(57)【要約】      （修正有）【課題】応答時間を短縮するとともに装置全体の小型化を容易にする。【解決手段】リニアエンコーダは、異なる磁極が交互に等間隔に配列された複数の磁石２４Ｎ，２４Ｓを備える磁石部２１と、複数のコイル２９Ｕ，２９Ｖ，２９Ｗを備える電機子２５とを具備し、コイル２９Ｕ，２９Ｖ，２９Ｗに電流を流して磁界を発生させることにより磁石部２１と電機子２５とのいずれか一方を可動子２５として磁石２４Ｎ，２４Ｓの配列されている方向に移動させるリニアモータに取り付けられるものであって、電機子２５と対向するように磁石部２１に取り付けられ、それぞれが取り付けられている位置を示す基準位置情報を記憶する複数の無線タグ４０と、電機子２５に取り付けられ、無線タグ４０に記憶されている情報を読み出す無線タグ読出部２８とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁極が交互に等間隔に配列された複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記コイルに電流を流して磁界を発生させることにより前記磁石部と前記電機子とのいずれか一方を可動子として前記磁石の配列されている方向に移動させるリニアモータに取り付けられるリニアエンコーダであって、
前記電機子と対向するように前記磁石部に取り付けられ、それぞれが取り付けられている位置を示す基準位置情報を記憶する複数の無線タグと、
前記電機子に取り付けられ、前記無線タグに記憶されている情報を読み出す無線タグ読出部と
を備えることを特徴とするリニアエンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアエンコーダであって、
前記無線タグは、前記可動子が移動する際の磁界の変化により発電する発電部を有する
ことを特徴とするリニアエンコーダ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のリニアエンコーダであって、
前記磁石部に備えられている前記磁石と対向するように前記電機子に取り付けられ、前記磁石が発生させる磁束線の方向に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記無線タグ読出部が読み出した基準位置情報と、前記磁気センサが出力する信号とに基づいて、前記可動子の位置を算出する位置算出部と
を更に備える
ことを特徴とするリニアエンコーダ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリニアエンコーダであって、
前記無線タグは、前記磁石部に備えられている前記磁石ごとに取り付けられている
ことを特徴とするリニアエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータの制御において、リニアエンコーダ等により得られた位置情報を用いることが行われている。一般に、リニアエンコーダには、スケール上に予め定められた原点位置（基準位置）からの距離を測定して位置情報を出力するインクリメント型と、スケール上に記録されている情報から位置情報を取得して出力するアブソリュート型とがある。
【０００３】
インクリメント型のリニアエンコーダは、アブソリュート型に比べ価格が安いものの、位置情報を取得する前にスケール上の原点を検出する必要があるため、リニアモータを駆動させる必要がある。原点位置を取得するための移動の距離が長くなると位置情報の取得が可能になるまでの時間（応答時間）が長くなってしまうため、その距離を短くすることが検討されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、原点位置の取得に磁気センサを用いているため、リニアモータから発せられる磁気、例えば駆動用磁石やコイルから発せられる磁気の影響を受けないようにする必要がある。そのため、リニアエンコーダを取り付ける位置に制約があり、リニアモータやリニアエンコーダを含めた装置全体の小型化を困難にしてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、応答時間を短縮するとともに装置全体の小型化を容易にするリニアエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、異なる磁極が交互に等間隔に配列された複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記コイルに電流を流して磁界を発生させることにより前記磁石部と前記電機子とのいずれか一方を可動子として前記磁石の配列されている方向に移動させるリニアモータに取り付けられるリニアエンコーダであって、前記電機子と対向するように前記磁石部に取り付けられ、それぞれが取り付けられている位置を示す基準位置情報を記憶する複数の無線タグと、前記電機子に取り付けられ、前記無線タグに記憶されている情報を読み出す無線タグ読出部とを備えることを特徴とするリニアエンコーダである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、リニアエンコーダは、可動子を移動させたときに読み出される基準位置情報に基づいて可動子の位置を把握する。