リニアモータ
【課題】リニアモータにおいて、リニアスケールを使用することなく安価で、しかも数μｍ程度の精度での位置検出の実現を図る。
【解決手段】リニアモータ１は、複数の永久磁石２２を隣り合う極性が異なるように、所定の隙間Ｌを有して所定ピッチＰで列設した固定子２と、複数のリニアコイル３２を有する、固定子２上を移動する可動子３と、固定子３上における可動子３の位置を検出する位置検出手段４とを備える。可動子３は、永久磁石２２の磁界を検知する基準用磁気センサ４１と、移動方向に所定の間隔Ｓで配置され、永久磁石２２の磁界を検知する複数の測定用磁気センサ４２を備える。移動時に、位置検出手段４は、基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳに応じて隙間Ｌの上方を通過する各測定用磁気センサ４２からの各測定信号ＭＳを逐次取得する。
【解決手段】リニアモータ１は、複数の永久磁石２２を隣り合う極性が異なるように、所定の隙間Ｌを有して所定ピッチＰで列設した固定子２と、複数のリニアコイル３２を有する、固定子２上を移動する可動子３と、固定子３上における可動子３の位置を検出する位置検出手段４とを備える。可動子３は、永久磁石２２の磁界を検知する基準用磁気センサ４１と、移動方向に所定の間隔Ｓで配置され、永久磁石２２の磁界を検知する複数の測定用磁気センサ４２を備える。移動時に、位置検出手段４は、基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳに応じて隙間Ｌの上方を通過する各測定用磁気センサ４２からの各測定信号ＭＳを逐次取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が列設された固定子と、リニアコイルを有する可動子とを備えたリニアモータに関する。特に、可動子の固定子上における位置を磁気的に検出するリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、半導体製造装置等における直動機構において、ボールネジと回転モータの組み合わせによる直動機構の代わりに、リニアモータによる直動機構が採用されている。このリニアモータは、部品点数が少なく、省スペース化が可能であり、ボールネジでのバックラッシュが不存在のため、より高精度な位置決め制御が可能であるとして注目されている。
【０００３】
一般に、リニアモータは、固定子上における可動子の位置を検出するために、リニアエンコーダが利用されることが多い。このリニアエンコーダには、光学式リニアエンコーダと磁気式リニアエンコーダが存在する。
【０００４】
光学式リニアエンコーダは、光学特性の異なる面を交互に有する光学式リニアスケールからの光学的情報を光センサで検知するものであり、数ｎｍ程度の高精度な位置検出が可能であるが、一方で粉塵の多い場所、切削油等が飛散する場所では、光センサの検知感度が低下するため、耐環境性が低いものである。また、光学式リニアスケールは、高額であり、コスト面におけるデメリットも存在する。
【０００５】
磁気式リニアエンコーダは、Ｎ極とＳ極とを交互に細かいピッチで着磁したリニアスケールからの磁気的情報を磁気センサで検知するものであり、光学式リニアエンコーダと比較して耐環境性において優れている。
【０００６】
特許文献１には、シャフト状の界磁マグネットの固定子と、この固定子が貫通するリング状のリニアコイルを有する可動子とを備えたシャフト型リニアモータにおいて、固定子に着磁して形成された磁気式リニアスケールと、可動子に設けられた磁気センサにより、固定子における可動子の位置を磁気的に検出する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、磁気式リニアスケールを設けず、固定子上の永久磁石を磁気式リニアスケールとして兼用し、可動子に設けた磁気センサが固定子上の永久磁石の磁界を検知することにより、可動子の固定子上の位置を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２０６０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、光学式リニアエンコーダを使用しての高精度な位置検出を必要とする装置以外の、数μｍ程度の精度の位置検出で十分な装置においても、前述のリニアモータが有するメリットから当該装置にもリニアモータを使用したいとする要求がある。
【０００９】
しかしながら、数μｍ程度の精度の位置検出をするために、高価な光学式エンコーダを使用することはコスト的に望ましくない。
【００１０】
また、特許文献１に開示されている技術でも、当該装置内に磁気式リニアスケールを設ける必要があり、その分、部品点数の増加、コスト的なデメリットが存在する。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている技術では、各永久磁石の磁界のバラツキの影響を受けやすい。すなわち各永久磁石は、工作機械や産業機械の移動装置または搬送装置のリニアモータでは、通常、数ｍｍ程度の隙間を有して数十ｍｍ程度のピッチで列設されているため、各永久磁石を検出した検出信号に基づいて数μｍ程度の精度で固定子上の可動子の位置を検出するためには、この検出信号を１万分割程度以上に分解する必要があり、且つ各検出信号は、同一性が要求される。すなわち、各永久磁石での磁界のバラツキによる影響が大きく、数μｍ程度の精度で位置検出することが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、リニアスケールを使用せず、且つ数μｍ程度の精度の位置検出を安価に実現するリニアモータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明のリニアモータは、複数の永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の表面の極性が異なるように、所定の隙間を有して所定ピッチで列設した固定子と、複数のリニアコイルを有する、固定子上を移動する可動子と、この可動子の固定子上における位置を検出する位置検出手段とを備えたリニアモータにおいて、可動子が、列設された永久磁石の磁界を検知する基準用磁気センサと、移動方向に所定の間隔で配置された、列設された永久磁石の磁界を検知する複数の測定用磁気センサとを備え、可動子の移動時に、位置検出手段が、基準用磁気センサからの基準信号に応じて隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得することにより、可動子の固定子上における位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
ここで、「表面の極性」とは、可動子の底面と対向する面における永久磁石の極性を意味する。上記「隙間」とは、隣接する永久磁石同士の隙間を意味する。上記「ピッチ」とは、移動方向における永久磁石の前縁から隣接する次の永久磁石の前縁までの距離を意味する。上記「基準信号に応じて」とは、基準用磁気センサが永久磁石の上方を通過することによる基準信号の経時変化に応じることを意味する。「隙間の上方」とは、厳密に隙間の真上のみを意味するものでなく、当該真上における移動方向の前後をも含むものである。
【００１５】
各測定用磁気センサは、隙間の上方を時間的に連続して通過するものであり、逐次取得される各測定信号は、時間的に連続するものであってもよい。
【００１６】
ここで、「時間的に連続」とは、時間的な間隔を有することなく、連続することを意味する。
【００１７】
逐次取得される各測定信号は、同一の隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号であってもよい。
【００１８】
ここで、「同一の隙間」とは、固定子上の同じ場所における隙間を意味する。
【００１９】
逐次取得される各測定信号は、異なる隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号であってもよい。
