JPH0515139A - ブラシレスリニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、可動子の応答性およびダンピ
ング特性を改善できるとともに、使用上における向きの
制限がなく、しかも、構造簡単で安価に得ることができ
るブラシレスリニアモータを得ることにある。 【構成】軸方向に延びて形成された固定子１１と、この
固定子１１の外周に摺動自在に嵌合された可動子２１と
を具備し、固定子１１が、永久磁石１５を有し、この磁
石１５の磁極１６、１７を所定ピッチτで前記軸方向に
交互に配設してなり、可動子２１が、固定子１１から離
されてこの固定子１１と平行に設けられたバックヨーク
２２と、筒状をなしてバックヨーク２２と固定子１１と
の間に設けられ、かつ、互いの位相が前記軸方向にずら
された少なくとも２相の励磁コイル２３，２４と、バッ
クヨーク２２を支持して固定子１１に摺動自在に嵌合さ
れ、かつ、各励磁コイル２３，２４の内周面を固定子１
１の外周面から離す摺動リング２５とを有してなること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動パルスの数に応じ
て可動子を直線運動させるブラシレスリニアモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来のブラシレスリニアモータ
を示し、同図中１はラック状の極歯１ａが上面に形成さ
れた固定子であり、２は固定子１の長さ方向に移動する
可動子である。可動子２は、極歯１ａと近接して対向す
る極歯ａを下端に形成した軟磁鋼製の各磁極Ｉ〜IVごと
に励磁コイルb1〜b4を巻き付けてなる電磁石３ａ，３ｂ
の上面に、永久磁石４ａ，４ｂを夫々別々に取付けると
ともに、各永久磁石４ａ，４ｂを接続するヨーク５をこ
れらの上面にわたって取付けている。この可動子２の前
後方向両端部には夫々車輪６が取付けられている。この
車輪６は図示しないレールを転動して可動子２の動きを
許しているとともに、可動子２が固定子１の幅方向へ移
動することを防止して、固定子１から外れないように保
持している。

【０００３】このブラシレスリニアモータにおいて、駆
動パルスの印加により磁極 III，IVに巻装された励磁コ
イルb3，b4を励磁して、電磁石３ｂを時計回り方向に周
回する磁束を発生させことにより、磁極 IIIでは永久磁
石４ｂと励磁電流による磁束が加わり合うとともに、磁
極IVでは永久磁石４ｂと励磁電流による磁束とが減じ合
う。このため、磁極IIIの極歯ａとこれに対向する固定
子１の磁極１ａとの間に磁気吸引力が働いて、可動子２
が１ステップ量移動される。次に、駆動パルスを励磁コ
イルb1，b2に印加して励磁を切り替える。そうすると、
磁極IIの極歯ａとこれに対向する固定子１の極歯１ａと
の間に磁気吸引力が働いて、可動子２が更に１ステップ
量移動される。以下、同様にして励磁相と極性を切替え
ることにより、可動子２が固定子１の長さ方向に沿い駆
動パルス数に応じて直線運動される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のものは、可動子
２がその大部分を占める軟磁鋼製の各磁極Ｉ〜IVごとに
励磁コイルb1〜b4を夫々巻き付けてなる電磁石３ａ、３
ｂを備えているため、可動子２が大きく、かつ重かっ
た。その上、可動子２は車輪６を介して支持されている
から、その移動に際して、車輪６の支持部での抵抗、お
よび車輪６とレールとの間の抵抗がある。したがって、
可動子２の慣性が大きいから、応答特性が良くないとと
もに、振動が大きくダンピング特性も良くないという問
題があった。

【０００５】更に、従来のものは、必ず可動子２を固定
子１の上側に配して使用なればならず、可動子２を固定
子１の下側や横位置に配設して使用することはできない
という制約があった。

【０００６】しかも、従来のものは、固定子１に対して
その幅方向に可動子２を外れなくするために、車輪６等
が必要不可欠であって、構造が複雑であるとともに、固
定子１および磁極Ｉ〜IVに極歯を作る機械加工が必要で
あり、したがって製造コストも高かった。

【０００７】本発明の目的は、可動子の応答性およびダ
ンピング特性を改善できるとともに、使用上における向
きの制限がなく、しかも、構造簡単で安価に得ることが
できるブラシレスリニアモータを得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載のブラシレスリニアモータは、軸方向
に延びて形成された固定子と、この固定子の外周に摺動
自在に嵌合された可動子とを具備し、前記固定子が、永
久磁石を有し、この磁石の磁極を所定ピッチで前記軸方
向に交互に配設してなり、前記可動子が、前記固定子か
ら離されてこの固定子と平行に設けられたバックヨーク
と、筒状をなして前記バックヨークと前記固定子との間
に設けられ、かつ、互いの位相が前記軸方向にずらされ
た少なくとも２相の励磁コイルと、前記バックヨークを
支持して前記固定子に摺動自在に嵌合され、かつ、前記
各励磁コイルの内周面を前記固定子の外周面から離す摺
動部とを有してなるものである。

