JPH0951693A - 円筒型リニヤ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無音で作動し、駆動力の著しく大きい負荷の
リニヤ駆動装置を得ることが目的である。 【解決手段】 円筒状の軟磁性体の内側に外側が固定さ
れた軟磁性体の円環よりなる複数個の磁極と、隣接する
磁極１組を励磁する励磁コイルと、円柱状の軟磁性体の
両側部に設けた軸受により円筒状軟磁性体の軸線にそっ
て滑動できるように支持された作動子に設けられるとと
もに、外側面が僅かな空隙を介して磁極面と対向する複
数個の軟磁性体円柱と、位置検知素子により、軟磁性体
円柱の位置を検出して得られる出力を介して対応する励
磁コイルの通電を制御して軟磁性体円柱と磁極間の相対
駆動力を発生せしめる通電制御回路とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】機械装置の部材を設定ストロ
ークだけ、通電制御により直線的に駆動させる手段とし
て利用される。

【０００２】

【従来の技術】同じ目的を達する為に電磁プランジヤが
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周知の電磁プランジャ
には次に述べる解決すべき課題となる問題点がある。第
１の課題 作動時に大きい衝激音が発生する。第２の課
題 最も出力の必要とする初期に最も駆動出力が小さ
く、動作の終了点で最も駆動力が大きくなる問題点があ
る。第３の課題 第１の課題を解決した手段もあるが、
駆動ストロークが小さい欠点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】軸方向に左右に移動でき
るように外筐両端部の軸受により支持された作動子と、
外筐内側に固着され、所定の軸間距離で保持された円環
状の軟磁性体で作られた第１，第２の磁極を備えるとと
もに、第１，第２の磁極の外周にそれらの磁路となる軟
磁性体を備えた複数組の磁極よりなる固定子と、前記し
た作動子と同軸で固着されるとともに、第１，第２の磁
極間の距離に対応した巾の複数個の軟磁性体円柱と、第
１，第２の磁極を励磁する励磁コイルと、軟磁性体円柱
の外周と対応する第１，第２の磁極内周とを僅かな空隙
を介して対向して保持する手段と、磁極と軟磁性体円柱
の軸方向の相対位置を検出して得られる位置検知信号若
しくは設定された順序で得られる電気信号により対応す
る励磁コイルを通電することにより軟磁性体円柱と磁極
間に磁気吸引力を発生して１方向に相対的な駆動力を発
生する通電制御回路とにより構成されたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】第１，第２，…の励磁コイルに順
次に通電することにより、対応する第１，第２の磁極を
励磁して作動子の軟磁性体円柱を吸引して、作動子とこ
れに連設した負荷のリニヤ駆動を行なう。このときの駆
動力は従来の手段の５〜６倍となる。励磁コイルの通電
手段によりステッピング動作とリニヤモータの動作を選
択して実施することができる。

【０００６】

【実施例】図１以降について本発明の詳細を説明する。
各図面の同一記号のものは同じ作用をする部材なので、
その重複した説明は省略する。図１は外観を示す図であ
る。円柱状の外筺となる記号２の左右には側板３ａ，３
ｂが固着され、作動子１が左右に駆動され、作動子１の
左端には図示しない負荷が連設されている。図２は図１
の横断面図である。図２において、軟磁性体製の円筒２
は外筺を兼ねた磁路となる。円筒２の内周面には円環状
の磁極４ａ，４ｂが突出して設けられる。磁極４ａ，４
ｂの幅は等しく、それ等の離間距離は設定された幅この
場合には磁極巾とされ、磁極４ａ，４ｂの間には円環状
の励磁コイル５ａが装着される。

【０００７】円筒２の両側には、図示していないが、前
述した側板３ａ，３ｂが締着される。側板３ａ，３ｂの
中央部の空孔は軸受となり、軟磁性体製の作動子となる
円柱１を左右に滑動するように支持している。作動子１
には、径の大きい軟磁性体円柱１ａ，１ｂ，１ｃ，…が
切削加工で作られ、円柱の巾は磁極４ａ，４ｂの外側の
距離と等しくされる。この等しい意味は少なくとも等し
くされることで、多少の長さだけ大きくしても差支えな
い。円柱１ａ，１ｂ，１ｃ，…の外周と、磁極４ａ，４
ｂの内周とは０．１〜０．２ミリメートルの空隙を介し
て対向し、円柱１の右端には負荷５が連設される。

