JPH04222451A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光カード等のカードを
搬送するためのカード駆動用リニアモータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】従
来、例えば光カード等のカード搬送または光ヘッド等の
駆動にリニアモータが利用されている。

【０００３】このリニアモータは、固定子が、中央にリ
ニアヨークが配され、このリニアヨークを挟んで両側に
一対のリニア空隙を形成するように一対のリニア磁石が
配され、リニアヨークとリニア磁石の反空隙側の面とは
もう１つのヨークによって磁気的に結合されてなる磁気
回路として構成され、また可動子が、磁気回路における
リニアヨークに装着され、通電されることにより磁気回
路と電磁作用を行ってリニアヨークに沿って移動する可
動コイルとして構成されている。

【０００４】従来のリニアモータを示す図２１、図２２
において、１および２はそれぞれ厚さ方向に着磁された
リニア磁石であって、両端が曲折したヨーク３および４
の内側にそれぞれ逆向きの極性で取り付けられる。リニ
アヨーク５および６は可動コイル７が巻装されたボビン
８内に挿通されると共に、ヨーク３および４と一体化さ
れて横長状に形成される。

【０００５】これらの要素の上部に配されたシャトル１
１は、その下面に保持部材９を介して可動コイル７が取
り付けられる。シャトル１１の両側には軸受１２および
１３と、その案内軸１４および１５が係合されている。

【０００６】これらの構成において、リニア磁石１、２
のＮ極から出た磁束は可動コイル７を横切るようにして
内側のリニアヨーク５，６に向かい、このリニアヨーク
５、６を経た磁束は外側のヨーク３，４を通り、リニア
磁石１、２のＳ極側へ戻ることになる。従って可動コイ
ル７に直流電流を流すと、この電流とリニア磁石１，２
の磁束が鎖交して電磁作用を行い、リニア磁石１、２と
可動コイル７との間に機械的作用力が生じるから可動コ
イル７が移動する。

【０００７】ここで、可動コイル７が受ける推力Ｆは、
一般にＦ＝Ｂｉｌ（但し、Ｂはコイルに作用する磁束密
度、ｉはコイル電流、ｌは磁界が作用するコイルの有効
長）で与えられる。また、シャトル１１（可動コイル７
）を逆方向に移動させるには、可動コイル７に印加する
電流の向きを逆にすればよい。

【０００８】上記のようなリニアモータを利用した光カ
ード等の搬送装置においては、光カードを高速度で往復
運動させる必要があり、限られた距離あるいは時間内に
減速、停止および加速を行わせる必要がある。

【０００９】しかしながら、これら従来の駆動装置では
、リニア空隙に同一方向の磁界を形成するための永久磁
石の磁束が均一なため、つまり単一の磁路であるために
、加速度（減速）を上げようとするとリニアヨーク５，
６の両端部及びヨーク３，４の両端部で磁気飽和を起こ
し、加速度領域における磁束密度が減少し必要とする加
減速が実現できない問題点を有する。

【００１０】また、従来のリニアモータにおける磁気回
路として図２３に示すような単一の磁石を用いたものが
ある。これは磁束密度分布がモータの長手方向に沿って
なだらかに変化するため、加速度領域での推力を十分な
ものにするにはコイルに非常に大きな電流を流すことが
必要である。これはコイル線径を大にし、駆動系の重量
を大にすることになる。

【００１１】さらに、従来のリニアモータは図２４に示
すように、磁気回路におけるヨーク３、４、５および６
をそれら自体で磁気抵抗が十分に低くなるように構成し
ている。

