JP2009139222A - Position detecting device for rotation/linear moving-combined motor and rotation/linear moving-combined motor - Google Patents

Position detecting device for rotation/linear moving-combined motor and rotation/linear moving-combined motor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detecting device for a small rotation/linear moving-combined motor. <P>SOLUTION: This position detecting device 2 is composed of a plurality of position detecting magnets 10 and three hole elements. The magnetized directions 15 of the adjacent position detecting magnets are axially reversed each other, the first hole elements 11 is disposed to face the position detecting magnet 10, the second hole element 12 is disposed at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the first hole element 11, the third hole element 13 is disposed at a position axially parted by 1/2 of the pole pitch of the position detecting magnet 10 from the position of the first hole element 11, and the rotational position θ and the direct-acting position (z) of an output shaft are calculated by θ=tan-1(V1/V2) and (z)=tan-1(V1/V3) by using the output voltages V1 to V3 of the first to third hole elements. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転・直動複合型モータの出力軸の位置を検出する回転・直動複合型モータの位置検出装置および回転・直動複合型モータに関する。 The present invention relates to a position detection device for a combined rotation / linear motion motor that detects the position of an output shaft of the combined rotation / linear motion motor, and a combined rotation / linear motion motor.

従来、回転・直動複合型モータの出力軸の回転と直動の位置をそれぞれ別の位置検出装置用いて検出する回転・直動複合型モータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図７は従来の回転・直動複合型モータの回転用の位置検出装置の構造を示す側断面図、図８は直動用の位置検出装置の構造を示す側断面図である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a rotation / linear motion combined motor that detects the rotation and linear motion positions of an output shaft of a rotation / linear motion combined motor using separate position detection devices has been disclosed (for example, see Patent Document 1). .
FIG. 7 is a side sectional view showing a structure of a position detecting device for rotation of a conventional combined rotary / linear motion motor, and FIG. 8 is a side sectional view showing a structure of a position detecting device for linear motion.

先ず、回転用の位置検出装置の構造について説明する。
図７において、１はモータ部、２１は回転用の位置検出装置である。
モータ部１において、１６は回転・直動軸受で、出力軸９は回転方向および直動方向に移動できるように支持されている。 First, the structure of the position detection device for rotation will be described.
In FIG. 7, 1 is a motor unit, and 21 is a position detection device for rotation.
In the motor unit 1, 16 is a rotary / linear motion bearing, and the output shaft 9 is supported so as to be movable in the rotational direction and the linear motion direction.

回転用の位置検出装置２１において、３は直動軸受、４は回転軸受である。直動軸受３はボールスプライン軸受構造となっており、インナーレース側は出力軸９に固定され、アウターレース側は回転軸受４に回転自在に取り付け支持されている。５は直動軸受３のアウターレース側に固定された回転信号発生部で、回転信号発生部５は直動軸受３に同期回転して出力軸９の回転信号を発生する。６は回転信号検出器で、回転信号検出器６は、回転信号発生部５からの信号を定位置で受けて出力軸９の回転位置を検出する。   In the position detection device 21 for rotation, 3 is a linear motion bearing and 4 is a rotation bearing. The linear motion bearing 3 has a ball spline bearing structure, the inner race side being fixed to the output shaft 9, and the outer race side being rotatably attached to and supported by the rotary bearing 4. Reference numeral 5 denotes a rotation signal generator fixed to the outer race side of the linear motion bearing 3, and the rotation signal generator 5 rotates in synchronization with the linear motion bearing 3 to generate a rotation signal of the output shaft 9. Reference numeral 6 denotes a rotation signal detector. The rotation signal detector 6 receives a signal from the rotation signal generator 5 at a fixed position and detects the rotation position of the output shaft 9.

