities are monotonously decreased in order from the origin 30.

更に、原点30から奇数番目の区間における電気角αは0°≦α≦180°になり、偶数番目の区間における電気角αは、180°≦α<360°になる位置に各スケール用磁石31が駆動用磁石24に対して配置されている。すなわち、各スケール用磁石31A(31A−N1、31A−N2、…)が示す区間が原点30から奇数番目であるか、偶数番目であるかに応じて、位置算出部15は、第1実施形態と同様に、電気角算出部13が算出する電気角を0°として扱う場合と、360°として扱う場合とを区別している。   Further, the electrical angle α in the odd-numbered section from the origin 30 is 0 ° ≦ α ≦ 180 °, and the electrical angle α in the even-numbered section is at a position where 180 ° ≦ α <360 °. Is arranged with respect to the drive magnet 24. That is, the position calculation unit 15 determines whether the section indicated by each scale magnet 31A (31A-N1, 31A-N2,...) Is odd-numbered or even-numbered from the origin 30 according to the first embodiment. Similarly, the case where the electrical angle calculated by the electrical angle calculation unit 13 is treated as 0 ° is distinguished from the case where it is treated as 360 °.

また、図10(b)は、スケール用磁石31A(31A−N1、31A−N2、…)の配列を示す斜視図である。図示するように、スケール用磁石31A(31A−N1、31A−N2、…)は、ホールセンサ29が通過する側の磁極が、N極になるように配列されている。   FIG. 10B is a perspective view showing the arrangement of the scale magnets 31A (31A-N1, 31A-N2,...). As illustrated, the scale magnets 31A (31A-N1, 31A-N2,...) Are arranged such that the magnetic poles on the side through which the Hall sensor 29 passes are N poles.

MRセンサ27と、ホールセンサ29とが図10(a)に示す位置Dにある場合、制御装置10は、以下のように、可動子25の位置を算出する。
電気角算出部13が算出する電気角αは、図8に示したように、180°となる。また、区間検出部14は、原点30から5(L=5)番目の第5の区間を検出する。
そして、位置算出部15は、上記の式(1)により、位置Dを次式(5)のように算出する。
When the MR sensor 27 and the hall sensor 29 are at the position D shown in FIG. 10A, the control device 10 calculates the position of the mover 25 as follows.
The electrical angle α calculated by the electrical angle calculation unit 13 is 180 ° as shown in FIG. In addition, the section detection unit 14 detects a fifth (L = 5) th fifth section from the origin 30.
And the position calculation part 15 calculates the position D like following Formula (5) by said Formula (1).

(位置Dの距離)=10÷2×(5−1)+10×180÷360=25 …(5)   (Distance at position D) = 10 ÷ 2 × (5-1) + 10 × 180 ÷ 360 = 25 (5)

また、区間検出部14が図10(a)における位置Dを6番目の区間であると検出した場合、位置算出部15は、上記の式(2)により、位置Dを次式(6)のように算出する。   Further, when the section detection unit 14 detects that the position D in FIG. 10A is the sixth section, the position calculation unit 15 calculates the position D of the following formula (6) by the above formula (2). Calculate as follows.

(位置Dの距離)=10÷2×(6−2)+10×180÷360=25 …(6)   (Distance at position D) = 10 ÷ 2 × (6-2) + 10 × 180 ÷ 360 = 25 (6)

以上のように、スケール用磁石31Aのホールセンサ29に対向する磁極をN極又はS極のいずれか一方にしても、原点30からの距離(絶対位置)を算出することができる。
本実施形態のように、スケール用磁石31Aのホールセンサ29に対向する磁極をN極又はS極のいずれか一方にすることにより、2つの極を着磁させる場合に比べて、着磁の手間を省くことができ、スケール用磁石31Aの製造を容易にすることができる。
As described above, the distance (absolute position) from the origin 30 can be calculated even if the magnetic pole facing the hall sensor 29 of the scale magnet 31A is either the N pole or the S pole.
Compared with the case where two poles are magnetized by making the magnetic pole facing the Hall sensor 29 of the scale magnet 31A one of the N poles and the S poles as in the present embodiment, it is troublesome to magnetize. And the manufacture of the scale magnet 31A can be facilitated.