【０００９】また、同様の目的を達成するために、請求
項２記載のブラシレスリニアモータは、軸方向に延びて
形成された固定子と、この固定子の外周に摺動自在に嵌
合された可動子とを具備し、前記固定子が、磁性材製の
円板状磁極間に永久磁石を挾んでなる多数の固定子モジ
ュールと、これらモジュール間に夫々配置された非磁性
材製のスペーサとを有して、丸棒状に形成されてなり、
前記可動子が、前記固定子よりも大径な円筒状のバック
ヨークと、円筒状をなして前記バックヨークの内側に径
方向に互いに重なり合って設けられ、かつ、互いの位相
が前記軸方向にずらされた少なくとも２相の励磁コイル
と、前記固定子の外径よりも僅かに大きい内径を有する
とともに前記バックヨークを支持して前記固定子に摺動
自在に嵌合され、かつ、最も小径な励磁コイルの内周面
を前記固定子の外周面から離す摺動部とを有してなるも
のである。

【００１０】また、同様の目的を達成するために、請求
項３記載のブラシレスリニアモータは、軸方向に延びて
形成された固定子と、この固定子の外周に摺動自在に嵌
合された可動子とを具備し、前記固定子が、軸方向に延
びる平行な一対の平坦面を有したステータヨークと、所
定ピッチで前記軸方向に交互に配設される磁極を有して
前記両平坦面に夫々固定された板状をなす一対の永久磁
石と有してなり、前記可動子が、前記固定子から離され
てこの固定子と平行に設けられたバックヨークと、筒状
をなして前記バックヨークと前記固定子との間に前記軸
方向に並べて設けられ、かつ、互いの位相が前記軸方向
にずらされた少なくとも２相の励磁コイルと、前記バッ
クヨークを支持して前記固定子に摺動自在に嵌合され、
かつ、前記各励磁コイルの内周面を前記固定子の外周面
から離す摺動部とを有してなるものである。

【００１１】

【作用】請求項１において、固定子が備える永久磁石の
磁極のうちＮ極から出る磁束は、バックヨークを通って
隣接したＳ極に戻り、この磁路によって、モータの非駆
動時において可動子を磁気的に安定した位置に保持す
る。

【００１２】可動子の励磁コイルを定められた励磁シー
ケンスにしたがって通電すると、通電された励磁コイル
の一端にＮ極、他端にＳ極を夫々発生して、これら両磁
極と固定子の磁極との間で磁気的な吸引・反発力を生じ
る。これらの力によって、可動子を固定子の軸方向に移
動させる。この場合、前記磁気的反発力により可動子は
固定子に対し僅かなエアーギャップを設けて浮いた状態
となり、この浮上状態で可動子は移動する。この可動子
の移動において摺動部は、固定子の外周を摺動して、可
動子の自重や固定子への負荷変動に拘らず、励磁コイル
が固定子に接することを防止する。可動子は、筒状であ
って固定子に摺動自在に嵌合しているから、固定子から
外れることがないとともに、どの方向に向けても可動子
は固定子に対して同じ姿勢を維持する。

【００１３】既述のように可動子を移動させる磁気吸引
・反発力を、固定子の永久磁石と可動子の励磁コイルと
の間に形成するから、同様な磁気作用を得るための極歯
を固定子および可動子に設ける必要がない。

【００１４】請求項２において、固定子モジュールの円
板状磁極は、永久磁石の極性、つまりＮ極またはＳ極と
なっており、そのＮ極から出る磁束は固定子の円筒状バ
ックヨークを通って隣接したＳ極に戻る。この磁路によ
って、モータの非駆動時において可動子を磁気的に安定
した位置に保持する。

【００１５】可動子の励磁コイルを定められた励磁シー
ケンスにしたがって通電すると、このコイルの一端にＮ
極が、他端にＳ極が夫々発生して、これら両極と前記固
定子モジュールの磁極との間で、磁気的な吸引・反発力
を生じる。これらの力で、可動子を固定子の軸方向に移
動させる。この場合、前記磁気的反発力により可動子は
固定子の全周面に対して僅かなエアーギャップ設けて浮
いた状態となり、この浮上状態で可動子は移動する。こ
の可動子の移動において摺動部は、固定子の外周を摺動
して、可動子の自重や固定子への負荷変動に拘らず、励
磁コイルが固定子に接することを防止する。

【００１６】前記可動子は全体として円筒状であって、
丸棒状の固定子に摺動自在に嵌合しているから、固定子
の径方向に可動子が移動して外れることがない。しか
も、以上のように可動子は固定子に嵌合しているから、
どの方向に向けても可動子は固定子に対して同じ姿勢を
維持する。

【００１７】既述のように可動子を移動させる磁気吸引
・反発力を、固定子の円板状をなす磁極と円筒状をなす
可動子の励磁コイルとの間に形成するから、同様な磁気
的作用を得るための極歯を固定子および可動子に設ける
必要がない。

【００１８】請求項３においても、固定子が備える一対
の永久磁石の磁極のうちＮ極から出る磁束は、バックヨ
ークを通って隣接したＳ極に戻り、この磁路によって、
モータの非駆動時において可動子を磁気的に安定した位
置に保持する。そして、固定子の永久磁石は板状であっ
てステータヨークの平坦面に固定したから、固定子がこ
れに嵌合された可動子を回り止めする。

