JP3222605B2 - Linear drive - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ、光
ディスク装置等に応用可能なリニアモータを用いた直線
駆動装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear drive device using a linear motor applicable to a copying machine, a printer, an optical disk device and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、直線往復運動を行うための駆動手
段として、リニアモータが広く知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a linear motor has been widely known as a driving means for performing a linear reciprocating motion.
【0003】図6は、リニアモータの一例として3相リ
ニア直流モータの構造について示したものである。ステ
ータ50は、界磁磁石51、ステータヨーク52から構
成され、モータの駆動に必要な磁界を発生する。可動子
60は、3相のコイル61a,61b,61cと、ムー
ビングヨーク63および各相のコイルに対応した位置検
出素子62a,62b,62cからなり、可動子に可動
体が連結されている。位置検出素子62a,62b,6
2cには一般に、磁束密度を電位差に変換するホール素
子、ホールICなどが用いられており、この位置検出素
子62a,62b,62cからの出力に応じてコイル6
1a,61b,61cに通電することにより、フレミン
グの左手の法則に従って可動子に推力が生じる。FIG. 6 shows the structure of a three-phase linear DC motor as an example of a linear motor. The stator 50 includes a field magnet 51 and a stator yoke 52, and generates a magnetic field necessary for driving a motor. The mover 60 includes three-phase coils 61a, 61b, and 61c, a moving yoke 63, and position detecting elements 62a, 62b, and 62c corresponding to the coils of each phase, and a mover is connected to the mover. Position detecting elements 62a, 62b, 6
In general, a Hall element, a Hall IC, or the like that converts a magnetic flux density into a potential difference is used for 2c, and a coil 6c according to outputs from the position detection elements 62a, 62b, 62c.
By energizing 1a, 61b, 61c, thrust is generated in the mover according to Fleming's left-hand rule.
【0004】図7は、モータの推力を求めるための簡単
な模式図を示す。可動部70の質量をMa、可動部の加
速度をαとすると、必要な推力Fは物体の運動方程式よ
り、 F=Maα (1) で表される。FIG. 7 shows a simple schematic diagram for obtaining the thrust of a motor. Assuming that the mass of the movable part 70 is Ma and the acceleration of the movable part is α, the necessary thrust F is expressed by the following equation of motion of the object: F = Maα (1)
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の方法で
は、可動部重量の重いものをより大きな加速度で加速す
るなど、大きな推力を必要とする場合には、コイルに流
す電流量を増やしたり、界磁磁石の起磁力を上げ磁束密
度を高めるなどの対応を取らねばならず、電流量の増加
による消費電力の増大や、起磁力を高めるために界磁磁
石が大型化してしまうなどの問題がある。However, in the conventional method, when a large thrust is required, for example, when a heavy moving part is accelerated with a larger acceleration, the amount of current flowing through the coil is increased or the field is increased. It is necessary to take measures such as increasing the magnetomotive force of the magnet to increase the magnetic flux density, and there are problems such as an increase in power consumption due to an increase in the amount of current and an increase in the size of the field magnet in order to increase the magnetomotive force. .
【0006】本発明は、上記に鑑み、低消費電力および
界磁磁石の小型化を図りながら、推力を増大させた直線
駆動装置の提供を目的とする。In view of the above, it is an object of the present invention to provide a linear drive device having an increased thrust while reducing power consumption and miniaturizing a field magnet.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、図1の如く、直線往復移動自在な可動部1および
ステータ2を備え、可動部1とステータ2とでリニアモ
ータが構成され、可動部1とステータ2が任意の減速比
で機械的に連結されている。As shown in FIG. 1, a means for solving the problems according to the present invention comprises a movable portion 1 and a stator 2 which can move linearly and reciprocally, and the movable portion 1 and the stator 2 constitute a linear motor. The movable part 1 and the stator 2 are mechanically connected at an arbitrary reduction ratio.
