JPH09289765A - ボイスコイル型リニア直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子の一部に二つの巻線を巻装することに
より、ボイスコイル型リニア直流モータの大推力化およ
び全ストロークに対する推力変動の減少を共に実現する
ことを可能にする。 【構成】 固定子１は第１のヨーク２、第２のヨーク
３、永久磁石５、第２のヨーク３の第１のヨーク２への
相対面の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲に装着
される第２の巻線７および第２のヨーク３の第１のヨー
ク２への相対面の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範
囲に装着される第３の巻線８を主に、それぞれを同軸円
筒状に配置して構成され、各構成部材が構成する空間２
１を介して閉磁路３１を形成する。可動子１１は第１の
ヨーク２の第２のヨーク３への相対面の周囲に所定の間
隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種ＯＡ機器、各種光
学機器および各種測定機器等において、振動および推力
変動を嫌う各種移動部の駆動の用に供され、脈動の無い
推力の発生、全ストロークに対する推力変動の減少およ
び大推力化を可能とするボイスコイル型リニア直流モー
タに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リニア直流モータは脈動を伴わ
ない推力を発生し得る唯一のリニア・モータであり、各
種位置検出装置等を装着してサーボ制御することにより
推力および速度の広範囲の制御と停止位置の高精度の制
御とを可能とし、振動および推力変動を嫌う負荷および
広範囲の速度での運転を必要とする負荷に対応し得る唯
一のリニア・アクチュエータである。ボイスコイル型リ
ニア直流モータは可動子の軽量化を可能とする優れた応
答性を有するリニア直流モータである。

【０００３】従来のボイスコイル型リニア直流モータの
構造および動作を、図１および図２に示す断面図と図３
に示す推力特性図とにより説明する。

【０００４】図１に示す従来のボイスコイル型リニア直
流モータは、閉磁路３１を形成する固定子１と、固定子
１の一部に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２
よりなる可動子１１とにより構成される。

【０００５】固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２
と、第１のヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒
状に配置される円筒状をなす第２のヨーク３と、第１の
ヨーク２の矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢
印Ａ方向の端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する
円板状をなす第３のヨーク４と、第２のヨーク３の第１
のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固
着される円筒状をなす永久磁石５とを主に構成され、第
１のヨーク２と、第２のヨーク３および永久磁石５との
それぞれの相対面は空間２１を構成し、永久磁石５のＮ
極の極性を有する磁極面から第２のヨーク３、第３のヨ
ーク４および第１のヨーク２のそれぞれの内部を通り、
空間２１を介して永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極
面に至る閉磁路３１を形成する。

【０００６】可動子１１は、第１のヨーク２の第２のヨ
ーク３への相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装される
第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方
向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に配置さ
れ、第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流すこ
とにより所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１
の巻線１２に図示と異なる方向に所定の電流を流すこと
により所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。

【０００７】図２に示す従来のボイスコイル型リニア直
流モータは、閉磁路３１を形成する固定子１と、固定子
１の一部に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２
よりなる可動子１１とにより構成される。

【０００８】固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２
と、第１のヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒
状に配置される円筒状を成す第２のヨーク３と、第１の
ヨーク２の矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢
印Ａ方向の端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続し、
第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面にＳ極の極
性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１の
ヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着
される円筒状をなす永久磁石５とを主に構成され、第１
のヨーク２と第２のヨーク３とのそれぞれの相対面は空
間２１を構成し、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極
面から第２のヨーク３の内部を通り、空間２１を介して
第１のヨーク２の内部を通り永久磁石５のＳ極の極性を
有する磁極面に至る閉磁路３１を形成する。

【０００９】可動子１１は、第１のヨーク２の第２のヨ
ーク３への相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装される
第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方
向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に配置さ
れ、第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流すこ
とにより所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１
の巻線１２に図示と異なる方向に所定の電流を流すこと
により所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。

【００１０】図３は、図１および図２に示す従来のボイ
スコイル型リニア直流モータのストロークｘ［ｍｍ］を
２０［ｍｍ］に設定し、可動子１１を構成する第１の巻
線１２に図示の方向に所定の電流を流し、可動子１１が
矢印Ａ方向の端部から矢印Ｂ方向の端部まで移動する
際、あるいは可動子１１を構成する第１の巻線１２に図
示と異なる方向に所定の電流を流し、可動子１１が矢印
Ｂ方向の端部から矢印Ａ方向の端部まで移動する際の推
力特性図である。

