JPH0797898B2 - リニア磁気エンコ−ダを有するボイスコイル型リニア直流モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は磁気ディスクのヘッド送り等に適し、しかもリ
ニア磁気エンコーダを合理的に内蔵したリニア磁気エン
コーダを有するボイスコイル型リニア直流モータに関す
る。

（発明の技術分野） ボイスコイル型リニア直流モータは、比較的構造が簡単
で、磁束均一形，磁束準均一形，磁束不均一形等種々の
磁束形態のものを容易且つ比較的安価に形成できること
から、磁気ディスクのヘッドに送り，光ディスクの光ピ
ックアップ機構，レコードプレーヤのトーンアーム駆動
装置等，種々の装置に多用されている。

ここに、このボイスコイル型リニア直流モータにおいて
は、更にその可動子の動いた動きの情報，例えば可動子
の動いた長さの情報，可動子の動いている速さの情報，
可動子の位置の情報等を知る必要が生じてきた。

更にまた、ボイスコイル型リニア直流モータを種々の動
きをさせる必要が生じてきた。

このような種々の動きをさせるには、ボイスコイル型リ
ニア直流モータとエンコーダを直結させることで可能と
なる。

しかし、従来のエンコーダ，特にロータリーエンコーダ
を直結させた場合には、当該ボイスコイル型リニア直流
モータが非常に大型化し、またコストの高いものにな
り、適用する装置によっては制限される場合が多々あ
る。

そこで先に本発明者の一人は特願昭59−11482号（特開
昭60−156256号）にて、リニア磁気エンコーダを有する
ボイスコイル型リニア直流モータを開示した。

しかるに、この先に開示したボイスコイル型リニア直流
モータを、より大きい推力を得るためにロッド（円筒）
形の磁束均一形のものに設計した場合には、円筒状の当
該リニア直流モータの駆動用のための界磁マグネットの
一部（全部とした場合には、大きな権力が得られなくな
るので、界磁マグネットの一部とすることが望ましい）
に二重着磁手段等によってリニア磁気エンコーダ磁極を
形成しなければならない。

このように駆動用磁極部を形成するための界磁マグネッ
トの一部にリニア磁気エンコーダ磁極を形成した場合に
は、当該リニア磁気エンコーダ磁極のために界磁マグネ
ットの磁束が減少されるため、より大きな推力を得るこ
とのできるリニア磁気エンコーダを有するボイスコイル
型リニア直流モータを得ることができなくなる。

それのみか、界磁マグネットが円筒形である場合、この
内周部に長手方向に沿ってN,Sの磁極を交互に微細ピッ
チで多極着磁してリニア磁気エンコーダ磁極部を形成す
ることは非常にやっかいで量産に適さず高価なリニア磁
気エンコーダを有するボイスコイル型リニア直流モータ
となって不都合である。

またロッド形でない場合でも、界磁マグネットにリニア
磁気エンコーダ磁極部を形成すると上記したように界磁
マグネットの磁束が劣化する以外に、当該リニア磁気エ
ンコーダ磁極部が強く着磁されないため、リニア磁気エ
ンコーダ磁極部を磁気センサで検出する場合、強い磁気
エンコーダ信号が得られず、より高精度のリニア磁気エ
ンコーダが得られないという欠点がある。

（発明の課題） 本発明は、上記事情に基いてなされたもので、（１）ボ
イスコイル型リニア直流モータが円筒形（ロッド形）を
始めとするいずれの形式のボイスコイル型リニア直流モ
ータであっても、その内部にリニア磁気エンコーダを容
易且つ安価に内蔵して尚且つ当該リニア磁気エンコーダ
を内蔵するボイスコイル型リニア磁気エンコーダを小型
に形成できるようにすること、（２）上記リニア磁気エ
ンコーダ磁極を有するリニア磁気スケールを容易に形成
できるようにすること、（３）上記リニア磁気エンコー
ダのための磁気エンコーダ磁極を強く着磁できるように
して、性能のよいリニア磁気エンコーダを形成できるよ
うにすること、（４）Ａ相,B相の信号のとれるリニア磁
気エンコーダを当該ボイスコイル型リニア直流モータに
内蔵することで、推進速度速度検出機構を合理的に内蔵
し、小型且つ安価にリニア磁気エンコーダを内蔵したボ
イスコイル型リニア直流モータを得ること、（５）しか
もそのリニア磁気エンコーダを利用して適した位置で、
正逆転走行制御，可変速制御，ステップ駆動化制御及び
所定位置停止制御等種々の制御が行えるようにするこ
と、等を目的になされたものである。その他の目的は以
下の説明で明らかとなるであろう。

