JPH05223509A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レゾルバディジタル変換回路を用いた変位検出
装置において、一つのラック歯内に磁気回路を形成する
ことにより、リニアアクチュエータの設置スペースが小
さく、また移動体の移動距離を阻害することがなく、し
かも固定歯を継いだ場合でも変位の検出を連続して可能
とする。 【構成】励磁コイル９ａ，９ｂによって異なる極性に励
磁される二対の磁極歯８ａ，８ｂを、夫々所定ピッチ毎
にラック歯４の歯筋方向に並べて二対の磁極歯を有する
磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを構成し、これらの磁極
対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを該ラック歯４の歯筋方向に
均一ピッチで並べると共に、該ラック歯４の歯筋と直交
方向に該ラック歯４の１／３ピッチずつずらして配設し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の変位検出装置は、例えば
リニアアクチュエータのように、所定の固定ピッチ毎に
固定歯が形成された磁性体からなる移動路に沿って移動
する移動体の変位を検出するものであり、その変位量か
ら該移動体の位置や速度を算出するためのものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばリニアアクチュエータ等は、塵芥
等を嫌う半導体やバイオテクノロジー関連の工場等で主
に使用される。従って、前記リニアアクチュエータの移
動体の位置や速度を算出するために、該移動体の変位を
検出する変位検出装置には、可能な限り、非接触のセン
サ類が必要とされる。

【０００３】このような非接触のセンサ類としては光や
磁気等を応用したものが考えられるが、この光や磁気を
用いて前記固定歯又は該固定歯間の溝を直接検出する構
造としたのでは、該固定歯の固定ピッチ以下の精度で移
動体の変位を検出することが困難である。そこで、移動
体と固定歯との間に磁気回路を幾つか閉成し、これらの
磁気回路の位相差から移動体と該固定歯との相対変位を
算出するレゾルバディジタル変換回路を用いた変位検出
装置が着目されている。このレゾルバディジタル変換回
路に使用される磁気回路を得るために、例えば図１５に
示すように励磁コイルＡ，Ｂによって異なる極性に励磁
される一対の磁極歯Ｃ，Ｄの夫々を、異なる固定歯Ｅに
対向するように、即ち固定歯Ｅの歯筋と直交方向に並べ
て磁極対Ｆを構成し、同一特性の磁極対Ｆを二対以上用
いて、それらを前記固定歯Ｅの固定ピッチＰと異なる配
設ピッチで配設する。図の場合は三対の磁極対Ｆを、固
定ピッチＰに対して７／３倍の配設ピッチで配設してあ
る。そしてこれらの磁極対Ｆに、例えば単相の正弦波電
圧を与えると夫々の励磁コイルＡ，Ｂにより各磁極対Ｆ
の磁極歯Ｃ，Ｄには極性が励磁され、Ｎ極の磁極歯Ｃか
ら出た磁力線は固定歯Ｅの内部を通ってＳ極の磁極歯Ｄ
に戻る。このとき、磁極対Ｆの配設ピッチと固定歯Ｅの
固定ピッチとが異なるので、夫々の磁極歯Ｃ，Ｄが対向
して磁界を受ける固定歯Ｅの面積は異なる。従って、夫
々の磁極対Ｆから固定歯Ｅ内を通過する磁束密度が異な
り、これにより励磁コイルＡ，Ｂのインダクタンスが異
なってくるので、該励磁コイルＡ，Ｂ内を通過する電流
には前記固定歯Ｅの磁界面積に応じた位相差が生じる。
この位相差を含む電流を前記レゾルバディジタル変換回
路に入力し、前記固定歯の磁界面積に応じた位相を求
め、該位相から夫々の磁極対の変位、即ち移動体の固定
歯に対する相対変位を検出しようとするものである。