【０００８】磁極４ａ，４ｂと同じ構成の磁極４ｃ，４
ｄ、磁極４ｅ，４ｆ、磁極４ｇ，４ｈ、磁極４ｉ，４ｊ
（この磁極は省略して図示していない。）が外筐２の内
側に図示のように固着されている。各磁極と各円柱との
相対位置は図示のようになっている。各１組磁極の外側
間の距離（例えば矢印ａで示すもの）は磁極巾とされて
いるが、この値の１／２でもよい。円柱１ａは図示のよ
うにそれ等の右端が、磁極４ｂの左端と対向している。
円柱１ａの側面は磁極４ｂと空隙を介して対向する。上
述した構成とする為の手段を次に説明する。軟化磁性体
円環４ａを作り、これを外筐２の内側に挿入固定する。
次に円環状に捲回してプラスチックで固化された励磁コ
イル５ａ外筐２の内側に挿入し、次に軟磁性体円環４ｂ
を作り、これを外筐２の内側に挿入固定する。他の磁極
４ｃ，４ｄとその励磁コイル５ｂ等についても上述した
手段により図示のように構成することができる。

【０００９】励磁コイル５ａ，５ｂ，…の端子は外筐２
に設けた細孔より外部に導出される。励磁コイル５に通
電すると、磁束は磁極４ａ→円柱１ａ→磁極４ｂ→外筺
２→を通って閉回路となるので磁束量が大きく、従って
矢印ｂ方向の作動子となる円柱１の駆動力は大きくな
り、負荷５を同方向に駆動する。通電を停止するとスプ
リングバックして、図示の状態に復帰する手段とするこ
ともできる。上述した動作において、円柱１ａと磁極４
ｂ間では矢印ｂ方向の吸引力はないが、空隙部の対向面
積が大きいので磁気抵抗が著しく小さく磁力線の量が大
きくなる。この磁力線は円柱１ａと磁極４ａの端部の対
向部の洩れ磁束となり矢印ｂ方向の駆動力に大きく寄与
する。従って従来のこの種のリニヤ駆動装置の６倍位の
駆動力を得ることができる特徴がある。

【００１０】図４のグラフは、負荷駆動力のグラフでよ
こ軸は作動子１の移動距離、たて軸は吸引力である。周
知の電磁プランジヤでは、曲線７で示すように初期の吸
引力が小さく、終了時の吸引力が最大となる。本発明装
置では、曲線８で示すように初期の吸引力が大きく、次
に漸減する。従って大きい負荷の駆動を行なうことがで
きる特徴がある。上述した作用を図５について説明す
る。図５において、磁極４ａ，円柱１ａは断面を示し、
端部の対向部には矢印の磁力線９ａ，９ｂ，９ｃが発生
する。このとき磁極４ａはＮ極に励磁され、円柱１ａは
磁気誘導によりＳ極に励磁される。対向部の磁力線９ａ
は矢印ｂ方向の吸引力に余り影響がないが、矢印９ｂ，
９ｃの磁力線により矢印ｂ方向の吸引力が得られる。矢
印９ａの磁力線による吸引力は励磁コイルの電流の２乗
に比例し、矢印９ｂ，９ｃの磁力線による吸引力は電流
の１乗に比例する。又空隙長が０．１ミリメートル以下
となると、矢印９ａの磁力線は対向面に垂直となり吸引
力が消失するので、図４のグラフの曲線８に示すように
初期の吸引力が大きく平坦な吸引力となる特徴がある。
以上の説明より理解されるように、通電の制御により、
負荷の直線的な駆動を無音で、初期の駆動力の大きいモ
ードで行うことができる特徴がある。

【００１１】図２において、励磁コイル５ａに通電する
と、作動子１は矢印ｂ方向に磁極巾だけ駆動され、次に
励磁コイル５ｂに通電すると、更に磁極巾だけ駆動され
る。上述したように、励磁コイルを記号５ａ→５ｂ→５
ｃ→…と順次に通電することにより、作動子１は矢印ｂ
方向に磁極巾だけ駆動される。従って周知のステッピン
グ電動機の通電をする電気回路を利用することによりリ
ニヤステッピングモータを構成することができる。この
場合の通電の順序は前述した通りであるが、逆の順序で
通電すると逆方向に駆動される。作動子１を本体に固定
し、外筐２を左右に駆動することもできる。この場合に
は負荷は外筐２に装着される。

