JP6211294B2 - Method for maintaining the position of the drive shaft of a spiral motor - Google Patents
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Description
本発明は、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ステータに対して螺旋状ロータが所定のギャップを維持して螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドされるようになっているスパイラルモータにおいて、この駆動軸の位置を保持する方法に関するものである。 The present invention includes a drive shaft, a spiral rotor, and a spiral stator, and the spiral rotor is screwed into the spiral stator while maintaining a predetermined gap. When driven, the drive shaft rotates and rotates in the axial direction. The present invention relates to a method of maintaining the position of the drive shaft in a spiral motor that is adapted to slide.
モータには、回転型モータ、リニアモータ等色々な種類があり、回転型モータは円形状に配置されているステータの内側にロータが設けられこのロータが回転するようになっており、リニアモータは直線状に複数個のコイルが配置されている固定子に対して複数個の永久磁石を備えた可動子が所定のギャップを介して配置され可動子が直線状にスライドするようになっている。このようなモータの他の種類として、いわゆるスパイラルモータが本出願人によって提案され、その優れた特性によって近年注目されている。スパイラルモータは、例えば特許文献1〜3に示されているように、駆動軸と、この駆動軸に設けられている螺旋状ロータと、螺旋状ステータとからなる。螺旋状ロータは、駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成されている。そしてこれらの永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに対して螺合している。従って、コイルに供給する電流を制御すると、螺旋状ロータは回転しながら軸方向に移動する。すなわち駆動軸を回転しながら軸方向にスライドさせることができる。このようにスパイラルモータはボールネジ機構等の機械部品を使用することなく駆動軸を軸方向に駆動することができるし、さらに永久磁石とコイルとが螺旋状に配置されていて個数が多くリニアモータに比して大きい駆動力が得られるので、応用分野への適用が検討されている。
There are various types of motors, such as rotary motors and linear motors. A rotary motor is provided with a rotor inside a circularly arranged stator, and this rotor rotates. A mover provided with a plurality of permanent magnets is arranged through a predetermined gap with respect to a stator in which a plurality of coils are arranged in a straight line, and the mover is slid linearly. As another type of such a motor, a so-called spiral motor has been proposed by the present applicant and has attracted attention in recent years due to its excellent characteristics. For example, as shown in
このようにスパイラルモータは軸方向に強い駆動力で駆動できるので優れているが、次のように解決すべき問題も見受けられる。スパイラルモータによって所定の機械を駆動するようにする場合、スパイラルモータを停止しているときに機械が受ける外力によってスパイラルモータの駆動軸には軸力が作用することがある。このように外部から軸力が作用するときに、この軸力に抗して駆動軸の位置を保持する点に関して問題が見受けられる。詳しく説明するとスパイラルモータは永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持された状態で制御されている。このように制御されているスパイラルモータの駆動軸に外部から軸方向の力が作用すると、瞬間的にギャップがわずかに変化し、スパイラルモータの制御部はこれをセンサによって検出して瞬間的にコイルに供給する電流を変化させる。そうするとギャップの変化が解消されて駆動軸は元の位置に復帰することになる。すなわち位置を保持することができる。しかしながら瞬間的に位置がわずかに変動することは防止できない。また、ギャップを適正に制御するために格別に電力を要することになるし、外部からの軸方向の力が大きい場合には位置を保持するために消費する電力も大きい。さらには軸方向に作用する外部からの力が短時間で大きく変化する場合にはギャップを維持するための制御が難しく、駆動軸の位置を保持できない可能性もある。 As described above, the spiral motor is excellent because it can be driven with a strong driving force in the axial direction. However, there is a problem to be solved as follows. When a predetermined machine is driven by the spiral motor, an axial force may act on the drive shaft of the spiral motor due to an external force received by the machine when the spiral motor is stopped. As described above, when an axial force is applied from the outside, there is a problem with respect to maintaining the position of the drive shaft against the axial force. More specifically, the spiral motor is controlled in a state where a predetermined gap is maintained between the permanent magnet and the coil. When an axial force is applied from the outside to the drive shaft of the spiral motor controlled in this way, the gap changes momentarily, and the control unit of the spiral motor detects this by a sensor and instantaneously turns the coil. The current supplied to the is changed. Then, the change of the gap is eliminated and the drive shaft returns to the original position. That is, the position can be held. However, it is impossible to prevent a slight change in the position instantaneously. In addition, power is required to control the gap appropriately, and when the axial force from the outside is large, the power consumed to maintain the position is large. Furthermore, when the external force acting in the axial direction changes greatly in a short time, it is difficult to control the gap and the position of the drive shaft may not be maintained.
