JPS60156256A - 磁気エンコ−ダを有するボイスコイル型リニアモ−タ - 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】 （技術分野） 本発明は、簡単な構成で安価に量産できるようにした磁
気エンコーダを有するボイスコイル型リニアモータに関
する。

（技術背景） 最今においては、多くの分野における装置ｋにおいて、
物を直線駆動さ丈る装置を必須とするものも多い、この
物を直線駆動させる装置としては。

回転モータを用いたものや、ソレノイドを用いたものが
一般的であるか、前行は装置を複雑且つ大型にするとい
う欠点を何し、後者は大きな衝撃音を発するという欠点
及び移動ストロークの制御が困難という欠点をＨする。

そのため、物を直線運動させるには、リニア七−夕を用
いる方が理想的である。特に従来、ネックとなっていた
部分について、その技術的課題が解消されてきたことか
ら。

現在、及び今後においても、リニアｅ−夕はａ望価にす
ませるために回転モータを用いることが多いが１回転モ
ータを用いる場合において、（１）従来。

回転七−夕の回転速度制御をなすためには１回転モータ
の外部にエンコーダやタコジェネレータを付ける必要が
ある。力）力）る回転速度検出手段を用いると、非常に
、大型のものとなってしまい、小型装置直に適用するに
はスペース面から色々と制約を受ける等不都合が多い、
（２）そこで、最近では。

回転そ一夕内に回転速度検出機構を内蔵したものが、従
来から多数出願されており、その任用価値が認められて
いる。刀）カシる回転速度検出機構は。

その方式によって一長一短があるもので、特にロータが
一定速度で回転する音響用のブラシレス〔−夕において
は、安価に形成できるＦＧパターンとｔＱ波数検出用磁
磁極で形成される周波数発電機を用いたものが多く採用
されている。この周波数゛　発＆ｔｌのための同波数検
出用磁極は１円環状の。

例えばフェライトマグネットに、駆動用磁極を形成した
後、別の着磁ヨークを用いて、上記駆動用磁極内に二重
着磁によって周波数検出用１偽を形成するものである〕 特別に大きくする要素がない等の理由で、ａ用価値が見
い出されカセットテープ、ｌロッピーディ。

スク、ビデオディスク等のも一夕に多く使用されている
。１記ＦＧパターンはプリント基板に多数鴎（例えば１
２０（覗）着磁した上記周波数検出用１也のＩａ偽と等
しいピッチの発゛屯導体要素をａするくし歯状の導電体
を形成している。この導電体からなるＦＧパターンの端
ｆカ）ら発７誌信号が得られることで、これを利用して
回転セータの回転速度制御がなし得るものである。

しかしながら、このＦＧパターンをａするブリ・１・基
板は、二重着１手役によ・て周波数検出用　ｌ１ｌａ極
を形成したマグネットロータの駆動用磁極内と対向する
ステータ電機ｆ面に配＋ｄして上記マグネットロータの
駆動用磁極と対向さピなければならない。

従って、ＦＧパターンを汀するプリント基板の厚み分だ
け、マグネットロータの駆動用磁極面と、これに対向す
るステータ電機子のステータヨーク間のエアーギャップ
が増え、その分だけ強い磁束密度が得られず、その比率
で大きな回転トルりが得られず、結果としてその分、効
率良好なブラシレスセータが得られない欠弘がある。

この欠り、ｌ工を解決するためには　ｆ？　ＧｔＲター
ンをａするプリント基枳を省く必要があるが、これでは
、１−記灯用な周波数発電し、は得られなくなる。

（３）またＬ記の囚波数発１ｄ桟は、当該回転セータが
定速回転の場合には行用であるが、当該回転セータの可
変速制御やパルス（間欠）制御及び所定位置停止制御に
は、出さない。これは、位置制御ができないことによる
。従って、位１δ制御を可能とするためには、更に１例
えば、光学的エンコーダ等の手段を設けねばならないっ
これでは、を記（１）と同じように大型のものとなるほ
か、非常に高価なものになる。しかし、ロボット産業を
始めとする多くの分野においては、当該回転を−タに回
転速度制御手段のほかに位置制御手段を設ける要求性が
多い。

（４）回転速度制御のために回転速度検出手段を設けた
ブラシレス回転も−タは１周波数発電機を形成している
ものの、ロータの一方す軸検出しかできないため、ｆ：
一夕の正逆回転を必要とするロボット等のためのブラシ
レスモータとしては不適当である。すなわち、上記周波
数発’４Ｌ６を汀する回転七−夕では、その正逆回転が
できるものの、設定された位置から回転モータを逆転さ
せる信号が得られないことから、設定（指定信号が得ら
れた場合を含む）位置で当該回転モータを逆転させるこ
とができないため、ロボット等精密機械では通さないも
のとなっている。従って、Ａ相、Ｂ相の２相の信号を発
生させることのできる光学的エンコーダ等を用いなけれ
ばなりなかったが、上記したと同じ欠点を汀するもので
あった。

