JP6724839B2 - Linear drive - Google Patents
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Description
本発明は、リニア駆動装置において、可動子を制動する機械的ブレーキ機構を簡易な構造で実現するものである。 The present invention is to realize a mechanical braking mechanism for braking a mover with a simple structure in a linear drive device.
従来のリニア駆動装置のブレーキ機構として、コイルへの電流パターンを操作することで、電磁的に制動を行うものがあった(例えば、特許文献1)。本構成では、電力喪失時に制動機能を発揮することができなかった。 As a brake mechanism of a conventional linear drive device, there is a brake mechanism that electromagnetically brakes by operating a current pattern to a coil (for example, Patent Document 1). With this configuration, the braking function could not be exerted when power was lost.
一方、電力喪失時に制動機能を発揮できる構成として、コイルの電磁吸引力によって機械的な制動機構の開閉を行い、機械的に制動を行うものがあった(例えば、特許文献2)。 On the other hand, as a configuration capable of exhibiting a braking function when power is lost, there is a configuration in which a mechanical braking mechanism is opened/closed by electromagnetic attraction of a coil to perform mechanical braking (for example, Patent Document 2).
特許文献2のように、推進用に用いているコイルの電磁吸引力によって機械的な制動機構を操作する場合、推進力の印加と制動の開閉とを独立に操作できないため、制動機構の閉塞動作を開始してから完了するまでの間は、可動子の位置決めが行われない状態となり、外力や振動といった外乱の影響で停止位置がずれるという課題がある。
When the mechanical braking mechanism is operated by the electromagnetic attraction force of the coil used for propulsion as in
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、制動時の位置精度の高いブレーキ付きリニア駆動装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to realize a linear drive device with a brake having high positional accuracy during braking.
上述の課題を解決するため、本発明に係るリニア駆動装置は、駆動用永久磁石を備える可動子と、駆動用永久磁石に対向する位置に、可動子の移動方向に沿って、並べられた複数のコイルを備える固定子と、を備え、可動子は、複数のコイルと対向する位置に、駆動用永久磁石と所定の間隔を隔てて配置された制動用永久磁石と、制動側永久磁石に連結された可動子側制動部と、を備え、複数のコイルのうち、駆動用永久磁石と相対する位置のコイルには、可動子の位置を制御するための駆動用電流パターンが印加され、制動用永久磁石と相対する位置のコイルには、可動子側制動部による制動状態を制御するための制動用電流パターンが印加されるものである。 In order to solve the above-described problems, a linear drive device according to the present invention includes a mover provided with a drive permanent magnet, and a plurality of elements arranged at a position facing the drive permanent magnet along a moving direction of the mover. And a stator having a coil, and the mover is connected to the braking permanent magnet and a braking side permanent magnet at a position facing the plurality of coils with a predetermined distance from the driving permanent magnet. The moving part-side braking part is provided, and the driving current pattern for controlling the position of the moving part is applied to the coil at the position facing the driving permanent magnet among the plurality of coils, and the coil for braking is applied. A braking current pattern for controlling the braking state of the mover-side braking portion is applied to the coil at a position facing the permanent magnet.
本発明によれば、推進動作と制動動作は、並べられた複数のコイルの内、別々のコイルを用いて行われるように通電が制御されるため、制動時の位置精度の高いリニア駆動装置を、実現することができる。 According to the present invention, since the energization is controlled so that the propulsion operation and the braking operation are performed by using different coils out of a plurality of coils arranged side by side, a linear drive device having high position accuracy during braking is provided. Can be realized.
以下に、本発明に係るリニア駆動装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a linear drive device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
Embodiment.
Embodiments of the present invention will be described below.
