JPH04229605A - 吸着用電磁石の制御方法および回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動組付機械その他
の自動化機械におけるマグネットホルダー、マグネット
チャック、ロボットハンド等に用いられる吸着用電磁石
の制御方法および制御装置並びに吸着用電磁石に関する
。

【０００２】

【従来の技術】自動組付機械その他の自動化機械におい
て、工作部品の搬送や姿勢制御を行う場合には工作部品
を把持することが必要である。工作部品の把持は、従来
、真空を利用した吸着把持による方法や機械的開閉チャ
ックによる方法が主として用いられていたが、鉄又は鋼
製の工作部品のように磁力で吸着把持できる工作部品に
対しては、電磁石が利用されるに至っている。

【０００３】前記吸着用電磁石は、コア（鉄芯）と電磁
コイルや、コア、電磁コイルおよび永久磁石で構成され
るもので、前記電磁コイルに直流又は交流電流を通電し
て磁気吸着力を得、通電を遮断し、或いは永久磁石の磁
力を打消す電流を電磁コイルに通電して吸着力を解除す
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のような吸着用電
磁石を用いて工作部品を吸着把持し、搬送や姿勢制御を
行う場合にはいくつかの解決すべき問題点がある。

【０００５】真空を利用した吸着把持の方法や機械的開
閉チャックによる吸着把持の方法と同様に、工作部品の
確実な吸着および確実な脱着を実現しなければ自動化が
損なわれるからである。

【０００６】確実な吸着は、作業精度の向上や安全性の
点で要請される。確実な吸着の為、電磁コイルに通電す
る励磁電流を大電流とし、吸着力を増強すると経済性の
問題も生じる。

【０００７】確実な脱着も、作業精度の向上の為要請さ
れる。この確実な脱着は、通常、吸着用電磁石に吸着把
持した工作部品に磁気が残留することで損なわれる。工
作部品が小型化すればする程、問題は大きくなり、脱着
ができない場合も生ずる。

【０００８】この発明は以上のような問題点に鑑みてな
されたもので、工作部品の確実な吸着と確実な脱着が可
能な吸着用電磁石の制御方法および制御回路並びに吸着
用電磁石を提供することを目的としている。

【０００９】又、この発明は、脱着後工作部品に残留磁
気が帯びないようにする吸着用電磁石の制御方法および
制御回路並びに吸着用電磁石を提供することも目的とし
ている。

【００１０】更にこの発明は、工作部品の吸着や脱着を
検出できる吸着用電磁石の制御方法および制御回路並び
に吸着用電磁石を提供することを目的としている。

【００１１】又、この発明は、吸着用電磁石の電磁コイ
ルの断線が事前に検出できる吸着用電磁石の制御方法お
よび制御回路並びに吸着用電磁石を提供することも目的
としている。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】上記の目的を達成する為に
、この発明は以下のような手段を採用している。

【００１３】初めに、確実な吸着を実現する為に、吸着
用電磁石の電磁コイルに励磁電流を通電して吸着力を得
、通電を遮断して吸着力を解除する吸着用電磁石の制御
方法において、吸着力を得る際に、（１）　初期を大電
流とし、被吸着物である工作部品を吸着した後は、吸着
保持に必要かつ十分な電流とした励磁電流を電磁コイル
に通電するようにしたり、（２）　吸着用電磁石に並設
した保持用永久磁石の磁力を増強する励磁電流を電磁コ
イルに通電し、吸着完了後は、前記励磁電流を遮断する
ようにした。

【００１４】又、確実な脱着を実現する為には、前記の
ような吸着用電磁石の制御方法において、吸着力を解除
した後に、直流および／または交流の消磁電流を通電す
るようにした。

【００１５】工作部品の吸着の確認および脱着の確認の
為には、一定振幅、一定周波数の高周波電流を吸着用電
磁石に設けた電磁コイルに通電し、高周波電流の変動を
検出するようにした。この手段は吸着用電磁石を構成し
た電磁コイルの断線の検出の為にも採用した。尚、高周
波電流は吸着用電磁石の吸着を発生する為の電磁コイル
に、励磁電流に重畳して通電する方法と、前記電磁コイ
ルとは別個の独立した電磁コイルに通電する方法が可能
である。

