JPS58207859A - リニアモ−タのための可動磁石型予備負荷支持構造 - 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】 この発明は電気モータのベアリング構造、特に可動＆久
磁石型ブラシレスリニアモータのためのベアリング構造
に関するものである。

リニア電気モータには、通常そのモータのｒｊＪ動部を
直線移動路に沿って均一な空隙を維持しながら移動させ
るためのキャリッジもしくはスライダを構成するガイド
構造が要求される。空隙においては、その横断方向の位
置を制御する必要があり、さらに平坦な可動部が含まれ
るときにはその回動を阻止しなければならない。従来、
リニアモータの電機子用キャリッジ又はスライダは、平
行ガイドロッド及びリニアベアリングを用いて形成され
てきた。

この発明の一つの目的は、改良された「Ｅ確な位置ぎめ
と、下部系統の摩擦とを提供するＩＪ　ニア電気モータ
のためのベアリング構造を得ることである。

本発明の別の目的は、モータ性能を損うことなくそのモ
ータに固有の磁力を効果的に使用するようにした−に気
モータのためのリニアベアリング構造を提供することで
ある。

この発明によるリニアモータ用ベアリング構造は、−又
は二以ｔの協同リニアベアリングを備えた単一・ガイド
ロッドを含むものである。このように単一ガイドワット
のみを用いること（てより、平行ガイドロッド機構を用
いた場合の整列問題と、横方向のゆがみの問題を排除す
ることができる。すなわち、自由移動ポールベアリング
が第２のガイドロッドに代えて用いられ、キャリッジの
回転を阻止するものである。このボールベアリングはグ
ループと平坦な表面との間に維持される。モータ内の可
動永久磁石は空隙内において偏つ−（配置され、これに
より固有の磁力がベアリングを予備負荷してそのベアリ
ング構造を維持せしめ、かつ比較的一定のベアリング負
荷を維持せしめるものである。

第１〜３図は本発明による予備負荷ベアリング構造を含
むリニアモータの一実施例を示すものである。移動素子
は移動方向を、横断する方向、すなわち第１図に示すよ
うに頂部から底部に向かって磁化された永久磁石（１０
）を有する。このマグネット（１０）のためのキャリッ
ジは、マグネットの一方の側におけるガイドロッド（１
匂と協同リニアベアリング（１４）及び０ＬＪ９びにマ
グネット、従ってモータの他方の側におけるボールベア
リング（１榎により位置ぎめさｎる。

第２及び３図に示したモータのステータ部分は、架橋部
（ハ）により連結された１ド行１ｍ部（〃及びＩ２４１
を有する１）型ファーからなっている。脚部（２４及び
：２４ｊはキャリッジ移動軸に平行して延ひている。コ
アは磁性体材料からなり、要求されろうず電流及び履歴
現象に応じて焼結鉄心又は成層鉄心より形成される。永
久磁石ｆ１０＋の磁束はＮ極面（第２図のマグネットに
おいて頂面）から発赦しで空隙を横切り、次いて脚部固
、架橋部翰、及び脚部１２４１を順次通過して再び空隙
に突入し、マグネットのＳ極面に帰着する。

コアの両脚部はボビン型巻線Ｃ（財）及び汝Ｖζよって
包囲されている。これらの巻線は第３図におい°（−・
力の脚（１５の周りでは時計方向の電流を翫他方の脚部
の周りでは反時計方向の電流を通ずるようｅｃ接続さｈ
ている。このような巻線接続（こまり、両１ｊ、ｌＩ＋
！を流ｎる電流は脚部■及び（２４１間の″、′ト隙内
の部分で同方向となる。第２図から明らかな通り１屯Ｍ
目ま空隙内の部分で図を描いた紙面から出る方向に、従
って第３図においては左から右Ｖζ流ノ″しるものとす
る。第３図に示す通り巻線は比較的ｉｔ坦であってマグ
ネツ）　ｆｌｏｌと脚部（〃及びｌ２Ｉ）との間におけ
る空隙を最小化するようにな−）ている。第３図に示す
全体的構造は比較的ｉ１Ｚ姐な巻線、コア構造及び永久
磁石を含み、低い側断面を有するリニアモータの形成に
寄与するものである。