【００１２】これは、磁気特性上はよいのであるが、ヨ
ークの厚みを増す結果となり、磁気回路を大型化してい
る。

【００１３】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、カード駆動装置のコンパクト化を図ると
共に、適切な加減速が行えるようなカード駆動用のリニ
アモータを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、中央にリニアヨークが配され、このリ
ニアヨークを両側から挟んで該リニアヨークとの間に一
対のリニア空隙を形成するように一対のリニア磁石が配
され、前記リニア空隙に磁界を形成する磁気回路と、こ
の磁気回路における前記リニアヨークに装着され、通電
されることにより前記磁気回路と電磁作用を行って前記
リニアヨークに沿って移動する可動コイルとを有するリ
ニアモータにおいて、前記リニア磁石は、長手方向の各
端部の磁力が中間部より大であることを特徴とするリニ
アモータ、リニアヨーク、および前記リニアヨークに並
列に配され該リニアヨークとの間にリニア空隙を形成す
るリニア磁石を有し、前記リニア空隙に磁界を形成する
磁気回路と、この磁気回路における前記リニアヨークに
装着され、通電されることにより前記磁気回路と電磁作
用を行って前記リニアヨークに沿って移動する可動コイ
ルとを有するリニアモータにおいて、前記リニア磁石は
、長手方向の中間部の磁力を各端部の磁力より格段に小
さくし、かつ前記磁気回路の磁気抵抗を大きくして前記
可動コイルが前記リニア磁石の中間部を通るときの通電
電流を前記磁気抵抗に対応した値にすることを特徴とす
るリニアモータ、およびリニアヨーク、およびこのリニ
アヨークに並列に配され該リニアヨークとの間にリニア
空隙を形成するリニア磁石を有し、前記リニア空隙に磁
界を形成する磁気回路と、この磁気回路における前記リ
ニアヨークに装着され、通電されることにより前記磁気
回路と電磁作用を行って前記リニアヨークに沿って移動
する可動コイルとを有するリニアモータにおいて、前記
磁気回路は、前記ヨークと同様の磁気抵抗を有する材料
によって構成された台上に取り付けられたことを特徴と
するリニアモータ、を提供するものである。

【００１５】

【作用】このような構成において、磁気回路ではリニア
空隙における磁束密度が両端部では大で中間部では小と
なる。したがって可動コイルに電流を流した場合、可動
コイルがリニア空隙の中間部にあるときよりも両端部に
あるときの方が電磁作用が強くなり大きな機械的作用力
を生じる。この結果、リニア空隙の両端部すなわち可動
コイルの移動経路両端部では、可動コイルに対して大き
な加減速の力が働く。

【００１６】また、前記磁気回路の長手方向中間部にお
ける前記リニア磁石の磁力を両端部のそれより格段に小
さくして、両端部の磁束密度を制限し磁気回路が小型で
も磁気飽和を生じなくなるような動作点を選ぶ。そして
、磁束量が減少した結果、推力が低下することを防ぐた
めに可動コイルの通電電流を増す。

【００１７】さらに、磁気回路をヨークと同様の磁気抵
抗を有する材料によって構成された台上に取り付けると
台が磁気回路の一部となって磁束を通す。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上述のように、リニア空隙両端
部の磁力を中間部の磁力よりも大としたため、可動コイ
ルがリニア空隙の両端部にあるとき大きな加減速を行う
ことができる。この結果、可動コイルを加減速する時間
が短くて済み、加速および減速制御を能率的に行うこと
ができるとともに、ヨークの両端部における磁気飽和を
防止できるので、ヨークを小型に構成でき、しかも簡単
かつ安価に製作できる。

【００１９】また、磁気回路の長手方向中間部における
前記リニア磁石の磁力を両端部のそれより格段に小さく
して動作点を移動させ、可動コイルの通電電流を増すこ
とにより小型の磁気回路を構成しても磁気飽和を生じる
ことがない。したがって、小型のリニアモータを提供す
ることができる。

【００２０】さらに、磁気回路をヨークと同様の磁気抵
抗を有する材料によって構成された台上に取り付けるこ
とにより台による磁路の分だけ磁気回路を小形化できる
。

【００２１】

【実施例】図１、図２、図３および図４は、本発明の一
実施例としての光カード記録・再生装置におけるリニア
モータ部を示す斜視図および断面図である。

【００２２】図１および図２に示す実施例において、光
カードがシャトル２０に対して自動的に挿脱されるよう
に記録・再生装置が構成されている。このシャトル２０
は、シャトル２０の両側に、互いに平行に固定された両
摺動軸２１，２２に摺動自在に保持できるようになって
いる。

【００２３】光カードは、図示しないカード挿入口側の
カード引き込み機構により、このシャトル２０上面に引
き込まれて載置されるようになっている。また、このシ
ャトル２０の両側端には、シャトル２０を摺動軸２１，
２２に沿って往復移動させるために、並設されたリニア
ヨーク２５ａ，２５ｂに可動コイル２８が移動可能に遊
嵌した状態で設けられる。

