JP5412043B2 - Linear motor - Google Patents

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Description

本発明はリニアモータに関し、特に高速繰返し位置決め手段として有用な直線並進運動するリニアモータの改善に関し説明する。   The present invention relates to a linear motor, and particularly relates to an improvement of a linear motor that performs linear translation useful as a high-speed repetitive positioning means.

従来、搬送装置等の分野で、一定速送り或いは高速位置決め送りの駆動源としてリニアモータが用いられている。ところで、複数の磁石を円筒状部材内に直列配置した固定子と、この固定子の外周面に対向配置され移動可能な可動子とから成るリニアモータに関し、使用する磁石の総設置数を、相互に間隔Kを設けて配置することにより、コスト低減と軽量化を達成すると共に、リニアモータの速度リップルを改善する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, linear motors have been used as driving sources for constant-speed feeding or high-speed positioning feed in the field of conveying devices and the like. By the way, regarding a linear motor comprising a stator in which a plurality of magnets are arranged in series in a cylindrical member and a moveable mover that is arranged opposite to the outer peripheral surface of the stator, the total number of magnets to be used is A technique for reducing the cost and weight of the linear motor and improving the speed ripple of the linear motor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、上記複数の磁石を直列状に配置して収納する円筒状部材(スリーブ材)に、2.0よりも大きい比透磁率を有する材料を選択することにより、モータ推力を増大させると共に、耐磨耗特性を高めたリニアモータ技術が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2005−237165号公報 特表2005−525773号公報
In addition, by selecting a material having a relative permeability greater than 2.0 for the cylindrical member (sleeve material) that houses the plurality of magnets arranged in series, the motor thrust is increased and the resistance to resistance is increased. Linear motor technology with improved wear characteristics has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
JP 2005-237165 A JP 2005-525773 A

しかるに、搬送装置、特に、高速搬送装置の動力源としてリニアモータを使用する場合には、少しでも移動時間を短縮したいため、極力モータ推力を増大させたい要求がある。   However, when a linear motor is used as a power source for a transport apparatus, particularly a high-speed transport apparatus, there is a demand to increase the motor thrust as much as possible because it is desired to shorten the travel time.

そこで、特許文献1において提案されている磁石の間隔Kについて検討すると、速度及び推力に関し、隣り合う磁石同士を密着させた場合と性能的に遜色なくなる間隔Kは、概ね、磁石の軸方向の長さLの10%以下としたものが好適であるとされている。さらに、速度性能的にはやや劣るが、リニアモータの推力性能的に大きな問題はないとされる間隔Kについて、概ね、磁石の軸方向の長さLの30%以下と記載されている。   Therefore, considering the magnet spacing K proposed in Patent Document 1, with respect to speed and thrust, the spacing K that is inferior in performance to the case where adjacent magnets are brought into close contact with each other is generally the length in the axial direction of the magnet. A thickness of 10% or less of the length L is considered suitable. Furthermore, although it is slightly inferior in speed performance, the interval K, which is considered not to cause a big problem in the thrust performance of the linear motor, is generally described as 30% or less of the axial length L of the magnet.

しかし、磁石間の間隔Kを制御しても改善されるのは、速度リップルであり、推力増加について提案されたものではなかった。   However, even if the distance K between the magnets is controlled, it is the speed ripple that has not been proposed for increasing the thrust.

また、一般的に、比透磁率の大きな材料ほど、より錆び易くなる傾向にある。そのため、特許文献2において提案されているリニアモータが水分と接触し易い環境で使用され、屋外で使用される場合には、比透磁率の大きな材料ほど、リニアモータを含めた搬送装置の寿命を著しく短縮させ、装置の信頼性を著しく損なうという問題点がある。   In general, a material having a higher relative magnetic permeability tends to rust more easily. Therefore, when the linear motor proposed in Patent Document 2 is used in an environment where it easily comes into contact with moisture and is used outdoors, the material having a higher relative magnetic permeability has a longer life of the conveying device including the linear motor. There is a problem that the time is significantly shortened and the reliability of the apparatus is remarkably impaired.

本発明は上述のような事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、広範な使用環境に適応し、電機子コイルに鎖交する有効磁束密度を高めて、モータ推力を向上させたリニアモータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and the object of the present invention is to adapt to a wide range of usage environments, increase the effective magnetic flux density linked to the armature coil, and improve the motor thrust. Another object of the present invention is to provide a linear motor.

本発明の一態様によれば、円筒状部材の中空部に、磁化方向が同じ2個の永久磁石を、所定の厚さのスペーサを介して同磁極を対向させ密着させて成る磁石体を、交互に異磁極同士となるよう複数密着させて、直列状に配置した磁石体列から構成された界磁ヨークと、
前記磁石体列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、
前記磁石体列の端部または途中に配設され、前記磁石体列の磁気特性を変化せしめる磁気特性急変部と、
前記磁石体列を磁気スケール部として構成され、2個の前記磁石体間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、前記電機子の長手方向に設けられ、互いに電気角で位相を90°(スケールピッチの1/4波長に相当)ずらして配置された複数個の第1の磁気検出器のうち、スケールヘッド端部側の第1の磁気検出器から電気角で位相を180°(スケールピッチの1/2波長に相当)ずらして配置された第2の磁気検出器を有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、
前記磁気特性急変部は、前記第1の磁気検出器と第2の磁気検出器とから合成される信号が、所定の閾値を超える程度に、前記磁石列の磁気特性を変化させ、
前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたことを特徴とするリニアモータが提供される。
According to one aspect of the present invention , there is provided a magnet body formed by adhering two permanent magnets having the same magnetization direction to a hollow portion of a cylindrical member so that the magnetic poles are opposed to each other through a spacer having a predetermined thickness. A field yoke composed of a magnet array arranged in series, in close contact with each other so as to be alternately different magnetic poles,
An armature having an armature coil disposed opposite to the magnet body row via a magnetic gap;
A magnetic property sudden change portion that is disposed at an end portion or in the middle of the magnet body row and changes a magnetic property of the magnet body row;
The magnet body row is configured as a magnetic scale portion, the length between the two magnet bodies is set as the scale pitch of the magnetic scale portion, and provided in the longitudinal direction of the armature, Among the plurality of first magnetic detectors arranged with the phase shifted by 90 ° (corresponding to a quarter wavelength of the scale pitch), the phase is changed in electrical angle from the first magnetic detector on the end side of the scale head. A magnetic linear encoder for position detection having a second magnetic detector arranged by being shifted by 180 ° (corresponding to 1/2 wavelength of the scale pitch),
The magnetic characteristic sudden change unit changes the magnetic characteristic of the magnet array so that a signal synthesized from the first magnetic detector and the second magnetic detector exceeds a predetermined threshold,
One of the field yoke and the armature is used as a stator, and the other is used as a mover. The scale head of the magnetic linear encoder is provided on the armature side, and the field yoke and the armature are relative to each other. A linear motor characterized in that the vehicle travels linearly is provided.

本発明によれば、広範な使用環境に適応し、電機子コイルに鎖交する有効磁束密度を高めて、モータ推力の高いリニアモータが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a linear motor with high motor thrust that is adapted to a wide range of use environments, increases the effective magnetic flux density linked to the armature coil.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。本発明に係るリニアモータでは、界磁ヨークと電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁ヨークと電機子を相対的に直線走行させるものである。以下に述べる実施形態では、説明の便宜上、界磁ヨークを固定子に、電機子を可動子としているが、本発明は、これら実施形態に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the linear motor according to the present invention, either the field yoke or the armature is used as a stator and the other is used as a mover, and the field yoke and the armature are relatively linearly run. In the embodiments described below, for convenience of explanation, the field yoke is a stator and the armature is a mover. However, the present invention is not construed as being limited to these embodiments.

<第1の実施形態>
図1は本発明を実施する磁気式リニアエンコーダを採用したリニアモータの概略構成を示す正面図である。また、図2は、図1におけるA−Aでの断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a linear motor employing a magnetic linear encoder embodying the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図1、図2に示すように、リニアモータ1は、ベースとなるベース部2とリニアモータ1の直線方向の移動をガイドするためのリニアガイド3を備えている。リニアガイド3は、ベース部2に取り付けられるガイドレール3Aと、ガイドレール3A上をスライドするスライダ3Bから構成されている。スライダ3Bの上面には、例えば、リニアモータ1を適用する機械や装置を取り付けるためのテーブル3Cが載置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the linear motor 1 includes a base portion 2 serving as a base and a linear guide 3 for guiding the linear motor 1 to move in a linear direction. The linear guide 3 includes a guide rail 3A attached to the base portion 2 and a slider 3B that slides on the guide rail 3A. On the upper surface of the slider 3B, for example, a table 3C for mounting a machine or device to which the linear motor 1 is applied is placed.

ベース部2には、リニアモータ1の固定子(固定部)を構成し、界磁を発生させる界磁ヨーク4が配設されている。界磁ヨーク4は、円筒状部材(スリーブ)6と円筒状部材6の中空内部に挿入された円柱状の永久磁石8を密着させた磁石列から構成されている。複数の永久磁石8は、それぞれが同一の形状、寸法を備える部材である。各永久磁石8は、円筒状部材6の長手方向に磁化されている。磁石列は、隣り合う永久磁石8を同じ磁極(N極−N極、または、S極−S極同士)を相互に対向させて、且つ、密着させた状態で、複数並べて構成されている。リニアモータ1の移動方向の長さ、すなわち、最大移動距離は、並べられた永久磁石8の磁石列の長さに可動子の長さを引いたものである。   The base portion 2 is provided with a field yoke 4 that constitutes a stator (fixed portion) of the linear motor 1 and generates a field. The field yoke 4 is composed of a magnet row in which a cylindrical member (sleeve) 6 and a columnar permanent magnet 8 inserted into the hollow interior of the cylindrical member 6 are in close contact. The plurality of permanent magnets 8 are members each having the same shape and dimensions. Each permanent magnet 8 is magnetized in the longitudinal direction of the cylindrical member 6. The magnet row is configured by arranging a plurality of adjacent permanent magnets 8 with the same magnetic poles (N pole-N pole or S pole-S pole) facing each other and in close contact with each other. The length of the linear motor 1 in the moving direction, that is, the maximum moving distance is obtained by subtracting the length of the mover from the length of the magnet rows of the permanent magnets 8 arranged.

