JPH0638503A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化、軽量化および低コスト化が可能であ
るリニアモータを提供する。 【構成】 複数個の永久磁石を長手方向に交互に異極が
現われるように配設し、これらの永久磁石の表面に形成
される磁気空隙内に多相コイルおよびこれらの多相コイ
ルへの通電方向を制御する界磁検出器を備えた可動子を
前記長手方向に移動可能に設けてなるリニアモータにお
いて、前記永久磁石を間隔を置いて配設すると共に、隣
接する永久磁石間に前記長手方向に着磁してなる他の永
久磁石を各々表面において同極が近接するように周期的
に嵌装固着し、連続する永久磁石列を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＸＹプロッタ等
における描画用のペンユニットを所定の位置に移動させ
る際の駆動用に使用されるリニアモータに関するもので
あり、特に磁気回路を改良することにより、小型化、軽
量化が可能であると共に、製造コストの低減が可能であ
るリニアモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来コンピュータグラフィックやＣＡＤ
などの端末装置には、例えばマルチペン方式のＸＹプロ
ッタが一般に使用されている。この種のプロッタにおい
ては、ペンユニットを所定位置まで移動させて描画を行
なうのであるが、このペンユニットの移動機構として
は、ステッピングモータやブラシレスＤＣモータなどの
回転モータにより、ワイヤーやタイミングベルトを駆動
する移動機構が採用されている。

【０００３】しかしながら、上記のような移動機構で
は、作図速度若しくは描画速度が遅く、またＸ軸および
Ｙ軸における各動作の協調性が低いため、図形が歪み易
い等の問題点がある。また高速かつ高精度の描画が要求
される印刷用ＸＹプロッタには適用できないという問題
点もある。

【０００４】上記のような問題点を解決するために、例
えば特公昭５８−４９１００号および実開昭６３−９３
７８３号公報等に開示されているような、可動コイル型
のリニアモータが使用されている。このようなリニアモ
ータにおいては、厚さ方向に着磁した複数個の永久磁石
を、着磁方向が異なるように、すなわち異極を対向さ
せ、かつ長手方向に交互に異極が現われるように配設
し、これらの永久磁石の表面に形成される磁気空隙内
に、磁束と直角方向に運動する可動コイル組立体を設け
た構成としてある。

【０００５】図９は従来のリニアモータの例を示す要部
横断面図、図１０は図９におけるコイルフレームを示す
要部斜視図である。図９および図１０において、１１は
ベースであり、軟鉄のような強磁性材料により平板状に
形成する。１２はセンターヨーク、１３はサイドヨーク
であり、各々前記ベース１１と同様の材料によって平板
状に形成すると共に、ベース１１上に間隔を介して固着
する。

【０００６】１４は永久磁石であり、厚さ方向に着磁
し、センターヨーク１２およびサイドヨーク１３の夫々
の対向面に、相隣る磁極の極性が異なるように複数個
を、空隙１５を介して異極が対向するように配設する。
図９において永久磁石１４の配設方向は、紙面と直交す
る方向である。

【０００７】次に１６は可動子であり、キャリッジ１７
の下方にコイルフレーム１８を固着し、コイルフレーム
１８が前記空隙１５内において紙面と直交する方向に移
動可能に設ける。１９はコイルであり、前記空隙１５に
おける磁束と巻線方向が直交するような偏平の多相コイ
ルによって形成し、コイルフレーム１８に固着する。す
なわち複数個のコイルを永久磁石１４の配設方向に若干
量ずらせて配設し、磁極の方向を磁界検出素子等の手段
（図示せず）を介して検出し、電流を流すべきコイルお
よびその方向を切り換え得るように形成する。