【００２０】
ここで、「異なる隙間」とは、固定子上の異なる場所における隙間を意味する。
【００２１】
永久磁石の所定ピッチＰ、永久磁石同士の隙間Ｌおよび測定用磁気センサの個数ｎが、Ｐ＜Ｌ×ｎの式を満たすものであってもよい。
【００２２】
また、同一の基準長におけるリニアコイルの個数と永久磁石の個数の比率が９：８であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のリニアモータによれば、基準用磁気センサからの基準信号に応じて所定の隙間の上方を通過した各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得して固定子上における可動子の位置を検出するため、逐次取得する各測定信号は、磁界の変化が最も大きい状態で変化率が略一定の直線で変化する部分の測定信号であり、各信号の同一性も高く、また、隙間寸法は、通常、数ｍｍ程度であり、数μｍ程度の精度で位置を検出するためには、１０００分割程度の分解で十分であり、永久磁石のバラツキによる影響も小さい。
【００２４】
したがって、本発明のリニアモータは、リニアスケールを使用することなく安価で、しかも数μｍ程度の精度での位置検出を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るリニアモータの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるリニアモータの一部斜視図、図２は、図１に示すリニアモータの一部正面図、図３は、図１に示すリニアモータの一部上面図を示す。なお、図３は、理解を容易にするため、後述する可動子の一部を破線で図示している。
【００２６】
リニアモータ１は、長尺板状の固定子２と、この固定子２上を固定子２の長手方向に移動する可動子３と、この可動子３の固定子２上における上記長手方向の位置を検出する位置検出手段４とから構成される。なお、リニアモータ１は、通常、可動子３内蔵の後述するリニアコイルを給電するための電源ケーブル３４を有している。
【００２７】
固定子２は、長尺板状の鋼材からなる固定子本体２１上に複数の永久磁石２２を所定の隙間Ｌを有して所定ピッチＰで列設したものである。各永久磁石２２は、所定の幅寸法Ｗを有して固定子本体２１上に列設されている。具体的に、永久磁石２２は、幅Ｗが１０ｍｍ、隙間Ｌが２ｍｍ、ピッチＰが１２ｍｍで列設されているが、上記寸法に限定されるものではない。また、永久磁石２２は、隣接する極性が交互に異なるように列設され、且つ幅方向の中心部分の磁界強度が最も強くなるように、着磁されている。
【００２８】
可動子３は、ブロック状の鋼材からなる可動子本体３１と、可動子３の移動方向に沿って可動子本体３１に内蔵された複数のリニアコイル３２とから主に構成される。各リニアコイル３２は、鋼材のコア３３を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの位相を有する３相交流で励磁されている。リニアコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗで１セットを構成し、可動子本体３１は、３セットを有する。すなわち可動子本体３１は、長手方向に並んで９個のリニアコイル３２を内蔵する。
【００２９】
リニアコイル３２は、交流で励磁されるものであればよく、上記３相交流に限定される必要はなく、２相交流等であってもよい。また、コア３３は、可動子３の高推力が重視される場合に設けられるものであり、コア３３を有するリニアコイル３２に限定されるものではない。すなわち推力よりも制御性が重視される場合、リニアモータ１のコギングを低減させるために、コア３３を有さないリニアコイル３２をも含むものである。
【００３０】
可動子３は、図２に示す通り、リニアコイル３２と永久磁石２２との間に１ｍｍ程度の空隙を有して固定子２上を移動する。また、リニアコイル３２と永久磁石２２においては、３相交流で励磁された３個のリニアコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗと、隣接する永久磁石２２の２個とが互いに作用する。また、同一の基準長さにおけるリニアコイル３２の個数と永久磁石２２の個数の比率は、９：８である。この比率は、特に限定されるものではない。
【００３１】
図３および図４を用いて位置検出手段４について説明する。図４は、位置検出回路の回路構成図である。位置検出手段４は、永久磁石２２の磁界を検知する１個の基準用磁気センサ４１と、永久磁石２２からの磁界を検知する複数の測定用磁気センサ４２と、基準用磁気センサ４１および測定用磁気センサ４２に基づいて、可動子３の固定子２上における長手方向の位置を検出する位置検出回路４３とから構成される。位置検出手段４は、測定用磁気センサ４２を９個有する。
【００３２】
基準用磁気センサ４１は、表面の極性がＮ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に正電圧、Ｓ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に負電圧となる基準信号ＲＳを出力する。
【００３３】
測定用磁気センサ４２は、基準用磁気センサ４１と同様に、表面の極性がＮ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に正電圧、Ｓ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に負電圧となる測定信号ＭＳを出力する。９個の各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力する。
【００３４】
位置検出回路４３は、図４に示す通り、デジタルコンパレータ４３ａ、ゲート回路４３ｂと、分割器４３ｃとから構成される。ゲート回路４３ｂは、９個のＡＮＤゲート４３ｄと８個のＯＲゲート４３ｅから構成される。
【００３５】
基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳと測定用磁気センサ４２５の測定信号ＭＳ５とがデジタルコンパレータ４３ａに入力される。９分岐されたデジタルコンパレータ４３ａからの後述する比較信号と各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）とがゲート回路４３ｂに入力される。ゲート回路４３ｂからの後述するＯＲゲート出力が分割器４３ｃに入力され、分割器４３ｃから位置信号ＰＳが出力される。
【００３６】
第１の実施形態では、図３に示す通り、可動子本体３１に併設されたプレート４４上に永久磁石２２と対向するように、１個の基準用磁気センサ４１と、磁性体４５を介して９個の各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が所定の間隔Ｓを有して配置されている。なお、磁性体４５は、永久磁石２２の磁界を検知する場合の便宜のために配置されるものであり、磁性体４５を有することに限定されるものではない。
【００３７】
各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、移動方向に１．３３３ｍｍ程度の間隔Ｓで配置されている。各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）の中間に位置する測定用磁気センサ４２５は、基準用磁気センサ４１がＮ極である永久磁石２２の中心位置の上方を通過する時に、Ｎ極とＳ極との隙間Ｌの中間位置を通過するように配置されている。
【００３８】