【０００４】このような磁極対を移動体に配設した変位
検出装置として、例えば図１３に示すような特開昭６０
−１８３９６１号公報に記載されるものがあり、或いは
図１４に示すようなものも考えられる。このうち図１３
に示す変位検出装置は、前記固定歯Ｅとは個別に独自の
レゾルバ検出歯Ｇを該固定歯Ｅに沿って並設し、このレ
ゾルバ検出歯Ｇに対向するように移動体Ｈから側方にレ
ゾルバ磁極対支持部Ｊを突出し、この支持部Ｊに前記磁
極対Ｆを配設したものである。一方、図１４に示す変位
検出装置は、移動体Ｈの移動方向、即ち固定歯Ｅの歯筋
と直交方向にレゾルバ磁極対支持部Ｊを突設し、この支
持部Ｊに、歯筋と直交方向、即ち移動体Ｈの移動方向に
並べて前記磁極対Ｆを配設したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の変位検出装置では以下のような問題がある。 １．図１３に示す変位検出装置では、固定歯Ｅの他にレ
ゾルバ検出歯Ｇを設置する必要があり、その分だけコス
ト高になるばかりでなく、該レゾルバ検出歯Ｇ上を支持
部Ｊ及び磁極対Ｆが通過するために、該レゾルバ検出歯
Ｇの上方はいわゆるデッドスペースとなり、リニアアク
チュエータ全体の設置スペースが大きくなる。

【０００６】２．図１４に示す変位検出装置では、移動
体Ｈの移動方向に支持部Ｊを突設し、しかもその支持部
Ｊに、該移動体Ｈの移動方向に並べて磁極対Ｆを配設し
てあるので、移動体全体の移動方向への長さが長くな
る。更に、前記磁極対Ｆを移動体Ｈの移動方向に並べて
配設する場合、励磁コイルＣ，Ｄ等の大きさの関係から
その配設ピッチを短くするのに限界があり、どうしても
前記支持部Ｊの突出長寸度が大きくなってしまう。従っ
て、固定歯の設置スペースに制限がある場合には実質的
な移動体の移動距離が短くなることもある。

【０００７】３．いずれの変位検出装置においても、磁
極対Ｆの磁極歯Ｃ，Ｄの向きが固定歯Ｅの歯筋と直交方
向であり、磁気回路は少なくとも隣合う固定歯Ｅを跨い
で形成される。ところが、固定歯Ｅの設置長が長くて一
塊の固定歯で全固定歯を形成できない場合は、図１６の
ように固定歯Ｅ同志を突き合わせて並べることもある。
このような固定歯Ｅ同志の継ぎ目では磁気回路が形成さ
れないため、変位の検出も困難となる。

【０００８】本発明は係る諸問題に鑑みて開発されたも
のであり、リニアアクチュエータの設置スペースが小さ
く、また移動体の移動距離を阻害することがなく、しか
も固定歯を継いだ場合でも変位の検出を連続して可能と
する変位検出装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る変位検出装
置は、所定の固定ピッチ毎に固定歯が形成された磁性体
からなる移動路に沿って移動する移動体の変位検出装置
において、異なる極性に励磁される一対の磁極歯を前記
固定歯の歯筋方向に並べて該固定歯に対向させて磁極対
を構成し、異なる二対以上の磁極対を前記固定歯の歯筋
方向に並べながら該歯筋と直交方向にずらして配設した
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明に係る変位検出装置では、異なる極性に
励磁される一対の磁極歯を前記固定歯の歯筋方向に並べ
て該固定歯に対向させて磁極対を構成してあるので、固
定歯と個別にレゾルバ検出歯を設置する必要がなく、し
かも該磁極対から固定歯内に形成される磁気回路は少な
くとも隣合う固定歯を跨ぐことなく、一つの固定歯内だ
けを通過するため、固定歯の継ぎ目のように隣合う固定
歯間が分断されている場合でも、移動体の変位を連続し
て検出することができる。

【００１１】またこのように構成してなる磁極対を、二
対以上、前記固定歯の歯筋方向に並べながら、該歯筋と
直交方向にずらして配設してあるので、例えば移動体か
ら支持部を突設してその支持部に磁極対を配設する場合
にも、該支持部の突出寸度を小さくすることができる。
このため、固定歯の設置スペースが限定されている場合
にも、移動体の移動距離を阻害することがない。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の変位検出装置の一実施例を示
すものであり、リニアモータにより移動されるリニアア
クチュエータのスライダの変位を検出するために設置さ
れたものである。まず簡単のためにリニアアクチュエー
タの構造について説明する。

