(57)【要約】【課題】プラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる位置検出装置を提供する。【解決手段】プラテンの歯のピッチの３／４のピッチで移動体の移動方向に沿って順に配列する第１のコア、第２のコア、第３のコアおよび第４のコアを備え、前記第１のコアと前記第３のコアにそれぞれ巻き回された第１の巻き線および第３の巻き線を正相で直列接続してなる第１の回路と、前記第２のコアと前記第４のコアにそれぞれ巻き回された第２の巻き線および第４の巻き線を正相で直列接続してなる第２の回路と、を互いに逆相で並列接続し、励起電圧を与える。前記第１の回路における前記第１の巻き線と前記第３の巻き線とを接続する接続点の電圧と、前記第２の回路における前記第２の巻き線と前記第４の巻き線とを接続する接続点の電圧と、をそれぞれ前記検出回路に与える。【選択図】図１
2011043341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、
前記コアに巻き回された巻き線と、
前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、
前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、
を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記コアとして、プラテンの歯のピッチの３／４のピッチで前記移動体の移動方向に沿って順に配列する第１のコア、第２のコア、第３のコアおよび第４のコアを備え、
前記第１のコアと前記第３のコアにそれぞれ巻き回された第１の巻き線および第３の巻き線を正相で直列接続してなる第１の回路と、前記第２のコアと前記第４のコアにそれぞれ巻き回された第２の巻き線および第４の巻き線を正相で直列接続してなる第２の回路と、を互いに逆相で並列接続し、
前記第１の回路および前記第２の回路を逆相で並列接続して構成された回路に前記電源を接続して前記励起電圧を与え、
前記第１の回路における前記第１の巻き線と前記第３の巻き線とを接続する接続点の電圧と、前記第２の回路における前記第２の巻き線と前記第４の巻き線とを接続する接続点の電圧と、をそれぞれ前記検出回路に与えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、
前記コアに巻き回された巻き線と、
前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、
前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、
を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記コアとして、前記移動体の移動方向について、プラテンの歯のピッチに対して互いに１８０度の位相差をもつ位置に設けられた第１のコアおよび第３のコアを備え、
前記第１のコアと前記第３のコアにそれぞれ巻き回された第１の巻き線および第３の巻き線を正相で直列接続することで第１の回路を構成し、
前記第１の回路に前記電源を接続して前記励起電圧を与え、
前記第１の回路における前記第１の巻き線と前記第３の巻き線とを接続する接続点の電圧を前記検出回路に与えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
前記第１のコアは複数の分割コアに分割されるとともに、前記分割コアにそれぞれ巻き回された巻き線を正相で直列接続することで前記第１の巻き線が構成され、
前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向について前記プラテンの歯に対して同一位相の位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第１のコアは複数の分割コアに分割されるとともに、前記分割コアにそれぞれ巻き回された巻き線を正相で直列接続することで前記第１の巻き線が構成され、
前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向について前記プラテンの歯に対して互いに僅かに位相がずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向と直交する方向について互いにずれた位置に配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、前記コアに巻き回された巻き線と、前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータや平面モータではスライダの位置決めのために使用される位置検出装置として、レゾルバ方式を採用したものが知られている。