次に、直動用の位置検出装置の構造について説明する。
図８において、２２は直動用の位置検出装置である。
直動用の位置検出装置２２において、７は直動信号発生部で、出力軸９の直動方向に対してのみ直動軸受３と同期して移動することにより、出力軸９の直動信号を発生する。直動軸受３が回転軸受４を介してモータの出力軸９の下端部を支持している。８は直動信号検出器で、直動信号発生部７からの信号を定位置で受けて、出力軸９の直動位置を検出する。 Next, the structure of the position detecting device for linear motion will be described.
In FIG. 8, 22 is a position detector for linear motion.
In the position detector 22 for linear motion, 7 is a linear motion signal generator, which moves in synchronism with the linear motion bearing 3 only in the linear motion direction of the output shaft 9, thereby converting the linear motion signal of the output shaft 9. appear. The linear motion bearing 3 supports the lower end portion of the output shaft 9 of the motor via the rotary bearing 4. A linear motion signal detector 8 receives a signal from the linear motion signal generator 7 at a fixed position, and detects the linear motion position of the output shaft 9.

このように、従来の回転・直動複合型モータは、出力軸の回転位置と直動位置をそれぞれ別の装置用いて検出していた。
特開２０００−１４１１５号公報 As described above, the conventional combined rotary / linear motor has detected the rotational position and the linear motion position of the output shaft using different devices.
JP 2000-14115 A

しかしながら、従来の回転・直動複合型モータの位置検出装置は、回転と直動の位置検出装置を別々に備え、これらを組み合わせてできているので、小型化することが困難であるという問題があった。本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型の、直動・複合型モータの位置検出装置を実現することを目的とする。   However, the conventional rotary / linear motion type motor position detection device is provided with separate rotation and linear motion position detection devices, which are combined to form a problem that it is difficult to reduce the size. there were. The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to realize a small-sized linear motion / composite motor position detection device.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、回転方向および直動方向に移動する出力軸を有するモータ部と、前記出力軸の回転位置および直動位置を検出する位置検出装置とで構成される回転・直動複合型モータの位置検出装置において、前記位置検出装置は、円板状で円板状の平面に対して水平方向に一方向に磁化され、隣り合う磁化方向が互いに反転するよう直動方向に前記平面を垂直にして等間隔に配置された複数個の位置検出用磁石を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記位置検出装置は、前記位置検出用磁石の周方向の側面に対して空隙を介して配置された第一のホール素子と、前記第一のホール素子の位置から周方向に９０度だけ回転した位置に配置された第二のホール素子と、前記第一のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第三のホール素子とを備え、前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧から前記回転位置を求め、前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧から前記直動位置を求めることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記回転位置を前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求め、前記直動位置を前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求めることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記位置検出装置は、前記位置検出用磁石の周方向の側面に対して空隙を介して配置された第一のホール素子と、前記第一のホール素子の位置から周方向に９０度だけ回転した位置に配置された第二のホール素子と、前記第一のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第三のホール素子と、前記第二のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第四のホール素子とを備え、前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧、もしくは前記第三のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧から前記回転位置を求め、前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧、もしくは前記第二のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧から前記直動位置を求めることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧の逆正接演算、もしくは前記第三のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求め、前記直動位置を前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧の逆正接演算、もしくは前記第二のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求めることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、回転・直動複合型モータが請求項１に記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置を備えたことを特徴とする特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a rotation / linear motion comprising a motor unit having an output shaft that moves in the rotational direction and the linear motion direction, and a position detection device that detects the rotational position and the linear motion position of the output shaft. In the position detection device for a combined dynamic motor, the position detection device is disc-shaped and magnetized in one direction in a horizontal direction with respect to a disk-shaped plane, and in a linear motion direction so that adjacent magnetization directions are reversed from each other. A plurality of position detecting magnets arranged at equal intervals with the plane being vertical are provided.
According to a second aspect of the present invention, the position detection device includes a first Hall element disposed via a gap with respect to a side surface in the circumferential direction of the position detection magnet, and the first Hall element. The second Hall element disposed at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the position of the first Hall element, and only ½ pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet in the linear motion direction from the position of the first Hall element A third Hall element disposed at a separated position, and determining the rotational position from output voltages of the first Hall element and the second Hall element, and the first Hall element and the third Hall element. The linear motion position is obtained from the output voltage of the Hall element.
According to a third aspect of the present invention, the rotational position is obtained by calculating an arctangent of the output voltages of the first Hall element and the second Hall element, and the linear movement position is calculated with the first Hall element. The third Hall element is obtained by calculating an arctangent of the output voltage of the Hall element.
According to a fourth aspect of the present invention, the position detection device includes a first hall element disposed via a gap with respect to a circumferential side surface of the position detection magnet, and the first hall element. The second Hall element disposed at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the position of the first Hall element, and only ½ pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet in the linear motion direction from the position of the first Hall element A third Hall element disposed at a separated position and a fourth Hall element disposed at a position separated from the position of the second Hall element by a half pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet in the linear movement direction. The rotation position is obtained from the output voltages of the first Hall element and the second Hall element, or the output voltages of the third Hall element and the fourth Hall element, One hall element and the third hall It is characterized in output voltage of the child or the output voltage of the said and second Hall elements fourth hall elements, determining the linear motion position.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an arctangent calculation of output voltages of the first Hall element and the second Hall element, or an output voltage of the third Hall element and the fourth Hall element. Obtained by arc tangent calculation, and the linear motion position is calculated by arc tangent calculation of output voltages of the first Hall element and the third Hall element, or output voltages of the second Hall element and the fourth Hall element. It is characterized by obtaining by an arc tangent calculation.
The invention described in claim 6 is characterized in that the combined rotation / linear motion motor includes the position detection device for the combined rotation / linear motion motor described in claim 1.