したがって、本発明は、スパイラルモータにおいて駆動軸の位置を保持するとき、制御がシンプルで最小限の電力しか必要としないにも拘わらず、確実に位置を保持することができるスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法を提供することを目的としている。 Therefore, according to the present invention, when the position of the drive shaft is held in the spiral motor, the control of the drive shaft of the spiral motor capable of reliably holding the position is simple even though the control is simple and requires minimal power. The object is to provide a position holding method.
本発明は、前記目的を達成するために、スパイラルモータを構成しているロータの永久磁石をステータのコイルに磁力によって着座させることによって駆動軸の位置を保持するように構成する。すなわちスパイラルモータは、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ロータは駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成されている。そしてこれらの永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに螺合されている。このようなスパイラルモータにおいて、フライトの一方の面に設けられている永久磁石を、鉄心の溝の一方の面に設けられているコイルに着座させると共にコイルへの電流の供給を維持して磁力により着座状態を維持し、それによって駆動軸の位置が保持されるようにする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured to hold the position of the drive shaft by seating the permanent magnet of the rotor constituting the spiral motor on the coil of the stator by magnetic force . That is, the spiral motor includes a drive shaft, a spiral rotor, and a spiral stator, and the spiral rotor is provided with a flight spirally provided along the drive shaft and a plurality of permanents provided on both sides of the flight. The helical stator is composed of an iron core in which a spiral groove is formed and a plurality of coils provided on both sides of the groove. The helical rotor is screwed to the helical stator so that a predetermined gap is maintained between the permanent magnet and the coil. In such a spiral motor, a permanent magnet is provided on one surface of the flight, to maintain the current supply to Rutotomoni coil seated in the coil provided on one surface of the groove of the iron core magnetic force Thus, the seating state is maintained, so that the position of the drive shaft is maintained.
すなわち、請求項1に記載の発明は、前記目的を達成するために、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、前記螺旋状ロータは前記駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、前記螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成され、前記永久磁石と前記コイルとの間に所定のギャップが維持されるように前記螺旋状ロータが前記螺旋状ステータに螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっているスパイラルモータにおいて、前記フライトの一方の面に設けられている前記磁石を、前記鉄心の溝の一方の面に設けられている前記コイルに着座させると共に前記コイルへの電流の供給を維持して磁力により着座状態を維持し、それによって前記駆動軸の位置を保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置において停止させ、その後前記駆動軸の軸方向の移動を規制しながら前記螺旋状ロータを回転させて前記磁石を前記コイルに着座させることを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
請求項3に記載の方法は、請求項1に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置から前記ギャップ分だけずれた位置で停止させ、その後前記螺旋状ロータの回転を規制しながら前記駆動軸を軸方向に駆動して前記磁石を前記コイルに着座させ、それによって前記駆動軸を前記目標停止位置において保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
That is, in order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the method of the first aspect, when the drive shaft is held at a predetermined target stop position, the spiral motor is driven to stop the drive shaft at the target stop position. Then, the position of the drive shaft of the spiral motor is configured to rotate the spiral rotor while seating the magnet on the coil while restricting the axial movement of the drive shaft.
