JPH04150760A - 可動コイル型リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可動コイル型のりニアモータに係り、とくに光
デイスク装置のアクセスを早め、光ヘツド部を小型化す
るに好適な可動型コイルリニアモータに関する。

［従来技術］ 従来の可動コイル型リニアモータは例えば特開昭５８−
４９０９９号公報に記載のように、片面に永久磁石を取
付けた二つのヨークを各永久磁石が間隙を置いてセンタ
ーヨークに対向するようにして固定し、上記センターヨ
ークに沿って移動可能な可動コイルを設け、上記間隙部
の磁界と上記可動コイル電流との相互作用により上記可
動コイルを移動するようにしていた。

また、特開昭５８−１９２４８３号公報には、上記リニ
アモータにおいて可動コイルに鎖交する磁束量が位置に
よって変化してモータ出力が変動する点を改善するため
、上記間隙部の磁束密度をホール素子により検出してモ
ータ電流を制御するようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、上記可動コイル電流の変化に対応し
て上記ヨーク内に渦電流が誘起され、この渦電流が上記
可動コイル電流の変化を妨げてその変化を遅めるように
作用するので、応答速度が遅いという問題があった。

また、光ヘッドを上記リニアモータによって移動する場
合、対物レンズで光デイスク上のデータを記録あるいは
再生する必要上、対物レンズおよび対物レンズ駆動装置
を光ディスクに近く配置し、一方、リニアモータは光デ
ィスクに接触しない様に若干離れて配置されるようにな
っていた。このため、リニアモータの駆動力が光ヘッド
の重心位置より下側に作用することになり、光ヘッドに
回転力が作用して摩擦力を増加させたり、ピッチングを
生じたりしてアクセスの高速化を阻害していた。

本発明の目的は、上記可動コイルの電流変化を早め、同
時に光ヘッドの重心位置に近く駆動力を作用することの
できる可動コイル型リニアモータ提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、上記センタヨーク
表面部に複数のショートリング（短絡環）を設けるよう
にする。

さらに、上記二つのヨークに取付けられた永久磁石の内
の一方をセンターヨークの片面に取付け、上記可動コイ
ルを上位永久磁石を片面に有するセンタヨークに貫通し
て移動できるようにする。

また、上記ショートリングの幅を上記永久磁石の着磁方
同反転鴨より短くし、ざらに上記永久磁石の着磁区間幅
内に順次配列するよっにする。

また、上記磁気回路と上記可動コイル等により構成され
る可動コイル型リニアモータ部を支持枠により互いに平
行に支持し、上記支持枠を上記各可動コイル型リニアモ
ータ部のヨーク端部により支持して移動できるようにす
る。

［作用］ 以上のように構成した本発明の可動コイル型リニアモー
タは、上記の各ショートリングにより、上記各可動コイ
ルを構成する各巻線電流の応答速度を早める。

また、上記各巻線毎に対応して配置さた上記各ショート
リングに誘起される各電流相互間の干渉を弱める。

また、上記可動コイル型リニアモータの可動コイルを支
持し、光ヘッド等を搭載する支持枠の重心部に推力を作
用する。

［実施例］ 以下、第１図ないし第３図により可動コイルの電流変化
を早めることのできる本発明の実施例につき説明し、第
４，５図により光ヘッドの重心位置に近く駆動力を作用
することのできる本発明の他の実施例について説明する
。

第１図は本発明による可動コイル型リニアモータを用い
て光ヘッド３のアクセスを行う光ヘツド装置の斜視図で
ある。

光ヘッド３はその支持枠１０に取付けられた半導体レー
ザ１１の光を対物レンズ１２により集光して光ディスク
に照射し、その反射光を対物レンズ１２を介して取り込
むようになっている。光ヘッド３を光ディスクの所定の
位置にアクセスする場合には以下に説明する可動コイル
型のりニアモータによりこれを移動する。

光ヘッド−β−の支持枠１０の両側にはそれぞれ上記リ
ニアモータの可動コイルである中空の３相コイル２１と
２２が取付けられ、センタヨーク６１と６２が３相コイ
ル２１と２２をそれぞれ貫通している。

