JP4647395B2

JP4647395B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP4647395B2
Application number: JP2005152722A
Authority: JP
Inventors: 章吾横山
Original assignee: Tietech Co Ltd
Current assignee: Tietech Co Ltd
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP2006333612A

Description

本発明は、固定体と該固定体上を移動可能な可動体とからなるリニアモータに関し、詳しくは、磁気検出センサによって固定体における可動体の位置を検出可能なリニアモータに関する。

固定体（例えば、「走行路」であり、以下「走行路」と記す）と、この走行路上の任意の２点間を移動可能な可動体（例えば、「台車」であり、以下「台車」と記す）とからなるリニアモータにおいて、走行路に対する台車の位置を検出する方法として、磁気を使用して検出する技術が既に知られている。この技術では、走行路の長手方向に対して、例えば、ステンレス板にゴム磁石を接着し着磁させたスケールが一様に設けられている。また、台車には、走行路に設けたスケールの磁気を検出可能な検出ヘッドが設けられている。そして、この検出ヘッドがスケールからの磁気を検出することによって、走行路に対する台車の位置を検出可能となっている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−５６８９２号公報

しかしながら、上述したリニアモータの走行路には、台車を駆動させるための永久磁石が設けられている。そのため、検出ヘッドによってスケールから検出される磁気は、この永久磁石による磁気の影響を受けることがあり、正確に台車の位置を検出することができなかった。また、走行路の長手方向に対して着磁させたスケールを一様に設ける必要があるため、装置としてコスト高となっていた。

本発明は、台車の位置を検出するために走行路に沿って設けてあるスケールを用いることなく、台車の位置を検出可能なリニアモータを提供することを課題とする。

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、固定体と、この固定体の長手方向を移動可能な可動体とからなるリニアモータである。そして、前記固定体の長手方向には、前記可動体を移動させるための表面極性が異なる永久磁石が所定長のギャップを介して交互に隣り合わせられるように設けられており、前記可動体には、前記走行路における移動方向に複数の磁気検出センサ（例えば、ホール素子）が配置されており、前記可動体が前記固定体上の任意の位置において、該複数の磁気検出センサのうち、少なくとも１つの磁気検出センサは非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられており、前記非飽和状態の磁気検出センサの磁界強度を検出することによって前記走行路における前記可動体の位置検出をする構成である。
この構成によれば、非飽和状態の磁気検出センサが検出した磁界強度を、予め可動体の位置情報に対応付けておくことによって、その検出した磁界強度から固体体における可動体の位置を検出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜２を用いて説明する。
磁気検出センサとしてホール素子を使う例で、以下、実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るリニアモータにおいて、ホール素子２２の配置の一実施形態を示す側面概略図である。図２は、台車２０の移動に伴って、ホール素子２２の状態変化を説明する図である。なお、各図においてホール素子２２が飽和状態であれば「●」と記し、非飽和状態であれば「○」と記す。

図１に示すように、このリニアモータは、走行路（固定体）１０と、この走行路１０上の長手方向（図１において、両矢印方向）を移動可能な台車（可動体）２０とからなる公知のリニアモータである。そして、走行路１０の長手方向における台車２０側の面（図１において、上面）には、前記台車２０を移動させるための表面極性が異なる永久磁石１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ・・・１１ｘ、１１ｙ、１１ｚ）が所定長のギャップＬ２を介して交互に隣り合わせられるように設けられている。なお、各永久磁石１１の台車２０移動方向の長さはＬ１である。

また、図１に示すように、台車２０の移動方向の一端（図１において、左端）にはセンサユニット２１が設けられている。このセンサユニット２１には、各永久磁石１１と磁気的空隙を介して走行路１０における移動方向（図１において、両矢印方向）に複数のホール素子２２（図１に示す例では、４個のホール素子２２）が設けられている。この磁気的空隙とは、永久磁石によって生じる磁界が形成された空間のことである。また、走行路１０における移動方向とは、台車２０が走行路１０を移動可能な移動方向のことである。そして、図１に示すように、台車２０は走行路１０を左右方向に移動可能となっているため、ホール素子２２も、この移動方向に、すなわち図１の左右方向に、複数（この場合、４個）配置されている。これら各ホール素子２２は、各永久磁石１１の磁界強度を検出可能となっている。そして、各ホール素子２２は、各々検出した磁界強度に応じた電圧信号を出力し、これら各電圧信号は増幅器を介して制御部へと送信されている。また、この制御部は、記憶部と接続されており、予めこの記憶部に電圧信号に応じた位置情報を記憶させておくことで、制御部はホール素子２２が検出した磁界強度によってホール素子２２の位置を検出することができる。なお、増幅器、制御部および記憶部はいずれも図示を省略している。

そして、複数のホール素子２２の状態（飽和状態または非飽和状態）によって台車２０の位置検出をするためには、以下に記す「ホール素子２２の条件」が必要となる。この「ホール素子２２の条件」とは、複数のホール素子２２のうち、少なくとも１つのホール素子は非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられていることである。さらに、１つのホール素子２２が非飽和状態であり、残りのホール素子２２が飽和状態となっているとき、台車２０の移動に伴って、非飽和状態であったホール素子２２が飽和状態になると、そのホール素子の隣りのホール素子２２のみが飽和状態から非飽和状態となることである。なお、複数のホール素子２２の全てが飽和状態となれば位置検出ができなくなるため、複数のホール素子２２のうち、少なくとも１つは常に非飽和状態となるようにホール素子２２を配置する必要があることは言うまでもない。

