JP2005086873A - Shaft type linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シャフト型リニアモータに関し、リニアモータ可動子が進退移動している時のエネルギーを有効に利用することで、停止直前の電力供給を不要にして可動子を停止させるシャフト型リニアモータに関するものである。 The present invention relates to a shaft-type linear motor, and more particularly to a shaft-type linear motor that stops the mover without requiring power supply immediately before the stop by effectively using energy when the linear motor mover moves back and forth. Is.
従来より、回転子としての磁石を備え、その外周を取り囲むように配置した固定子としてのコイルを備えている回転型モータはよく知られている。この回転型モータは、回生電力が大きいので、運転停止直前(回転子の停止直前)に供給電流を遮断すると、大きい回生電力によって別途電力を消費することなく、つまり電源から電力を供給することなく運転を停止(回転子を停止)させることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a rotary motor including a magnet as a rotor and a coil as a stator arranged so as to surround the outer periphery thereof is well known. Since this rotary motor has a large regenerative power, if the supply current is cut off immediately before stopping the operation (just before the rotor stops), the regenerative power does not consume additional power due to the large regenerative power, that is, without supplying power from the power source. Operation can be stopped (rotor stopped).
一方、複数個のマグネットを配置して構成されたシャフト型リニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子を移動可能に挿通した筒状のリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動するシャフト型リニアモータもよく知られている。ところが、このシャフト型リニアモータは、前記回転型モータと比較して回生電力が小さいので、運転停止直前(リニアモータ可動子の停止直前)に供給電流を遮断しても、回生電力によって運転を停止(リニアモータ可動子を停止)させることができず、逆に、電源から電力を供給しなければならない。 On the other hand, a linear motor driving mechanism comprising a shaft type linear motor stator constituted by arranging a plurality of magnets and a cylindrical linear motor movable element movably inserted through the linear motor stator, the linear motor driving mechanism is used. A shaft type linear motor in which a motor movable element moves forward and backward along the linear motor stator is also well known. However, the regenerative power of this shaft type linear motor is smaller than that of the rotary motor. Therefore, even if the supply current is cut off immediately before the operation is stopped (just before the linear motor mover is stopped), the operation is stopped by the regenerative power. (The linear motor mover cannot be stopped), and conversely, power must be supplied from the power source.
なぜなら、同じ出力の回転型モータとシャフト型リニアモータにおいて、回転型モータの場合は、回転子に備えられるコイルの電線量が少ないので、直流抵抗が小さく、この小さい直流抵抗と比較して自己インダクタンスが大きいため、電磁誘導作用により起電力を発生させやすい。このため、自己インダクタンスによる回生電力は大きくなり、電源から電力を供給することなく運転を停止(回転子を停止)させることができる。一方、可動子にコイルが備えられているシャフト型リニアモータでは、回転型モータの回転子に備えられるコイルの電線量と比較して数十倍程度多くなり、直流抵抗も数十倍程度多くなって、自己インダクタンスは回転型モータの自己インダクタンスと比較して相当に小さくなる。すなわち、シャフト型リニアモータにおいて、リニアモータ可動子の停止直前に供給電流を遮断し、リニアモータ可動子の移動時に供給される電力を可動子のコイル(自己インダクタンス)で回収しても自己インダクタンスが小さいために、回収できても微小な上に、コイルを流れる時に熱に変換して消費されることになり、電源から電力を供給しなければ慣性で移動しているリニアモータ可動子を停止させることはできない。 This is because, in a rotary motor and a shaft type linear motor with the same output, in the case of a rotary motor, the amount of electric wire of the coil provided in the rotor is small, so the DC resistance is small, and the self-inductance is smaller than this small DC resistance. Therefore, it is easy to generate electromotive force due to electromagnetic induction. For this reason, the regenerative electric power by self-inductance becomes large, and an operation | movement can be stopped (rotor is stopped), without supplying electric power from a power supply. On the other hand, in a shaft type linear motor in which the mover is provided with a coil, the amount of electric wire of the coil provided in the rotor of the rotary motor is increased by several tens of times and the direct current resistance is increased by several tens of times. Thus, the self-inductance is considerably smaller than the self-inductance of the rotary motor. In other words, in a shaft type linear motor, even if the supply current is cut off immediately before the linear motor mover stops and the power supplied when the linear motor mover is moved is recovered by the coil (self-inductance) of the mover, the self-inductance is not generated. Because it is small, it can be recovered, but it is very small, and when it flows through the coil, it will be consumed by being converted to heat. If power is not supplied from the power supply, the moving linear motor mover is stopped by inertia It is not possible.
