JP6710055B2 - Scale integrated linear motor and linear motion unit equipped with the linear motor - Google Patents
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Description
本発明は、コイルと永久磁石で構成されるリニアモータに関し、特に、位置制御のためのスケールを備えるスケール一体型リニアモータ及びこれを備えた直動ユニットに関する。 The present invention relates to a linear motor including a coil and a permanent magnet, and more particularly to a scale-integrated linear motor including a scale for position control and a linear motion unit including the scale-integrated linear motor.
複数の円筒状の永久磁石を直列に組み合わせてなる永久磁石体から発生される磁界と、この永久磁石体を同心状に内包するように組み合わされた円筒状のコイルに流される電流との作用により、コイルを永久磁石体の中心軸方向に駆動する推力を得るコアレス型の円筒型リニアモータが知られている(特許文献1)。このリニアモータは「シャフトモータ」と呼ばれることもある。 By the action of a magnetic field generated from a permanent magnet body formed by combining a plurality of cylindrical permanent magnets in series, and an electric current applied to a cylindrical coil combined so as to concentrically include the permanent magnet body A coreless cylindrical linear motor that obtains thrust for driving a coil in the direction of the central axis of a permanent magnet is known (Patent Document 1). This linear motor is sometimes called a “shaft motor”.
この種のリニアモータは、図8に示すように、中心軸方向に着磁した複数の円筒状の永久磁石101を直列に繋ぎ合わせて棒状に構成し、その周囲に微小ギャップをおいて円筒状のコイル102をスライド可能に組み合わせて成る基本構造を持つ。複数の永久磁石101は、N極、S極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて組み合わされてシャフト(固定部)となる。図8では、コイル102は、三相リニアモータを構成するために、U相、V相、W相の少なくとも3個のコイルからなり、それぞれのコイルには電気的に120°の位相差を持つ電流が流されて可動子(可動部)となる。コイル102への通電を制御することで可動子をシャフトに沿って直線移動させることができる。
As shown in FIG. 8, this type of linear motor has a rod-like structure in which a plurality of cylindrical
この種のリニアモータを駆動する為には、可動子の位置を検出するリニアエンコーダ、サーボアンプ等を用いてフィードバック制御を行う必要がある。そのため、リニアエンコーダそのもののコストに加えて、リニアエンコーダの取り付け部のための高精度な機械加工のコストや、高精度な取り付け部品のコストが掛かる。これは、リニアエンコーダを取り付ける部位には高精度の平面度、平行度等が求められるからである。その結果、リニアモータとその周辺部品を含めると高価な装置になることが多い。また、これらの周辺部品の為に、装置の構造に制限の出る場合が多くあった。 In order to drive this type of linear motor, it is necessary to perform feedback control using a linear encoder, a servo amplifier, etc. that detects the position of the mover. Therefore, in addition to the cost of the linear encoder itself, the cost of highly accurate machining for the mounting portion of the linear encoder and the cost of highly accurate mounting parts are incurred. This is because highly accurate flatness, parallelism, and the like are required for the part to which the linear encoder is attached. As a result, including the linear motor and its peripheral components often results in an expensive device. Further, due to these peripheral parts, the structure of the device is often restricted.
一般的に、リニアモータにおいて高精度な位置決めを行う為には、アッベの誤差を小さくしたり、駆動時の姿勢を安定させる為に、可動部に発生するモーメントを小さくしたりすることが求められる(ブライアンのアライメント原理)。これを達成する為に、リニアモータの推力発生位置と、可動部の位置を検出する為のリニアエンコーダの位置、及びワーク位置は、できるだけ近接して配置するのが望ましい。しかし、リニアエンコーダは、その形状から、リニアモータの可動部の移動中心軸とは別の中心軸を持つ軸上に配置する必要がある等の制約を受ける場合が多い(特許文献2)。 Generally, in order to perform highly accurate positioning in a linear motor, it is required to reduce the Abbe error and to reduce the moment generated in the movable part in order to stabilize the posture during driving. (Brian's alignment principle). In order to achieve this, it is desirable that the thrust generation position of the linear motor, the position of the linear encoder for detecting the position of the movable portion, and the work position are arranged as close as possible. However, the shape of the linear encoder is often restricted by the fact that it must be arranged on an axis having a center axis different from the center axis of movement of the movable portion of the linear motor (Patent Document 2).