【0008】そして、可動部質量をMa、ステータ質量
をMyとしたとき、減速比iがi>My/Maとされ
る。When the mass of the movable part is Ma and the mass of the stator is My, the reduction ratio i is i> My / Ma.
【0009】[0009]
【作用】上記課題解決手段において、質量Maの可動部
1を加速度αで直線移動させる場合を考える。可動部1
にかかる必要推力をF’とすると、ステータ2には同じ
大きさで反対方向の反力F’がかかる。減速比をi、可
動部1が受ける力をT1,T2、ステータ質量をMyとす
ると、ステータ2の加速度はα/i、ステータ2が受け
る力は、iT1、iT2となる。In the above means for solving the above problems, a case is considered where the movable part 1 having the mass Ma is moved linearly at an acceleration α. Movable part 1
Assuming that the required thrust applied to the stator 2 is F ′, a counterforce F ′ of the same magnitude and opposite direction is applied to the stator 2. Assuming that the reduction ratio is i, the forces received by the movable portion 1 are T 1 and T 2 , and the mass of the stator is My, the acceleration of the stator 2 is α / i, and the forces received by the stator 2 are iT 1 and iT 2 .
【0010】可動部1とステータ2の運動方程式はそれ
ぞれ次のようになる。The equations of motion of the movable part 1 and the stator 2 are as follows.
【0011】 Maα=F’+(T1−T2) (2) Myα/i=F’−i(T1−T2) (3) (2)、(3)式よりT1、T2を消去してF’をもとめ
ると、 F’={Mai/(i+1)+My/i(i+1)}α (4) となる。Maα = F ′ + (T 1 −T 2 ) (2) Myα / i = F′−i (T 1 −T 2 ) (3) From equations (2) and (3), T 1 and T 2 And F ′ is obtained to obtain F ′ = {Mai / (i + 1) + My / i (i + 1)} α (4)
【0012】ここで減速比をi>My/Maとなるよう
に設定すると、(4)式は、 F’<{Mai/(i+1)+Ma/(i+1)}α=Maα (5) となる。(1)式より従来の方式で必要な推力は、F=
Maαであるから、 F’<F (6) となり、従来の方法より必要な推力が小さくなる。If the reduction ratio is set so that i> My / Ma, the equation (4) is as follows: F ′ <{Mai / (i + 1) + Ma / (i + 1)} α = Maα (5) From equation (1), the thrust required by the conventional method is F =
Since Maα, F ′ <F (6), and the required thrust is smaller than that of the conventional method.
【0013】これによって、同一の可動部重量、同一の
加速度を実現するに当たって、従来のステータを固定し
ている場合と比較して可動部1を移動させるのに必要な
推力を低減させることができる。As a result, in realizing the same movable portion weight and the same acceleration, the thrust required to move the movable portion 1 can be reduced as compared with the case where the conventional stator is fixed. .
【0014】[0014]
【実施例】本発明の直線駆動装置は、図1に示すよう
に、直線往復移動自在な可動部1およびステータ2を備
え、可動部1とステータ2とでリニアモータが構成さ
れ、可動部1とステータ2が任意の減速比を有した減速
手段3を介して連結手段4で機械的に連結されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a linear drive device according to the present invention comprises a movable portion 1 and a stator 2 which are capable of linearly reciprocating movement, and a linear motor is constituted by the movable portion 1 and the stator 2. And the stator 2 are mechanically connected by a connecting means 4 via a speed reducing means 3 having an arbitrary speed reduction ratio.
【0015】減速手段3は、左右一対の2段プーリであ
るタイミングプーリからなり、連結手段4は、左右一対
のタイミングプーリ3の大,小プーリ3a,3bにそれ
ぞれ掛け巻きされたタイミングベルト4a,4bからな
る。可動部1が大プーリ3a側のタイミングベルト4a
の上半分側に固定され、ステータ2が小プーリ3b側の
タイミングベルト4bの下半分側に固定され、互いに逆
方向に移動するようになっている。The deceleration means 3 comprises a timing pulley which is a pair of left and right two-stage pulleys, and the coupling means 4 comprises timing belts 4a, 4a wound around the large and small pulleys 3a, 3b of the pair of left and right timing pulleys. 4b. The movable part 1 is a timing belt 4a on the side of the large pulley 3a.
