JP2002159166A

JP2002159166A - リニアモータ用ポールセンサ

Info

Publication number: JP2002159166A
Application number: JP2000350864A
Authority: JP
Inventors: Yuji Arinaga; 雄司有永; Takayoshi Nakao; 隆義中尾; Motonori Matsushita; 元則松下
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ホール素子出力の誤動作を防止し、リニアモー
タのポール位置とポールセンサ位置との位置決めを容易
に行えるリニアモータ用ポールセンサを提供する。【解決手段】リニアモータ用ポールセンサは、リニアモ
ータの永久磁石２のポールピッチＰの１／３に相当する
間隔に横一列に配置され、リニアモータのポール位置で
あるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を検出するための複数の第１ポー
ルセンサ１１ａ〜１１ｃと、複数の電機子コイル４に流
れる電流の交流磁界により発生する第１ポールセンサ１
１ａ〜１１ｃの信号変化をキャンセルするよう、複数の
第１ポールセンサ１１ａ〜１１ｃが配置された方向と直
交する方向に偏位して配設された複数の第２ポールセン
サ１２ａ〜１２ｃと、リニアモータの移動子３に設けら
れ、各々のポールセンサ並びにその信号処理回路を実装
したポールセンサ基板１３とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機の送り機構
や半導体製造装置の位置決め装置に用いられると共に、
界磁極と電機子の何れか一方を固定子に、他方を移動子
として相対的に移動するようにしたリニアモータに関
し、特に、リニアモータのポール位置を検出するリニア
モータ用ポールセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機の送り機構や半導体製造装
置の位置決め装置に用いられると共に、界磁極と電機子
の何れか一方を固定子に、他方を移動子として相対的に
移動するようにしたリニアモータは、図５のようになっ
ている。図５は従来の可動磁石型リニアモータの横断面
図である。図において、１８は台車、１８ａは走行ロー
ラ、１９は搬送ハンガ、２０はコイルアッセンブリ、２
２は固定コイル、３０ｃはホール素子、４０はガイドレ
ール、４０ａは固定部、４０ｂはレール部、５０はカバ
ー、７０は移動子、８０は永久磁石、９０は可動フレー
ムである。一方の固定子側はガイドレール４０と該ガイ
ドレール４０の上端に形成された固定部４０ａに取り付
けられるコイルアッセンブリ２０と、該コイルアッセン
ブリ２０を覆う脱着可能なカバー５０とからなる。この
ガイドレール４０の下端側には走行ローラ１８ａを走行
させるための断面コの字状のレール部４０ｂが形成され
ている。他方の移動子７０は、コイルアッセンブリ２０
に内蔵される固定コイル２２を臨み、対向する永久磁石
８０と、該永久磁石８０を挟持する可動フレーム９０
と、この可動フレーム９０を固定する台車１８と、台車
１８と一体に形成された搬送ハンガ１９と、該台車１８
に対して垂直方向に支持された走行ローラ１８ａとから
成る。なお、永久磁石８０は、図６の紙面に対して垂直
方向に磁極が交互となるよう複数配置されている。ま
た、該永久磁石８０の極性を検出するためのホール素子
３０ｃ、３０ａ、３０ｂ（３０ａ、３０ｂは図示せず）
がコイルアッセンブリ２０側に取り付けられている。図
６は従来の可動磁石型リニアモータの制御回路構成を示
したものである。図において、２２ａ〜２２ｆは固定コ
イル、３０ｃ、３０ａ、３０ｂはホール素子、６０はド
ライバ回路、６０ａ、６０ｂはスイッチ、６２はマイク
ロコンピュータである。移動子７０の永久磁石８０の極
性を検出するためのホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂ
が配置され、これらホール素子の出力によりマイクロコ
ンピュータ６２が、移動子７０の位置を検出し、ドライ
バ回路６０を介してコイルアッセンブリ２０を励磁す
る。該ドライバ回路６０は、スイッチ６０ａ、６０ｂを
開閉することにより、上記固定コイル２２ａ〜２２ｆの
通電・励磁方向を移動子７０の移動にともない順次切り
換えていく。図７は、コイルアッセンブリ２０と、移動
子７０と、ホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂとの位置
関係を示したものである。コイルアッセンブリ２０側に
は、該移動子７０の永久磁石８０の極性を検出するため
のホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂが配置されてい
る。ホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂはコイル２２
ａ、２２ｂ、２２ｚおよびコイル２２ｄ、２２ｅ、２２
ｆと永久磁石８０との間で連続して推力を発生させるた
めに、両者の相対位置を検出し、コイルの通電方向を切
り換えるように配置されている。本従来例では、永久磁
石８０の幅が２４ｍｍであるため、ホール素子は８ｍｍ
ピッチで検出を行うことになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、移動子７０の加減速時に流れるコイル２２ａ〜２２
ｆの電流により、交流磁界が発生し、この交流磁界の影
響がホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂにおよぶため、
ホール素子出力が誤動作し、信頼性に欠けるという問題
があった。また、各ホール素子３０ｃ、３０ａ、３０ｂ
が単体でコイルアッセンブリ２０側に取り付けられてい
るため、モータのポール位置とホール素子位置との位置
決めを行うことが非常に難しいという問題があった。本
発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
り、ホール素子出力の誤動作を防止することができ、リ
ニアモータのポール位置と磁気センサ位置との位置決め
を容易に行うことが可能なリニアモータ用ポールセンサ
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１の本発明は、交互に磁極が異なるように複
数の永久磁石を配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的
空隙を介して配置されると共に複数の３相の電機子コイ
ルを装着した電機子と、前記界磁極と前記電機子の何れ
か一方を固定子に、他方を移動子として、前記移動子を
前記固定子の長手方向に沿って相対的に移動するように
したリニアモータにおいて、前記永久磁石のポールピッ
チＰの１／３に相当する間隔に横一列に配置されると共
に、リニアモータのポール位置であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相
を検出するための複数の磁気センサからなる第１ポール
センサと、前記複数の電機子コイルに流れる電流の交流
磁界により発生する前記第１ポールセンサの信号変化を
キャンセルするように、前記複数の第１ポールセンサが
配置された方向と直交する方向の位置に偏位して配設さ
れた複数の磁気センサからなる第２ポールセンサと、前
記電機子に設けられると共に、前記各々のポールセンサ
並びに前記各々のポールセンサの信号処理回路を実装し
たポールセンサ基板と、を設けたリニアモータ用ポール
センサである。請求項２の本発明は、請求項１記載のリ
ニアモータ用ポールセンサにおいて、前記ポールセンサ
基板の両端に、前記電機子に対して前記ポールセンサ基
板を位置決め固定するための穴部を設けたものである。
請求項３の本発明は、請求項２に記載のリニアモータ用
ポールセンサにおいて、前記穴部は、前記永久磁石のポ
ールピッチＰの１／３に相当する長さを有するものであ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】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リニアモ
ータであって、（ａ）はリニアモータの推力方向から見
た正面図、（ｂ）は（ａ）に示す移動子に取り付けたポ
ールセンサおよびポールセンサ基板の側面図（第１実施
例）、図２は、図１に示す永久磁石を配置した固定子の
側面図である。図において、１は固定子、２は永久磁
石、３は移動子、４は電機子コイル、１１は第１ポール
センサ、１２は第２ポールセンサ、１３はポールセンサ
基板である。本発明の構成は以下のとおりである。一方
の固定子１には、図２に示すように、固定子１の長手方
向に沿って、交互に磁極Ｎ、Ｓが異なるように、界磁極
となる複数の永久磁石２が接着剤等で固定されている。
永久磁石２のポールピッチをＰとした場合に、各々の永
久磁石２はポールピッチＰの１／２に相当する間隔で固
定子１上に配置されている。他方の移動子３は、図１
（ａ）に示すように前記固定子１と磁気的空隙を介して
配置されると共に複数の３相の電機子コイル４を装着し
てなる電機子を構成しており、図示しないベアリングを
介して支持されている。また、移動子３には、図１
（ａ）および（ｂ）に示すように、永久磁石２の極性を
検出するための磁気センサである第１ポールセンサ１１
が固定子１と対向するように固定されている。この第１
ポールセンサ１１は、具体的には３つのホール素子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃからなり、リニアモータのポール位
置であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を検出できるよう、略長方形
状のポールセンサ基板１３の長手方向に向かってポール
ピッチの１／３に相当する間隔で横一列に配置されてい
る。さらに、上記ポールセンサ基板１３には、電機子コ
イル４に流れる電流により発生する交流磁界による第１
ポールセンサ１１の誤信号出力をキャンセルするよう、
第１ポールセンサ１１の取付位置からポールセンサ基板
１３の長手方向と直交する方向に所定の距離Ｌだけ偏位
させて磁気センサである第２ポールセンサ１２が設けら
れている。第２ポールセンサ１２はホール素子１２ａ、
１２ｂ、１２ｃから構成されている。なお、ポールセン
サ基板１３は基板の両端部に移動子３に位置決め固定す
るため穴部１４ａが設けられており、図示しないネジ等
を用いて移動子３に固定するようになっている。