これらの問題を解決する為に、リニアモータのシャフト(固定子)を構成している永久磁石が発生する磁界を可動部に設置したホール素子等のセンサで読み取り、リニアエンコーダの代替えとして位置を検出するものもある。しかし、リニアモータの固定子を構成している永久磁石はリニアエンコーダを実現する目的で着磁されたものでは無いので、センサから出力される信号はリップル分が含まれたものとなる。従って、センサの出力信号から生成された位置情報は誤差を含んだものとなり、サーボアンプ等を用いた実駆動の際には、位置の再現性や絶対精度を低下させてしまう。 In order to solve these problems, the magnetic field generated by the permanent magnet that constitutes the shaft (stator) of the linear motor is read by a sensor such as a Hall element installed in the movable part, and the position is detected as an alternative to the linear encoder. There are also things to do. However, since the permanent magnets forming the stator of the linear motor are not magnetized for the purpose of realizing the linear encoder, the signal output from the sensor contains ripple components. Therefore, the position information generated from the output signal of the sensor includes an error, and the reproducibility and absolute accuracy of the position are deteriorated when the actual driving is performed using a servo amplifier or the like.
また、サーボアンプはリニアエンコーダの位置情報を基に三相の駆動電流を決定しているので、位置情報に誤差が含まれていると、駆動電流に乱れを生じさせ、リニアモータの異常発熱にもつながる。 Also, since the servo amplifier determines the three-phase drive current based on the position information of the linear encoder, if there is an error in the position information, the drive current will be disturbed and abnormal heating of the linear motor will occur. Is also connected.
特に、リニアモータのようなダイレクトドライブモータの場合、駆動電流=駆動推力となるため、精密な推力制御が必要な装置には使用できない。 In particular, in the case of a direct drive motor such as a linear motor, the drive current is equal to the drive thrust, so that it cannot be used in a device that requires precise thrust control.
リニアモータの更に別の例として、円筒型リニアモータのコイル側を固定部とし、円筒型リニアモータのシャフト側をその中心軸方向に移動可能な可動部としたうえで、円筒型リニアモータのシャフトに回転モータを連結し、シャフトの直線運動と回転運動の両方を得るようにしたものがある。この場合、回転モータの重量がリニアモータの負荷として加わることになり、小型化が困難である。また、可動部から回転モータの制御信号及び給電用のケーブルが引き出されるので、ケーブルの固定方法や寿命に問題がある。 As still another example of the linear motor, the coil side of the cylindrical linear motor is used as a fixed portion, the shaft side of the cylindrical linear motor is used as a movable portion that can move in the central axis direction, and then the shaft of the cylindrical linear motor is used. There is a system in which a rotary motor is connected to obtain both the linear motion and the rotary motion of the shaft. In this case, the weight of the rotary motor is added as a load to the linear motor, which makes it difficult to reduce the size. Further, since the control signal of the rotary motor and the power supply cable are pulled out from the movable portion, there are problems in the cable fixing method and the service life.
シャフトの直線運動と回転運動の両方を実現するリニアモータの別の構造として、回転モータとリニアモータを別軸に配置し、回転モータの回転力をギア、ベルト、プーリーなどでリニアモータのシャフトへ伝達する方法(特許文献3)もあるが、伝達機構の摩耗等で位置決め精度が低下する場合が多い。 As another structure of the linear motor that realizes both linear and rotary movements of the shaft, the rotary motor and the linear motor are arranged on different axes, and the rotational force of the rotary motor is transferred to the shaft of the linear motor by gears, belts, pulleys, etc. There is also a transmission method (Patent Document 3), but the positioning accuracy often deteriorates due to wear of the transmission mechanism or the like.
以上のような理由で省スペース且つ高精度な直線運動及び回転運動を実現する装置の構成は難しかった。 For the above reasons, it has been difficult to construct a device that realizes space-saving and highly accurate linear motion and rotary motion.
上記のような問題点に鑑み、本発明の目的は、上述した課題のいずれかを解決するスケール一体型リニアモータを提供することにある。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a scale-integrated linear motor that solves any of the above problems.
本発明の第1の態様によれば、複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルを備えたリニアモータにおいて、前記コイルの軸方向の一端側に隣接した位置に、前記コイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用のセンサヘッドを配置し、該センサヘッドの相対的移動範囲を含む領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用の目盛りを備えたことを特徴とするスケール一体型リニアモータが提供される。 According to the first aspect of the present invention, a magnet portion for a linear motor, in which a plurality of permanent magnets are connected in series and fixed to a supporting member longer than the connected plurality of permanent magnets to form a shaft, A linear motor having a tubular coil for linear motor, which is combined with the shaft in a concentric manner via a gap so as to be relatively movable along the axial direction of the shaft, A sensor head for a linear encoder is arranged at a position adjacent to one end side in the axial direction of the coil so as to be movable relative to the shaft together with the coil, and corresponds to a region including a relative movement range of the sensor head. There is provided a scale-integrated linear motor characterized in that a scale for a linear encoder is provided on the outer periphery of the support member.