【００１９】可動子の励磁コイルを定められた励磁シー
ケンスにしたがって通電すると、通電された励磁コイル
の一端にＮ極、他端にＳ極を夫々発生して、これら両磁
極と固定子の磁極との間で磁気的な吸引・反発力を生じ
る。これらの力によって、可動子を固定子の軸方向に移
動させる。この場合、前記磁気的反発力により可動子は
固定子の一対の永久磁石に対し僅かなエアーギャップを
設けて浮いた状態となり、この浮上状態で可動子は移動
する。この可動子の移動において摺動部は、固定子の外
周を摺動して、可動子の自重や固定子への負荷変動に拘
らず、励磁コイルが固定子に接することを防止する。可
動子は、筒状であって固定子に摺動自在に嵌合している
から、固定子から外れることがないとともに、どの方向
に向けても可動子は固定子に対して同じ姿勢を維持す
る。

【００２０】既述のように可動子を移動させる磁気吸引
・反発力を、固定子の永久磁石と可動子の励磁コイルと
の間に形成するから、同様な磁気作用を得るための極歯
を固定子および可動子に設ける必要がない。また、固定
子をステータヨークおよび板状の一対の永久磁石で形成
したから、固定子の部品点数が少ない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１から図３を
参照して説明する。

【００２２】図１および図２中１１は軸方向に延びて丸
棒状に形成された固定子である。この固定子１１は、多
数の固定子モジュール１２を互いの間にスペーサ１３を
挟んで連ねるとともに、これら固定子モジュール１２と
スペーサ１３を芯としてその外側に被覆部材１４を装着
して形成されている。

【００２３】各固定子モジュール１２は、永久磁石１５
を軟磁鋼製の円板状磁極１６，１７で挟んで形成されて
いる。磁極１６，１７は同径であるとともに、これらの
板厚は永久磁石１５よりも厚い。永久磁石１５はその厚
み方向に着磁されている。この磁石１５により、その一
面に接着された一方の磁極１６にはＮ極があらわれ、か
つ他面に接着された他方の磁極１７にはＳ極があらわれ
るようになっている。また、永久磁石１５は磁極１６，
１７と同径の円板形をなしている。なお、永久磁石１５
は、磁極１６，１７より小径でもよいとともに、リング
形であっても良い。

【００２４】スペーサ１３は、アルミニューム合金や合
成樹脂等の非磁性体により、永久磁石１５と同一の厚み
に形成されている。このスペーサ１３も円板状であっ
て、固定子モジュール１２と同径に形成されている。被
覆部材１４は非磁性体製であって、材料コストが安いポ
リエステルフィルムで形成されている。

【００２５】固定子１１の外面にはその軸方向に沿って
摺動自在な円筒状の可動子２１が嵌合されている。この
可動子２１は、バックヨーク２２と、Ａ相の励磁コイル
２３およびＢ相の励磁コイル２４と、摺動部としての一
対の摺動リング２５と、位置センサとしてのホール素子
２６とを備えている。バックヨーク２２は軟磁鋼により
形成され固定子１１よりも大径な円筒状をなしている。
可動子２１は例えばプリンターの印字ヘッドを搭載した
キャリッジ（図示していない）等を移動させる。

【００２６】図１および図３に示すようにＡ相の励磁コ
イル２３は密着巻きされて円筒状をなす複数例えば４つ
のコイル部２３ａ〜２３ｄを有している。これらコイル
部２３ａ〜２３ｄは互いに一列となるように一定間隔を
おいて繋がっている。コイル部２３ａ，２３ｃとコイル
部２３ｂ，２３ｄとは互いに逆向きに巻回して密着巻き
されている。

【００２７】同様に、Ｂ相の励磁コイル２４も密着巻き
されて円筒状をなす複数例えば４つのコイル部２４ａ〜
２４ｄを有している。これらコイル部２４ａ〜２４ｄも
互いに一列となるように一定間隔をおいて繋がっている
とともに、コイル部２４ａ，２４ｃとコイル部２４ｂ，
２４ｄとは互いに逆向きに巻回して密着巻きされてい
る。

【００２８】各コイル部２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４
ｄの長さは、永久磁石１５およびスペーサ１３の厚み以
上で、かつ固定子１１の極ピッチ（つまり、永久磁石１
５またはスペーサ１３を挟んで隣接する磁極１６，１７
の厚み方向中心部間の寸法）τよりも少し短く設定され
ている。

【００２９】Ｂ相の励磁コイル２４はバックヨーク２２
の内周面に装着されているとともに、このコイル２４の
内周面にＡ相の励磁コイル２３が装着されている。これ
ら両励磁コイル２３，２４は、前記極ピッチτの１／２
だけ軸方向に互いに位置をずらして設けられている。

【００３０】各摺動リング２５は非磁性体例えばアルミ
ニューム合金製であり、これらはバックヨーク２２の両
端部内面に夫々取付けられている。これらのリング２５
の内径は固定子１１の外径よりも僅かに大きいととも
に、内周縁はＡ相の励磁コイル２３の内周面よりも固定
子１１の外周面に接近している。それによって、励磁コ
イル２３の内周面を固定子１１の外周面から離し、これ
らの間に僅かなエアーギャップを設けている。