センタヨーク６１は５１，５２および７等で形成される
ヨーク内の中心部に接続され、また、ヨーク５１には永
久磁石片４１〜４４が３相コイル２１と対向するように
取付けられ、同様にヨーク５２には永久磁石片４５〜４
８が３相コイル２１と対向するように取付けられている
。

各永久磁石片４１〜４４と同４５〜４８等はそれぞれそ
の厚み方向に磁化され、隣接する永久磁石の磁化方向が
互いに反転するように配置される。また第１図では、隣
接する永久磁石の数は４個であるが、その数は必要に応
じて増減される。

各永久磁石片４１〜４８の磁束はセンタヨーク６１とヨ
ーク５１，５２および７等で形成される磁気回路内を通
過するので各永久磁石片４１〜４８とセンタヨーク６１
間のギャップ内には磁束が発生する。上記ギャップ内の
磁束と３相コイル２１の電流間に作用する電磁力によっ
て３相コイル２１はセンタヨーク６１の軸方向に力を受
は移動する。

反対側の３相コイル２２の廻りの磁気回路も同様に作ら
れているので同様の電磁力を受ける。

このように光ヘッド３は二つの３相コイル２１と２２に
作用する電磁力によって各センタヨーク６１と６２の軸
方向に沿って移動するのである。

光ヘッド３は支持枠１０に取付けられた複数のローラ１
３１〜１３４等により案内されて移動する。ローラ１３
３は板バネ１５により支持されて光ヘッド主を下側に押
しっけ上下および左右方向のガタを抑えている。

光ヘッド主の位置は光ヘッド主に取付けられた移動スケ
ール１７の目盛を固定センサ１８により読み取って検出
する。移動スケール１７は例えば所定ピッチの孔を設け
たステンレス板であり、固定センサ１８は上記穴を通過
する光を検出する光センサである。

３相コイル２１は互いに隣接する３個の巻線９１．９２
．９３より構成され各巻線の幅は１個の永久磁石の幅の
略２／３になっている。したがって、３相コイル２１全
体の幅は略永久磁石２個分の幅になる。

上記巻線の数は一般的に３相モータの場合は３または３
の整数倍に設定される。２相モータの場合も同様である
。

上記巻線に流す電流の向きは、上記巻線が永久磁石のＮ
極の下にあって例えば右向きの力を受けているときの向
きを正方向とするとＳ極の下にある時は負方向に流すよ
うにし、巻線中心がＮ極とＳ極の境界にきたときに上記
通電方向を切替るようにする。力の向きを左方向にする
ときには上記通電方向を逆にする。また、上記電流は必
ずしも巻線中心がＮ極とＳ極の境界にきたときに切替る
必要はなく、上記境界の前後に適当な幅の遮断期間を設
けて切替えたり、或いは上記境界にて電流値がゼロとな
るようにその前後で電流値を適宜増減するようにしても
よい。

本発明の第１の目的は上記各巻線の電流値の変化速度を
早めてリニアモータとしての応答速度を早めることにあ
る。このため、第１図に示すようにセンタヨーク上に複
数のショートリング（短絡環）８１〜８４を設けるよう
にする。

３相コイル２２とその廻りの磁気回路においても同様の
永久磁石やショートリング等が配置される。

周知のように、上記ショートリング８１〜８４が存在す
ると各巻線のインピーダンスが等価的に低下するので能
動電圧変化に対する各巻線電流変化量を大幅に増加する
ことができる。この電流変化量の増加により各巻線に作
用する力も増加するので上記応答速度を早めることがで
きるのである。ショートリングを設けずに各巻線線径を
太くすれば巻線電流を増加することができるが、駆動電
圧変化直後の各巻線電流変化重力１小さいため結果的に
は上記応答速度を早めることはできない。したがって、
上記ショートリングを設けることは上記応答速度を早め
うえで極めて効果的なのである。