（発明の課題達成手段） かかる本発明の課題は、磁界内においてセンターヨーク
に駆動コイルを移動自在に支持したボイスコイル型リニ
ア直流モータにおいて、上記センターヨークに長手方向
に沿って被着磁体を設け、該被着磁体に上記駆動コイル
の移動方向に沿って微小なピッチでN,Sの磁極を交互に
多極に有するリニア磁気エンコーダ磁極を着磁形成する
ことで上記センターヨークにリニア磁気スケールを形成
し、該リニア磁気スケールのN,Sの磁極を検出するため
の磁気センサを上記駆動コイルを有する可動子に配設す
ることで当該ボイスコイル型リニア直流モータ内にリニ
ア磁気エンコーダを形成することによって達成される。

（発明の実施例） （第１実施例） 第１図乃至第４図を参照して、本発明の界磁マグネット
両面タイプの磁束不均一形のボイスコイル型リニア直流
モータ１について説明する。

このリニア直流モータ１は、可動コイル型となってお
り、鉄板等の磁性体で形成された断面ロ字状のステータ
ヨーク２の両端を同じく鉄板等の磁性体でできたサイド
ヨーク３で閉じることで磁路を閉じる磁気回路構成とな
っている。ヨーク２の両側面２−1,2−２の内面には、
互いにＮの磁極面を向けた長板状の界磁マグネット４−
1,4−２を貼着等の手段にて固設することで、この界磁
マグネット４−1,4−２を固定子としている。

該界磁マグネット４−１と４−２の間には、平行に第３
図に示すような磁性体からなるセンターヨーク５が、そ
の両端部をサイドヨーク３に固定することで、駆動コイ
ル10のためのガイドレールを形成している。

センターヨーク５は、界磁マグネット４−２と対向する
側面に、その長手方向に沿って、第４図に示すシート状
のリニア磁気スケール６を収納固定するためのリニア磁
気スケール挿入溝７を形成している。

該リニア磁気スケール挿入溝７には、第１図及び第２図
に示すようにリニア磁気スケール６を挿入，貼着等の手
段で固定している。

このリニア磁気スケール６と後記する磁気センサ12と
で、リニア磁気エンコーダを形成している。

上記リニア磁気スケール６は、被着磁体としてシート状
のプラスチックマグネット８を選択している。このプラ
スチックマグネット８には、第４図に示すように、その
厚手方向に垂直着磁手段でN,Sの磁極を交互に長手方向
に沿ってミクロン単位で多極着磁してリニア磁気エンコ
ーダ磁極９を形成している。

上記センターヨーク５には、断面矩形枠状となるように
トロイダル巻きした駆動コイル10を挿入し、この駆動コ
イル10をセンターヨーク５の長手方向に沿って移動自在
に支持している。

駆動コイル10は、矩形枠状のフッソ系樹脂（例えば、４
フッ化エチレン，商品名ではテフロンがある）によって
形成された矩形枠状のボビン11に巻かれている。

ボビン11に巻かれた駆動コイル10は、磁気センサ12を備
えている。

駆動コイル10に磁気センサ12を設けるに当たっては、リ
ニア磁気スケール６のリニア磁気エンコーダ磁極９を当
該磁気センサ12が検出できるようにする必要がある。

そこで、この実施例では、ボビン11の界磁マグネット４
−２と対向する面に、図示しないプリント配電パターン
をエッチング手段等により形成した磁性体基板，例えば
鉄基板13を配設し、該鉄基板13のセンターヨーク５のリ
ニア磁気スケール６と対向する面に磁気センサ12を配設
している。

