JPS61292502A

JPS61292502A - 絶対位置検出装置

Info

Publication number: JPS61292502A
Application number: JP13434585A
Authority: JP
Inventors: Yoshitami Hakata; 博田　能民
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1985-06-21
Filing date: 1985-06-21
Publication date: 1986-12-23

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】（発明の技術分野）この発明は、位置決め装置等に用いられるリニアモータ
における絶対位置を検出する場合の絶対位置検出装置に
関する。

（発明の技術的背最とその問題点）工作機械などに用いられる位置決めシステムには、一般
的にはりニアモータが使用されるが、このシステムとし
て最も重要な要素である位置検出部には種々の手段が考
えられている。

この中で従来より用いられている磁気スケールは、比較
的安価で容易に位置検出ができる利点がある。

第６図はこの磁気スケールの原理的構造を示すもので、
スケールベース２上に塗布またはメッキされた磁性膜に
ピッチＰなる間隔で磁化されたスケールｌと、スケール
読取用の検出へラド３とを微小なギャップを隔てて平行
に対向させる。そして、検出へラド３には可飽和鉄心４
及び５がそれぞれ２／１　ピッチの間隔で配置され、こ
れら可飽和鉄心４及び５には励ｍａ線６及び７が巻かれ
ると共に、出力巻き線８及び９がそれぞれ巻かれている
。

このような構成で、励磁巻ＭＡ６にｌ５ｒｎωｔ。

励磁巻線７にｒｃａｓωｔなる励磁電流を供給すると、
２つの飽和鉄心４及び５が受ける信号磁シにの位相は２
／！　ピッチ分、９０°だけずれているから、出力ａｆ
ｆ１８及び９から得られる出力信号ｅＯ１及びｅｏ？は
。

但しＸニスケールの移動距離Ｅｏ：出力電圧の最大値のようになる、この磁気スケールの出力電圧ｅ。

はｅｅｌ　と８０２を合成することにより得られ、上記
（１）及び（２）式からｅＱ　　！　ｅｏＩ＋　８０２となるから、スケールｌの移動距離Ｘは、（３）式から
励磁電圧Ｓｉｎωｔを基準として位相検出することによ
り得られる。ここで１位相検出して得られる出力信号を
ＯＳとすると第７図のような出力特性が得られ、スケー
ルｌの移動距離を出力信号として取り出すことができる
。

しかしながら、１：述のような検出装置で絶対位置を測
定できるのはｌピッチの範囲内だけであり、スケールｌ
の大きな移動範囲にわたって絶対検出することはできず
、インクリメンタルな位置としてしか検出できない欠点
がある。また、検出ヘッドを全移動範囲にわたって多数
配置するなどの方法もあるが、装置としては形状が太き
くなるばかりでなく、コスト高となってしまう。

（９，明の目的）この発明は上述のような事情からなされたものであり、
この発明の目的は、スケール上に磁化される磁性ピッチ
を所定幅ずつ異ならせると共に、複数の検出ヘッドを設
けることにより。

広範囲にわたって絶対位置検出することができる絶対位
置検出装置を提供することにある。

（発明の概要）この発明は、所定間隔に対向され互いに平行に移動可部
な１次巻線及び２次導体から成るリニアモータにおける
位置検出装置に関するもので、１次巻線の磁性ピッチを
所定幅ずつ異ならせると共に、２次導体に複数個の検出
ヘッドを付加して一体化した２次導体部を設けることに
より絶対位ｌを検出できるようにしたものである。