磁石の種別としては、ネオジム系が好適である。尚、永久磁石8は、円柱状、すなわち中実のものに限られることなく、例えば円筒形のものであってもよい。このように、永久磁石8の同じ磁極が、相互に密着対向配置されているので、非常に強力な反発力が発生する。かかる永久磁石8の磁気特性をシミュレーションにより求めると、図8に示すようになる。図8は、合成磁界の空間分布特性を示すもので、横軸方向は円筒状部材6の軸方向距離を、縦軸方向は同極磁石を密着させた場合の合成磁界を表わしている。円筒状部材6の半径方向に形成され、円筒状部材6の表面に垂直に出入りする磁束成分が、空隙を介して対向配置された電機子コイル12に対し有効磁束となる。ところが、本発明の実施形態に係るリニアモータ1では、同極同士の磁束が密着面でぶつかり合っているので、磁石外周部の磁束と比較すると、磁石中心に近い磁束は、あらゆる方向から相手磁石の発生する磁界の影響を受けている。このため、磁石中心に近い磁束は、相手磁石と反対方向に相互の反発により折り曲げられる。その結果、折り曲げられた成分だけ円筒状部材6の半径方向からずれて円筒表面から出入りすることになり、電機子コイル12に対する有効磁束が減少することが推察できる。   A neodymium type is suitable as the type of magnet. The permanent magnet 8 is not limited to a columnar shape, that is, a solid one, and may be a cylindrical shape, for example. Thus, since the same magnetic pole of the permanent magnet 8 is arranged in close contact with each other, a very strong repulsive force is generated. FIG. 8 shows the magnetic characteristics of the permanent magnet 8 obtained by simulation. FIG. 8 shows the spatial distribution characteristics of the combined magnetic field, where the horizontal axis direction represents the axial distance of the cylindrical member 6 and the vertical axis direction represents the combined magnetic field when the same-polar magnets are brought into close contact with each other. A magnetic flux component that is formed in the radial direction of the cylindrical member 6 and perpendicularly enters and exits the surface of the cylindrical member 6 becomes an effective magnetic flux with respect to the armature coil 12 that is disposed so as to face the gap. However, in the linear motor 1 according to the embodiment of the present invention, since the magnetic fluxes of the same pole collide with each other on the contact surface, the magnetic flux close to the center of the magnet is compared with the opposite magnet from all directions compared to the magnetic flux on the outer periphery of the magnet. Is affected by the magnetic field generated. For this reason, the magnetic flux near the magnet center is bent by repulsion in the opposite direction to the counterpart magnet. As a result, the bent component is shifted from the radial direction of the cylindrical member 6 and enters and exits the cylindrical surface, and it can be inferred that the effective magnetic flux for the armature coil 12 is reduced.

円筒状部材6は、非磁性体で構成し、その比透磁率は、2.0以下が好ましい。円筒状部材6を磁性体で構成すると、磁束のほとんどが永久磁石8列→円筒状部材6→永久磁石8列で構成される磁気回路を流れ、電機子コイル12に達する有効磁束が減少するためである。   The cylindrical member 6 is made of a nonmagnetic material, and its relative permeability is preferably 2.0 or less. When the cylindrical member 6 is made of a magnetic material, most of the magnetic flux flows through a magnetic circuit composed of 8 rows of permanent magnets → cylindrical member 6 → 8 rows of permanent magnets, and the effective magnetic flux reaching the armature coil 12 is reduced. It is.

リニアモータ1の可動子(可動部)10には、円筒状部材6を挿通する挿通孔が形成されており、円筒状部材6の長手方向に可動可能に構成されている。可動子10は、電機子、電機子を収容する筐体、筐体に取り付けられる磁気式リニアエンコーダ(リニアセンサ)で構成されている。電機子には、3相の電機子コイル12が装着されている。   An insertion hole through which the cylindrical member 6 is inserted is formed in the movable element (movable part) 10 of the linear motor 1 and is configured to be movable in the longitudinal direction of the cylindrical member 6. The mover 10 includes an armature, a housing that houses the armature, and a magnetic linear encoder (linear sensor) attached to the housing. A three-phase armature coil 12 is attached to the armature.

図3は、リニアモータ1の側面から見た概略図で、図6は、図3の一部の拡大図である。磁気式リニアエンコーダでは、可動子の位置検出のための磁極パターンを形成するための磁気スケール部と、磁気スケール部の磁極パターンを検出するスケールヘッドを備えている。図3に示すように、本実施形態においては、磁気スケール部とスケールヘッドを、それぞれ個別にベース部2等に配設することなく、リニアモータ1の界磁ヨーク4に使用する永久磁石8列が、磁気式リニアエンコーダ16の被検出体である磁気スケール部19を兼用するように構成されている。更に、図3及び図6に示すように、2つの永久磁石8を密着させた構成したときの長さLpが、磁気スケール部19のスケールピッチLpとなるように構成されている。尚、それぞれの永久磁石8に寸法上のバラツキが存在する場合には、バラツキによる影響を解消するため、所望の補正を行うことができる。この補正の手法については、本発明の本旨ではないので、ここでは詳述しない。   FIG. 3 is a schematic view seen from the side of the linear motor 1, and FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG. The magnetic linear encoder includes a magnetic scale portion for forming a magnetic pole pattern for detecting the position of the mover, and a scale head for detecting the magnetic pole pattern of the magnetic scale portion. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the permanent array 8 used in the field yoke 4 of the linear motor 1 without separately arranging the magnetic scale portion and the scale head in the base portion 2 or the like. However, the magnetic scale unit 19 is also used as a detected body of the magnetic linear encoder 16. Further, as shown in FIGS. 3 and 6, the length Lp when the two permanent magnets 8 are in close contact with each other is configured to be the scale pitch Lp of the magnetic scale unit 19. In addition, when the variation in dimension exists in each permanent magnet 8, in order to eliminate the influence by variation, desired correction | amendment can be performed. Since this correction method is not the gist of the present invention, it will not be described in detail here.

可動子10側、すなわち電機子コイル12の一端部で、リニアモータ1の原点側に、磁気式リニアエンコーダ16のスケールヘッド18が装着されている。ここで、原点側とは、リニアモータ1が現在位置から移動するとき、位置を表わす情報量が増大する方向は原点から離れ、減少する方向は原点に近づくことを意味している。尚、スケールヘッド18の装着位置は、上記に限らず、例えば可動子10の中心位置に装着させてもよい。   A scale head 18 of a magnetic linear encoder 16 is mounted on the mover 10 side, that is, at one end of the armature coil 12, on the origin side of the linear motor 1. Here, the origin side means that when the linear motor 1 moves from the current position, the direction in which the amount of information representing the position increases away from the origin and the direction in which the information amount decreases decreases toward the origin. The mounting position of the scale head 18 is not limited to the above, and may be mounted at the center position of the mover 10, for example.

磁気式リニアエンコーダ16は、固定子の永久磁石8列(から)の磁束を検出するため、2個の第1の磁気検出部14を備えている。それぞれの第1の磁気検出部14は互いに電気角で90°位相差(スケールピッチLpの1/4波長に相当)をもつように配置され、その出力信号は2相となる。これにより、リニアモータ1の電気角とリニアモータ1の進行方向を検出することが可能となっている。   The magnetic linear encoder 16 includes two first magnetic detectors 14 for detecting the magnetic flux of the eight rows of permanent magnets of the stator. The first magnetic detectors 14 are arranged so as to have a phase difference of 90 ° in electrical angle (corresponding to a quarter wavelength of the scale pitch Lp), and their output signals have two phases. Thereby, the electrical angle of the linear motor 1 and the traveling direction of the linear motor 1 can be detected.

これら第1の磁気検出部14からは、スケールヘッド18の現在の位置情報の元となる2相正弦波のアナログ信号da,dbが出力される。これら第1の磁気検出部14としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。さらに、磁気式リニアエンコーダ16には、磁気特性急変部32(後述する)の磁気特性急変位置を検知するため、磁気特性急変位置検知部22が、電機子の長手方向にスケールヘッド18内に設けられている。磁気特性急変位置検知部22は、第1の磁気検出部14からの信号及び第2の磁気検出部20からの信号を処理・判定するものである。   From these first magnetic detection units 14, analog signals da and db of two-phase sine waves that are the basis of the current position information of the scale head 18 are output. These first magnetic detectors 14 are preferably Hall elements capable of linearly converting magnetism into electrical signals. Further, in the magnetic linear encoder 16, a magnetic characteristic sudden change position detection unit 22 is provided in the scale head 18 in the longitudinal direction of the armature in order to detect a magnetic characteristic sudden change position of a magnetic characteristic sudden change part 32 (described later). It has been. The magnetic property sudden change position detection unit 22 processes and determines a signal from the first magnetic detection unit 14 and a signal from the second magnetic detection unit 20.

第2の磁気検出部20は、第1の磁気検出部14に対して、電気角で位相が180°(スケールピッチLpの1/2波長に相当)ずれるように、リニアモータ1の移動方向に配置されている。第2の磁気検出部20からは、正弦波のアナログ信号dcが出力される。第2の磁気検出部20としては、磁気を直線的に電気信号に変換できるホール素子が好適である。   The second magnetic detection unit 20 moves in the moving direction of the linear motor 1 so that the phase is 180 ° (corresponding to 1/2 wavelength of the scale pitch Lp) in electrical angle with respect to the first magnetic detection unit 14. Has been placed. The second magnetic detector 20 outputs a sine wave analog signal dc. The second magnetic detection unit 20 is preferably a Hall element that can convert magnetism linearly into an electrical signal.