また、上述した複数のホール素子２２の個数は、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比によって決定されており、図２を参照して、その詳細を説明する。例えば、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が３：１の場合について説明する。この場合、台車２０の位置検出をするためには、図２（Ａ）に示すように、センサユニット２１には飽和状態の３個のホール素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、２２ａ、２２ｂ、２２ｃを第１のホール素子、第２のホール素子、第３のホール素子と記す）と非飽和状態の１個のホール素子２２ｄ（第４のホール素子）との合計４個のホール素子２２が必要となる。

そして、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｂ）に示すように、第１のホール素子２２ａと第２のホール素子２２ｂは、飽和状態のままであるが、第３のホール素子２２ｃは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第４のホール素子２２ｄは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｃ）に示すように、第１のホール素子２２ａは、飽和状態のままであるが、第２のホール素子２２ｂは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第３のホール素子２２ｃは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。なお、第４のホール素子２２ｄは、飽和状態のままである。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｄ）に示すように、第１のホール素子２２ａは、永久磁石１１ａと永久磁石１１ｂとのギャップＬ２の上方へ移動するため飽和状態から非飽和状態となる。また、第２のホール素子２２ｂは永久磁石１１ｂの上方へ移動するため非飽和状態から飽和状態となる。なお、第３のホール素子２２ｃと第４のホール素子２２ｄは、飽和状態のままである。そのため、この場合も上述した「ホール素子２２の条件」を満たしている。

さらに、台車２０が右方向へ移動した場合であっても、図２（Ｅ）に示すように、上述した図２（Ａ）に示す状態となり、以降、同様に繰り返していく。このように、ホール素子２２の個数は、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比によって決定される。

続いて、図１に示すように、台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させた場合のホール素子２２による台車２０の位置検出方法について説明する。なお、図１からも明らかなように、台車２０の左端にはセンサユニット２１が設けられているため、この場合、台車２０は第２の永久磁石１１ｂの上方から、第２６の永久磁石１１ｚの上方までの移動となる。そして、第２の永久磁石１１ｂから第２６の永久磁石１１ｚまでは２５個の永久磁石が存在し、２４個のギャップＬ２が存在している（全ては図示していない）。

台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させると、停止時には第４のホール素子２２ｄが非飽和状態となっている。そして、制御部は、停止時に非飽和状態となっているホール素子２２（この場合、第４のホール素子２２ｄ）を基準に位置検出を実行する。その方法として、制御部はこの基準となった第４のホール素子２２ｄの左端から右端までの（運転時から停止時までの）磁界強度を検出することによって位置検出を実行する。

この磁界強度を検出すると、以下に記す（１）、（２）を認識できる。
（１）台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させたときに、第４のホール素子２２ｄが非飽和状態となった数。これにより、第４のホール素子２２ｄが通過した永久磁石１１の数を認識できる。
（２）台車２０を走行路１０の左端から右端まで移動させ、その右端での停止時の第４のホール素子２２ｄの磁界強度を検出できる。これにより、既に説明した予め記憶の位置情報によって、第４のホール素子２２ｄがギャップ上方の何処に存在しているかを認識できる。この場合、具体的には、第４のホール素子２２ｄが永久磁石１１ｘと永久磁石１１ｇとの間の何処に位置しているかを認識できる。

上記（１）、（２）によって、制御部は第４のホール素子２２ｄの移動距離を認識できるため、第４のホール素子２２ｄの位置検出をできる。なお、このように第４のホール素子２２ｄの位置検出ができれば、この第４のホール素子２２ｄは台車２０と結合されているため、台車２０の位置検出ができる。もちろん、予め第４のホール素子２２ｄと台車２０までの距離は測定しておく必要がある。

このようにして、非飽和状態のホール素子の磁界強度を検出することによって、走行路１０における台車２０の位置検出をすることができる。また、走行路の長手方向に対して着磁させたスケールを一様に設ける必要もなく、正確に台車２０の位置を検出できる。

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が３：１の場合にはホール素子２２が４個となる例を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、例えば永久磁石１１の長さＬ１とギャップＬ２との比が１：１の場合にはホール素子２２が２個となる。

図１は、本発明のリニアモータにおけるホール素子２２の一実施形態の配置を示す側面概略図である。図２は、台車２０の移動に伴って、ホール素子２２の状態変化を説明する図である。

符号の説明

１０走行路（固定体）
１１永久磁石
２０台車（可動体）
２２ホール素子

Claims

固定体と、この固定体の長手方向を移動可能な可動体とからなるリニアモータであって、
前記固定体の長手方向には、前記可動体を移動させるための表面極性が異なる永久磁石が所定長のギャップを介して交互に隣り合わせられるように設けられており、
前記可動体には、前記走行路における移動方向に複数の磁気検出センサが配置されており、前記可動体が前記固定体上の任意の位置において、該複数の磁気検出センサのうち、少なくとも１つの磁気検出センサは非飽和状態となるように常に前記ギャップの上方に設けられており、
前記非飽和状態の磁気検出センサの磁界強度を検出することによって前記走行路における前記可動体の位置検出をするリニアモータ。