（発明の実施例）第３図（Ａ）はりニアモータの概念を説明するために、
誘導モータにおける１次巻線（固定子）　１１と２次導
体（回転子）１２を原理的に示したものであるが、同図
（Ｂ）はこの誘導モータをリニアモータへ展開したもの
で、１次巻線１１により発生する磁性に、Ｓを平板状に
開いて１次巻線１１Ａが、また２次導体１２を同じく平
板状に開いて２次導体１２Ａが形成される。この発明は
、この２次導体１２Ａに前述の検出ヘッドを付加し、１
次巻線１１Ａによる磁性を利用し、このリニアモータと
磁気スケールとを一体としてしまい、リニアモータの位
置検出を行なうようにしたものである。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の一実施例とその動作
を示すもので、同図（Ａ）は、１次巻線（固定子）！７
の磁性Ｎ、Ｓはピッチ間隔を増分２文としてＩｌ’ｉ次
変化させて、つまりピー２チ間隔交、１◆Δ旦、交÷２
・Δ見、・・・、交＋ｎ・２文となるように配置されて
いる。そして、２次導体（平行子）　１３にはりニアモ
ータ走行子１Ｇと２個の検出へラド１４及び１５とが一
体的に構成され、１次巻線１７と平行にかつ微小ギャッ
プを隔てて対向されるようになっている。そして、検出
へ一、ド１４及び１５にはそれぞれｌ５ｉｎωｔとｌＣ
ａ５ωｔなる励磁電流が供給され、それぞれの出力信号
ｅ１及びｅ２は前述したように移動距離Ｘに比例した移
相を有する電圧として得られる。これらの出力信号ｅ１
及びｅ２は後述するように位相検出されて出力信号ＤＳ
Ｉ及び口Ｓ２となり、同図（Ｂ）及び（Ｇ）のような検
出特性となる。ここで、検出へラド１４は、１次々ｊｌ
ｉ１７の磁性のうちの最小ピッチ見である磁極の一側端
に合致するように配置され、また検出へラド１５は１次
巻線１７の磁性のうちのピンチ間隔が（交番◆２・２文
）のスタート点に合致するような関係で配冒されている
。

第２図は位相検出装置のブロック構成を示しており、交
流励磁電源２１を２個の検出へラド１４及び１５の励磁
巻Ｍ２２及び２３にそれぞれ励磁電流ｌ５ｉｎωを及び
Ｉｃｏｓωｔを供給することにより。

出力Ｓ線２４及び２５からそれぞれ出力信号ｅ１及びｅ
２が誘起される。これらの出力信号８１及びｅ２を位相
検出回路２６Ａ及び２８Ｂにより位相検出することによ
り、２次導体１３の移動距離に対応した信号に変換され
たところで更に、　Ａ／Ｄコンバータ２７Ａ及び２７Ｂ
によりディジタル信号に変換され、出力信号ＤＳＩ及び
ＤＢＰを出力する。そして、これらの出力信号ＤＳＩ及
びＤＢＰは演算処理部２８に入力され、所定の演算が実
行される。

なお、ここで求められた出力信号ＤＳＩ及びＤＢＰは、
第１図（Ｂ）及び（Ｃ）に示すようにそれぞれ増分Δ見
ずれた移動距離において最大値を示し、あくまでもｍ８
ｉの１ピツチの範囲内でしか絶対値は示さないので、こ
れら出力信号ＯＳ＋及びＤＢＰの２つの信号により絶対
位置を求める手順ニツイて、第１図（Ａ）〜（Ｃ）を参
照しながら以下に解析する。

いま、出力信号ＤＳＩ及びＤＢＰの最大値を“９９９″
′であるとして、移動距離ＰＳＩはこのときの出力信号
ＤＳＬの値がＳｌであったとすると、ＰＳＩ　＝見◆（
文◆Δｌ）◆（文÷２・ΔＸ＞＝３×（交◆Δ文）となるから、一般式としてピッチ数をｎとすれｌｆ、移
動距＊ｐｎ＋　は次のようになる。

・・・・・・・・・（５）同様にして、出力信号０９２の値が５２であったとする
と、このときの一般式として移動距ｇＩ　Ｐ　ｎ　＋は
次のようになる。

・・・・・・・・・（６）ここで、（５）式及び（６）式におけるＰｎｌ　は１本
来等しいものであるから。

・・・・・・・・・（７）となる、ところで、（７）式は移動距ｆｉＰｓ１のよう
な状態での一般式から求めたものであるが。

実際にはＰＳ２のような位ｌ関係の状態もあり得る。こ
のときの出力信号ＤＳＩ及びＤＢＰの値がそれぞれＳ３
及びＳ４であるとすると、（５）式が（８）式に、（８
）式が（９）式に、（７）式が（１０）式にそれぞれ対
応して、次式が得られる。

・・・・・・・・・（８）・・・・・・・・・（９）ここにおいて、（７）式または（１０）式においては５
ｌ−３４，ｌ及び２文が既知量であるから、ピッチ数ｎ
が求まるのである。つまりこのピッチ数ｎが求まること
により、２次導体１３の移動琶が絶対値として検出でき
るのである。すなわち、（７）式または（１０）式によ
りピッチ数ｎを求め、このピッチ数ｎを（５）式または
（６）式或いは（８）式又は（９）式に代入することに
より移動距＃Ｘが求められる。そして、これらの演算は
演算処理部２日において行なわれる。