この場合、通常は磁気センサ12の厚み分だけ、鉄基板13
をボビン11から離して配設することになるが、このよう
にすると磁気センサ12の厚み分だけ増加するので、これ
を避けるため、ボビン11には磁気センサ12を収納するた
めの透孔14を形成し、この透孔14に上記磁気センサ12を
臨ませ、この磁気センサ12によってリニア磁気スケール
６のリニア磁気エンコーダ磁極９を検出するようにして
いる。

上記鉄基板13を用いた理由は、磁気センサ12が界磁マグ
ネット４−２の強い磁束の影響を受けることによって、
正確なリニア磁気エンコーダ磁極９を検出できなくなる
ことを防ぐためで、該鉄基板13を用いることによって磁
気センサ12を磁気シールドするためである。

従って、磁気センサ12を磁気シールドするに当たって、
他の方法を用いるのならば、鉄基板13を用いず、非磁性
体からなるプリント基板を用いてもよいことは言うまで
もない。

上記鉄基板13は、鉄材の面に絶縁層を形成し、更に絶縁
層の面に上記プリント配電パターンを形成したものとな
っている。このプリント配電パターンの適宜箇所に駆動
コイル10の両端子を半田付け等の手段で電気的結線を行
っている。

また磁気センサ12の出力端子も、鉄基板13のプリント配
電パターンに半田付け等の手段で電気的結線を行ってい
る。

鉄基板13のプリント配電パターンには、駆動コイル10を
通電制御するための図示しないリード線，磁気センサ12
からの磁気エンコーダ信号を導くための図示しないリー
ド線が半田付け等によって接続されている。

また上記磁気センサ12としては、このリニア磁気エンコ
ーダからＡ相,B相の２相のエンコーダ信号を得るために
磁気抵抗素子（MR素子）を用いている。

この磁気抵抗素子は、磁界を加えると素子の電気抵抗が
変化する効果を利用したもので、低パルスのものでIn−
Sbの半導体磁気抵抗素子を用いたものも一部にあるが、
この実施例に磁気センサ12は、Ni−Fe系やNi−Co系を主
原料として形成した低磁界での感度が高い強磁性体磁気
抵抗素子を用いている。

この磁気抵抗素子は、パターンの形成方法によって、１
個の素子でありながらＡ相,B相のエンコーダ信号を容易
に得ることができるのみならず、パターンの形成方法に
よって、更にＺ相の信号までも得られるので誠に都合よ
いものとなっている。

尚、磁気センサとしては、磁電変換素子としてブラシレ
スモータの位置検知素子として多用されているホール素
子，ホールICあるいは磁気ヘッドを用いてもよい。

しかし、リニア磁気エンコーダを構成するためには、Ａ
相,B相の信号を得るために２個の素子を電気角で90度ず
らして配設しなければならず、組立、調整時間が増加す
る欠点がある。

しかもＺ相まで必要とした場合、合計３個の磁気センサ
が必要となるので、上記欠点は更に増加する。

更にまた、上記リニア磁気エンコーダ磁極９が、より精
度のよいリニア直流モータ１及びリニア磁気エンコーダ
を得るために、N,Sの磁極ピッチを微細幅に着磁形成し
た場合（例えば50μピッチ）には、複数の磁気センサを
人間の間隔を持って位置合せしつつ、配設することは、
非常にやっかいで、困難且つ量産に適さないものとな
る。

また磁気ヘッドは大型且つ高価なので、この使用はでき
れば避けたいところである。

従って、この実施例では、磁気センサ12として、Ａ相,B
相の信号を１個の素子でありながら得ることのできる磁
気抵抗素子を用いた場合とする。

本発明の第１実施例のボイスコイル型リニア直流モータ
１は、上記構成からなる。

従って、図示しない通電制御回路によって駆動コイル10
に正逆方向の電流を流すことにより、駆動コイル10は正
逆方向に往復運動する。

駆動コイル10が走行すると、これと共に動くボビン11に
固着された鉄基板13に配設された磁気センサ12がリニア
磁気スケール６のリニア磁気エンコーダ磁極９を検出し
ながら動くので、上記磁気センサ12によって当該リニア
直流モータ１の可動子の位置，推進速度あるいは移動方
向等可動子の動きの情報を知ることができる。

すなわち、磁気センサ12からの信号を取り出し、これを
フィードバックしてコントロールすることにより、当該
リニア直流モータ１をリニアステップモータのようなス
テップ駆動等種々の動きや制御を行わせることができ
る。