The method according to
以上のように本発明は、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ロータは駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成され、永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっているスパイラルモータを対象として、その駆動軸の位置の保持方法として構成されている。そして本発明は、フライトの一方の面に設けられている磁石を、鉄心の溝の一方の面に設けられているコイルに着座させると共にコイルへの電流の供給を維持して磁力により着座状態を維持し、それによって駆動軸の位置を保持するように構成されている。このように駆動軸を保持するので、外力によって駆動軸に一方の方向の軸力が作用しても、磁石が着座しているコイルにさらに強く押し付けられるだけで駆動軸の位置は変化しない。またこのとき磁石とコイルの間には摩擦力が作用し、駆動軸が滑って回転することも防止される。これに対して、外力によって駆動軸に作用する軸力が反対方向のとき、磁石は着座しているコイルから離間しようとする。しかしながらコイルに所定の電流を流して磁力によって磁石がコイルに対する着座状態を維持するので駆動軸の位置は保持される。つまり反対方向の軸力が作用しても駆動軸の位置を保持することができる。このように磁石をコイルに着座させて駆動軸の位置を保持すると、必要な電力もわずかで済むし、複雑な制御は不要であり、確実に位置を保持できる。 As described above, the present invention includes the drive shaft, the spiral rotor, and the spiral stator, and the spiral rotor is provided in a spiral shape along the drive shaft and a plurality of surfaces provided on both sides of the flight. The helical stator is composed of an iron core in which a spiral groove is formed and a plurality of coils provided on both sides of the groove, and between the permanent magnet and the coil. The spiral rotor is screwed into the spiral stator so that a predetermined gap is maintained, and when driven, the drive shaft rotates with the drive shaft rotating in the axial direction. It is configured as a position holding method. The present invention, a magnet is provided on one surface of the flight, the seating state by the magnetic force to maintain the current supply to Rutotomoni coil seated in the coil provided on one surface of the groove of the core And thereby maintaining the position of the drive shaft. Since the drive shaft is held in this way, even if an axial force in one direction acts on the drive shaft by an external force, the position of the drive shaft does not change simply by pressing the magnet against the coil on which the magnet is seated. At this time, a frictional force acts between the magnet and the coil, preventing the drive shaft from sliding and rotating. On the other hand, when the axial force acting on the drive shaft by the external force is in the opposite direction, the magnet tends to be separated from the seated coil. However, the position of the drive shaft is maintained because a predetermined current is passed through the coil and the magnet is kept seated on the coil by the magnetic force. That is, the position of the drive shaft can be maintained even when an axial force in the opposite direction is applied. When the position of the drive shaft is held by seating the magnet on the coil in this way, a small amount of electric power is required, no complicated control is required, and the position can be reliably held.