なお、上述の第1実施形態、及び第2実施形態において、スケール用磁石31(31A)は、磁束密度が原点30から単調増加するように並べられている構成を説明したが、これに限らず、スケール用磁石31に対応する区間が一意に検出することができるように、磁束密度が異なっていればよい。   In the first and second embodiments described above, the scale magnet 31 (31A) has been described so that the magnetic flux density is monotonically increased from the origin 30. However, the present invention is not limited to this. The magnetic flux density may be different so that the section corresponding to the scale magnet 31 can be uniquely detected.

また、上述の第1実施形態、及び第2実施形態において、リニアモータ20の駆動用磁石24を流用して電気角を算出する構成について説明した。しかし、以下に示すように、電気角を算出するための磁石を別に設ける構成にしてもよい。
図11は、第1実施形態、及び第2実施形態の変形例のリニアモータ装置2を示す図である。同図に示すように、可動子25の移動方向に対し平行に、電気角を算出するために、複数の磁石からなる電気角用磁石32が設けられている点が、第1実施形態及び第2実施形態と異なる。また、他の構成については、第1実施形態と同じであるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
電気角用磁石32の複数の磁石は、等間隔に、可動子25の移動方向に対し平行に配列されている。ここで、可動子25の移動方向に対し平行とは、電気角用磁石32の複数の磁石それぞれの中心を結ぶ直線が、可動子25の移動方向を示す直線と平行なことである。
In the first embodiment and the second embodiment described above, the configuration in which the electrical angle is calculated using the driving magnet 24 of the linear motor 20 has been described. However, as shown below, you may make it the structure which provides the magnet for calculating an electrical angle separately.
FIG. 11 is a diagram illustrating a linear motor device 2 according to a modification of the first embodiment and the second embodiment. As shown in the figure, in order to calculate the electrical angle in parallel to the moving direction of the mover 25, the electrical angle magnet 32 composed of a plurality of magnets is provided. Different from the second embodiment. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
The plurality of magnets of the electrical angle magnet 32 are arranged at equal intervals in parallel with the moving direction of the mover 25. Here, “parallel to the moving direction of the mover 25” means that the straight line connecting the centers of the plurality of magnets of the electric angle magnet 32 is parallel to the straight line indicating the moving direction of the mover 25.

このように、スケール用磁石31及び電気角用磁石32を固定子21設け、それぞれに対向する位置にMRセンサ27及びホールセンサ29を配置することにより、リニアモータ20以外の直動型の装置において、絶対位置の算出を行うことができる。
なお、スケール用磁石31及び電気角用磁石32は、固定子21以外の場所に設けるようにしてもよい。
In this manner, in the linear motion type apparatus other than the linear motor 20, the scale magnet 31 and the electric angle magnet 32 are provided with the stator 21, and the MR sensor 27 and the hall sensor 29 are arranged at positions facing each other. The absolute position can be calculated.
The scale magnet 31 and the electrical angle magnet 32 may be provided at a place other than the stator 21.

なお、上述の第1実施形態、及び第2実施形態において、電機子60が移動する構造のリニアモータを用いて説明したが、電機子60が固定され、駆動用磁石24が移動する構造のリニアモータであってもよい。
また、上述の第1実施形態、及び第2実施形態において、MRセンサ27は、磁界の向きに応じた正弦波信号Ssin及び余弦波信号Scosを出力する方式のMRセンサを用いた例を示した。しかし、これに限らず、MRセンサ27は、磁界の強さに応じて、正弦波信号Ssin及び余弦波信号Scosを出力する方式のMRセンサを用いてもよい。
In the first and second embodiments described above, the linear motor has a structure in which the armature 60 moves. However, the linear structure has a structure in which the armature 60 is fixed and the driving magnet 24 moves. It may be a motor.
In the first embodiment and the second embodiment described above, the MR sensor 27 uses an MR sensor that outputs a sine wave signal Ssin and a cosine wave signal Scos according to the direction of the magnetic field. . However, the present invention is not limited to this, and the MR sensor 27 may use an MR sensor that outputs a sine wave signal Ssin and a cosine wave signal Scos according to the strength of the magnetic field.