, The stator 2 is fixed to the lower half of the timing belt 4b on the side of the small pulley 3b, and moves in opposite directions.
【0016】今、質量Maの可動部1を加速度αで直線
移動させる場合を考える。可動部1にかかる必要推力を
F’とすると、ステータ2には同じ大きさで反対方向の
反力F’がかかる。減速手段3の減速比をi(=φda
/φdy)、可動部1が連結手段4により受ける力をT
1,T2、ステータ質量をMyとすると、ステータ2の加
速度はα/i、ステータ2が連結手段4により受ける力
は、iT1、iT2となる。Now, consider a case where the movable part 1 having the mass Ma is linearly moved at an acceleration α. Assuming that the required thrust applied to the movable portion 1 is F ', a counterforce F' having the same magnitude and the opposite direction is applied to the stator 2. Let the reduction ratio of the reduction means 3 be i (= φda
/ Φdy), the force which the movable part 1 receives by the connecting means 4 is T
Assuming that 1 , T 2 and the mass of the stator are My, the acceleration of the stator 2 is α / i, and the forces received by the connecting means 4 by the stator 2 are iT 1 and iT 2 .
【0017】可動部1とステータ2の運動方程式はそれ
ぞれ次のようになる。The equations of motion of the movable part 1 and the stator 2 are as follows.
【0018】 Maα=F’+(T1−T2) (2) Myα/i=F’−i(T1−T2) (3) (2)、(3)式よりT1、T2を消去してF’をもとめ
ると、 F’={Mai/(i+1)+My/i(i+1)}α (4) となる。Maα = F ′ + (T 1 −T 2 ) (2) Myα / i = F′−i (T 1 −T 2 ) (3) From equations (2) and (3), T 1 and T 2 And F ′ is obtained to obtain F ′ = {Mai / (i + 1) + My / i (i + 1)} α (4)
【0019】ここで減速比をi>My/Maとなるよう
に設定すると、(4)式は、 F’<{Mai/(i+1)+Ma/(i+1)}α=Maα (5) となる。(1)式より従来の方式で必要な推力は、F=
Maαであるから、 F’<F (6) となり、従来の方法より必要な推力が小さくなることが
分かる。If the reduction ratio is set so that i> My / Ma, the equation (4) is as follows: F ′ <{Mai / (i + 1) + Ma / (i + 1)} α = Maα (5) From equation (1), the thrust required by the conventional method is F =
Since Maα, F ′ <F (6), and it can be seen that the required thrust is smaller than that of the conventional method.
【0020】次に、本発明の直線駆動装置をスリット露
光方式の複写機用の走査光学系ユニットに適用した実施
例を図2〜図4に示す。FIGS. 2 to 4 show an embodiment in which the linear drive device of the present invention is applied to a scanning optical system unit for a copying machine of a slit exposure system.
【0021】本実施例の直線駆動装置は、ミラー,ラン
プ等の光学ユニットを搭載した第一可動体10aとミラ
ー等の光学ユニットを搭載した第二可動体10bとを速
度比2:1で図2中のAあるいはBの方向に直線往復移
動させるべく、複写機本体内部のベースフレーム11に
設けられている。The linear drive device of the present embodiment shows a first movable body 10a equipped with an optical unit such as a mirror and a lamp and a second movable body 10b equipped with an optical unit such as a mirror at a speed ratio of 2: 1. 2 is provided on a base frame 11 inside the copying machine main body so as to linearly reciprocate in the direction of A or B in FIG.