【００１１】図３に示す推力特性図において、直線Ａは
可動子１１を構成する第１の巻線１２に３［Ｗ］の電力
を供給した際の推力特性を示し、曲線Ｂは可動子１１を
構成する第１の巻線１２に１２［Ｗ］の電力を供給した
際の推力特性を示し、曲線Ｃは可動子１１を構成する第
１の巻線１２に２８［Ｗ］の電力を供給した際の推力特
性を示す。即ち、曲線Ａは第１の巻線１２にＩ［Ａ］の
電流を流した際の推力特性であり、曲線Ｂは第１の巻線
１２に２×Ｉ［Ａ］の電流を流した際の推力特性であ
り、曲線Ｃは第１の巻線１２に３×Ｉ［Ａ］の電流を流
した際の推力特性である。

【００１２】直線ＡはＦａ［Ｎ］の推力が可動子１１の
位置にかかわらず可動子１１に作用する状態を示し、曲
線Ｂは可動子１１の移動に伴い推力が１．６×Ｆａ
［Ｎ］から１．４×Ｆａ［Ｎ］まで減少する状態を示
し、曲線Ｃは可動子１１の移動に伴い推力が２．４×Ｆ
ａ［Ｎ］から２×Ｆａ［Ｎ］まで減少する状態を示す。

【００１３】一般に、図１および図２に示す従来のボイ
スコイル型リニア直流モータの推力は、第１の巻線１２
に鎖交する第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは空間
２１内の可動子１１が位置する範囲の磁界と、第１の巻
線１２の巻数と、第１の巻線１２に流れる電流とに比例
して増加する。

【００１４】従来のボイスコイル型リニア直流モータの
大推力化は、第１の巻線１２に鎖交する磁束の増加、第
１の巻線１２の巻数の増加あるいは第１の巻線１２に流
れる電流の増加により可能になる。しかし、第１の巻線
１２に鎖交する磁束の増加は、固定子１の大型化、大重
量化および高価格化等の問題点を有し、第１の巻線１２
の巻数の増加は、可動子１１の大型化、大重量化、応答
性の劣化およびストロークの減少等の問題点を有するた
め、第１の巻線１２に流れる電流の増加により対処され
ている。

【００１５】更に、可動子１１を構成する第１の巻線１
２に流れる電流の増加は、第１の巻線１２の周囲に発生
する磁界の傾斜を大きくし、固定子１が空間２１内に形
成する磁界の分布に傾斜を与え、図３に示す推力特性の
曲線Ｂおよび曲線Ｃに示すように、推力が可動子１１の
移動に伴い減少する。即ち、全ストロークに対する推力
変動を大きくするという欠点を有するものである。

【００１６】図１に示す従来のボイスコイル型リニア直
流モータは、全ストロークに対する変動の少ない推力の
発生およびロング・ストローク化を可能とする反面、大
電流化による推力の増加を困難とする問題点を有するも
のであり、図２に示す従来のボイスコイル型リニア直流
モータは、小型化、軽量化および低価格化を可能とする
反面、大電流化による推力の増加およびロング・ストロ
ーク化を困難とする問題点を有するものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来のボイスコイル型リニア直流モータの可動子
１１を構成する第１の巻線１２の大電流化により、大推
力化と全ストロークに対する推力変動の減少とを共に実
現することが困難である点である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】従来のボイスコイル型リ
ニア直流モータの空間２１の中央部から一方の端部まで
の範囲を構成する固定子１の構成部材と、空間２１の中
央部から他方の端部までの範囲を構成する固定子１の構
成部材とに、それぞれ巻線を巻装することを最も主要な
特徴とし、可動子１１を構成する第１の巻線の大電流化
による大推力化および全ストロークに対する推力変動を
減少させるという目的を極めて簡単に実現した。

【００１９】

【実施例】次に、図４ないし図９に示す実施例と、図１
０に示す磁界分布図と、図１１に示す推力特性図とに基
づいて、本発明のボイスコイル型リニア直流モータの構
造および動作を説明する。

【００２０】図４は、本発明の第１の実施例（請求項１
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００２１】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する円板状をな
す第３のヨーク４と、第１のヨーク２の第２のヨーク３
への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される円
筒状をなす永久磁石５と、第２のヨーク３の第１のヨー
ク２への相対面の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範
囲に巻装される円筒状をなす第２の巻線７と、第２のヨ
ーク３の第１のヨーク２への相対面の中央部から矢印Ｂ
方向の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第３の
巻線８とを主に構成される。