次に、位置検出手段４における信号処理について説明する。図５は、位置検出手段４における信号処理を示す図である。図５において、（Ａ）が基準信号ＲＳ、（Ｂ）が測定信号ＭＳ５、（Ｃ）が各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）、（Ｄ）がデジタルコンパレータ４３ａからの比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）、（Ｅ）がＡＮＤゲート４３ｄからのＡＮＤゲート出力、（Ｆ）がＯＲゲート４３ｅからのＯＲゲート出力を示す図、（Ｇ）が分割器４３ｃからの位置信号ＰＳを示す。ここで、図５の横軸は、可動子３の等速である場合の時間を示し、部分的に時間を距離に換算して位置が示されている。また、縦軸は、電圧を示すものである。
【００３９】
基準用磁気センサ４１は、永久磁石２２からある程度離れた距離に設けられ、積分されて磁力に対応する曲線の基準信号ＲＳを出力する。基準信号ＲＳは、前述の通り、各永久磁石２２の幅Ｗ方向における中心位置での磁界が最も強い場合、正弦波形となる。そのため、可動子３が移動する全域にわたり位置を検出できる。（Ａ）では、基準用磁気センサ４１が各永久磁石２２同士の隙間Ｌの中心位置（図中原点）の上方から表面の極性がＮ極である永久磁石２２から表面の極性がＳ極である永久磁石２２の上方へ移動する時の経時変化を示している。
【００４０】
各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、可能な限り永久磁石に近接して設けられるので、永久磁石２２の配置に近似する台形波の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力する。各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）からの各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、前述の通りプレート４４上に磁性体４５を介して取り付けられており、永久磁石２２の磁界が強くなるため、（Ｃ）に示すような一層明確に変化が大きく時間と位置の変化に対して変化率が略一定で変化する安定した台形波形となる。したがって、隙間Ｌの大きさによるが、隙間Ｌが２ｍｍの場合で分割数が１３００〜１４００程度までであるならば、許容誤差以内で正確な単位位置信号を得ることができる。
【００４１】
また、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が所定の間隔Ｓを有して配置されるため、所定の間隔Ｓに相当する位相差を有している。すなわち第１の実施形態では、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、距離に換算して１．３３３ｍｍの位相差を有している。
【００４２】
この基準信号ＲＳおよび各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、位置検出回路４３に入力される。
【００４３】
デジタルコンパレータ４３ａには、基準用磁気センサ４１の基準信号ＲＳの負の極値を取る時点から次の負の極値を取る時点までの１周期における負の極値から正の極値までの値を測定用磁気センサ４２の個数で分割するようにして得られる測定磁気センサ４２の個数と同数の比較基準値ＲＦが設定されている。具体的に、第１の実施形態では、（Ａ）に示すように基準信号ＲＳの上記１周期を１８等分した各分割時点における１周期中の負の極値から正の極値までを９分割して得られる９種類の比較基準値ＲＦが設定されている。
【００４４】
デジタルコンパレータ４３ａは、基準信号ＲＳと測定信号ＭＳ５とを入力して基準信号ＲＳと予め設定されている複数の比較基準値とを比較する。基準信号ＲＳの１周期中に比較基準値ＲＦが９種類であり、同一の比較基準値ＲＦに対応する比較信号ＣＳｋが２種類存在するので、デジタルコンパレータ４３ａは、基準信号ＲＳの値が複数の比較基準値のいずれかと一致したときは、測定信号ＭＳ５の値の正負によって基準信号ＲＳの値が第１半周期λＡと第２半周期λＢとのどちらにあるかに対応して（Ｄ）に示すように適する比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力すると同時に既に出力されている比較信号ＣＳｋ−１（但し、ｋ＝１の時は９）をリセットする。比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）は、基準信号ＲＳの周波数に対応して１．３３３ｍｍ程度の距離Ｓに対応するパルス幅を有する矩形波となる。なお、（Ｄ）では、理解を容易にするため、各比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）を３軸上に表示している。
【００４５】
また、測定信号ＭＳ５をデジタルコンパレータ４３ａに入力するのは、（Ａ）および（Ｂ）が示す通り、基準用磁気センサ４１が各永久磁石２２の中心位置の上方を通過する時に、測定信号ＭＳ５は、正負が切り替わるタイミングを有するからである。すなわち、上記のタイミングを有する測定信号が存在しない場合は、他のセンサを設けても良い。
【００４６】
各比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）と各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）が各ＡＮＤゲート４３ｄに入力されることにより、（Ｅ）のような斜波形のＡＮＤゲート出力が得られる。
【００４７】
このＡＮＤゲート出力は、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の最も変化が大きい部分、すなわち各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２同士の隙間Ｌの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を取得したものである。具体的に、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が同一の隙間Ｓの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を中心振り分けで１．３３３ｍｍ間を取得したものとなる。なお、（Ｅ）においては、理解を容易にするため、各ＡＮＤゲート出力を同軸上で表示している。
【００４８】
各ＡＮＤゲート出力を８個のＯＲゲート４３ｅに入力することにより、（Ｆ）に示すような鋸波形のＯＲゲート出力が得られる。なお、ＯＲゲート４３ｅの配置は、図３に示す配置に限定されるものではない。
【００４９】
このＯＲゲート出力は、分割器４３ｃに入力される。分割器４３ｃでは、予め設定された分割数でＯＲゲート出力が分割され、パルス状の位置信号ＰＳとして出力される。前述の通り、ＯＲゲート出力は、各ＡＮＤゲート４３ｄにより、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の最も変化が大きい部分のうちの１．３３３ｍｍ間を取得したものであり、これを分割器４３ｃで、例えば１０００程度に分割することにより、１．３３３μｍ程度の精度を有するパルス状の位置信号ＰＳが出力される。言い換えれば、分割器４３ｃに入力されるＯＲゲート出力は、（Ｆ）に示されるように変化が大きい直線状に変化する鋸波形であり、１３３３分割することで１μｍ程度の位置信号を許容誤差以内の検出精度で得ることができると言える。
【００５０】
永久磁石２２のピッチＰと、永久磁石２２同士の隙間Ｌと、測定用磁気センサ４１の個数ｎとの関係が、Ｐ＜Ｌ×ｎの関係を満たす場合、取得する各測定信号ＭＳは、測定用磁気センサ４２が隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分を連続して取得できるため、固定子２の全長にわたり、可動子３の位置信号ＰＳが出力される。すなわち測定用磁気センサ４２の個数は、上記の通り、各測定用磁気センサ４２が隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続すればよく、特に９個に限定されるものではない。
