JPH1023786A - リニアモータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータ装置において、可動子の移動量
を簡単に、且つ確実に計測して可動子の移動位置制御に
利用する。 【解決手段】 複数の歯(１１)を所定のピッチで２次元
配列した固定子(１０)上に所定のギャップを介して可動
子(２０)を対向配置したリニアモータ装置において、前
記歯の配列方向に沿わせて光ファイバからなる複数の発
光部および受光部を交互に配列し、且つ固定子の歯の配
列ピッチ以上のライン長を有する光ラインセンサ(２５)
を可動子に組み込み、固定子に照射した光の歯による反
射光を検出し、その断続数から可動子の移動量を計測す
る。また光ラインセンサを平行に２ライン設けること
で、光ラインセンサの出力Ａ,Ｂの位相差から可動子の
移動方向を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固定子に対する可動
子の移動を簡易に、且つ確実に検出する機能を備えたリ
ニアモータ装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近時、各種工作機械や製造装置等
に平面型のリニアモータ装置が幅広く利用され、その応
用開発も盛んに進められている。図１および図２はこの
種のリニアモータ装置の一例を示す概略図であり、１０
は平板状の磁性材料からなる固定子、２０はこの固定子
１０上に所定のエアギャップを介して対向配置されて該
固定子１０の面内を２次元的に移動制御される可動子を
示している。

【０００３】固定子１０は、その表面に複数の歯１１を
所定のピッチで２次元配列形成した構造を有する。具体
的にはこれらの歯１１は、固定子１０の主体部をなす磁
性板１２の予め平坦化された表面に、所定幅の溝（凹
部）１３を所定のピッチで縦横マトリックス状に形成す
ることで、これらの溝１３に囲まれる突起部として形成
される。尚、上記溝１３内には一般的に合成樹脂等の非
磁性材が充填され、固定子１０の表面全域が平坦な平滑
面として加工される。

【０００４】これに対して前記可動子２０は、例えば複
数対の電磁石２１を内蔵し、上記各電磁石２１の磁極２
２を前記固定子１０の歯１１に対峙させた構造を有す
る。これらの各磁極２２は、図２に示すように前記固定
子１０の歯１１に対応したピッチの歯２３をそれぞれ形
成したもので、前記各電磁石２１は、その歯２３が前記
固定子１０の歯１１に対して所定のずれを持つように配
置される。そして対をなす電磁石２１は、例えばｓｉｎ
電流とｃｏｓ電流とにより所定の位相差を以て通電制御
されて励磁され、前記歯２３,１１を介して前記固定子
１０との間に磁気ループを形成しながら固定子１０の表
面に沿う図中Ｘ方向およびＹ方向への推力を発生する。
この推力によって可動子２０が前記固定子１０の表面上
で、上記各方向にそれぞれ移動駆動される。尚、可動子
２０の移動量は、上記電磁石２１の通電電流をパルス的
に与えることによって管理制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでリニアモータ
装置はその構造上、可動子２０の慣性力がその駆動部分
に直接加わるため、起動／停止時に位置ずれが生じ易い
と言う問題がある。しかも可動子が所定のエアギャップ
を介して固定子上に対向配置されている構造なので、可
動子が何らかの外的要因を受けたときにも位置変化し易
いと言う問題もある。特に可動子２０の電磁石２１の磁
極に対峙する固定子１０の歯１１の配列ピッチが小さい
とき、僅かな外的要因によって位置ずれが生じ易い。

【０００６】そこで従来では、例えば固定子１０の基準
となる所定位置に接触式のリミットスイッチを設けてお
き、可動子２０を上記所定位置に移動させたときに該可
動子２０によってリミットスイッチが押圧されるか否か
を調べることによって位置ずれの判定がなされている。
またレーザ測長器を用いて可動子２０の移動位置を計測
しながら、その位置ずれの有無を判定することも行われ
ている。しかし接触式のリミットスイッチを用いる場
合、その設置個所が可動子２０の動きを妨げない位置、
つまり固定子１０の周辺部に限られるので、位置ずれ検
出のための位置が制約されると言う問題がある。またレ
ーザ測長器を用いた場合には、装置が高価格となること
が否めない。