図1および図2は、リニア駆動装置の可動子1および固定子2の構造を表す模式図である。図3および図4は、可動子1と固定子2を組み合わせた状態での、図1、図2におけるX−X断面図である。図3は、制動時の状態を、図4は、駆動時の状態を表す。また、図5は、可動子1と固定子2を組み合わせた状態での、図1、図2におけるY−Y断面図である。
1 and 2 are schematic views showing the structures of the
図2に示すように、固定子2には、可動子1の駆動方向にそって、コイル11が一列に並んで配置されている。また、固定子2の両側には、2本のレール9が設けられている。レール9の内側には、固定子側制動部であるブレーキパッド10が、レール9の外側には、位置検出用のスケール8が、それぞれレール9と平行に延びる形で、配置されている。
As shown in FIG. 2,
図1に示すように、可動子1には、一対の駆動用永久磁石3と、制動用永久磁石5が、可動子1の駆動方向に沿った、同一の軸上に、所定の間隔を隔てて配置されている。また、固定子2に設けられたレール9と係合し、可動子1の移動方向を規制するための、2本のガイド7が可動子1の両側に配置されている。ガイド7がレール9に係合された状態では、駆動用永久磁石3や制動用永久磁石5は、一列に並んだコイル11と、常に対向した状態で、移動する。ガイド7の外側には、可動子1の位置を検出するための位置検出器4が配置されている。制動用永久磁石5は、可動子側制動部であるブレーキシュー6と連結されており、ブレーキガイド21に沿って、動作するように構成されている。
As shown in FIG. 1, in the
ブレーキシュー6はゴム材料で形成されており、ブレーキパッド10は金属材料で構成されている。ブレーキシュー6およびブレーキパッド10の断面形状は、図6のようになっており、ブレーキシュー6の摺動面側には、溝が形成されている。
The
コイル11に電流が流されていない状態では、図3のように、ブレーキシュー6は、付勢手段(コイルバネ)22の付勢力により、固定子2に設けられたブレーキパッド10に押し付けられる(制動状態)。制動状態では、可動子1が固定される。
In a state where no current is applied to the
一方で、コイル11に電流を流すことで、図4のように、制動用永久磁石5を介して、ブレーキシュー6を、ブレーキパッド10から離間させることで、制動状態を解除し、可動子1の駆動が可能となる(非制動状態)。
On the other hand, by applying a current to the
具体的には、図5の状態では、制動用永久磁石5を押し上げるように、制動用永久磁石5に相対するセグメントのコイル111およびコイル112に電流を流せばよい。また、この状態において、駆動用永久磁石3に相対するセグメントのコイル113、114、115、116に、駆動用永久磁石3に作用して、可動子1を動かすための駆動用電流を流すことで、可動子1を適宜動作させることが可能である。この際、コイル111、コイル112は、可動子1の動作には作用していないタイミングあるため、制動用永久磁石5を押し上げるために用いても可動子の動作に影響しない。
Specifically, in the state of FIG. 5, current may be passed through the
固定子2に設けられたコイル11は、図7のように、3個を1つのユニットとして、駆動用アンプ12に接続されている。並べるユニット数を増減させることで、可動子1が駆動する範囲を調整することが可能である。
As shown in FIG. 7, the
リニア駆動装置のシステム構成を図8に示す。コントローラ13は、位置検出器4からの信号により、可動子1の位置を把握し、複数の駆動用アンプ12に制御信号を送信することで、可動子1の位置を制御する。図7では、コントローラ13と複数の駆動アンプ12はシリアル接続されているが、パラレル接続されてもよい。また、本実施の形態では、位置検出器4は、可動子1に設けられている事例を示したが、可動子1の位置を検出できればよく、固定子2に設けてもよい。
The system configuration of the linear drive device is shown in FIG. The
図9は、図5におけるL方向に、可動子1を移動させる場合の、コイル113、114、115へ流す電流波形を表したものであり、コイル113に流す電流波形を実線S1、コイル114に流す電流波形を破線S2、コイル114に流す電流波形を二点鎖線S3で表している。また、図9のタイミングt1、タイミングt2、タイミングt3、タイミングt4には、可動子1は、図10−1、図10−2、図10−3、図10−4に示した位置にある。
FIG. 9 shows current waveforms to be passed through the
タイミングt1、タイミングt2では、コイル113、114、115には、それぞれ、可動子1の駆動用の電流(正弦波)が流されている。次に、t3のタイミングでは、コイル114および115には、可動子1の駆動用の電流が流されているが、コイル113には、制動用永久磁石5を押し上げ、非制動状態とするための一定の電流が流されている。t4のタイミングでは、115には、可動子1の駆動用の電流が流されているが、コイル113および114には、制動用永久磁石5を押し上げ、非制動状態とするための一定の電流が流されている。