【００１６】以上のような手段は、工作部品の形状や搬
送、姿勢制御で要求される精度その他の仕様に従って選
択的に組合せて採用される。

【００１７】

【作用】この発明の確実な吸着を実現する為の手段によ
れば、安全性や精度の向上を図ることができ、又経済性
も良くすることができる。

【００１８】又、確実な脱着を実現する為の手段によれ
ば、工作部品の残留磁気を無くし、作業精度の向上を図
ることができる。

【００１９】工作部品の吸着、脱着を確認する手段およ
び電磁コイルの断線を検出する手段によれば、吸着用電
磁石の誤動作を事前に検知し、作業精度の向上、作業能
率の向上を図ることができる。

【００２０】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００２１】図１は鉄芯でなるコアに電磁コイルを設け
た一般的な吸着用電磁石を用いた場合の電磁コイルに対
するいくつかの電流パターンを表わしたものである。図
においてＰ１　はスタートタイミング区間、Ｐ２　は吸
着区間、Ｐ３　は保持区間、Ｐ４　は停止区間である。

【００２２】図１の（ａ）〜（ｅ）の何れの場合も、吸
着力を得る際には、吸着区間Ｐ２　、即ち吸着初期に大
きな電流を電磁コイルに励磁電流として通電して工作部
品の吸着に十分な磁気吸着力を発生させる。次いで、工
作部品の吸着を完了した後は、前記工作部品の吸着状態
の保持に必要かつ十分な電流値の励磁電流に減流して、
工作部品の吸着を保持する（Ｐ３　）。Ｐ２における時
間と電流値およびＰ３　における時間と電流値は、吸着
用電磁石の特性、工作部品の形状、サイズに従って決定
する。

【００２３】このようにすることによって、吸着動作初
期の磁気吸着力を十分大きくして、工作部品を確実に吸
着することができ、かつ吸着完了後は、電磁コイルに対
する励磁電流を必要かつ十分な電流値とするので、電力
の節減を図ることができる。

【００２４】以上のようにして工作部品を吸着保持した
後、工作部品の脱着を図１のＰ４　、Ｐ５　、Ｐ６　の
区間で行う。Ｐ４は前記電磁コイルに通電した励磁電流
の遮断区間、Ｐ５　はタイムインターバルの区間、Ｐ６
　は消磁区間である。

【００２５】Ｐ５　からＰ６　に至る区間は、図１の（
ａ）〜（ｅ）に記載したようにいくつかのパターンがあ
る。 図１（ａ）はタイムインターバルＰ５　を経た後、Ｐ６
　で交流の減衰電流を通電するようにしてあり、図１（
ｂ）はタイムインターバルＰ５　を経た後、Ｐ６　で１
個の方形パルスの波形でなる直流電流を通電するように
してあり、図１（ｃ）ではタイムインターバルＰ５　を
経た後、Ｐ６　で１個の鋸歯状パルスの波形でなる直流
電流を通電するようにしてある。又、図１（ｄ）では、
タイムインターバルＰ５　を経た後、前記（ｃ）とは時
間と電流値の関係を反対にした１個の鋸歯状パルスの波
形でなる直流電流を通電するようにしてあり、図１（ｅ
）ではタイムインターバルＰ５　を経た後、Ｐ６　で前
記（ｂ）と同様の方形パルス電流と前記（ａ）の交流減
衰電流を続けて通電するようにしてある。

【００２６】工作部品に対する吸着力を解除する際に上
記のようにすると、吸着用電磁石を構成しているコアは
勿論、吸着した工作部品に残留磁気を無くすることがで
きる。交流の減衰電流によって、残留磁気の方向を交互
に逆向きとし乍ら、その大きさを小さくできるからであ
り、直流の負の電流によって生ずる磁気で残留磁気が打
消されるからである。この場合、Ｐ５　のタイムインタ
ーバルは、消磁区間Ｐ６　を短時間にする上で有効であ
ることが実験的に観察された。例えば、図１の（ｂ）に
おいて、Ｐ５　として０．１秒のタイムインターバルを
置くと、Ｐ６　の消磁区間を０．１５秒とできることが
認められた。図１（ｅ）のＰ６　のように消磁電流を交
流と直流で行う場合の直流電流は図１の（ｃ）、（ｄ）
のような鋸歯状波形のパルス電流としても良い。

【００２７】尚、小型の工作部品のように、確実な吸着
はほとんど問題なくでき、確実な脱着が特に望まれる場
合には、前記吸着力を得る際は一定電流とし、吸着力を
解除する際に、図１（ａ）〜（ｅ）のように制御すると
良い。

【００２８】次に、吸着用電磁石が、図２（ａ）に示し
たようにコア１に電磁コイル２と保持用永久磁石３を並
設して構成されている場合、或いは図２（ｂ）に示した
ように鉄芯１ａに電磁コイル２と保持用永久磁石３を並
設して構成されている場合の制御例について説明する。

