JPH0312055Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、２相励磁方式によつて駆動した場合
に生じる各励磁モード毎の推力の変動を低減する
ことができるリニアパルスモータに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

周知の様にリニアパルスモータは一次側磁束発
生装置であるスライダに供給されるパルス電流に
基づいて、スライダまたは二次側スケール（以
下、単にスケールと称す）をステツプ状に進歩動
作させるものであり、その磁気回路の構成は第４
図に示す通りである。この図において、１は磁性
体の長尺板状の部材で構成されたスケールであ
り、その上面には凹凸状の歯部１ａ，１ａ，…が
長手方向へ等間隔に形成されている。このスケー
ル１の上面にはスライダ２が図示せぬローラ等か
らなる支持機構によつてスケール１の長手方向へ
移動自在に支持された状態で載置されている。ス
ライダ２はコ字状の鉄心４および５と、鉄心４お
よび５の各磁極４ａ，４ｂおよび５ａ，５ｂに
各々巻回されたコイル６ａ，６ｂおよび７ａ，７
ｂと、鉄心４および５の上面に図示する極性で取
り付けられた永久磁石８および９と、永久磁石
８，９の上面に取り付けられた磁性板１０とから
構成されている。そして、磁性４ａの下面には第
５図に示す様にスケール１の歯部１ａのピツチＰ
と同一ピツチの極歯１４ａが３個形成されてお
り、極磁４ｂ，５ａ，５ｂの各下面にも同様に極
歯１４ｂ，１５ａ，１５ｂが各々形成されてい
る。この場合、スライダ２の一端（第４図では左
端）から１番目、４番目、２番目、３番目の順に
配列された第１相の磁極４ａの極歯１４ａ、第２
相の磁極５ｂの極歯１５ｂ、第３相の磁極４ｂの
極歯１４ｂ、第４相の磁極５ａの磁極１５ａは、
各歯部１ａに対して順次1/4ピツチ（Ｐ／４）ず
つずらして配置されている。すなわち、第４図に
示すように、第１相の磁極４ａの極歯１４ａが歯
部１ａと上下に対向している状態において、一端
から４番目に位置する第２相の磁極５ｂの極歯１
５ｂは歯部１ａに対して1/4ピツチずれ、一端か
ら２番目に位置する第３相の磁極４ｂの極歯１４
ｂは歯部１ａに対して2/4ピツチずれ、一端から
３番目に位置する第４相の磁極５ａの極歯１５ａ
は歯部１ａに対して3/4ピツチずれている。また、
極歯１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの各下面と
歯部１ａの上面との間には所定の空隙Ｇが各々形
成されている。そして、コイル６ａ，６ｂ，７
ａ，７ｂに所定のパルス電流を順次供給すること
により、コイル６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂが発生す
る磁束と、永久磁石８，９が発生する磁束とが各
磁極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにおいて、順次加減
され、スケール１に対するスライダ２の磁気的安
定位置が順次移動し、これにより、スライダ２が
スケール１の長手方向に沿つて移動する。

ここで、常に２組のコイル６ａ，６ｂおよび７
ａ，７ｂに駆動電流を供給する２組相励磁方式に
よつてスライダ２を移動させる場合について説明
する。

第１の励磁モード（４−１相励磁） 第６図イに示す様に、コイル６ａ，６ｂに端子
６ｃから６ｄへ向つて所定の電流を流すと共に、
コイル７ａ，７ｂに端子７ｄから７ｃへ向つて所
定の電流を流す。すると、第４相の磁極５ａと第
１相の磁極４ａにおいて、永久磁石９および８が
発生した磁束とコイル７ａおよび６ａが発生した
磁束とが相加わり、その他の磁極５ｂと４ｂにお
いては、永久磁石９および８が発生した磁束と各
コイル７ｂおよび６ｂが発生した磁束とが互いに
打ち消し合うので、図に実線φ₁で示す主磁束ル
ープが発生し、これにより、第４相の磁極５ａお
よび第１相の磁極４ａの各極歯１５ａおよび１４
ａと、各歯部１ａとの間の空隙に磁気的な吸引力
が発生し、この結果、第７図イに示す位置関係
が、スケール１に対するスライダ２の磁気的安定
位置となる。なお、第７図においては、図面を簡
略化するために、歯部１ａを各磁極４ａ，４ｂ，
５ａ，５ｂと同じ大きさで示し、各極歯１４ａ，
１４ｂ，１５ａ，１５ｂの図示を省略している。