【０００８】以上の構成により、コイル１９に電流を流
すと、コイル１９の巻線方向が永久磁石１４による磁束
と直交しているので、コイル１９はフレミングの左手の
法則により、センターヨーク１２およびサイドヨーク１
３の長手方向の駆動力を受けるから、コイル１９をコイ
ルフレーム１８を介して一体に支持してなる可動子１６
は、センターヨーク１２およびサイドヨーク１３の長手
方向に移動する。次にコイル１９に前記と逆方向の電流
を流すと、コイル１９には前記と逆方向の駆動力が作用
するから、可動子１６は前記と逆方向に移動する。従っ
てコイル１９への通電およびその電流の方向を選択する
ことにより、可動子１６を所定位置に移動させることが
できるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のリニアモー
タにおいては、永久磁石１４からの磁束の殆どはセンタ
ーヨーク１２およびサイドヨーク１３を介して閉磁路を
形成する。一方リニアモータのモータ特性、例えば推
力、移動速度等を向上させるためには、例えばＲ−Ｆｅ
−Ｂ（Ｒ：Ｎｄ，Ｐｒ等の希土類元素の１種以上）系磁
石のような高性能永久磁石を使用することにより、磁束
量を増大させることが必要になる。

【００１０】この場合、前記閉磁路を形成するセンター
ヨーク１２およびサイドヨーク１３における磁気飽和を
防止し、永久磁石１４の具有する磁束を最大限に活用す
るためには、前記センターヨーク１２およびサイドヨー
ク１３の断面積を大にする必要がある。従って磁気回路
が大型化すると共に、リニアモータ全体の重量が増大す
るという問題点がある。

【００１１】また磁気回路を構成するセンターヨーク１
２およびサイドヨーク１３の加工および組立に要するコ
ストも増大し、これらを一体化する場合においては、煩
雑な加工が必要となるという問題点もある。一方近年に
おけるこの種の装置に対する小型化、軽量化および低コ
スト化の要求は益々厳しくなってきており、上記従来の
構成のものでは、これらの要求に応じ得ないという問題
点がある。

【００１２】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、小型化、軽量化および低コスト化が可能であ
るリニアモータを提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明においては、複数個の永久磁石を長手方
向に交互に異極が現われるように配設し、これらの永久
磁石の表面に形成される磁気空隙内に多相コイルおよび
これらの多相コイルへの通電方向を制御する界磁検出器
を備えた可動子を前記長手方向に移動可能に設けてなる
リニアモータにおいて、前記永久磁石を間隔を置いて配
設すると共に、隣接する永久磁石間に前記長手方向に着
磁してなる他の永久磁石を各々表面において同極が近接
するように周期的に嵌装固着し、連続する永久磁石列を
形成する、という技術的手段を採用した。

【００１４】上記の発明において、夫々の永久磁石の異
極が対向するように２連の永久磁石列を設けることがで
きる。また上記の発明において、夫々の永久磁石の裏面
に磁性材料からなり厚さ３mm以下に形成したバックプレ
ートを固着した構成とすることができる。

【００１５】次に第２の発明においては、前記第１の発
明における技術的手段に、夫々の永久磁石の裏面に磁性
材料からなり厚さ３mm以下に形成したバックプレートを
固着し、これらの永久磁石と対向して磁性材料からなる
ヨークプレートを間隙を介して設け、界磁検出器が前記
間隙を等分する平面と前記ヨークプレートとの間の領域
に存在するように構成する、という技術的手段を付加し
た。

【００１６】更に第３の発明においては、上記第１の発
明若しくは第２の発明における技術的手段に、バックプ
レートに永久磁石を等間隔に配置固着した後に、これら
の永久磁石間に他の永久磁石を嵌装固着する、という技
術的手段を付加した。

【００１７】

【作用】上記の構成により、長手方向に交互に異極が現
われるように配設した永久磁石間に介装させた他の永久
磁石により閉磁気回路が形成され、センターヨークおよ
び／またはサイドヨークにおける磁気飽和を防止するこ
とができる。従って推力に寄与すべき磁束量を確保若し
くは増大させることができるのである。一方上記磁束量
確保のために従来採用されていた前記ヨークの断面積を
増大させる手段は不要となり、小型化、軽量化に大きく
貢献し得るのである。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部横断面図で
あり、同一部分は前記図９および図１０と同一の参照符
号で示す。図１において、１はベースであり、例えばア
ルミニウム合金のような低比重の非磁性材料によって形
成し、底板部２上に２条の突起部３と、支持部４とを一
体に設ける。５はサイドヨークであり、例えば軟鉄のよ
うな強磁性材料により平板状に形成し、突起部３の内壁
に対向させて設ける。次に６はセンターヨークであり、
サイドヨーク５と同様な材料によって横断面形状を略Ｕ
字形に形成し、前記サイドヨーク５，５間に支持部４を
介して配設する。なお可動子１６は突起部３上に固着し
たガイドレール７上に移動可能に載置する。