【０００７】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、可動子の移動量を確実に把握し
ながら、ひいてはその移動位置を確認しながら該可動子
の移動位置制御に利用することのできる機能を備えたリ
ニアモータ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るリニアモータ装置は、複数の歯を所定
のピッチで２次元配列した固定子上に所定のギャップを
介して可動子を対向配置し、この可動子の前記歯に磁極
を対峙させた電磁石を通電制御して該可動子を移動させ
る駆動手段を備えたものであって、前記固定子に対峙す
る複数の発光部および受光部を該固定子の歯の配列方向
に沿わせて交互に配列してなり、前記固定子の歯の配列
ピッチ以上のライン長を有して前記発光部から固定子に
照射した光の前記歯による反射光を前記受光部にて検出
する光ラインセンサを前記可動子に組み込み、前記可動
子の移動に伴って上記光ラインセンサを介して検出され
る前記固定子からの反射光の断続数を計数することで前
記可動子の移動量を計測するようにしたことを特徴とし
ている。

【０００９】つまり固定子の歯の配列ピッチ以上のライ
ン長を有する光ラインセンサを該固定子の歯の配列方向
に沿わせて可動子に組み込むことで、可動子が光ライン
センサのライン方向と交差する方向に移動する際、該光
ラインセンサの一部が必ず歯を横切るようにし、これに
よって歯による反射光の断続回数から前記可動子の上記
光ラインセンサのライン方向と交差する方向への移動量
を簡単に、しかも確実に計測し得るようにしたことを特
徴としている。

【００１０】また請求項２に記載の発明は、前記光ライ
ンセンサの好ましい形態として、一端面を光源に対向配
置させた複数本の光ファイバの他端面と、一端面を受光
器に対向配置させた複数本の光ファイバの他端面とを、
前記固定子にそれぞれ対峙させて交互に一次元配列した
光ファイバ束として構成することで、その構造の簡単化
と可動子への組み込みを容易化したことを特徴としてい
る。

【００１１】更に請求項３に記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載の発明において前記光ラインセンサを、そ
のライン方向と交差する方向に所定の距離を隔てて平行
に複数ライン分設け、各光ラインセンサを介してそれぞ
れ検出される前記固定子からの反射光の断続タイミング
の位相差から前記可動子の移動方向を判定する手段を備
えたことを特徴としている。つまり可動子の移動量を計
測すると共に、その移動方向（向き）も検出し得るよう
にしたことを特徴としている。

【００１２】また請求項４に記載の発明は、前記光ライ
ンセンサを、前記固定子の歯の２次元配列方向に沿って
互いに直交して設け、その一方をＸ軸方向用光ラインセ
ンサとし、他方をＹ軸方向用光ラインセンサとしたこと
を特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
るリニアモータ装置の一実施形態について説明する。こ
の装置は、基本的には前述した図１および図２に示した
モータ構造を有する固定子１０と可動子２０とからなる
リニアモータ装置であって、特に図３にその特徴的な構
成を模式的に示すように、前記可動子２０に光ラインセ
ンサ２５を組み込んだことを特徴としている。この光ラ
インセンサ２５は、一端面を光源２６に対向配置した複
数本の光ファイバ２７,２７,…と、一端面を受光器２８
に対向配置した複数本の光ファイバ２９,２９,…とから
なる光ファイバ束からなる。この光ファイバ束の上記各
光ファイバ２７,２７,…,２９,２９,…の他端面は、前
記固定子１０に対峙させて前記歯１１の配列方向に沿っ
て所定のピッチで交互に１次元配列されている。そして
前記光源２６からの光を光ファイバ２７,２７,…を介し
て固定子１０にライン状に照射する発光部、およびその
照射光の該固定子１０による反射光を光ファイバ２９,
２９,…を介してライン状に受光する受光部として設定
されている。

【００１４】しかして１次元配列された上記各光ファイ
バ２７,…,２９,…の他端面は、所定のギャップを隔て
て対向する固定子１０上において、例えばその開口角が
隣接する光ファイバとの間で互いに半分ずつ重なり合っ
て、連続した１ラインを形成するピッチで配列され、ま
たその配列長は前記固定子１０の歯１１の配列ピッチよ
りも長く設定されている。

【００１５】このような配列構造の光ラインセンサ２５
により、光ファイバ２７,２７,…を介して固定子１０に
照射された光の前記歯１１による反射光が光ファイバ２
９,２９,…を介して受光器２８により受光検知されるよ
うになっている。より具体的には、固定子１０の２次元
配列された歯１１上に光ラインセンサ２５が位置付けら
れたとき、該光ラインセンサ２５から照射される所定幅
・所定長の１ラインに亘る照明光の一部が必ず歯１１を
照明する如く設定されており、当該歯１１による反射光
が該光ラインセンサ２５を介して受光されるようになっ
ている。

