JPH0376108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は位置及び推進速度検出機構を有するリ
ニアモータに関する。

（従来技術とその問題点） 従来、Ｘ−Ｙプロツタ等に使用されているリニ
アモータとしては、リニアパルスモータが多数公
知となつている。これは位置決めが容易であるこ
とによる。

しかし、このリニアパルスモータの場合、速度
及び応答性が悪いほか、機械的精度が著しく要求
され、より微細な精度を望めないという欠点を有
する。更に重量が重く移動子の移動に際して大き
な騒音を発生する等多くの欠点を有する。

かかるリニアパルスモータの有する欠点を解消
するには、直流リニアモータを用いる方が有効で
ある。

このため、先に本件出願人は、先に多数の半導
体直流リニアモータの出願を行なつた。

ここに半導体直流リニアモータを目標の位置に
停止させるためには、位置及び推進速度検出機構
が必要となる。

この位置及び推進速度検出機構として光学式リ
ニアエンコーダを用いた場合、光源及び受光素子
のための電源コードをも移動子と共に移動させな
ければならない。このことは、半導体直流リニア
モータが可動コイル型のものであるときには電機
子への通電のための電源コードをも同時に移動さ
せなければならないため、構成上、非常に複雑に
なる欠点を有する。また移動子と共に電源コード
を移動させなければならないため、移動子の走行
範囲を短かくしなければならないという欠点を有
する。すなわち、光透過形のリニアエンコーダを
リニアモータに用いた場合、長さの長いリニアエ
ンコーダのリニアスケールをリニアモータの移動
子と共に一体して動かすことは得策でない為、リ
ニアスケールは固定側に設け、光波長発生装置
（単に、光源という）と、この光源からの光波長
（以下、照射光という）を受光する光波長受光装
置（以下、受光素子という）を移動子と共に動か
しているのが普通である。

このような場合、従来では、光源と受光素子の
電源コードを移動子が引きずつて走らねばなら
ず、それに伴い種々の不都合が生ずる。

何れにしても、リニアモータの種類を問わず、
精度の良い位置決め、速度制御などの完全クロー
ズドループ制御を行おうとする場合には、リニア
エンコーダが必要である。このリニアエンコーダ
を用いた場合、上記したように電源コードを移動
子と共に走らせねばならないため、構成が複雑に
なるばかりか、電源コードが他のものに絡み付い
たり、断線するなどの種々の不都合を伴う欠点を
持つていた。

（発明の目的） そこで本願発明では、その不都合を無くすため
に、光源を受光素子をも固定側に配設し、移動子
が光源と受光素子と電源コードを引きずつて走ら
ないようにすることを課題になされたものであ
る。

（発明の課題を達成するための手段） かかる本発明の課題は、リニアモータの移動子
に第一傾設反射面を設け、上記第一傾設反射面に
レーザ、赤外線、ランプ等の光波長を投与するた
めの光波長発生装置を固定側に設け、上記リニア
モータの固定側にその長手方向に沿つて微小間隔
に透明部と不透明部とを交互に形成したシヤツタ
板などの主尺を設け、上記第一傾設反射面は、上
記光波長発生装置から発生した光波長を上記主尺
に導くような傾設面に形成し、上記光波長発生装
置から発生した上記第一傾設反射面を介し上記主
尺に到来した上記光波長発生装置から発生した光
波長を固定側に反射するための第二傾設反射面を
上記主尺と対向する上記移動子側に設け、上記第
二傾設反射面に到来し反射された光波長を受光す
る光波長発生装置を固定側に設けた位置及び推進
速度検出機構を備えたリニアモータを提供するこ
とによつて達成できる。その他の本発明の課題を
達成するための手段については、以下の実施例で
明らかにしていく。

（実施例） 本発明は上記事情に基づいてなされたものであ
り、以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明
することとする。

（第一実施例） 第１図乃至第５図を参照して本発明の第一実施
例を説明する。

第１図は本発明の位置及び推進速度検出機構を
有する可動界磁マグネツト型半導体直流リニアモ
ータの傾斜図、第２図は第１図のものを走行方向
から見た場合の縦断面図、第３図は位置及び推進
速度検出機構の原理説明図、第４図は界磁マグネ
ツトの斜視図、第５図は界磁マグネツトと電機子
コイル群からなる展開図を示す。

