JPH0654515A - リニア磁気エンコ−ダ内蔵リニア直流モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷が大きく大推力の要求されるものであっ
ても、上下左右あらゆる方向の荷重、モ−メント荷重に
も適し、ストロ−ク長さが長いものであっても適し、尚
且つ直動案内ユニット内にリニア磁気エンコ−ダを内蔵
しても厚みの薄い高精度のリニア磁気エンコ−ダ内蔵リ
ニア直流モ−タを形成できるようにする。動回路等の電
気回路を発生熱から合理的に保護する。 【構成】 スライダ案内部に転動体の無限循環通路を形
成し、転動体を転動自在に収納し、直動案内レ−ルの凹
部と平行にリニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルを取り付
け、対向して磁気センサを取り付けていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷が大きく大推力の
要求されるものであっても、上下左右あらゆる方向の荷
重、モ−メント荷重にも適し、ストロ−ク長さが長いも
のであっても適し、尚且つ直動案内ユニット内にリニア
磁気エンコ−ダを内蔵しても厚みの薄い高精度のリニア
磁気エンコ−ダ内蔵リニア直流モ−タリニアに関する。

【０００２】

【従来技術】リニア直流モ−タ、特に多極・多コイル形
の多相のリニア直流モ−タは、隣り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）
個備えて界磁マグネットを形成し、該界磁マグネットと
対向する位置にスライダの移動方向に沿ってｎ（ｎは２
以上の整数）個の電機子コイルを配設して電機子を形成
し、上記界磁マグネット若しくは電機子の何れか一方を
相対的移動するスライダに取り付け、他方を固定子とし
た構造となっている。

【０００３】例えば多極多相型のリニア直流ブラシレス
モ−タでは、磁極判別素子によって界磁マグネットの磁
極の判別を行って、電機子コイルへ適宜方向の通電切換
を行ないスライダを直線的走行させている。このような
直線的走行をなすリニア直流ブラシレスモ−タでは、そ
の速度制御及び位置決め制御を精度良く行うために、リ
ニアエンコ−ダを用いてクロ−ズドル−プ制御すること
が望ましい。

【０００４】ここに、リニア直流ブラシレスモ−タ内に
リニアエンコ−ダの構成要素を合理的に組み込んでリニ
アエンコ−ダ内蔵の小型高精度のリニア直流モ−タを形
成する場合、リニアエンコ−ダとしては構造が簡単で、
小型且つ安価に構成できるリニア磁気エンコ−ダを用い
るのが得策であるが、後記する種々の条件を満足して尚
且つ直動案内ユニットを持つリニア直流モ−タ内にリニ
ア磁気エンコ−ダをコンパクトに内蔵することを可能に
したリニア直流モ−タは存在していない。

【０００５】尚、リニア磁気エンコ−ダを用いた従来の
リニア直流ブラシレスモ−タでは、予めリニア磁気エン
コ−ダ用スケ−ル素材にスライダの長手方向に沿って交
互等間隔にＮ極，Ｓ極の磁極を微細着磁してリニア磁気
エンコ−ダ用スケ−ルを形成し、このリニア磁気エンコ
−ダ用スケ−ルを機器やリニア直流ブラシレスモ−タの
適宜な固定部に取り付け、スライダと共に移動する磁気
センサで上記リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルの微細な
Ｎ極，Ｓ極の磁極を検出するようにしている。

【０００６】

【従来技術の問題点】直動案内ユニットを用いたリニア
直流モ−タとしては、実開昭５７−１１８６７７号公報
に示すように、クロスロ−ラを用いたものがある。この
クロスロ−ラ組込みタイプの直動案内ユニットを用いた
リニアモ−タによると、ストロ−ク長さが長いものを必
要とするリニア直流リニアモ−タを形成できないばかり
か、直動案内ユニットも厚みのある大型のものになり、
リニア磁気エンコ−ダをコンパクトに内蔵したストロ−
ク長さの長い薄型形状のリニア直流モ−タを形成できな
い欠点がある。

【０００７】また、特公昭６３−２７９４６号公報に示
すようなレ−ルの上に溝を有するトラックロ−ラ軸受を
転がしてスライダを走行するようにした直動案内ユニッ
トを用いる方法もあるが、これは走行精度の優れたリニ
ア直流モ−タを得ることができないばかりか、上方向の
荷重を支持できない。また負荷容量が大きく且つ大推力
を必要とする長寿命のリニア直流モ−タを構成できない
などの種々の欠点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、負荷
容量が大きく大推力の要求されるものであっても、上下
左右あらゆる方向の荷重、モ−メント荷重にも適し、ス
トロ−ク長さが長いものであっても適し、尚且つ直動案
内ユニット内にリニア磁気エンコ−ダを内蔵しても厚み
の薄い高精度のリニア磁気エンコ−ダ内蔵リニア直流モ
−タを形成できるようにすることにある。