本発明の第2の態様によれば、上記第1の態様によるスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニットが提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a linear motion unit including the scale-integrated linear motor according to the first aspect.
本発明の第3の態様によれば、複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルと、前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側の位置に配置され、前記シャフトをその中心軸を中心として回転駆動する回転用モータと、を備えたリニアモータにおいて、前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の他端側に隣接した位置、又は前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側と前記回転用モータの間の位置、もしくは前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石側とは反対側の前記回転用モータの端部に隣接した位置に、前記リニアモータ用のコイル及び前記回転モータ用のコイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドを配置し、これらのリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドの相対的移動範囲を含む共通領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用の格子状目盛りを備えたことを特徴とするスケール一体型リニアモータが提供される。 According to a third aspect of the present invention, a magnet portion for a linear motor, in which a plurality of permanent magnets are connected in series and fixed to a supporting member longer than the plurality of connected permanent magnets to form a shaft, , A cylindrical linear motor coil combined with the shaft so as to be relatively movable along the axial direction of the shaft while concentrically containing the shaft, and a plurality of the connected coils. In a linear motor provided with a rotation motor that is arranged at a position on one end side in the axial direction of the permanent magnet and that drives the shaft to rotate about the central axis thereof, in the axial direction of the plurality of connected permanent magnets. The position adjacent to the other end side, the position between one end side in the axial direction of the plurality of connected permanent magnets and the rotation motor, or the rotation opposite to the connected plurality of permanent magnets. A linear encoder sensor head and a rotary encoder sensor head are arranged at a position adjacent to the end of the motor for linear motor so as to be relatively movable with respect to the shaft together with the coil for the linear motor and the coil for the rotary motor. It is characterized in that a grid-like scale for linear encoders and rotary encoders is provided on the outer periphery of the support member corresponding to a common area including the relative movement range of the sensor head for linear encoder and the sensor head for rotary encoder. A scale-integrated linear motor is provided.
本発明の第4の態様によれば、上記第3の態様によるスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニットが提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a linear motion unit including the scale-integrated linear motor according to the third aspect.
本発明によれば、リニアモータのシャフト上にリニアスケールを形成してリニアエンコーダを構成することができるので、位置及び推力制御を高精度で行うことができ、且つアッベの誤差が少なく、省スペースで安価なスケール一体型リニアモータを提供することができる。 According to the present invention, since a linear scale can be formed on the shaft of a linear motor to form a linear encoder, position and thrust control can be performed with high accuracy, and Abbe's error is small, thus saving space. It is possible to provide an inexpensive linear motor integrated with a scale.
図1を参照して、本発明に係るスケール一体型リニアモータの第1の実施形態について説明する。第1の実施形態によるスケール一体型リニアモータは、シャフトをその中心軸方向に駆動する三相リニアモータとして機能する直動部と、シャフトをその中心軸周りに回転させる回転モータとして機能する回転部と、シャフトの中心軸方向の位置及び回転位置を検出するための検出部と、を持つ、いわば直動回転一体型モータである。 A first embodiment of a scale-integrated linear motor according to the present invention will be described with reference to FIG. The scale-integrated linear motor according to the first embodiment includes a direct acting portion that functions as a three-phase linear motor that drives the shaft in the central axis direction and a rotating portion that functions as a rotary motor that rotates the shaft around the central axis. And a detection unit for detecting the position of the shaft in the direction of the central axis and the rotational position, so to speak, a direct-acting rotation integrated motor.