【００５１】
この位置信号ＰＳを不図示の制御手段に入力し、不図示の制御手段においてインクリメントすることにより、可動子３の固定子２上における長手方向の位置を数μｍ程度の精度で検出可能となる。
【００５２】
第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態であるリニアモータの一部正面図を示す。なお、図６において、第１の実施形態と同一の部品には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
第２の実施形態では、取得する各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝1〜９）が各永久磁石２２同士の其々異なった隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２を配置している。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、９個の測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を有し、各測定用磁気センサ４２を、永久磁石２２のピッチＰよりも、このピッチＰを測定用磁気センサ４２の個数で分割した寸法分だけ短い間隔Ｓで配置している。具体的に、各測定用磁気センサ４２は、ピッチＰ寸法１２ｍｍよりも、１．３３３ｍｍ程度短い、１０．６６７ｍｍ程度の間隔Ｓで配置されている。
【００５４】
これにより、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が其々異なる永久磁石２２の隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続するものとなる。この第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、各測定用磁気センサ４２ｋを可動子本体３１に内蔵することができるので、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を密集して配置するスペースを必要としない点において有利である。
【００５５】
また、第２の実施形態では、隣接する測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の符号が反転する点において、第１の実施形態と相違するが、基準信号ＲＳおよび測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の処理方法は、基本的に第１の実施形態と同一であり、その説明を省略する。
【００５６】
第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態であるリニアモータの一部正面図、図８は、図７に示すリニアモータの一部上面図を示す。なお、図７および図８において、第１の実施形態と同一の部品には同一の符号を付して説明し、図８は、理解を容易にするため、可動子３の一部を破線で図示している。
【００５７】
第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。すなわち第３の実施形態では、図８に示す通り、第１の実施形態のように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２の同一の隙間Ｓの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を配置するとともに、第２の実施形態のように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２の其々異なる隙間Ｌの上方を通過した時の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を配置する。
【００５８】
これにより、第３の実施形態では、其々異なる隙間Ｌの上方を通過した時の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分を同時に取得することにより、固定子２上の永久磁石２２の取り付けによるバラツキを平均化できる。
【００５９】
以上の述べた通り、本発明の実施形態であるリニアモータ１によれば、基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳに応じて、永久磁石２２同士の隙間Ｌの上方を通過した各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）からの各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を逐次取得するため、逐次取得される各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分は、移動による磁界の変化が最も大きい部分で各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）が直線状に変化する部分であり、可動子３の移動による変化を明確に検知できるとともに分割した時の値のバラツキが十分に小さく、また、ＯＲゲート出力は、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の１．３３３ｍｍ程度の部分を連続させたものであるため、分割器４３ｃで１０００程度に分解するだけで数μｍ程度の精度の位置信号ＰＳが出力される。
【００６０】
したがって、本発明の実施形態であるリニアモータ１は、リニアスケールを使用せずに、数μｍ程度の精度での位置検出を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態の斜視図
【図２】第１の実施形態の一部正面図
【図３】第１の実施形態の一部上面図
【図４】位置検出回路の回路構成図
【図５】位置検出手段による信号処理を示す図
【図６】第２の実施形態の一部正面図
【図７】第３の実施形態の一部正面図
【図８】第３の実施形態の一部上面図
【符号の説明】
【００６２】
Ｌ 隙間
ＭＳ 測定信号
Ｐ ピッチ
ＲＳ 基準信号
Ｓ 間隔
Ｗ 幅
１ リニアモータ
２ 固定子
３ 可動子
４ 位置検出手段
２２ 永久磁石
３２ リニアコイル
４１ 基準用磁気センサ
４２ 測定用磁気センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が列設された固定子と、リニアコイルを有する可動子とを備えたリニアモータに関する。特に、可動子の固定子上における位置を磁気的に検出するリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、半導体製造装置等における直動機構において、ボールネジと回転モータの組み合わせによる直動機構の代わりに、リニアモータによる直動機構が採用されている。このリニアモータは、部品点数が少なく、省スペース化が可能であり、ボールネジでのバックラッシュが不存在のため、より高精度な位置決め制御が可能であるとして注目されている。
【０００３】
一般に、リニアモータは、固定子上における可動子の位置を検出するために、リニアエンコーダが利用されることが多い。このリニアエンコーダには、光学式リニアエンコーダと磁気式リニアエンコーダが存在する。
【０００４】
光学式リニアエンコーダは、光学特性の異なる面を交互に有する光学式リニアスケールからの光学的情報を光センサで検知するものであり、数ｎｍ程度の高精度な位置検出が可能であるが、一方で粉塵の多い場所、切削油等が飛散する場所では、光センサの検知感度が低下するため、耐環境性が低いものである。また、光学式リニアスケールは、高額であり、コスト面におけるデメリットも存在する。
【０００５】
磁気式リニアエンコーダは、Ｎ極とＳ極とを交互に細かいピッチで着磁したリニアスケールからの磁気的情報を磁気センサで検知するものであり、光学式リニアエンコーダと比較して耐環境性において優れている。