【００１２】励磁コイルを記号５ａ→５ｂ→５ｃ→と通
電すると作動子１は矢印ｂ方向のステップ駆動となる
が、励磁コイル５ｅの通電により、作動子１と磁極は図
２の相対位置に復帰する。従って励磁コイルを更に記号
５ａ→５ｂ→５ｃ→と通電することにより連続してステ
ップ動作を行なうことができる。作動子１の往復動もで
きるが、スプリングを作動子１に設けてスプリングバッ
クすることもできる。

【００１３】図３に示したものは、ステップのストロー
クを磁極巾の１／２としたものである。点線Ｃ以降は点
線Ｄの左方に示される。図３と図２の装置の差は次に説
明する点である。図３はステップストロークが１／２即
ち磁極巾の１／２のステップストロークとなる。励磁コ
イルの通電の順序は、記号５ｉ→５ａ→５ｂ→５ｃ→…
となる。点線Ｅ，Ｆは、図２の下側の磁極を省略して示
したものである。図２，図３の装置は、位置検知装置を
付設することによりリニヤ電動機を構成することができ
る。次にその詳細を説明する。

【００１４】図２において、記号２は軟磁性体の外筐と
なる円筒の断面を示している。軟磁性体の円環４ａ，４
ｂ，４ｃ，…は、その巾だけ離間して外周が円筒２の内
側に固着される。記号５ａ，５ｂ，５ｃ，…は円環状に
捲回してプラスチックで固化された励磁コイルである。
各励磁コイルが通電されると、その両側の磁極はＮ，Ｓ
極に励磁される。軟磁性体の作動子１にはこれより径の
大きい円柱１ａ，１ｂ，…，１ｄが同軸で固定され、作
動子１は円筒２の左右に装着した軸受（図示せず）によ
り左右に滑動するように支持される。

【００１５】円柱１ａ，１ｂ，…の巾はＮ，Ｓ磁極の外
側の巾と等しく、それ等の離間距離は円柱巾の２／３と
なっている。周知のパルス発振器により、励磁コイル５
ａ，５ｂ，…に順次に出力パルスを増巾して通電する場
合の動作を次に説明する。第１のパルスにより、励磁コ
イル５ａが通電されると、このときの矢印ｂ方向の駆動
力は前述したように著しく大きくなる作用効果がある。
作動子１が磁極巾だけ移動すると連設した負荷５も同じ
距離だけ駆動される。次に入力される第２，第３，第４
の入力パルスにより励磁コイル５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ
が通電されると、円柱１ｂは円柱１ａの位置まで移動し
て１サイクルの通電が終了する。

【００１６】以上の説明より理解されるように、入力パ
ルス５個を入力し、次の５個の入力パルスにより各励磁
コイル５個を繰返して通電することにより所要の負荷５
の駆動を行なうことができる。入力パルスによる励磁コ
イルの順序を逆転して、励磁コイル５ｄ→５ｃ→５ｂ→
５ａ→５ｅと通電することにより作動子１は左方に駆動
される。作動子１にスプリングを設け作動子１を駆動の
終了後に励磁コイルの通電を断つことにより原位置にス
プリングバックすることもできる。

【００１７】上述した動作は作動子１を本体に固定し、
円筒２を左右に可動できるように支持し、円筒２に負荷
を装着しても実施できる。次に図２の装置をリニヤ電動
機として動作せしめる場合について説明する。外筐とな
る円筒２には円形の細孔が設けられ、内側端部延長線上
にコイル（１０〜２０ターン位）１０ａ，１０ｂ，…，
１０ｅが磁極巾のピッチで配設される。円柱１ａの外側
がコイル１０ａ，１０ｂ，…に僅かな空隙を介して対向
する。各コイルには１〜５メガサイクル位の高周波の通
電が行なわれ、コイル面が円柱１ａ外側に対向すると銅
損が増大してインピーダンスが変化する。この変化によ
り円柱１ａ即ち作動子１の位置検出信号を得ることがで
きる。