主に第１図及び第２図を中心に、本発明の第一
実施例を説明する。

可動界磁マグネツト型半導体直流リニアモータ
１は、下記構成からなる。鉄板等の長板状の磁性
体ヨーク（ステータヨーク）２の両側を下方向に
垂直に延長折曲して支持脚２ａを形成する。磁性
体ヨーク２の上面にはプリント基板３を貼着して
いる。第２図に示すようにプリント基板３は磁性
体ヨーク２の両側部を除くように、該プリント基
板３を磁性体ヨーク２の上面に貼着することで、
プリント基板３の側面部でガイドローラ４のため
のガイドレールを形成している。実際には、もつ
と堅固な図示しないリニアガイドレールを付設し
てある。プリント基板３の上面には、その長手方
向に沿つて矩形枠状に巻回形成されて空心型電機
子コイル５を、移動子の走行方向に沿つて互いに
重畳しないように適宜な間隔で適数個を配設して
コアレスステータ電機子を形成している。尚、第
１図においては、図面の都合上、２個の電機子コ
イル５しか描いていないが、実際には多数個をプ
リント基板３上に固設し、上記電機子を形成す
る。また、この第一実施例では、第５図に示すよ
うに、電機子コイル５群は等間隔配置している。
電機子コイル５は、後記する界磁マグネツト６の
一磁極幅の奇数倍の開角幅に巻回形成されたもの
を用いている。尚、この第一実施例においては、
電機子コイル５は、界磁マグネツト６の一磁極幅
の等倍に巻回形成したものを用いている。電機子
コイル５の枠内空胴部内のプリント基板３上に
は、位置検知素子として用いたホール素子、ホー
ルIC等の磁電変換素子７が配設されている。磁
電変換素子７をかかる位置に配設した理由につい
ては後記する。

本発明の可動界磁マグネツト型半導体直流リニ
アモータ１の固定子の本体部は上記構成からな
る。

移動子９は、上記固定子８の電機子コイル５群
からなる電機子と相対的直線運動をなすようにし
ている。移動子９は、走行方向から見て断面コ字
状に形成された磁性体ヨーク１０の側面部に軸１
１によつて回動自在にガイドローラ４を取り付け
てあり、また上記磁性体ヨーク１０の電機子コイ
ル５と対向する内面部には、第４図に示すような
界磁マグネツト６を貼着固設している。界磁マグ
ネツト６は、移動子の移動方向に沿つて隣配置の
磁極が異極となるようにＮ極、Ｓ極の磁極をＰ
（Ｐは２以上の整数で、Ｎ極とＳ極の両方の磁極
を含んだ数）個備えて形成されるもので、この実
施例では、長手方向に沿つて、交互に等しい着磁
幅のＮ極、Ｓ極の磁極を、例えば第４図に示すよ
うに３個配設して形成した３極のものを用いてい
る。磁性体ヨーク２の支持脚２ａの側面には、主
尺１２を支持するための支持体１３が固設されて
いる。このことにより、磁性体ヨーク２と水平に
主尺１２を支持することができる。主尺１１は第
１図に示すように、交互等間隔に微細なピツチで
透明部と不透明部を形成したスリツト板などから
なり、例えば、主尺１２は板状金属板にプレス等
により細かなスリツト孔を形成すればよい。しか
し、主尺１２としては、他に色々な形成方法があ
るため、上記のようなものに限定されるものでな
い。例えば、透明又は透明質のフイルムやガラス
に透明部と微細な等間隔ピツチで不透明部を形成
するように、コーテイング等により不透明部を形
成するとよい。上記磁性体ヨーク１０の側面部に
は、後記するプリズムやインデツクス（副尺）１
４を支持する支持体１５が固設されている。イン
デツクス１４は第１図に示す上記したものとなつ
ており、主尺１２と同様に長手方向にスリツト状
に透明部と不透明部を設けている。またインデツ
クス１４は、主尺１２と対向するように磁性体ヨ
ーク１０の側面部に固設されている。上記主尺１
２及びインデツクス１４を介して二個の三角プリ
ズム１６，１７を上記支持体１５に対向配設して
いる。三角プリズム１６，１７は透明体からな
り、それぞれの傾設面には、コーテイング等によ
り第一、第二の傾設反射面１６ａ，１７ａが形成
されている。上記第一の傾設反射面１６ａは、上
記光波長発生装置を構成する光波長発生素子１９
から発生した波長を上記主尺１２に導くような傾
設面に形成している。また上記第二の傾設反射面
１７ａは、上記光波長発生素子１９から発生し上
記第一の傾設反射面１６ａを介し上記主尺１２に
到来した上記光波長発生素子１９から発生した波
長を固定側に設けた光波長発生素子を形成する光
波長発生素子１８側に反射させるような傾設面に
形成している。上記第一の傾設反射面１６ａと第
二の傾設反射面１７ａとは、対称に上記支持体１
５に固設されている。すなわち、上記第一の傾設
反射面１６ａと第二の傾設反射面１７ａは、互い
に波長の方向が逆向きになるように配設されてい
る。三角プリズム１６，１７は互いに面１６ｃと
１７ｃとが平行になるように固設され、面１６ｂ
は光波長受光素子１８に向けられ、面１７ｂは光
波長発生素子１９に向けられている。すなわち、
上記第一の傾設反射面１６ａと第二の傾設反射面
１７ａは、上記第一の傾設反射面１６ａに到来す
る波長と第二の傾設反射面１７ａが反射する波長
が平行になるように配設されている。赤外線、レ
ーザ、ランプ、超音波等からなる光波長発生素子
１９及びホトトランジスタ等の光波長発生素子１
８は、リニアモータ１の端部固定側に略平行に配
置されパツケージ２０に収容されている。素子１
８及び１９の全面部には、それぞれコンデンサー
レンズ２１，２２が設けられている。