【００１３】図１、図５において移動路となるラックレ
ール１の上面には、リニアガイド装置を構成するの二本
のガイドレール２１が固定して取付けられると共に、そ
のガイドレール２１に、リニアガイド装置を構成するの
スライダ本体２２が長手方向にスライド自在に取付けら
れている。そして、このリニアガイド装置２０のスライ
ダ本体２２がリニアアクチュエータのスライダ２に取付
けられている。ラックレール１とスライダ２との間に
は、後述する３相バリアブルレラクタンス型のリニアモ
ータと、ラックレールとスライダとの相対変位を検出す
る変位検出手段であるリニアレゾルバ検出装置とが、そ
れぞれ介装されている。

【００１４】ラックレール１の二本のリニアガイド２１
間には電磁鋼板２５を積層してなるラックラミネーショ
ン部３が設けられている。このラックラミネーション部
３の電磁鋼板２５には、図２ａに示すように、長手方向
の一側面に多数の歯部４ａ及び溝部４ｂが所定の固定ピ
ッチで設けられており、また幅方向中央部には長手方向
の所定間隔毎にボルト挿通孔２６が穿設されている。こ
の電磁鋼板２５は多数枚重ねて積層されており、更に強
度向上させるために接着を行うことにより、一塊のラッ
クラミネーション部３を構成し、前記多数重ねられた歯
部４ａが一連の歯筋のラック歯４となって構成されてい
る。このラックラミネーション部３は図２に示すよう
に、その幅方向両側からラックラミネーション押え板２
７ａ，２７ｂで挟まれ、一方のラックラミネーション押
え板２７ａから前記ボルト挿通孔２６を通して他方のラ
ックラミネーション押え板２７ｂに固定ボルト２８が貫
通固定されて一体に構成されている。このようにして構
成されたラックラミネーション部は、前記両ラックラミ
ネーション押え板に貫通された図示されない固定ボルト
を貫通し、該固定ボルトを前記二本のガイドレール間の
ラックレールに締付けて固定されている。このようにし
て、ラックレールのラックラミネーション部３の上面に
は、各電磁鋼板の歯部を積層したラック歯４が、ラック
レール１の長手方向に固定ピッチで形成されている。な
お、このようにして構成されたラックレール１には、ラ
ック歯４の歯面を保護するための樹脂モールド２９が施
されている。

【００１５】前記リニアアクチュエータのスライダ２
は、図３に示すように断面ほぼコ字状のハウジング３０
を備えている。そして、その凹部内に、前記ラックレー
ル１のラックラミネーション部３に対向する、推進用磁
極としてのリニアモータ磁極部５を備えている。このリ
ニアモータ磁極部５は、前記ラックラミネーション部３
と同様、図４に示すように前記ラック歯の固定ピッチと
同一ピッチで４条の電磁歯３１が突設された多数の電磁
鋼板３４を積層して１２個の積層磁極部３２を構成し、
隣合う積層磁極部３２がラックラミネーション部３に対
して電気的に１２０°の位相差が生じるように前記ラッ
ク歯４に対向配置されて構成されている。各積層磁極部
３２には夫々推力発生コイル３３が巻回されており、隣
接する積層磁極部３２が、順次異なる極性に励磁される
ようになっている。この実施例では、各積層磁極部３２
に生じる位相を、長手方向一端側から夫々、Ａ，Ａ，
Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｃ，Ｂ，Ｂ，Ａ，Ａの順の三相に
設定した。なお、図４における手前側二つの積層磁極部
の推力発生コイルは図示を省略してある。