今、回転型モータとシャフト型リニアモータとを、図4に示す等価回路に置き換えて両者のインピーダンスZrを比較する。 Now, the rotary type motor and the shaft type linear motor are replaced with the equivalent circuit shown in FIG.
まず、回転型モータのインピーダンスZrを算出する。
時定数τ=8.7msec
U−V相間抵抗Rr=0.45Ω
U−V相間インダクタンス(計算値)Lr=3.9mH
軸速度1.3m/secで移動している時にモータへ印加する電圧の正弦波周波数f=238Hz、ここで、ω=2πfとすると(ω:角周波数rad/sec)
以上の条件において、回転型モータのインピーダンスZrは、下記の数式1の計算式で算出される。
First, the impedance Zr of the rotary motor is calculated.
Time constant τ = 8.7msec
U-V phase resistance Rr = 0.45Ω
U-V phase inductance (calculated value) Lr = 3.9 mH
Sine wave frequency f = 238 Hz of voltage applied to the motor when moving at an axial speed of 1.3 m / sec, where ω = 2πf (ω: angular frequency rad / sec)
Under the above conditions, the impedance Zr of the rotary motor is calculated by the following equation (1).
つぎに、シャフト型リニアモータのインピーダンスZrを算出する。
時定数τ=1.7msec
U−V相間抵抗Rr=15.0Ω
U−V相間インダクタンス(計算値)Ls=25.5mH
軸速度1.3m/secで移動している時にモータへの印加電圧周波数f=11Hz
以上の条件において、シャフト型リニアモータのインピーダンスZrは、下記の数式2の計算式で算出される。
Next, the impedance Zr of the shaft type linear motor is calculated.
Time constant τ = 1.7msec
U-V phase resistance Rr = 15.0Ω
U-V phase inductance (calculated value) Ls = 25.5 mH
Applied voltage frequency to the motor when moving at an axial speed of 1.3 m / sec f = 11 Hz
Under the above conditions, the impedance Zr of the shaft type linear motor is calculated by the following
前記の計算式で算出されたインピーダンスを比較すると、抵抗の要素とコイルの要素が影響し、コイルの要素が格段に異なることがわかる。そして、シャフト型リニアモータもインダクタンスを増やせば、運転停止直前(リニアモータ可動子の停止直前)に供給電流を遮断した場合の電力供給を小さく抑えて、回生電力によって運転を停止(リニアモータ可動子を停止)させることができると考えられるが、実際上は、インダクタンスを増やそうと検討しても、コイルのターン数を変更することは現実的に無理があるとともに、印加電圧周波数fを上げようとしても、磁極ピッチを狭めることになり、磁石の内部磁束が増加し、結果としてリニアモータで使用できる磁束が減少し、推力が減ることになるので設計上の無理がある。 Comparing the impedances calculated by the above formula, it can be seen that the resistance element and the coil element are affected, and the coil element is significantly different. If the inductance of the shaft type linear motor is also increased, the power supply when the supply current is cut off immediately before the stop of operation (just before the stop of the linear motor mover) is kept small, and the operation is stopped by regenerative power (the linear motor mover) However, in practice, it is impossible to change the number of turns of the coil even if it is considered to increase the inductance, and an attempt is made to increase the applied voltage frequency f. However, the magnetic pole pitch is narrowed, and the internal magnetic flux of the magnet is increased. As a result, the magnetic flux that can be used in the linear motor is reduced and the thrust is reduced.