しかしながら、従来のり二ｌ−１：−メに見られるよう
に上記ショートリングをセンタヨークの全長にわたって
切目なく設けると、巻線に作用する力がゼロとなる永久
磁石の境界部においても巻線電流を同様に増加させるの
で電力効率が悪くなる。そこで、第２図に示すようにシ
ョートリングを永久磁石の境界部において切断するよう
にする。

上記切断部の間隔は、各永久磁石の境界部に設定する。

第２図は上記可動コイル型リニアモータ部の断面図であ
り、この中で説明の便宜上巻線９１のみを示している０
巻線９１に一定方向の電流を流した場合、巻＄１９１が
同図に示すように左側にあるときに永久磁石４１のＳ極
の磁界により右方向の力を受けたとすると、巻線９１が
永久磁石４２と同４３の境界部にあるときには永久磁゛
石４２のＮ極の磁界により左向きの刀ｊｋ受け、また永
久磁石４３のＳ極の磁界より右向きの力を受は力は互い
に相殺されて弱くなり、巻線中心が永久磁石境界部に一
致すると力はゼロになる０巻線がこのような位置にある
ときにショートリングにより巻線電流を増加させても無
駄であるので同図に示すように例えばショートリング８
２と８３の間に間隙を設けるのである。

また、巻線が永久磁石の境界部に来たときには電流をゼ
ロとしたり或いは減少させたりする場合があるが、その
ような場合でも上記各ショートリング間に間隙を設ける
ことにより上記境界部に近い位置での通電電流値を弱め
るので、電力効率を改善することができるのである。

また、上記各ショートリング間の間隙により各巻線相互
間に作用するの有害な力を減少することができる。その
理由につき第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）において、巻線９１〜９３にそれぞれ所定
の向きの電流が流れているとると、巻線９１と９２はＳ
極に近く、巻線９３はＮ極部にあるので巻線９１と９２
の電流の向きは等しく巻線９３の電流の向きはその逆向
きになっている。したがって、巻線９１と９２の電流と
巻線９３の電流によってショートリング上に流れる電流
の向きも互いに逆になる。各ショートリングが一体とな
ってつながっている場合には巻線９１と９２の電流によ
るショートリング電流は巻線９３の部分にまで広がるの
で巻線９３自身の電流によって生じているショートリン
グ電流を相殺する。同様に、巻線９３の電流によるショ
ートリング電流は巻線９１．９２の部分にまで広がって
それら自身の電流によって生じているショートリング電
流を相殺する。このように、各ショートリングが一体と
なっていると上記ショートリングにより巻線電ｍｔ増加
させるという効果が薄らぐのである。これに対し、第３
図の８１〜８４のようにショートリングを適度な間隔を
おいて分割すると、巻線９１が生じるショートリング電
流が巻線９３の部分にまで及ばなくなり、同様に巻線９
３によるショートリング電流が巻線９１の部分にまで及
ばなくなるので上記のようなショートリング電流の相殺
効果が軽減され、各ショートリングは良好に機能するよ
うになるのである。

上記の効果は巻線と該巻線に対向するショートリング間
の電磁誘導作用が巻線とセンターヨーク６１の間の電磁
誘導作用に比較して相対的に大きい巻線電流を早く変化
させた場合にとくに顕著に得られる。

なお、上記の効果は第３図（ｂ）、（Ｃ）図に示すよう
に各香腺力１移動した場合でも同様に得ることが出来る
。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１図に示したように、各３相コイル２１．２２の重心
位置に対して、光ヘッド３の重心は支持枠１０が上方に
せり上り、その中に対物レンズ１２を駆動するアクチュ
エータが搭載されるために上方にずれている。この結果
、各３相コイル２１．２２は光ヘッド３の重心の下方を
駆動することになるので回転力を生じ、摩擦を増加し支
持枠１０にはピッチング運動が発生する。