マグネット駆動力は第２図に両頭矢印で示す長さ方向に
りえられ、こｎはマグネット＋１０１からの磁束と空隙
内の導体に流れる電流との相互作用により生ずる。発生
した力は、永久磁石の磁束密度に、巻線電流の大きさと
空隙内の巻線の実効長さとを掛けた積に比例する。

巻線−及び（３２が付勢されると、それらはコア翰内に
、それ自体は可動部の直線移動に影響を及ぼさない磁束
を発生させる。従って、この磁束の磁路リラクタンスを
大きくするときは、同時に永久磁石からの磁束が通過す
る磁路のリラクタンスをも大きくするという逆効果が生
じないようにすべきである。これは、脚部（２）及び鋼
量のコア構造を一端において磁気的には閉合しないよう
にして達せられる。しかしながら、この縁部の磁界を最
小化するためには、コアの開放端において非磁性スペー
サ（７）により脚部（〃及び（財）の先端から分離され
た薄い磁性体板例が配置される。スペーサ（ト）はルー
プ内においてｌ゛分なリラクタンスを形成し、巻線磁束
の磁気飽和が回避される程度の厚みに選択さｎている。

永久磁石は、モータの巻線を収容するに１分な比較的大
きい空隙において動作する。−６エネルギー型であるの
が望ましい。永久磁石は、なるべくなら所望の磁石型を
形成丁へく焼結さノ’したサマリウムコバルト化合物か
らなっている。この柚のマグネットは大空隙磁気装置と
して理想的な高エネルギー及び大強制力特性をもつもの
として知られている。第１及び３図に示す通り、永久磁
石は磁束の方向が自身の移動方向と直交するような向き
に磁化されている。

キャリッジ圏及び（４１）は、マグネットの突起（川及
び（１乃と係合するスロット全弁して永久磁石の両側に
それぞれ支持される。キャリッジｆ４１１　Ｖｉ一対の
外向に突出したベアリング突起Ｈ及びｔ＜ｉｔ有する。

突起０４１及び（憎の各々は、ガイド四ツド釦）と協同
′ｒるリニアベアリング（１４）及び四をそれそ１１収
容−ｒるよう（・こ設ｄ１さ）した開口全有する。

カイトロッドは、永久磁石とキャリッジ構造ヲ、リニ）
′モータの脚部−及びｌ’２４１　（第２図）間におい
°Ｃ直線的に移動させることができるよう適当にだ持さ
ｈ％か′つ位置ぎめされている。

ガイド１Ｊソドと反対側のマグネット支持機構は、ボー
ルベーノ′リング（１樽により提供される。べγリン、
グ支部板＋４１Ｊ　ｌま、マグネットの一側における突
起（川と協同する係合用スロットによりマダネツ）　（
１０１に支持される。支持板（４［ＩのＦ側面にはＶ型
グループ−が機械加五され、ボールベアリング０樽の受
けみぞとなるように仕上げられている。また固定ベアリ
ング支持体間は、四条ベアリング面−乞提供すべく加工
されている。図示の便宜上、第１図においてグループ−
及び四部−の端部はいずれも開口したものとなっている
が、実際にはグループは凹部の少くとも一方がその両端
において閉じられている。

このベアリング機構によれば、マグネッ）　＋１０１は
マグネットコアの脚部１２４）に近づくよう意図的に中
心位置からずらせて配置されており、これによってマグ
ネットキャリッジには常に脚部ρ４）に向かって下方に
強制する磁気引力が作用する。

この下向カバベアリング板部ヲボールベアリングと接触
させ、従ってポールベアリングが落ドしないようにする
ものである。かくして、モータの固有の磁力がベアリン
グを維持するための　　　゛予備負荷力として用いられ
るわけである。

図から明らかなとおり、ガイドロッド及びリニアベアリ
ングはキャリッジの移動をガイドロッドの軸に平行した
通路に沿ったものに制限し、またポールベアリング及び
一対の協同面はキャリッジがガイドロッドの周りに回転
することを阻止する。