【００２２】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第１のヨーク２、第３のヨーク４およ
び第２のヨーク３のそれぞれの内部を通り、第２の巻線
７および第３の巻線８を鎖交し、第１のヨーク２および
永久磁石５と、第２のヨーク３、第２の巻線７および第
３の巻線８との、それぞれの相対面が構成する空間２１
を介して永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に至る
閉磁路３１を形成する。

【００２３】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、永久磁石５の第２のヨーク３へのＳ極
の極性を有する相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装さ
れる円筒状をなす第１の巻線１２を主に構成され、空間
２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得
る構造に配置され、第１の巻線１２に図示の方向に所定
の電流を流すことにより、閉磁路３１を流れる磁束ある
いは空間２１内の第１の巻線１２が位置する範囲の磁界
と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる
電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方
向に移動し、第１の巻線１２に図示と異なる方向に所定
の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向
に移動する。

【００２４】図５は、本発明の第２の実施例（請求項２
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００２５】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する円板状をな
す第３のヨーク４と、第１のヨーク２の第２のヨーク３
への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される円
筒状をなす永久磁石５と、永久磁石５の第２のヨーク３
へのＳ極の極性を有する相対面の中央部から矢印Ａ方向
の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第２の巻線
７と、永久磁石５の第２のヨーク３へのＳ極の極性を有
する相対面の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲に
巻装される円筒状をなす第３の巻線８とを主に構成され
る。

【００２６】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第１のヨーク２、第３のヨーク４およ
び第２のヨーク３のそれぞれの内部を通り、第２のヨー
ク３と、第１のヨーク２、永久磁石５、第２の巻線７お
よび第３の巻線８との、それぞれの相対面が構成する空
間２１を介して第２の巻線７および第３の巻線８を鎖交
し、永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に至る閉磁
路３１を形成する。

【００２７】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、第２の巻線７あるいは第３の巻線８の
第２のヨーク３への相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻
装される円筒状をなす第１の巻線１２を主に構成され、
空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動
し得る構造に配置され、第１の巻線１２に図示の方向に
所定の電流を流すことにより、閉磁路３１を流れる磁束
あるいは空間２１内の第１の巻線１２が位置する範囲の
磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流
れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印
Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２に図示と異なる方向に
所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ
方向に移動する。

【００２８】図６は、本発明の第３の実施例（請求項３
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００２９】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する円板状をな
す第３のヨーク４と、第２のヨーク３の第１のヨーク２
への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される円
筒状をなす永久磁石５と、永久磁石５の第１のヨーク２
へのＳ極の極性を有する相対面の中央部から矢印Ａ方向
の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第２の巻線
７と、永久磁石５の第１のヨーク２へのＳ極の極性を有
する相対面の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲に
巻装される円筒状をなす第３の巻線８とを主に構成され
る。

【００３０】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第２のヨーク３、第３のヨーク４およ
び第１のヨーク２のそれぞれの内部を通り、第１のヨー
ク２と、第２のヨーク３、永久磁石５、第２の巻線７お
よび第３の巻線８との、それぞれの相対面が構成する空
間２１を介して第２の巻線７および第３の巻線８を鎖交
し、永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に至る閉磁
路３１を形成する。

【００３１】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、第１のヨーク２の第２のヨーク３への
相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装される円筒状をな
す第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ
方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に配置さ
れ、第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流すこ
とにより、閉磁路３１を流れる磁束あるいは空間２１内
の第１の巻線１２が位置する範囲の磁界と、第１の巻線
１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例し
て増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第
１の巻線１２に図示と異なる方向に所定の電流を流すこ
とにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。

【００３２】図７は、本発明の第４の実施例（請求項４
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００３３】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する円板状をな
す第３のヨーク４と、第２のヨーク３の第１のヨーク２
への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される円
筒状をなす永久磁石５と、第１のヨーク２の第２のヨー
ク３への相対面の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範
囲に巻装される円筒状をなす第２の巻線７と、第１のヨ
ーク２の第２のヨーク３への相対面の中央部から矢印Ｂ
方向の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第３の
巻線８とを主に構成される。

【００３４】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第２のヨーク３、第３のヨーク４およ
び第１のヨーク２のそれぞれの内部を通り、第２の巻線
７および第３の巻線８を鎖交し、第１のヨーク２、第２
の巻線７および第３の巻線８と、第２のヨーク３および
永久磁石５との、それぞれの相対面が構成する空間２１
を介して永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に至る
閉磁路３１を形成する。