【０００６】次に、ポールセンサを駆動し、かつ、その
検出信号を増幅するための信号処理回路について説明す
る。図３は、ポールセンサの信号処理回路を示したブロ
ック図である。上記信号処理回路は、図１（ｂ）のポー
ルセンサ基板１３に具体的に図示しないが、ポールセン
サ基板上に実装したものである。磁気センサであるホー
ル素子１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃは、アンプＩＣ
２Ａ、ＩＣ２ＢおよびトランジスタＴＲ１、ＴＲ２によ
り定電圧で駆動されている。ホール素子１１、１２の出
力ピンであるピン番号２ｐと４ｐは、お互い反転出力の
関係であり、このホール素子１１と１２の出力ピンは、
図３に示されるように、抵抗Ｒを介して反転した出力ピ
ン同士で接続されている。例えば、ホール素子１１ａと
１２ａの場合、ホール素子１１ａのピン番号４ｐは抵抗
Ｒ２とＲ１を介してホール素子１２ａのピン番号２ｐと
接続され、また、ホール素子１１ａのピン番号２ｐは、
抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してホール素子１２ａのピン番号４
ｐと接続されている。ホール素子１１ｂと１２ｂ、ホー
ル素子１１ｃと１２ｃについても同様に接続されてい
る。このようにホール素子１１、１２の接続は、差動構
成となっており、ホール素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの
出力信号が、リニアモータのポール位置Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相と一致する場合、ホール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
の出力信号は、ホール素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出
力信号の反転信号であるｕ相、ｖ相、ｗ相という関係と
なり、同相出力信号をキャンセルすることができる。ホ
ール素子１１、１２の出力信号は、コンパレータＩＣ１
Ａ、ＩＣ１Ｂ、ＩＣ１Ｃにより矩形波に成形され、上位
コントローラ５に出力される。