単一のガイドロッド及びポールベアリングの組合せをと
もなうキャリッジ構造は摩擦を軽減すると共に、従来の
モ行ガイドロッド方式においては無視できなかった整列
及びねじれの問題を刊除しつるものである。さらに為モ
ータ自体に固有の磁力を用いて、ベアリングに磁気的な
予備負荷金かけることにより、常套的なポール保持構造
を要することなく効果的なボールベアリング支持を形成
するものである。

マグネットキャリッジは所望のなんらかの目的物を移動
させるべく支持することができる。

第１図の実施例において、キャリッジは可撓性磁気ディ
スクドライブのための読み／書きヘッドｍ　構を支持し
たものとして示されている。ヘッド機構は、たとえば接
着剤により突起０４１及び四ＶＣ支持された支持ブロッ
クＵ３１上に取付けられている。読み／書きヘッドｒＩ
Ｑの下部はＦ部−＼ラド支持体ｆｆＪ内に入るように成
形され為読み／書きヘッドσｅの上部は上部ヘッド支持
体部内に入るように成形されたものである。上部ヘッド
支持体は下部支持体向に関し回動自在に取＋Ｊけられて
いる。読み／書きヘッドはリード線図及び８ｆ介して電
子読み／ｉ！ｆき制御回路に接続さｒＬる。ヘッド上部
及び下部は磁気ディスクのエツジ上を摺動して、そのデ
ィスクのレコーディングトラックエリヤに係合するに十
分な間隔を有する。ＩＪ　ニアモータにおける永久磁石
のＩＵ線移動は、読み／書きヘッドがディスク上のトラ
ックからトラックに移動できるようにヘッド機構を移動
させるものである。

このリニアモータが位置サーボシステムの一部として用
いられる場合、位置トランスデユーサはなるべくならモ
ータ内に組込まれる。第３図−でおいて、位置トランス
デユーサσｑはモータの空隙内に形成され、マグネット
に直接支持された移動素（−１７１１と巻線間の表面に
支持されたステータ素子１１’ｌｌとヲｃＡむものとし
て示されている。

これらのトランスデユーサ素子は、たとえばプリント回
路技術により形成されたような薄基板上の導電パターン
を有する。この導電パターンを有−ｒる基板は、接着剤
等により゛支持される。

ステータ側及び移動側の導電パターンは噛み合い櫛状パ
ターンにより互いに接続された対称型キャパシティー板
を形成している。トランスデユーサ素子間の相対移動は
その容置結合状態を変え、従って相対位置もしくは変位
蓋は素子間に結合されたエネルギー量によって検出され
る。

このような容社結合型位置トランスデユーサは、たとえ
ばアメリカ合用国、ニューヨーク州、パルハラの）γラ
ンドインダストリーズ　インコーホレイテッドより製造
販売されている。実施例のトランスデユーサは電気的に
作動するものであり、モータの磁界によっては実質的な
影響を受けないため、これらをモータの空隙内に配置す
ることができる。

