JP5365897B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、面モータやリニアモータ等の位置決め装置に関し、特に、複数の歯をスライダとの対向面まで突出させたモータステータコアと、前記対向面から所定の間隙を介して対向配置されモータコアを内蔵する前記スライダとを備え、このスライダの位置検出の精度改善に関するものである。

スライダに搭載され、モータステータコアの歯と対向配置されたレゾルバ式位置センサを備える位置決め装置は、特許文献１〜３に技術的な開示があり、磁気回路のインピーダンス変化により対向する歯の相対位置を検出するレゾルバの原理についての詳細も開示されている。なお、位置決め装置の構成及び動作については、特許文献１で引用している特開２０００−１５６１２７に詳細が開示されている。

図７は、レゾルバ式位置センサを備える従来の位置決め装置の断面図である。図８は、図７のレゾルバ式位置センサ部分の拡大断面図である。図は、紙面方向の断面を示しているが、位置決め装置では、紙面直交方向も同一断面構造を備える。

位置決め装置の基本構成は、所定の間隔で複数の歯が平面状に配置されたモータステータコア１０と、このモータステータコア１０に所定の間隙を介して対向配置される、モータコア２０を内蔵するスライダ３０よりなる。

スライダ３０側に搭載されるレゾルバ式位置センサ４０は、モータステータコア１０の複数の歯と対向配置される複数の歯を有するコア５１〜５４を備える。各コア５１〜５４には、インピーダンス検出巻き線５１ａ〜５４ａが巻回され、これに流す励磁電流で発生する磁束により、各コア５１〜５４とモータステータコア１０間に磁気回路Ｂ１〜Ｂ４が形成される。

磁気回路Ｂ１の正弦波状に変化する磁気抵抗に基づいて、インピーダンス検出巻き線５１ａよりSin0相信号が検出される。同様に、磁気回路Ｂ２の磁気抵抗に基づいて、インピーダンス検出巻き線５２ａよりSinπ相信号が検出される。同様に、磁気回路Ｂ３の磁気抵抗に基づいて、インピーダンス検出巻き線５３ａよりCos0相信号が検出される。同様に、磁気回路Ｂ４の磁気抵抗に基づいて、インピーダンス検出巻き線５４ａよりCosπ相信号が検出される。これら検出信号の演算により位置信号が算出される。

図では、基本構成として４個のコア５１〜５４を示しているが、多数の歯を含む磁気回路でセンサを構成し、同様の構成を多数使用して平均化することで位置精度を向上させると共に、同様の構成で間隔を微小に変え配置することでバーニア効果を持たせて高調波を抑制する手法が採用されている。

特開２００８−０３９５４３号公報 特開平４−１２７８９１号公報 特開２０００−３１４６０６号公報

長尺のリニアモータや平面モータでは、モータステータコアを製作容易な所定長のブロックに分割し、長手方向につなぎ目１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…１１ｎで連結して作成する。また、長尺となったモータステータコアは機械的な剛性が低下するため、固定して使用する必要があり、固定ネジ６０ａ，６０ｂ等でモータベース７０に締結する構造が採用されている。

従来構造のレゾルバ式位置センサの磁気回路は、モータステータコア１０を利用して構成しているが、巻き線の励磁電流で発生する磁束は、つなぎ目や固定ネジ部等を通過する場合があり、それらの部分の磁気回路のインピーダンスは他の部分と異なる値となる。

レゾルバ式位置センサは、磁気回路のインピーダンス変化を読み取る原理のため、この部分でのインピーダンスの乱れは、測定精度の悪化要因となる。この精度悪化は、平均化やバーニアでは吸収することができない場合がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、モータステータコアのつなぎ目や固定構造等によって測定精度が影響を受けないレゾルバ式位置センサを備える位置決め装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、請求項１の発明は、
複数の歯をスライダとの対向面まで突出させたモータステータコアと、前記対向面から所定の間隙を介して対向配置されモータコアを内蔵する前記スライダとを具備する位置決め装置において、
前記スライダに搭載され、前記対向面から所定の距離に配置され、前記対向面から歯の深さ以内の歯先のみに磁束を通すようにした磁気回路を形成するレゾルバ式位置センサを備え、
前記磁気回路は、互いのコアの一部を共通化して形成された一対のコアで構成され、これらのコアに巻回されたインピーダンス検出巻き線から、位相が１８０度シフトした位置信号を検出することを特徴とする。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）磁気回路が、モータステータコアの歯先のみを通り、つなぎ目や固定構造部分を通らないので、モータステータコアのつなぎ目や固定構造等によって測定精度が影響を受けず、高精度の位置検出ができる。