【００１６】尚、固定子１０の歯１１を囲む溝１３内に
は合成樹脂からなる非磁性材が充填され、固定子１０の
表面全域に亘って平坦化されている。この溝１３内に充
填された非磁性材の表面と、固定子１０の主体部をなす
磁性板１２の溝１３によって囲まれた突起部である歯１
１の表面との反射率の違いから、例えば歯１１に表面に
おいてのみ上記照射光が強く反射される。従って前記光
ラインセンサ２５が前記歯１１間の溝１３上に位置付け
られたときには、前記照明光は殆ど反射されないので、
光ラインセンサ２５はその反射光を検出しなくなる。こ
の状態から光ラインセンサ２５が溝１３上に位置付けら
れていることが検出される。

【００１７】ところで上記光ファイバ束（光ファイバ２
７,…,２９,…）と光源２６および受光器２８とからな
る光ラインセンサ２５は、この例では図４にその平面構
成を示すように、そのライン方向と直交する方向に所定
の距離を隔てて平行に複数ライン（２ライン）に亘って
配設されている。具体的には上記光ラインセンサ２５間
の配列ピッチ（離間距離）は、前記固定子１０の歯１１
の配列ピッチと異ならせて設定されている。この結果、
可動子２０が上記光ラインセンサ２５のライン方向と交
差する方向に移動したとき、各ラインにおける光ライン
センサ２５の出力Ａ,Ｂ、つまり各光ラインセンサ２５
の受光器２８による反射光の検出の有無を示す信号は、
図５に示すように所定の位相差をもって変化する。

【００１８】ちなみに図４において上側１ラインの光ラ
インセンサ２５の出力をＡ，下側１ラインの光ラインセ
ンサ２５の出力をＢとし、これらの光ラインセンサ２５
を組み込んだ可動子２０が図４中上方に移動した場合、
上記各出力Ａ,Ｂは図５(ａ)に示すように変化し、逆に
図４中下方に移動した場合には、上記各出力Ａ,Ｂは図
５(ｂ)に示すように変化する。つまり移動の向き側の光
ラインセンサ２５の方が先に歯１１から溝１３への対向
位置の移動、或いは溝１３から歯１１への対向位置の移
動を検出して、その出力を変化させる。この出力Ａ,Ｂ
の変化の位相関係を調べることにより、可動子２０がど
ちらの向きに移動しているかを判定することが可能とな
る。

【００１９】尚、上述した構成の光ラインセンサ２５
は、複数の歯１１を縦横マトリックス状に２次元配列し
た固定子１０に対する前記可動子２０の移動方向Ｘ,Ｙ
に対応して、前記歯１１の配列方向に沿って可動子２０
のＸ軸方向およびＹ軸方向にライン方向を設定してそれ
ぞれ組み込まれている。そしてこれらのＸ軸方向用光ラ
インセンサおよびＹ軸方向用光ラインセンサにより、各
方向への可動子２０の移動量、およびその移動方向がそ
れぞれ独立に計測されるものとなっている。

【００２０】図６は上記Ｘ軸方向用およびＹ軸方向用の
各光ラインセンサ２５によって検出される反射光の有無
から可動子２０の移動量と移動方向を検出する検出回路
の概略的なブロック図を示している。尚、図６ではＸ軸
方向用の検出部の構成について示すが、Ｙ軸方向用の検
出部も同様に構成される。図６において２８ａ,２８ｂ
は前述した２ラインの各光ラインセンサ２５における受
光器２８をそれぞれ示している。これらの受光器２８
ａ,２８ｂの出力Ａ,Ｂは前置増幅器３１ａ,３１ｂを介
して信号処理に適した所定のレベルにそれぞれ増幅され
る。尚、この前置増幅器３１ａ,３１ｂにて前記出力Ａ,
Ｂは適宜波形整形される。

【００２１】論理演算部３２は、上記前置増幅器３１
ａ,３１ｂを介して求められる出力Ａ,Ｂを直接的に、ま
た遅延器３３ａ,３３ｂを介して所定時間遅延して入力
し、これらの信号値を相互に比較することで、前記可動
子２０の移動方向を判定している。またカウンタ３４
は、例えば前記前置増幅器３１ａを介して求められる出
力Ａを計数することで、その計数値を前記可動子２０の
移動量を求めるものとなっている。具体的には上記カウ
ンタ３４は可逆カウンタからなり、可動子２０が所定の
基準位置に位置付けられたとき所定値、例えば[０]にリ
セットされ、論理演算部３２にて求められる可動子２０
の移動方向に応じて前記出力Ａをアップカウントまたは
ダウンカウントすることで、該可動子２０の上記基準位
置からの移動量（移動距離）を計数値として求めるもの
となっている。