レゾルバ方式の位置検出装置は磁気回路のインピーダンス変化を利用して位置を検出するものであり、その構成および原理は特開２０００−１５６１２７号公報等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１２７８９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１５６１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レゾルバ方式の位置検出装置では、プラテンを介して形成される磁気回路のインピーダンスを利用するという特性上、その位置検出精度はプラテンの磁気的性質の均一性の程度に影響される。しかし、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作成するに際し、製作容易な所定長のブロックに分割し、これらを接続している。また、長尺となったモータステータコアでは機械的な剛性を確保するために、モータステータコアをモータベースに固定ねじで締結する構造が採用される。このため、プラテンを介して形成される磁気回路のインピーダンスは、その磁気回路がモータステータコアの繋ぎ目や固定ねじを通過することで変動し他の部分と異なる値となるため、位置検出精度を低下させる。
【０００５】
また、レゾルバ部の励磁周波数はモータ励磁磁界の干渉を回避し、あるいは検出応答時間を短縮するため、モータ励磁電流の周波数に比べ数十倍以上高く百倍以上となる場合がある。これに対し、モータ部に使用される磁性体は発生推力を大きくするため、透磁率の高い珪素鋼鈑などの積層構造が一般的で、高周波での励磁では透磁率が低下し、損失が増加する。したがって、この磁性体を用いてレゾルバを構成した場合は変調度が低くなり検出精度の悪化に繋がる。
【０００６】
本発明の目的は、プラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位置検出装置は、プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、前記コアに巻き回された巻き線と、前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置であって、前記コアとして、プラテンの歯のピッチの３／４のピッチで前記移動体の移動方向に沿って順に配列する第１のコア、第２のコア、第３のコアおよび第４のコアを備え、前記第１のコアと前記第３のコアにそれぞれ巻き回された第１の巻き線および第３の巻き線を正相で直列接続してなる第１の回路と、前記第２のコアと前記第４のコアにそれぞれ巻き回された第２の巻き線および第４の巻き線を正相で直列接続してなる第２の回路と、を互いに逆相で並列接続し、前記第１の回路および前記第２の回路を逆相で並列接続して構成された回路に前記電源を接続して前記励起電圧を与え、前記第１の回路における前記第１の巻き線と前記第３の巻き線とを接続する接続点の電圧と、前記第２の回路における前記第２の巻き線と前記第４の巻き線とを接続する接続点の電圧と、をそれぞれ前記検出回路に与えることを特徴とする。
この位置検出装置によれば、歯先の表層部を主に通る磁束による相互インダクタンスの変化により第１のコア、第２のコア、第３のコアおよび第４のコアに巻き回された巻き線に発生する電圧を合成して得られた電圧に基づいて位置検出を行うので、歯先より下部の構造によるプラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる。
【０００８】
本発明の位置検出装置は、プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、前記コアに巻き回された巻き線と、前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置であって、前記コアとして、前記移動体の移動方向について、プラテンの歯のピッチに対して互いに９０度の位相差をもつ位置に設けられた第１のコアおよび第３のコアを備え、前記第１のコアと前記第３のコアにそれぞれ巻き回された第１の巻き線および第３の巻き線を正相で直列接続することで第１の回路を構成し、前記第１の回路に前記電源を接続して前記励起電圧を与え、前記第１の回路における前記第１の巻き線と前記第３の巻き線とを接続する接続点の電圧を前記検出回路に与えることを特徴とする。
この位置検出装置によれば、歯先の表層部を主に通る磁束による相互インダクタンスの変化により第１のコアおよび第３のコアに巻き回された巻き線に発生する電圧を合成して得られた電圧に基づいて位置検出を行うので、歯先より下部の構造によるプラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる。
【０００９】
前記第１のコアは複数の分割コアに分割されるとともに、前記分割コアにそれぞれ巻き回された巻き線を正相で直列接続することで前記第１の巻き線が構成され、前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向について前記プラテンの歯に対して同一位相の位置に配置されてもよい。