【００３５】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、第２の巻線７あるいは第３の巻線８の
第２のヨーク３への相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻
装される円筒状をなす第１の巻線１２を主に構成され、
空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動
し得る構造に配置され、第１の巻線１２に図示の方向に
所定の電流を流すことにより、閉磁路３１を流れる磁束
あるいは空間２１内の第１の巻線１２が位置する範囲の
磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流
れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印
Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２に図示と異なる方向に
所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ
方向に移動する。

【００３６】図８は、本発明の第５の実施例（請求項５
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００３７】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続し、第１のヨー
ク２の第２のヨーク３への相対面にＮ極の極性を有する
磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２へ
の相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される円筒
状をなす永久磁石５と、第２のヨーク３の第１のヨーク
２への相対面の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲
に巻装される円筒状をなす第２の巻線７と、第２のヨー
ク３の第１のヨーク２への相対面の中央部から矢印Ｂ方
向の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第３の巻
線８とを主に構成される。

【００３８】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第１のヨーク２の内部を通り、第１の
ヨーク２と、第２のヨーク３、第２の巻線７および第３
の巻線８との、それぞれの相対面の構成する空間２１を
介して第２の巻線７および第３の巻線８を鎖交し、第２
のヨーク３の内部を通り永久磁石５のＳ極の極性を有す
る磁極面に至る閉磁路３１を形成する。

【００３９】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、第１のヨーク２の第２のヨーク３への
相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装される円筒状をな
す第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ
方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に配置さ
れ、第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流すこ
とにより、閉磁路３１を流れる磁束あるいは空間２１内
の第１の巻線１２が位置する範囲の磁界と、第１の巻線
１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例し
て増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第
１の巻線１２に図示と異なる方向に所定の電流を流すこ
とにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。

【００４０】図９は、本発明の第６の実施例（請求項６
の実施例）の構造説明を目的とした断面図である。

【００４１】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の固定子１は、円柱状をなす第１のヨーク２と、第１の
ヨーク２の周囲に所定の距離を隔て同軸円筒状に配置さ
れる円筒状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２の
矢印Ａ方向の端部および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の
端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続し、第１のヨー
ク２の第２のヨーク３への相対面にＮ極の極性を有する
磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２へ
の相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される円筒
状をなす永久磁石５と、第１のヨーク２の第２のヨーク
３への相対面の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲
に巻装される円筒状をなす第２の巻線７と、第１のヨー
ク２の第２のヨーク３への相対面の中央部から矢印Ｂ方
向の端部までの範囲に巻装される円筒状をなす第３の巻
線８とを主に構成される。

【００４２】固定子１は、永久磁石５のＮ極の極性を有
する磁極面から、第１のヨーク２の内部を通り、第２の
巻線７および第３の巻線８を鎖交し、第１のヨーク２、
第２の巻線７および第３の巻線８と、第２のヨーク３と
の、それぞれの相対面が構成する空間２１を介して第２
のヨーク３の内部を通り、永久磁石５のＳ極の極性を有
する磁極面に至る閉磁路３１を形成する。

【００４３】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の可動子１１は、第２の巻線７あるいは第３の巻線８の
第２のヨーク３への相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻
装される円筒状をなす第１の巻線１２を主に構成され、
空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動
し得る構造に配置され、第１の巻線１２に図示の方向に
所定の電流を流すことにより、閉磁路３１を流れる磁束
あるいは空間２１内の第１の巻線１２が位置する範囲の
磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流
れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印
Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２に図示と異なる方向に
所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ
方向に移動する。

【００４４】図１０は、図４ないし図９に示す本発明の
ボイスコイル型リニア直流モータの動作原理説明を目的
とした磁界分布図である。

【００４５】直線Ａは、永久磁石５により空間２１の矢
印Ａ方向の端部から空間２１の矢印Ｂ方向の端部までの
範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界が空間２１の
一方の端部から空間２１の他方の端部までの範囲に、Ｈ
ｇ［Ａ／ｍ］にて一様に分布する状態を示す。

【００４６】直線Ｂは、第２の巻線７および第３の巻線
８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流した際、空間
２１の矢印Ａ方向の端部から空間２１の矢印Ｂ方向の端
部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界が−
Ｈｂ［Ａ／ｍ］からＨｃ［Ａ／ｍ］まで所定の傾斜をも
って増加する状態を示す。