【００２９】図２（ｃ）は、このような吸着用電磁石を
制御する場合の電磁コイル２に流す電流のパターンの一
例を示している。Ｐ１　はスタートタイミング区間、Ｐ
２　は吸着区間、Ｐ３　は保持区間、Ｐ４は停止区間、
Ｐ５　はタイムインターバル、Ｐ６　は消磁区間である
。

【００３０】即ち、吸着力を得る際は、前記保持用永久
磁石３の磁力を増強する励磁電流、即ち保持用永久磁石
３の磁力線の方向と、電磁コイル２で生ずる磁力線の方
向が同一方向となる励磁電流をＰ２　の吸着区間で電磁
コイル２に流し、続いて保持区間Ｐ３　では前記励磁電
流を遮断する。このようにすることによって吸着初期に
は大きな磁気吸着力を発生させて、工作部品を確実に吸
着することができると共に、保持区間Ｐ３　では励磁の
為に電力を消費しないので、電力を節減することができ
る。この場合のＰ２　における時間と電流値も、吸着用
電磁石の特性、工作部品の形状、サイズに応じて決定さ
れる。

【００３１】次に、吸着力を解除する際には、Ｐ４　の
停止区間で、前記保持用永久磁石３の磁力を打消す電流
、即ち前記励磁電流と逆方向の電流を電磁コイル２に通
電した後、Ｐ５　のタイムインターバルを経た後、前記
の実施例と同様に、交流の減衰電流を消磁区間Ｐ６　に
おいて電磁コイル２に通電する。

【００３２】このようにすることによって、工作部品の
保持が解除された後、消磁電流によって工作部品の残留
磁気を消磁することができ、確実な脱着を実行すること
ができる。消磁区間Ｐ６　の電磁コイル２に対する電流
パターンは図１の（ｂ）〜（ｅ）に示したように直流の
消磁電流としたり、直流と交流の消磁電流を組合せるこ
とも可能であり、吸着用電磁石の特性、工作部品の形状
等に応じて決定すれば良い。

【００３３】図３は前記のような制御を行う吸着用電磁
石の制御装置の回路図である。

【００３４】交流電源４に接続された整流回路５の出力
側に、トランジスタＡおよびトランジスタＢを直列に接
続したスイッチング回路６ａおよび同様にトランジスタ
ＣおよびトランジスタＤを直列に接続したスイッチング
回路６ｂが並列に接続してある。そして前記トランジス
タＡとトランジスタＢの接続点Ｘと前記トランジスタＣ
とトランジスタＤの接続点Ｙで吸着用電磁石を構成する
電磁コイル２に対する出力端が構成してある。

【００３５】前記交流電源４には、更にＣＰＵ（セント
ラルプロセッサユニット）７とベースドライバー８で構
成した制御回路９が接続してあり、ベースドライバー８
から前記トランジスタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ベース端子に
制御信号が与え得るようにしてある。前記ＣＰＵ７は、
吸着用電磁石の制御プログラムを記憶したメモリーを含
むもので、制御プログラムに従って、ベースドライバー
８が制御され、ベースドライバー８から各トランジスタ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのベース端子に対して、各トランジスタ
をＯＮ、ＯＦＦ制御する為の制御信号を与えるものであ
る。

【００３６】今、トランジスタＡとトランジスタＤをＯ
Ｎ、トランジスタＢとトランジスタＣをＯＦＦとすると
、接続点ＸからＹへ電磁コイル２を通して直流電流が流
れる。又、トランジスタＢとトランジスタＣをＯＮ、ト
ランジスタＡとトランジスタＤをＯＦＦとすると、上記
と逆方向へ、即ち接続点ＹからＸへ、電磁コイル２を通
して直流電流が流れる。更に上記のＯＮ、ＯＦＦを交互
に繰り返すと、電磁コイル２には交流電流が流れること
になる。夫々の電流値は各トランジスタのベース端子に
与える信号電圧の大ききさで制御することができる。

【００３７】従って、この制御装置によれば、図１の（
ａ）〜（ｅ）や、図２（ｂ）の示した電流パターンは、
制御回路９のＣＰＵ７にセットすることで容易に得るこ
とができる。尚、スイッチング素子としての前記トラン
ジスタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）として制御入力の高インピーダンスにより、制御回
路の消費電力を少なくするようにしても良い。