【００１９】図２は本発明の他の実施例を示す要部横断
面図であり、同一部分は前記図１と同一の参照符号で示
す。図２において、ベース１は前記実施例におけると同
様に、例えばアルミニウム合金のような低比重の非磁性
材料によって形成され、底板部２上に２条の突起部３を
一体に設けた構成とする。次に８はサイドヨークであ
り、例えば軟鉄のような強磁性材料によって横断面形状
を略Ｕ字形に形成し、突起部３，３の内壁に固着する。

【００２０】上記図１に示す構成のリニアモータの可動
子１６上に、図２に示す構成のリニアモータのベース１
を、各ベース１，１が直交するように載置し、図２に示
すものの可動子１６に例えばペンユニットを設ければ、
ＸＹプロッタとして作動することができるのである。

【００２１】図３は本発明の実施例および比較例におけ
る磁気回路を示す要部側面図であり、（ａ），（ｂ）は
各々実施例のもの、（ｃ）は比較例のものを示す。まず
図３（ａ）において、永久磁石１４は、厚さ方向に着磁
してなる永久磁石１４ａと長手方向に着磁してなる他の
永久磁石１４ｂとを交互に設けて構成される。すなわち
永久磁石１４ａを長手方向に交互に異極が現われるよう
に間隔を置いて配設すると共に、永久磁石１４ａ，１４
ａ間に他の永久磁石１４ｂを、表面において同極が近接
するように周期的に嵌装固着し、連続する永久磁石列と
するのである。

【００２２】そして上記永久磁石列を２連を夫々の永久
磁石１４ａ，１４ｂの異極が対向するように設けるので
ある。９はバックプレートであり、例えば軟鉄のような
強磁性材料によって形成し、前記永久磁石１４ａ，１４
ｂの裏面に固着する。なお図３（ａ）におけるバックプ
レート９は、前記図１および図２におけるサイドヨーク
５およびセンターヨーク６と同一の機能を有するもので
ある。

【００２３】図３（ｂ）に示すものは、前記図３（ａ）
に示すものにおいて、バックプレート９を省略したもの
であり、図３（ｃ）に示すものは、図３（ａ）に示すも
のにおいて、他の永久磁石１４ｂを省略したものであ
る。また図４は図３（ｂ）に示す磁気回路の要部斜視図
であり、同図中の寸法単位はmmである。すなわち永久磁
石１４ａは１８mm×３０mm×８mmに形成し、他の永久磁
石１４ｂは１２mm×３０mm×８mmに形成して、前記図３
のように配設し、空隙１５を８mmに設定して対向させた
ものである。従って永久磁石１４ａ，１４ｂの配設の周
期は６０mmである。なお本実施例および比較例におい
て、永久磁石１４ａ、他の永久磁石１４ｂは各々Ｎｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石（日立金属製 ＨＳ−３７ＢＨ）によっ
て製作し、図３（ａ）（ｃ）におけるバックプレート
は、厚さ３mmの軟鉄板によって形成した。

【００２４】図５は図３（ａ）（ｂ）（ｃ）における磁
気回路の空隙１５の長手方向位置の磁束密度分布を示す
図である。図５において長手方向の位置は、図４におけ
る周期６０mmの半周期に相当するものを示しており、曲
線ａ，ｂ，ｃは夫々図３における（ａ）（ｂ）（ｃ）に
対応している。図５から明らかなように、長手方向の位
置における空隙の磁束密度は、比較例に対応する曲線ｃ
より、本発明の実施例に対応する曲線ａ，ｂの方が大で
ある。

【００２５】また空隙内に設ける可動子に付与される推
力は、磁束量、すなわち曲線下の積分値（面積）に比例
するから、本発明の実施例の曲線ａ，ｂの方が、比較例
の曲線ｃより大であることがわかる。なお曲線ａで示さ
れる磁束量は、曲線ｂで示される磁束量より約２０％大
であることが明らかである。これは前記図３（ｂ）に示
すように、永久磁石１４ａ，１４ａ間に、長手方向に着
磁してなる他の永久磁石１４ｂを嵌装固着したことによ
る効果であると認められる。すなわち永久磁石１４ａ，
１４ａ間に設けた他の永久磁石１４ｂにより閉磁気回路
が形成される結果、漏洩磁束量を大幅に減少することが
でき、永久磁石１４ａから発生する磁束を有効に可動子
に作用させることができると考えられる。なお図３
（ａ）に示すように永久磁石１４ａ，１４ｂの裏面にバ
ックプレート９を固着することにより、上記作用が更に
向上されるのである。