図1は、第1の実施形態によるスケール一体型リニアモータの主要部、すなわち上記の直動部100、回転部200、検出部300を一部破断して示した図である。第1の実施形態では、直動部100は三相リニアモータで実現し、回転部200は三相回転モータで実現し、検出部300はリニアスケールとセンサによるリニアエンコーダと回転スケールとセンサによる回転エンコーダとで実現するようにしている。なお、図1では、検出部300の設置位置が異なる3つの例(a),(b),(c)を示している。
FIG. 1 is a partially cutaway view of a main part of the scale-integrated linear motor according to the first embodiment, that is, the
図1(a)を参照して、直動部100においては、円筒(あるいはリング)状の永久磁石3を複数個直列に繋ぎ合わせたものをパイプ1に収容して磁石部としてなるシャフト10がその中心軸方向に移動可能な三相リニアモータの可動部(可動子)として作用する。永久磁石3はその中心軸方向に着磁され、N極、S極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて繋ぎ合わされている。パイプ1は非磁性材料で作られることが望ましく、直動部100だけでなく、回転部200、検出部300まで伸びる長さを持つ。永久磁石3は円柱状でも良い。シャフト10のストロークは、永久磁石3の個数により決めることができる。複数の永久磁石3の組み付けやシャフト10の支持構造については後述する。
With reference to FIG. 1( a ), in the
直動部100におけるパイプ1の周囲には、微小ギャップを介してシャフト10を同心状に内包するようにコイル体2が組み合わされる。コイル体2は図示しないベースに固定され、三相リニアモータの固定部(固定子)として作用する。コイル体2は、U相、V相、W相の3つのコイルを1組とする少なくとも1組のコイルを含み、ここでは2組(6個)のコイルをシャフト10の中心軸方向に繋ぎ合わせてなる。
A
このような直動部100を持つ三相リニアモータは、図示しない外部電源から2組のコイルのU相、V相、W相に120°の位相差を持つ駆動電流を流すと、各コイルと永久磁石3との間で中心軸方向の推力が発生してシャフト10が中心軸方向に移動し、その推力をシャフト10により三相リニアモータの外に取り出すことができる。このような三相リニア―モータ自体は知られているので、詳細な説明を省略する。
A three-phase linear motor having such a
回転部200は、円筒状又は円柱状の永久磁石5をパイプ1に収容して可動部(可動子)とし、パイプ1の周囲に、微小ギャップを介してパイプ1を同心状に内包するようにコイル4が組み合わされてなる。コイル4は、U相、V相、W相の3つのコイルを1組とする少なくとも1組のコイルを含み、コイル4も図示しないベースに固定されて三相回転モータの固定部(固定子)として作用する。コイル4は、後述する図5(b)に示されるように、シャフト10のストローク範囲内で永久磁石5と共にシャフト10とこれに連結された負荷を回転させるための回転駆動力を発生できる長さを持つ。
The
回転部200の永久磁石5は半径方向に着磁され、直動部100における永久磁石3と同心となるように配置される。永久磁石5の着磁は、図2に示すようなN極、S極のみの単極でも良く、図3に示すような円周方向に複数に分割した複数極(ここでは2極)でも良い。永久磁石5はまた、リング状の永久磁石を中心軸方向に複数に分割して構成したものでも良い。
The permanent magnet 5 of the
図2、図3において、コイル4の、例えばU相について説明すると、U相コイルは、パイプ1(図1)の中心軸方向に延びるようにレーストラック形につくられたコイルを、微小ギャップを介してパイプ1の外周に沿って延在するように断面を鞍形に成形してなる。
In FIGS. 2 and 3, for example, the U-phase of the
図4は、回転部200の三相回転モータの駆動回路の一例を示す。この駆動回路は、インバータ回路40と、制御回路44と、直流電源45と、を備える。インバータ回路40は、三相回転モータのU相巻線U、V相巻線V、W相巻線Wを励磁するためのアーム41、42、43からなる。アーム41は、図4の上下で対をなすスイッチング素子41a、41bで構成され、アーム42は、図4の上下で対をなすスイッチング素子42a、42bで構成され、アーム43は、図4の上下で対をなすスイッチング素子43a、43bで構成されている。各スイッチング素子は、トランジスタとダイオードとの並列接続で構成されている。制御回路44は、PWM(Pulse Width Modulation)信号を出力して各トランジスタのオン、オフを制御し、U相巻線U、V相巻線V、W相巻線Wに印加する三相交流電圧のパルス幅を変えることで三相回転モータの駆動を制御する。前述したように、U相巻線U、V相巻線V、W相巻線Wに印加する三相交流電圧は120°の位相差を持つ。このような駆動回路は三相回転モータについて説明するために基本構成の一例を示したにすぎず、実際にはインバータ回路にサーボアンプ等が組み合わされる。
FIG. 4 shows an example of a drive circuit for the three-phase rotary motor of the
回転部200は、シャフト10が直動のストローク方向に移動した際に、トルクが変化しない構造の回転モータであれば、三相回転モータに限らず、単相モータ、DCモータ、パルスモータ等でも良い。この種の回転モータは、三相回転モータを含め良く知られているので、詳しい説明を省略する。
The