第２の励磁モード（１−２相励磁） 第６図ロに示す様に、コイル６ａ，６ｂにと
同方向へ所定の電流を流すと共に、コイル７ａ，
７ｂにと逆方向へ所定の電流を流すと、第１相
の磁極４ａと第２相の磁極５ｂにおいて、永久磁
石８および９が発生した磁束とコイル６ａおよび
７ｂが発生した磁束とが相加わり、その他の磁極
５ａと４ｂにおいては、互いに打ち消し合うの
で、図に実線φ₂で示す主磁束ループが発生し、
これにより、第１相の磁極４ａおよび第２相の磁
極５ｂの各極歯１４ａおよび１５ｂと、各歯部１
ａとの間の空隙に磁気的な吸引力が発生し、この
結果第７図ロに示す位置関係が、スライダ２の磁
気的安定位置となる。

第３の励磁モード（２−３相励磁） 第６図ハに示す様に、コイル６ａ，６ｂにと
逆方向へ所定の電流を流すと共に、コイル７ａ，
７ｂにと同方向へ所定の電流を流すと、第２相
の磁極５ｂと第３相の磁極４ｂにおいて、永久磁
石９および８が発生した磁束とコイル７ｂおよび
６ｂが発生した磁束とが相加わり、その他の磁極
５ａと４ａにおいては、互いに打ち消し合うの
で、図に実線φ₃で示す主磁束ループが発生し、
これにより、第２相の磁極５ｂおよび第３相の磁
極４ｂの各極歯１５および１４ｂと、各歯部１ａ
との間の空隙に磁気的な吸引力が発生し、この結
果、第７図ハに示す位置関係が、スライダ２の磁
気的安定位置となる。

第４の励磁モード（３−４相励磁） 第６図ニに示す様に、コイル６ａ，６ｂにと
同方向へ所定の電流を流すと共に、コイル７ａ，
７ｂにと逆方向へ所定の電流を流すと、第３相
の磁極４ｂと第４相の磁極５ａにおいて、永久磁
石８および９が発生した磁束とコイル６ｂおよび
７ａが発生した磁束とが相加わり、その他の磁極
４ａと５ｂにおいては、互いに打ち消し合うの
で、図に実線φ₄で示す主磁束ループが発生し、
これにより、第３相の磁極４ｂおよび第４相の磁
極５ａの各極歯１４ｂおよび１５ａと、各歯部１
ａとの間の空隙に磁気的な吸引力が発生し、この
結果、第７図ニに示す位置関係が、スライダ２の
磁気的安定位置となる。