請求項１乃至３に記載の発明によると、位置検出装置が、円板状で円板状の平面に対して水平方向に一方向に磁化され、隣り合う磁化方向が互いに反転するよう直動方向に円板状の平面を垂直にして等間隔に配置された複数個の位置検出用磁石を備えているので、出力軸の回転および直動の両方の位置検出ができ、位置検出装置を小型化することができる。   According to the first to third aspects of the present invention, the position detecting device is disc-shaped and magnetized in one direction in the horizontal direction with respect to the disc-shaped plane, and the linear motion direction is such that adjacent magnetization directions are reversed from each other. In addition, a plurality of position detection magnets arranged at equal intervals with a disc-shaped plane perpendicular to each other can detect both the rotation and linear movement of the output shaft, and the position detection device can be downsized. can do.

また、請求項４および請求項５に記載の発明によると、出力軸の回転および直動の両方の位置検出を位置検出用磁石と４個のホール素子のみで行なえば、位置検出装置を小型化することができるとともに、任意の回転位置・直動位置の検出精度を向上することができる。   Further, according to the invention described in claims 4 and 5, if the position detection of both the rotation and the linear motion of the output shaft is performed only by the position detection magnet and the four Hall elements, the position detection device can be downsized. In addition, it is possible to improve the detection accuracy of any rotational position / linear motion position.

また、請求項６に記載の発明によると、小型の位置検出装置を備えた回転・直動複合型モータが得られる。   According to the sixth aspect of the present invention, a combined rotary / linear motor having a small position detecting device can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１実施例を示す回転・直動複合型モータの側断面図である。
図１において、回転・直動複合型モータはモータ部１と位置検出装置２から構成される。モータ部１では、出力軸９が回転方向および直動方向に移動できるように、回転・直動軸受１６に支持されている。位置検出装置２は出力軸９の回転と直動の絶対位置を検出する。 FIG. 1 is a side cross-sectional view of a combined rotary / linear motor of a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the combined rotary / linear motor includes a motor unit 1 and a position detection device 2. In the motor unit 1, the output shaft 9 is supported by the rotary / linear motion bearing 16 so that the output shaft 9 can move in the rotational direction and the linear motion direction. The position detection device 2 detects the absolute position of rotation and linear motion of the output shaft 9.

位置検出装置２は、複数個の位置検出用磁石と３個のホール素子から構成される。
図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は図１の位置検出装置部分の側断面図である。また、図４は本実施例における位置検出装置の位置検出用磁石と３個のホール素子の配置を概略的に示した斜視図である。ただし、出力軸９は省略している。
図２において、１０は位置検出用磁石で、円板形状をしており、円板の平面に対して水平方向に一方向に磁化されている。
また、図３において、複数個の円板状の永久磁石は、直動方向に対して隣接する永久磁石の間隔に等しい磁極ピッチ１９が構成されるよう、円板状の平面を直動方向に対して垂直にして等間隔に配置し、さらに、磁化方向１５が交互に反転するように配置した。 The position detection device 2 includes a plurality of position detection magnets and three Hall elements.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a side cross-sectional view of the position detection device portion of FIG. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the arrangement of position detection magnets and three Hall elements of the position detection apparatus in the present embodiment. However, the output shaft 9 is omitted.
In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a position detecting magnet which has a disk shape and is magnetized in one direction in the horizontal direction with respect to the plane of the disk.
Further, in FIG. 3, the plurality of disk-shaped permanent magnets have their disk-shaped planes in the linear motion direction so that a magnetic pole pitch 19 equal to the interval between the permanent magnets adjacent to the linear motion direction is formed. The magnets were arranged so as to be perpendicular to each other at equal intervals, and further arranged so that the magnetization directions 15 were alternately reversed.