検出部300は、パイプ1の外周に目盛り8を形成してリニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用のスケールとし、目盛り8の形成領域におけるパイプ1の周囲に、微小ギャップを介してリニアエンコーダ用のリニアセンサヘッド6と回転エンコーダ用の回転センサヘッド7を配置してなる。目盛り8は、パイプ1の中心軸方向に等間隔をおいて円周方向に形成されたリニアエンコーダ用の目盛り(リニアスケール)と、パイプ1の円周方向に等間隔をおいて中心軸方向に延びるように形成された回転エンコーダ用の目盛り(回転スケール)とからなることにより、格子状となる。目盛り8は、シャフト10のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲に形成される。シャフト10のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲というのは、リニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7に対向しているシャフト10の移動範囲を含む領域であると言える。換言すれば、目盛り8の形成領域は、リニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7のシャフト10に対する相対的移動範囲を含む共通領域に対応するシャフト10の外周であると言える。これは、後述する第2の実施形態でも同じである。リニアスケールのピッチ、回転スケールのピッチは、リニアセンサヘッド6、回転センサヘッド7の検出精度に対応できるように設定されることは言うまでも無い。リニアスケールとリニアセンサヘッドの組み合わせ、及び回転スケールと回転センサヘッドの組み合わせは、光学式が望ましい。
The
目盛り8は、レーザー等でパイプ1の表面に直接描画しても良いし、フィルム状のシートにあらかじめ目盛りを作成しこれをパイプ1の表面に貼り付けても良い。シートの場合、その材質は作業性を考えると非磁性体が望ましいが、この限りではない。
The
図1(a)は、直動部100−回転部200−検出部300という配置構成、すなわち検出部300を回転部200に近い方のシャフト10の一端側に配置した構成となっているが、図1(b)に示すように、直動部100と回転部200との間に検出部300を配置しても良い。また、図1(c)に示すように、検出部300−直動部100−回転部200という配置構成、すなわち検出部300を回転部200から遠い方のシャフト10の他端側に配置した構成でも良い。
FIG. 1A shows a configuration in which the linear motion unit 100-rotation unit 200-
図1(b)、図1(c)のスケール一体型リニアモータのいずれも、図1(a)のスケール一体型リニアモータとは検出部300の位置が異なるだけであり、直動部100、回転部200、検出部300の構成は同じであるので、各部の構成に関する説明を省略する。
1(b) and 1(c), the scale-integrated linear motor is different from the scale-integrated linear motor in FIG. 1(a) only in the position of the
前述したように、三相リニアモータ用のコイル体2、三相回転モータ用のコイル4は、それぞれU相、V相、W相の三相巻線で構成され、スター結線あるいはデルタ結線されて図示しないインバータやサーボアンプ等を経由して駆動用電源に接続される。コイル体2、コイル4は、それぞれU相、V相、W相の組み合わせ1組を最小単位とし、必要な推力もしくはトルクに応じてU−V−Wの組数を増加させることができる。
As described above, the
以上説明した第1の実施形態によれば、リニアモータにおけるリニアエンコーダ用の目盛り(リニアスケール)と、リニアモータのシャフトと同心の回転軸を持つ回転モータにおける回転エンコーダの目盛り(回転スケール)をシャフトに直接、しかも格子状にして共通領域に形成したことにより、シャフトとは別の部材にスケールを設ける例に比べて、アッベの誤差が少なく位置及び推力の制御を高精度で行うことができ、リニアスケールと回転スケールを別場所に設ける例に比べてスケール作成に伴うコストの低減化及び省スペース化を実現することできる。 According to the first embodiment described above, the scale (linear scale) for the linear encoder in the linear motor and the scale (rotary scale) for the rotary encoder in the rotary motor having a rotary shaft concentric with the shaft of the linear motor are used as the shaft. In addition, compared to the example in which the scale is formed on a member different from the shaft directly and in a grid pattern in the common region, the Abbe's error is small and the position and thrust can be controlled with high accuracy. Compared to an example in which a linear scale and a rotary scale are provided in different places, cost reduction and space saving associated with scale production can be realized.
図5は、第1の実施形態と同様のスケール一体型リニアモータをユニット化して直動ユニットとした場合の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は斜視断面図である。 5A and 5B show an example of a case where a scale-integrated linear motor similar to that of the first embodiment is unitized into a linear motion unit. FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a perspective sectional view.