すなわち、シャフト型リニアモータでは、リニアモータ可動子の停止直前に供給電流を遮断し、リニアモータ可動子の移動時に供給される電力を可動子のコイル(自己インダクタンス)で回収しても自己インダクタンスが小さいために、電源から電力を供給しなければ慣性で移動しているリニアモータ可動子を停止させることはできないという問題があった。 That is, in the shaft type linear motor, the supply current is cut off immediately before the linear motor mover stops, and the self-inductance does not occur even when the electric power supplied when the linear motor mover is moved is recovered by the coil (self-inductance) of the mover. Due to the small size, there is a problem that the linear motor movable element moving by inertia cannot be stopped unless power is supplied from the power source.
本発明は、このような問題を解決し、リニアモータ可動子が進退移動している時のエネルギーを有効に利用することで、停止直前の電力供給を不要にして可動子を停止させることができるシャフト型リニアモータを提供することを目的としている。 The present invention solves such a problem, and by effectively using the energy when the linear motor movable element moves forward and backward, the movable element can be stopped without the need for power supply immediately before stopping. It aims at providing a shaft type linear motor.
前記目的を達成するために、本発明に係るシャフト型リニアモータは、少なくとも前記リニアモータ可動子が該リニアモータ可動子を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー内に収容されているとともに、このリニアモータ可動子への供給電流遮断時にリニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動する制動手段を備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a shaft type linear motor according to the present invention includes at least the linear motor movable element housed in a cylinder capable of moving the linear motor movable element forward and backward by a predetermined stroke amount. It is characterized by comprising braking means for controlling the fluid pressure in the cylinder on the advancing / retreating movement side of the linear motor movable element when the supply current to the linear motor movable element is interrupted to reduce the thrust of the linear motor movable element for braking. .
本発明では、リニアモータ可動子への供給電流遮断時に、リニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動するようにしていることから、停止直前の電力供給を不要にしてリニアモータ可動子を停止させることができる。 In the present invention, when the supply current to the linear motor movable element is interrupted, the fluid pressure in the cylinder on the advancing / retreating side of the linear motor movable element is controlled to reduce the thrust of the linear motor movable element for braking. Thus, the linear motor movable element can be stopped without the need for power supply immediately before the stop.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態のシリンダーを除去して示す斜視図、図2は図1の縦断側面図、図3は本発明の一実施形態を示す全体構成図である。図1,図2において、シャフト型リニアモータは、丸シャフト型のリニアモータ固定子1と、円筒状のリニアモータ可動子2とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a cylinder according to an embodiment of the present invention with the cylinder removed, FIG. 2 is a longitudinal side view of FIG. 1, and FIG. 3 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 1 and 2, the shaft type linear motor includes a round shaft type linear motor stator 1 and a cylindrical linear motor