以上の第１、第２、第３、第４の各励磁モード
の順にパルス励磁を繰り返すことによつて、各磁
極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの極歯１４ａ，１４
ｂ，１５ａ，１５ｂと、各歯部１ａとの間の空隙
に発生する磁気的な吸引力の作動方向成分が推力
となて、スライダ２が図に示す矢印Ｍ方向へ、第
２相の磁極５ｂを先頭として移動する。また、第
４、第３、第２、第１の各励磁モードの順にパル
ス励磁を繰り返すことによつて、スライダ２が矢
印Ｍと逆方向へ移動する。なお、スライダ２を固
定してスケール１を移動させる場合も同様であ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来のリニアパルスモータ
において、第１〜第４の各励磁モードの順にパル
ス励磁を行なつた場合、第１の励磁モードにおけ
る最大推力F₁、第２の励磁モードにおける最大
推力F₂、第３の励磁モードにおける最大推力F₃、
および第４の励磁モードにおける最大推力F₄を
各々測定すると、 F₁＞F₃ ……(1) F₄＞F₂ ……(2) となり、また、第４〜第１の各励磁モードの順に
パルス励磁を行なつた場合、 F₁＜F₃ ……(3) F₄＞F₂ ……(4) となる。ここで、上記(1)式および(3)式の関係は、
第７図イに示す第１の励磁モードにおいて磁極４
ｂを貫通するバイパス磁束φ₁bが、第７図ハに示
す第３の励磁モードにおいて磁極５ａを貫通する
バイパス磁束φ₃bに比べて小さいことに起因して
いる。すなわち、第７図イに示すように、歯部１
ａの幅と各磁極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの各幅を
共にＡ、歯部１ａと各磁極４ａ，４ｂ，５ａ，５
ｂとが上下に対向する部分の寸法をＢとした場合
に、歯対向比Ｓを、 Ｓ＝Ｂ／Ａ ……(5) と定義する。すると、第７図イに示す第１の励磁
モードにおいて、バイパス磁束φ₁bが通過する磁
極４ｂと歯部１ａとの歯対向比Ｓ＝1/4であるの
に対し、第７図ハに示す第３の励磁モードにおい
て、バイパス磁束φ₃bが通過する磁極５ａと歯部
１ａとの歯対向比Ｓ＝3/4である。これにより、
上記第１の励磁モードにおける磁極４ｂと歯部１
ａとの間の磁気抵抗が、第３の励磁モードにおけ
る磁極５ａと歯部１ａとの間の磁気抵抗に比べて
大となる。この場合抵抗が小である程、磁束が通
過し易いため、 φ₃b＞φ₂(二) ……(6) なる関係が導かれる。そして、これらバイパス磁
束φ₁bおよびφ₃bによつ発生する推力は、上述し
た推力F₁およびF₃とは逆向きに働くため、上記
(1)式および(3)式の関係が導き出される。

また、上記(2)，(4)式は、第７図ロに示す第２の
励磁モードにおいてバイパス磁束φ₂が貫通する
磁路の長さが、第７図ニに示す第４の励磁モード
において主磁束φ2が貫通する磁路の長さが、第
７図ニに示す第４の励磁モードにおいて主磁束ル
ープφ4が貫通する磁路の長さよりも長い事に起
因している。したがつて、この様な従来のリニア
パルスモータを例えばプリンタの印字ヘツド送り
用モータとして利用した場合、各励磁モード毎の
推力F₁〜F₄が変動してしまうため、印字ずれ等
が生じてしまうという問題があつた。

この考案は上記事情に鑑みてなされたもので、
２相励磁方式によつて駆動した場合に生じる各励
磁モード毎の推力の変動を最小限に抑えることが
できるリニアパルスモータを提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、長手方向に沿つて所定ピツチで歯
部が形成された二次側スケール上に、その長手方
向へ沿つて相対移動自在に一次側磁束発生装置が
載置されると共に、該一次側磁束発生装置は、前
記二次側スケールの各歯部に対して順次1/4ピツ
チずつずらして配置され、かつ端から１番目、４
番目、２番目、３番目の順に配列された第１相〜
第４相の磁極と、これら各磁極に各々巻回された
コイルと、前記各磁極に一定方向に磁束を供給す
る永久磁石とを有して構成され、記各コイルに常
時電流を供給する２相励磁方式によて駆動するこ
とにより、前記一次側磁束発生装置が、端から４
番目に位置する前記第２相の磁極を先頭として前
記二次側スケールの長手方向に沿つて移動するリ
ニアパルスモータにおいて、前記一次側磁束発生
装置の移動方向先頭に位置する前記第２相の磁極
と前記各歯部との間の空隙G₁と、その他の磁極
と前記各歯部との間の空隙Ｇとの関係を、 G₁＝10.7／12・Ｇ〜11.3／12・Ｇ とするか、 もしくは、前記第２相の磁極の幅寸法D₁と、
その他の磁極の幅寸法Ｄとの関係を、 D₁＝12／10.7・Ｄ〜12／11.3・Ｄ としたことを特徴としている。