図5に示した直動ユニットにおけるスケール一体型リニアモータが図1で説明したスケール一体型リニアモータと異なる点は、複数の永久磁石3の組み付け構造やシャフト10の支持構造等を具体的に示し、シャフト10が鉛直方向に移動する、いわば縦置き型とした点にある。
The scale-integrated linear motor in the linear motion unit shown in FIG. 5 is different from the scale-integrated linear motor described in FIG. 1, specifically showing the assembly structure of the plurality of
すなわち、複数の永久磁石3の組み付けを、複数の永久磁石3の中空部に挿通されるセンター軸15と、センター軸15の両端側に取り付けられる保持部12、13とで行うようにしている。センター軸15の外周の少なくとも両側には一定範囲にわたって雄ねじが形成され、保持部12、13にはこれらの雄ねじに対応した雌ねじが形成されている。保持部12、13によって、複数の永久磁石3間に生じる反発力より大きな力で締め付けを行うことにより、複数の永久磁石3を図1に示すように組み付けることができる。なお、回転モータ用の永久磁石5とこれに最も近い永久磁石3との間には円筒状のスペーサ16を介在させている。同様に、永久磁石5と保持部12との間にもスペーサ17を介在させている。これらのスペーサ16、17は、非磁性材料で作られるのが望ましいが、これに限らない。
That is, the plurality of
センター軸15の外周の全長にわたって雄ねじを形成しても良い。この場合、永久磁石3と永久磁石5の内周の他、必要に応じてスペーサ16、17の内周にも雌ネジを形成することによりセンター軸15への組み付けを容易にすることができる。
A male screw may be formed over the entire length of the outer circumference of the
直動部100のコイル体2、回転部200のコイル4、及び検出部300のリニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7を、樹脂モールドで一体化してベース9に固定している。勿論、直動部100のコイル体2、回転部200のコイル4、及び検出部300のリニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7を、樹脂モールドで一体化したものを、ベース9と一体的にモールドすることもできる。
The
ベース9の上下にはそれぞれ、ベース9の本体に対して直角方向に突き出す突出部9−1、9−2が形成されている。そして、突出部9−1、9−2にはそれぞれ、保持部12、13を、直動及び回転可能に支持するための軸受18、19が設けられている。シャフト10をそのストロークの下限位置で係止するための構造の一例を説明すると、例えば保持部12、13の少なくとも一方にストッパ部材(図示せず)を設けることで実現できる。軸受18、19に接する保持部12、13は、耐摩耗性に優れた金属が望ましいが、軸受を静圧軸受やエンジニアリングプラスチック等の樹脂にすることで、他の材料にすることも可能である。また、パイプ1の両側を延長して延長部をそのまま保持部として使用することも可能である。この場合、前述したように、センター軸15を、その全長にわたって雄ねじを形成したものとする。
Projections 9-1 and 9-2 are formed above and below the base 9 so as to project in a direction perpendicular to the main body of the base 9. Further,
図5の直動ユニットでは、センター軸15を介して複数の永久磁石3を両端からの保持部12、13のねじ込みにより締め付ける構造としているが、センター軸を無くして、保持部12及び13とパイプ1とをかしめ、溶接、ロウ付け等で固定してパイプ1内に複数の永久磁石3、永久磁石5等を内蔵したシャフトを構成することも可能である。
The linear motion unit of FIG. 5 has a structure in which the plurality of
また、コイル体2、コイル4、リニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7とを個別に樹脂でモールドし、それぞれ独立させてベース9に固定することも可能である。図5(a)において、20は、コイル体2、コイル4に電力を供給するケーブル、リニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7から検出信号を取り出すための信号線を示す。
It is also possible to mold the
なお、図1に示した第1の実施形態、図5の直動ユニットではシャフト10側を可動部、コイル側を固定部としているが、用途に応じてシャフト10側を固定部、コイル側を可動部とすることも可能である。この場合、図5で説明すると、保持部12、13が突出部9−1、9−2において固定されてシャフト10が固定部となり、コイル体2、コイル4、リニアセンサヘッド6と回転センサヘッド7とを一体的に樹脂でモールドしたものがシャフト10の中心軸方向にスライド可能に構成されて可動部となる。
Although the
図6は、図5に示した直動ユニットの変形例を示す。図6に示すように、図5における保持部12、13及びセンター軸15のそれぞれに連通する貫通穴を設けて、保持部12a、13a、15aのような形状とすることにより、シャフト10に貫通穴21を作ることができる。これにより、シャフト10を中空とすることが可能となり、シャフト10の一端側(上端側)に図示しない空圧機器を接続することにより、シャフト10の他端側(下端側)を減圧による電子部品の吸着手段として使用することができる。
FIG. 6 shows a modification of the linear motion unit shown in FIG. As shown in FIG. 6, a through hole that communicates with each of the holding
図7を参照して、本発明に係るスケール一体型リニアモータの第2の実施形態について説明する。第2の実施形態によるスケール一体型リニアモータは、シャフトをその中心軸方向に駆動する三相リニアモータとして機能する直動部と、シャフトの中心軸方向の位置を検出するための検出部と、を持つ。 A second embodiment of the scale-integrated linear motor according to the present invention will be described with reference to FIG. 7. The scale-integrated linear motor according to the second embodiment includes a linear motion portion that functions as a three-phase linear motor that drives a shaft in the central axis direction thereof, and a detection portion that detects a position of the shaft in the central axis direction. have.