【００４７】直線Ｃは、可動子１１が空間２１内の中央
部（ストロークｘｃ［ｍｍ］）に位置し、可動子１１を
構成する第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流
した際、空間２１内に位置する第１の巻線１２の周囲に
形成される磁界の分布を示し、磁界がＨｄ［Ａ／ｍ］か
ら−Ｈａ［Ａ／ｍ］まで所定の傾斜をもって減少する状
態を示す。

【００４８】尚、第１の巻線１２に流す電流は、図１お
よび図２に示す従来のボイスコイル型リニア直流モータ
に図３に示す従来のボイスコイル型リニア直流モータの
推力特性図の曲線Ｂあるいは曲線Ｃで示す推力特性を与
える大きさを有し、空間２１内に位置する第１の巻線１
２の周囲に形成される磁界の分布は、可動子１１の位置
にかかわらず直線Ｃで現される。

【００４９】直線Ｄは、第１の巻線１２に図示の方向に
所定の電流を流し、可動子１１が直線Ａに示す磁界が分
布する空間２１内を、空間２１の矢印Ａ方向の端部から
空間２１の矢印Ｂ方向の端部まで所定の推力で全ストロ
ーク移動した際、空間２１の矢印Ａ方向の端部から空間
２１の矢印Ｂ方向の端部までの範囲に形成される磁界の
分布を示し、磁界がＨｉ［Ａ／ｍ］からＨｅ［Ａ／ｍ］
まで所定の傾斜をもって減少する状態を示す。

【００５０】直線Ｅは、第１の巻線１２、第２の巻線７
および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流
を流し、可動子１１が直線Ａおよび直線Ｂに示す磁界が
分布する空間２１内を、空間２１の矢印Ａ方向の端部か
ら空間２１の矢印Ｂ方向の端部まで全ストローク移動し
た際、空間２１の矢印Ａ方向の端部から空間２１の矢印
Ｂ方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示
し、磁界がＨｈ［Ａ／ｍ］からＨｆ［Ａ／ｍ］まで所定
の傾斜をもって減少する状態を示す。

【００５１】直線Ｄは図１および図２に示す従来のボイ
スコイル型リニア直流モータの空間２１内の推力の発生
に関与する磁界の分布を示すものであり、直線Ｅは図４
ないし図９に示す本発明のボイスコイル型リニア直流モ
ータの空間２１内の推力の発生に関与する磁界の分布を
示すものである。

【００５２】即ち、図４ないし図９に示す本発明のボイ
スコイル型リニア直流モータの空間２１内に形成される
推力の発生に関与する磁界（図１０の直線Ｅ）は、図１
および図２に示す従来のボイスコイル型リニア直流モー
タの空間２１内に形成される推力の発生に関与する磁界
（図１０の直線Ｄ）に対して、全ストロークに対する変
動の割合が大きく減少する。

【００５３】図１０において、直線Ｂの傾斜は第２の巻
線７および第３の巻線８のそれぞれの巻数あるいは電流
に比例して増加し、直線Ｅの傾斜は直線Ｂの傾斜に反比
例して増加する。即ち、第２の巻線７および第３の巻線
８のそれぞれの巻数の増加あるいは電流の増加に伴い直
線Ｅの傾斜は緩やかになる。更に、それぞれの巻数ある
いは電流を増加させると直線Ｅは水平になる。即ち、ボ
イスコイル型リニア直流モータの全ストロークに対する
推力変動を無くすことが可能となる。更に、第２の巻線
７および第３の巻線８のそれぞれの巻数の増加あるいは
電流を増加させると直線Ｅの傾斜方向は逆転する。

【００５４】図１１は、図４ないし図９に示す本発明の
ボイスコイル型リニア直流モータのストロークｘ［ｍ
ｍ］を２０［ｍｍ］に設定し、第１の巻線１２と、第２
の巻線７および第３の巻線８とに図示の方向にそれぞれ
所定の電流を流し、可動子１１が矢印Ａ方向の端部から
矢印Ｂ方向の端部にまで移動する際、あるいは第１の巻
線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異な
る方向にそれぞれ所定の電流を流し、可動子１１が矢印
Ｂ方向の端部から矢印Ａ方向の端部にまで移動する際の
推力特性図である。