【０００７】したがって、第１実施例のリニアモータに
おいて、永久磁石２のポールピッチＰの１／３に相当す
る間隔に横一列に配置されると共に、リニアモータのポ
ール位置であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を検出するための複数
の磁気センサからなる第１ポールセンサ１１と、複数の
電機子コイル４に流れる電流の交流磁界により発生する
第１ポールセンサ１１の信号変化をキャンセルするよう
に、複数の第１ポールセンサ１１が配置された方向と直
交する方向の位置に偏位して配設された複数の磁気セン
サからなる第２ポールセンサ１２と、電機子に設けられ
ると共に、各々のポールセンサ１１、１２並びに各々の
ポールセンサの信号処理回路を実装したポールセンサ基
板１３と、を設けたので、例えば、移動子３の加減速時
に流れる電機子コイル４の電流によって発生する交流磁
界が、ポールセンサ基板１３上のホール素子１１ａ、１
１ｂ、１１ｃに影響を及ぼすようなことがあっても、ホ
ール素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃにそれぞれ対応したホ
ール素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、電機子コイル４の
電流で発生する交流磁界の影響による誤出力信号を同相
で検出することができると共に、また、ポールセンサの
信号処理回路において差動構成の接続をとることによ
り、この誤出力信号をキャンセルすることができること
から、永久磁石２の磁界のみを検出することができ、ホ
ール素子の誤動作を防止することができる。