【００３１】前記ホール素子２６は可動子２１のスター
ト位置を検出するために用いられ、バックヨーク２２の
例えば一端部内面に取付けられている。この素子２６は
Ａ相の励磁コイル２３の例えば一端に位置したコイル部
２３ａのコイルセンターからτ／２ずれた位置に配置さ
れている。なお、図１中２７は可動子２１と図示しない
モータ駆動回路との間を繋いだフレキシブルなコードで
ある。

【００３２】前記構成のブラシレスリニアモータの１相
励磁方式による動作を図１および図３により説明する。
図１に示すような状態に可動子２１が位置されていると
する。このとき、ホール素子２６が固定子１１のＮ極を
なしている磁極１６に対応しているので、このＮ極から
出る磁束を受けてホール素子２６は出力を発生し、可動
子２１の各励磁コイル２３，２４と固定子１１との相互
位置関係が、第３図に示すステップ１の状態にあること
を検出する。

【００３３】そして、例えば可動子２１を図３中右方向
に移動させる場合には、前記可動子２１の位置検出に基
づきＢ相の励磁コイル２４に励磁電流（駆動パルス）を
印加して、その各コイル部２４ａ〜２４ｄの両端に夫々
図３中ステップ１に示すような極性を発生させる。

【００３４】そうすると、各コイル部２４ａ〜２４ｄの
両端の極性と、固定子１１の磁極１６，１７とのＮ極同
志およびＳ極同志が反発するとともに、Ｎ極とＳ極とは
吸引する。このような磁気吸引・反発力により、可動子
２１は固定子１１の軸方向に沿い右方向に移動される。
この移動を担う磁気吸引・反発力は、可動子２１の各励
磁コイル２３，２４と固定子１１との相互位置関係が、
図３中ステップ２に示すようになった時にバランスさ
れ、その時点までに可動子２１は、Ａ，Ｂ相の励磁コイ
ル２３，２４間の位相のずれ分、すなわち、τ／２だけ
右方向に移動する。

【００３５】次のステップ２ではＡ相の励磁コイル２３
に励磁電流（駆動パルス）を印加して、その各コイル部
２３ａ〜２３ｄの両端に夫々図３中ステップ２に示すよ
うな極性を発生させる。そうすると、固定子１１と可動
子２１との間に作用する磁気吸引・反発力によって、可
動子２１は更にτ／２だけ右方向に移動し、図３中ステ
ップ３に示す位置に配置される。

【００３６】次のステップ３ではＢ相の励磁コイル２４
に励磁電流（駆動パルス）を印加して、その各コイル部
２４ａ〜２４ｄの両端に夫々図３中ステップ３に示すよ
うな極性を発生させる。このステップ３での励磁電流の
向きはステップ１，２での励磁電流の向きとは逆であ
る。したがって、可動子２１は更にτ／２だけ右方向に
磁気吸引・反発力によって移動し、図３中ステップ４に
示す位置に配置される。

【００３７】そのため、次のステップ４では、Ａ相の励
磁コイル２３に励磁電流（駆動パルス）を印加して、そ
の各コイル部２３ａ〜２３ｄの両端に夫々図３中ステッ
プ４に示すような極性を発生させる。このステップ４で
の励磁電流の向きはステップ１，２での励磁電流の向き
とは逆である。したがって、可動子２１は更にτ／２だ
け右方向に磁気吸引・反発力によって移動し、図３中ス
テップ５に示す位置に配置される。

【００３８】以上のようにして１励磁サイクルが終り、
次のステップからは前記１励磁サイクルが繰返され、印
印される必要な数の駆動パルスに応じて、その印加のつ
ど、τ／２ずつ可動子２１が固定子１１の軸方向に沿い
連続して移動される。

【００３９】また、可動子２１を図３中左方向に移動さ
せるには、各ステップ１〜４での励磁電流の向きを逆に
して、各コイル部２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄの両
端に生じる極性が逆となる励磁をすればよい。

【００４０】前記可動子２１の移動において、前記磁気
的反発力により、可動子２１と固定子１１の全周面との
間に僅かなエアーギャップを介して可動子２１は固定子
１１に対し浮いた状態となり、この磁気浮上状態で可動
子２１が移動される。その上、可動子２１は、バックヨ
ーク２２の内側に励磁コイル２３，２４、摺動リング２
５、およびホール素子２６を設けて形成され、この可動
子２１が電磁石を備えない。そのため、可動子２１を軽
量でかつ小形化でき、そして、このモータをムービング
コイル形とできる。

【００４１】このように軽量な可動子２１を磁気浮上状
態下で移動できるとともに、後述のように摺動抵抗が少
ないため、可動子２１の応答性が高く、ダンピング特性
を改善できる。したがって、可動子２１を円滑に移動で
き、振動が少ないブラシレスリニアモータとできる。

【００４２】また、可動子２１は摺動リング２５を備え
ているので、可動子２１の自重の影響やこの可動子２１
への負荷が変動しても、可動子２１の内周が固定子１１
に接するだけで、励磁コイル２３，２４が固定子１１に
摺接することはない。

【００４３】そして、可動子２１は全体として円筒状で
あって、丸棒状の固定子１１に摺動自在に嵌合している
から、固定子１１の径方向に可動子２１が移動して外れ
ることがない。したがって、外れ止めのための構成が不
要であるから、部品点数が少なく構成および組立てが簡
単で、安価に構成できるとともに、外れ止めのための部
品による可動子２１の摺動抵抗もなくすことができる。