図２と図３において、１１は第一のホール素子、１２は第二のホール素子、１３は第三のホール素子である。第一のホール素子１１を位置検出用磁石１０の周方向の側面に対して空隙を介して配置し、第一のホール素子１１の位置から周方向に９０度だけ回転した位置に第二のホール素子１２を配置し、第一のホール素子１１の位置から直動方向に位置検出用磁石１０の磁極ピッチ１９の１／２ピッチ２０だけ離した位置に第三のホール素子１３を配置した。   2 and 3, 11 is a first Hall element, 12 is a second Hall element, and 13 is a third Hall element. The first hall element 11 is arranged with a gap with respect to the side surface in the circumferential direction of the position detection magnet 10, and the second hall is located at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the first hall element 11. The element 12 is arranged, and the third hall element 13 is arranged at a position separated from the position of the first hall element 11 by a ½ pitch 20 of the magnetic pole pitch 19 of the position detecting magnet 10 in the linear motion direction.

次に、出力軸９の回転位置および直動位置を検出する原理について説明する。
定位置に固定された第一のホール素子１１は、位置検出用磁石１０から発生する磁界をホール素子の感受面に対して垂直な向きの成分として検出する。ここで、出力軸９の直動位置ｚを固定し、回転位置θを変動させると、ホール素子が検出する磁界の大きさは回転位置θの大きさに応じて正弦波状に変化し、同時にホール素子の出力電圧Ｖ１も回転位置θに関して正弦波となる。また、回転位置θを固定し、直動位置ｚを変動させると、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１は直動位置ｚに関して正弦波となる。 Next, the principle of detecting the rotational position and linear motion position of the output shaft 9 will be described.
The first Hall element 11 fixed at a fixed position detects the magnetic field generated from the position detection magnet 10 as a component in a direction perpendicular to the sensitive surface of the Hall element. Here, when the linear movement position z of the output shaft 9 is fixed and the rotational position θ is changed, the magnitude of the magnetic field detected by the Hall element changes in a sine wave shape according to the magnitude of the rotational position θ, and at the same time, the Hall The output voltage V1 of the element is also a sine wave with respect to the rotational position θ. When the rotational position θ is fixed and the linear motion position z is changed, the output voltage V1 of the first Hall element 11 becomes a sine wave with respect to the linear motion position z.

したがって、出力軸９の回転位置θと直動位置ｚに対する第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１は図５に示すグラフのようになり、数式で表すと以下のようになる。
Ｖ１＝ｓｉｎθ・ｓｉｎｚ （１）
ここで、出力軸９の直動位置ｚは、位置検出用磁石１０の磁極ピッチ１９を角度１８０度に対応させた電気角で表現しており、ホール素子の出力電圧の振幅は１[Ｖ]と設定した。
図２では、１７が回転位置θの原点であり、第一ホール素子１１に対する出力軸９の回転位置θが９０度の場合を示している。また、図３では、１８が直動位置ｚの原点であり、第一ホール素子１１に対する出力軸９の直動位置ｚが９０度の場合を示している。 Therefore, the output voltage V1 of the first Hall element 11 with respect to the rotational position θ and the linear movement position z of the output shaft 9 is as shown in the graph of FIG.
V1 = sin θ · sinz (1)
Here, the linear motion position z of the output shaft 9 is expressed by an electrical angle in which the magnetic pole pitch 19 of the position detection magnet 10 corresponds to an angle of 180 degrees, and the amplitude of the output voltage of the Hall element is 1 [V]. Was set.
FIG. 2 shows a case where 17 is the origin of the rotational position θ and the rotational position θ of the output shaft 9 with respect to the first Hall element 11 is 90 degrees. 3 shows a case where 18 is the origin of the linear motion position z and the linear motion position z of the output shaft 9 with respect to the first Hall element 11 is 90 degrees.