具体的に実施する場合、トランスデユーサ素子はきわめ
て薄いものであり、空隙の傅い部分をよめるのみである
。図示のように永久磁石が１中心位置からず１らせて配
置されたりニアモータ機構の場合、トランスデユーサは
第３図において永久磁石ｆ１０１及び脚部（３）間のギ
ャップとして示す、より大きい方の空隙内に配置される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成されたモータの可動永久磁
石のためのキャリッジをベアリング構造と共に示す斜視
図、第２＠は可動永久磁石゛を組込んだ状態においてリ
ニアモータのステー、り巻線を示す縦断面図、第３図は
第２図の３−３矢視断面図である。 （１０）・・　　　−・・永久磁石 （１乃　　　・・　　、ガイドロッド （１４１、（Ｉφ・　　−・−リニアベアリング（１８
１１１，・　・トボールベアリングー・−・・−・・・
・Ｕ型コア 固、ｃ２４）・・−・・・・・平行脚部−・・・・・、
　・・・架橋部 ぐ助、を疑−・−・・・・・巻線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　電磁ステータ巻線と） 前記ステータ巻線の励磁に従って直線的に移動可能な永
   久磁石と、 前記永久磁石を支持した直線移動キャリッジと１ ｎｉＪ記キャリッジの直線通路に沿った移動を与えるた
   めのが−ｒ６ドロツド及び協同リニアベアリングと、 前記ガイドロッドの周囲において前記キャリッジが回転
   することを阻止するために配置されたボールベアリング
   とを備え、 前記永久磁石は前記キャリッジ全前記ボールベアリング
   Ｖこ向かつて付勢するように配置されていることを特徴
   とするりニアモータ。 ２１　　前記リニアモータがさらにＩＪ型ステータＪγ
   ケ含み、前記永久磁石が前記コアの脚部間を直線的に移
   動できるようになっていると共に、ｌｌ’１記コアの脚
   部の一方に近つけた脱中心位置に配置されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載のモータ。 ３ｊ　　前記リニアモータがさらに前記キャリッジにの
   可動部と、別の固定面と？含み、前記ボールベアリング
   が前記面間で自由に移動できるよう（・でしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１１）項記載のりニアモータ
   。 （４）　　前記表面の一つが長さ方向に延びるグループ
   型であり、前記表面の他方が平坦型であることケ特徴と
   する特許請求の範囲第（３）項記載のりニアモータ。 （６）　　平行した脚部を含む磁気材料からなるＩＪ型
   ステータコアと１ 前記コアの少くとも１１１ａ１部に巻装された巻線と１ 直線移動キャリッジ、及び ｉ＞ＩＩ記フーノ′の１）ｉＪ記脚部と１ドむして移動
   できるようｔこ１）１１記キヤリツジ（こ取りつけられ
   ており、その移動路全横断する一ｈ“向に磁化されたこ
   とにより兄−ｒる磁束が前記巻線を通ずる電流と相互作
   用して前記１卯部占゛１コ行し、た方向の駆動力を受け
   るようにした永久磁石を備えたリニアマ□グネットモー
   タにおいて、 １）１１記ギヤリツジを直線通路に沿って移動させるた
   めのガイドロッド及び協同リニアベアリングと、 前記ギヤリッジが前記ガイドロッドの周りに回転する・
   ことを阻止するように配置されたボールベアリングとを
   設け、 ｎｉｌ記永久磁石をかＳ記コアにおける前記脚部の一方
   に比較的近く配置したことにより前記キャリッジを前記
   ボールベアリングに向かつて付勢するようにしたことを
   、特−とするりニアモータ。 （６）　　前記リニアモータがさらに前記キャリッジ上
   の移動表面と、固定表面とを含み、前記ボールベアリン
   グが前記表面間を自由に移動できるようにしたことを特
   徴とする特許請求の酵）〔囲第＋ｆｉ１項記載のりニア
   モータ。 （７，前記表面の一方が長さ方向に延びるグルー・ゾか
   らなり、他方が平坦面からなることｔ　ｑｒｔ徴とする
   特許請求の範囲第（６）項記載のりニアモータ。 （８）　　直線移動可能なキャリッジと、前記キャリッ
   ジを直線通路に沿って移動させるためのガイドロッド及
   び協同リニアベアリングと、 固定支持面を提供するための手段と、 が１記キヤリツジの一部？なし移動支持面を提供するた
   めの手段、及び 前記二つの支持面間に位置して前記キャリッジが前記ガ
   イトロ、ラドの周りに回転することを阻止しつつ自由に
   移動できるボールベアリングを備えたことを特徴とする
   直線駆動装置のためのべ了りレフ：構造。 （９）　　前記支持面の一つを前記支持面の他方に向か
   つて付勢する手段を備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（８）項記載のベアリング構造〇１１０１　、　
   ＋）ｉＪ　；ｆ！支支持面・）を前記支持面の他方に向
   か、）”Ｃ’　ＩＪ勢−ｆる手段が磁石からなることを
   特徴と一ノーる′４Ｃ１許請求の呪囲第ｆｌ１１項記載
   のベアリング構造。 （１リ　　前記直線駆動装置かりニアモータを含み、前
   記磁（ｉからなる手段がｎＩＪ記リエリニアモータ部金
   なしていることを特徴とする特許請求の範囲第（１０）
   項記載のべγリング構造。