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明はスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法に関するものであるが、最初に本実施の形態に係るスパイラルモータ1について説明する。本実施の形態に係るスパイラルモータ1は、図1の(ア)、(イ)に示されているように、軸方向に所定の長さを有する円筒状のケーシング2内に設けられており、このケーシング2に対して所定の軸受機構3、3によって軸受けされている駆動軸4と、駆動軸4に設けられている螺旋状ロータ6と、ケーシング2の内周面に固定されている螺旋状ステータ7とから構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below. The present invention relates to a method for maintaining the position of a drive shaft of a spiral motor. First, the
螺旋状ロータ6は、駆動軸4の軸方向に沿って所定のピッチの螺旋状に設けられているフライト9と、このフライト9の両面に設けられている複数個の永久磁石10、10、…とから構成されている。本実施の形態において永久磁石10、10、…は、軸回りに60度の等間隔になるように、かつS極とN極とが交互になるように配置されており、フライト9を軸方向に投影して見ると永久磁石10、10、…が円周方向に6個配置されているように見える。つまり回転型モータとして考えるとロータの極数は6極と言うことができる。ただし、実際には永久磁石10、10、…はフライト9の裏面にも設けられているし、螺旋状に設けられているので、永久磁石10、10、…の個数は相当多い。
The
螺旋状ステータ7は、ケーシング2の内周面に固定されている鉄心12あるいはヨークと、この鉄心12に設けられている複数個のコイル13、13、…とから構成されている。鉄心12は駆動軸4が緩やかに貫通する軸方向の孔が空けられていると共に、所定幅の螺旋状の溝14が螺旋状ロータ6のフライト9と同ピッチになるように形成されている。複数個のコイル13、13、…は、このような鉄心12の溝14内の両面に等間隔に設けられている。螺旋状ロータ6は、このような螺旋状ステータ7に螺合しているが、螺旋状ロータ6の永久磁石10、10、…と、螺旋状ステータ7のコイル13、13、…との間には所定の隙間すなわちギャップ16、16、…が維持されている。つまりスパイラルモータ1を制御するコントローラによって、センサで検出されるギャップ16、16、…が適正になるように制御されている。なお、図1にはコントローラとセンサは示されていない。
The
本実施の形態に係るスパイラルモータ1も、それぞれのコイル13、13、…に供給する電流を適切に制御すると、ギャップ16、16が維持された状態で螺旋状ロータ6が螺旋状ステータ7に対して螺旋状に駆動される。そうすると駆動軸4を回転させながら軸方向に駆動することができる。このようなスパイラルモータ1を停止しているときに、外力によって駆動軸4に軸方向の力が作用するとき、従来は次のようにして駆動軸4の位置を保持している。すなわち、図2の(ア)に示されているように外部から駆動軸4に軸力Y1が作用すると、軸力によって駆動軸4の位置が瞬間的にわずかにずれて螺旋状ロータ6の永久磁石10、10、…と、螺旋状ステータ7のコイル13、13、…とのギャップ16、16、…がわずかに変化する。センサがこのギャップ16、16、…の変化を検出する。コントローラはコイル13、13、…に供給する電流を制御して、このギャップ16、16、…を速やかに元に戻す。すなわち駆動軸4の位置は回復する。
In the
本実施の形態に係る駆動軸4の位置の保持方法は、所定のギャップ16、16、…が維持されるようにコイル13、13、…から浮上、あるいは離間している永久磁石10、10、…のうち、フライト9の一方の面に設けられている永久磁石10、10、…について、対向しているコア13、13、…にタッチダウンあるいは着座させる方法である。このように着座させた状態で外力による軸力を受ける。ところで、着座させる永久磁石10、10、…のうち、フライト9のどちらの面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させるかに関しては2通りの方法がある。すなわち図2の(イ)に示されているように、予想される外部からの軸力Y1の方向に対して、これを受ける方のフライト9の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させる方法と、図2の(ウ)に示されているように、予想される外部からの軸力Y1の方向とは反対側の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させる方法である。前者の方法を採ると、軸力Y1によって永久磁石10、10、…が強くコイル13、13、…に押し付けられるので、摩擦力が強く作用して駆動軸4が回転することなく効率的に位置を保持できる。この場合には永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座した状態を維持するために必要な最小限の電流だけで済む。一方後者の方法を採ると、コイル13、13、…に着座している永久磁石10、10、…が離間する方向に軸力Y1が作用することになる。従って着座している状態を維持するためにある程度の電流は必要であるが、駆動軸4の位置は前者と同様に保持される。なお後者の方法を採る場合であっても、永久磁石10、10、…はコイル13、13、…に所定の引力によって着座しているので、摩擦力が作用して駆動軸4は回転しない。
In the method for holding the position of the drive shaft 4 according to the present embodiment, the
本実施の形態に係るスパイラルモータ1において、所望の目標停止位置において駆動軸4の位置を保持する方法について説明する。スパイラルモータ1の駆動軸4は、駆動可能範囲21〜22において軸方向に駆動されるようになっているが回転しながら駆動される。つまり駆動軸4の回転角度と位置は、図3のグラフ20のように比例関係にある。この駆動軸4のグラフ20に対して、これを横軸方向にギャップ16、16だけ前後に並行移動させて描画した2本のグラフ24、25を考える。そうするとグラフ24は、フライト9の一方の面の永久磁石10、10、…がコイル13、13、…に着座するときの、そしてグラフ25は、フライト9の他方の面の永久磁石10、10、…がコイル13、13、…に着座するときの、それぞれ駆動軸4の位置と回転角度の関係を示すグラフになっている。
In the