磁気特性急変位置検知部22は、例えば、第2の磁気検出部20の出力信号dcと、Lp/2波長分、位置がずれている方の第1の磁気検出部14(図6参照)の出力信号daを加算する加算回路(図示しない)と、その加算結果から磁気特性急変位置を判定するためのコンパレータ(図示しない)で構成することができる。   The magnetic characteristic sudden change position detection unit 22 is, for example, the output signal dc of the second magnetic detection unit 20 and the first magnetic detection unit 14 (see FIG. 6) whose position is shifted by Lp / 2 wavelengths. An addition circuit (not shown) for adding the output signal da and a comparator (not shown) for determining the magnetic characteristic sudden change position from the addition result can be configured.

2個の第1の磁気検出部14から出力されるアナログ信号da,db及び第2の磁気検出部20から出力されるアナログ信号dcの波形を、界磁ヨーク4に沿って示すと、図4のようになる。図4において、縦軸方向は磁束密度Br、横軸方向はスケールヘッド18の位置を表わしており、縦軸方向はその位置における永久磁石8列からの有効磁束の磁束密度Brを表わしていることになる。さらに、原点周辺の第1の磁気検出部14から出力されるアナログ信号da,db波形を部分拡大すると、図7(a)のようになる。   When the waveforms of the analog signals da and db output from the two first magnetic detectors 14 and the analog signal dc output from the second magnetic detector 20 are shown along the field yoke 4, FIG. become that way. In FIG. 4, the vertical axis direction represents the magnetic flux density Br, the horizontal axis direction represents the position of the scale head 18, and the vertical axis direction represents the magnetic flux density Br of the effective magnetic flux from the eight rows of permanent magnets at that position. become. Further, when the waveforms of the analog signals da and db output from the first magnetic detector 14 around the origin are partially enlarged, the result is as shown in FIG.

次に、本発明の実施形態に係るリニアモータ1のドライブシステム50について説明する。図10はドライブシステムの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、このドライブシステム50は、モータ駆動制御装置(サーボドライバ)30、磁気特性急変位置検知部22、位置情報変換器28、書込み可能なメモリ等である固定記憶部31から構成されている。第1の磁気検出部14から出力される2相正弦波のアナログ信号da,dbを入力して位置データに変換する位置情報変換器28と、外部からリニアモータ1に対して指示される位置指令(図示しない)と位置情報変換器28で得られたスケールヘッド18の現在位置の信号posによって、電機子コイル12に対する電流指令を演算するモータ駆動制御装置30とを接続している。   Next, the drive system 50 of the linear motor 1 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the drive system. As shown in FIG. 10, the drive system 50 includes a motor drive control device (servo driver) 30, a magnetic characteristic sudden change position detection unit 22, a position information converter 28, and a fixed storage unit 31 that is a writable memory. Has been. A position information converter 28 that receives analog signals da and db of a two-phase sine wave output from the first magnetic detection unit 14 and converts them into position data, and a position command instructed to the linear motor 1 from the outside. (Not shown) and a motor drive control device 30 for calculating a current command for the armature coil 12 are connected by a signal pos of the current position of the scale head 18 obtained by the position information converter 28.

モータ駆動制御装置(サーボドライバ)30は、例えば中央演算装置(またはマイクロプロセッサ)、ROM、RAM、入出力回路、及び電力増幅器等で構成される。   The motor drive control device (servo driver) 30 includes, for example, a central processing unit (or a microprocessor), a ROM, a RAM, an input / output circuit, a power amplifier, and the like.

第1の磁気検出部14からの磁気信号に基づいて、コイルに流す電流を制御しながらリニアモータ1を駆動制御する。   Based on the magnetic signal from the first magnetic detection unit 14, the linear motor 1 is driven and controlled while controlling the current flowing through the coil.

位置情報変換器28は、電機子コイル12の端部に取付けられたスケールヘッド18から読み取った可動子10の現在位置を示すアナログ信号、すなわち第1の磁気検出部14から出力される2相正弦波のアナログ信号da,dbを入力し、位置データに変換する。この位置情報変換器28は、位置変換器であると共に、スケールヘッド18の現在位置を表わす位置カウンタでもある。位置情報変換器28は、原点復帰が完了した時にモータ駆動制御装置30から出力されるリセット信号rst信号を受け取り、位置カウンタとしての値をゼロにする。   The position information converter 28 is an analog signal indicating the current position of the mover 10 read from the scale head 18 attached to the end of the armature coil 12, that is, a two-phase sine output from the first magnetic detection unit 14. Wave analog signals da and db are input and converted into position data. The position information converter 28 is not only a position converter but also a position counter representing the current position of the scale head 18. The position information converter 28 receives the reset signal rst signal output from the motor drive control device 30 when the origin return is completed, and sets the value as the position counter to zero.

モータ駆動制御装置30は、スケールヘッド18の現在位置の情報posに基づき電流指令を演算し、制御電流を給電線(図示しない)を介して可動子に送り、可動子の目標位置及び移動速度を制御する。   The motor drive control device 30 calculates a current command based on the current position information pos of the scale head 18, sends a control current to the mover via a power supply line (not shown), and determines the target position and moving speed of the mover. Control.

尚、上記した説明では、位置情報変換器28は、ドライブシステム50の1構成要素として独立したものとしたが、これに限ることはなく、磁気式リニアエンコーダ16の内部に配設してもよい。磁気式リニアエンコーダ16を、モータ駆動制御装置30の1構成要素として、その内部に配設してもよい。また、逆にモータ駆動制御装置30を、磁気式リニアエンコーダ16の1構成要素として、その内部に配設してもよい。   In the above description, the position information converter 28 is independent as one component of the drive system 50. However, the position information converter 28 is not limited to this and may be disposed inside the magnetic linear encoder 16. . The magnetic linear encoder 16 may be disposed inside the motor drive control device 30 as one component. Conversely, the motor drive control device 30 may be disposed inside the magnetic linear encoder 16 as one component.

磁気特性急変位置検知部22は、第1の磁気検出部14から出力されるアナログ信号da及び第2の磁気検出部20から出力されるアナログ信号dcを入力して、両信号を加算演算する。   The magnetic characteristic sudden change position detection unit 22 receives the analog signal da output from the first magnetic detection unit 14 and the analog signal dc output from the second magnetic detection unit 20, and adds both signals.

アナログ信号daとアナログ信号dcは位相が180度ずれていることから、da≒−dcの関係にある。したがって、両者を加算すると、相互に打ち消しあい、永久磁石8列が密着している箇所では、加算信号acの大きさはゼロに近いものとなる。ゼロとならないのは、個々の永久磁石8の磁気特性や形状、第1の磁気検出部14、第2の磁気検出部20にバラツキが存在するからである。   Since the analog signal da and the analog signal dc are 180 degrees out of phase, there is a relationship of da≈−dc. Therefore, when both are added, they cancel each other, and the magnitude of the addition signal ac is close to zero at the place where the permanent magnets 8 rows are in close contact. The reason why it does not become zero is that there are variations in the magnetic characteristics and shapes of the individual permanent magnets 8, the first magnetic detector 14, and the second magnetic detector 20.

そして、この加算信号acの大きさを処理(例えば、閾値処理)して、磁気特性急変位置を検知する。そして、磁気特性急変位置では、da≒−dcの関係が崩れるため、da+dcは大きな出力信号になる。この加算信号ac、すなわち合成センサ出力が、界磁ヨーク4の全体に亘ってどのように変化するかを示すと、図5のようになる。また、原点周辺での加算信号acの波形を拡大すると、図7(b)のようになる。上述した閾値処理に応じて、磁気特性急変位置検知部22は、磁気特性急変位置検知信号dth及び、オーバーラン信号dovをモータ駆動制御装置30に出力している。また、上述した閾値処理は、当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。   And the magnitude | size of this addition signal ac is processed (for example, threshold value process), and a magnetic characteristic sudden change position is detected. Then, at the position where the magnetic characteristics are suddenly changed, the relationship da≈−dc is broken, and da + dc becomes a large output signal. FIG. 5 shows how the addition signal ac, that is, the combined sensor output changes over the entire field yoke 4. Further, an enlarged waveform of the addition signal ac around the origin is as shown in FIG. In accordance with the threshold processing described above, the magnetic property sudden change position detection unit 22 outputs the magnetic property sudden change position detection signal dth and the overrun signal dov to the motor drive control device 30. Further, the threshold processing described above can be set as appropriate according to the accuracy required for the transport apparatus to which the linear motor is applied.

尚、磁気特性急変位置検知部22は、磁気式リニアエンコーダ16の1構成要素として、その内部に配設してもよい。更に、磁気式リニアエンコーダ16を、モータ駆動制御装置30の1構成要素として、その内部に配設することは可能であるから、磁気特性急変位置検知部22は、モータ駆動制御装置30の内部に配設することも可能である。   Note that the magnetic property sudden change position detector 22 may be disposed inside the magnetic linear encoder 16 as one component. Furthermore, since the magnetic linear encoder 16 can be disposed as one component of the motor drive control device 30, the magnetic characteristic sudden change position detector 22 is provided inside the motor drive control device 30. It is also possible to arrange.

<磁気特性急変部>
本発明の実施形態に係るリニアモータでは、図3に示すように、複数の永久磁石8を密着して配列した両端部に、磁気特性急変部32が、界磁ヨーク4の一部として設けられている。尚、図3中、左端に設けられる磁気特性急変部32は、リニアモータの原点位置検出用に利用され、右端に設けられる磁気特性急変部32は、オーバーラン位置検出用として利用される。
<Abrupt change in magnetic properties>
In the linear motor according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, a magnetic characteristic sudden change portion 32 is provided as a part of the field yoke 4 at both ends where a plurality of permanent magnets 8 are closely arranged. ing. In FIG. 3, the magnetic characteristic sudden change part 32 provided at the left end is used for detecting the origin position of the linear motor, and the magnetic characteristic sudden change part 32 provided at the right end is used for overrun position detection.