At timings t1 and t2, currents (sine waves) for driving the
なお、図9の電流波形では、ブレーキ解除用の電流は、一定値となっているが、制動用永久磁石5を押し上げ、ブレーキを解除させることができればよく、一定値でなくてもよい。例えば、正弦波上の電流であってもよい。
Although the current for releasing the brake has a constant value in the current waveform of FIG. 9, it is sufficient if the braking
このように、可動子1の位置に応じ、各コイルには、駆動用の電流と、ブレーキ解除用の電流が、切り替えて供給されるため、制動状態の切り替え用に、別途、コイルを設ける必要がない。また、各コイルを駆動用に用いないタイミングで、ブレーキ解除用に用いるため、可動子1の動作に悪影響を与えることがない。推進動作と制動動作が、一列に並んだコイルの内、別々のコイルを用いて行われるため、それぞれ独立した制御が可能である。そのため、駆動用の電流を流し、位置を制御できている状態で、制動用の電流を流し、ブレーキをかけることで、狙った位置に可動子1を停止させることができる。
In this way, the current for driving and the current for releasing the brake are switched and supplied to each coil depending on the position of the
なお、図9の電流波形では、駆動用の電流波形は、交流の正弦波信号であったが、特に限定されず、例えば、矩形波信号であってもよい。 In the current waveform of FIG. 9, the driving current waveform is an AC sine wave signal, but is not particularly limited and may be, for example, a rectangular wave signal.
なお、図9の電流波形では、ブレーキ解除用の電流は、一定値となっているが、制動用永久磁石5を押し上げ、ブレーキを解除させることができればよく、一定値でなくてもよい。例えば、正弦波上の電流であってもよい。
Although the current for releasing the brake has a constant value in the current waveform of FIG. 9, it is sufficient if the braking
以上の構造を有する本実施の形態のリニア駆動装置の可動子1の位置決めおよび機械的制動力による停止位置保持機構において、可動子1は駆動用永久磁石3に相対するセグメントのコイルへの印加電流パターンの操作により、所望の停止位置へ位置決めされる。その後、駆動用永久磁石3に相対するセグメントのコイルへの電流印加による電磁的な位置決め状態を保持したまま、制動用永久磁石5に相対するセグメントのコイルへと印加されている制動機構操作用電流を弱めることで、ブレーキシュー6のブレーキパッド10上への付勢力を回復し、機械的制動力を得る。
In the positioning mechanism for the
本実施の形態では、駆動用永久磁石3は、2つ並んで配置される場合を示したが、駆動用永久磁石3の個数や配置は特に限定されない。また、駆動用永久磁石3と制動用永久磁石5間の距離も、適宜変更可能である。可動子の大きさの制約がない場合は、駆動用永久磁石3と制動用永久磁石5間の距離を広げることで、推進動作と制動動作の相互の影響をより小さくすることができる。
Although the case where two driving
本実施の形態では、ブレーキシュー6がゴム材料、ブレーキパッド10が金属材料で構成される事例を示したが、ブレーキシュー6やブレーキパッド10の素材は特に限定されない。例えば、例えば、ブレーキシュー6が金属材料、ブレーキパッド10がゴム材料であってもよい。また、両者がゴム材料や金属材料であってもよく、樹脂材料等その他の素材を用いてもよい。ブレーキシュー6やブレーキパッド10の形状も、特に限定されない。断面形状は、図11のように、ブレーキシュー6とブレーキパッド10が、互いに係合するように、構成されていてもよい。このような形状とすることで、非通電時の可動子1の固定が容易となる。
In the present embodiment, an example is shown in which the
本実施の形態では、非通電時にブレーキシュー6をブレーキパッド10に押し付ける付勢力を与えるための付勢手段22を設ける構成を示したが、例えば、コイル11に磁性コアが設けられている場合には、付勢手段22による付勢力の代わりに、磁性コアと制動用永久磁石5間の引き付け力を用いてもよい。また、付勢手段22による付勢力の代わりに、制動用永久磁石5やブレーキシュー6にかかる重力を用いてもよい。いずれの場合でも、付勢手段22を省くことが可能である。
In the present embodiment, the configuration has been described in which the biasing means 22 is provided to apply a biasing force that pushes the