第４図および第５図は上記各３相コイル２１．２２の重
心位置を光ヘッド３の重心側に近付けるための本発明実
施例断面図である。

第４図においては、第１〜３図における永久磁石４１〜
４４をセンタヨーク６１上に取付けるようにし、各ショ
ートリング８１〜８４をセンタヨーク６１の下面と永久
磁石４１〜４４の表面部に設けている。この結果、各巻
線９１〜９３はヨーク５１下部の空隙部とセンタヨーク
６１′Ｆ部の空隙部に挿入されるので、３相コイル２１
の重心は少なくとも永久磁石４１〜４４の厚みの１７２
分だけ上方に持ち上げらることができ、これにより各３
相コイル２１．２２が発生する力の推力中心を光ヘッド
主９重心側に近付けることができる。

第４図の場合、センタヨーク６１の上部と下部の各空隙
部の磁束密度や同分布を等しくできるので各巻線が上部
と下部の各空隙部で受ける力が不揃いになることはない
。

また、各永久磁石４１〜４４および同４５〜４８等は一
体の磁性体を同じに着磁して製作できることは勿論であ
る。

第５図はりニアモータ部を第４＠のように構成した光ヘ
ツド装置を第４図の直角の方向から見たときの断面図で
ある。明らかに３相コイル２１と同２２が光ヘラ１１９
重心側に近づいているので上記した光ヘッド３に作用す
る回転モーメントが低減され、これによる光ヘッドｌの
ピッチング運動を低減できるのである。

また従来、第１図に示したような光ヘツド装置では光ヘ
ッド−β−の重心を下げて３相コイルの推力中心位置に
近付けるため、光ヘッド主の下部を重くするようにして
いた。このため支持枠１０が下方に張出し全体の厚みが
厚くなるという問題があった。第４．５図に示した本発
明実施例ではこの問題が改善されるので光ヘツド装置全
体薄型化出来るという利点も得られるのである。

第６図は、上記本発明のりニアモータの駒動装置のブロ
ック図である。

同図ではりニアモータ部として永久磁石には４１〜４４
のみを、また、巻線としては９１〜９３のみを代表的に
抜き出して示している。固定センサ１８により検出され
る巻線９１〜９３の位置信号、または基準位置からの移
動距離信号はマイクロプロセッサ１９に入力され、位置
または移動距離に対する指令値Ｘと比較される。

マイクロプロセッサ１９は上記比較結果に応じて各巻線
に対する制御信号を発生し、これらはそれぞれＤＡ変換
器２４１〜２４３によりアナログ信号に変換され、増幅
器２５１〜２５３を介して巻線９１〜９３に印加される
。そして、固定センサ１８が検出する信号が指令値Ｘに
一致したところで上記巻線９１〜９３の駆動が停止され
る。

一般的に各巻線に鎖交する永久磁石の磁束密度は均一な
ものではなく、例えば永久磁石の中央部では高く、境界
部では低くなっている。各巻線が受ける力は磁束密度に
比例するので上記磁束分布の不均一によりモータ出力に
はリップルが生じることになる。

この出力リップルは上記磁束分布を予めマイクロプロセ
ッサ１９内に記憶し、園更πンサ１８からの信号に応じ
て上記磁束分布値を読みだすようにし、上記磁束分布値
に応じて出力を一定化するように各巻線の駆動電流値を
生成するようにすれば除去することができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、可動コイル型リニアモータの各可動コ
イルを構成する各巻線電流の応答速度を早めることがで
きるので、可動コイル型リニアモータの応答速度を早め
ることができる。