【０００８】図４は、本発明の第２実施例を示すポール
センサ基板の側面図である。第２実施例が第１実施例と
異なる点は、ポールセンサ基板１３の両端に、永久磁石
のポールピッチＰの１／３に相当する長さを有する穴部
１４ｂ、いわゆる長穴を設けた点である。前記穴部１４
ｂがポールピッチＰの少なくとも１／３以上あれば、ホ
ール素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れか１つが、リニ
アモータのＵ相ポール位置に一致する様にポールセンサ
基板１３を移動子３にネジ（図示せず）等で仮固定した
状態で、容易に位置調整をすることが可能となる。例え
ば、ホール素子１１ｂが、リニアモータのＵ相ポール位
置と一致する位置にネジ等で締め付けた場合、ホール素
子１１ｃはＶ相、ホール素子１１ａはＷ相となる。ホー
ル素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れかがリニアモータ
のＵ相、Ｖ相、Ｗ相と一致したかを、上位コントローラ
にセットするか、またはポールセンサ基板１３上に切り
換えスイッチを配置してスイッチ切り替えを行うことに
より、ホール素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの相を決める
ことが可能である。また、ホール素子１１ａ、１１ｂ、
１１ｃをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相と固定し、穴部１４
ｂの長さをＰとしても良い。この第２実施例は、永久磁
石のポールピッチＰの１／３に相当する長さの穴部４ｂ
をポールセンサ基板１３に設けることにより、ポールセ
ンサ基板１３を移動子３に仮固定して、リニアモータの
ポール位置との位置決めが可能となるので、ポール位置
調整が簡単で、高精度な位置決めを容易に行うことがで
きる。なお、第２実施例では、ポールセンサ基板１３の
両端に穴部１４ｂを設けたが、位置は両端でなくても良
く、また穴部は、必ずしも穴でなくても切りかぎ形状で
も良いことは明らかである。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１実施
例によれば、リニアモータにおいて、永久磁石のポール
ピッチＰの１／３に相当する間隔に横一列に配置される
と共に、リニアモータのポール位置であるＵ相、Ｖ相、
Ｗ相を検出するための複数の磁気センサからなる第１ポ
ールセンサと、複数の電機子コイルに流れる電流の交流
磁界により発生する第１ポールセンサの信号変化をキャ
ンセルするように、複数の第１ポールセンサが配置され
た方向と直交する方向の位置に偏位して配設された複数
の磁気センサからなる第２ポールセンサと、電機子に設
けられると共に、各々のポールセンサ並びに各々のポー
ルセンサの信号処理回路を実装したポールセンサ基板
と、を設けたため、第１ポールセンサを構成する各ホー
ル素子にそれぞれ対応した第２ポールセンサを構成する
各ホール素子が、電機子コイルの電流で発生する交流磁
界の影響による誤出力信号を同相で検出することができ
ると共に、また、ポールセンサの信号処理回路において
差動構成の接続をとることにより、この誤出力信号をキ
ャンセルすることができることから、永久磁石２の磁界
のみを検出することができ、ホール素子の誤動作を防止
することができる。また、本発明の第２実施例によれ
ば、ポールセンサ基板の両端に永久磁石のポールピッチ
Ｐの少なくとも１／３に相当する長さを有する穴部を設
けたため、ポールセンサ基板を移動子に仮固定して、リ
ニアモータのポール位置との位置決めが可能となるの
で、ポール位置調整が簡単で、高精度な位置決めを容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すリニアモータであって、
（ａ）はリニアモータの正面図、（ｂ）は（ａ）に示す
移動子に取り付けたポールセンサおよびポールセンサ基
板の側面図である（第１実施例）。

【図２】図１に示す永久磁石を配置した固定子の側面図
である。

【図３】ポールセンサの信号処理回路のブロック図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例を示すポールセンサ基板の
側面図である。

【図５】従来の可動磁石型リニアモータの横断面図であ
る。

【図６】従来の可動磁石型リニアモータの制御回路構成
を示したものである。

【図７】従来のコイルアッセンブリ２０と、移動子７０
と、ホール素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとの位置関係を
示したものである。

【符号の説明】

１固定子２永久磁石３移動子４電機子コイル１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：ホール素子（第１ポー
ルセンサ）１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：ホール素子（第２ポー
ルセンサ）１３ポールセンサ基板１４ａ穴部１４ｂ穴部１５上位コントローラＩＣ１Ａ、ＩＣ１Ｂ、ＩＣ１Ｃ：コンパレータＩＣ２Ａ、ＩＣ２Ｂ：オペアンプＴＲ１、ＴＲ２：トランジスタＲ１〜Ｒ２０：抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H611 AA01 BB09 PP01 PP05 QQ03 RR02 UA01 UA07 5H641 BB06 BB18 BB19 GG02 GG03 GG07 GG24 GG26 GG28 HH02 HH03 HH06 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交互に磁極が異なるように複数の永久磁石
を配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して
配置されると共に複数の３相の電機子コイルを装着した
電機子と、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定
子に、他方を移動子として、前記移動子を前記固定子の
長手方向に沿って相対的に移動するようにしたリニアモ
ータにおいて、前記永久磁石のポールピッチＰの１／３に相当する間隔
に横一列に配置されると共に、リニアモータのポール位
置であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を検出するための複数の磁気
センサからなる第１ポールセンサと、前記複数の電機子コイルに流れる電流の交流磁界により
発生する前記第１ポールセンサの信号変化をキャンセル
するように、前記複数の第１ポールセンサが配置された
方向と直交する方向の位置に偏位して配設された複数の
磁気センサからなる第２ポールセンサと、前記電機子に設けられると共に、前記各々のポールセン
サ並びに前記各々のポールセンサの信号処理回路を実装
したポールセンサ基板と、を設けたことを特徴とするリ
ニアモータ用ポールセンサ。
【請求項２】前記ポールセンサ基板の両端に、前記電機
子に対して前記ポールセンサ基板を位置決め固定するた
めの穴部を設けたことを特徴とする請求項１記載のリニ
アモータ用ポールセンサ。
【請求項３】前記穴部は、前記永久磁石のポールピッチ
Ｐの少なくとも１／３に相当する長さを有することを特
徴とする請求項２に記載のリニアモータ用ポールセン
サ。