【０００６】
特許文献１には、シャフト状の界磁マグネットの固定子と、この固定子が貫通するリング状のリニアコイルを有する可動子とを備えたシャフト型リニアモータにおいて、固定子に着磁して形成された磁気式リニアスケールと、可動子に設けられた磁気センサにより、固定子における可動子の位置を磁気的に検出する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、磁気式リニアスケールを設けず、固定子上の永久磁石を磁気式リニアスケールとして兼用し、可動子に設けた磁気センサが固定子上の永久磁石の磁界を検知することにより、可動子の固定子上の位置を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２０６０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、光学式リニアエンコーダを使用しての高精度な位置検出を必要とする装置以外の、数μｍ程度の精度の位置検出で十分な装置においても、前述のリニアモータが有するメリットから当該装置にもリニアモータを使用したいとする要求がある。
【０００９】
しかしながら、数μｍ程度の精度の位置検出をするために、高価な光学式エンコーダを使用することはコスト的に望ましくない。
【００１０】
また、特許文献１に開示されている技術でも、当該装置内に磁気式リニアスケールを設ける必要があり、その分、部品点数の増加、コスト的なデメリットが存在する。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている技術では、各永久磁石の磁界のバラツキの影響を受けやすい。すなわち各永久磁石は、工作機械や産業機械の移動装置または搬送装置のリニアモータでは、通常、数ｍｍ程度の隙間を有して数十ｍｍ程度のピッチで列設されているため、各永久磁石を検出した検出信号に基づいて数μｍ程度の精度で固定子上の可動子の位置を検出するためには、この検出信号を１万分割程度以上に分解する必要があり、且つ各検出信号は、同一性が要求される。すなわち、各永久磁石での磁界のバラツキによる影響が大きく、数μｍ程度の精度で位置検出することが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、リニアスケールを使用せず、且つ数μｍ程度の精度の位置検出を安価に実現するリニアモータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明のリニアモータは、複数の永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の表面の極性が異なるように、所定の隙間を有して所定ピッチで列設した固定子と、複数のリニアコイルを有する、固定子上を移動する可動子と、この可動子の固定子上における位置を検出する位置検出手段とを備えたリニアモータにおいて、可動子が、列設された永久磁石の磁界を検知する基準用磁気センサと、移動方向に所定の間隔で配置された、列設された永久磁石の磁界を検知する複数の測定用磁気センサとを備え、可動子の移動時に、位置検出手段が、基準用磁気センサからの基準信号に応じて隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得することにより、可動子の固定子上における位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
ここで、「表面の極性」とは、可動子の底面と対向する面における永久磁石の極性を意味する。上記「隙間」とは、隣接する永久磁石同士の隙間を意味する。上記「ピッチ」とは、移動方向における永久磁石の前縁から隣接する次の永久磁石の前縁までの距離を意味する。上記「基準信号に応じて」とは、基準用磁気センサが永久磁石の上方を通過することによる基準信号の経時変化に応じることを意味する。「隙間の上方」とは、厳密に隙間の真上のみを意味するものでなく、当該真上における移動方向の前後をも含むものである。
【００１５】
各測定用磁気センサは、隙間の上方を時間的に連続して通過するものであり、逐次取得される各測定信号は、時間的に連続するものであってもよい。
【００１６】
ここで、「時間的に連続」とは、時間的な間隔を有することなく、連続することを意味する。
【００１７】
逐次取得される各測定信号は、同一の隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号であってもよい。
【００１８】
ここで、「同一の隙間」とは、固定子上の同じ場所における隙間を意味する。
【００１９】
逐次取得される各測定信号は、異なる隙間の上方を通過する各測定用磁気センサからの各測定信号であってもよい。
【００２０】
ここで、「異なる隙間」とは、固定子上の異なる場所における隙間を意味する。
【００２１】
永久磁石の所定ピッチＰ、永久磁石同士の隙間Ｌおよび測定用磁気センサの個数ｎが、Ｐ＜Ｌ×ｎの式を満たすものであってもよい。
【００２２】
また、同一の基準長におけるリニアコイルの個数と永久磁石の個数の比率が９：８であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のリニアモータによれば、基準用磁気センサからの基準信号に応じて所定の隙間の上方を通過した各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得して固定子上における可動子の位置を検出するため、逐次取得する各測定信号は、磁界の変化が最も大きい状態で変化率が略一定の直線で変化する部分の測定信号であり、各信号の同一性も高く、また、隙間寸法は、通常、数ｍｍ程度であり、数μｍ程度の精度で位置を検出するためには、１０００分割程度の分解で十分であり、永久磁石のバラツキによる影響も小さい。
【００２４】
したがって、本発明のリニアモータは、リニアスケールを使用することなく安価で、しかも数μｍ程度の精度での位置検出を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るリニアモータの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるリニアモータの一部斜視図、図２は、図１に示すリニアモータの一部正面図、図３は、図１に示すリニアモータの一部上面図を示す。なお、図３は、理解を容易にするため、後述する可動子の一部を破線で図示している。
【００２６】
リニアモータ１は、長尺板状の固定子２と、この固定子２上を固定子２の長手方向に移動する可動子３と、この可動子３の固定子２上における上記長手方向の位置を検出する位置検出手段４とから構成される。なお、リニアモータ１は、通常、可動子３内蔵の後述するリニアコイルを給電するための電源ケーブル３４を有している。
【００２７】
固定子２は、長尺板状の鋼材からなる固定子本体２１上に複数の永久磁石２２を所定の隙間Ｌを有して所定ピッチＰで列設したものである。各永久磁石２２は、所定の幅寸法Ｗを有して固定子本体２１上に列設されている。具体的に、永久磁石２２は、幅Ｗが１０ｍｍ、隙間Ｌが２ｍｍ、ピッチＰが１２ｍｍで列設されているが、上記寸法に限定されるものではない。また、永久磁石２２は、隣接する極性が交互に異なるように列設され、且つ幅方向の中心部分の磁界強度が最も強くなるように、着磁されている。
【００２８】
可動子３は、ブロック状の鋼材からなる可動子本体３１と、可動子３の移動方向に沿って可動子本体３１に内蔵された複数のリニアコイル３２とから主に構成される。各リニアコイル３２は、鋼材のコア３３を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの位相を有する３相交流で励磁されている。リニアコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗで１セットを構成し、可動子本体３１は、３セットを有する。すなわち可動子本体３１は、長手方向に並んで９個のリニアコイル３２を内蔵する。