【００３８】図４は前記の制御装置に高周波発振回路１
０を設けた実施例の回路図である。高周波発振回路１０
は一定の振幅と一定の周波数を保って発振を継続できる
ように構成する。この高周波発振回路１０の出力は、前
記接続点Ｘ、Ｙに接続されており、電磁コイル２に高周
波電流も通電できるようになっており、かつ出力線には
高周波電流検出回路１１が介設してある。高周波電流検
出回路１１で検出された出力はＣＰＵ７に与えるように
なっている。

【００３９】このような制御装置を用いて、前記図１（
ｂ）と同様の制御を行うと、図５のような電流波形とな
る。高周波電流検出回路１１を介して高周波電流の変化
を検出することによって、吸着用電磁石への工作部品の
吸着および脱着を検出確認することができ、又、電磁コ
イル２の断線も検出することができる。工作部品の吸着
用電磁石への吸着、脱着によって、電磁コイルのインダ
クタンスが変化を高周波電流の変化で検出できる為であ
り、電磁コイル２が断線すると高周波電流が流れなくな
る為である。従って、吸着用電磁石への工作部品の吸着
又は脱着あるいは電磁コイルの断線を、高周波電流の変
動の検出によって確認し、正確な作業並びに安全な作業
を行うことができる。

【００４０】前記インダクタンスの変化を検出する為に
は、図６の（ａ）乃至（ｄ）に示したように吸着用電磁
石を構成しても良い。即ち、吸着力を発生する為の電磁
コイルと別個の電磁コイルとするものである。（ａ）は
コア１に吸着用としての電磁コイル２と、インダクタン
ス変化検出用としての電磁コイル１２を並設して吸着用
電磁石が構成してある。（ｂ）は鉄芯１ａに、前記と同
様の電磁コイル２と１２を並設して吸着用電磁石が構成
してある。（ｃ）はコア１に吸着用としての電磁コイル
２と保持用永久磁石３とインダクタンス変化検出用とし
ての電磁コイル１２を並設して吸着用電磁石が構成して
ある。（ｄ）は鉄芯１ａに電磁コイル２、１２と保持用
永久磁石３を並設して吸着用電磁石が構成してある。

【００４１】図６（ａ）乃至（ｄ）に示した吸着用電磁
石に対する制御装置では、図４に鎖線で示したように高
周波発振回路１０の出力は、接続点Ｘ、Ｙとは独立とし
た別の出力端子Ｕ、Ｖに接続する。

【００４２】このような吸着用電磁石と制御装置を用い
ても、電磁コイル１２に一定振幅、一定周波数の高周波
電流を通電し、高周波電流の変動を検出することによっ
て、工作部品の吸着、脱着および電磁コイル２の断線を
検出することが可能である。

【００４３】工作部品の吸着および脱着によって電磁コ
イル１２のインダクタンスが前記と同様に変化し、高周
波電流も変動するからである。又、電磁コイル２が断線
すると、電磁コイル１２との間の相互インダクタンスが
変化し、やはり高周波電流が変動するからである。従っ
て、この実施例によっても、正確な作業並びに安全な作
業が可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上に説明したようにこの発明によれば
、吸着用電磁石で被吸着物である工作部品を確実に吸着
し、かつ確実に脱着できる効果がある。この結果、作業
の安全性や経済性の向上を図ることができると共に、正
確な作業を行える効果がある。又、被吸着物である工作
部品には残留磁気を無くできるので、正確な作業ができ
るばかりでなく、作業の円滑化を図る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における電磁コイルに通電す
る電流パターンを示す図

【図２】この発明の他の実施例の吸着用電磁石と電流パ
ターンの図で、（ａ）、（ｂ）は吸着用電磁石の断面図
、（ｃ）は電流パターンの図

【図３】この発明の実施例で用いた制御装置の回路図

【
図４】この発明の実施例で用いた他の制御装置の回路図

【図５】高周波電流を重畳した実施例の電流パターンの
図

【図６】この発明の実施例で用いた他の吸着用電磁石の
断面図で、（ａ）、（ｂ）は２個の電磁コイルを設けた
場合の図、（ｃ）、（ｄ）は２個の電磁コイルと保持用
永久磁石を設けた場合の図