（２）レゾルバのコアの構造が小型化されることで、位置センサ全体を小型・軽量化することが可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明が適用されたレゾルバ式位置センサを有する位置決め装置の一実施形態を示す断面図である。図２は、図１のレゾルバ式位置センサ部分の拡大断面図である。図７，図８で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本発明が適用されたレゾルバ式位置センサの特徴は、レゾルバのコアとモータステータコア間で形成される磁気回路を、モータステータコアの歯先（歯の深さｄ以下）のみに磁束を通す小型の磁気回路構成とすることにより、モータステータコアのつなぎ目や固定構造の影響を受けない構造としたものである。

モータステータコア１０には、深さｄの歯がスライダ３０に向けて所定の間隔で複数配置されている。歯の端面はすべて平滑な平面上に揃えられており、この平面を対向面Ｓとする。

磁気回路Ｂ１は、モータステータコア１０の歯に近接して対向配置された一対のコア１０１ａ、１０１ｂ及びこれらコア連結するヨーク部材に巻回されたインピーダンス検出巻き線１０１ｃで構成され、Sin0相信号が検出される。

同様に、磁気回路Ｂ２は、モータステータコア１０の歯に近接して対向配置された一対のコア１０２ａ、１０２ｂ及びこれらコア連結するヨーク部材に巻回されたインピーダンス検出巻き線１０２ｃで構成され、Cosπ相信号が検出される。

同様に、磁気回路Ｂ３は、モータステータコア１０の歯に近接して対向配置された一対のコア１０３ａ、１０３ｂ及びこれらコア連結するヨーク部材に巻回されたインピーダンス検出巻き線１０３ｃで構成され、Sinπ相信号が検出される。

同様に、磁気回路Ｂ４は、モータステータコア１０の歯に近接して対向配置された一対のコア１０４ａ、１０４ｂ及びこれらコア連結するヨーク部材に巻回されたインピーダンス検出巻き線１０４ｃで構成され、Cos0相信号が検出される。

各コア１０１ａ〜１０４ｂは、対向面Ｓから所定の距離を保って保持されている。磁気回路Ｂ１〜Ｂ４は、対向面Ｓ、すなわち、歯のスライダ３０側の端面から深さｄ以内の歯先のみを通過するように形成される。

図では、基本構成として４個のコアを示しているが、同様の構成を多数使用し平均化することで位置の検出精度を向上させると共に、同様の構成で間隔を微小に変え配置することでバーニア効果を持たせて高調波を抑制する手法が、従来装置と同様に採用されている。

図３は、位置検出信号の演算を説明する機能ブロック図である。インピーダンス検出巻き線１０１ｃのインピーダンス変化は、インピーダンス電圧変換回路２０１でSin0信号ｓ１に変換される。インピーダンス検出巻き線１０３ｃのインピーダンス変化は、インピーダンス電圧変換回路２０２でSinπ信号ｓ２に変換される。減算器３０１により、ｓ１とｓ２の差が演算され、Sin0−SinπのSin信号を得る。

同様に、インピーダンス検出巻き線１０２ｃのインピーダンス変化は、インピーダンス電圧変換回路２０３でCos0信号ｓ３に変換される。インピーダンス検出巻き線１０４ｃのインピーダンス変化は、インピーダンス電圧変換回路２０４でCosπ信号ｓ４に変換される。減算器３０２により、ｓ３とｓ４の差が演算され、Cos0−CosπのCos信号を得る。

図４は、位置検出信号の演算を説明する波形図である。図４の（Ａ）は歯毎の磁気抵抗がそろっている場合のSin0信号ｓ１及びSinπ信号ｓ２の波形を示している。図４の（Ｂ）は、信号ｓ１とｓ２の差である信号ｅ１の波形図である。Cos信号についても同様である。