【００１０】
前記第１のコアは複数の分割コアに分割されるとともに、前記分割コアにそれぞれ巻き回された巻き線を正相で直列接続することで前記第１の巻き線が構成され、前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向について前記プラテンの歯に対して互いに僅かに位相がずれた位置に配置されてもよい。
【００１１】
前記複数の分割コアは、前記移動体の移動方向と直交する方向について互いにずれた位置に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の位置検出装置によれば、第１のコア、第２のコア、第３のコアおよび第４のコアに巻き回された巻き線に発生する電圧を合成して得られた電圧に基づいて位置検出を行うので、プラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる。
【００１３】
本発明の位置検出装置によれば、第１のコアおよび第３のコアに巻き回された巻き線に発生する電圧を合成して得られた電圧に基づいて位置検出を行うので、プラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】レゾルバの構成を示す正面図。
【図２】コアの配置を示す平面図。
【図３】巻き線の接続方法を示す図。
【図４】位置検出装置の等価回路を示す図。
【図５】各相のコアをプラテンの櫛歯に対して互いに僅かに位相をずらせた位置に配置する例を示す図。
【図６】位相を互いにずらして配置した４つのグループの電圧を合成した様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による位置検出装置の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本実施形態の位置検出装置に使用されるレゾルバの構成を示す正面図、図２はコアの配置を示す平面図である。
【００１７】
図１において、プラテン３は平面モータのステータを構成し、レゾルバ１０はプラテン３に沿ってＸＹ平面内に移動するスライダ（不図示）に設けられる。図１に示すレゾルバ１０はスライダのＸ座標を検出するための構成に相当する。
【００１８】
図１および図２に示すように、プラテン３にはＸＹ平面内でマトリクス状に一定のピッチで配置された櫛歯３１が設けられている。
【００１９】
一方、レゾルバ１０は、Ｘ方向に一定のピッチで配列されたコア１，１，・・・と、コア１，１，・・・に巻き回された巻き線２，２，・・・とを備える。コア１，１，・・・はプラテン３の櫛歯３１のピッチをｐとするとき、３／４ｐのピッチでＸ方向に配置されている。図１では、櫛歯３１に対する各コアの位置（位相）を順に、Ｓ０，Ｃ０，Ｓ１，Ｃ１として示している。Ｓ０，Ｃ０，Ｓ１，Ｃ１の位置は、櫛歯３１に対し、順次、９０度ずつ位相がずれた関係にある。このように、櫛歯３１に対し９０度ずつ位相がずれた位置にコア１，１，・・・が繰り返し配置される。図１および図２では、コア１，１，・・・および巻き線２，２，・・・に、それぞれ対応する位相を示す添え字Ｓ０，Ｃ０，Ｓ１，Ｃ１を付している。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の位置検出装置では、隣り合ったコアおよび櫛歯３１の先端部を介して磁気回路が構成され、磁気回路のインピーダンスはコアと櫛歯３１との相対的な位置関係に応じて変化し、巻き線に発生する電圧も変化する。このため、巻き線に発生する電圧を捉えることで、レゾルバ１０の位置を検出することができる。
【００２１】
図２に示すように、コア１，１，・・・はＹ方向にずれされて配置される。これは、バーニア効果の付与を目的としており、レゾルバ１０がＹ方向に移動したときの測定偏差を抑制することができる。
【００２２】
図３は巻き線の接続方法を示す図である。
【００２３】
図３に示すように、Ｓ０の位置にあるコア１，１，・・・の巻き線２，２，・・・は、互いに正相となる方向に（同一のインダクタンス変化を与えられた場合、電圧が加算される方向に）直列接続される。同様に、Ｃ０の位置にあるコア１，１，・・・の巻き線２，２，・・・、Ｓ１の位置にあるコア１，１，・・・の巻き線２，２，・・・、Ｃ１の位置にあるコア１，１，・・・の巻き線２，２，・・・は、それぞれ互いに正相に直列接続される。このように、４個おきのコアの巻き線が、順次、直列接続されることで、インダクタンス変化に伴う励起電圧が平均化され、その高周波が抑制される。
【００２４】
なお、コア１，１，・・・の材質はプラテン３の磁性材と異なるものを使用でき、例えば励磁周波数に適したフェライトコア、ダストコアを使用することで、高周波で励磁しても鉄損の増加が少なくなり、櫛歯３１との位置関係に応じて大きくインダクタンスが変化するため、良好なセンサー特性を得ることができる。