【符号の説明】

Ｐ１　　　スタートタイミング区間 Ｐ２　　　吸着区間 Ｐ３　　　保持区間 Ｐ４　　　停止区間 Ｐ５　　　タイムインターバルの区間 Ｐ６　　　消磁区間 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ　　トランジスタ １　　コア １ａ　　鉄芯 ２、１２　　電磁コイル ３　　保持用永久磁石 ７　　ＣＰＵ ８　　ベースドライバー ９　　制御回路 １０　　高周波発振回路 １１　　高周波電流検出回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】　　吸着用電磁石の電磁コイルに励磁電流
   を通電して吸着力を得、通電を遮断して吸着力を解除す
   る吸着用電磁石の制御方法において、吸着力を得る際は
   、初期を大電流とし、被吸着物吸着後は、吸着保持に必
   要かつ十分な電流とした励磁電流を電磁コイルに通電す
   る一方、吸着力を解除する際は前記励磁電流を遮断した
   後、直流および／または交流の消磁電流を通電すること
   を特徴とする吸着用電磁石の制御方法 【請求項２】　　吸着用電磁石の電磁コイルに励磁電流
   を通電して吸着力を得、通電を遮断して励磁電流による
   吸着力を解除する吸着用電磁石の制御方法において、吸
   着力を得る際は、吸着用電磁石に並設した保持用永久磁
   石の磁力を増強する励磁電流を電磁コイルに通電し、吸
   着完了後は前記励磁電流を遮断する一方、吸着力を解除
   する際は、前記保持用永久磁石の磁力を打消す電流を電
   磁コイルに通電し、次いで直流および／または交流の消
   磁電流を電磁コイルに通電することを特徴とする吸着用
   電磁石の制御方法 【請求項３】　　吸着用電磁石の電磁コイルに電流を通
   電して吸着力を得、通電を遮断して吸着力を解除する吸
   着用電磁石の制御方法において、吸着力を解除する際は
   、前記電磁コイルの励磁電流を遮断した後、直流および
   ／または交流の消磁電流を電磁コイルに通電することを
   特徴とする吸着用電磁石の制御方法 【請求項４】　　交流の消磁電流は、減衰電流とする請
   求項１乃至３の何れか１項に記載の吸着用電磁石の制御
   方法 【請求項５】　　直流の消磁電流は、１個の方形パルス
   又は１個の鋸歯状パルス電流とする請求項１乃至３の何
   れか１項に記載の吸着用電磁石の制御方法【請求項６】
   　　直流の消磁電流は、励磁電流の遮断後、タイムイン
   ターバルをおいて通電する請求項１乃至３の何れか１項
   に記載の吸着用電磁石の制御方法【請求項７】　　吸着
   用電磁石の電磁コイルに励磁電流を通電して吸着力を得
   、通電を遮断して吸着力を解除する吸着用電磁石の制御
   方法において、吸着力を得る際および／または吸着力を
   解除する際に、吸着用電磁石の電磁コイルに一定振幅、
   一定周波数の高周波電流を通電し、該高周波電流の変動
   を検出することを特徴とする吸着用電磁石の制御方法 【請求項８】　　高周波電流は、励磁電流に重畳して通
   電する請求項７記載の吸着用電磁石の制御方法【請求項
   ９】　　高周波電流は、励磁電流に重畳することなく独
   立させて通電する請求項７記載の吸着用電磁石の制御方
   法 【請求項１０】　　整流回路の出力に、２個のスイッチ
   ング素子を直列に接続したスイッチング回路が２個並列
   に接続してあり、各スイッチング回路の、２個のスイッ
   チング素子の接続点を電磁コイルに対する出力端として
   あると共に、各スイッチング素子の制御入力に対して、
   前記各スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦ制御する為の制
   御回路が接続してあることを特徴とする吸着用電磁石の
   制御回路 【請求項１１】　　スイッチング素子は、バイポーラト
   ランジスタ又は電界効果トランジスタとした請求項１０
   記載の吸着用電磁石の制御回路 【請求項１２】　　請求項１０記載の吸着用電磁石の制
   御回路において、一定振幅、一定周波数の高周波発振回
   路が設けてあり、該高周波発振回路の出力に高周波電流
   検出回路が介設してあることを特徴とする吸着用電磁石
   の制御回路 【請求項１３】　　高周波発振回路の出力は、スイッチ
   ング回路に接続された出力端と共通または独立の出力端
   に接続された請求項１２記載の吸着用電磁石の制御回路
   【請求項１４】　　コアと電磁コイルを備えてなる吸着
   用電磁石において、前記電磁石コイルは少なくとも２個
   の独立した電磁コイルで構成してあり、そのうち１個の
   電磁コイルはインダクタンスの変化を検出する為のコイ
   ルとしてあることを特徴とした吸着用電磁石【請求項１
   ５】　　少なくとも２個の独立した電磁コイルと共に、
   永久磁石が並設してある請求項１４記載の吸着用電磁石