【００２２】尚、論理演算部３２は、現時点の出力Ａ,
Ｂの値と遅延器３３ａ,３３ｂを介して求められる所定
時間前の出力Ａ,Ｂの値とから該出力Ａ,Ｂの変化を検出
し、更にその変化のタイミングが出力Ａ,Ｂにおいてど
ちらが先行しているかを判定することで、前述した図５
に示す関係から可動子２０の移動方向を検出するもので
ある。

【００２３】かくして上述した如く構成された実施例装
置によれば、可動子２０に組み込んだ光ラインセンサ２
５により固定子１０を照明し、その反射光が該光ライン
センサ２５にて受光されるか否かを検出することで、該
光ラインセンサ２５が固定子１０の歯１１の配列位置に
対向して位置付けられているか、或いは歯１１間の溝１
３に対向して位置付けられているかを判定することがで
きる。特に光ラインセンサ２５のセンシング領域が上記
歯１１の配列方向にライン状に定められ、且つ歯１１の
配列ピッチ長よりも長く設定されているので、光ライン
センサ２５が歯１１の配列位置に位置付けられている場
合には、該光ラインセンサ２５からのライン状の照明光
の一部が必ず歯１１の領域を照明することになる。従っ
て歯１１の並び方向に対して上記光ラインセンサ２５が
そのライン方向にずれているか否かに拘わらず、該光ラ
インセンサ２５が前記歯１１に対向した配置関係を確実
に検出することができる。そして固定子１０からの反射
光を光ラインセンサ２５にて検出できない場合には、該
光ラインセンサ２５が歯１１間の溝１３に対向している
として、この配置関係も確実に検出することができる。

【００２４】従って可動子２０を光ラインセンサ２５の
ライン方向と交差する方向へ移動させた場合、その移動
に伴って光ラインセンサ２５は歯１１の配列位置と溝１
３の形成位置に交互に対向することになる。この結果、
可動子２０の移動時に光ラインセンサ２５による反射光
の受光の有無を検出しながらその出力変化を計数すれ
ば、光ラインセンサ２５のライン方向と直交する方向へ
の該光ラインセンサ２５の移動量、ひいては可動子２０
の移動量を確実に求めることが可能となる。

【００２５】またこのとき前述したようにして光ライン
センサ２５の移動の向きを判定し、その向きに応じて光
ラインセンサ２５の出力変化の計数を正逆に制御すれ
ば、可動子２０がどの向きにどの程度移動したかを正確
に求めることが可能となる。特に前述した如く、Ｘ軸方
向およびＹ軸方向への可動子２０の移動量を個別に計測
すれば、固定子１０の２次元平面上における可動子２０
の移動位置を正確に把握することが可能となる。これ
故、高価なレーザ測長器を用いなくても、簡易な構成
で、しかも正確に可動子２０の移動位置を制御し、その
位置ずれを補償すること等が可能となる。

【００２６】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば光ラインセンサ２５のライン長
としては、少なくとも歯１１の配列ピッチ長を確保して
おけば十分である。また平行に配列される２ライン分の
光ラインセンサ２５間の離間距離については、基本的に
は歯１１の配列ピッチ長およびその整数倍長と異ならせ
ておけば十分である。またここでは光ラインセンサ２５
を平行に２ライン分設けたが、３ライン以上設けること
で、その出力変化の位相差をより正確に検出するように
することも可能である。また光ラインセンサ２５を構成
する光ファイバ束の光ファイバの数についても特に限定
されない。

【００２７】また多少高価となるがレーザダイオードや
発光ダイオード等の複数の発光素子と、フォトトランジ
スタ等の複数の受光素子とを交互に１次元配列して光ラ
インセンサを構成することも可能である。更にはスリッ
ト状の光源と半導体ラインセンサとを用いて上述した機
能を呈する光ラインセンサを構築することも勿論可能で
あり、要は可動子２０の機能を妨げない範囲で該可動子
２０に搭載可能な形状・大きさの光ラインセンサとして
実現するようにすれば良い。その他、本発明はその要旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の歯を所定のピッチで２次元配列して形成した固定子
上に所定のギャップを介して可動子を対向配置した構成
のリニアモータ装置において、複数の発光部および受光
部を前記固定子の歯の配列方向に沿わせて交互に配列
し、且つ前記固定子の歯の配列ピッチ以上のライン長を
有して前記発光部から固定子に照射した光の前記歯によ
る反射光を前記受光部にて検出する光ラインセンサを前
記可動子に組み込んでいるので、前記可動子が光ライン
センサのライン方向と交差する方向に移動した際、該光
ラインセンサの一部が必ず歯を横切ることになるので、
前記ラインセンサにより受光される反射光の断続回数を
計数することで前記可動子の上記光ラインセンサのライ
ン方向と直交する方向への移動量を簡単に、しかも確実
に計測することができる。

