JP5036669B2 - 可動部の位置検出装置、2自由度アクチュエータ - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態1による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの概略構成図である。2自由度アクチュエータのキャンと呼ばれる容器に収納された本体部分は駆動部1と位置検出部2からなる。駆動部1では、回転軸20にはトルク及び推力を発生するための磁極(例えば磁石)を設けた回転子12が取り付けられており、容器3側の回転子12の磁石に対向する位置に電磁コイルからなる固定子11が取り付けられている。固定子11と回転子12で例えばステッピングモータを構成している。回転子12の軸方向上部の位置検出部2では、円錐台形(円錐形でも可)のセンサ用磁石21が回転軸20に回転子12と同軸に固定されて設けられている。センサ用磁石21は全体又は少なくとも被測定面である側面が、磁気により磁気センサの出力が周期的(正弦波形状等)に変化するように着磁された磁性体構造を有し、軸方向に沿った断面は略台形となっている。
図9にこの発明の実施の形態2におけるセンサ用磁石21の側面図を示す。この実施の形態では、軸方向の各レベルでの磁気センサ23(23A、23B)とセンサ用磁石21の側面との距離dを考慮して、図9に示すように、センサ用磁石21の被測定面である側面を、軸方向(第1可動方向)に沿った包絡線が、センサ用磁石21の側面の上部と下部を直線で結んだもの(実施の形態1のような図9の破線で示した形状)よりも径方向内側になるような形状にしている。すなわち円錐台形又は円錐形のセンサ用磁石21の側面を径方向内側にへこむような曲面としている。
図11はこの発明の実施の形態3による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの概略構成図である。図11において、上記各実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明を省略する。この実施の形態3では実施の形態1、2と異なり、円柱形状のセンサ用磁石21を使用し、センサ基板22をセンサ用磁石21の上部に設けて、センサ基板22には、センサ用磁石21の被測定面である軸方向を向いた上面に対向するように2つの磁気センサ23A、23Bが配置されている。上記実施の形態と同様に、2つの磁気センサ23A、23Bは軸方向の位置が同じで、周方向位置が電気角90°ずれた位置に配置されている。センサ用磁石21は上記実施の形態と同様に軸方向に着磁されている。このような構成においても、実施の形態1で説明したのと同様にして、2つの磁気センサ23A、23Bの出力から直動方向位置(軸方向距離)及び周方向位置を特定することができる。また、磁石の形状が実施の形態1、2では円錐台形状又は円錐形状であったが、本実施の形態では円柱形状でよく、センサ用磁石の製作が容易となる。
図12はこの発明の実施の形態4による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの位置検出部2の部分概略構成図、図13は図12の位置検出部2をセンサ基板22を透視した上部から見た上面図である。この実施の形態は上述の実施の形態での回転軸の回転方向と軸方向の2自由度のアクチュエータを、他の2自由度の一例として、XY平面内の互いに直交するX軸方向とY軸方向に可動なアクチュエータに適用した場合の例である。
V=√(A2+B2) (1)
によりセンサ振幅Vを求める。X方向位置演算部41cは、センサ振幅Vから上記実施の形態と同様に予め格納したテーブルや換算式に基づき、可動部であるセンサ用磁石21のX方向位置Xを算出する。Y方向位置演算部41aは、磁気センサ23A、23Bの出力値A、Bから、下記式(3)
Yθ=arctan(A/B+90+180a) (3)
(a:Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする)
によりセンサ用磁石21のY方向位置Yθを求める。これらの求められたX方向位置X、Y方向位置Yθは駆動指令信号発生部5へ送られる。駆動指令信号発生部5は、位置演算部4から得られたセンサ用磁石21のX方向位置X、Y方向位置Yθからアクチュエータの駆動部1の図1の固定子11に相当する例えば電磁コイルへの制御電流の位相を決定し、電磁コイルに駆動指令信号として決定した位相に基づく通電を行う。
Claims (5)
- 位置を検出するための被測定面を有する2可動方向に可動な可動部と、
前記可動部の被測定面に対向するように所定位置に固定され前記被測定面の対向する部分に従った出力を発生する位置検出用センサ部と、
前記位置検出用センサ部で発生された出力から前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算する位置演算部と、
を備え、
前記可動部の被測定面が、2可動方向の第1可動方向に沿って前記位置検出用センサ部との距離が増加又は減少するように傾斜を有するか又は2可動方向の第1可動方向と直交する面であり、かつ2可動方向の第2可動方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有し、
前記位置検出用センサ部が、前記第1可動方向と直交する同一面内で前記可動部の被測定面から互いに同一距離にあり、前記第2可動方向に沿ってD/4離れて設けられた一対のセンサからなり、
前記位置演算部が前記一対のセンサからの出力の大きさに基づいて前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算し、
前記可動部が、前記第1及び第2可動方向となる互いに直交するX方向とY方向にそれぞれ直動動作し、XY方向に延び、X方向に沿って傾斜を有し、Y方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有する前記被測定面となる面を有することを特徴とする可動部の位置検出装置。 - 前記位置演算部が、
前記一対のセンサの出力値A、Bから、下記式(1)によりセンサ振幅Vを求める振幅演算手段と、
V=√(A2+B2) (1)
前記センサ振幅Vから前記可動部のX方向位置を算出するX方向位置演算手段と、
前記一対のセンサの出力値A、Bから、下記式(3)により前記可動部のY方向位置Yθを求めるY方向位置演算手段と、
Yθ=arctan(A/B+90+180a) (3)
(a:Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする)
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の可動部の位置検出装置。 - 前記可動部の被測定面が、前記位置検出用センサ部の出力が複数周期分、周期的に変化する構造を有すると共に、前記第2可動方向の基準位置マーカを有し、
前記位置演算部が、
前記一対のセンサの少なくとも一方の出力値から前記基準位置マーカ位置を検出する基準位置検出手段と、
前記一対のセンサの少なくとも一方の出力値に基づき前記基準位置マーカ位置を原点として前記周期のカウントアップ及びカウントダウンを行う周期計数手段と、
をさらに含み、
前記Y方向位置演算手段が、前記Yθと前記周期計数手段の周期計数値に基づきY方向位置Yθaを求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の可動部の位置検出装置。 - 前記可動部の被測定面が、磁気により前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化するように着磁された磁性体構造を有し、
前記位置検出用センサ部の一対のセンサが、ホール素子又は磁気抵抗素子からなる磁気センサからなることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の可動部の位置検出装置。 - 前記請求項1から4までのいずれか1項に記載の可動部の位置検出装置と、
前記可動部が固定された可動体と、
前記可動体を動かす駆動部と、
前記位置検出装置の位置演算部で演算された可動部の位置に従って前記可動体を移動させる駆動指令信号を前記駆動部に入力する駆動指令信号発生手段と、
を備えたことを特徴とする2自由度アクチュエータ。
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