磁気特性急変部32は、非磁性体で構成しても磁性体で構成してもよい。尚、比透磁率rが50以上の材料が好ましく、比透磁率rが100以上の材料であれば更に好ましく、比透磁率rが10000以上の材料が最も好適である。   The magnetic characteristic sudden change portion 32 may be made of a non-magnetic material or a magnetic material. A material having a relative permeability r of 50 or more is preferable, a material having a relative permeability r of 100 or more is more preferable, and a material having a relative permeability r of 10,000 or more is most preferable.

また、磁気特性急変部32の材質としては、例えば、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼(例えば、SUS304)等の非磁性材料が利用可能である。更に、比透磁率が高い磁性体材料として、磁性ステンレス鋼、軟鋼、珪素鉄BFM、炭素鋼、または低炭素鋼等の利用がより好ましい。   Moreover, as a material of the magnetic characteristic sudden change part 32, nonmagnetic materials, such as an aluminum alloy, a copper alloy, nonmagnetic stainless steel (for example, SUS304), can be utilized, for example. Furthermore, it is more preferable to use magnetic stainless steel, mild steel, silicon iron BFM, carbon steel, low carbon steel or the like as a magnetic material having a high relative permeability.

磁気特性急変部32のリニアモータ1の移動方向の厚さ(長さ)は、1個の永久磁石8の磁化方向の長さより短いものも利用可能であるが、永久磁石8の磁化方向の長さより長いものが好ましい。磁気特性急変位置検知部22によって安定的に磁気特性急変位置を検知するためである。磁気特性急変部32は、円筒状部材6の内径と略同じ大きさの外径を有し、外周部に接着剤を塗布した後、円筒状部材6の一端から圧入し、または、カシメにて、円筒状部材6に固定もしくは固着するのが好ましい。   Although the thickness (length) of the linear motor 1 in the moving direction of the magnetic characteristic sudden change portion 32 can be shorter than the length of the magnetization direction of one permanent magnet 8, the length of the magnetization direction of the permanent magnet 8 can be used. Longer than this is preferable. This is because the magnetic characteristic sudden change position detector 22 stably detects the magnetic characteristic sudden change position. The suddenly changing magnetic characteristic portion 32 has an outer diameter that is substantially the same as the inner diameter of the cylindrical member 6, and after applying an adhesive to the outer peripheral portion, press-fit from one end of the cylindrical member 6 or by caulking The cylindrical member 6 is preferably fixed or fixed to the cylindrical member 6.

仮に、永久磁石8列の端部に磁気特性急変部32を配設することなく、空隙とした場合、端部を出た磁束は、直ぐに端部に位置する永久磁石8自身の異極に戻ろうとする。これに対して、永久磁石8列の端部に磁気特性急変部32を配設した場合には、端部を出た磁束は、磁気特性急変部32を通り端部に位置する永久磁石8自身の異極に戻ろうとする。しかも、磁気特性急変部32の材料を高い比透磁率のものとすれば、端部を出た磁束の描くループはより顕著なものとなる。   If the magnetic characteristic suddenly changing portion 32 is not disposed at the end of the permanent magnet 8 row and the air gap is formed, the magnetic flux exiting the end immediately returns to the different polarity of the permanent magnet 8 itself located at the end. I will try. On the other hand, when the magnetic characteristic sudden change portion 32 is arranged at the end of the row of permanent magnets 8, the magnetic flux exiting the end passes through the magnetic characteristic sudden change portion 32 and the permanent magnet 8 itself located at the end. Trying to return to the opposite. In addition, if the material of the magnetic property sudden change portion 32 is made of a high relative permeability, the loop drawn by the magnetic flux exiting the end portion becomes more prominent.

しかも、磁気検出器は、それと直交する磁束に対しては、大きく反応する。 Moreover, the magnetic detector reacts greatly to magnetic fluxes orthogonal to it.

すなわち、図3に示す永久磁石8列と磁気特性急変部32の配列、及び、図5に示す合成センサ出力acの波形から明らかなように、可動子10の移動指令に基づく移動方向Xと、合成センサ出力acの出力信号を両方とも監視することにより、可動子10のオーバーランが発生した場合、その検知が可能である。図3に示す永久磁石8列の左端部または右端部において、可動子10のオーバーランが発生した場合、図5に示すように、合成センサ出力acの出力が急に大きくなることがわかる。そこで、変化磁気特性急変位置検知部22により、合成センサ出力acの出力が所定の大きさより大きく変化した状態を閾値処理することにより、可動子10のオーバーラン状態を検知することが可能である。ここでの、閾値処理は、例えば当該リニアモータが適用される搬送装置に要求される精度に応じて、適宜、設定することができる。   That is, as is apparent from the array of the permanent magnets 8 and the sudden change in magnetic characteristics 32 shown in FIG. 3 and the waveform of the combined sensor output ac shown in FIG. By monitoring both output signals of the combined sensor output ac, it is possible to detect the occurrence of an overrun of the mover 10. It can be seen that when the overrun of the mover 10 occurs at the left end or the right end of the eight rows of permanent magnets shown in FIG. 3, the output of the combined sensor output ac suddenly increases as shown in FIG. Therefore, it is possible to detect the overrun state of the mover 10 by performing threshold processing on a state in which the output of the combined sensor output ac has changed more than a predetermined magnitude by the change magnetic characteristic sudden change position detection unit 22. The threshold processing here can be appropriately set according to, for example, the accuracy required for the transport apparatus to which the linear motor is applied.

このようにして、通常の運転制御中、可動子10が図3の右端において右方向に移動中、磁気特性急変位置検知部22により、図5に示す右端位置x4を閾値処理により検知した場合、この位置x4を、可動子10の右端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。同様の処理により、通常の運転制御中、可動子10が図3の左端において左方向に移動中、原点設定基準位置x1(後述する)を閾値処理により検知した場合、この位置を、可動子10の左端部オーバーラン状態の検知に利用可能である。リニアモータにおいては、原点位置の確立が容易になされることが望まれる。そこで、参考までに、原点設定処理中の可動子に対する運転指令の一例を図7(c)に示す。ここでは、原点位置の確立については本願発明の趣旨からずれるので詳述しない。   In this way, during normal operation control, when the mover 10 is moving rightward at the right end of FIG. 3, the magnetic characteristic sudden change position detector 22 detects the right end position x4 shown in FIG. This position x4 can be used for detecting the right end overrun state of the mover 10. If the origin setting reference position x1 (described later) is detected by threshold processing during normal operation control and the mover 10 is moving leftward at the left end of FIG. It can be used to detect an overrun condition at the left end of the. In a linear motor, it is desired that the origin position is easily established. For reference, an example of an operation command for the mover during the origin setting process is shown in FIG. Here, the establishment of the origin position is not described in detail because it deviates from the gist of the present invention.

図3、図6に示すように、磁気特性急変部32として、円筒状部材6の内部に永久磁石8と略同じ大きさの直径を有する中実の非磁性ステンレス鋼のSUS304(比透磁率1.0008)を使用した場合のアナログ信号の加算信号acを、図11の曲線gaに示す。図11において、横軸はスケールヘッドの位置を表わし、縦軸は合成センサ出力信号の大きさを表わしている。   As shown in FIG. 3 and FIG. 6, as the magnetic property sudden change portion 32, solid nonmagnetic stainless steel SUS304 (relative magnetic permeability 1) having a diameter substantially the same as that of the permanent magnet 8 inside the cylindrical member 6. .0008) is shown by a curve ga in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the position of the scale head, and the vertical axis represents the magnitude of the combined sensor output signal.

ここで、磁気特性急変部の変形例を説明する。図13に示す磁気特性急変部32bは、比透磁率r=10000の高比透磁率磁性体33で、その直径が永久磁石8の半分の大きさのものを軸心部に使用し、その外側に非磁性ステンレス鋼(SUS304)34を使用したものである。このように磁気特性急変部32bを構成した場合のアナログ信号の加算信号acを、図11の曲線gbに示す。   Here, a modified example of the magnetic characteristic sudden change portion will be described. 13 is a high-permeability magnetic body 33 having a relative permeability r = 10000 and a diameter half that of the permanent magnet 8 is used for the axial center portion, and the outside thereof. In addition, nonmagnetic stainless steel (SUS304) 34 is used. The addition signal ac of the analog signal when the magnetic characteristic sudden change portion 32b is configured in this way is shown by a curve gb in FIG.

更に、図14に示す磁気特性急変部32cは、比透磁率r=10000の高比透磁率磁性体で、その直径が永久磁石8と同一の大きさのものを使用したものである。この変形例のアナログ信号の加算信号acを、図11の曲線gcに示す。図11に示される磁気特性曲線群ga〜gcから、磁気特性急変部の材質としては、非磁性体または磁性体の何れの材料でも利用可能なことが理解できる。   14 is a high relative permeability magnetic body having a relative permeability r = 10000 and having a diameter that is the same as that of the permanent magnet 8. An addition signal ac of the analog signal of this modification is shown by a curve gc in FIG. From the magnetic characteristic curve groups ga to gc shown in FIG. 11, it can be understood that any material of a non-magnetic material or a magnetic material can be used as the material of the magnetic property sudden change portion.

以上のことを踏まえて、磁気特性急変部の材質を変えたときの磁気特性について、発明者らの行ったシミュレーション結果を示すと図12のようになる。図12に示すシミュレーション結果から、少なくとも比透磁率rが50以上の磁性体を含む材料を利用するのが好ましく、比透磁率rが100以上の磁性体を含む材料を利用するのがより好ましく、比透磁率rが10000以上の磁性体を含む材料を利用するのが更に好ましいことが理解できる。   Based on the above, FIG. 12 shows a simulation result performed by the inventors for the magnetic characteristics when the material of the magnetic characteristic sudden change portion is changed. From the simulation results shown in FIG. 12, it is preferable to use at least a material containing a magnetic body having a relative permeability r of 50 or more, more preferably using a material containing a magnetic body having a relative permeability r of 100 or more, It can be understood that it is more preferable to use a material containing a magnetic material having a relative permeability r of 10,000 or more.