【００２９】また請求項２に記載の発明によれば、一端
面を光源に対向配置させた複数本の光ファイバと、一端
面を受光器に対向配置させた複数本の光ファイバとの各
他端面を、前記固定子にそれぞれ対峙させて交互に一次
元配列した光ファイバ束により光ラインセンサを構成し
ているので、その構造の簡単化と可動子への組み込みの
容易化を図り得り、しかも安価に実現することが可能と
なる。

【００３０】更に請求項３に記載の発明によれば、光ラ
インセンサを、そのライン方向と交差する方向に所定の
距離を隔てて平行に複数ライン分設けているので、各光
ラインセンサを介してそれぞれ検出される前記固定子か
らの反射光の断続タイミングの位相差から前記可動子の
移動方向を容易に、且つ確実に判定することができ、可
動子の移動方向と共に、その移動量を正確に計測するこ
とができ、また請求項４に記載の発明によれば、前記固
定子の歯の２次元配列方向に沿って互いに直交させて光
ラインセンサを設けることで、固定子上における可動子
の２次元的な移動を確実に把握することが可能となる等
の実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リニアモータ装置の平面構成を概略的に示す
図。

【図２】リニアモータ装置の駆動部の構成を模式的に示
す図。

【図３】本発明の一実施形態に係るリニアモータ装置に
おける特徴的部分の構成を模式的に示す図。

【図４】図３に示す光ラインセンサの固定子に対する平
面的な配置関係を示す図。

【図５】可動子の移動に伴う２ラインの光ラインセンサ
による出力Ａ,Ｂの変化の様子を示す図。

【図６】この実施例装置で用いられる移動検出回路の概
略的な構成を示す図。

【符号の説明】

１０ 固定子 １１ 歯 １３ 溝 ２０ 可動子 ２１ 電磁石 ２５ 光ラインセンサ ２６ 光源 ２７,２９ 光ファイバ ２８,２８ａ,２８ｂ 受光器 ３２ 論理演算部（移動方向判定） ３３ａ,３３ｂ 遅延器 ３４ カウンタ（移動量計測）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の歯を所定のピッチで２次元配列し
   て形成した磁性材料からなる固定子と、この固定子に所
   定のギャップを介して対向配置されて電磁石の磁極を上
   記歯に対峙させた可動子と、上記電磁石を通電制御して
   前記可動子を前記固定子に対して移動させる駆動手段と
   を具備したリニアモータ装置において、 前記可動子に組み込まれ、前記固定子に対峙する複数の
   発光部および受光部を該固定子の歯の配列方向に沿わせ
   て交互に配列してなり、前記固定子の歯の配列ピッチ以
   上のライン長を有して前記固定子に照射した光の前記歯
   による反射光を検出する光ラインセンサと、この光ライ
   ンセンサを介して検出される前記固定子からの反射光の
   断続数を計数して前記可動子の移動量を計測する手段と
   を具備したことを特徴とするリニアモータ装置。
2. 【請求項２】 前記光ラインセンサは、一端面を光源に
   対向配置させた複数本の光ファイバの他端面と、一端面
   を受光器に対向配置させた複数本の光ファイバの他端面
   とを、前記固定子にそれぞれ対峙させて交互に一次元配
   列した光ファイバ束からなることを特徴とする請求項１
   に記載のリニアモータ装置。
3. 【請求項３】 前記光ラインセンサは、そのライン方向
   と交差する方向に所定の距離を隔てて平行に複数ライン
   分設けられるものであって、各光ラインセンサを介して
   それぞれ検出される前記固定子からの反射光の断続の位
   相差から前記可動子の移動方向を判定する手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモー
   タ装置。
4. 【請求項４】 前記光ラインセンサは、前記固定子の歯
   の２次元配列方向に沿って互いに直交して設けられたＸ
   軸方向用光ラインセンサおよびＹ軸方向用光ラインセン
   サからなることを特徴とする請求項１に記載のリニアモ
   ータ装置。