【０００９】

【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、スライダの移動方向に沿って電機子または界磁マ
グネットを収納するためにスライダの移動方向と直交す
る断面が略凹部となっている直動案内レ−ルの両外側面
壁に当該直動案内レ−ルの長手方向に沿って延びて形成
された軌道溝を形成し、上記直動案内レ−ルの凹部内に
スライダの移動方向に沿って隣り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）個
備えて形成した界磁マグネットまたはスライダの移動方
向に沿ってｎ（ｎは２以上の整数）個の電機子コイルか
らなる電機子を収納配設し、上記直動案内レ−ルの軌道
溝と対向した長手方向に延びる軌道溝を内面に有するス
ライダの上記直動案内レ−ルの凹部内に設けた界磁マグ
ネットまたは電機子と対向する面に電機子または界磁マ
グネットを設けて上記直動案内レ−ルとズライダとを相
対的移動するように配置し、上記直動案内レ−ルの外側
面壁に形成した軌道溝と対向した長手方向に延びる軌道
溝を内面に有するスライダ内に上記負荷路を形成する軌
道溝と連通する転動体リタ−ン路を形成して転動体の無
限循環通路を形成し、該転動体の無限循環通路内に転動
体を転動自在に収納し、上記直動案内レ−ルの凹部と平
行にリニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルを取り付け、該リ
ニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルと対向するスライダ位置
に当該リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルのＮ極，Ｓ極の
磁極を検出するための磁気センサを取り付けたリニア磁
気エンコ−ダ内蔵リニア直流モ−タを提供することによ
って達成できる。

【００１０】

【発明の実施例】図１は、リニア磁気エンコ−ダを組み
込んだ多極多相型の可動マグネット型リニア直流ブラシ
レスモ−タ１の一部切り欠き省略した上面斜視図、図２
は、同多極多相型の可動マグネット型リニア直流ブラシ
レスモ−タ１をＸ−Ｙ線で示すスライダの走行方向から
見た縦断面図で、図１及び図２を参照して、当該可動マ
グネット型リニア直流ブラシレスモ−タ１について説明
していく。

【００１１】可動マグネット型リニア直流ブラシレスモ
−タ１は、主に移動子を構成するスライダ２と、固定子
を構成する直動案内レ−ル３からなる。

【００１２】直動案内レ−ル３は、スライダ２の移動方
向に沿って電機子４を収納するためにスライダ２の移動
方向と直交する断面が略凹部となっている電機子収納用
凹部５を形成している。

【００１３】電機子収納凹部５上面には、絶縁シ−ト２
２を設けて後記する電機子コイル８と直動案内レ−ル３
との電気的絶縁処理を行っている。この場合、直動案内
レ−ル３が磁性体でできたものでない場合には、磁性体
板を介した後に、上記絶縁シ−ト２２を設けるとよい。

【００１４】直動案内レ−ル３の両レ−ル側面６に当該
直動案内レ−ル３の長手方向に沿って延びて負荷用の軌
道溝７を形成している。

【００１５】上記直動案内レ−ル３の電機子収納用凹部
５の上面部には、スライダ２の移動方向に沿って複数個
の空心型の電機子コイル８群を重畳しないように隣接配
設してコアレス構造のコアレスステ−タ電機子４を収納
配設している。

【００１６】電機子コイル８について説明すると、この
電機子コイル８は、矩形枠状の空心型のものとなるよう
に導線を用いて多数タ−ン巻回して形成されたものであ
るが、プリント、めっき手段あるいはエッチング手段を
用いたシ−トコイル等にて形成したものでも良い。また
この実施例では、多数の電機子コイル８が他の電機子コ
イル８と互いに重ならないように隣接して配設されてい
るが、電機子コイル８は、必ずしも互いに密に隣接して
配設する必要があるというものではない。

【００１７】かかる空心型の電機子コイル８群による
と、効率及び性能の良好なリニア往復１８０度通電方式
を採用することができるように、スライダ２の走行方向
と直交する方向に延びた推力の発生に寄与する２つの有
効導体部８ａと８ａとの開角が、後記する界磁マグネッ
ト９のスライダ２の走行方向における一磁極幅をＴとす
る時、該一磁極幅Ｔの開角となるように巻線形成されて
いる。