第５図は電機子コイル５群からなるコアレスス
テータ電機子と界磁マグネツト６との展開図であ
る。各電機子コイル５の両端子は、半導体整流装
置２３に接続されており、磁電変換素子７の出力
端子も半導体整流装置２３に接続されている。２
４−１はプラス電源端子、２４−２はマイナス電
源端子を示す。この第５図を参照して、各電機子
コイル５のための磁電変換素子７は電機子コイル
５の推力の発生に寄与する導体部５ａ（又は５ｂ）
上に配置するのが望ましいが、かかる位置に磁電
変換素子７が配置した場合には、当該素子７の厚
み分だけ、界磁マグネツト６と磁性体ヨーク２間
の磁気空〓長を増加するので、その分だけ大きい
推力が得られなくなる欠点を有する。このため、
例えば電機子コイル５−１を例にとると、電機子
コイル５−１の推力の発生に寄与する導体部５ａ
上に配置すべき磁電変換素子７−１は、いま界磁
マグネツト６のＮ極の左端部と対応しているの
で、これと同じ位置であり且つ磁電変換素子７−
１が電機子コイル５の枠内空胴部と対向する位置
を選択すると、電機子コイル５−２の枠内空胴部
位置の点線囲い部２５が該当する。従つて、電機
子コイル５−１のための磁電変換素子７−１は、
電機子コイル５−２の枠内空胴部位置の点囲い部
２５位置に配置すれば、磁電変換素子７−１は電
機子コイル５−２の枠内空胴部位置に収納配置す
ることができる。この結果、磁電変換素子７−１
は電機子コイル５−１の推力の発生に寄与する導
体部５ａ（又は５ｂ）上に配置しないですむこと
になる。他の電機子コイル５のための磁電変換素
子７は、上記したような考慮を行なうことによ
り、他の電機子コイル５のための磁電変換素子７
を、常に電機子コイル５の枠内空胴部に収納配置
できることになる。

（第二実施例） 第６図を参照して、本発明の第二実施例を説明
すると、第一実施例においては主尺１２及びイン
デツクス１４を固定子８又は移動子９と水平に配
設していたものを、この第二実施例においては、
主尺１２を支持体１３により固定子８に垂直に支
持固定すると共に、上記主尺１２と対向するよう
に上記インデツクス１４をも支持体１５により移
動子９と垂直に固設した例を示す。

（第三実施例） 本発明の第三実施例である可動電機子型半導体
直流リニアモータを説明すると、この実施例では
図示しないが、電機子コイル５群からなる電機子
側を移動子とし、界磁マグネツト６側を固定子と
してなる。第一及び第二実施例の場合と全く逆構
成になる。

従つて、第７図にて電機子コイル５からなるコ
アレス電機子と界磁マグネツト６との展開図を示
したものは、第５図の全く逆配置となつている。

（動作） 本発明は上記構成からなるため、磁電変換素子
７が界磁マグネツト６のＮ極又はＳ極の磁極を検
出すると、磁電変換素子７から電機子コイル５に
所定方向の、例えば第５図及び第７図で示す方向
の電流を通電するように半導体流整流装置２３が
作動するので、同図に示すように電機子コイル５
に通電される。このことによつて、フレミングの
左手の法則によつて界磁マグネツト６（第一及び
第二実施例の場合）又は電機子コイル５からなる
電機子（第三実施例の場合）が、例えば矢印Ｆ方
向の推力を得て、移動子が矢印Ｆ方向に移動する
ことになる。また図示しない制御回路からの信号
により、電源極性を変えると、今後は移動子が反
Ｆ矢印方向に移動することができる。

移動子が移動すると、インデツクス１４及び三
角プリント１６，１７も同時に移動する。従つ
て、第３図に示すように、光波長発生素子１９か
らの光波長はコンデンサーレンズ２２によつて平
行光とされて、三角プリズム１７の面１７ｂを経
て傾設反射面１７ａで反射されて面１７ｃから発
生する。しかる後、主尺１２及びインデツクス１
４の光透過部を通過した光波長は三角プリズム１
６の面１６ｃに入射され傾設反射面１６ａで反射
され、面１６ｂにて光波長発生行路と平行な光波
長となつて、コンデンサーレンズ２１を介して光
波長受信素子１８に到来する。光波長発生素子１
８は主尺１２及びインデツクス１４によつて断続
的に到来する光波長受光信号を波長整形し、この
受光信号をカウンタ回路に入力し、該カウンタ回
路からの信号で位置を検出でき、またその周波数
信号をＦ−Ｖ変換器によつて推進速度電圧信号に
変換し、これを半導体整流装置２３に入力するこ
とで移動子の推進速度を正しく制御している。