【0022】第一可動体10a、第二可動体10bは、
その一側がベースフレーム11にホルダ12を介して取
り付け固定された軸13に軸受け14a,14bを介し
て摺動自在に支持されている。また、他側がベースフレ
ーム11に取り付け固定されたレール15上を滑る滑り
材16a,16bを介して摺動自在に支持されている。
ベースフレーム11に対し、図中のA,B方向に移動可
能とされている。The first movable body 10a and the second movable body 10b are
One side is slidably supported via bearings 14a and 14b on a shaft 13 fixedly mounted on a base frame 11 via a holder 12. The other side is slidably supported via sliding members 16a and 16b which slide on rails 15 fixed to the base frame 11.
The base frame 11 is movable in the directions A and B in the figure.
【0023】そして、第一可動体10a、第二可動体1
0bの上面には、それぞれの移動位置をそれぞれ検出す
るためのリニアエンコーダ17a,17bが取り付けら
れている。一方、リニアスケール18は、ベースフレー
ム11に固定部材19を介して固定されている。The first movable body 10a and the second movable body 1
Linear encoders 17a and 17b for detecting the respective movement positions are attached to the upper surface of Ob. On the other hand, the linear scale 18 is fixed to the base frame 11 via a fixing member 19.
【0024】また、第一可動体10a、第二可動体10
bの一側には、可動部20a,20bがそれぞれ取り付
けられている。両可動部20a,20bは、断面ロ字状
に形成され、3相のコイルを備えている。The first movable body 10a, the second movable body 10
The movable parts 20a and 20b are respectively attached to one side of b. Both movable parts 20a and 20b are formed in a rectangular cross section, and include three-phase coils.
【0025】可動部20a,20bの周辺には、ステー
タ30が設けられている。ステータ30は、断面コ字状
のバックヨーク31と、可動部20a,20bの上面お
よび下面に対向するようにバックヨーク31に取り付け
られた上下の界磁磁石32と、可動部20a,20bの
中空部分に位置し、バックヨーク31、界磁磁石32と
ともに閉磁気回路を形成するためのセンターヨーク33
とからなる。センターヨーク33は、図5に示すように
その両端がセンターヨーク支持板33aを介してバック
ヨーク31に取り付けられている。A stator 30 is provided around the movable parts 20a and 20b. The stator 30 includes a back yoke 31 having a U-shaped cross section, upper and lower field magnets 32 attached to the back yoke 31 so as to face the upper and lower surfaces of the movable portions 20a and 20b, and hollow portions of the movable portions 20a and 20b. And a center yoke 33 for forming a closed magnetic circuit together with the back yoke 31 and the field magnet 32.
Consists of As shown in FIG. 5, both ends of the center yoke 33 are attached to the back yoke 31 via the center yoke support plate 33a.
【0026】バックヨーク31の下方には、ローラ34
がホルダー35によりベースフレーム11に取り付けら
れており、ローラ34がバックヨーク31の下面に接触
している。これによって、ステータ30がベースフレー
ム11に対して移動可能とされている。A roller 34 is provided below the back yoke 31.
Are attached to the base frame 11 by the holder 35, and the roller 34 is in contact with the lower surface of the back yoke 31. This allows the stator 30 to move with respect to the base frame 11.
【0027】また、第一可動体10aの上部に、支柱3
6がステータ30の方向に向かって取り付けられ、その
先端はベースフレーム11に形成された上横溝37を貫
通して外側に突出している。ステータ30のバックヨー
ク31の側面にも、支柱38が突設されており、ベース
フレーム11に形成された下横溝39を貫通して外側に
突出している。Further, a support 3 is provided above the first movable body 10a.
6 is attached toward the direction of the stator 30, and the tip thereof projects outward through an upper lateral groove 37 formed in the base frame 11. A column 38 is also protruded from the side surface of the back yoke 31 of the stator 30, and penetrates a lower lateral groove 39 formed in the base frame 11 and protrudes outward.
【0028】ベースフレーム11の外側には、図4に示
すように、減速比iの2段プーリである減速手段として
の左右一対のタイミングプーリ40が回転自在に取り付
けられている。そして、両タイミングプーリ40の大プ
ーリ40aおよび小プーリ40b同士は、それぞれタイ
ミングベルト41,42によって連結されている。As shown in FIG. 4, a pair of left and right timing pulleys 40 as reduction means, which are two-stage pulleys having a reduction ratio i, are rotatably mounted outside the base frame 11. The large pulley 40a and the small pulley 40b of both timing pulleys 40 are connected by timing belts 41 and 42, respectively.