また、磁石部に複数の無線タグを配列させているので可動子を移動させる距離を短くすることができ、応答時間を短縮することができる。更に、無線タグに記憶されている基準位置情報の読み出しは、無線タグ読出部と無線タグとの間の無線通信により行われるので、リニアモータが発生させる磁界の影響を受けない。すなわち、無線タグ及び無線タグ読出部をリニアモータに取り付ける際に磁界の影響を考慮する必要がなくなるので、無線タグ及び無線タグ読出部を取り付ける位置の選択範囲を広げることができ、リニアモータを含む装置全体の小型化を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施形態におけるリニアエンコーダを具備するモータシステム１を示す概略図である。
【図２】本実施形態におけるＭＲセンサ２７とコイル２９と駆動用磁石２４との相対的な位置関係、及び無線タグリーダ２８と無線タグ３１との相対的な位置関係を示す第１の模式図である。
【図３】本実施形態におけるＭＲセンサ２７とコイル２９と駆動用磁石２４との相対的な位置関係、及び無線タグリーダ２８と無線タグ３１との相対的な位置関係を示す第２の模式図である。
【図４】本実施形態におけるモータ制御装置１０、固定子２１、及び可動子２５の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】本実施形態におけるモータシステム１が始動後に行う復帰処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアエンコーダを説明する。
図１は、本発明に係る実施形態におけるリニアエンコーダを具備するモータシステム１を示す概略図である。モータシステム１は、同図に示すように、モータ制御装置１０と、リニアモータ２０とを具備している。モータ制御装置１０は、上位の制御装置から入力される位置指令値に基づいて、リニアモータ２０を駆動させる制御をする。リニアモータ２０は、長尺の固定子２１と、固定子２１上を移動する可動子２５と、固定子２１及び可動子２５を組み付ける一対の案内装置２２、２２とを備えている。
【００１１】
案内装置２２は、例えば、ボールを介して組み付けられた軌道レール２３及びスライドブロック２６、２６から構成されている。案内装置２２の軌道レール２３は固定子２１が有するベース５４に固定され、案内装置２２のスライドブロック２６は可動子２５に固定されている。これにより、可動子２５は、固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内されるようになっている。
【００１２】
また、固定子２１は、一対の軌道レール２３、２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備えている。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５が移動する方向において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように配列されている。また、各駆動用磁石２４は、配列されている方向において同じ長さを有しており、可動子２５が固定子２１上のいずれに位置していても、一定の推力が得られるようになっている。
【００１３】
可動子２５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つのコイルを有している。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイルには、電力線３１を介してモータ制御装置１０から電力が供給される。各コイルに流れる電流と、各駆動用磁石２４が発生させる磁界との相互作用による力で可動子２５が案内装置２２の案内に沿って移動する。
また、可動子２５には、搬送物を載せるためのテーブル５３と、固定子２１上における可動子２５の位置を検出するためのＭＲセンサ２７及び無線タグリーダ２８とが取り付けられている。ＭＲセンサ２７及び無線タグリーダ２８は、伝送線３２を介して、検出した信号をモータ制御装置１０に出力する。
【００１４】
ＭＲセンサ２７は、駆動用磁石２４が発生させる磁束線の方向に応じて、９０度の位相差を有する２つの正弦波信号（Ａ相信号、Ｂ相信号）をモータ制御装置１０に出力する。ＭＲセンサ２７は、例えば、ＡＭＲ（Anitorpic Magneto Resistance：異方性磁気抵抗素子）センサであり、内部に２つのフルブリッジ型ＡＭＲセンサ回路を含み、それぞれの回路が正弦波信号を１つずつ出力する。
無線タグリーダ２８は、駆動用磁石２４上に取り付けられている無線タグに記憶されている基準位置を示す基準位置情報を読み出し、読み出した基準位置情報をモータ制御装置１０に出力する。
【００１５】