【００１６】前記各積層磁極部３２は、その基部が図３
ａに示すように長手方向両側からモータラミネーション
押え板３５ａ，３５ｂで挟持され、一方のモータラミネ
ーション押え板３５ａから各積層部３２を挿通して他方
のモータラミネーション押え板３５ｂに固定ボルト３６
を貫通し、該固定ボルト３６を他方のモーララミネーシ
ョン押え板３５ｂのねじ孔３７に締付けることにより、
全体が一体の磁極子ブロックとして固定されている。こ
の磁極子ブロックを前記ハウジング３０の凹部内にセッ
トし、前記両モータラミネーション押え板３５ａ，３５
ｂに固定ボルト３８を貫通して該凹部に締付け固定し、
更に磁極子ブロック外面に樹脂モールド３９を施して各
磁極子の歯面を保護している。

【００１７】前記モータラミネーション部５の一端側に
は、本発明の変位検出装置のレゾルバ磁極部６が取付け
られている。この変位検出装置は、リニアモータの推進
力でラックレール上を移動するスライダを高精度に位置
決めするための、高分解能の誘導式変位トランスデュー
サである。ここでは、図７に示すようにほぼコ字状の磁
極歯８ａ，８ｂの先端の夫々に二つの磁極子歯７ａ，７
ｂが突設されてなる磁極対構成用鋼板４０を数枚積層
し、積層された磁極対構成用鋼板４０の各磁極歯８ａ，
８ｂに励磁コイル９ａ，９ｂを同方向に巻回して磁極対
構成片４１を構成し、二つの磁極対構成片４１の基部間
に直方体の磁性体４２を介装して、これにより二対の磁
極歯８ａ，８ｂを有するレゾルバ磁極対１０ａ（１０
ｂ，１０ｃ）を構成する。この実施例では、前記磁性体
４２を挟んで対向する二つの磁極歯８ａ，８ｂを一対と
したために、二つの磁極対構成片４１により二対の磁極
歯８ａ，８ｂが並設されていることになる。そして一対
の磁極歯８ａ，８ｂは前記励磁コイル９ａ，９ｂにより
異なる極性に励磁されるようにしてあるので、二対の磁
極歯８ａ，８ｂ間では夫々の磁極対構成片４１の磁極歯
８ａ，８ｂ間でも異なる極性に励磁されることになる。
なお、前述のように電磁鋼板を積層して磁極対を構成す
るのは、励磁された磁界によって磁極対内にうず電流が
発生するのを防ぐためである。

【００１８】前記のようにして構成されたレゾルバ磁極
対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを三つ用い、図８に示すよう
に、夫々の一対の磁極歯８ａ，８ｂが前記ラック歯４の
歯筋方向に並ぶようにして該ラック歯４に対向させ、三
つの磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを該歯筋方向に均一
ピッチで並べると共に、夫々の磁極対１０ａ，１０ｂ，
１０ｃを該歯筋と直交方向に、該ラック歯４の固定ピッ
チＰに対して１／３配設ピッチずつずらして、レゾルバ
磁極部６を構成してある。なお、前記励磁コイル９ａ，
９，ｂ，９ｃは、例えば図１２に示すようなレゾルバデ
ィジタル変換回路に接続されている。

【００１９】このレゾルバ磁極部６では、前記各レゾル
バ磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃの励磁コイル９ａ，９
ｂ，９ｃに例えば単相の正弦波電圧を加えると図９に示
すように、基本的には対向する一対の磁極歯８ａ，８ｂ
のうち励磁コイル９ａによりＮ極に励磁された磁極歯８
ａから出た磁力線が前記ラック歯４内を通って励磁コイ
ル９ｂによりＳ極に励磁された磁極歯８ｂに戻り、これ
により磁気回路が閉成される。ところが、各磁極対１０
ａ，１０ｂ，１０ｃの磁極歯８ａ，８ｂは、ラック歯４
の歯筋と直交方向に１／３配設ピッチずつずらしてある
ので、図１０に示すように各磁極歯８ａ，８ｂの磁極子
歯７ａ，７ｂが対向してラック歯４に形成される磁界の
面積は夫々の磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎に異な
る。従って各磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃに閉成され
る磁気回路の磁束密度が異なるので、励磁コイル９ａ，
９ｂの相対的なインダクタンスが異なり、該励磁コイル
９ａ，９ｂ内を流れる電流には前記ラック歯４の磁界面
積に応じた変調が発生し、全ての励磁コイル９ａ，９ｂ
からの電流は、この変調信号電流に対して夫々１２０°
ずつ位相差を有する三相電流となる。