【0029】大プーリ側のタイミングベルト41には、
第一可動体10aの支柱36が締結され、小プーリ側の
タイミングベルト42には、ステータ30の支柱38が
締結されている。すなわち、第一可動体10aを駆動す
ると、タイミングプーリ40とタイミングベルト41,
42によってステータ30も連動して動く構造となって
おり、これらの支柱36,38と、タイミングベルト4
1,42とから連結手段が構成されている。The timing belt 41 on the large pulley side includes
The support 36 of the first movable body 10a is fastened, and the support 38 of the stator 30 is fastened to the timing belt 42 on the small pulley side. That is, when the first movable body 10a is driven, the timing pulley 40 and the timing belt 41,
42, the stator 30 also moves in conjunction therewith.
1 and 42 constitute a connecting means.
【0030】なお、第一可動体10aと可動部20aと
を合わせた質量をMa、ステータ30の質量をMyとす
ると、減速比iはi>My/Maとなるようにタイミン
グプーリ40は設計されている。When the combined mass of the first movable body 10a and the movable portion 20a is Ma and the mass of the stator 30 is My, the timing pulley 40 is designed so that the reduction ratio i is i> My / Ma. ing.
【0031】上記構成において、光学ユニットによる原
稿走査を行うとき、リニアエンコーダ17a,17bか
らの位置検出に応じて第一,第二可動体10a,10b
の3相コイルの励磁を切換えるという周知の方法によ
り、第一可動体10aと第二可動体10bを速度比2:
1で同期運転する。In the above configuration, when scanning the original by the optical unit, the first and second movable bodies 10a, 10b are detected in accordance with the position detection from the linear encoders 17a, 17b.
The first movable body 10a and the second movable body 10b have a speed ratio of 2:
1. Synchronous operation is performed.
【0032】このとき、第一可動体10aのB方向への
移動につれて、タイミングベルト41が移動してタイミ
ングプーリ40が回転する。すると、小プーリ40b側
のタイミングベルト42も同方向に移動し、ステータ3
0が第一可動体10aの移動速度に対して1/i倍の移
動速度で逆のA方向へ移動する。At this time, as the first movable body 10a moves in the direction B, the timing belt 41 moves and the timing pulley 40 rotates. Then, the timing belt 42 on the small pulley 40b side also moves in the same direction, and the stator 3
0 moves in the opposite direction A at a moving speed of 1 / i times the moving speed of the first movable body 10a.
【0033】また、リターン時には、同様の動作でA方
向に第一,第二可動体10a,10bが移動し、B方向
にステータ30が移動する。At the time of return, the first and second movable bodies 10a and 10b move in the direction A by the same operation, and the stator 30 moves in the direction B.
【0034】このように、従来のステータが固定されて
いる場合に対して、同一の可動体の質量、同一の加速度
を実現するに当たって、ステータを可動体と逆方向に直
線往復移動可能とし、可動体とステータを減速比iで機
械的に連結し、なおかつ、i>My/Maとすることで
必要とする推力を低減することができる。したがって、
従来の直線駆動装置に比べて省消費電力および界磁磁石
の小型化を可能とした直線駆動装置を実現できる。As described above, in order to achieve the same mass of the movable body and the same acceleration with respect to the case where the conventional stator is fixed, the stator can be linearly reciprocated in the opposite direction to the movable body, and the movable body can be moved. The required thrust can be reduced by mechanically connecting the body and the stator at a reduction ratio i, and by setting i> My / Ma. Therefore,
It is possible to realize a linear drive device that can save power and reduce the size of a field magnet as compared with a conventional linear drive device.
【0035】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many modifications and changes can be made to the above-described embodiment within the scope of the present invention.