上述の制御装置10は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した制御部11、電気角算出部13、区間検出部14の動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記の動作が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。   The control device 10 described above may have a computer system inside. In this case, the operation processes of the control unit 11, the electrical angle calculation unit 13, and the section detection unit 14 described above are stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes this program. Thus, the above operation is performed. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

1,2…リニアモータ装置、10…制御装置、11…制御部、13…電気角算出部、14…区間検出部、15…位置算出部、20…リニアモータ、21…固定子、24…駆動用磁石、25…可動子、27…MRセンサ(第1のセンサ)、29…ホールセンサ(第2のセンサ)、31,31A…スケール用磁石(第2の磁石)、32…電気角用磁石(第1の磁石)、60…電機子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Linear motor apparatus, 10 ... Control apparatus, 11 ... Control part, 13 ... Electrical angle calculation part, 14 ... Section detection part, 15 ... Position calculation part, 20 ... Linear motor, 21 ... Stator, 24 ... Drive Magnets 25 ... Movers 27 ... MR sensors (first sensors) 29 ... Hall sensors (second sensors) 31,31A ... Scale magnets (second magnets) 32 ... Electric angle magnets (First magnet), 60 ... armature

Claims (5)

N極とS極とが交互に等間隔に配列された複数の駆動用磁石を備える駆動用磁石部と、複数のコイルとを備える電機子とを具備し、前記電機子又は前記駆動用磁石部のいずれか一方が可動子となり、該可動子が、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記駆動用磁石が生じさせる磁界とにより前記駆動用磁石の配列された配列方向に直線運動をするリニアモータの制御装置であって、
N極とS極とが交互に等間隔に前記配列方向に配列されている複数の第1の磁石を備える第1の磁石部と、
前記第1の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第1の磁気センサであって、前記第1の磁石が生じさせている磁界を検出し、検出した磁界に応じた信号を出力する第1の磁気センサと、
前記第1の磁気センサから受信した信号に基づいて電気角を算出する電気角算出部と、
前記配列方向における前記可動子の可動範囲を複数に分けた区間それぞれを一意に識別させる複数の第2の磁石であって前記配列方向に等間隔に配列されている複数の第2の磁石を備える第2の磁石部と、
前記第2の磁石部に対向して前記電機子に備えられている第2の磁気センサであって、前記第2の磁石が生じさせている磁界の磁束密度に応じた信号を出力する第2の磁気センサと、
前記第2の磁気センサから受信した信号に基づいて前記電機子が位置している前記区間を検出する区間検出部と、
前記区間検出部が検出した区間と、前記電気角算出部が算出した電気角とに基づいて、前記可動範囲における前記可動子の位置を算出する位置算出部と
を備えることを特徴とするリニアモータの制御装置。
A driving magnet unit including a plurality of driving magnets in which N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals; and an armature including a plurality of coils, the armature or the driving magnet unit Any one of the movable elements is arranged, and the movable elements are arranged by arranging the driving magnets by a magnetic field generated by passing a current through a plurality of coils provided in the armature and a magnetic field generated by the driving magnets. A linear motor control device that linearly moves in the arranged direction,
A first magnet unit comprising a plurality of first magnets in which N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals in the arrangement direction;
A first magnetic sensor provided in the armature so as to face the first magnet unit, detects a magnetic field generated by the first magnet, and outputs a signal corresponding to the detected magnetic field. A first magnetic sensor for outputting;
An electrical angle calculator that calculates an electrical angle based on a signal received from the first magnetic sensor;
A plurality of second magnets for uniquely identifying each of the sections obtained by dividing the movable range of the mover in the arrangement direction into a plurality of sections, and a plurality of second magnets arranged at equal intervals in the arrangement direction. A second magnet part;
A second magnetic sensor provided in the armature so as to face the second magnet portion, and outputs a signal corresponding to the magnetic flux density of the magnetic field generated by the second magnet. Magnetic sensor of