【００２９】
リニアコイル３２は、交流で励磁されるものであればよく、上記３相交流に限定される必要はなく、２相交流等であってもよい。また、コア３３は、可動子３の高推力が重視される場合に設けられるものであり、コア３３を有するリニアコイル３２に限定されるものではない。すなわち推力よりも制御性が重視される場合、リニアモータ１のコギングを低減させるために、コア３３を有さないリニアコイル３２をも含むものである。
【００３０】
可動子３は、図２に示す通り、リニアコイル３２と永久磁石２２との間に１ｍｍ程度の空隙を有して固定子２上を移動する。また、リニアコイル３２と永久磁石２２においては、３相交流で励磁された３個のリニアコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗと、隣接する永久磁石２２の２個とが互いに作用する。また、同一の基準長さにおけるリニアコイル３２の個数と永久磁石２２の個数の比率は、９：８である。この比率は、特に限定されるものではない。
【００３１】
図３および図４を用いて位置検出手段４について説明する。図４は、位置検出回路の回路構成図である。位置検出手段４は、永久磁石２２の磁界を検知する１個の基準用磁気センサ４１と、永久磁石２２からの磁界を検知する複数の測定用磁気センサ４２と、基準用磁気センサ４１および測定用磁気センサ４２に基づいて、可動子３の固定子２上における長手方向の位置を検出する位置検出回路４３とから構成される。位置検出手段４は、測定用磁気センサ４２を９個有する。
【００３２】
基準用磁気センサ４１は、表面の極性がＮ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に正電圧、Ｓ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に負電圧となる基準信号ＲＳを出力する。
【００３３】
測定用磁気センサ４２は、基準用磁気センサ４１と同様に、表面の極性がＮ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に正電圧、Ｓ極である永久磁石２２の上方を通過した場合に負電圧となる測定信号ＭＳを出力する。９個の各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力する。
【００３４】
位置検出回路４３は、図４に示す通り、デジタルコンパレータ４３ａ、ゲート回路４３ｂと、分割器４３ｃとから構成される。ゲート回路４３ｂは、９個のＡＮＤゲート４３ｄと８個のＯＲゲート４３ｅから構成される。
【００３５】
基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳと測定用磁気センサ４２５の測定信号ＭＳ５とがデジタルコンパレータ４３ａに入力される。９分岐されたデジタルコンパレータ４３ａからの後述する比較信号と各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）とがゲート回路４３ｂに入力される。ゲート回路４３ｂからの後述するＯＲゲート出力が分割器４３ｃに入力され、分割器４３ｃから位置信号ＰＳが出力される。
【００３６】
第１の実施形態では、図３に示す通り、可動子本体３１に併設されたプレート４４上に永久磁石２２と対向するように、１個の基準用磁気センサ４１と、磁性体４５を介して９個の各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が所定の間隔Ｓを有して配置されている。なお、磁性体４５は、永久磁石２２の磁界を検知する場合の便宜のために配置されるものであり、磁性体４５を有することに限定されるものではない。
【００３７】
各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、移動方向に１．３３３ｍｍ程度の間隔Ｓで配置されている。各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）の中間に位置する測定用磁気センサ４２５は、基準用磁気センサ４１がＮ極である永久磁石２２の中心位置の上方を通過する時に、Ｎ極とＳ極との隙間Ｌの中間位置を通過するように配置されている。
【００３８】
次に、位置検出手段４における信号処理について説明する。図５は、位置検出手段４における信号処理を示す図である。図５において、（Ａ）が基準信号ＲＳ、（Ｂ）が測定信号ＭＳ５、（Ｃ）が各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）、（Ｄ）がデジタルコンパレータ４３ａからの比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）、（Ｅ）がＡＮＤゲート４３ｄからのＡＮＤゲート出力、（Ｆ）がＯＲゲート４３ｅからのＯＲゲート出力を示す図、（Ｇ）が分割器４３ｃからの位置信号ＰＳを示す。ここで、図５の横軸は、可動子３の等速である場合の時間を示し、部分的に時間を距離に換算して位置が示されている。また、縦軸は、電圧を示すものである。
【００３９】
基準用磁気センサ４１は、永久磁石２２からある程度離れた距離に設けられ、積分されて磁力に対応する曲線の基準信号ＲＳを出力する。基準信号ＲＳは、前述の通り、各永久磁石２２の幅Ｗ方向における中心位置での磁界が最も強い場合、正弦波形となる。そのため、可動子３が移動する全域にわたり位置を検出できる。（Ａ）では、基準用磁気センサ４１が各永久磁石２２同士の隙間Ｌの中心位置（図中原点）の上方から表面の極性がＮ極である永久磁石２２から表面の極性がＳ極である永久磁石２２の上方へ移動する時の経時変化を示している。
【００４０】
各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）は、可能な限り永久磁石に近接して設けられるので、永久磁石２２の配置に近似する台形波の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力する。各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）からの各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、前述の通りプレート４４上に磁性体４５を介して取り付けられており、永久磁石２２の磁界が強くなるため、（Ｃ）に示すような一層明確に変化が大きく時間と位置の変化に対して変化率が略一定で変化する安定した台形波形となる。したがって、隙間Ｌの大きさによるが、隙間Ｌが２ｍｍの場合で分割数が１３００〜１４００程度までであるならば、許容誤差以内で正確な単位位置信号を得ることができる。
【００４１】
また、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が所定の間隔Ｓを有して配置されるため、所定の間隔Ｓに相当する位相差を有している。すなわち第１の実施形態では、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、距離に換算して１．３３３ｍｍの位相差を有している。
【００４２】
この基準信号ＲＳおよび各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、位置検出回路４３に入力される。
【００４３】
デジタルコンパレータ４３ａには、基準用磁気センサ４１の基準信号ＲＳの負の極値を取る時点から次の負の極値を取る時点までの１周期における負の極値から正の極値までの値を測定用磁気センサ４２の個数で分割するようにして得られる測定磁気センサ４２の個数と同数の比較基準値ＲＦが設定されている。具体的に、第１の実施形態では、（Ａ）に示すように基準信号ＲＳの上記１周期を１８等分した各分割時点における１周期中の負の極値から正の極値までを９分割して得られる９種類の比較基準値ＲＦが設定されている。