〔作用〕

上記の構成によれば、２相励磁方式によつて駆
動した場合において、第１相〜第４相の各磁極の
配列と、二次側スケールの各歯部に対する相対位
置関係に起因して生じる各励磁モード毎の推力の
変動が最小限に抑えられる。

〔実施例〕

第１図はこの考案の第１実施例によるリニアパ
ルスモータの磁気回路の構成を示す図である。こ
の図において、従来のリニアパルスモータと異る
点は、第６図イ〜ニに示す２相励磁方式によつて
駆動されるという前提の下に、矢印Ｍ方向に移動
するスライダ２の先頭に位置する第２相の磁極５
b₁の極歯１５ｂとスケール１の各歯部１ａとの間
の空隙G₁と、その他の磁極４ａ，４ｂ，５ａの
各極歯１４ａ，１４ｂ，１５ａと各歯部１ａとの
間の空隙Ｇとの関係を、 G₁＝11／10・Ｇ ……(7) とした点にある。

このような構成において、第６図イ〜ニに示す
場合と同様に、第１〜第４の励磁モードを繰り返
す２相励磁方式によつて駆動すると、スライダ２
の移動方向先頭に位置する第２相の磁極５b₁とス
ケール１との間に発生する磁束が、従来のリニア
パルスモータの磁極５ｂとスケール１との間に発
生する磁束よりも増加し、これにより、磁極５b₁
が発生する推力が増加して、各励磁モード毎の推
力の変動が低減される。

以下、その理由について説明する。すなわち、
従来のリニアパルスモータの第１相の磁極４ａが
発生する推力をf₁、第２相の磁極５ｂが発生する
推力をf₂、第３相の磁極４ｂが発生する推力を
f₃、第４相の磁極５ａが発生する推力f4とする
と、前述した(1)式および(2)式は f₁＋f₄＞f₃＋f₂ ……(8) f₃＋f₄＞fA＋fB ……(9) と表わすことができる（第７図参照）。したがつ
て、(8)式および(9)式から明らかなように、各励磁
モードの推力F₁〜F₄を均一にするためには、第
２相の磁極５ｂが発生する推力F₂を所定量だけ
増加すればよいことがわかる。上述した第１実施
例においては、空隙G₁とＧとの関係を、上記(7)
式の関係とすることによつて、第２相の磁極５b₁
が発生する推力を、従来の推力f₂よりも所定量だ
け増加させている。

ここで、上記(7)式の関係は、以下のようにして
求めた。

まず、各励磁モードの推力F₁〜F₄の変動を表
現する相間推力変動率εを次のように定義する。

ε＝Fmax−Fmin／F₀・100〔％〕 ……(10) 但し、F₀＝（F₁＋F₂＋F₃＋F₄）／４であり、
FmaxはF₁〜F₄の中で最大のもの、FminはF₁〜
F₄の中で最小のもの。

そして、空隙Ｇ＝60〔μm〕として、空隙G₁を
変化させた場合、各励磁モードの推力F1〜F₄を
測定すると、第３図に示すように変化する。これ
ら推力F₁〜F₄の測定結果に基づいて相間推力変
動率εを計算すると、第３図に示すように、空隙
G₁＝55〔μm〕において最小になる。したがつて、
相間推力変動率εを最小とし、各励磁モード毎の
推力F₁〜F₄の変動を最小限に抑えるための最適
条件としては、 G₁／Ｇ＝55／60＝11／12 ……（11） とすれば良いことになる。

この場合、機械的精度等を勘案して、空隙G₁
＝56.5〜53.5〔μm〕を許容範囲とすると、 G₁＝10.7／12・Ｇ〜11.3／12・Ｇ ……（12） としても構わない。