駆動軸4を目標停止位置28において保持する場合を考える。ただし、フライト9の一方の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させるものとする。本実施の形態においては2通りの方法がある。第1の方法は、まず永久磁石10、10、…とコイル13、13、…との間に所定のギャップ16、16が維持された状態で駆動軸4を駆動して目標停止位置28に達するように制御する。グラフにおいてこの位置は符号31で示されている。次いで駆動軸4の軸方向の位置を一定に維持して、螺旋状ロータ6を回転させフライト9の一方の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させる。この位置は符号32で示されている。すなわち駆動軸4を目標停止位置28において保持することができる。第2の方法は、まず永久磁石10、10、…とコイル13、13、…との間に所定のギャップ16、16が維持された状態で駆動軸4を駆動し、駆動軸4を目標停止位置28よりもギャップ16だけ大きい位置で停止する。グラフにおいて符号33で示されている。次いで駆動軸4の回転を規制した状態で駆動軸4の位置をギャップ16だけ後退させる。そうすると符号32で示されている位置に達する。すなわち駆動軸4を目標停止位置28において保持することができる。当業者であれば容易に理解できるように、フライト9の他方の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させる場合であっても同様に2通りの方法がある。すなわち第1の方法は、永久磁石10、10、…とコイル13、13、…とが所定のギャップ16、16が維持される状態で駆動軸4を駆動して目標停止位置28に達する符号31の位置で停止し、次いで駆動軸4の軸方向の位置を一定にした状態で、螺旋状ロータ6を回転させフライト9の一方の面の永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させる。この位置が符号34で示されている。また第2の方法は、永久磁石10、10、…とコイル13、13、…の所定のギャップ16、16を維持した状態で駆動軸4を駆動し、その位置が目標停止位置28よりもギャップ16だけ小さい位置、すなわち符号35で示されている位置で停止する。次いで駆動軸4の回転を規制した状態で駆動軸4の位置をギャップ16だけ前進させ、符号34の位置で着座させる。このようにいずれの方法によっても目標停止位置28において駆動軸4を保持できる。
Consider a case where the drive shaft 4 is held at the
本実施の形態に係るスパイラルモータ1の駆動軸4の位置の保持方法は色々な変形が可能である。例えば、駆動軸4を目標停止位置28において保持するように永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させるときに、駆動軸4の回転を規制しながら軸方向の位置を変化させたり、あるいは駆動軸4の軸方向の位置を一定にしながら回転させるように説明したが、駆動軸4を回転させながら軸方向の位置も変化させて永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させてもよい。また、永久磁石10、10、…をコイル13、13、…に着座させるときに、ギャップ16、16だけ維持された状態からすぐに着座させるように説明したが、例えば永久磁石10、10、…とコイル13、13、…の距離を2段階あるいは3段階以上の多段階に渡って徐々に近づけるように制御し、最後に着座させるようにしてもよい。
The method for holding the position of the drive shaft 4 of the
1 スパイラルモータ 2 ケーシング
3 軸受機構 4 駆動軸
6 螺旋状ロータ 7 螺旋状ステータ
9 フライト 10 永久磁石
12 鉄心 13 コイル
14 溝 16 ギャップ
28 目標停止位置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フライトの一方の面に設けられている前記磁石を、前記鉄心の溝の一方の面に設けられている前記コイルに着座させると共に前記コイルへの電流の供給を維持して磁力により着座状態を維持し、それによって前記駆動軸の位置を保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法。 It comprises a drive shaft, a spiral rotor and a spiral stator, and the spiral rotor comprises a flight spirally provided along the drive shaft and a plurality of permanent magnets provided on both sides of the flight. The helical stator includes an iron core in which a spiral groove is formed and a plurality of coils provided on both surfaces of the groove, and a predetermined gap is provided between the permanent magnet and the coil. In the spiral motor in which the spiral rotor is screwed to the spiral stator so that the gap is maintained and the drive shaft rotates when driven to slide in the axial direction.
Said magnet is provided on one surface of the flight, seating state by the magnetic force to maintain the current supply to one of Rutotomoni said coil said seated in the coil provided on a surface of the groove of the core Maintaining the position of the drive shaft , thereby maintaining the position of the drive shaft of the spiral motor.
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