【００２５】
図４は、位置検出装置の等価回路を示す図である。
【００２６】
図４において、Ｓ０巻き線ＬＳ０は直列接続されたコア１Ｓ０，１Ｓ０，・・・の巻き線２Ｓ０，２Ｓ０，・・・を示している。同様に、Ｃ０巻き線ＬＣ０は直列接続された巻き線２Ｃ０，２Ｃ０，・・・を、Ｓ１巻き線ＬＳ１は直列接続された巻き線２Ｓ１，２Ｓ１，・・・を、Ｃ１巻き線ＬＣ１は直列接続された巻き線２Ｃ１，２Ｃ１，・・・を、それぞれ示している。
【００２７】
図４に示すように、Ｓ０巻き線ＬＳ０とＳ１巻き線ＬＳ１は正相で直列接続され、第１の回路を構成する。また、Ｃ０巻き線ＬＣ０とＣ１巻き線ＬＣ１は正相で直列接続され、第２の回路を構成する。
【００２８】
さらに、第１の回路および第２の回路は互いに並列接続され、その両端に高周波の励起電圧を発生させる電源４が接続される。このとき、図４に示すように、第１の回路および第２の回路は各回路の巻き線が逆相となる方向に（同一のインダクタンス変化を与えられた場合、電圧が互いに打ち消される方向に）並列接続される。
【００２９】
また、Ｓ０巻き線ＬＳ０とＳ１巻き線ＬＳ１の中点の電圧ｖｓ、およびＣ０巻き線ＬＣ０とＣ１巻き線ＬＣ１の中点の電圧ｖｃは、それぞれ検出回路５に接続される。
【００３０】
図４における巻き線ＬＳ０、ＬＳ１、ＬＣ０、ＬＣ１の自己インダクタンスをＬ、それぞれ隣り合うコア間の磁気的結合に起因する巻き線ＬＳ０と巻き線ＬＣ０の間の相互インダクタンスをＭ００、巻き線ＬＣ０と巻き線ＬＳ１の間の相互インダクタンスをＭ１０、巻き線ＬＳ１と巻き線ＬＣ１の間の相互インダクタンスをＭ１１、巻き線ＬＣ１と巻き線ＬＳ０の間の相互インダクタンスをＭ０１とし、レゾルバ１０の移動距離をＸとすると、高周波抑制されているため、
【００３１】
【数１】
2011043341.tif 000003
となる。
【００３２】
【数２】
2011043341.tif 000004
【００３３】
また、
【００３４】
【数３】
2011043341.tif 000005
【００３５】
したがって、振幅Ａｓ，Ａｃより、ｔａｎ−１演算によりθを求めることで、相互インダクタンスの変化よりレゾルバ１０の位置Ｘを得ることができる。このように、本実施形態の位置検出装置では、空間を介して互いに隣り合うコア間の磁気結合を利用して位置検出を行うことができる。
【００３６】
図５は、Ｓ０，Ｃ０，Ｓ１，Ｃ１各相のコアをプラテン２の櫛歯３１に対して互いに僅かに位相をずらせた位置に配置する例を示す図である。図５の例では、各相のピッチをｐ／ｎずつ小さくすることにより、コアのＸ方向の位相を僅かずつずらして配置することで、バーニア効果を持たせ測定誤差の高調波分を抑制することができる。
【００３７】
図６は、位相を互いにずらして配置した４つのグループ（グループＡ〜Ｄ）の電圧を合成した様子を示している。図６において「各グループ平均」として示すように、これらのグループに属する各位相（Ｓ０，Ｃ０，Ｓ１，Ｃ１）の巻き線を直列接続することにより、高周波分が抑制された電圧信号を得ることができる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の位置検出装置によれば、異なる位置に設けられた複数のコアに巻き回された巻き線に発生する電圧を合成して得られた電圧に基づいて位置検出を行うので、プラテンの不均一性や磁性体特性などの影響を軽減できる。また、磁界回路がプラテンの歯先のみを通って形成されるため、プラテンの構造に由来する磁気的性質の不均一性の影響を受けにくく、高精度な位置検出が可能となる。
【００３９】
上記実施形態では、平面モータのステータをプラテンとして用いる例を示したが、レゾルバによる位置検出のためのプラテンをステータと別個に設けてもよい。また、本発明の位置検出装置は、平面モータのみならずリニアモータにおける位置検出に適用することもできる。
【００４０】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラテンに沿って移動する移動体に取り付けられ、前記プラテンに対向するコアと、前記コアに巻き回された巻き線と、前記巻き線に高周波の励起電圧を与える電源と、前記巻き線に発生する電圧を検出する検出回路と、を備え、前記検出回路で検出される電圧に基づいて移動体の位置を検出する位置検出装置に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１      コア（分割コア）
２      巻き線
３      プラテン
４      電源
５      検出回路
【図１】
2011043341.tif 000006
【図２】
2011043341.tif 000007
【図３】
2011043341.tif 000008
【図４】
2011043341.tif 000009
【図５】
2011043341.tif 000010
【図６】
2011043341.tif 000011