【００４４】しかも、以上のように可動子２１は固定子
１１に嵌合しているから、どの方向に向けても可動子２
１は同じ姿勢を維持する。したがって、このブラシレス
リニアモータは使用位置の制限が少ない。

【００４５】その上、可動子２１を移動させる磁気吸引
・反発力を、既述のように円板状をなす軟磁鋼製の磁極
１６，１７と円筒状をなす励磁コイル２３，２４との間
に形成するから、同様な磁気的作用を得るための極歯を
固定子１１および可動子２１に設ける必要がない。した
がって、極歯を作る機械加工が不要であるから、製造コ
ストを下げることができる。

【００４６】図４は本発明の第２実施例を示している。
この第２実施例では、固定子１１の中心部にその軸方向
に延びる非磁性体製の中心軸３１を貫通して取付けてあ
るとともに、固定子１１の一端部に可動子２１より大径
なリング状ストッパ３２を固定している。以上の点、お
よび可動子２１がホール素子を備えない点以外の構成
は、前記第１実施例と同様であるので、その説明につい
ては省略する。なお、ストッパ３２は固定子ではなく、
このモータを装備する機械の固定部に設けてもよく、当
然リング状には制約されない。

【００４７】この第２実施例の構成によれば、前記第１
実施例と同様の作用により、本発明の所期の目的を達成
できる。ストッパ３２はこれに可動子２１の一端が当接
して位置決めされることにより、可動子２１をホームポ
ジションに配置させるために使用されている。

【００４８】したがって、ホームポジションでは、どの
励磁コイルを初めに励磁すればよいかが分かっているの
で、このリニアモータの使用に当たっては、前処理とし
て数十の駆動パルスを印加して可動子２１をホームポジ
ションに配置し、その上で予め定められた励磁シーケン
スにより可動子２１の移動がなされるものである。しか
も、中心軸３１を備えているから、この軸３１を基準と
して寸法出しをすることができ、したがって、固定子１
１と可動子２１との間のエアーギャップを正確に出すこ
とができる。

【００４９】なお、前記第１，第２実施例において、固
定子モジュール１２およびスペーサ１３の外径を同一と
するとともに、固定子１１の外周面を滑らかに仕上げら
れる場合には、固定子１１の被覆部材１４は省略しても
よい。

【００５０】また、固定子１１に被覆部材１４を設ける
場合、この部材１４はパイプとしてもよい。しかも、こ
のパイプの厚みを大きくする等して強度を持たせる場合
には、このパイプで可動子２１を案内でき、固定子モジ
ュール１２およびスペーサ１３で可動子１１を案内する
必要がないので、スペーサ１３、永久磁石１５、磁極１
６，１７の直径は、不揃いでもよい。

【００５１】さらに、前記第１，第２実施例において、
摺動部２５は筒状として、最も内側の励磁コイル２３の
内周面全体を覆って設けてもよいとともに、摺動部２５
をテフロンその他の合成樹脂製とする場合には、最も内
側の励磁コイル２３の内周面全体を覆うようにコーテン
グしたり、モールド成形により励磁コイル２３，２４と
一体化しても差支えない。しかも、摺動部２５の内周面
に複数の鋼球を自由に回転できるように取付けて、可動
子２１がより円滑に摺動できるようにしてもよい。

【００５２】次に、図５〜図１１を参照して本発明の第
３実施例を説明する。図５〜図７中４１は軸方向に延び
るとともに、その軸方向と直角に交差する方向の断面が
非円形をなす固定子である。この固定子４１は、軸方向
に延びる平行な一対の平坦面４２ａ，４２ｂを有したス
テータヨーク４２と、前記両平坦面４２ａ，４２ｂに夫
々固定された一対の永久磁石４３とを備えている。

【００５３】ステータヨーク４２は軟磁鋼により軸方向
に長い短冊状の平板で形成されている。一対の永久磁石
４３の幅はステータヨーク４２の幅よりも短く、これら
は図７に示されるようにステータヨーク４２の両側縁部
４２ｃを除いて前記平坦面４２ａ，４２ｂに接着されて
いる。各永久磁石４３は、その長さ方向に所定ピッチτ
でＳ極（磁極）とＮ極（磁極）とが交互に多数着磁され
ているとともに、ステータヨーク４２を挟んだ両永久磁
石４３のＳ極同志およびＮ極同志は、図６（Ｂ）に示さ
れるようにヨーク４２の厚み方向に夫々対応して設けら
れている。

【００５４】固定子４１の外面にはその軸方向に沿って
摺動自在な可動子４５が嵌合されている。図６（Ａ）に
示されるように可動子４５は、両端部が摺動部４６とし
て使用される可動子ボビン４７と、Ａ相の励磁コイル４
８とＢ相の励磁コイル４９と、バックヨーク５０と、位
置センサとしてのホール素子５１とを備えている。

【００５５】可動子ボビン４７は摺動性が良いテフロン
樹脂などの軽量な非磁性体からなる。このボビン４７は
図９〜図１１に示されるように、中央部に固定子４１が
貫通する嵌合孔５２を有した左右一対の摺動部４６を、
相対向する一対の巻枠５３で一体に繋いで形成されてい
る。