また、磁気特性急変部の位置については、上記した実施形態に限られることはなく、いくつかのバリエーションが可能であることは言うまでもない。例えば、磁石列の端部側ではなく、界磁ヨークの途中に磁気特性急変部を配設することができる。さらに、磁気特性急変部を磁石列の端部側と界磁ヨークの途中にと、複数個所に配設することもできる。   Further, the position of the magnetic characteristic sudden change portion is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that several variations are possible. For example, the magnetic characteristic sudden change portion can be disposed not in the end portion side of the magnet row but in the middle of the field yoke. Furthermore, the magnetic characteristic sudden change portions can be disposed at a plurality of locations, such as at the end of the magnet row and in the middle of the field yoke.

本実施形態によれば、比透磁率が小さな円筒状部材の中空部に、複数の永久磁石を同一磁極を対向して密着させ、直列状に配設しているので、モータ推力の強いリニアモータが得られる。また、リニアエンコーダのリニアスケール部品としてリニアモータの一部である永久磁石列を利用して兼用させているので、光学式エンコーダで発生する塵芥や汚れの付着による検出感度低下がなく、耐環境性に優れたリニアモータを実現できる。   According to the present embodiment, since a plurality of permanent magnets are placed in close contact with each other in the hollow portion of a cylindrical member having a small relative permeability and arranged in series, a linear motor with strong motor thrust Is obtained. In addition, the permanent magnet array that is part of the linear motor is also used as the linear scale part of the linear encoder, so there is no reduction in detection sensitivity due to dust and dirt adhering to the optical encoder. An excellent linear motor can be realized.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。図15に示されるリニアモータ1aの構成は、第1の実施形態におけるリニアモータ1の構成とは、以下の諸点が異なっている。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described. The configuration of the linear motor 1a shown in FIG. 15 is different from the configuration of the linear motor 1 in the first embodiment in the following points.

この実施形態では、同じ磁極(N極−N極、または、S極−S極同士)を対向、且つ、密着させる永久磁石の配列組立て作業を改善すると共に、電機子コイルに鎖交する有効磁束が、第1の実施形態におけるリニアモータ1よりも大きくなるように配置し、推力をより向上させたリニアモータである。   In this embodiment, the effective magnetic flux linked to the armature coil is improved while improving the assembling work of the permanent magnets in which the same magnetic poles (N pole-N pole, or S pole-S poles) are opposed to and in close contact with each other. However, the linear motor is arranged so as to be larger than the linear motor 1 in the first embodiment, and the thrust is further improved.

一般的に、リニアモータの界磁用永久磁石8として希土類磁石でネオジム系磁石を使用した場合、非常に強力な磁界を発生できる。図8に示すように、非磁性体の円筒状部材6の中空部内に、円柱形状のネオジム系磁石8の同じ磁極を対向させ、且つ、密着させて設置した状態で組立てる場合、同一磁極の磁石が対向しているので、非常に強力な反発力が発生する。そのため、相互に強力な反発力で離間しようとしている物体同士を密着させ接合する組立て作業は、非常な困難を伴う。   In general, when a rare earth magnet is used as the field permanent magnet 8 of the linear motor, a very strong magnetic field can be generated. As shown in FIG. 8, when assembling the same magnetic pole of a columnar neodymium magnet 8 in the hollow portion of a non-magnetic cylindrical member 6 so as to face each other and in close contact with each other, Since they face each other, a very strong repulsive force is generated. Therefore, the assembling work for bringing the objects that are going to be separated with a strong repulsive force into close contact with each other is extremely difficult.

また、リニアモータの推力となる永久磁石の有効磁界成分は、磁気抵抗の大きな空隙空中部を透過して電機子コイルに到達するよりは、磁気抵抗の小さい円筒状部材6の内部により多く透過する。図9に示すように、高比透磁率の円筒状部材6を使用して、その中空部に磁石列を収納した場合、リニアモータの推力は、大きな比透磁率mを有する円筒状部材6を使用すると、小さな比透磁率mを有する円筒状部材6と比較して低下することが理解できる。したがって、円筒状部材6は、非磁性体で構成し、その比透磁率は2.0以下が好ましい。   Further, the effective magnetic field component of the permanent magnet, which is the thrust of the linear motor, permeates more into the inside of the cylindrical member 6 with a low magnetic resistance than through the air gap portion with a large magnetic resistance to reach the armature coil. . As shown in FIG. 9, when a cylindrical member 6 having a high relative permeability is used and a magnet row is accommodated in the hollow portion, the thrust of the linear motor is such that the cylindrical member 6 having a large relative permeability m is When used, it can be understood that it is lower than that of the cylindrical member 6 having a small relative permeability m. Therefore, the cylindrical member 6 is made of a non-magnetic material, and its relative permeability is preferably 2.0 or less.

図15に示すように、同一の形状、寸法を備え、円筒状部材6の長手方向に磁化させた2個の永久磁石8を、同じ磁極を対向させると共に、所定の厚さを有するスペーサ36をこれら永久磁石8の間に介挿し、密着させて1組の磁石体38を形成している。スペーサ36は、比透磁率n(但し、nは、1.5以上)を有する部材で構成し、磁性体であってもよい。   As shown in FIG. 15, two permanent magnets 8 having the same shape and dimensions and magnetized in the longitudinal direction of the cylindrical member 6 are opposed to the same magnetic pole, and a spacer 36 having a predetermined thickness is provided. A pair of magnet bodies 38 is formed by interposing between the permanent magnets 8 and closely contacting them. The spacer 36 is composed of a member having a relative magnetic permeability n (where n is 1.5 or more), and may be a magnetic body.

上記磁石体38を、中空部を有する円筒状部材6内に、複数個、隣り合わせに並べて直列状に配置する。円筒状部材6内に配置された複数個の磁石体38は、互いに隣り合う磁石体38の端部の永久磁石8が、相互に異なる磁極を対向して密着し、界磁ヨーク4を構成する。   In the cylindrical member 6 having a hollow portion, a plurality of the magnet bodies 38 are arranged side by side and arranged in series. In the plurality of magnet bodies 38 arranged in the cylindrical member 6, the permanent magnets 8 at the ends of the magnet bodies 38 adjacent to each other are in close contact with each other with different magnetic poles to form the field yoke 4. .

スペーサ36の厚さは、円筒状部材6の板厚よりも厚いものが好ましい。スペーサ36の比透磁率nは、円筒状部材6の比透磁率mよりも、0.5以上大きいものが好ましい。尚、スペーサ36の比透磁率nが、円筒状部材6の比透磁率mより10以上大きいとより好ましく、比透磁率nが、円筒状部材6の比透磁率mより50以上大きいと更に好ましく、比透磁率nが、円筒状部材6の比透磁率mより100以上大きいと一段と好ましい。即ち、スペーサ36の比透磁率nが、円筒状部材6の比透磁率mより大きければ大きい部材ほど、磁石体38を構成する各永久磁石8の端部から電機子コイル12に向けて、より有効な磁束を空中に供給でき、リニアモータ1aの推力を増強する効果が期待できる。   The spacer 36 is preferably thicker than the plate thickness of the cylindrical member 6. The relative permeability n of the spacer 36 is preferably 0.5 or more larger than the relative permeability m of the cylindrical member 6. The relative permeability n of the spacer 36 is more preferably 10 or more than the relative permeability m of the cylindrical member 6, and the relative permeability n is more preferably 50 or more than the relative permeability m of the cylindrical member 6. The relative permeability n is more preferably 100 or more than the relative permeability m of the cylindrical member 6. That is, as the relative permeability n of the spacer 36 is larger than the relative permeability m of the cylindrical member 6, the member from the end of each permanent magnet 8 constituting the magnet body 38 toward the armature coil 12 is more Effective magnetic flux can be supplied to the air, and the effect of enhancing the thrust of the linear motor 1a can be expected.

かかる構成のリニアモータ1aでは、磁石体38が、リニアモータ1aの界磁と磁気式リニアエンコーダ16aの被検出体である磁気スケール部19aを兼用して構成している。図15に示すように、スペーサ36の両面にN極永久磁石8を密着させ配置した磁石体38と、スペーサ36の両面にS極永久磁石8を密着させ配置した磁石体38をペアとし、異なる磁極面同士で対向させて密着させて構成したときの長さLqが、磁気スケール部19aの基本単位となる。従って、磁気スケール部19aのスケールピッチは、Lqとなる。   In the linear motor 1a having such a configuration, the magnet body 38 is configured to serve as both the field of the linear motor 1a and the magnetic scale portion 19a that is the detected body of the magnetic linear encoder 16a. As shown in FIG. 15, the magnet body 38 in which the N pole permanent magnets 8 are disposed in close contact with both surfaces of the spacer 36 and the magnet body 38 in which the S pole permanent magnets 8 are disposed in close contact with both surfaces of the spacer 36 are paired. A length Lq when the magnetic pole faces are opposed to each other and are in close contact with each other is a basic unit of the magnetic scale portion 19a. Therefore, the scale pitch of the magnetic scale portion 19a is Lq.

また、図15に示すように、複数の磁石体38が直列に配設された左右両端部に、磁石体38の磁気特性を急激に変化せしめる磁気特性急変部32cが配設されている。この磁気特性急変部32cは、比透磁率rが100以上、より好ましくは、10000以上の磁性体が好適である。磁気特性急変部32cは、第1の実施形態と同様に、原点またはオーバーラン点の検出用に設けられている。   Further, as shown in FIG. 15, magnetic characteristic sudden change portions 32 c that abruptly change the magnetic characteristics of the magnet body 38 are disposed at the left and right ends where the plurality of magnet bodies 38 are disposed in series. The magnetic property sudden change portion 32c is preferably a magnetic material having a relative permeability r of 100 or more, more preferably 10,000 or more. The magnetic characteristic sudden change portion 32c is provided for detecting the origin or overrun point, as in the first embodiment.