なお、第１図では検出ヘッド１４及び１５のスタート位
置として、理解を容易にするため各磁極端に合致させる
ように配置したが、どのような位置にあっても以上の解
析結果は同様に適用できるものである。また、出力信号
口Ｓ１及びＤＳ２をここで最大値を“９９３″として解
析したが。

これはｌサイクル（１ピツチ）の分割数が１０００であ
り、任意に選択することができ、また検出ヘッドを３個
以上使用することにより、更に精度を向上させることも
可能である。また、１次＠ｔ＆１７は最初から磁極ＮＳ
の所定パターンを作成しておき、巻線を不要とすること
も可能である。

第４図はこの発明をリニアステップモータに適用した例
を示すもので、ラック状の歯が付けられた磁性体から成
る固定子３５と可動部分３！とは、平行にかつ微小ギャ
ップを隔てて対向されるようになっている。そして、可
動部分３１には駆動源となる０ｆ動子３４と共に２個の
検出へラド３２及び３３が付加されており、固定子３５
のラック状の南の磁極から移動圧Ｆａｘに対応した出方
電圧を得るようになっている。この固定ｆ−３５のラッ
ク状の歯はピッチ間隔を増分２文として順次変化させて
、つまりピッチ間隔が旦９文中Δ文、見◆２・Δｌ、・
・・、ｌ◆ｎ・２文となるように配置されることにより
、前述のように移動距離Ｘが絶対量として得ることがで
きるのである。

第５図は円筒状のりニアモータにこの発明を適用した例
を示すもので、固定子４５には磁極に、Ｓがピッチ間隔
を増分Δ又として順次変化させて、つまりピッチ間隔が
皇、交＋ΔＪ１．１２・Δ愛、・・・見◆ｎ・２文とな
るように配置されている。そして、この固定子４５と平
行にかつ微小ギャップを隔てて対向されるように配置さ
れる可動部分４１には、駆動源となる可動子４４と共に
２個の検出へラド４２及び４３が付加されており、前述
のように移動距離Ｘが絶対量として得られるのである。

この円筒状リニアモータでは、固定ｆとして第４図のよ
うに溝を切ったり、又はらせん状の清を切ったりするこ
とによっても同様な効果が得られる。なお１以上の説明
での可動部分と固定部分を逆にしてＩＪｒ！！２１部分
を固定側に、固定部を可動側とすることも可能である。

（発明の効果）以上のようにこの９．１ｆｉによれば、リニアモータと
磁気スク゛−ルが一体として小型に構成することができ
、かつこのリニアモータの移動距離が仝測長範囲内にお
いて絶対量こが検出できるので、小型で安価な極めて性
能のよい絶対位置検出装置を実現でき、かつリニアモー
タを利用した性ｔｔのよい搬送ラインシステムを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明を実現する装置の一実
施例とその動作を説明する図、第２図は位相検出の動作
を示すプロー７り図、第３図（Ａ）、（Ｂ）はりニアモ
ータの概念を説明する図、第４図及び第５図はこの発明
の他の実施例を示す図、第６図は従来の磁気スケールの
原理を説明する図、第７図はその出力特性を示す図であ
る。 ■・・・スケール、２・・・スケールベース、　３，１
４，１５．３２，３３，４２．４３・・・検出へ一２ド
、４．５・・・坪飽和鉄心、　８．７，２２．２３・・
・励磁巻線、８，９，２４．２５・・・出力ａ線、　＋
１．ＩＩＡ、＋７−１　次巻線、　１２．１２Ａ、＋３
　・２次導体、　２１・・・交流励磁電源、　２８Ａ、
２８Ｂ・・・位相検出回路、　２７Ａ、２７Ｂ・・・＾
／ロコンバータ、２５・・・＠算処理部、３１．４１・
・・可動部分、　３４．４４・・・可動子、３５．４５
・・・固定子。

Claims

【特許請求の範囲】

所定間隔に対向され互いに平行に移動可能な１次巻線及
び２次導体から成るリニアモータにおいて、前記１次巻
線の磁性ピッチを所定幅づつ異ならせると共に、前記２
次導体に複数個の検出ヘッドを付加して一体化した２次
導体に複数個の検出ヘッドを付加して一体化した２次導
体部を設けることにより絶対位置を検出できるようにし
たことを特徴とする絶対位置検出装置。