【００５６】巻枠５３は、中央部にセパレータ部５４を
有するとともに、この両側にＡ相励磁コイル４８が巻き
付けられる第１巻胴部５５と、Ｂ相励磁コイル４９が巻
き付けられる第２巻胴部５６とを夫々有している。両巻
胴部５５，５６には夫々複数のフランジ５５ａ，５６ａ
が形成されている。摺動部４６には図９および図１０に
示されるように相対向するヨーク取付け溝５７が夫々形
成されているとともに、一方の摺動部４６にはホール素
子５１が取付けられるセンサ取付け部５８が一体に設け
られている。

【００５７】Ａ相の励磁コイル４８は第１巻胴部５５、
またＢ相の励磁コイル４９は第２巻胴部５６に夫々巻き
付けられている。したがって、両励磁コイル４８，４９
は可動子ボビン４７の軸方向に並べて設けられている。

【００５８】励磁コイル４８は、フランジ５５ａによっ
て仕切られるとともに前記磁極のピッチτと同一ピッチ
で配設される４つの密着巻きされたコイル部４８ａ〜４
８ｄを有して、全体として筒状に形成されている。コイ
ル部４８ａ，４８ｃとコイル部４８ｂ，４８ｄとは互い
に逆向きに巻回して設けられている。

【００５９】同様に、励磁コイル４９は、フランジ５６
ａによって仕切られるとともに前記磁極のピッチτと同
一ピッチで配設される４つの密着巻きされたコイル部４
９ａ〜４９ｄを有して、全体として筒状に形成されてい
る。コイル部４９ａ，４９ｃとコイル部４９ｂ，４９ｄ
とは互いに逆向きに巻回して設けられている。そして、
これら第１，第２の励磁コイル４８，４９は、前記セパ
レータ部５４によって例えば前記磁極のピッチτの１／
２だけ軸方向に互いの位置をずらされている。

【００６０】バックヨーク５０には例えば短冊状の平板
を２枚使用しており、これらはその長さ方向両端部をヨ
ーク取付け溝５７に嵌合し接着止めして設けられてい
る。したがって、これらバックヨーク５０は、その内面
と第１，第２巻胴部５５，５６との間に２相の励磁コイ
ル４８，４９を挟んで設けられている。

【００６１】これらバックヨーク５０の少なくとも内面
はポリエステルフィルムなどの絶縁層５９［図６（Ｂ）
参照］で覆われており、それにより励磁コル４８，４９
との短絡防止用の電気絶縁をなしている。なお、この絶
縁層５９は絶縁材料に代えて空気層により形成しても良
い。

【００６２】前記構成の可動子４５は、その摺動部４６
の嵌合孔５２を固定子４１に嵌合して支持され、この支
持状態において各励磁コイル４８，４９の内周面は、摺
動部４６によって固定子４１の外周面から離され、それ
によって、励磁コイル４８，４９の内周面と固定子４１
の外周面との間に僅かなエアーギャップを設けている。

【００６３】しかも、前記支持状態においては、嵌合孔
５２の孔端部５２ａ（図７，図８参照）のみがステータ
ヨーク４２の両側縁部４２ｃに係合されて、これら両側
縁部４２ｃを案内として可動子４５が摺動されるように
なっている。この可動子４５は例えばプリンターの印字
ヘッドを搭載したキャリッジ（図示していない）等を移
動させる。なお、この可動子４５と図示しないモータ駆
動回路とは図示しないフレキシブルコードを介して接続
されている。

【００６４】前記構成のブラシレスリニアモータの１相
バイポーラ励磁方式による動作を図１１により説明す
る。図１１のステップ１に示すような状態に可動子４５
が位置されているとする。このとき、ホール素子５１が
固定子４１のＮ極に対向しているので、このＮ極から出
る磁束を受けてホール素子５１は出力を発生し、可動子
４５の各励磁コイル４８，４９と固定子４１との相互位
置関係が、第１１のステップ１に示す状態にあることを
検出する。

【００６５】そして、例えば可動子４５を図１１中右方
向に移動させる場合には、前記可動子４１の位置検出に
基づきＢ相の励磁コイル４９に励磁電流（駆動パルス）
を印加して、その各コイル部４９ａ〜４９ｄの両端に夫
々図１１中ステップ２に示すような極性を発生させる。

【００６６】そうすると、各コイル部４９ａ〜４９ｄの
両端の極性と、固定子４１のＮ極同志およびＳ極同志が
反発するとともに、Ｎ極とＳ極とは吸引する。このよう
な磁気吸引・反発力により、可動子４５は固定子４１の
軸方向に沿い右方向に移動される。この移動を担う磁気
吸引・反発力は、可動子４５の各励磁コイル４８，４９
と固定子４１との相互位置関係が、図１１中ステップ３
に示すようになった時にバランスされ、その時点までに
可動子４５は、Ａ，Ｂ相の励磁コイル４８，４９間の位
相のずれ分、すなわち、τ／２だけ右方向に移動する。

【００６７】次のステップ３ではＡ相の励磁コイル４８
に励磁電流（駆動パルス）を印加して、その各コイル部
４８ａ〜４８ｄの両端に夫々図１１中ステップ３に示す
ような極性を発生させる。そうすると、固定子４１と可
動子４５との間に作用する磁気吸引・反発力によって、
可動子４５は更にτ／２だけ右方向に移動し、図１１中
ステップ４に示す位置に配置される。