【００２４】ここでは、可動コイル２８は特にボビンを
使用せずに、コイル自体をボビン形状に巻回したものを
利用している。その場合、コイル巻線同士を接着する方
法を採る。無論、所定のボビンを使用してこれにコイル
を巻装する方法を採ってもよい。

【００２５】このリニアヨーク２５ａ，２５ｂをリニア
空隙を介して挟むように、両端に曲折部が形成されて全
体形状がほぼコ字状のヨーク２５ａ′，２５ｂ′をそれ
ぞれ設ける。このコ字状のヨーク２５ａ′，２５ｂ′は
その中央部の直線部分がリニアヨーク２５ａ，２５ｂと
平行に伸びるように配される。

【００２６】コ字状のヨーク２５ａ′，２５ｂ′の内側
には、可動コイル２８を横切る磁束を発生させるように
、リニア空隙を同一方向に向かう磁界を形成するための
永久磁石２６、２７をそれぞれ設けてリニアモータを構
成する。

【００２７】そして、可動コイル２８に電流を流すと、
その極性に応じてシャトル２０を両摺動軸２１，２２に
沿って往復移動させることができる。

【００２８】ここで、永久磁石２６および２７の部分に
おいては、その両端部２６１　，２６３　および２７１
　，２７３　を中央部の磁石２６２　および２７２　よ
りもエネルギー積の大きい磁石（例えばサマリウムコバ
ルト磁石）で構成し、中央部の磁石２６２　，２７２　
を両端部の磁石２６１　，２６３　または２７１　，２
７３　よりもエネルギー積の小さい安価な磁石（例えば
フェライト磁石）で構成したもの、つまり磁力の強さの
相違する磁石を組み合わせて１個の永久磁石２６および
２７として構成したものを利用する。

【００２９】さらに、図示しないが、シャトル２０の位
置を検出するために、シャトルの下方に遮光板を設けて
、この遮光板による光の遮光、非遮光により、シャトル
の位置を検出するようになっている。また、シャトル２
０の下方にはその移動方向に沿って、印刷等によりクロ
ック用パターンを設けたスケールが、リニアエンコーダ
センサで検出されエンコーダパルスとして利用されるよ
うになっている。

【００３０】ここで、これらリニアモータを利用したシ
ャトル２０の往復移動に際しては、移動方向を反転する
リニア空隙の両端部において、加速、減速あるいは停止
を行う。この加減速領域においてはその磁界の強い磁気
作用を必要とするが、両端部を除く中間部分の定速度領
域ではそれほど磁界の強い磁気作用は必要としない。例
えば単一の磁気回路で、加速度を上げようとすると定速
度領域で磁力が強過ぎる磁気回路となり、そのリニアヨ
ーク両端部及びヨーク両端部で磁気飽和を起さないよう
にするために、所定の外形寸法が必要となる。つまり、
その分外形寸法が大きくなるし、コスト高にもなる。す
なわち、磁力の弱い永久磁石（フェライト）のみで単一
の磁気回路を形成すると、必要な加減速を得るために強
い磁力を必要とし、そのために磁石の面積およびヨーク
の外形が大きくなり、その分価格も高価になる。

【００３１】これに対して、本発明のように、永久磁石
２６の両端部２６１，２６３　を例えばフェライト磁石
よりも磁力の強いサマリウムコバルト磁石等で構成する
ことにより、両端部での加速（減速）に対して強い推力
（逆推力）が得られ、中央部での定速度部分については
、サマリウムコバルトよりも磁力の弱いフェライト磁石
２６２　で構成すれば、従来のものよりヨークの外形寸
法が小さくでき、その分リニアモータを安価に製作でき
るし、これらの構成で十分効率的に必要な推力が得られ
ることとなるメリットがある。

【００３２】また、前記中央部分でのフェライト磁石２
６２　は、両端部２６１　，２６３　の永久磁石と厚み
方向の幅が同一寸法として一体に接合されているが、前
記磁石２６２　を両端部２６１　，２６３　の幅より小
さくして、その中央部の磁石２６２　の空隙磁束密度を
調整できるように構成することもできる。