【００１８】次に図６につきその説明をする。図６にお
いて、記号１０は１メガサイクルの発振回路で、その出
力はコイル１０ａ、抵抗１５ａ，１５ｂ，１５ｃよりな
るブリッジ回路に印加され、ダイオード１１ａ，１１
ｂ、コンデンサ１２ａ，１２ｂを介するオペアンプ１３
の入力は等しく、その出力はローレベルに保持されてい
る。記号１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄで示すブロッ
ク回路は上述したコイル１０ａを含む回路と全く同じ構
成のもので、コイル１０ａがそれぞれコイル１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄ，１０ｅとなっている。図２のコイル１０
ａが、円柱１ａが右方に移動することにより円柱面端部
に対向すると、円柱面の渦流損によりインピーダンスが
低下して通電電流が増大する。従って図６のオペアンプ
１３の＋端子の入力が増大してその出力がハイレベルに
転化するので、フリップフロップ回路（以降はＦ回路と
略称する）１６の出力端子１８ａもハイレベルに転化す
る。

【００１９】図２の円柱１ａが更に磁極巾だけ移動する
と、その外側面がコイル１０ｂに対向するので、Ｆ回路
１６ａの下側の入力がハイレベルとなる。図示していな
いがＦ回路１６ａ，１６ｂ，…の入力は、周知の手段に
よりみじかいパルス入力に転化されているので、ブロッ
ク回路１４ａの出力により、端子１８ａの出力は消滅
し、端子１８ｂの出力に転化する。同じ理由により、コ
イル１０ｃ，１０ｄ，１０ｅによるブロック回路１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄの出力により、端子１８ｃ，１８
ｄ，１８ｅの出力が順次に得られる。端子１８ａ，１８
ｂ，…，１８ｅの出力により図２の励磁コイル５ａ，５
ｂ，…，５ｅの通電をすることにより円柱１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄは、矢印ｂ方向に磁極により吸引駆動されて
リニヤ電動機を構成することができる。駆動力は図５に
つき前述したように著しく大きくなる作用効果がある。

【００２０】ステッピング電動機の場合と同様に、励磁
コイルの通電の順序を逆転することにより作動子１を左
方に駆動することができる。図３において、図２の場合
と同様な手段で位置検知用のコイル１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，…８個を磁極巾の１／２のピッチで配設し、これ
より得られる位置検知信号により、励磁コイル５ａ，５
ｂ，…，５ｉの通電制御をすることによりリニヤ電動機
を構成することができる。

【００２１】

【発明の効果】無音で負荷を往動の駆動を直線的に行な
い、円筒形のステッピング電動機若しくはリニヤ電動機
を構成することができる。初期の駆動力が大きくその後
の駆動力の低下の少ない負荷のリニヤ駆動装置が得られ
る。駆動力は従来の手段の６倍位となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の外観図

【図２】本発明装置の断面図

【図３】本発明装置の他の実施例の断面図

【図４】作動子の移動距離と駆動力のグラフ

【図５】磁極により発生する磁束の説明図

【図６】励磁コイルの通電制御回路図

【符号の説明】

１ 円柱状の作動子 １ａ，１ｂ 軟磁性体円柱 ２ 軟磁性体円筒外筐 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，… 磁極 ３ａ，３ｂ 側板 ５ 負荷 ５ａ，５ｂ，５ｃ，… 励磁コイル ７，８ 吸引力の曲線 ９ａ，９ｂ，９ｃ 磁気吸引力の曲線 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ，… 位置検知コイル １０ 発振器 １３ オペアンプ １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，… フリップフロップ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に左右に移動できるように外筐両端
   部の軸受により支持された作動子と、外筐内側に固着さ
   れ、所定の軸間距離で保持された円環状の軟磁性体で作
   られた第１，第２の磁極を備えるとともに、第１，第２
   の磁極の外周にそれらの磁路となる軟磁性体を備えた複
   数組の磁極よりなる固定子と、前記した作動子と同軸で
   固着されるとともに、第１，第２の磁極間の距離に対応
   した巾の複数個の軟磁性体円柱と、第１，第２の磁極を
   励磁する励磁コイルと、軟磁性体円柱の外周と対応する
   第１，第２の磁極内周とを僅かな空隙を介して対向して
   保持する手段と、磁極と軟磁性体円柱の軸方向の相対位
   置を検出して得られる位置検知信号若しくは設定された
   順序で得られる電気信号により対応する励磁コイルを通
   電することにより軟磁性体円柱と磁極間に磁気吸引力を
   発生して１方向に相対的な駆動力を発生する通電制御回
   路とにより構成されたことを特徴とする円筒型リニヤ駆
   動装置。