A section detecting unit for detecting the section in which the armature is located based on a signal received from the second magnetic sensor;
A linear motor comprising: a position calculating unit that calculates a position of the mover in the movable range based on the section detected by the section detecting unit and the electrical angle calculated by the electrical angle calculating unit. Control device.
前記第1の磁石部は、前記駆動用磁石である
ことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータの制御装置。
The linear motor control device according to claim 1, wherein the first magnet unit is the driving magnet.
前記第2の磁石部に備えられている複数の第2の磁石は、前記配列方向における長さが、前記区間と同じ長さであり、かつ、前記第1の磁石の前記配列方向における長さに対して半分である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載のリニアモータの制御装置。
The plurality of second magnets provided in the second magnet portion have the same length in the arrangement direction as the section, and the length of the first magnet in the arrangement direction. The linear motor control device according to claim 1, wherein the linear motor control device is a half of the linear motor control device.
前記第2の磁石部に備えられている複数の第2の磁石は、N極とS極との磁極が前記配列方向において交互に並べられ、前記区間ごとに各磁極の極性と磁束密度との組合せが異なる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリニアモータの制御装置。
In the plurality of second magnets provided in the second magnet unit, magnetic poles of N poles and S poles are alternately arranged in the arrangement direction, and the polarity and magnetic flux density of each magnetic pole are The combination is different. The linear motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the combination is different.
前記第2の磁石部に備えられている複数の第2の磁石は、前記区間ごとに磁束密度が異なる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリニアモータの制御装置。
4. The linear motor according to claim 1, wherein the plurality of second magnets provided in the second magnet unit have different magnetic flux densities for each of the sections. 5. Control device.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107834935A (en) * 2017-12-06 2018-03-23 西安航空学院 A kind of initial absolute position detection method of permanent-magnetic synchronous motor rotor
WO2019193964A1 (en) * 2018-04-06 2019-10-10 村田機械株式会社 Position detection system and travel system
JP2021060206A (en) * 2019-10-03 2021-04-15 三木 篤子 Position detection device
JP2021145520A (en) * 2020-03-13 2021-09-24 株式会社アイシン Linear actuator
CN116488401A (en) * 2023-06-16 2023-07-25 杭州辰控智能控制技术有限公司 Encoder, linear motor, and position detection method for linear motor

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107834935A (en) * 2017-12-06 2018-03-23 西安航空学院 A kind of initial absolute position detection method of permanent-magnetic synchronous motor rotor
WO2019193964A1 (en) * 2018-04-06 2019-10-10 村田機械株式会社 Position detection system and travel system
JP2019184362A (en) * 2018-04-06 2019-10-24 村田機械株式会社 Position detection system and travel system
CN111886480A (en) * 2018-04-06 2020-11-03 村田机械株式会社 Position detection system and travel system
CN111886480B (en) * 2018-04-06 2023-03-03 村田机械株式会社 Position detection system and travel system
US11650082B2 (en) 2018-04-06 2023-05-16 Murata Machinery, Ltd. Position detection system and travel system
JP2021060206A (en) * 2019-10-03 2021-04-15 三木 篤子 Position detection device
JP2021145520A (en) * 2020-03-13 2021-09-24 株式会社アイシン Linear actuator
CN116488401A (en) * 2023-06-16 2023-07-25 杭州辰控智能控制技术有限公司 Encoder, linear motor, and position detection method for linear motor

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