図7は、第2の実施形態によるスケール一体型リニアモータの主要部、すなわち上記の直動部400、検出部500を一部破断して示した図である。
FIG. 7 is a partially cutaway view of a main part of the scale-integrated linear motor according to the second embodiment, that is, the
直動部400は、図1で説明した直動部100と同じ構造で良いので、簡単に説明する。図1(a)を参照して説明したように、円筒(あるいはリング)状の永久磁石を複数個直列に繋ぎ合わせたものをパイプ1に収容して磁石部としてなるシャフト10がその中心軸方向に移動可能な三相リニアモータの可動部(可動子)として作用する。一方、直動部100におけるパイプ1の周囲には、微小ギャップを介してシャフト10を同心状に内包するようにコイル体2が組み合わされる。コイル体2は図示しないベースに固定され、三相リニアモータの固定部(固定子)として作用する。コイル体2は、U相、V相、W相の3つのコイルを1組とする少なくとも1組のコイルを含み、ここでは2組(6個)のコイルをシャフト10の中心軸方向に繋ぎ合わせてなる。
Since the
このような直動部100を持つ三相リニアモータは、前述したように、図示しない外部電源から2組のコイルのU相、V相、W相に120°の位相差を持つ駆動電流を流すと、各コイルと永久磁石3との間で中心軸方向の推力が発生してシャフト10が中心軸方向に移動し、その推力をシャフト10により三相リニアモータの外に取り出すことができる。
As described above, the three-phase linear motor having the
検出部500は、図1(a)で説明した検出部300におけるリニアエンコーダと同じ構造で良い。すなわち、パイプ1の外周に目盛り8Aを形成してリニアエンコーダ用スケールとし、目盛り8の形成領域におけるパイプ1の周囲に、微小ギャップを介してリニアエンコーダ用のリニアセンサヘッド6を配置してなる。目盛り8Aは、パイプ1の中心軸方向に等間隔をおいて円周方向に形成されている。目盛り8Aは、ここではパイプ1の全長にわたって形成されているが、シャフト10のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲に形成されれば良いことは言うまでも無い。前述したように、リニアスケールのピッチは、リニアセンサヘッド6の検出精度に対応できるように設定される。また、リニアスケールとリニアセンサヘッドの組み合わせは、光学式が望ましい。
The detection unit 500 may have the same structure as the linear encoder in the
目盛り8Aは、レーザー等でパイプ1の表面に直接描画しても良いし、フィルム状のシートにあらかじめ目盛りを作成しこれをパイプ1の表面に貼り付けても良い。シートの場合、その材質は作業性を考えると非磁性体が望ましいが、この限りではない。
The
第2の実施形態において、第1の実施形態と同じ構成要素については、第1の実施形態において説明した変更形態がすべて適用可能である。例えば、図5を参照して説明したように、コイル体2とリニアセンサヘッド6を一体的又は個別に樹脂でモールドして固定部とすることができ、固定部をベースと一体的にモールドすることもできる。また、第2の実施形態においても、シャフト10側を可動部、コイル側を固定部としているが、用途に応じてシャフト10側を固定部、コイル側を可動部とすることも可能である。
In the second embodiment, all the modifications described in the first embodiment can be applied to the same constituent elements as in the first embodiment. For example, as described with reference to FIG. 5, the
以上説明した第2の実施形態によれば、リニアモータにおけるリニアエンコーダ用の目盛り(リニアスケール)をシャフトに直接、しかもリニアモータ用のコイルに隣接した領域に形成したことにより、シャフトとは別の部材にスケールを設ける例に比べて、アッベの誤差が少なく、位置及び推力の制御を高精度で行うことができるうえに、省スペース化を実現することできる。 According to the second embodiment described above, the scale (linear scale) for the linear encoder in the linear motor is formed directly on the shaft and in the region adjacent to the coil for the linear motor, so that it is different from the shaft. Compared to an example in which a scale is provided on a member, Abbe's error is small, position and thrust can be controlled with high accuracy, and space saving can be realized.