（効果） 本発明の位置及び推進速度検出機構を有するリ
ニアモータによれば、移動子と共に光波長発生素
子及び光波長受光素子を移動させなくても良いた
め、そのための電源コード等を不要とすることが
できるので、長い距離に渡つて移動子が移動する
場合に極めて有効である。

このことは、同じく電源コード等を必要としな
い可動界磁マグネツト型半導体直流リニアモータ
において、特に有効であるが、可動電機子コイル
型半導体直流リニアモータにおいても電機子への
通電用の電源コードのみ具有すれば良いというメ
リツトがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す斜視図、第
２図は第１図のものの縦断面図、第３図は光波長
発生素子からなる光波長受光素子へ波長がどのよ
うに到来するかを示す説明図、第４図は界磁マグ
ネツトの斜視図、第５図は電機子コイル群からな
るコアレスステータ電機子と界磁マグネツトの展
開図、第６図は第２図に対応する本発明の第二実
施例としての縦断面図、第７図は第５図に対応す
る本発明の第三実施例としての電機子コイル群か
らなるコアレス電機子と界磁マグネツトとの展開
図である。 １……可動界磁マグネツト型半導体直流リニア
モータ、２……磁性体ヨーク、２ａ……支持脚、
３……プリント基板、４……ガイドローラ、５…
…電機子コイル、６……界磁マグネツト、７……
磁電変換素子（位置検知素子）、８……固定子、
９……移動子、１０……磁性体ヨーク、１１……
軸、１２……主尺、１３……支持体、１４……イ
ンデツクス（副尺）、１５……支持体、１６，１
７……三角プリズム、１６ａ，１７ａ……傾設反
射面、１８……光波長受光素子、１９……光波長
発生素子、２０……パツケージ、２１，２２……
コンデンサーレンズ、２３……半導体整流装置、
２４−１……プラス電源端子、２４−２……マイ
ナス電源端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記構成要素乃至を備えていることを特
   徴とする位置及び推進速度検出機構を有するリニ
   アモータ。 リニアモータの移動子に第一傾設反射面を設
   けていること。 上記第一傾設反射面にレーザ、赤外線、ラン
   プ等の光波長発生装置を設けていること。 上記リニアモータの固定側にその長手方向に
   沿つて微少間隔に透明部と不透明部とを交互に
   形成したシヤツタ板等の主尺を設けているこ
   と。 上記第一傾設反射面は、上記光波長発生装置
   から発生した波長を上記主尺に導くような傾設
   面に形成していること。 上記光波長発生装置から発生し上記第一傾設
   反射面を介し上記主尺に到来した上記光波長発
   生装置から発生した波長を固定側に反射するた
   めの第二傾設反射面を上記主尺と対向する移動
   子側に設けていること。 上記第二傾設反射面に到来し反射された波長
   を受光する光波長受光装置を固定側に設けてい
   ること。 ２ 上記第一及び第二の傾設反射面は、三角プリ
   ズムの傾設面に形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の位置及び推進速度検出機構
   を有するリニアモータ。 ３ 上記第一の傾設反射面と第二の傾設反射面
   は、互いに波長の方向が逆向きになるように配設
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の位置及び推進速度検出機構を
   有するリニアモータ。 ４ 上記第一の傾設反射面と第二の傾設反射面
   は、上記第一の傾設反射面に到来する波長の方向
   と第二の傾設反射面が反射する波長の方向が平行
   になるように配設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第３項いずれかに記載の
   位置及び推進速度検出機構を有するリニアモー
   タ。 ５ 上記移動子側は、上記主尺と対向する位置に
   微少間隔で透明部と不透明部を交互に形成した副
   尺を設けていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の位置及び推進速度検出機構を有する
   リニアモータ。 ６ 上記リニアモータは、移動子の移動方向に沿
   つて隣配置の磁極が異極となるようにＮ極、Ｓ極
   の磁極をＰ（Ｐは２以上の整数で、Ｎ極とＳ極の
   両方の磁極を含んだ数）個備えてなる界磁マグネ
   ツトと、該界磁マグネツトと対向する位置に電機
   子を配設して何れか一方を相対的移動する移動子
   とし、他方を固定子とした半導体直流リニアモー
   タであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第５項いずれかに記載の位置及び推進速度検
   出機構を有するリニアモータ。