【００３３】図３、図４は、本発明の他の実施例のリニ
アモータ部分の構成を示す。ここでは、図１と同様の部
分については同一符号で表す。これは、図１、図２で示
したリニアモータの構成が、１つの可動コイルが中央の
リニアヨークに沿って移動するようにしたのに対し、図
１、図２における中央のリニアヨークを２分割、つまり
リニアヨーク２５ａ，ヨーク２５ａ′，永久磁石２６お
よびリニアヨーク２５ｂ，ヨーク２５ｂ′，永久磁石２
７を２分割したものに、それぞれ可動コイル２８１　，
２８２　を設けてその推力を得ようとした構成である。 従って、それぞれの可動コイル２８１　，２８２　は、
シャトルの両側端に配設されて、それぞれのリニアヨー
ク２５ａ，２５ｂを取り囲むように設けられており、こ
れらリニアヨーク２５ａ，２５ｂに沿って移動できるよ
うになっている。

【００３４】図５は、リニアモータの概念構成図を示し
たものである。この図５において、空隙を介して平行に
伸びたヨーク２５ａ′とリニアヨーク２５ａとで一組の
ヨーク体を構成し、ヨーク２５ａ´の内側にコイル２８
１　を横切る磁束を発生する永久磁石２６を設ける。こ
の永久磁石２６の両端部はエネルギー積の大きい、例え
ばサマリウムコバルト磁石２６１　，２６３を用い、中
央部はエネルギー積の小さいフェライト磁石２６２　で
構成する。これらの磁石は互いに接着等により固着され
て１個の永久磁石２６として構成される。

【００３５】図６は、図５の構成における永久磁石とヨ
ークとの間の空隙における空隙磁束密度を示したもので
、両端部では例えば４，０００ガウス程度の磁束密度、
定速度領域ではその半分以下の磁束密度の値を示す。

【００３６】図７は、横軸に移動距離を取ったときの速
度の値を示したものである。この加減速特性から分かる
ように短時間での加速および減速すなわち急加速、急減
速が実現されている。

【００３７】図８は、本発明の他の実施例の磁気回路構
成およびその磁束密度分布を示したものである。この図
８において、空隙を介して平行に伸びたヨーク２５ａ′
とリニアヨーク２５ａとで一組のヨーク体を構成し、ヨ
ーク２５ａ´の内側にコイル２８１　を横切る磁束を発
生する永久磁石２６を設ける。この永久磁石２６の両端
部はエネルギー積の大きい、例えばサマリウムコバルト
磁石２６１　，２６３　を用い、中央部は格段にエネル
ギー積の小さいフェライト磁石２６２　で構成する。こ
れらの磁石は互いに接着等により固着されて１個の永久
磁石２６として構成される。これにより、磁気回路の動
作点が変化する。

【００３８】図９は、この磁気回路の動作点移動の様子
を示したもので、動作点移動前に磁束密度Ｂｄ、保磁力
Ｈｄを動作点（Ｐ）としていたのに対し、移動後は磁束
密度Ｂｄ´、保磁力Ｈｄ´を動作点（Ｐ）とすることを
示している。

【００３９】図１０は、図８の実施例に流す電流の波形
を示したもので、磁気回路両端の加減速領域では最大値
Ｉａなる加速パルス、減速パルスは動作点の移動前後に
拘らず同じであるが、定速走行領域では破線で示すＩｂ
であったのを実線で示すＩｃに増加している。

【００４０】図１１および図１２は、図８の実施例を用
いたカード搬送装置の一構成例を示す平面図および側断
面図であり、図８の実施例をカード搬送台２０の両側に
配しカード搬送台２０をガイド軸２２に沿って移動させ
るようにしたものである。

【００４１】図１３ないし図１５は、図８の実施例を用
いたカード搬送装置のもう一つの構成例の平面図、側面
図および底面図であり、図８の実施例をカード搬送台２
０の底部に取り付けている。この場合、カード搬送台２
０は、ヨーク２５ａの長手方向すなわち図１３、図１４
では図における上下方向に移動する。

【００４２】図１６ないし図１８は、図８の実施例を用
いた構成例を示す正面図、側断面図および底面図である
。この場合、磁気回路を磁気抵抗の小さな台上に取り付
けているから磁気回路を小型に構成できる。

【００４３】図１９および図２０は、リニア磁石１２６
１　、１２６３　を磁気特性の異なるものを用いて両者
を同じ厚さに構成したため、磁気回路を小型つまり薄く
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す斜視図。