丸シャフト型のリニアモータ固定子1は、複数個のマグネット(永久磁石)N,S…を軸方向(リニアモータ可動子2の進退移動方向)につなぎ合わせて磁性材料によってなる筒体1Aの内部に収容配置した構造のもので、円筒状のリニアモータ可動子2は、リニアモータ固定子1の筒体1Aを挿通して該リニアモータ固定子1に沿って移動可能に軸方向(リニアモータ可動子2の進退移動方向)に配置された複数個の電磁コイル2Aと、これら複数個の電磁コイル2Aを内蔵した磁性材料によってなる筒体2Bとを備えており、リニアモータ固定子1とリニアモータ可動子2とでリニアモータ駆動機構3を構成している。
A round shaft type linear motor stator 1 is formed by connecting a plurality of magnets (permanent magnets) N, S... In the axial direction (advancing and retreating direction of the linear motor movable element 2). The cylindrical linear motor
図3に示すように、リニアモータ固定子1とリニアモータ可動子2は、リニアモータ可動子2を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー4内に気密に収容されている。なお、シリンダー4は磁性材料によって構成することが好ましい。また、リニアモータ可動子2の内周面とリニアモータ固定子1の外周面との間には、第1シールリング5を介在させて気密を保持した状態で、リニアモータ可動子2がリニアモータ固定子1を案内として進退移動できるように構成されており、シリンダー4の内周面とリニアモータ可動子2の外周面との間には、第2シールリング6を介在させて気密を保持した状態で、リニアモータ可動子2がシリンダー4内で進退移動できるように構成してある。
As shown in FIG. 3, the linear motor stator 1 and the
シリンダー4における軸方向の一端部(前端部)を封止している封止板4Aには、吸排気孔5Aを設け、軸方向の他端部(後端部)を封止している封止板4Bには、吸排気孔5Bを設けてある。そして、これら封止板4A,4Bの内周面とリニアモータ固定子1における軸端部側の外周面との間に第3シールリング7を介在させて気密を保持してある。
一方、シャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子2の進行方向(図3の実線矢印)移動側におけるシリンダー4内の空気圧を制御して、リニアモータ可動子2の進行推力を低下させて制動するとともに、リニアモータ可動子2の後退方向(図3の破線矢印)移動側におけるシリンダー4内の空気圧を制御して、リニアモータ可動子2の後退推力を低下させて制動する制動手段8を備えている。
On the other hand, the shaft type linear motor brakes by controlling the air pressure in the cylinder 4 on the moving side of the linear motor movable element 2 (solid arrow in FIG. 3) to reduce the traveling thrust of the linear motor
制動手段8は、リニアモータ可動子2が実線矢印方向に前進して、ストローク前端PX1に到達する手前でリニアモータ可動子2への供給電流が遮断されるP1位置から導出されて、電磁弁Mg1を介設した前進側の第1排気通路8Aと、ストローク前端PX1に相当する前端部の封止板4Aから導出されて、電磁弁Mg2と絞り弁STV1とを直列に介設した前進側の第2排気通路8Bと、前端部の封止板4Aから導出されて、電磁弁AMg1を介設した吸気通路8Cおよびリニアモータ可動子2が破線矢印方向に後退して、ストローク後端PX2に到達する手前でリニアモータ可動子2への供給電流が遮断されるP2位置から導出されて、電磁弁Mg3を介設した後退側の第1排気通路8Dと、ストローク後端PX2に相当する後端部の封止板4Bから導出されて、電磁弁Mg4と絞り弁STV2とを直列に介設した後退側の第2排気通路8Eと、後端部の封止板4Bから導出されて、電磁弁AMg2を介設した吸気通路8Fとを備えている。
The braking means 8 is derived from the P1 position where the supply current to the linear motor
シャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子2への供給電流が遮断されるP1位置とP2位置において、コントローラ10から出力される制御信号に基づいて、制動手段8の電磁弁Mg1,電磁弁Mg2,電磁弁AMg1,電磁弁Mg3,電磁弁Mg4,電磁弁AMg2が開閉制御される。
The shaft type linear motor is configured such that the electromagnetic valve Mg1, the electromagnetic valve Mg2, and the electromagnetic valve Mg2 of the braking unit 8 are based on control signals output from the
前記構成において、リニアモータ可動子2の後端が後端部の封止板4B内面に当接している状態、つまりリニアモータ可動子2がストローク後端で停止している状態から、リニアモータ駆動機構3によってリニアモータ可動子2が実線矢印方向に前進する場合は、コントローラ10から出力される制御信号によって、電磁弁Mg1,電磁弁AMg1,電磁弁Mg3および電磁弁AMg2がそれぞれ弁開され、電磁弁Mg2および電磁弁Mg4が弁閉されることで、リニアモータ可動子2のスムーズな前進が許容される。
In the above-described configuration, the linear motor is driven from the state in which the rear end of the linear motor
リニアモータ可動子2が前進して、ストローク前端PX1に到達する手前のリニアモータ可動子2への供給電流が遮断されるP1位置に到達すると、コントローラ10は、前記供給電流の遮断に基づいて制御信号を出力して、電磁弁Mg2を弁開し、電磁弁Mg1と電磁弁AMg1を弁閉する。これにより、P1位置とストローク前端PX1とのに間に存在する空気の排気量が絞り弁STV1の絞り作用によって抑えられて、空気圧が制御されるのでリニアモータ可動子2の推力を低下させて制動することができる。
When the linear motor