【００６８】次のステップ４ではＢ相の励磁コイル４９
に励磁電流（駆動パルス）を印加して、その各コイル部
４９ａ〜４９ｄの両端に夫々図１１中ステップ４に示す
ような極性を発生させる。このステップ４での励磁電流
の向きはステップ２での励磁電流の向きとは逆である。
したがって、可動子４５は更にτ／２だけ右方向に磁気
吸引・反発力によって移動し、図１１中ステップ５に示
す位置に配置される。

【００６９】そのため、次のステップ５では、Ａ相の励
磁コイル４８に励磁電流（駆動パルス）を印加して、そ
の各コイル部４８ａ〜４８ｄの両端に夫々図１１中ステ
ップ５に示すような極性を発生させる。このステップ５
での励磁電流の向きはステップ３での励磁電流の向きと
は逆である。したがって、可動子４５は更にτ／２だけ
右方向に磁気吸引・反発力によって移動される。

【００７０】以上のようにして１励磁サイクルが終り、
次のステップからは前記１励磁サイクルが繰返され、印
印される必要な数の駆動パルスに応じて、その印加のつ
どτ／２ずつ固定子４１の軸方向に沿い可動子４５が連
続して移動される。

【００７１】また、可動子４５を図１１中左方向に移動
させるには、前記各ステップでの励磁電流の向きを逆に
して、各コイル部４８ａ〜４８ｄ、４９ａ〜４９ｄの両
端に生じる極性が逆となる励磁をすればよい。

【００７２】前記可動子４５の移動において、前記磁気
的反発力により可動子４５は、固定子４１が備える一対
の永久磁石４３に対し浮いた状態となり、この磁気浮上
状態で可動子４５が移動される。その上、可動子４５
は、摺動部４６を有した可動子ボビン４７に、励磁コイ
ル４８，４９、およびホール素子５１を設けて形成さ
れ、この可動子４５が電磁石を備えないので、可動子５
１を軽量でかつ小形化でき、そして、このモータをムー
ビングコイル形とできる。

【００７３】このように軽量な可動子４５を磁気浮上状
態下で移動できるとともに、後述のように摺動抵抗が少
ないため、可動子４５の応答性が高く、ダンピング特性
を改善できる。したがって、可動子４５を円滑に移動で
き、振動が少ないブラシレスリニアモータとできる。

【００７４】また、可動子４５は摺動部４６を備えてい
るので、可動子４５の自重の影響やこの可動子４５への
負荷が変動しても、可動子４５の内周が固定子４１に接
するだけで、励磁コイル４８，４９が固定子４１に摺接
することはない。

【００７５】そして、可動子４５は全体として筒状であ
って、固定子４１に摺動自在に嵌合しているから、固定
子４１の軸方向と直角に交差する方向に可動子４５が移
動して外れることがない。したがって、外れ止めのため
の構成が不要であるから、部品点数が少なく構成および
組立てが簡単で、安価に構成できるとともに、外れ止め
のための部品による可動子４５の摺動抵抗もなくすこと
ができる。

【００７６】しかも、以上のように可動子４５は固定子
４１に嵌合しているから、どの方向に向けても可動子４
５は同じ姿勢を維持する。したがって、このブラシレス
リニアモータは使用位置の制限が少ない。

【００７７】可動子４５を移動させる磁気吸引・反発力
を、既述のように固定子４１の永久磁石４３と励磁コイ
ル４８，４９との間に形成するから、同様な磁気作用を
得るための極歯を固定子４１および可動子４５に設ける
必要がない。したがって、極歯を作る機械加工が不要で
あるから、製造コストを下げることができる。また、固
定子４１をステータヨーク４２および板状の一対の永久
磁石４３で形成したから、固定子４１の部品点数が少な
く、その構造および組立てが簡単である。

【００７８】また、前記第３実施例では、既述のように
平板状の永久磁石４３を一対設けているので、固定子４
１に対する可動子４５の摺動抵抗が少なく円滑に可動子
４５を移動できるが、永久磁石４３をステータヨーク４
２の一面のみに設けてもよく、その場合には、ステータ
ヨーク４２の他面に対してローラなどの転動子を介して
可動子４５が接するように構成すればよい。さらに、前
記第３実施例ではステータヨーク４２は平板状である
が、これに代えて角棒状のステータヨークを用いても良
いとともに、その互いに平行な両面間を繋ぐ面は平面で
はなく円弧面で形成しても良い。また、前記第３実施例
においても、前記第２実施例と同様に可動子４５をホ−
ムホジションに位置決めする工夫を設ける場合には、ホ
−ル素子５１を省略して実施できる。

【００７９】なお、本発明は前記各実施例には制約され
ない。例えば、摺動部は焼結含油合金製としてもよい。
また、可動子が備える励磁相の数は２相以上であれば何
相設けてもよく、励磁相の数が多くなる程１ステップ当
たりの可動子の移動量を小さくできる。さらに、各励磁
相の駆動方式は前記各実施例の１相励磁に制約されず、
２相励磁、１ー２相励磁でもよく、また、マイクロステ
ップ駆動をして可動子の移動をより円滑化して、振動を
一層少なくなるようにしても差支えない。