【0036】本発明による直線駆動装置は、複写機だけ
でなくプリンタ、光磁気ディスク装置等への応用が可能
である。The linear drive device according to the present invention can be applied not only to a copying machine but also to a printer, a magneto-optical disk device, and the like.
【0037】本実施例では、連結手段をタイミングベル
ト、減速手段をタイミングプーリとしたが、その他とし
て、ワイヤと2段プーリ、あるいはラックとピニオンな
どの組み合わせでも差し支えない。In this embodiment, the connecting means is a timing belt, and the speed reducing means is a timing pulley. However, a combination of a wire and a two-stage pulley or a rack and a pinion may be used.
【0038】また、ステータと可動体の構成を逆にし
て、可動体が永久磁石を備え、ステータが巻線とヨーク
から構成されるようにしてもよい。The structure of the stator and the movable body may be reversed so that the movable body includes a permanent magnet, and the stator includes a winding and a yoke.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、ステータを直線往復移動可能とし、可動部とス
テータを機械的に連結して、減速比を所定の範囲で設定
することにより、従来のステータが固定されている場合
に対して、同一の可動部の質量、同一の加速度を実現す
るに当たって、必要とする推力を低減することができ
る。したがって、従来の直線駆動装置に比べて省消費電
力および界磁磁石の小型化を可能とした直線駆動装置を
実現できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the stator can be linearly reciprocated, the movable part and the stator are mechanically connected, and the reduction ratio is set within a predetermined range. In order to realize the same mass of the movable part and the same acceleration as compared with the case where the conventional stator is fixed, the required thrust can be reduced. Therefore, it is possible to realize a linear drive device that can save power and reduce the size of the field magnet as compared with the conventional linear drive device.
【図1】本発明の直線駆動装置の力学的な概要の原理説
明図FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the mechanical outline of a linear drive device according to the present invention
【図2】本発明の直線駆動装置を適用したをスリット露
光方式の複写機の走査光学系の平面図FIG. 2 is a plan view of a scanning optical system of a slit exposure type copying machine to which the linear driving device of the present invention is applied.
【図3】図2のX−X断面図FIG. 3 is a sectional view taken along line XX of FIG. 2;
【図4】走査光学系の正面図FIG. 4 is a front view of a scanning optical system.
【図5】ステータの斜視図FIG. 5 is a perspective view of a stator.
【図6】一般的な3相リニア直流モータの構造図FIG. 6 is a structural diagram of a general three-phase linear DC motor.
【図7】従来のリニアモータの力学的な概要の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a dynamic outline of a conventional linear motor.
1 可動部 2 ステータ 3 タイミングプーリ 4 タイミングベルト 10a 第一可動体 10b 第二可動体 20a,20b 可動部 30 ステータ 31 バックヨーク 32 界磁磁石 33 センターヨーク 35,37 支柱 40 タイミングプーリ 41,42 タイミングベルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable part 2 Stator 3 Timing pulley 4 Timing belt 10a 1st movable body 10b 2nd movable body 20a, 20b Movable part 30 Stator 31 Back yoke 32 Field magnet 33 Center yoke 35, 37 Prop 40 Timing pulley 41, 42 Timing belt
Claims (2)
とを備え、可動部とステータとからリニアモータが構成
された直線駆動装置において、ステータが直線往復移動
自在とされ、可動部とステータとを任意の減速比で機械
的に連結する連結手段を備えたことを特徴とする直線駆
動装置。1. A linear drive device comprising a movable portion capable of linearly reciprocating movement and a stator, wherein a linear motor is constituted by the movable portion and the stator . And a connecting means for mechanically connecting at a given reduction ratio.
としたとき、減速比iがi>My/Maとされたことを
特徴とする請求項1記載の直線駆動装置。2. The mass of the movable part is Ma and the mass of the stator is My.
2. The linear drive device according to claim 1, wherein the speed reduction ratio i is set to i> My / Ma.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03965593A JP3222605B2 (en) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | Linear drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03965593A JP3222605B2 (en) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | Linear drive |
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