【００２０】そしてこの三相電流は前記レゾルバディジ
タル変換回路において、増幅器５０により増幅され、さ
らに変換トランス５１により二相化され、その正弦成分
と余弦成分とから、処理器５２によって前記ラック歯の
磁界面積に応じた位相を算出し、この位相から各磁極歯
及びスライダの変位を算出するようにしたものであり、
更にこの変位からスライダの速度や位置を算出する手段
は、本出願人が先に提案した特開昭６４−４３０９６号
公報や特開平2-３２７７５号公報に記載されているので
ここでは詳述しない。なお、図３における５３はリニア
モータ磁極部５のコイル３３のリードワイヤ、５４はリ
ニアレゾルバ磁極部６の励磁コイル９ａ，９ｂのリード
ワイヤである。

【００２１】また、この実施例では、前述したように各
磁極対１０ａ，１０ｂ，１０ｃに二対の磁極歯８ａ，８
ｂが形成され、互いの対の磁極歯８ａ，８ｂのうちラッ
ク歯４の歯筋と直交方向に並ぶ磁極歯８ａ，８ｂは互い
に異なる極性に励磁されるようにしてある。このため、
一方の対の磁極歯のうちＮ極に励磁された磁極歯８ａか
ら出る磁力線のうち幾らかははラック歯４内を通って他
方の対の磁極歯のうちのＳ極に励磁された磁極歯８ｂに
戻る。従って、この実施例の磁極対１０ａ，１０ｂ，１
０ｃは二対の磁極歯８ａ，８ｂで全体の磁場が構成され
ていることになる。これは、例えばスライダが高速移動
している場合に、各対の磁極歯間の磁気回路の揺れを補
償するためのものであり、そのような状態で歯筋と直交
方向にずれた磁力線を対向する対の磁極歯で補うことに
より、全体的な磁束密度の低下を防止している。

【００２２】前記リニアガイド装置２０を介してラック
レール１の上面に組付けたスライダ２は、図５に明示す
るようにそのリニアモータ磁極部５の磁極歯３１群がラ
ックレール１のラック歯４に僅かの隙間を介して対向
し、且つリニアレゾルバ磁極部６の磁極歯８ａ，８ｂ群
が同じくラック歯４に僅かの隙間を介して対向してい
る。

【００２３】前記リニアガイド装置２０は、ガイドレー
ル２１上に、横断面形状がほぼコ字状をなすスライダ本
体２２を相対移動可能に遊嵌したものである。ガイドレ
ール２１には図６に示すように、その両側面に軸方向に
長い横断面ほぼ半円形の各１条のボール転動溝５７が設
けられている。一方、前記スライダ本体２２の両袖部５
６の内面側に、前記ボール転動溝５７に対向させたボー
ル転動溝５８が形成され、これらの両対向溝により負荷
ボール転動路５９が構成されている。スライダ本体２２
の両袖部５６には、更にその負荷ボール転動路５９に平
行して軸方向に貫通させた断面円形のボール戻し通路６
０が形成されている。