（第２実施例） 第５図は本発明第２実施例を示すための他のセンターヨ
ーク５′を示すもので、このセンターヨーク５′の一方
の面（例えば、界磁マグネット４−２と対向する面の上
部にのみ、リニア磁気スケール挿入用凹部７′を設けて
いる。

（第３実施例） 第６図は本発明第３実施例を示すためのリニア磁気スケ
ール６′の説明図で、このリニア磁気スケール６′はプ
ラスチックマグネット８に原点信号着磁トラック15とリ
ニア磁気エンコーダ磁極トラック16とを設け、原点信号
着磁トラック15の端部にＮ極の原点信号着磁部17を形成
している。

この場合、原点信号着磁部17は、Ｓ極に着磁形成しても
良い。

原点信号着磁トラック15の原点信号着磁部17を除く他の
部分は、無着磁部としている。

また原点信号着磁部17は、原点信号着磁トラック15の他
端に形成してもよい。

上記リニア磁気エンコーダ磁極着磁トラック16には、上
記第１実施例と同様にN,Sの磁極を長手方向に沿って垂
直着磁（尚、水平着磁での良いが、垂直着磁のようが望
ましい）多極着磁してリニア磁気エンコーダ磁極９′を
着磁形成している。

18,19,20は、磁気センサとして用いたホール素子で、ホ
ール素子18は原点信号着磁部17を検出するためのもの
で、ホール素子19はＡ相リニア磁気エンコーダ信号を得
るためのもので、ホール素子20はＢ相リニア磁気エンコ
ーダ信号を得るためのものである。

ホール素子19と20は、電気角で90度長手方向にずらして
上記鉄基板13に配設している。

このように３個のホール素子18,・・・,20を用いるの
は、実際的には高精度のリニア磁気エンコーダを得るに
当たっては好ましくないので、できれば量産時は第１実
施例で述べたように３個のホール素子18,・・・,20と同
機能を持つ１個の磁気抵抗素子を用いるのが望ましい。

このリニア磁気スケール６′を用いると、リニア磁気エ
ンコーダを形成する磁気センサ19と20とにより、リニア
磁気エンコーダ用磁極９′を検出するのことで、Ａ相,B
相の２相の信号が得られるので、駆動コイル10の走行
量，走行速度が判明でき、また正逆転走行できるのもの
となる。また従来のように駆動コイル10への通電用のた
めのホール素子，ホールIC等の位置検知素子がなくても
磁気センサ18及び原点信号着磁部17があるので、磁気セ
ンサ18が原点信号着磁部17を検出した時点を基準点に
し、磁気センサ19,20が磁気エンコーダ用磁極部９′を
検出することで得られる検出パルスをカウンタによって
検出し、例えばパルス分配器を用いて所定のパルスごと
に適宜信号を駆動コイル10に通電することで、駆動コイ
ル10と界磁マグネット４−１と４−２とにより所定方向
の推力を得、駆動コイル10を所定方向に動かすことがで
きる。

尚、磁気センサ18が原点信号着磁部17を検出していない
ときは、例えば、駆動コイル10に所定方向のパルス電流
を通電して駆動コイル10を所定方向に走行させ、磁気セ
ンサ18によって原点信号着磁部17を検出させる。

磁気センサ18が原点信号着磁部17を検出すると、上記し
たようにカウンタを含むデジタル回路を動作させること
で、位置検知素子がなくても、当該デジタル回路によっ
て駆動コイル10に所定方向の電流を通電するので、駆動
コイル10を所定方向に走行させることができる。

駆動コイル10の走行方向を逆転させるには、極性変換回
路の極性を変換すればよい。

尚、メモリー機能回路を備えている場合には、一度、原
点（原点信号着磁部17）を記憶したら、次回からは原点
信号着磁部17をさがす必要はなく、常に原点信号位置を
基準にしてカウンタが動作するので、駆動回路に電源を
投入すると同時に、原点サーチすることなく、制御され
た方向へ所定の動作で所定方向に駆動コイル10を走行さ
せることができる。