次に、第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２および第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３について説明する。
図１において出力軸９を上から見たとき右回転方向を正方向の回転方向とし、出力軸９が下から上に移動する方向を正方向の直動方向とすると第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２は、回転位置θについてＶ１よりもπ／２だけ位相が進んでおり、第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３は直動位置ｚについて、Ｖ１よりもπ／２だけ位相が進んでいるので、Ｖ２およびＶ３はそれぞれ以下に示す（２）式および（３）式で表される。
Ｖ２＝ｓｉｎ（θ＋π／２）・ｓｉｎｚ＝ｃｏｓθ・ｓｉｎｚ （２）
Ｖ３＝ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ｚ＋π／２）＝ｓｉｎθ・ｃｏｓｚ （３） Next, the output voltage V2 of the second Hall element 12 and the output voltage V3 of the third Hall element 13 will be described.
In FIG. 1, when the output shaft 9 is viewed from above, the right rotation direction is the positive rotation direction, and the direction in which the output shaft 9 moves from the bottom to the top is the positive linear movement direction. The phase of the output voltage V2 is advanced by π / 2 from V1 at the rotational position θ, and the phase of the output voltage V3 of the third Hall element 13 is advanced by π / 2 from V1 at the linear movement position z. Therefore, V2 and V3 are represented by the following expressions (2) and (3), respectively.
V2 = sin (θ + π / 2) · sinz = cos θ · sinz (2)
V3 = sin θ · sin (z + π / 2) = sin θ · cosz (3)

従って、出力軸９の回転位置θは第一、第二のホール素子の出力電圧Ｖ１とＶ２を用いて、
θ＝ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２） ［ｒａｄ］ （４）
で計算することができ、
出力軸９の直動位置ｚは第一、第三のホール素子の出力電圧Ｖ１とＶ３を用いて、
ｚ＝ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ３） ［ｒａｄ］ （５）
で計算することができる。 Therefore, the rotational position θ of the output shaft 9 is determined by using the output voltages V1 and V2 of the first and second Hall elements,
θ = tan −1 (V1 / V2) [rad] (4)
Can be calculated with
The linear movement position z of the output shaft 9 uses the output voltages V1 and V3 of the first and third Hall elements,
z = tan −1 (V1 / V3) [rad] (5)
Can be calculated with

（５）式では、出力軸９の直動位置ｚを電気角で表現しているので、距離で表現した直動位置ｚ’は、
ｚ’＝ｚ・Ｌ／π ［ｍ］ （６）
で表すことができる。ここで、Ｌは位置検出用磁石の磁極ピッチ［ｍ］を表す。 In the equation (5), the linear motion position z of the output shaft 9 is expressed by an electrical angle.
z ′ = z · L / π [m] (6)
Can be expressed as Here, L represents the magnetic pole pitch [m] of the position detection magnet.

以上に示したように、本発明では、位置検出用磁石１０とホール素子３個を用いて、出力軸９の回転位置と直動位置の検出を同時に行えるようにしたので、位置検出装置を小型化することができる。   As described above, in the present invention, the position detecting device 10 and the three Hall elements can be used to detect the rotational position and the linear motion position of the output shaft 9 at the same time. Can be

図６は、本発明の第２実施例を示す回転・直動複合型モータの位置検出装置における、位置検出用磁石とホール素子の配置を表す斜視図である。
図６において、１４は第四のホール素子である。本実施例が実施例１と異なるのは、第二のホール素子１２の位置から位置検出用磁石１０の磁極ピッチ１９の１／２の距離２０だけ軸方向に離した位置に、第四のホール素子１４を追加した点である。 FIG. 6 is a perspective view showing the arrangement of position detection magnets and Hall elements in a position detection apparatus for a combined rotary and linear motor, showing a second embodiment of the present invention.
In FIG. 6, reference numeral 14 denotes a fourth Hall element. The present embodiment is different from the first embodiment in that the fourth hole is located at a position separated from the position of the second Hall element 12 in the axial direction by a distance 20 that is 1/2 of the magnetic pole pitch 19 of the position detecting magnet 10. The element 14 is added.