【００２４】前記スライダ本体２２の前後両端には、合
成樹脂材の射出成形品である横断面がほぼコ字状のエン
ドキャップ６１が、ねじ６２で夫々接合されている。こ
のエンドキャップには、半円状の凹部に半円柱状のリタ
ーンガイド６４を嵌合してなる半ドーナツ状の湾曲路６
５が形成されており、前記負荷ボール転動路５９とボー
ル戻し通路６０とを連通させ、ボール循環路が形成され
ている。そしてこのボール循環路内に、多数の鋼製ボー
ル６６が転動可能に装填されている。なお、エンドキャ
ップ６１の湾曲路６５の内端部は、半円状に内方に突出
してボール掬い上げ突部６７が形成されており、その鋭
角をなす先端がガイドレール２１のボール転動溝５７に
遊嵌している。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の変位検出
装置によれば、異なる極性に励磁される一対の磁極歯を
前記固定歯の歯筋方向に並べて該固定歯に対向させて磁
極対を構成してあるので、該磁極対から固定歯内に形成
される磁気回路は少なくとも隣合う固定歯を跨ぐことな
く、一つの固定歯内だけを通過するため、固定歯の継ぎ
目のように隣合う固定歯間が分断されている場合でも、
移動体の変位を連続して検出することができる。また、
従来のように固定歯と個別にレゾルバ検出歯を設置する
必要がない分だけ、設置スペースを小さくすることがで
きる。更に二対以上の磁極対を固定歯の歯筋方向に並べ
ながら、該歯筋と直交方向にずらして配設してあるの
で、移動体からのレゾルバ磁極体支持部の突出寸度を小
さくすることができ、移動体の移動距離を阻害すること
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変位検出装置を用いたリニアアクチュ
エータの全体上面図である。

【図２】図１のリニアアクチュエータの移動路を構成す
るラックレールの説明図であり、（ａ）は該ラックレー
ルのラックラミネーション部を構成する電磁鋼板の側面
図、（ｂ）は図１のＨ−Ｈ断面におけるラックレールの
全体縦断面図である。

【図３】図１のリニアアクチュエータの移動体を構成す
るスライダの説明図であり、（ａ）は該スライダの全体
下面図、（ｂ）は該スライダの全体縦断面図である。

【図４】図３のスライダに組み付けられたモータラミネ
ーション部の斜視図である。

【図５】図１のリニアアクチュエータにおけるＧ−Ｇ断
面図である。

【図６】図１のリニアアクチュエータに使用されたリニ
アガイド装置の詳細説明図である。

【図７】図１のリニアアクチュエータのリニアレゾルバ
磁極部に使用された各レゾルバ磁極対の組立説明図であ
る。

【図８】図１のリニアアクチュエータのリニアレゾルバ
磁極部における全体組立説明図である。

【図９】図８のリニアレゾルバ磁極部において形成され
る磁気回路の説明図であり、（ａ）は図８のＺ矢視図、
（ｂ）は図８のＹ矢視図である。

【図１０】図８のリニアレゾルバ磁極部において形成さ
れる磁気回路の説明図であり、（ａ）は図８のＢ断面
図、（ｂ）は図８のＤ断面図、（ｃ）は図８のＦ断面図
である。

【図１１】図８のリニアレゾルバ磁極部において形成さ
れる磁気回路の説明図であり、（ａ）は図８のＡ断面
図、（ｂ）は図８のＣ断面図、（ｃ）は図８のＥ断面図
である。

【図１２】図１のリニアアクチュエータの変位検出装置
に使用されたリニアレゾルバ変換回路のブロック図であ
る。

【図１３】従来のリニアレゾルバ変換回路を使用する変
位検出装置の一例を示す上面図である。

【図１４】従来のリニアレゾルバ変換回路を使用する変
位検出装置の他例を示す上面図である。

【図１５】リニアレゾルバ変換回路に使用される従来の
磁極対を示す側面図である。

【図１６】図１５の磁極対において磁気回路が形成され
ない場合の説明図である。

【符号の説明】

１はラックレール ２はスライダ ３はラックラミネーション部 ４はラック歯 ５はモータラミネーション部 ６はレゾルバ磁極部 ７ａ，７ｂは磁極子歯 ８ａ，８ｂは磁極歯 ９ａ，９ｂは励磁コイル １０ａ〜１０ｃは磁極対

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の固定ピッチ毎に固定歯が形成され
   た磁性体からなる移動路に沿って移動する移動体の変位
   検出装置において、異なる極性に励磁される一対の磁極
   歯を前記固定歯の歯筋方向に並べて該固定歯に対向させ
   て磁極対を構成し、異なる二対以上の磁極対を前記固定
   歯の歯筋方向に並べながら該歯筋と直交方向にずらして
   配設したことを特徴とする変位検出装置。