図２及び図３は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７とコイル２９と駆動用磁石２４との相対的な位置関係、及び無線タグリーダ２８と無線タグ４０との相対的な位置関係を示す模式図である。
固定子２１には、上述したように可動子２５に対してＮ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｎと、可動子２５に対してＳ極を向けて配置されている駆動用磁石２４Ｓとが、可動子２５が移動する移動方向に交互に配列されている。駆動用磁石２４（２４Ｎ、２４Ｓ）上には、複数の無線タグ４０が移動方向に配列されている。無線タグ４０は、発電部４１と送信部４２とを有している。
【００１６】
可動子２５には、上述したＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つのコイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗがあり、移動方向の一端にＭＲセンサ２７及び無線タグリーダ２８が取り付けられている。ＭＲセンサ２７は、各駆動用磁石２４の中心を結ぶ直線上であって移動方向に対して平行な直線上を通過する位置に取り付けられている。これにより、駆動用磁石２４が生じさせる磁界の最も強い位置をＭＲセンサ２７に通過させることができる。
また、無線タグリーダ２８は、駆動用磁石２４上に配列されている無線タグ４０と対向する位置に取り付けられている。
【００１７】
無線タグ４０が有する発電部４１は、図３に示すように、リニアモータ２０の可動子２５が移動する際にコイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗが発生させる磁界の磁束変化に応じて発電をし、発電した電力を送信部４２に供給する。送信部４２は、発電部４１から供給される電力を用いて、予め記憶している基準位置情報を無線信号として送信する。送信部４２が送信する基準位置情報は、無線タグ４０ごとに異なり、固定子２１上において無線タグ４０が位置する場所を示す情報である。モータ制御装置１０は、無線タグリーダ２８を介して、無線タグ４０から基準位置情報を取得することにより、可動子２５が固定子２１上のどこに位置するか把握できる。また、図３に示すように、無線タグ４０は、隣接する駆動用磁石２４の間に１つずつ配列されている。
【００１８】
図４は、本実施形態におけるモータ制御装置１０、固定子２１、及び可動子２５の構成を示す概略ブロック図である。モータ制御装置１０は、同図に示すように、制御部１１と、駆動部１２と、電気角算出部１３と、位置算出部１４とを備えている。可動子２５は、上述したように、ＭＲセンサ２７と、無線タグリーダ２８と、３つのコイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗとを備えている。また、固定子２１は、上述したように移動方向に配列された複数の駆動用磁石２４を備えている。駆動用磁石２４上には複数の無線タグ４０が等間隔に配列されている。なお、無線タグ４０を配列する間隔は、モータシステム１において要求される応答時間や、無線タグ４０のコスト等に基づいて定められる。
【００１９】
制御部１１は、外部より入力される位置指令値と、位置算出部１４が算出する位置情報とに基づいて、位置指令値が示す位置に可動子２５を移動させるための電流指令値を算出する。この電流指令値は、コイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗそれぞれに流す電流値を含み、位置情報が示す可動子２５の位置と、位置指令値との偏差を用いた制御、例えばＰＩＤ制御などで算出される。
駆動部１２は、制御部１１が算出した電流指令値に基づいて、コイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗそれぞれに電流を流してリニアモータ２０を駆動する。
【００２０】
電気角算出部１３は、ＭＲセンサ２７が出力する２つの正弦波信号に基づいて、駆動用磁石２４に対するコイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗの電気角を算出する。位置算出部１４は、電気角算出部１３が算出する電気角と、無線タグリーダ２８が無線タグ４０から読み出す位置情報とに基づいて、固定子２１上における可動子２５の位置を算出する。位置算出部１４は、算出した位置を示す位置情報を制御部１１に出力する。
【００２１】
また、本実施形態において、モータ制御装置１０が備える電気角算出部１３及び位置算出部１４、可動子２５に取り付けられているＭＲセンサ２７及び無線タグリーダ２８、固定子２１に備えられている駆動用磁石２４、並びに複数の無線タグ４０が、可動子２５の位置を検出するリニアエンコーダ２を構成することになる。
【００２２】
図５は、本実施形態におけるモータシステム１が始動後に行う復帰処理を示すフローチャートである。復帰処理は、電源投入後において固定子２１上のどこに可動子２５が位置しているかを把握するための処理である。