本発明によるスケール一体型リニアモータは、精密機器の搬送部、例えば半導体製造機械の搬送系に適しているが、この限りではない。 The scale-integrated linear motor according to the present invention is suitable for, but not limited to, a conveyance section of precision equipment, for example, a conveyance system of a semiconductor manufacturing machine.
1 パイプ
2 リニアモータ用のコイル体
3 リニアモータ用の永久磁石
4 回転モータ用のコイル
5 回転モータ用の永久磁石
6 リニアセンサヘッド
7 回転センサヘッド
8、8A 目盛り
9 ベース
10 シャフト(固定子)
12、13 保持部
18、19 軸受
100、400 直動部
200 回転部
300、500 検出部
1
12, 13
Claims (4)
前記コイルの軸方向の一端側に隣接した位置に、前記コイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用のセンサヘッドを配置し、該センサヘッドの相対的移動範囲を含む領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用の目盛りを備え、
前記支持部材はパイプであり、該パイプ内に前記複数の永久磁石を磁極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて直列に繋ぎ合わせて収容して前記シャフトが構成され、前記パイプの外周表面に等間隔をおいて全周にわたる前記目盛りが直接形成されていることを特徴とするスケール一体型リニアモータ。 A magnet portion for a linear motor, in which a plurality of permanent magnets are connected in series and fixed to a supporting member that is longer than the connected plurality of permanent magnets to form a shaft, and the shaft are concentric with a gap therebetween. In a linear motor including a coil for a cylindrical linear motor, which is combined with the shaft so as to be relatively movable along the axial direction of the shaft,
A sensor head for a linear encoder is arranged at a position adjacent to one end side in the axial direction of the coil so as to be movable relative to the shaft together with the coil, and corresponds to a region including a relative movement range of the sensor head. the outer periphery of the support member, comprising a scale for a linear encoder,
The support member is a pipe, and the shaft is configured by accommodating the plurality of permanent magnets in such a manner that the same magnetic poles face each other and are connected in series so that the magnetic poles alternate, and the shaft is formed. A scale-integrated linear motor, characterized in that the scales are directly formed on the entire surface at equal intervals .
前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の他端側に隣接した位置、又は前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側と前記回転用モータの間の位置、もしくは前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石側とは反対側の前記回転用モータの端部に隣接した位置に、前記リニアモータ用のコイル及び前記回転モータ用のコイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドを配置し、
これらのリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドの相対的移動範囲を含む共通領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用の格子状目盛りを備え、
前記支持部材はパイプであり、該パイプ内に前記複数の永久磁石を磁極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて直列に繋ぎ合わせて収容して前記シャフトが構成され、前記共通領域に対応する前記パイプの外周表面に全周にわたって前記格子状目盛りが直接形成されていることを特徴とするスケール一体型リニアモータ。 A magnet portion for a linear motor, in which a plurality of permanent magnets are connected in series and fixed to a supporting member that is longer than the connected plurality of permanent magnets to form a shaft, and the shaft are concentric with a gap therebetween. And a coil for a cylindrical linear motor, which is combined with the shaft so as to be relatively movable along the axial direction of the shaft, and at a position on the axial one end side of the connected permanent magnets. A linear motor provided with a rotation motor that rotates the shaft about its central axis.
A position adjacent to the other axial end of the plurality of joined permanent magnets, a position between one axial end of the joined plurality of permanent magnets and the rotation motor, or the joined A linear encoder that is movable relative to the shaft together with the linear motor coil and the rotary motor coil at a position adjacent to the end of the rotary motor on the side opposite to the plurality of permanent magnets. Place the sensor head and the sensor head for the rotary encoder,
On the outer periphery of the support member corresponding to a common area including the relative movement range of the sensor head for linear encoder and the sensor head for rotary encoder, a grid-like scale for linear encoder and rotary encoder is provided ,
The support member is a pipe, and the shaft is configured by accommodating the plurality of permanent magnets with the same magnetic poles facing each other and connected in series so that the magnetic poles are alternately arranged in the pipe. A scale-integrated linear motor, wherein the lattice-shaped scales are directly formed on the entire outer peripheral surface of the corresponding pipe .
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