実施例１の場合と同様な計算により、第四のホール素子１４の出力電圧Ｖ４は以下に示す（７）式で表される。
Ｖ４＝ｓｉｎ（θ＋π／２）・ｓｉｎ（ｚ＋π／２）＝ｃｏｓθ・ｃｏｓｚ （７）
なお、第一〜第三のホール素子の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は、実施例１に記載した（１）〜（３）式でそれぞれ表される。 By the same calculation as in the first embodiment, the output voltage V4 of the fourth Hall element 14 is expressed by the following equation (7).
V4 = sin (θ + π / 2) · sin (z + π / 2) = cos θ · cosz (7)
The output voltages V1 to V3 of the first to third Hall elements are respectively expressed by the formulas (1) to (3) described in the first embodiment.

はじめに、出力軸９の回転位置θを検出する原理について説明する。位置検出用磁石１０が回転したとき、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１と第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３の大きさを比較して、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１の方が大きいときは、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１と第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２を用いて出力軸９の回転位置θの計算を行い、第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３の方が大きいときは、第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３と第四のホール素子１４の出力電圧Ｖ４を用いて出力軸の回転位置θの計算を行う。   First, the principle of detecting the rotational position θ of the output shaft 9 will be described. When the position detecting magnet 10 rotates, the output voltage V1 of the first hall element 11 is compared with the output voltage V1 of the first hall element 11 by comparing the output voltage V1 of the first hall element 11 and the output voltage V3 of the third hall element 13. When the value is larger, the rotational position θ of the output shaft 9 is calculated using the output voltage V1 of the first Hall element 11 and the output voltage V2 of the second Hall element 12, and the output of the third Hall element 13 is calculated. When the voltage V3 is larger, the rotational position θ of the output shaft is calculated using the output voltage V3 of the third Hall element 13 and the output voltage V4 of the fourth Hall element 14.

すなわち、以下の（８）又は（９）式を用いて計算する。
θ＝ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２） （Ｖ１＞Ｖ３のとき） （８）
θ＝ｔａｎ−１（Ｖ３／Ｖ４） （Ｖ１≦Ｖ３のとき） （９） That is, it calculates using the following (8) or (9) Formula.
θ = tan −1 (V1 / V2) (when V1> V3) (8)
θ = tan −1 (V3 / V4) (when V1 ≦ V3) (9)

次に、出力軸９の直動位置ｚを検出する原理について説明する。
出力軸９が直動したとき、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１と第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２の大きさを比較して、第一のホール素子の出力電圧Ｖ１の方が大きいときは、第一のホール素子１１の出力電圧Ｖ１と第三のホール素子１３の出力電圧Ｖ３を用いて出力軸９の直動位置ｚの計算を行い、第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２の方が大きいときは、第二のホール素子１２の出力電圧Ｖ２と第四のホール素子１４の出力電圧Ｖ４を用いて位置検出用磁石１０の直動位置ｚの計算を行う。 Next, the principle of detecting the linear movement position z of the output shaft 9 will be described.
When the output shaft 9 is linearly moved, the output voltage V1 of the first Hall element 11 is compared with the output voltage V2 of the second Hall element 12, and the output voltage V1 of the first Hall element 11 is greater. When it is larger, the linear motion position z of the output shaft 9 is calculated using the output voltage V1 of the first Hall element 11 and the output voltage V3 of the third Hall element 13, and the output voltage of the second Hall element 12 is calculated. When V2 is larger, the linear motion position z of the position detecting magnet 10 is calculated using the output voltage V2 of the second Hall element 12 and the output voltage V4 of the fourth Hall element 14.