一方、リニアモータ可動子2の前端が前端部の封止板4A内面に当接している状態、つまりリニアモータ可動子2がストローク前端で停止している状態から、リニアモータ駆動機構3によってリニアモータ可動子2が破線矢印方向に後退する場合は、コントローラ10から出力される制御信号によって、電磁弁Mg1,電磁弁AMg1,電磁弁Mg3および電磁弁AMg2がそれぞれ弁開され、電磁弁Mg2および電磁弁Mg4が弁閉されることで、リニアモータ可動子2のスムーズな後退が許容される。
On the other hand, from the state in which the front end of the linear motor
リニアモータ可動子2が後退して、ストローク後端PX2に到達する手前のリニアモータ可動子2への供給電流が遮断されるP2位置に到達すると、コントローラ10は、前記供給電流の遮断に基づいて制御信号を出力して、電磁弁Mg3を弁開し、電磁弁Mg3と電磁弁AMg2を弁閉する。これにより、P2位置とストローク後端PX2との間に存在する空気の排気量が絞り弁STV2の絞り作用によって抑えられて、空気圧が制御されるのでリニアモータ可動子2の推力を低下させて制動することができる。
When the linear motor
このように、本発明に係るシャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子2への供給電流遮断時に、この供給電流の遮断に基づいてリニアモータ可動子2の進退移動側のシリンダー4内の空気圧を制御してリニアモータ可動子2の推力を低下させて制動するようにしていることから、停止直前の電力供給を不要にしてリニアモータ可動子2を停止させることができる。
Thus, when the supply current to the linear motor
なお、シャフト型リニアモータでは、供給電流の遮断時にリニアモータ可動子2の電磁コイル2Aに流れる電流が瞬間的に多くなる電気的な特性を有しているので、この電気的な特性を検出してコントローラ10に入力し、これに基づいてコントローラ10から出力される制御信号によって、前述のように空気圧を制御して、リニアモータ可動子2の推力を低下させて制動するようにしてもよい。
The shaft type linear motor has an electrical characteristic in which the current flowing through the
また、図3において二点鎖線で示すように、リニアモータ固定子1に軸方向の貫通孔11を設け、この貫通孔11の一端部に前進側の第1排気通路8Aと後退側の第1排気通路8Dとを接続することで、リニアモータ固定子1を空冷する効果を期待することができる。
Further, as shown by a two-dot chain line in FIG. 3, an axial through
1 リニアモータ固定子
2 リニアモータ可動子
3 リニアモータ駆動機構
4 シリンダー
8 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
少なくとも前記リニアモータ可動子が該リニアモータ可動子を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー内に収容されているとともに、このリニアモータ可動子への供給電流遮断時にリニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動する制動手段を備えていることを特徴とするシャフト型リニアモータ。 The linear motor movable element comprises a shaft type linear motor stator configured by arranging a plurality of magnets and a linear motor movable mechanism that is movably inserted through the linear motor stator. In a shaft type linear motor that moves back and forth along the linear motor stator,
At least the linear motor mover is housed in a cylinder that can move the linear motor mover forward / backward by a predetermined stroke amount, and when the supply current to the linear motor mover is interrupted, the linear motor mover moves forward / backward. A shaft-type linear motor comprising braking means for controlling the fluid pressure in the cylinder to reduce the thrust of the linear motor mover and braking.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003314289A JP2005086873A (en) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Shaft type linear motor |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2014228072A (en) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | コニカミノルタ株式会社 | Movement mechanism, actuator, and carrier device |
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2003
- 2003-09-05 JP JP2003314289A patent/JP2005086873A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014228072A (en) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | コニカミノルタ株式会社 | Movement mechanism, actuator, and carrier device |
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