（第４実施例） 第７図は本発明第４実施例としてのボイスコイル型リニ
ア直流モータに用いるリニア磁気スケール６″の説明図
である。

このリニア磁気スケール６″では、プラスチックマグネ
ット８の長手方向に沿って上記リニア磁気エンコーダ磁
極9,9′のN,Sの磁極ピッチ同様に微細なピッチで凹凸21
を形成し、この凹凸21面にＮ極またはＳ極のいずれか一
方の磁極を着磁している。

いまＮ極を凹凸21面に、長手方向に沿って着磁するとプ
ラスチックマグネット８の凹凸21bにはＮ極の磁極が強
く着磁され、凹部21aにはＮ極が弱く着磁されたＮ′極
が着磁される。

この場合、凹部21aにＮ極が弱く着磁されたＮ′極は、
磁気回路上、実際にはＳ極を着磁したと同様になるの
で、上記凹凸21面には、実質的にはN,Sの磁極が交互に
着磁されたと同じになり、凹凸21面によって上記同様の
リニア磁気エンコーダ９″が形成されたことになる。

（第５実施例） 第８図は本発明第５実施例としてのボイスコイル型リニ
ア直流モータのリニア磁気スケール６″説明図である。

この第８図に示すリニア磁気スケール６″では、第４実
施例のリニア磁気スケール６′において、プラスチック
マグネット８に第７図で示したと同様のリニア磁気エン
コーダ着磁トラック16″以外に、その（上）端部（尚、
この部分に限る必要はない）に原点信号着磁トラック1
5′を形成し、この端部に原点信号着磁部形成用凸部22
を形成している。

上記磁気トラック15′の上記凸部21を除く残りの部分
は、凹部23としている。

尚、該凸部22には、上記リニア磁気エンコーダ磁極９″
の凸部21bをＮ極に着磁しているため凸部22はＮ極に着
磁されている。

（その他の実施例） 上記実施例におけるリニア直流モータでは、界磁マグネ
ット両面配置形を示したが、界磁マグネット片面配置構
造，ロッド形等いずれの形式であってもよく、またステ
ータヨークは周囲を全部閉じた状態でなく、一部を開口
した構造であってもよい。

また磁気センサの取付構造についても、上記のように駆
動コイルの内部に配設しなければならないというもので
はなく、設計仕様によって最適な方法を採用することは
当然で、これらの設計変更は要旨を変更しない範囲にお
いて本発明に属するものであることはいうまでもない。

例えば、鉄基板を長手方向に延長して設け、この鉄基板
に磁気センサを配設する等の方法である。

またリニア磁気スケールについては、センターヨークに
リニア磁気エンコーダ磁極を多極着磁したシート状のプ
ラスチックマグネットを貼着等の手段で固定している
が、このようにすることに限定されるものではない。