リニアモータ1aの可動子(可動部)10には、円筒状部材6を挿通する挿通孔が形成されており、円筒状部材6の長手方向に可動可能に構成されている。可動子10は、電機子、電機子を収容する筐体、筐体に取り付けられる磁気式リニアエンコーダ16a(リニアセンサ)で構成されている。また、磁気式リニアエンコーダ16aの磁気スケール部19aが、界磁ヨーク4で兼用されているのは、第1の実施形態と同様である。電機子には、3相の電機子コイル12が装着されている。   An insertion hole through which the cylindrical member 6 is inserted is formed in the mover (movable part) 10 of the linear motor 1 a and is configured to be movable in the longitudinal direction of the cylindrical member 6. The mover 10 includes an armature, a housing that houses the armature, and a magnetic linear encoder 16a (linear sensor) attached to the housing. Further, the magnetic scale portion 19a of the magnetic linear encoder 16a is also used as the field yoke 4 as in the first embodiment. A three-phase armature coil 12 is attached to the armature.

磁気式リニアエンコーダ16aのスケールヘッド18aは、電機子コイル12に隣接して電機子の長手方向(図15においてX方向)に沿って設けられ、相互に電気角で位相が90°(スケールピッチLqの1/4波長に相当)ずれるようにした第1の磁気検出部14を2個配置して構成されている。これにより、リニアモータの電気角とリニアモータの進行方向を検出することが可能となっている。更に、可動子側に、第1の磁気検出部14から電気角で位相が180°(スケールピッチLqの1/2波長に相当)ずれるようにした第2の磁気検出部20が配置されている。   The scale head 18a of the magnetic linear encoder 16a is provided adjacent to the armature coil 12 along the longitudinal direction of the armature (X direction in FIG. 15), and has an electrical angle of 90 ° (scale pitch Lq). The first magnetic detectors 14 are arranged so as to be shifted from each other (corresponding to a quarter wavelength). Thereby, it is possible to detect the electrical angle of the linear motor and the traveling direction of the linear motor. Further, a second magnetic detection unit 20 is arranged on the movable element side so that the phase is shifted by 180 ° (corresponding to a half wavelength of the scale pitch Lq) from the first magnetic detection unit 14. .

磁気式リニアエンコーダ16aでは、第1の磁気検出部14から出力される2相正弦波のアナログ信号da,dbを演算処理して現在位置信号を生成する。さらに、第1の磁気検出部14から出力されるアナログ信号daと第2の磁気検出部20から出力されるアナログ信号dcを加算演算し、例えば閾値処理して磁気特性急変位置を検知する、磁気特性急変位置検知部22がスケールヘッド18a内に設けられている。   In the magnetic linear encoder 16a, the two-phase sine wave analog signals da and db output from the first magnetic detection unit 14 are processed to generate a current position signal. Further, the analog signal da output from the first magnetic detection unit 14 and the analog signal dc output from the second magnetic detection unit 20 are added and calculated, for example, threshold processing is performed to detect a magnetic property sudden change position. A characteristic sudden change position detector 22 is provided in the scale head 18a.

しかして、磁気式リニアエンコーダ16と磁気式リニアエンコーダ16aとを比較すると、リニアエンコーダのリニアスケールのスケールピッチがLpからLqに変更されるだけで、その動作は、第1の実施形態の場合とまったく同様である。   Thus, when comparing the magnetic linear encoder 16 and the magnetic linear encoder 16a, only the scale pitch of the linear scale of the linear encoder is changed from Lp to Lq, and the operation is the same as in the case of the first embodiment. Exactly the same.

本実施形態に係るリニアモータ1aでは、第1の実施形態における永久磁石の配列に比べ、その永久磁石の配列が、複雑な構成となっている。そのため、電機子コイル12が移動する空間部分の磁界分布(磁気プロファイル)も複雑に変化する。そこで、リニアモータ1aをより精密に制御し、より振動を低減させた状態で高速に加減速制御するために、予め、磁気スケール部19aの左端から右端まで走査し、リニアモータ1aの磁石体38の磁気プロファイルを作成して、モータ制御装置30内に設けられたバッテリーバックアップしたRAMや再書込み可能な固定記憶部31等に、記憶・保存させておくことが好ましい。   In the linear motor 1a according to the present embodiment, the arrangement of the permanent magnets is more complicated than the arrangement of the permanent magnets in the first embodiment. Therefore, the magnetic field distribution (magnetic profile) in the space where the armature coil 12 moves also changes in a complicated manner. Therefore, in order to control the linear motor 1a more precisely and to perform acceleration / deceleration control at a high speed in a state where vibration is further reduced, the magnetic body 38 of the linear motor 1a is scanned in advance from the left end to the right end of the magnetic scale portion 19a. Is preferably stored and stored in a battery-backed RAM, a rewritable fixed storage unit 31, or the like provided in the motor control device 30.

磁石体38の磁気プロファイルの作成について説明する。図16は、磁気プロファイルの作成に使用されるシステムの構成を示す概略図である。リニアモータ1aの組立てが完了した時点で、予めリニアモータ1aと並設して、レーザー測距計や精密な磁気式リニアスケール等の絶対位置計測器44−46を設置し、可動子10と44とを、連結子42により連結しておく。パーソナル・コンピュータ等の制御装置48により、リニアモータ1aの左端から右端まで、所定の間隔で、絶対位置と共に、磁束密度等を測定する。かかる磁気プロファイル・データを、適当な圧縮手法を用いて圧縮する。圧縮手法としては、例えば磁気プロファイル・データをフーリエ変換してその係数だけを記憶する手法が好適である。圧縮データを制御装置48からモータ駆動制御装置30に転送し、再書込み可能ROM等に記憶する。尚、図16に示すように、界磁ヨークはクランプ金具40で固定することができる。   Creation of the magnetic profile of the magnet body 38 will be described. FIG. 16 is a schematic diagram showing the configuration of a system used for creating a magnetic profile. When the assembly of the linear motor 1a is completed, an absolute position measuring device 44-46 such as a laser range finder or a precise magnetic linear scale is installed in parallel with the linear motor 1a in advance. Are connected by a connector 42. A control device 48 such as a personal computer measures the magnetic flux density and the like together with the absolute position at predetermined intervals from the left end to the right end of the linear motor 1a. Such magnetic profile data is compressed using a suitable compression technique. As the compression method, for example, a method of Fourier-transforming magnetic profile data and storing only the coefficients is suitable. The compressed data is transferred from the controller 48 to the motor drive controller 30 and stored in a rewritable ROM or the like. As shown in FIG. 16, the field yoke can be fixed by a clamp fitting 40.

次に、2種類の磁石体38が交互に密着されている磁石体38の左右端部について、変形例を説明する。図15の左端部に示す構成の場合には、磁気式リニアエンコーダ16a及び磁気特性急変位置検知部32cにより、図7(a)と同様に、例えばA相アナログ信号のゼロクロス位置hpAを原点とすることが出来る。図17の左端部に示す磁石体38の左端に更に永久磁石8のS極を密着させた構成の場合には、磁気式リニアエンコーダ16a及び磁気特性急変位置検知部32cにより、図18に示すように、例えばB相アナログ信号のゼロクロス位置hpBを原点とすることが出来る。また、図19の左端部に示す磁石体38の左端が永久磁石8のS極の構成の場合には、磁気式リニアエンコーダ16a及び磁気特性急変位置検知部32cにより、図20に示すように、例えばA相アナログ信号のゼロクロス位置hpCを原点とすることが出来る。また、図21の左端部に示す磁石体38の左端に更に永久磁石8のN極を密着させた構成の場合には、磁気式リニアエンコーダ16a及び磁気特性急変位置検知部32cにより、図22に示すように、例えばB相アナログ信号のゼロクロス位置hpDを原点とすることが出来る。いずれも、ゼロクロス点を利用することのメリットは、磁石が発生する磁束の大小関係なく同じ位置にあるので、閾値が磁石に関係なく固定でき、設定が容易であるからである。さらに、数あるゼロクロス点の中でもhpA〜hpDを利用するのは、これらhpA〜hpDの位置付近から磁束が安定し推力も安定して出せるためである。   Next, a modified example will be described for the left and right end portions of the magnet body 38 in which two types of magnet bodies 38 are alternately in close contact. In the case of the configuration shown at the left end of FIG. 15, the magnetic linear encoder 16a and the magnetic characteristic sudden change position detection unit 32c use, for example, the zero-cross position hpA of the A-phase analog signal as the origin, as in FIG. 7A. I can do it. In the configuration in which the south pole of the permanent magnet 8 is further in close contact with the left end of the magnet body 38 shown in the left end portion of FIG. 17, the magnetic linear encoder 16a and the magnetic property sudden change position detecting portion 32c are used as shown in FIG. For example, the zero-cross position hpB of the B-phase analog signal can be set as the origin. Further, in the case where the left end of the magnet body 38 shown in the left end portion of FIG. 19 has the south pole configuration of the permanent magnet 8, as shown in FIG. 20, by the magnetic linear encoder 16a and the magnetic property sudden change position detection unit 32c, For example, the zero-cross position hpC of the A-phase analog signal can be set as the origin. Further, in the case of the configuration in which the N pole of the permanent magnet 8 is further in close contact with the left end of the magnet body 38 shown in the left end portion of FIG. 21, the magnetic linear encoder 16a and the magnetic property sudden change position detection unit 32c can be used as shown in FIG. As shown, for example, the zero-cross position hpD of the B-phase analog signal can be set as the origin. In any case, the advantage of using the zero cross point is that the threshold value can be fixed regardless of the magnet and can be easily set because it is in the same position regardless of the magnitude of the magnetic flux generated by the magnet. Further, the reason why hpA to hpD are used among the many zero cross points is that the magnetic flux is stabilized and the thrust can be stably generated from the vicinity of the positions of hpA to hpD.

本発明者らは、磁石体38を構成する永久磁石8及びスペーサ36の形状と寸法関係が、永久磁石外周空間の磁界分布にどのように影響を与えるか検討した。まず、図23に示すように、永久磁石8の磁化方向の長さL1とスペーサ36の軸方向の長さtを合成した長さをL=L1+tとし、永久磁石8の外径をDとする。   The inventors examined how the shape and dimensional relationship of the permanent magnets 8 and the spacers 36 constituting the magnet body 38 affect the magnetic field distribution in the permanent magnet outer circumferential space. First, as shown in FIG. 23, the combined length L1 of the permanent magnet 8 and the axial length t of the spacer 36 is L = L1 + t, and the outer diameter of the permanent magnet 8 is D. .