【００１８】尚、電機子コイル８において、スライダ２
の移動方向と平行な２つの導体部８ｂは、あまり推力の
発生に寄与しない導体部となっている。また電機子コイ
ル８は、上記推力の発生に寄与しない２つの導体部８ｂ
と導体部８ｂの外側までの長さが、界磁マグネット９の
その方向の幅と同じとなる長さのものに形成している。

【００１９】上記コアレスステ−タ電機子４を形成する
それぞれの電機子コイル８群の上面には、ほぼ電機子コ
イル８と同程度の長手方向の幅であり且つ、塵等の侵入
を防ぐように電機子４を保護するために横幅が若干広い
面積の長板状のプリント配線基板１０を螺子２３によっ
て配設固定している。尚、符号２０は、カラ−を示す。
該プリント配線基板１０には、図示しないプリント配線
用導電パタ−ンが形成され、このパタ−ンを介して電機
子コイル８群及び界磁マグネット９の磁極状態に応じて
電機子コイル８群の通電の切り換えを行うための位置検
知用としてのホ−ル素子等の磁極判別素子２１に電源を
供給すると共に、出力信号を得るようにしている。

【００２０】上記磁極判別素子２１としては、ホ−ルＩ
Ｃ、ホ−ル素子、磁気抵抗素子等の適宜な磁電変換素子
を用いれば良い。磁極判別素子２１群は、それぞれ電機
子コイル８の発生推力に寄与する導体部８ａと該導体部
８ａと直交して形成された推力の発生に寄与しない導体
部８ｂとが交叉する導体部延長線上の界磁マグネット９
と対向する上記プリント配線基板１０の下面位置に配設
し、上記界磁マグネット９のＮ極，Ｓ極の磁極を検出す
ることができるようにしている。磁極判別素子２１から
の、上記界磁マグネット９のＮ極，Ｓ極の磁極に応じた
出力信号に基づいて図示しない通電制御回路内のドライ
バ−が作動して所定方向の推力が発生するように上記電
機子コイル８群に適宜方向の通電を行うようになってい
る。

【００２１】上記直動案内レ−ル３には、その電機子収
納用凹部５と平行にリニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル１
２を収納するためのリニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル収
納溝１３を形成し、該リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル
収納溝１３にリニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル１２を接
着剤などを用いて取り付け形成している。

【００２２】スライダ２は、適宜な材質のもので出来て
おり、下面には、当該スライダ２の走行方向から見た形
状が逆凹部状に形成された界磁マグネット９の磁路閉成
用の磁性体でできたマグネットヨ−ク１１を固定してお
り、その両側には、螺子１９等によってＬ字形のスライ
ドユニット２４を取り付けている。

【００２３】スライドユニット２４の両側内面には、上
記直動案内レ−ル３に形成した負荷用の軌道溝７と対向
し、且つスライダ２の移動方向に沿った長手方向に延び
る負荷用の軌道溝１５を形成しており、上記軌道溝７と
１５間に転動体（ガイドボ−ル）１６群を介在し、軌道
溝７、１５及び転動体１６群によって軌道溝７の長手方
向に沿ってスライダ２がスム−ズに移動できるように構
成されている。

【００２４】上記スライドユニット２４は、軌道溝１５
の外側位置の内部に上記軌道溝７と１５とに連通し、上
記転動体１６のエンドギャップによる方向転換と往復転
動を許すリタ−ン路２５を形成して、転動自在に転動体
１６を内蔵した無限循環通路を形成している。

【００２５】マグネットヨ−ク１１は、上記直動案内レ
−ル３の電機子収納用凹部５面との間の空隙長（磁気空
隙長）が平行になるように構成された上記電機子４と対
向する平面状下部内面１７を持ち、この下部内面１７面
の上記電機子４と対向する面に界磁マグネット９を設け
て相対的移動するように構成している。

【００２６】マグネットヨ−ク１１の下部内面１７面に
は、上記スライダ２の移動方向に沿って隣り配置の磁極
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）個備えて、この実施例では図面の都合で３極に
構成した界磁マグネット９を接着剤などの適宜な手段を
用いて固設している。