【００２６】次に図３（ａ）（ｂ）に示す構成の永久磁
石１４の組立作業について記述する。まず図３（ｂ）に
示す構成のものにおいては、隣接する永久磁石１４ａ，
１４ｂ間に反発力が発生するため、永久磁石列を形成す
る場合には夫々の永久磁石１４ａ，１４ｂの移動を抑止
し、位置決めを確保する手段が必要である。従って量産
作業においては所定の組立治具を使用することが有効で
ある。

【００２７】一方図３（ａ）に示す構成のものにおいて
は、まずバックプレート９上に厚さ方向に着磁してなる
永久磁石１４ａを所定間隔で配設する。この場合永久磁
石１４ａとバックプレート９とは、永久磁石１４ａに固
有の吸着力によって強固に固着されるが、必要に応じて
接着剤を併用してもよい。次に長手方向に着磁してなる
他の永久磁石１４ｂを、前記永久磁石１４ａ，１４ａ間
に嵌装固着すればよい。従って移動防止手段、組立治具
等を特別に準備しなくてもよく、永久磁石列の組立を容
易かつ確実に遂行することができるのである。

【００２８】図６は本発明の更に他の実施例における磁
気回路を示す要部側面図であり、同一部分は前記図３と
同一の参照符号で示す。図６において、１０はヨークプ
レートであり、軟鉄板のような強磁性材料によって、平
板状に形成し、永久磁石１４ａ，１４ｂの表面と空隙１
５を介して設ける。Ｐｍは永久磁石１４ａ，１４ａ間、
および他の永久磁石１４ｂ，１４ｂの配設ピッチであ
る。また１５ｃは空隙１５の間隙ｇを等分する平面であ
る。

【００２９】次に図７は図６の空隙１５内に介装される
コイルフレーム１８の例を示す要部平面図であり、同一
部分は前記図１０と同一の参照符号で示す。図７におい
てコイル１９は、３個のコイル１９ａ，１９ｂ，１９ｃ
を長手方向のピッチＰｃで配設して構成される。この場
合ピッチＰｃは前記図６における永久磁石１４ａ、他の
永久磁石１４ｂの配設ピッチＰｍと等しく定める。なお
夫々のコイル１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、夫々ピッチＰ
ｃ＝Ｐｍの１／６の幅で紙面に平行な面内で巻かれてい
る３個の偏平コイルを、その偏平コイルの幅だけずらせ
て配置して形成される。２０は界磁検出器であり、例え
ばホール素子その他のものから形成され、３個をピッチ
Ｐｈの間隔で設ける。この場合Ｐｈ＝１／６（Ｐｃ＝Ｐ
ｍ）とする。

【００３０】上記構成のコイルフレーム１８は、前記図
６に示す空隙１５内に長手方向移動可能に介装される
が、界磁検出器２０がヨークプレート１０と平面１５ｃ
との間の領域１５ａに存在するように形成することが望
ましい。この理由は次に記述するように、界磁検出器２
０の検出精度を向上させ、かつコイルフレーム１８を装
着した可動子（図示せず）を円滑かつ確実に移動させる
ためである。

【００３１】図８は図６に示す磁気回路の長手方向の位
置と磁束密度との関係を示す図である。図８において曲
線ａ，ｂは各々図６に示す領域１５ａ，１５ｂにおける
磁束密度に対応する。図８から明らかなように、図６に
おける永久磁石１４ａ，１４ｂ側の領域１５ｂにおいて
は、曲線ｂで示されるように磁束密度の最大値は大であ
るが、正から負に反転する近傍における磁束密度の変化
が緩慢である。これに対して曲線ａにおいては、上記正
負反転時における磁束密度の変化が急峻である。