モータ制御装置１０において、復帰処理が開始されると、可動子２５をいずれかの方向に移動させる電流指令値を制御部１１が駆動部１２に出力して、可動子２５を移動させる（ステップＳ１０１）。このとき制御部１１が出力する電流指令値は、可動子２５に所定の距離を移動させる指令値である。また、所定の距離は、駆動用磁石２４上に配列された無線タグ４０の間隔より長い距離である。
【００２３】
固定子２１上に配列されている無線タグ４０のうち、可動子２５に対向する無線タグ４０がコイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗが発生させる磁界の磁束変化に応じて発電部４１が発電し、発電された電力により送信部４２が基準位置情報を送信する。無線タグリーダ２８は、無線タグ４０から送信された基準位置情報を受信し、受信した基準位置情報をモータ制御装置１０に出力する（ステップＳ１０２）。
【００２４】
電気角算出部１３は、ＭＲセンサ２７が駆動用磁石２４の磁界に応じて出力する２つの正弦波信号に基づいて電気角を算出する（ステップＳ１０３）。位置算出部１４は、無線タグリーダ２８から入力された基準位置情報と、電気角算出部１３が算出した電気角とから、固定子２１上のどこに可動子２５が位置しているかを算出し（ステップＳ１０４）、復帰処理を終了する。
【００２５】
以降、位置算出部１４は、復帰処理において算出した位置を基準として、電気角算出部１３が算出する電気角の変動量から可動子２５の位置を算出する。すなわち、位置算出部１４は、復帰処理以降において、電気角の変動量に基づいて可動子２５の位置を算出するインクリメント型のリニアエンコーダとして動作する。また、制御部１１は、復帰処理において算出された位置に基づいて、リニアモータ２０の駆動を制御する。
【００２６】
本実施形態におけるモータシステム１では、復帰処理において無線タグ４０に記憶されている基準位置情報を用いて、可動子２５の位置を検出するようにしている。これにより、無線タグリーダ２８が無線タグ４０から基準位置情報を読み出す処理は、リニアモータ２０が発生させる磁界の影響をほとんど受けない。そのため、無線タグリーダ２８及び無線タグ４０をリニアモータ２０に取り付ける位置に対する制約を減らすことができ、リニアモータ２０の小型化を容易にすることができる。また、図３に示したように、隣り合う駆動用磁石２４の間ごと、すなわち駆動用磁石２４ごとに無線タグ４０を配列しているので、復帰処理において可動子２５を移動させる距離を高々駆動用磁石２４の幅にすることができ、応答時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本実施形態における無線タグ４０は、コイル２９ｕが発生させる磁界の時速変化に応じて発電する発電部４１を有し、発電部４１が発電する電力により送信部４２を動作させている。これにより、無線タグリーダ２８が無線タグ４０を動作させるための電力を供給する必要がなくなり、無線タグリーダ２８の簡素化を図ることができ、無線タグリーダ２８の小型化やコスト削減を更に容易にすることができる。
【００２８】
また、本実施形態におけるモータシステム１では、可動子２５に取り付けられているＭＲセンサ２７が出力する２つの正弦波信号の変化に基づいて、可動子２５の移動量を位置算出部１４が算出する。そのため、可動子２５の移動量を検出するためのスケールを用意する必要や、スケールを配置する位置を確保する必要がないので、リニアモータ２０の小型化を更に容易にすることができる。
【００２９】
なお、上述の実施形態において、無線タグ４０を１つの駆動用磁石２４ごとに固定子２１に取り付けた構成を示したが、これに限ることなく、２つの駆動用磁石２４ごとに、又はそれ以上の数の駆動用磁石２４ごとに無線タグ４０を取り付けるようにしてもよい。この場合、復帰処理のステップＳ１０１における可動子２５を移動させる距離は、無線タグ４０を配置する間隔に応じて変化させることになる。
【００３０】
また、上述の実施形態において、リニアモータ２０は、コイル２９ｕ、２９ｖ、２９ｗを備える可動子２５（電機子）が、駆動用磁石２４を備える固定子２１（磁石部）上を移動する構成を例にして説明した。しかし、複数のコイルを備える電機子を固定子とし、複数の駆動用磁石を備える磁石部を可動子とする構成であってもよい。この場合、無線タグ４０は可動子である磁石部に取り付けられ、無線タグリーダ２８は固定子である電機子に取り付けられることになる。
【符号の説明】
【００３１】
２…リニアエンコーダ、１４…位置算出部、２０…リニアモータ、２１…固定子（磁石部）、２４，２４Ｎ，２４Ｓ…駆動用磁石（磁石）、２５…可動子（電機子）、２７…ＭＲセンサ（磁気センサ）、２８…無線タグリーダ（無線タグ読出部）、２９，２９ｕ，２９ｖ，２９ｗ…コイル、４０…無線タグ、４１…発電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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