【００２７】スライドユニット２４の上部内面２６面の
上記リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル１２と対向する部
分には、当該リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル１２の微
細なピッチで交互に形成したＮ極，Ｓ極の磁極を検出す
るための磁気センサ１８を平行磁気空隙を介して取り付
け、上記リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル１２のＮ極，
Ｓ極の磁極微細多極着磁極を検出できるようにしてい
る。これにより磁気センサ１８がリニア磁気エンコ−ダ
用スケ−ル１２のＮ極，Ｓ極の磁極微細多極着磁極数を
カウントすることでスライダ２の移動量、移動速度、移
動位置などが判明し、これによってスライダ２の速度、
位置のサ−ボが行える。

【００２８】

【発明の作用】磁極判別素子２１の信号に応じて電機子
コイル８群に適宜方向の通電が成され、推力が発生する
と、あらゆる方向の負荷によるも転動体１６は無限循環
通路内を転動するので、滑らかにスライダ２が所定方向
に動く。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上下左右あらゆる方向の荷
重、モ−メント荷重によるもスライダを滑らかに駆動で
きる無限循環通路を構成した直動案内ユニットとして、
負荷が大きく大推力の要求されるものであっても、また
ストロ−ク長さの長いものであっても、更に又直動案内
ユニット内にリニア磁気エンコ−ダを内蔵しても厚みの
薄い高精度の且つ長寿命のリニア磁気エンコ−ダ内蔵リ
ニア直流モ−タを形成できる。尚、上記実施例では、可
動マグネット型リニアブラシレスモ−タについて説明し
たが、界磁マグネットを固定側にし、電機子を可動子と
した可動電機子型リニアブラシレスモ−タについても適
用があり、またブラシレス形式でなく、ブラシと整流子
を用いた形式の直流リニアモ−タに対しても適用がある
ことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 リニア磁気エンコ−ダを組み込んだ多極多相
型の可動マグネット型リニア直流ブラシレスモ−タ１の
一部切り欠き省略した上面斜視図である。

【図２】 同多極多相型の可動マグネット型リニア直流
ブラシレスモ−タをＸ−Ｙ縦断面線で示すスライダの走
行方向から見た縦断面図である。

【符号の説明】

１ 可動マグネット型リニア直流ブラシレスモ−タ ２ スライダ ３ 直動案内レ−ル ４ 電機子 ５ 電機子収納用凹部 ６ レ−ル側面 ７ （負荷用の）軌道溝 ８ 電機子コイル ８ａ 推力の発生に寄与する導体部 ８ｂ 推力の発生に寄与しない導体部 ９ 界磁マグネット １０ プリント配線基板 １１ マグネットヨ−ク １２ リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル １３ リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ル収納溝 １５ （負荷用の）軌道溝 １６ 転動体 １７ 上部内面 １８ 磁気センサ １９ 螺子 ２０ カラ− ２１ 磁極判別素子 ２２ 絶縁シ−ル ２３ 螺子 ２４ スライドユニット ２５ リタ−ン路 ２６ 上部内面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記構成要素乃至からなるリニア磁
   気エンコ−ダ内蔵リニア直流モ−タ。 スライダの移動方向に沿って電機子または界磁マグ
   ネットを収納するためにスライダの移動方向と直交する
   断面が略凹部となっている直動案内レ−ルの両外側面壁
   に当該直動案内レ−ルの長手方向に沿って延びて形成さ
   れた軌道溝を形成していること。 上記直動案内レ−ルの凹部内にスライダの移動方向
   に沿って隣り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）個備えて形成した界磁
   マグネットまたはスライダの移動方向に沿ってｎ（ｎは
   ２以上の整数）個の電機子コイルからなる電機子を収納
   配設していること。 上記直動案内レ−ルの軌道溝と対向した長手方向に
   延びる軌道溝を内面に有するスライダの上記直動案内レ
   −ルの凹部内に設けた界磁マグネットまたは電機子と対
   向する面に電機子または界磁マグネットを設けて上記直
   動案内レ−ルとズライダとを相対的移動するように配置
   していること。 上記直動案内レ−ルの外側面壁に形成した軌道溝と
   対向した長手方向に延びる軌道溝を内面に有するスライ
   ダ内に上記負荷路を形成する軌道溝と連通する転動体リ
   タ−ン路を形成して転動体の無限循環通路を形成してい
   ること。 該転動体の無限循環通路内に転動体を転動自在に収
   納していること。 上記直動案内レ−ルの凹部と平行にリニア磁気エン
   コ−ダ用スケ−ルを取り付けていること。 上記リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルと対向するス
   ライダ位置に当該リニア磁気エンコ−ダ用スケ−ルのＮ
   極，Ｓ極の磁極を検出するための磁気センサを取り付け
   ていること。