【００４４】
デジタルコンパレータ４３ａは、基準信号ＲＳと測定信号ＭＳ５とを入力して基準信号ＲＳと予め設定されている複数の比較基準値とを比較する。基準信号ＲＳの１周期中に比較基準値ＲＦが９種類であり、同一の比較基準値ＲＦに対応する比較信号ＣＳｋが２種類存在するので、デジタルコンパレータ４３ａは、基準信号ＲＳの値が複数の比較基準値のいずれかと一致したときは、測定信号ＭＳ５の値の正負によって基準信号ＲＳの値が第１半周期λＡと第２半周期λＢとのどちらにあるかに対応して（Ｄ）に示すように適する比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）を出力すると同時に既に出力されている比較信号ＣＳｋ−１（但し、ｋ＝１の時は９）をリセットする。比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）は、基準信号ＲＳの周波数に対応して１．３３３ｍｍ程度の距離Ｓに対応するパルス幅を有する矩形波となる。なお、（Ｄ）では、理解を容易にするため、各比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）を３軸上に表示している。
【００４５】
また、測定信号ＭＳ５をデジタルコンパレータ４３ａに入力するのは、（Ａ）および（Ｂ）が示す通り、基準用磁気センサ４１が各永久磁石２２の中心位置の上方を通過する時に、測定信号ＭＳ５は、正負が切り替わるタイミングを有するからである。すなわち、上記のタイミングを有する測定信号が存在しない場合は、他のセンサを設けても良い。
【００４６】
各比較信号ＣＳｋ（ｋ＝１〜９）と各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）が各ＡＮＤゲート４３ｄに入力されることにより、（Ｅ）のような斜波形のＡＮＤゲート出力が得られる。
【００４７】
このＡＮＤゲート出力は、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の最も変化が大きい部分、すなわち各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２同士の隙間Ｌの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を取得したものである。具体的に、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が同一の隙間Ｓの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を中心振り分けで１．３３３ｍｍ間を取得したものとなる。なお、（Ｅ）においては、理解を容易にするため、各ＡＮＤゲート出力を同軸上で表示している。
【００４８】
各ＡＮＤゲート出力を８個のＯＲゲート４３ｅに入力することにより、（Ｆ）に示すような鋸波形のＯＲゲート出力が得られる。なお、ＯＲゲート４３ｅの配置は、図３に示す配置に限定されるものではない。
【００４９】
このＯＲゲート出力は、分割器４３ｃに入力される。分割器４３ｃでは、予め設定された分割数でＯＲゲート出力が分割され、パルス状の位置信号ＰＳとして出力される。前述の通り、ＯＲゲート出力は、各ＡＮＤゲート４３ｄにより、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の最も変化が大きい部分のうちの１．３３３ｍｍ間を取得したものであり、これを分割器４３ｃで、例えば１０００程度に分割することにより、１．３３３μｍ程度の精度を有するパルス状の位置信号ＰＳが出力される。言い換えれば、分割器４３ｃに入力されるＯＲゲート出力は、（Ｆ）に示されるように変化が大きい直線状に変化する鋸波形であり、１３３３分割することで１μｍ程度の位置信号を許容誤差以内の検出精度で得ることができると言える。
【００５０】
永久磁石２２のピッチＰと、永久磁石２２同士の隙間Ｌと、測定用磁気センサ４１の個数ｎとの関係が、Ｐ＜Ｌ×ｎの関係を満たす場合、取得する各測定信号ＭＳは、測定用磁気センサ４２が隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分を連続して取得できるため、固定子２の全長にわたり、可動子３の位置信号ＰＳが出力される。すなわち測定用磁気センサ４２の個数は、上記の通り、各測定用磁気センサ４２が隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続すればよく、特に９個に限定されるものではない。
【００５１】
この位置信号ＰＳを不図示の制御手段に入力し、不図示の制御手段においてインクリメントすることにより、可動子３の固定子２上における長手方向の位置を数μｍ程度の精度で検出可能となる。
【００５２】
第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態であるリニアモータの一部正面図を示す。なお、図６において、第１の実施形態と同一の部品には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
第２の実施形態では、取得する各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝1〜９）が各永久磁石２２同士の其々異なった隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２を配置している。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、９個の測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を有し、各測定用磁気センサ４２を、永久磁石２２のピッチＰよりも、このピッチＰを測定用磁気センサ４２の個数で分割した寸法分だけ短い間隔Ｓで配置している。具体的に、各測定用磁気センサ４２は、ピッチＰ寸法１２ｍｍよりも、１．３３３ｍｍ程度短い、１０．６６７ｍｍ程度の間隔Ｓで配置されている。
【００５４】
これにより、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）は、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が其々異なる永久磁石２２の隙間Ｌの上方を通過した時の検知部分が連続するものとなる。この第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、各測定用磁気センサ４２ｋを可動子本体３１に内蔵することができるので、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を密集して配置するスペースを必要としない点において有利である。
【００５５】
また、第２の実施形態では、隣接する測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の符号が反転する点において、第１の実施形態と相違するが、基準信号ＲＳおよび測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の処理方法は、基本的に第１の実施形態と同一であり、その説明を省略する。
【００５６】
第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態であるリニアモータの一部正面図、図８は、図７に示すリニアモータの一部上面図を示す。なお、図７および図８において、第１の実施形態と同一の部品には同一の符号を付して説明し、図８は、理解を容易にするため、可動子３の一部を破線で図示している。
【００５７】