永久磁石外周空間の磁界分布の変化を検討したところ、図24に示すような特性図が得られた。図24では、スペーサ36の長さtと合成長さLとの比を演算して、横軸を正規化して示している。永久磁石8の外径Dと合成長さLとの比D/Lの値を、種々、変化させた場合、例えば、スペーサ36の相対比透磁率を100とすると、図24の縦軸に示すような磁束密度の増加率が計測できた。即ち、永久磁石8と永久磁石8の間にスペーサ36を挿入し、その形状を適切に選択すると、永久磁石8の周辺外部の磁界を効果的に増加させることが可能であることがわかる。   When the change in the magnetic field distribution in the outer peripheral space of the permanent magnet was examined, a characteristic diagram as shown in FIG. 24 was obtained. In FIG. 24, the ratio between the length t of the spacer 36 and the combined length L is calculated, and the horizontal axis is normalized. When the value of the ratio D / L between the outer diameter D and the combined length L of the permanent magnet 8 is variously changed, for example, assuming that the relative relative permeability of the spacer 36 is 100, the vertical axis in FIG. The increase rate of magnetic flux density was measured. That is, it can be seen that the magnetic field outside the periphery of the permanent magnet 8 can be effectively increased by inserting the spacer 36 between the permanent magnet 8 and selecting the shape appropriately.

図24によれば、スペーサ36の相対比透磁率が100前後の場合、外径Dと合成長さLとの比D/Lの値が0.1では、永久磁石8の周辺外部の磁界に、磁束密度の増加は観測できない。外径Dと合成長さLとの比D/Lの値が0.3以上であれば、永久磁石8の形状及びスペーサ36の長さtを適切に選択すると、永久磁石8の周辺外部の磁界に、磁束密度の増加をもたらすことが可能である。特に、外径Dと合成長さLとの比D/Lの値が1以上であれば、効果的に、永久磁石8の周辺外部の磁界に、磁束密度の増加をもたらすことが可能である。尚、スペーサ36の比透磁率がより大きな部材を使用すると、より小さな外径Dと合成長さLとの比D/Lの値に対しても、永久磁石8の周辺外部の磁界に、磁束密度の増加をもたらすことが可能である。   According to FIG. 24, when the relative relative permeability of the spacer 36 is around 100, the magnetic field outside the periphery of the permanent magnet 8 is obtained when the ratio D / L of the outer diameter D and the combined length L is 0.1. An increase in magnetic flux density cannot be observed. If the value of the ratio D / L between the outer diameter D and the combined length L is 0.3 or more, when the shape of the permanent magnet 8 and the length t of the spacer 36 are appropriately selected, It is possible to increase the magnetic flux density in the magnetic field. In particular, if the value of the ratio D / L between the outer diameter D and the combined length L is 1 or more, it is possible to effectively increase the magnetic flux density in the magnetic field outside the periphery of the permanent magnet 8. . When a member having a larger relative permeability of the spacer 36 is used, the magnetic flux outside the periphery of the permanent magnet 8 is affected by the magnetic field outside the permanent magnet 8 even for the smaller value D / L of the outer diameter D and the combined length L. It is possible to bring about an increase in density.

スペーサ36の長さ(厚さ)tに関しては、合成長さLとの比t/Lが、図24の横軸から、概ね、0.005から0.3の範囲で、永久磁石8の周辺外部の磁界に、磁束密度の増加をもたらすことが可能であり、0.01から0.2の範囲であれば、より好ましいことがわかる。   Regarding the length (thickness) t of the spacer 36, the ratio t / L to the composite length L is generally in the range of 0.005 to 0.3 from the horizontal axis in FIG. It can be seen that it is possible to increase the magnetic flux density in the external magnetic field, and a range of 0.01 to 0.2 is more preferable.

形状パラメータを、外径Dと合成長さLとの比D/L=1,スペーサ36の長さtと永久磁石8とスペーサ36との合成長さLとの比t/L=0.05と設定し、更に、円筒状部材6の比透磁率を1.1に設定して、スペーサ36の比透磁率を1.0から10000の範囲で変化させ、円筒状部材6の外側で、半径方向に永久磁石8の外周面から3mmの位置(電機子コイル12の中心位置)における磁束密度の大きさをシミュレーションした。それによれば、図25に示すような比透磁率の増加と共に、単調に磁束密度も増加する特性曲線が得られた。比透磁率が1.0の近くの変化を詳細に観察するため、その部分拡大図を図26に示す。図26によれば、スペーサ36の比透磁率が1.4前後の値で、磁束密度増加率が1になっており、図25から、スペーサ36の比透磁率が1.5以上であれば、電機子コイル12と鎖交する有効磁束の大きさを、1.0以上、即ち、実質的に、増大させることが可能であることが観察できる。   The shape parameter is the ratio D / L = 1 between the outer diameter D and the combined length L = 1, the ratio t / L = 0.05 between the length t of the spacer 36 and the combined length L of the permanent magnet 8 and the spacer 36. Further, the relative permeability of the cylindrical member 6 is set to 1.1, the relative permeability of the spacer 36 is changed in the range of 1.0 to 10,000, and the radius is increased outside the cylindrical member 6. The magnitude of the magnetic flux density at a position 3 mm from the outer peripheral surface of the permanent magnet 8 in the direction (center position of the armature coil 12) was simulated. According to this, as shown in FIG. 25, a characteristic curve was obtained in which the magnetic flux density monotonously increases as the relative permeability increases. FIG. 26 shows a partially enlarged view for observing in detail the change in relative permeability near 1.0. According to FIG. 26, when the relative permeability of the spacer 36 is around 1.4 and the magnetic flux density increase rate is 1, from FIG. 25, if the relative permeability of the spacer 36 is 1.5 or more, It can be observed that the size of the effective magnetic flux interlinking with the armature coil 12 can be increased by 1.0 or more, that is, substantially.

本実施形態によれば、永久磁石の同極端部の間に、比較的大きな比透磁率を有するスペーサを介挿して、2種類の磁石体38を直列に密着させ、界磁ヨークを形成しているので、組立て作業が非常に容易である。また、スペーサを介挿しているので、永久磁石の使用量を削減できる。かかる永久磁石の使用量を削減しても、スペーサを介して、電機子コイルに効率的に有効磁束を供給できるので、モータ推力を向上させ、高速移動可能なリニアモータが得られる。   According to the present embodiment, a spacer having a relatively large relative magnetic permeability is interposed between the extreme parts of the permanent magnet so that the two types of magnet bodies 38 are brought into close contact in series to form a field yoke. Therefore, the assembling work is very easy. Moreover, since the spacer is interposed, the usage amount of the permanent magnet can be reduced. Even if the amount of the permanent magnet used is reduced, the effective magnetic flux can be efficiently supplied to the armature coil via the spacer, so that a linear motor capable of improving motor thrust and moving at high speed can be obtained.

更に、磁石体の外周部を比透磁率が1.0から2.0以下の円筒状部材で被包・密封するので、永久磁石及び高比透磁率のスペーサが、水分と接触したり、酸化することが無く、非常に耐久性に優れたリニアモータが得られる。   Furthermore, since the outer peripheral portion of the magnet body is encapsulated and sealed with a cylindrical member having a relative permeability of 1.0 to 2.0 or less, the permanent magnet and the spacer having a high relative permeability can come into contact with moisture or be oxidized. Thus, a linear motor having excellent durability can be obtained.

尚、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

第1の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す正面図である。It is a front view showing a schematic structure of a linear motor concerning a 1st embodiment. 図1におけるA−Aでの断面図である。It is sectional drawing in AA in FIG. 第1の実施形態に係るリニアモータの側面略図である。1 is a schematic side view of a linear motor according to a first embodiment. 第1の実施形態の第1の磁気検出部の出力波形である。It is an output waveform of the 1st magnetic detection part of 1st Embodiment. 第1の実施形態の第2の磁気検出部の出力を加算した波形である。It is the waveform which added the output of the 2nd magnetism detection part of a 1st embodiment. 第1の実施形態に係るリニアモータの原点周辺の部分拡大図である。It is the elements on larger scale around the origin of the linear motor concerning a 1st embodiment. (a)は図6における第1の磁気検出部の出力波形の部分拡大図、(b)は図6における第2の磁気検出部の出力を加算した波形の部分拡大図、(c)は原点設定に際しての可動子に対する運転指令を示す参考図である。6A is a partial enlarged view of the output waveform of the first magnetic detection unit in FIG. 6, FIG. 6B is a partial enlarged view of the waveform obtained by adding the output of the second magnetic detection unit in FIG. 6, and FIG. It is a reference figure which shows the driving | operation command with respect to the needle | mover in the case of a setting. 同極磁石を対向かつ密着させた場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the synthetic | combination magnetic field at the time of making a homopolar magnet oppose and contact | adhere. 同極磁石を対向かつ密着させると共に、高比透磁率の円筒部材を使用した場合の合成磁界のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the synthetic | combination magnetic field at the time of using the cylindrical member of a high relative permeability while making the same-pole magnet oppose and contact | adhere. 本発明の実施形態に係るリニアモータのドライブシステムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the drive system of the linear motor which concerns on embodiment of this invention. 比透磁率に応じて変化する合成センサ出力を示す図である。It is a figure which shows the synthetic | combination sensor output which changes according to a relative magnetic permeability. 比透磁率に応じて変化する合成センサ出力について行ったシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result performed about the synthetic | combination sensor output which changes according to a relative magnetic permeability. 本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of the magnetic characteristic sudden change part of this invention. 本発明の磁気特性急変部の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of the magnetic characteristic sudden change part of this invention. 第2の実施形態にかかるリニアモータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the linear motor concerning 2nd Embodiment. 磁気プロファイル計測システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a magnetic profile measurement system. 永久磁石配列の別の端部構成例を示す図である。It is a figure which shows another example of edge part structure of a permanent magnet arrangement | sequence. 図17に示す磁気検出部の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the magnetic detection part shown in FIG. 永久磁石配列の別の端部構成例を示す図である。It is a figure which shows another example of edge part structure of a permanent magnet arrangement | sequence. 図19に示す磁気検出部の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the magnetic detection part shown in FIG. 永久磁石配列の別の端部構成例を示す図である。It is a figure which shows another example of edge part structure of a permanent magnet arrangement | sequence. 図21に示す磁気検出部の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the magnetic detection part shown in FIG. 永久磁石とスペーサの形状と寸法関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape and dimensional relationship of a permanent magnet and a spacer. 図23におけるD/Lを変化させた場合の磁束密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the magnetic flux density at the time of changing D / L in FIG. 比透磁率と磁束密度増加率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a relative magnetic permeability and a magnetic flux density increase rate. 比透磁率と磁束密度増加率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a relative magnetic permeability and a magnetic flux density increase rate.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a・・・リニアモータ、4・・・界磁ヨーク、6・・・円筒状部材、8・・・永久磁石、10・・・可動子、12・・・電機子コイル、14、20・・・磁気検出部、16,16a・・・磁気式リニアエンコーダ、18,18a・・・スケールヘッド、19,19a・・・磁気スケール部、22・・・磁気特性急変位置検知部、28・・・位置情報変換器、30・・・モータ駆動制御装置、32、32b、32c・・・磁気特性急変部、36・・・スペーサ、38・・・磁石体、50・・・ドライブシステム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Linear motor, 4 ... Field yoke, 6 ... Cylindrical member, 8 ... Permanent magnet, 10 ... Mover, 12 ... Armature coil, 14, 20 ... Magnetic detection section, 16, 16a ... Magnetic linear encoder, 18, 18a ... Scale head, 19, 19a ... Magnetic scale section, 22 ... Magnetic property sudden change position detection section, 28. ..Position information converter, 30... Motor drive control device, 32, 32b, 32c... Sudden change of magnetic characteristics, 36... Spacer, 38.