例えば、センターヨークに予めプラスチックマグネット
層等の被着磁層を形成し、この被着磁層にリニア磁気エ
ンコーダ磁極を形成するようにしてもよい。

尚、被着磁体として、ゴムマグネット，フェライトマグ
ネット，磁気録音用メタルテープ等最適なものを選択す
れば良い。

（効果） 本発明は上記から明らかなように、（１）リニア磁気エ
ンコーダをセンターヨークに形成しているので、走行速
度検出機構を合理的に内蔵でき、しかも速度制御の容易
な小型のボイスコイル型リニア直流モータを安価に形成
できる、（２）上記（１）のボイスコイル型リニア直流
モータの場合、これに用いるリニア磁気エンコーダも安
価に形成できる、（３）当該リニア直流モータの正逆転
走行制御，可変速制御，パルス（ステップ化駆動）制御
といったような多機能制御が行える、（４）リニア磁気
エンコーダ以外の位置検知素子が不要なので、従来のよ
うに位置検知素子のための多くのリード線がなくなるの
で、外観がすっきりするほか、安易且つ安価に製造でき
る、（５）従来のように界磁マグネットに二重着磁手段
によってリニア磁気エンコーダ磁極部を形成している場
合と異なり、センターヨークにリニア磁気スケールを設
け、これを検出するための磁気センサとで、リニア磁気
エンコーダを形成しているので、リニア磁気エンコーダ
磁極が界磁マグネットの強い磁束の影響を受けることが
なく、磁気センサによってリニア磁気エンコーダ磁極を
精度よく検出できるので、精度の良いリニア磁気エンコ
ーダ信号を得ることのできるリニア磁気エンコーダを形
成することができる、（６）またセンターヨークにリニ
ア磁気スケールを設けているので、従来の界磁マグネッ
トに二重着磁手段によってリニア磁気エンコーダ磁極を
形成した場合に比較して、ストロークの長いものでも磁
気回路構成の異なるものでも、当該リニア磁気エンコー
ダ磁極を極めて容易に形成できる。従って、安価で種々
の異なる形状の精度のよいリニア磁気エンコーダを当該
ボイスコイル型リニア直流モータに容易に内蔵できる，
等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
１実施例を示す一部切欠斜視図、第２図は同縦断面図、
第３図は同センターヨークの斜視図、第４図は同リニア
磁気スケールの斜視図、第５図は本発明第２実施例のセ
ンターヨークの斜視図、第６図は本発明第３実施例のリ
ニア磁気スケールの斜視図、第７図は本発明第４実施例
のリニア磁気スケールの斜視図、第８図は本発明の第５
実施例のリニア磁気スケールの斜視図である。 （符号の説明） １……ボイスコイル型リニア直流モータ、２……ステー
タヨーク、２−1,2−２……側面、３……サイドヨー
ク、４−1,4−２……界磁マグネット、5,5′……センタ
ーヨーク、6,6′,6″……リニア磁気スケール、７……
リニア磁気スケール挿入溝、７′……リニア磁気スケー
ル挿入凹部、８……プラスチックマグネット、9,9′,
9″……リニア磁気エンコーダ磁極、10……駆動コイ
ル、11……ボビン、12……磁気センサ、13……鉄基板、
14……透孔、15,15′……原点信号着磁トラック、16,1
6′リニア磁気エンコーダ磁極着磁トラック、17……原
点信号着磁部、18,19,20……ホール素子（磁気セン
サ）、21……凹凸、21a……凹部、21b……凸部、22……
原点信号着磁部形成凸部、23……凹部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁界内においてセンターヨークに駆動コイ
   ルを移動自在に支持したボイスコイル型リニア直流モー
   タにおいて、上記センターヨークに長手方向に沿って被
   着磁体を設け、該被着磁体に上記駆動コイルの移動方向
   に沿って微小なピッチでN,Sの磁極を交互に多極に有す
   るリニア磁気エンコーダ磁極を着磁形成することで上記
   センターヨークにリニア磁気スケールを形成し、該リニ
   ア磁気スケールのN,Sの磁極を検出するための磁気セン
   サを上記駆動コイルを有する可動子に配設することで当
   該ボイスコイル型リニア直流モータ内にリニア磁気エン
   コーダを形成してなる、リニア磁気エンコーダを有する
   ボイスコイル型リニア直流モータ。
2. 【請求項２】上記リニア磁気エンコーダは、そのリニア
   磁気スケールに細かなピッチでN,Sの磁極を交互に有す
   るリニア磁気エンコーダ用磁極部及び原点信号着磁を着
   磁形成し、上記リニア磁気エンコーダ用磁極及び原点信
   号着磁部を検出するための磁気センサを上記可動子に配
   設してなる、特許請求の範囲第（１）項記載のリニア磁
   気エンコーダを有するボイスコイル型リニア直流モー
   タ。
3. 【請求項３】上記リニア磁気スケールは、長手方向に沿
   って細かなピッチで凹凸を形成し、該凹凸面にＮ極また
   はＳ極の着磁をすることで該凹凸面に着磁された磁極に
   より実質的に細かなピッチでN,Sの磁極を有するリニア
   磁気エンコーダ磁極を形成してなる，特許請求の範囲第
   （１）項または第（２）項記載のリニア磁気エンコーダ
   を有するボイスコイル型リニア直流モータ。
4. 【請求項４】上記磁気センサは、ボイスコイル型リニア
   直流モータの駆動用の界磁マグネットの磁束の影響を受
   けないように磁気シールドされてなる、特許請求の範囲
   第（１）項乃至第（３）項いずれかに記載のリニア磁気
   エンコーダを有するボイスコイル型リニア直流モータ。