【００５５】直線Ａは図４ないし図９に示す本発明のボ
イスコイル型リニア直流モータの推力特性であり、可動
子１１の位置にかかわらずＦａ［Ｎ］の推力が可動子１
１に作用する状態を示す。曲線Ｂは第１の巻線１２のみ
に所定の電流を流した際の推力特性であり、図３に示す
従来のボイスコイル型リニア直流モータの推力特性図の
曲線Ｃに相当し、可動子１１の移動に伴い推力がＦｂ
［Ｎ］からＦｃ［Ｎ］まで減少する状態を示す。

【００５６】通常、可動子１１を構成する第１の巻線１
２と、固定子１を構成構成する第２の巻線７および第３
の巻線８とにそれぞれ所定の電流を流した際の図１１の
直線Ａで示される推力特性は、可動子１１を構成する第
１の巻線１２のみに所定の電流を流した際の曲線Ｂで示
される推力特性のストロークｘ［ｍｍ］の中央部（ｘ＝
１０［ｍｍ］）の推力（Ｆａ［Ｎ］）で現される。

【００５７】一般に、本発明のボイスコイル型リニア直
流モータは、従来のボイスコイル型リニア直流モータの
大推力化および全ストロークに対する推力変動の減少を
共に実現させるために、第２の巻線７の巻数および巻線
抵抗等の巻線仕様と、第３の巻線８の巻数および巻線抵
抗等の巻線仕様とを同一に構成し、並列に接続して運転
される。更に、並列に接続された第２の巻線７および第
３の巻線８と、第１の巻線１２とを直列あるいは並列に
接続し、同一電源より電力を供給することによりサーボ
運転が容易になり、サーボ制御回路の低価格化が可能に
なる。

【００５８】図４ないし図９に示す本発明のボイスコイ
ル型リニア直流モータにおいて、第２の巻線７あるいは
第３の巻線８を複数の巻線により構成し、それぞれを並
列に接続することにより、図１０に示す直線Ｂの直線性
および図１０に示す直線Ｅの直線性が向上する。即ち、
図１１に直線Ａで示される本発明のボイスコイル型リニ
ア直流モータの推力特性の全ストロークに対する推力変
動を大きく減少させることが可能になり、ロング・スト
ローク化をも可能とするものである。

【００５９】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
の目的は、従来のボイスコイル型リニア直流モータの大
推力化および全ストロークに対する推力変動の減少を共
に実現させることであるが、第１の巻線１２の巻線仕様
あるいは流れる電流の大きさと、第２の巻線７の巻線仕
様あるいは流れる電流の大きさと、第３の巻線８の巻線
仕様あるいは流れる電流の大きさとを、それぞれ変化さ
せることにより、その使用目的にあわせた推力特性を容
易に設定することが可能になる。

【００６０】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
において、第２の巻線７および第３の巻線８を直列に接
続した際、あるいは第２の巻線７および第３の巻線８を
一つの巻線で構成した際には、図１０に示す直線Ｂの直
線性が悪くなり、更に、磁界の分布が大きく変動し、全
ストロークに対する推力変動を減少させることが困難に
なる。

【００６１】図４ないし図７に示す本発明のボイスコイ
ル型リニア直流モータの固定子１を構成する円筒状をな
す永久磁石５は、組立、製造および着磁等の理由により
複数の永久磁石片をそれぞれ同一の極性を有する磁極面
が隣接するように、第１のヨーク２の第２のヨーク３へ
の相対面あるいは第２のヨーク３の第１のヨーク２への
相対面に円筒状に固着して構成され、低価格化および組
立の簡略化等を目的とする際には、複数の永久磁石片の
それぞれ同一の極性を有する磁極面を所定の距離を隔
て、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面あるい
は第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に円筒状
に固着して構成される。

【００６２】図８および図９に示す本発明のボイスコイ
ル型リニア直流モータの固定子１を構成する円筒状をな
す永久磁石５は、製造、着磁および価格等の理由により
円板状をなす複数の永久磁石片をそれぞれ異なる極性を
有する磁極面が相対するように積層して構成され、空間
２２の体積、空間２２内に形成される磁界の大きさ、あ
るいは固定子１を構成する各種ヨークの体積等に規制が
ある際には、所定数の円板状をなす永久磁石片と所定数
の円板状をなす磁性体片とを積層して構成される。

【００６３】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
において、第１のヨーク２、第２のヨーク３および第３
のヨーク４は、電磁軟鉄、構造用圧延鋼あるいは炭素鋼
等の優れた磁気特性を有する金属により構成される。第
１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８は、巻
枠に所定の径を有する素線を所定数巻いて構成される
が、小型化および軽量化を図る際には自己融着線により
構成され巻枠が不要となる。