Claims (7)

円筒状部材の中空部に、磁化方向が同じ2個の永久磁石を、所定の厚さのスペーサを介して同磁極を対向させ密着させて成る磁石体を、交互に異磁極同士となるよう複数密着させて、直列状に配置した磁石体列から構成された界磁ヨークと、
前記磁石体列と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子と、
前記磁石体列の端部または途中に配設され、前記磁石体列の磁気特性を変化せしめる磁気特性急変部と、
前記磁石体列を磁気スケール部として構成され、2個の前記磁石体間の長さを前記磁気スケール部のスケールピッチとして設定されるとともに、前記電機子の長手方向に設けられ、互いに電気角で位相を90°(スケールピッチの1/4波長に相当)ずらして配置された複数個の第1の磁気検出器のうち、スケールヘッド端部側の第1の磁気検出器から電気角で位相を180°(スケールピッチの1/2波長に相当)ずらして配置された第2の磁気検出器を有した位置検出用の磁気式リニアエンコーダとを有し、
前記磁気特性急変部は、前記第1の磁気検出器と第2の磁気検出器とから合成される信号が、所定の閾値を超える程度に、前記磁石列の磁気特性を変化させ、
前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記磁気式リニアエンコーダのスケールヘッドを前記電機子側に備え、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に直線走行するようにしたことを特徴とするリニアモータ。
A plurality of magnet bodies in which two permanent magnets having the same magnetization direction are brought into close contact with each other through a spacer having a predetermined thickness in a hollow portion of a cylindrical member so as to be alternately different magnetic poles. A field yoke composed of magnet body rows arranged in series in close contact with each other;
An armature having an armature coil disposed opposite to the magnet body row via a magnetic gap;
A magnetic property sudden change portion that is disposed at an end portion or in the middle of the magnet body row and changes a magnetic property of the magnet body row;
The magnet body row is configured as a magnetic scale portion, the length between the two magnet bodies is set as the scale pitch of the magnetic scale portion, and provided in the longitudinal direction of the armature, Among the plurality of first magnetic detectors arranged with the phase shifted by 90 ° (corresponding to a quarter wavelength of the scale pitch), the phase is changed in electrical angle from the first magnetic detector on the end side of the scale head. A magnetic linear encoder for position detection having a second magnetic detector arranged by being shifted by 180 ° (corresponding to 1/2 wavelength of the scale pitch),
The magnetic characteristic sudden change unit changes the magnetic characteristic of the magnet array so that a signal synthesized from the first magnetic detector and the second magnetic detector exceeds a predetermined threshold,
One of the field yoke and the armature is used as a stator, and the other is used as a mover. The scale head of the magnetic linear encoder is provided on the armature side, and the field yoke and the armature are relative to each other. A linear motor characterized in that it travels in a straight line.
前記永久磁石の外径Dと、前記永久磁石の磁化方向の長さ及び前記スペーサの厚さの合成長さLとの比D/Lが、0.3以上であることを特徴とする請求項記載のリニアモータ。 The ratio D / L between the outer diameter D of the permanent magnet and the combined length L of the magnetization direction length and the spacer thickness of the permanent magnet is 0.3 or more. The linear motor according to 1 . 前記スペーサの厚さtと、前記永久磁石の磁化方向の長さ及び前記スペーサの厚さの合成長さLとの比t/Lが、0.005乃至0.5の範囲であることを特徴とする請求項または記載のリニアモータ。 A ratio t / L between the thickness t of the spacer and the length L in the magnetization direction of the permanent magnet and the combined length L of the thickness of the spacer is in the range of 0.005 to 0.5. The linear motor according to claim 1 or 2 . 前記円筒状部材は、m(但し、mは1.0より大きく、2.0以下)の比透磁率を有する材料からなることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のリニアモータ。 The cylindrical member is, m (where, m is greater than 1.0, 2.0 or less) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a material having a relative permeability of Linear motor. 前記スペーサの厚さが、前記円筒状部材の板厚より大きいことを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のリニアモータ。 Linear motor according to any one of claims 1 to 4 the thickness of the spacer, being larger than the thickness of said cylindrical member. 前記スペーサは、比透磁率n(但し、nは、mより0.5以上大きい値)を有する部材或いは磁性体であることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のリニアモータ。 The spacer, relative permeability n (where, n is 0.5 larger value than than m) linearly according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a member or the magnetic body having motor. 前記スペーサの比透磁率nが1.5以上であることを特徴とする請求項に記載のリニアモータ。 The linear motor according to claim 6 , wherein a relative permeability n of the spacer is 1.5 or more.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI460966B (en) 2009-01-23 2014-11-11 Hitachi Metals Ltd Moving elements and linear motors
JP2012090467A (en) 2010-10-21 2012-05-10 Seiko Epson Corp Linear motor
TWI487265B (en) * 2011-01-31 2015-06-01 Adlee Powertronic Co Ltd Rotation spindle detection module
EP2533020B1 (en) * 2011-06-10 2014-12-17 Schneeberger Holding AG Linear distance measuring system and method for determining the absolute position of a slide along a guide rail
JP5759867B2 (en) 2011-10-28 2015-08-05 山洋電気株式会社 Magnetic encoder
JP5960411B2 (en) * 2011-11-04 2016-08-02 ヤマハ発動機株式会社 Linear conveyor
JP5753060B2 (en) 2011-11-07 2015-07-22 ヤマハ発動機株式会社 Linear conveyor and drive control method thereof
JP5717787B2 (en) 2013-05-09 2015-05-13 Thk株式会社 Linear encoder device and reference position detection method
KR101617244B1 (en) 2014-06-19 2016-05-02 강용주 Linear motor capable of absolute position measurement
JP6096159B2 (en) * 2014-09-18 2017-03-15 リンナイ株式会社 Gas stove device
CN104779768A (en) * 2015-04-01 2015-07-15 清华大学 Cylindrical linear motor
DE102017110388A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Hamilton Bonaduz Ag Method for the contactless determination of the position of a driven rotor of an electric motor, electric motor, and pipetting system for aspirating and dispensing pipetting fluid with such an electric motor
JP7020258B2 (en) 2018-04-06 2022-02-16 村田機械株式会社 Position detection system and driving system
CN110224515A (en) * 2019-06-13 2019-09-10 张保龙 Motor
KR102433809B1 (en) * 2020-05-20 2022-08-19 주식회사 져스텍 Method and apparatus for initializing linear motor
WO2022208914A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 日本電産株式会社 Three-phase signal generation device and three-phase signal generation method
GB2616478A (en) * 2022-03-11 2023-09-13 Paragraf Ltd Graphene Based Linear Encoder

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62155765A (en) * 1985-12-27 1987-07-10 Kokusan Denki Co Ltd Dc linear motor
JP2778393B2 (en) * 1992-11-25 1998-07-23 トヨタ車体株式会社 Linear motor type automatic door opener
JP2596793Y2 (en) * 1993-07-16 1999-06-21 日本トムソン株式会社 Linear DC motor
JPH08322276A (en) * 1995-05-24 1996-12-03 Fanuc Ltd Method for establishing origin of linear motor
JPH10313566A (en) * 1997-05-12 1998-11-24 Jii M C:Kk Linear motor
JP2004056892A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Yaskawa Electric Corp Linear motor apparatus
JP2004274919A (en) * 2003-03-10 2004-09-30 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd Linear motor with sensor
KR100468589B1 (en) * 2003-06-04 2005-01-27 한국전기연구원 Method for detecting position in a linear motor and apparatus thereof
JP2005237165A (en) * 2004-02-23 2005-09-02 Konica Minolta Medical & Graphic Inc Linear motor
JP4813056B2 (en) * 2004-07-29 2011-11-09 パナソニック株式会社 Mounting head for component mounting, and component mounting apparatus provided with the mounting head
JP2006230044A (en) 2005-02-15 2006-08-31 Seiko Instruments Inc Device for controlling exciting phase of linear motor, its method, and program

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