【図２】シャトルに可動コイルを取り付けた状態の断面
図。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す斜視図。

【図４】シャトルに可動コイルを取り付けた状態の断面
図。

【図５】リニアモータ部分の概念構成図。

【図６】ギャップ間に作用する磁束密度を表すグラフ。

【図７】カード移動経路中のカード搬送の速度の大きさ
を表すグラフ。

【図８】本発明の他の実施例の磁気回路構成およびその
磁束密度分布を示す図。

【図９】図８の実施例における磁気動作点を示す特性図
。

【図１０】図８の実施例における通電電流を説明する波
形図。

【図１１】図８の実施例を用いたカード搬送装置の一構
成例を示す平面図。

【図１２】図８の実施例を用いたカード搬送装置の一構
成例を示す側面図。

【図１３】図８の実施例を用いたカード搬送装置の他の
構成例を示す平面図。

【図１４】図８の実施例を用いたカード搬送装置の他の
構成例を示す側面図。

【図１５】図８の実施例を用いたカード搬送装置の他の
構成例を示す底面図。

【図１６】図８の実施例を用いたカード搬送装置のさら
に他の構成例を示す正面図。

【図１７】図１６の実施例を用いた構成例を示す側面図
。

【図１８】図１６の実施例を用いた構成例を示す底面図
。

【図１９】本発明のさらに別の実施例の磁気回路構成を
示す正面図。

【図２０】図１９に示す実施例の平面図。

【図２１】従来のリニアモータの構成を示す斜視図。

【図２２】従来のリニアモータの構成を示す断面図。

【図２３】従来のリニアモータの磁気回路における磁束
分布を示す図。

【図２４】従来のリニアモータの磁気回路の断面形状を
示す図である。

【符号の説明】

２０　　シャトル ２１　　摺動軸 ２２　　摺動軸 ２３　　可動コイル ２８　　可動コイル ２５　　ヨーク ２６　　永久磁石 ２７　　永久磁石。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央にリニアヨークが配され、このリニア
   ヨークを両側から挟んで該リニアヨークとの間に一対の
   リニア空隙を形成するように一対のリニア磁石が配され
   、前記リニア空隙に磁界を形成する磁気回路と、この磁
   気回路における前記リニアヨークに装着され、通電され
   ることにより前記磁気回路と電磁作用を行って前記リニ
   アヨークに沿って移動する可動コイルとを有するリニア
   モータにおいて、前記リニア磁石は、長手方向の各端部
   の磁力が中間部より大であることを特徴とするリニアモ
   ータ。
2. 【請求項２】請求項１の装置において、前記リニア磁石
   は、長手方向の両端部がエネルギー積の大きな磁石で構
   成され、中間部がエネルギー積の小さい磁石で構成され
   たリニアモータ。
3. 【請求項３】請求項１の装置において、前記磁気回路は
   、前記リニアヨークの長手方向中心線を境に二分割され
   るように構成されたリニアモータ。
4. 【請求項４】リニアヨーク、および前記リニアヨークに
   並列に配され該リニアヨークとの間にリニア空隙を形成
   するリニア磁石を有し、前記リニア空隙に磁界を形成す
   る磁気回路と、この磁気回路における前記リニアヨーク
   に装着され、通電されることにより前記磁気回路と電磁
   作用を行って前記リニアヨークに沿って移動する可動コ
   イルとを有するリニアモータにおいて、前記リニア磁石
   は、長手方向の中間部の磁力を各端部の磁力より格段に
   小さくし、かつ前記磁気回路の磁気抵抗を大きくして前
   記可動コイルが前記リニア磁石の中間部を通るときの通
   電電流を前記磁気抵抗に対応した値にすることを特徴と
   するリニアモータ。
5. 【請求項５】リニアヨーク、およびこのリニアヨークに
   並列に配され該リニアヨークとの間にリニア空隙を形成
   するリニア磁石を有し、前記リニア空隙に磁界を形成す
   る磁気回路と、この磁気回路における前記リニアヨーク
   に装着され、通電されることにより前記磁気回路と電磁
   作用を行って前記リニアヨークに沿って移動する可動コ
   イルとを有するリニアモータにおいて、前記磁気回路は
   、前記ヨークと同様の磁気抵抗を有する材料によって構
   成された台上に取り付けられたことを特徴とするリニア
   モータ。