すなわち、以下の（１０）又は（１１）式を用いて計算する。
ｚ＝ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ３） （Ｖ１＞Ｖ２のとき） （１０）
ｚ＝ｔａｎ−１（Ｖ２／Ｖ４） （Ｖ１≦Ｖ２のとき） （１１） That is, it calculates using the following (10) or (11) Formula.
z = tan −1 (V1 / V3) (when V1> V2) (10)
z = tan −1 (V2 / V4) (when V1 ≦ V2) (11)

上述のように出力軸９の回転位置と直動位置を計算することにより、回転位置θが１８０°の状態で直動位置ｚが変動する場合や、直動位置ｚが１８０°の状態で、回転位置θが変動する場合に、第一のホール素子１１の出力信号が常に０[Ｖ]となり、位置検出が困難となることを回避することができる。   By calculating the rotational position and the linear motion position of the output shaft 9 as described above, when the linear motion position z varies while the rotational position θ is 180 °, or when the linear motion position z is 180 °, When the rotational position θ fluctuates, the output signal of the first Hall element 11 is always 0 [V], and it can be avoided that position detection becomes difficult.

本発明では位置検出素子として、ホール素子を用いたが、磁気抵抗効果素子等の他の磁気検出素子を用いても良い。   In the present invention, the Hall element is used as the position detection element, but other magnetic detection elements such as a magnetoresistance effect element may be used.

第１実施例を示す回転・直動複合型モータの側断面図Side sectional view of the combined rotary / linear motor of the first embodiment 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図Sectional drawing along the AA line of FIG. 図１の位置検出装置の側断面図1 is a cross-sectional side view of the position detection device of FIG. 第１実施例における位置検出用磁石とホール素子の斜視図The perspective view of the position detection magnet and Hall element in 1st Example 回転位置θと直動位置ｚに関する第一のホール素子の出力電圧波形のグラフGraph of output voltage waveform of first Hall element with respect to rotational position θ and linear motion position z 第２実施例における位置検出用磁石とホール素子の斜視図The perspective view of the position detection magnet and Hall element in 2nd Example 従来の回転・直動複合型モータの回転用の位置検出装置の構造を示す側断面図Side sectional view showing the structure of a position detection device for rotation of a conventional combined rotary / linear motor 従来の回転・直動複合型モータの直動用の位置検出装置の構造を示す側断面図Side sectional view showing the structure of a position detecting device for linear motion of a conventional combined rotary / linear motion motor

符号の説明Explanation of symbols

１ モータ部
２ 位置検出装置
２１ 回転用の位置検出装置
２２ 直動用の位置検出装置
３ 直動軸受
４ 回転軸受
５ 回転信号発生部
６ 回転信号検出器
７ 直動信号発生部
８ 直動信号検出器
９ 出力軸
１０ 位置検出用磁石
１１ 第一のホール素子
１２ 第二のホール素子
１３ 第三のホール素子
１４ 第四のホール素子
１５ 磁化方向
１６ 回転・直動軸受
１７ θ＝０の位置
１８ ｚ＝０の位置
１９ 磁極ピッチ
２０ 磁極ピッチの１／２ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor part 2 Position detection apparatus 21 Position detection apparatus for rotation 22 Position detection apparatus for linear motion 3 Linear motion bearing 4 Rotation bearing 5 Rotation signal generation part 6 Rotation signal detector 7 Linear motion signal generation part 8 Linear motion signal detector DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Output shaft 10 Position detection magnet 11 1st hall element 12 2nd hall element 13 3rd hall element 14 4th hall element 15 Magnetization direction 16 Rotary / linear motion bearing 17 Position of (theta) = 0 18 z = 0 position 19 Magnetic pole pitch 20 1/2 of magnetic pole pitch

Claims (6)