【００３２】一方図７に示す界磁検出器２０は、３個の
コイル１９ａ，１９ｂ，１９ｃへの通電方向の切り換え
を、例えばホール素子の正（負）から負（正）に反転す
る、所謂ゼロクロスタイミングによっているため、反転
時期が明瞭であることが望ましい。従って図８における
曲線ａのように磁束密度の正負反転が明瞭であるものが
よく、図７に示す界磁検出器２０は、図６における平面
１５ｃとヨークプレート１０との間の領域１５ａに存在
するように構成することが好ましいことになる。

【００３３】本実施例においては、ＸＹプロッタの例に
ついて記述したが、これに限定されず、他の用途のもの
にも当然に適用可能である。また永久磁石列を支持する
ベースをアルミニウム合金で形成した例について記述し
たが、マグネシウム合金その他の軽合金若しくはＦＲＰ
等の所謂エンジニアリングプラスチック材料によって形
成してもよく、比重の小なる材料によって形成すればよ
い。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記のような効果を奏することができ
る。 (1) 推力発生に寄与する永久磁石間に可動子の移動方向
に着磁してなる他の永久磁石を嵌装固着したものである
ため、閉磁気回路が形成され、推力を増大させることが
できる。 (2) 永久磁石の裏面にバックプレートを固着することに
より、推力を大幅に増大させ得る。 (3) バックプレートの厚さを従来のものより薄くして
も、磁気飽和が発生することなく、装置全体の小型化、
薄型化、軽量化が可能となる。 (4) バックプレートとして市販の鉄板を使用することが
でき、プレス加工等の併用により加工工数を低減するこ
とができ、製造コストの低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部横断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す要部横断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例および比較例における磁気回路
を示す要部側面図であり、（ａ）（ｂ）は各々実施例の
もの、（ｃ）は比較例のものを示す。

【図４】図３（ｂ）に示す磁気回路の要部斜視図であ
る。

【図５】図３における磁気回路の空隙の長手方向位置の
磁束密度分布を示す図である。

【図６】本発明の更に他の実施例における磁気回路を示
す要部側面図である。

【図７】図６の空隙内に介装されるコイルフレームの例
を示す要部平面図である。

【図８】図６に示す磁気回路の長手方向の位置と磁束密
度との関係を示す図である。

【図９】従来のリニアモータの例を示す要部横断面図で
ある。

【図１０】図９におけるコイルフレームを示す要部斜視
図である。

【符号の説明】

５，８ サイドヨーク ６ センターヨーク ９ バックプレート １０ ヨークプレート １４，１４ａ，１４ｂ 永久磁石 １６ 可動子 １９ コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の永久磁石を長手方向に交互に異
   極が現われるように配設し、これらの永久磁石の表面に
   形成される磁気空隙内に多相コイルおよびこれらの多相
   コイルへの通電方向を制御する界磁検出器を備えた可動
   子を前記長手方向に移動可能に設けてなるリニアモータ
   において、 前記永久磁石を間隔を置いて配設すると共に、隣接する
   永久磁石間に前記長手方向に着磁してなる他の永久磁石
   を各々表面において同極が近接するように周期的に嵌装
   固着し、連続する永久磁石列を形成したことを特徴とす
   るリニアモータ。
2. 【請求項２】 夫々の永久磁石の異極が対向するように
   ２連の永久磁石列を設けたことを特徴とする請求項１記
   載のリニアモータ。
3. 【請求項３】 夫々の永久磁石の裏面に磁性材料からな
   り厚さ３mm以下に形成したバックプレートを固着したこ
   とを特徴とする請求項１若しくは２記載のリニアモー
   タ。
4. 【請求項４】 夫々の永久磁石の裏面に磁性材料からな
   り厚さ３mm以下に形成したバックプレートを固着し、こ
   れらの永久磁石と対向して磁性材料からなるヨークプレ
   ートを間隙を介して設け、界磁検出器が前記間隙を等分
   する平面と前記ヨークプレートとの間の領域に存在する
   ように構成したことを特徴とする請求項１記載のリニア
   モータ。
5. 【請求項５】 バックプレートに永久磁石を等間隔に配
   置固着した後に、これらの永久磁石間に他の永久磁石を
   嵌装固着したことを特徴とする請求項３若しくは４記載
   のリニアモータ。