【００８０】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、請求項１〜３に記載のブラシレスリニアモー
タにおいては、可動子が電磁石を持つことなく、この可
動子の軽量化を実現できるとともに、可動子を僅かなエ
アーギャップ介して固定子に対し磁気浮上状態下で移動
させ得るから、可動子の応答性およびダンピング特性を
改善できる。しかも、全体として筒状をなす前記可動子
は、固定子に摺動自在に嵌合しており、どの方向に向け
ても可動子は同じ姿勢を維持するから、使用上において
可動子の向きの制限が少ない。そして、前記嵌合により
固定子から可動子が外れることがないから、外れ止めの
ための特別な工夫が必要なく、構造が簡単である。さら
に、可動子を移動させる磁気吸引・反発力を得るための
極歯を固定子および可動子に設ける必要がないので、加
工が容易となり安価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るモータ全体を示す縦
断面図。

【図２】同第１実施例に係るモータ全体を示す斜視図。

【図３】同第１実施例に係るモータの動作を説明するた
めの図。

【図４】本発明の第２実施例に係るモータ全体を示す斜
視図。

【図５】本発明の第３実施例に係るモータ全体を示す正
面図。

【図６】（Ａ）は図５中ＺーＺ線に沿って同第３実施例
に係るモータを示す断面図。（Ｂ）は前記（Ａ）の一部
を拡大して示す断面図。

【図７】同第３実施例に係るモータ全体を図６（Ａ）中
矢印Ｙ方向から見て示す側面図。

【図８】同第３実施例に係る可動子ボビンを図９中矢印
Ｘ方向から見て示す側面図。

【図９】同第３実施例に係る可動子ボビンを示す正面
図。

【図１０】同第３実施例に係る可動子ボビンを図９中Ｗ
ーＷ線に沿って示す断面図。

【図１１】同第３実施例に係るモータの動作を説明する
ための図。

【図１２】従来のブラシレスリニアモータを示す縦断側
面図である。

【符号の説明】

１１…固定子、１２…固定子モジュール、１３…スペー
サ、１５…永久磁石、１６，１７…磁極、２１…可動
子、２２…バックヨーク、２３，２４…励磁コイル、２
５…摺動リング（摺動部）、４１…固定子、４２…ステ
ータヨーク、４２ａ，４２ｂ…平坦面、４３…永久磁
石、４５…可動子、４６…摺動部、４８，４９…励磁コ
イル、バックヨーク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に延びて形成された固定子と、こ
   の固定子の外周に摺動自在に嵌合された可動子とを具備
   し、 前記固定子が、永久磁石を有し、この磁石の磁極を所定
   ピッチで前記軸方向に交互に配設してなり、 前記可動子が、前記固定子から離されてこの固定子と平
   行に設けられたバックヨークと、筒状をなして前記バッ
   クヨークと前記固定子との間に設けられ、かつ、互いの
   位相が前記軸方向にずらされた少なくとも２相の励磁コ
   イルと、前記バックヨークを支持して前記固定子に摺動
   自在に嵌合され、かつ、前記各励磁コイルの内周面を前
   記固定子の外周面から離す摺動部とを有してなることを
   特徴とするブラシレスリニアモータ。
2. 【請求項２】 軸方向に延びて形成された固定子と、こ
   の固定子の外周に摺動自在に嵌合された可動子とを具備
   し、 前記固定子が、磁性材製の円板状磁極間に永久磁石を挾
   んでなる多数の固定子モジュールと、これらモジュール
   間に夫々配置された非磁性材製のスペーサとを有して、
   丸棒状に形成されてなり、 前記可動子が、前記固定子よりも大径な円筒状のバック
   ヨークと、円筒状をなして前記バックヨークの内側に径
   方向に互いに重なり合って設けられ、かつ、互いの位相
   が前記軸方向にずらされた少なくとも２相の励磁コイル
   と、前記固定子の外径よりも僅かに大きい内径を有する
   とともに前記バックヨークを支持して前記固定子に摺動
   自在に嵌合され、かつ、最も小径な励磁コイルの内周面
   を前記固定子の外周面から離す摺動部とを有してなるこ
   とを特徴とするブラシレスリニアモータ。
3. 【請求項３】 軸方向に延びて形成された固定子と、こ
   の固定子の外周に摺動自在に嵌合された可動子とを具備
   し、 前記固定子が、軸方向に延びる平行な一対の平坦面を有
   したステータヨークと、所定ピッチで前記軸方向に交互
   に配設される磁極を有して前記両平坦面に夫々固定され
   た板状をなす一対の永久磁石と有してなり、 前記可動子が、前記固定子から離されてこの固定子と平
   行に設けられたバックヨークと、筒状をなして前記バッ
   クヨークと前記固定子との間に前記軸方向に並べて設け
   られ、かつ、互いの位相が前記軸方向にずらされた少な
   くとも２相の励磁コイルと、前記バックヨークを支持し
   て前記固定子に摺動自在に嵌合され、かつ、前記各励磁
   コイルの内周面を前記固定子の外周面から離す摺動部と
   を有してなることを特徴とするブラシレスリニアモー
   タ。