以上の実施例のブレーキ機能付きリニア駆動装置は、制動操作をするための専用動力源が不要であるために装置構造を単純化しつつも、電源喪失時は付勢力により制動機構が自動的に閉塞することで可動子を機械的に制止できる。また、動作中は推進力の印加と制動機構の開閉を順次独立に操作できることで振動や外力など外乱による停止位置精度の悪化を抑止することができる。 The linear drive device with the braking function of the above embodiment does not require a dedicated power source for braking operation, so that the device structure is simplified, but when the power is lost, the braking mechanism is automatically closed by the urging force. By doing so, the mover can be mechanically stopped. In addition, since the application of the propulsive force and the opening/closing of the braking mechanism can be operated independently in sequence during operation, deterioration of the stop position accuracy due to disturbance such as vibration or external force can be suppressed.
1 可動子、2 固定子、3 駆動用永久磁石、4 位置検出器、5 制動用永久磁石、6 ブレーキシュー、7 ガイド、8 スケール、9 レール、10 ブレーキパッド、11,111,112,113,114,115,116 コイル、12 駆動用アンプ、13 コントローラ、21 ブレーキガイド、22 付勢手段。 1 Mover, 2 Stator, 3 Driving Permanent Magnet, 4 Position Detector, 5 Braking Permanent Magnet, 6 Brake Shoe, 7 Guide, 8 Scale, 9 Rail, 10 Brake Pad, 11, 111, 112, 113, 114, 115, 116 coils, 12 driving amplifier, 13 controller, 21 brake guide, 22 biasing means.
Claims (3)
前記駆動用永久磁石に対向する位置に、前記可動子の移動方向に沿って、並べられた複数のコイルを備える固定子と、
を備え、
可動子は、前記複数のコイルと対向する位置に、前記駆動用永久磁石と所定の間隔を隔てて配置された制動用永久磁石と、前記制動側永久磁石に連結された可動子側制動部と、を備え、
前記複数のコイルのうち、前記駆動用永久磁石と相対する位置のコイルには、前記可動子の位置を制御するための駆動用電流パターンが印加され、前記制動用永久磁石と相対する位置のコイルには、前記可動子側制動部による制動状態を制御するための制動用電流パターンが印加される、リニア駆動装置。 A mover having a drive permanent magnet,
A stator provided with a plurality of coils arranged at a position facing the driving permanent magnet along the moving direction of the mover;
Equipped with
The mover includes a braking permanent magnet disposed at a position facing the plurality of coils with a predetermined distance from the driving permanent magnet, and a mover-side braking portion connected to the braking side permanent magnet. ,,
Among the plurality of coils, a driving current pattern for controlling the position of the mover is applied to a coil at a position facing the driving permanent magnet, and a coil at a position facing the braking permanent magnet is applied. A linear driving device is applied with a braking current pattern for controlling the braking state of the mover-side braking portion.
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