また、上記可動コイル型リニアモータの可動コイルを支
持し、光ヘッド等を搭載する支持枠の重心部に推力を作
用することができるので。

上記支持枠のピッチング運動や摩擦等を低減する。

さらに、従来、上記支持枠の重心位置を上記可動コイル
型リニアモータの推力中心に近付けるために上記支持枠
下部に設けていたカウンタウェイト部を除去できるので
、上記可動コイル型リニアモータの厚みを薄くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の斜視図、第２〜４図はそれぞれ
発明朗笑Ｎ例に８ける可動コイル型リニアモータの断面
図、第５図は本発明実施例の光ヘツド装置の断面図、第
６図は本発明による可動コイル型リニアモータの駆動装
置のブロック図である。 よ・・・磁気回路、２１．２２・・・各３相コイル、３
−−−光ヘッド、４１〜４８・・・各永久磁石、５１．
５２・・・各ヨーク、６１．６２・・・各センタヨーク
、８１〜８４・・・シールドリング、９１〜９３・・・
各巻線、１０・・・支持枠、１１・・・半導体レーザ、
１２・・・対物レンズ、１３１〜１３４・・・各ローラ
、１５・・・板バネ、１６・・・空隙、１７・・・移動
スケール、１８・・・固定センサ、１９・・・マイクロ
プロセッサ、２４１〜２４３・・・ＤＡ変換器、２５１
〜２５３・・・増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚み方向に着磁され長手方向に着磁方向を交互に反
   転させた永久磁石を片面に取付けた２個のヨークを、サ
   イドヨークにより上記各永久磁石がセンタヨークの両側
   面に対向するように取付けて磁気回路を形成し、上記セ
   ンタヨークに貫通して上記センタヨークの軸方向に移動
   可能な可動コイルを備えた可動コイル型リニアモータに
   おいて、上記センタヨーク表面部にショートリング（短
   絡環）を設けたことを特徴とする可動コイル型リニアモ
   ータ。 ２、可動コイル型リニアモータにおいて、厚み方向に着
   磁され長手方向に着磁方向を交互に反転させた永久磁石
   を片面に取付けたヨークと、厚み方向に着磁され長手方
   向に着磁方向を交互に反転させた永久磁石を片面に取付
   けたセンタヨークと、単なるヨークとを、サイドヨーク
   により、上記永久磁石を片面に取付けたヨークの永久磁
   石面が上記永久磁石を片面に取付けたセンタヨークの非
   磁石取付面に対向し、上記永久磁石を片面に取付けたセ
   ンタヨークの永久磁石面が上記単なるヨークの面に対向
   するように取付けて磁気回路を形成し、上記永久磁石を
   片面に取付けたセンタヨークに貫通して上記センタヨー
   クの軸方向に移動可能な可動コイルを備えたことを特徴
   とする可動コイル型リニアモータ。 ３、請求項２において、上記永久磁石を片面に取付けた
   センタヨークの表面部に複数のショートリング（短絡環
   ）を設けたことを特徴とする可動コイル型リニアモータ
   。 ４、請求項１および３において、上記各ショートリング
   の幅を上記永久磁石の着磁方向反転幅より短くして、上
   記各ショートリングを上記永久磁石の着磁区間幅内に順
   次配列するようにしたことを特徴とする可動コイル型リ
   ニアモータ。 ５、請求項１ないし４において、上記磁気回路と上記可
   動コイル等により構成される可動コイル型リニアモータ
   を二つ備え、上記二つの可動コイル型リニアモータを互
   いに平行に支持する支持枠を備えたことを特徴とする可
   動コイル型リニアモータ。 ６、請求項５において、上記支持枠を上記二つの可動コ
   イル型リニアモータの上記ヨーク端部により支持して移
   動可能とする機構を備えたことを特徴とする可動コイル
   型リニアモータ。 ７、可動コイル型リニアモータにおいて、厚み方向に着
   磁され長手方向に着磁させた永久磁石を片面に取付けた
   ヨークと、厚み方向に着磁され長手方向に着磁させた永
   久磁石を片面に取付けたセンタヨークと、単なるヨーク
   とを、サイドヨークにより、上記永久磁石を片面に取付
   けたヨークの永久磁石面が上記永久磁石を片面に取付け
   たセンタヨークの非磁石取付面に対向し、上記永久磁石
   を片面に取付けたセンタヨークの永久磁石面が上記単な
   るヨークの面に対向するように取付けて磁石回路を形成
   し、上記永久磁石を片面に取付けたセンタヨークに貫通
   して上記センタヨークの軸方向に移動可能な可動コイル
   を備えたことを特徴とする可動コイル型リニアモータ。