図５は、本発明の他の実施形態を示すレゾルバ式位置センサの断面図である。互いに共有する磁気回路Ｂ１，Ｂ２は、コア４０１ｃを共通として形成された一対のコア４０１ａ，４０１ｂ及びこれらコアに巻回されたインピーダンス検出巻き線４０１ｄ，４０１ｅで形成され、これらインピーダンス検出巻き線より１８０度シフトした位置信号Sin0,Sinπを検出する。

同様に、互いに共有する磁気回路Ｂ３，Ｂ４は、コア４０２ｃを共通として形成された一対のコア４０２ａ，４０２ｂ及びこれらコアに巻回されたインピーダンス検出巻き線４０２ｄ，４０２ｅで形成され、これらインピーダンス検出巻き線より１８０度シフトした位置信号Cos0,Cosπを検出する。
磁気回路Ｂ１〜Ｂ４は、モータステータコア１０の歯先のみを通るように構成される。

このように、Sin0,Sinπ及びCos0,Cosπで磁気回路を共有することにより、レゾルバのコアを小型化できるため、ひとつの歯でSin相及びCos相の信号が生成できる。コア素材のバラつきが大きく、透磁率がコア毎に異なる場合でも、Sin相Cos相はそれぞれ同じ歯より信号が生成されるのでその影響を軽減することができる。

図６は、本発明の更に他の実施形態を示す位置センサの断面図である。磁気回路Ｂ１〜Ｂ４は、棒状のコア５０１〜５０４と、このコアの軸方向に直交する方向に巻回されたインピーダンス検出巻き線５０１ａ〜５０４ａで形成され、各磁気回路の磁路として空間の漏れ磁束を利用している点に特徴がある。
磁路として空間を使用しているため、励磁周波数を上げたときのコア材の周波数特性の影響が少なく、高い励磁周波数を使用できるという利点がある。高い励磁周波数とすることで位置検出の応答速度を向上できる。

このようなシンプルなコアとインピーダンス検出巻き線構造により、小型軽量の磁気回路を実現することができる。更に、インピーダンス検出巻き線は、棒状のコアの先端部より挿入して配置することができるので、製造工程を簡素化でき、コストダウンに貢献することができる。

なお、モータステータコア１０の歯と歯の間の空間は、対向面Ｓまで非磁性体で埋められていてもよい。同様に、レゾルバ式位置センサも、コア同士の間の空間などが非磁性体で埋められていてもよい。

本発明による位置決め装置の一実施形態を示す断面図である。 図１のレゾルバ式位置センサ部分の拡大断面図である。 位置検出信号の演算を説明する機能ブロック図である。 位置検出信号の演算を説明する波形図である。 本発明の他の実施形態を示すレゾルバ式位置センサの断面図である。 本発明の他の実施形態を示すレゾルバ式位置センサの断面図である。 レゾルバ式位置センサを備える従来の位置決め装置の断面図である。 図７のレゾルバ式位置センサ部分の拡大断面図である。

符号の説明

１０ モータステータコア
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ コアつなぎ目
２０ モータコア
３０ スライダ
４０ レゾルバ式位置センサ
７０ モータベース
１０１ａ，１０１ｂ コア
１０１ｃ インピーダンス検出巻き線
Ｂ１ 磁気回路
Ｓ 対向面

Claims (1)

1. 複数の歯をスライダとの対向面まで突出させたモータステータコアと、前記対向面から所定の間隙を介して対向配置されモータコアを内蔵する前記スライダとを具備する位置決め装置において、
   前記スライダに搭載され、前記対向面から所定の距離に配置され、前記対向面から歯の深さ以内の歯先のみに磁束を通すようにした磁気回路を形成するレゾルバ式位置センサを備え、
   前記磁気回路は、互いのコアの一部を共通化して形成された一対のコアで構成され、これらのコアに巻回されたインピーダンス検出巻き線から、位相が１８０度シフトした位置信号を検出することを特徴とする位置決め装置。

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