次に、第２図を参照して、この考案の第２実施
例について説明する。この図において、先に述べ
た第１実施例と異なる点は、磁極４ａ，４ｂ，５
ａ，５b₂とスケール１との間の各空隙Ｇを全て同
一として、第２相の磁極５b₂の幅寸法D₁と、そ
の他の磁極４ａ，４ｂ，５ａの各幅寸法Ｄとの関
係を、 D₁＝12／11・Ｄ ……（13） とした点にある。これにより、第１実施例と同様
に第２相の磁極５b₂が発生する推力を、従来の推
力f₂よりも所定量だけ増加させ、各励磁モード毎
の推力の変動を低減している。この場合、各励磁
モード毎の推力F₁〜F₄の変動を最小限に抑える
ための最適条件は、上記（13）式で示されるが、
機械的精度等を勘案して、 D₁＝12／10.7・Ｄ〜12／11.3・Ｄ ……（14） としても構わない。

なお、上述した第１および第２実施例において
は、第１、第２、第３、第４の各励磁モードの順
に２相励磁を繰り返すことによつて、スライダ２
が第２相の磁極５ｂを先頭として移動する場合に
ついて述べたが、第４、第３、第２、第１の各励
磁モードの順に２相励磁を繰り返すことによつ
て、スライダ２が磁極４ａを先頭として移動する
場合は、上記(3)および(4)式から明らかなように、
磁極４ａとスケール１との間の空隙をG₁とする
か、若しくはその幅寸法をD₁とすればよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案によれば、２相
励磁方式によつて駆動した場合において、第１相
〜第４相の各磁極の配列と二次側スケールの各歯
部に対する相対位置関係に起因して生じる各励磁
モード毎の推力の変動を最小限に抑えることがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々この考案の第１およ
び第２実施例によるリニアパルスモータの磁気回
路の構成を示す側面図、第３図は同実施例による
空隙G₁と相間推力変動率εとの関係を示すグラ
フ、第４図は従来のリニアパルスモータの磁気回
路の構成を示す側面図、第５図は第４図における
歯部１ａと極歯１４ａとの関係を示す図、第６図
イ〜ニは従来のリニアパルスモータを２相励磁方
式で駆動した場合における各励磁モードを説明す
るための図、第７図イ〜ニは同２相励磁方式で駆
動した場合における歯対向比とバイパス磁束を説
明するための図である。 １……スケール（二次側スケール）、１ａ……
歯部、２……スライダ（一次側磁束発生装置）、
４ａ……第１相の磁極、４ｂ……第３相の磁極、
５ａ……第４相の磁極、５b₁，５b₂……第２相の
磁極、６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ……コイル、８，
９……永久磁石、Ｇ，G₁……空隙、Ｄ，D₁……
幅寸法。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 長手方向に沿つて所定ピツチで歯部が形成され
   た二次側スケール上に、その長手方向へ沿つて相
   対移動自在に一次側磁束発生装置が載置されると
   共に、該一次側磁束発生装置は、前記二次側スケ
   ールの各歯部に対して順次1/4ピツチずつずらし
   て配置され、かつ端から１番目、４番目、２番
   目、３番目の順に配列された第１相〜第４相の磁
   極と、これら各磁極に各々巻回されたコイルと、
   前記各磁極に一定方向に磁束を供給する永久磁石
   とを有して構成され、前記各コイルに常時電流を
   供給する２相励磁方式によつて駆動することによ
   り、前記一次側磁束発生装置が、端から４番目に
   位置する前記第２相の磁極を先頭として前記二次
   側スケールの長手方向に沿つて移動するリニアパ
   ルスモータにおいて、 前記一次側磁束発生装置の移動方向先頭に位置
   する前記第２相の磁極と前記各歯部との間の空隙
   G₁と、その他の磁極と前記各歯部との間の空隙
   Ｇとの関係を、 G₁＝10.7／12・Ｇ〜11.3／12・Ｇ とするか、 もしくは、前記第２相の磁極の幅寸法D₁とそ
   の他の磁極の幅寸法Ｄとの関係を、 D₁＝12／10.7・Ｄ〜12／11.3・Ｄ としたことを特徴とするリニアパルスモータ。