【００６４】本発明のボイスコイル型リニア直流モータ
は、図４ないし図９に示す様に円形状断面を有する構成
部材により円筒状に構成されるが、四角状断面を有する
構成部材により角型筒状に構成され得るものである。

【００６５】一般に、ボイスコイル型リニア直流モータ
は、プロッターのペンの筆圧調整およびインサーキット
・テスターのプローブの接触圧調整等の駆動源として利
用され、ボイスコイル型リニア直流モータを垂直方向に
設置し、可動子１１に接続されたペンあるいはプローブ
等の負荷を垂直方向に移動させる。非通電時に可動子１
１および負荷が自重により下降するのを防止する目的を
もって、可動子１１および負荷はスプリング等の機械的
手段により上昇位置に保持される。即ち、可動子１１の
下降に伴いスプリング等の復帰力が増加し、全ストロー
クに対する推力変動の増加および可動子１１に作用する
推力の減少等の問題点を有するものである。

【００６６】推力変動の増加および推力の減少は、ボイ
スコイル型リニア直流モータを大型化し、ペンの筆圧調
整およびプローブの接触圧調整の制御回路を高価格化す
る。本発明のボイスコイル型リニア直流モータによれ
ば、推力変動の増加を伴わない大電流化による大推力化
が可能となり、全ストロークに対する推力変動の少な
い、大推力、ロング・ストロークおよび小型軽量のボイ
スコイル型リニア直流モータの提供が可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のボイスコイ
ル型リニア直流モータは、従来のボイスコイル型リニア
直流モータの大推力化および全ストロークに対する推力
変動の減少を共に実現することを可能とするものであ
る。大推力化は可動子１１を構成する第１の巻線１２の
大電流化により図られ、大電流化に伴い可動子１１の小
型化および可動子の軽量化が可能となり、可動子１１の
小型化に伴いストロークが増加し、可動子１１の軽量化
に伴い応答性が向上する効果がある。全ストロークに対
する推力変動の減少は、第２の巻線７および第３の巻線
８を固定子１の一部に装着することにより図られ、固定
子１の小型化、軽量化および低価格化が可能となり、推
力変動の減少に伴いロング・ストローク化が可能となる
効果がある。更に、第２の巻線７および第３の巻線８を
それぞれ複数の巻線で構成し、それぞれの巻線を並列に
接続することにより、推力特性の直線性が向上し、ロン
グ・ストロークのボイスコイル型リニア直流モータの大
推力化および推力変動の減少が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のボイスコイル型リニア直流モータの断面
図である。