第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。すなわち第３の実施形態では、図８に示す通り、第１の実施形態のように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２の同一の隙間Ｓの上方を通過した時の各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を配置するとともに、第２の実施形態のように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）が永久磁石２２の其々異なる隙間Ｌの上方を通過した時の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分が連続するように、各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）を配置する。
【００５８】
これにより、第３の実施形態では、其々異なる隙間Ｌの上方を通過した時の測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分を同時に取得することにより、固定子２上の永久磁石２２の取り付けによるバラツキを平均化できる。
【００５９】
以上の述べた通り、本発明の実施形態であるリニアモータ１によれば、基準用磁気センサ４１からの基準信号ＲＳに応じて、永久磁石２２同士の隙間Ｌの上方を通過した各測定用磁気センサ４２ｋ（ｋ＝１〜９）からの各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）を逐次取得するため、逐次取得される各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の検知部分は、移動による磁界の変化が最も大きい部分で各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）が直線状に変化する部分であり、可動子３の移動による変化を明確に検知できるとともに分割した時の値のバラツキが十分に小さく、また、ＯＲゲート出力は、各測定信号ＭＳｋ（ｋ＝１〜９）の１．３３３ｍｍ程度の部分を連続させたものであるため、分割器４３ｃで１０００程度に分解するだけで数μｍ程度の精度の位置信号ＰＳが出力される。
【００６０】
したがって、本発明の実施形態であるリニアモータ１は、リニアスケールを使用せずに、数μｍ程度の精度での位置検出を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態の斜視図
【図２】第１の実施形態の一部正面図
【図３】第１の実施形態の一部上面図
【図４】位置検出回路の回路構成図
【図５】位置検出手段による信号処理を示す図
【図６】第２の実施形態の一部正面図
【図７】第３の実施形態の一部正面図
【図８】第３の実施形態の一部上面図
【符号の説明】
【００６２】
Ｌ 隙間
ＭＳ 測定信号
Ｐ ピッチ
ＲＳ 基準信号
Ｓ 間隔
Ｗ 幅
１ リニアモータ
２ 固定子
３ 可動子
４ 位置検出手段
２２ 永久磁石
３２ リニアコイル
４１ 基準用磁気センサ
４２ 測定用磁気センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の表面の極性が異なるように、所定の隙間を有して所定ピッチで列設した固定子と、
複数のリニアコイルを有する、前記固定子上を移動する可動子と、
該可動子の前記固定子上における位置を検出する位置検出手段とを備えたリニアモータにおいて、
前記可動子が、前記列設された永久磁石の磁界を検知する基準用磁気センサと、前記移動方向に所定の間隔で配置された、前記列設された永久磁石の磁界を検知する複数の測定用磁気センサとを備え、
前記可動子の移動時に、前記位置検出手段が、前記基準用磁気センサからの基準信号に応じて前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得することにより、前記可動子の前記固定子上における位置を検出することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記各測定用磁気センサは、前記隙間の上方を時間的に連続して通過するものであり、前記逐次取得される各測定信号は、時間的に連続することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記逐次取得される各測定信号は、同一の前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記逐次取得される各測定信号は、異なる前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記永久磁石の所定ピッチＰ、前記永久磁石同士の隙間Ｌおよび測定用磁気センサの個数ｎが、Ｐ＜Ｌ×ｎの式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
同一の基準長における前記リニアコイルの個数と前記永久磁石の個数との比率が９：８であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項１】
複数の永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の表面の極性が異なるように、所定の隙間を有して所定ピッチで列設した固定子と、
複数のリニアコイルを有する、前記固定子上を移動する可動子と、
該可動子の前記固定子上における位置を検出する位置検出手段とを備えたリニアモータにおいて、
前記可動子が、前記列設された永久磁石の磁界を検知する基準用磁気センサと、前記移動方向に所定の間隔で配置された、前記列設された永久磁石の磁界を検知する複数の測定用磁気センサとを備え、
前記可動子の移動時に、前記位置検出手段が、前記基準用磁気センサからの基準信号に応じて前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号を逐次取得することにより、前記可動子の前記固定子上における位置を検出することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記各測定用磁気センサは、前記隙間の上方を時間的に連続して通過するものであり、前記逐次取得される各測定信号は、時間的に連続することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記逐次取得される各測定信号は、同一の前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記逐次取得される各測定信号は、異なる前記隙間の上方を通過する前記各測定用磁気センサからの各測定信号であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記永久磁石の所定ピッチＰ、前記永久磁石同士の隙間Ｌおよび測定用磁気センサの個数ｎが、Ｐ＜Ｌ×ｎの式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
同一の基準長における前記リニアコイルの個数と前記永久磁石の個数との比率が９：８であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４２０３３（Ｐ２０１０−１４２０３３Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６４９０（Ｐ２００８−３１６４９０）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【復代理人】
【識別番号】１００１５２４０１
【弁理士】
【氏名又は名称】我妻 慶一
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【復代理人】
【識別番号】１００１５２４０１
【弁理士】
【氏名又は名称】我妻 慶一
【Ｆターム（参考）】
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