回転方向および直動方向に移動する出力軸を有するモータ部と、前記出力軸の回転位置および直動位置を検出する位置検出装置とで構成される回転・直動複合型モータの位置検出装置において、
前記位置検出装置は、円板状で円板状の平面に対して水平方向に一方向に磁化され、隣り合う磁化方向が互いに反転するよう直動方向に前記平面を垂直にして等間隔に配置された複数個の位置検出用磁石を備えたことを特徴とする回転・直動複合型モータの位置検出装置。 In a position detection device for a combined rotary / linear motion motor comprising a motor section having an output shaft that moves in the rotational direction and the linear motion direction, and a position detection device that detects the rotational position and the linear motion position of the output shaft. ,
The position detecting device is a disc-like shape that is magnetized in one direction in the horizontal direction with respect to the disc-shaped plane, and is arranged at equal intervals with the plane perpendicular to the linear motion direction so that adjacent magnetization directions are reversed from each other. A position detection apparatus for a combined rotary / linear motor, comprising a plurality of position detection magnets. 前記位置検出装置は、前記位置検出用磁石の周方向の側面に対して空隙を介して配置された第一のホール素子と、
前記第一のホール素子の位置から周方向に９０度だけ回転した位置に配置された第二のホール素子と、
前記第一のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第三のホール素子とを備え、
前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧から前記回転位置を求め、
前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧から前記直動位置を求めることを特徴とする請求項１記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置。 The position detection device includes a first Hall element disposed via a gap with respect to a circumferential side surface of the position detection magnet,
A second Hall element disposed at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the first Hall element;
A third Hall element arranged at a position separated from the position of the first Hall element by a half pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet in the linear motion direction,
Obtain the rotational position from the output voltage of the first Hall element and the second Hall element,
2. The position detection apparatus for a combined rotary / linear motion motor according to claim 1, wherein the linear motion position is obtained from output voltages of the first Hall element and the third Hall element. 前記回転位置を前記第一のホール素子の出力電圧と前記第二のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求め、前記直動位置を前記第一のホール素子の出力電圧と前記第三のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求めることを特徴とする請求項２記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置。   The rotational position is obtained by calculating an arctangent of the output voltage of the first Hall element and the output voltage of the second Hall element, and the linear movement position is determined by the output voltage of the first Hall element and the third Hall. The position detection apparatus for a combined rotary / direct acting motor according to claim 2, wherein the position detection device calculates the arc tangent of the output voltage of the element. 前記位置検出装置は、前記位置検出用磁石の周方向の側面に対して空隙を介して配置された第一のホール素子と、
前記第一のホール素子の位置から周方向に９０度だけ回転した位置に配置された第二のホール素子と、
前記第一のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第三のホール素子と、
前記第二のホール素子の位置から直動方向に前記位置検出用磁石の磁極ピッチの１／２ピッチだけ離した位置に配置された第四のホール素子とを備え、前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧、もしくは前記第三のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧から前記回転位置を求め、前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧、もしくは前記第二のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧から前記直動位置を求めることを特徴とする請求項１記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置。 The position detection device includes a first Hall element disposed via a gap with respect to a circumferential side surface of the position detection magnet,
A second Hall element disposed at a position rotated by 90 degrees in the circumferential direction from the position of the first Hall element;
A third Hall element disposed at a position separated from the position of the first Hall element by a half pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet in the linear motion direction;
A fourth Hall element disposed at a position separated from the position of the second Hall element in a linear motion direction by a half pitch of the magnetic pole pitch of the position detecting magnet, and the first Hall element; The rotational position is obtained from the output voltage of the second Hall element or the output voltage of the third Hall element and the fourth Hall element, and the output voltage of the first Hall element and the third Hall element. 2. The position detection apparatus for a combined rotary / linear motion motor according to claim 1, wherein the linear motion position is obtained from output voltages of the second Hall element and the fourth Hall element. 前記回転位置を前記第一のホール素子と前記第二のホール素子の出力電圧の逆正接演算、もしくは前記第三のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求め、前記直動位置を前記第一のホール素子と前記第三のホール素子の出力電圧の逆正接演算、もしくは前記第二のホール素子と前記第四のホール素子の出力電圧の逆正接演算によって求めることを特徴とする請求項４記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置。   The rotational position is determined by calculating the arc tangent of the output voltage of the first Hall element and the second Hall element, or by calculating the arc tangent of the output voltage of the third Hall element and the fourth Hall element, Determining the linear motion position by calculating the arc tangent of the output voltage of the first Hall element and the third Hall element, or calculating the arc tangent of the output voltage of the second Hall element and the fourth Hall element. The position detection apparatus for a combined rotary / linear motion motor according to claim 4. 請求項１記載の回転・直動複合型モータの位置検出装置を備えたことを特徴とする回転・直動複合型モータ。   A combined rotary / direct acting motor, comprising the position detecting device for a combined rotary / direct acting motor according to claim 1.
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