【図２】従来のボイスコイル型リニア直流モータの断面
図である。

【図３】従来のボイスコイル型リニア直流モータの推力
特性図である。

【図４】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
１の実施例の断面図である。

【図５】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
２の実施例の断面図である。

【図６】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
３の実施例の断面図である。

【図７】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
４の実施例の断面図である。

【図８】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
５の実施例の断面図である。

【図９】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの第
６の実施例の断面図である。

【図１０】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの
磁界分布図である。

【図１１】本発明のボイスコイル型リニア直流モータの
推力特性図である。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ 第１のヨーク ３ 第２のヨーク ４ 第３のヨーク ５ 永久磁石 ７ 第２の巻線 ８ 第３の巻線 １１ 可動子 １２ 第１の巻線 ２１ 空間 ３１ 閉磁路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のヨークと、前記第１のヨークの周
   囲に所定の距離を隔て配置される第２のヨークと、前記
   第１のヨークの一方の端部および前記第２のヨークの一
   方の端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する第３の
   ヨークと、前記第１のヨークの前記第２のヨークへの相
   対面に所定の極性を有する磁極面が固着される永久磁石
   と、前記第２のヨークの前記第１のヨークへの相対面の
   中央部から一方の端部までの範囲に巻装される第２の巻
   線と、前記第２のヨークの前記第１のヨークへの相対面
   の中央部から他方の端部までの範囲に巻装される第３の
   巻線とを備え、前記第１のヨ−クおよび前記永久磁石
   と、前記第２のヨーク、前記第２の巻線および前記第３
   の巻線との、それぞれの相対面が構成する空間を介して
   一つの閉磁路を形成する固定子と、前記永久磁石の前記
   第２のヨークへの相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装
   される第１の巻線を備え、前記空間内を円滑に移動し得
   る構造をなす可動子とにより構成することを特徴とする
   ボイスコイル型リニア直流モータ。
2. 【請求項２】 請求項１の第２の巻線を前記永久磁石の
   前記第２のヨークへの相対面の中央部から一方の端部ま
   での範囲に巻装し、請求項１の第３の巻線を前記永久磁
   石の前記第２のヨークへの相対面の中央部から他方の端
   部までの範囲に巻装し、請求項１の第１の巻線を該第２
   の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周囲あるいは該
   第３の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周囲に所定
   の間隙を隔て巻装することを特徴とするボイスコイル型
   リニア直流モータ。
3. 【請求項３】 第１のヨークと、前記第１のヨークの周
   囲に所定の距離を隔て配置される第２のヨークと、前記
   第１のヨークの一方の端部および前記第２のヨークの一
   方の端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続する第３の
   ヨークと、前記第２のヨークの前記第１のヨークへの相
   対面に所定の極性を有する磁極面が固着される永久磁石
   と、前記永久磁石の前記第１のヨークへの相対面の中央
   部から一方の端部までの範囲に巻装される第２の巻線
   と、前記永久磁石の前記第１のヨークへの相対面の中央
   部から他方の端部までの範囲に巻装される第３の巻線と
   を備え、前記第１のヨ−クと、前記第２のヨーク、前記
   永久磁石、前記第２の巻線および前記第３の巻線との、
   それぞれの相対面が構成する空間を介して一つの閉磁路
   を形成する固定子と、前記第１のヨークの前記第２のヨ
   ークへの相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第
   １の巻線を備え、前記空間内を円滑に移動し得る構造を
   なす可動子とにより構成することを特徴とするボイスコ
   イル型リニア直流モータ。
4. 【請求項４】 請求項３の第２の巻線を前記第１のヨー
   クの前記第２のヨークへの相対面の中央部から一方の端
   部までの範囲に巻装し、請求項３の第３の巻線を前記第
   １のヨークの前記第２のヨークへの相対面の中央部から
   他方の端部までの範囲に巻装し、請求項３の第１の巻線
   を該第２の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周囲あ
   るいは該第３の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周
   囲に所定の間隙を隔て巻装することを特徴とするボイス
   コイル型リニア直流モータ。
5. 【請求項５】 第１のヨークと、前記第１のヨークの周
   囲に所定の距離を隔て配置される第２のヨークと、前記
   第１のヨークの一方の端部および前記第２のヨークの一
   方の端部をそれぞれ機械的かつ磁気的に接続し、前記第
   １のヨークの前記第２のヨークへの相対面に所定の極性
   を有する磁極面が固着され、前記第２のヨークの前記第
   １のヨークへの相対面に他の極性を有する磁極面が固着
   される永久磁石と、前記第２のヨークの前記第１のヨー
   クへの相対面の中央部から一方の端部までの範囲に巻装
   される第２の巻線と、前記第２のヨークの前記第１のヨ
   ークへの相対面の中央部から他方の端部までの範囲に巻
   装される第３の巻線とを備え、前記第１のヨ−クと、前
   記第２のヨーク、前記第２の巻線および前記第３の巻線
   との、それぞれの相対面が構成する空間を介して一つの
   閉磁路を形成する固定子と、前記第１のヨ−クの前記第
   ２のヨークへの相対面の周囲に所定の間隙を隔て巻装さ
   れる第１の巻線を備え、前記空間内を円滑に移動し得る
   構造をなす可動子とにより構成することを特徴とするボ
   イスコイル型リニア直流モータ。
6. 【請求項６】 請求項５の第２の巻線を前記第１のヨー
   クの前記第２のヨークへの相対面の中央部から一方の端
   部までの範囲に巻装し、請求項５の第３の巻線を前記第
   １のヨークの前記第２のヨークへの相対面の中央部から
   他方の端部までの範囲に巻装し、請求項５の第１の巻線
   を該第２の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周囲あ
   るいは該第３の巻線の前記第２のヨークへの相対面の周
   囲に所定の間隙を隔て巻装することを特徴とするボイス
   コイル型リニア直流モータ。
7. 【請求項７】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４、請求項５あるいは請求項６の第２の巻線を複数の巻
   線をそれぞれ並列に接続して構成し、請求項１、請求項
   ２、請求項３、請求項４、請求項５あるいは請求項６の
   第３の巻線を複数の巻線をそれぞれ並列に接続して構成
   することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、
   請求項４、請求項５あるいは請求項６のボイスコイル型
   リニア直流モータ。