（５）　ブラシレス回転モータは、ブラシがないため。

ブラシが整流子と接触することにより発生する火花によ
る事故、ブラシと整流子とが接触することによる寿命低
下等多くの欠点を持たないため、ロボット等長寿命の期
待できる装置に用いるのに最適である。

そのために、ブラシレスそ一夕は、整流子とブラシをな
りシ、ホール素子、ホールＩＣなどの磁気感知素子等の
位置検知素子によってマグネットロータの駆動用磁極の
Ｎ又はＳ極の磁極を検知することで、電機子コイルに所
定の時間間隔をもって半専体整流装置を駆動し、所定方
向にマグネットロータを回転させるための所定方向の電
流を通電するようにしていることは周知である。しかる
ニ従来のブラシレスモータは電機子コイル１個につき１
個あるいは２個の電機子コイルにつき１個あたりといワ
た具合に位置検知素子を用いる必要がある。電機子コイ
ルの数が多くなればなるほど多くの高価な位置倹知索Ｐ
を必要とするので、結果として非常に高価なブラシレス
モータになって゛　しまう。また位置検知素子は正しく
配設しないと正しく通゛屯できないが、この位置検知素
子の数が多くなるとその配設がやっかいで量産に適さな
いものとなる欠点がある。

さて、かかる問題点を汀する回転モータの技術をそのま
まりニアモータに適用しても、上記同様の欠点を有する
ものである〇 特にリニアモータの性質玉、上記（１）においては。

回転を−タの回転速度検出手段をそのまま用いることは
、構造土工適当な場合があり、リニアモーのように、リ
ニアモータにＦＧパターンと周波数検出用！１他とで形
成される周波数発′ｔ＃ｉ、機を用いた場合には、リニ
アモータの性質１．長手方向に上記ＦＧパターンを形成
することはやりかいで、また単に長くしたとしても十分
な信号が得られない欠点がある。

、オＢＢＡＯ）＠ゎ、　１ 本発明は上記事情に基いてなされたもので（１１Ａ相、
Ｂ相の信号のとれる磁気エンコーダを界磁マ蔵して小型
で安価に形成できるボイスコイル型リニアモータを得る
こと、＋２）Ｌ、かもその磁気エンコーダを安価に形成
すること、（３）当該磁気エンコーダを利用して適した
位置での正逆転走行制御、可変速制御、パルス制御及び
所定位置停止制御の行なえるようにすること、及び（４
）上記磁気エンコーダを用いることで１位置検知素子を
不要にし、組立てが容易で安価に量産できる効率良好な
１ａ気エンコーダをＨする位置検知が不要な正逆転走行
可能なボイスコイル型すニア石−夕を提供することを目
的になされたものである。本発明のその他の目的は、以
下の説明で明らかになるだろう。

（本発明の目的達成手段） かかる本発明の目的は、主に、界磁マグネットに対向し
て駆動コイルが可動するボイスコイル型リニアモータに
おいて、細かなピッチでＮ４Ｍ、　Ｓ極を交互着磁形成
した磁気エンコーダ用磁極都を上記界磁マグネットに形
成し、２個の磁気センサー又は該２個の磁気センサーと
同機能を汀する１個の磁気センサーを上記磁気エンコー
ダ用１ａ極都に対向させ、上記２個の磁気センサー若し
くは同機能を汀する１個の磁気センサー内の２個の磁気
センサー又は上記磁気エンコーダ用ｄＪ、４に部のいず
れか一方を移動方向に適宜間隔位相をずらせて配設し、
上記原点信号着磁部検出用磁気センサーを上記原弘信号
着１ａＪと対向する位置に設けたことを特徴とする磁気
エンコーダをＨするボイスコイル型リニアモータを提供
することによって達成される。

その他の目的のための達成手段は、いかの説明で明らか
となるであろう。

（本発明の第一実施例） 第１図乃至第２図を参照して１本発明の第一実施例につ
いて説明するっ 本発明の一実施例として示す可動コイル型のボイスコイ
ル型リニアモータ１は、鉄板等で形成された断面コ字状
のヨーク２の両端を矩形板状の磁柱体６で磁路を閉じて
いる。ヨーク２０両辺２−１．２−２の内の面には、互
いにＮの＠極面を向けた長板状の界磁マグネッ）４−１
．４−２を貼着等にて固設することで、この界磁マグネ
ット４−１．４−２を固定子としている。駆動コイル５
は、矩形枠状のフッ素系樹脂（例えば、四フフ化エチレ
ン）（尚、商品名としてはテフロンがある）によって形
成された矩形枠状のボビン６に巻装されている。駆動コ
イル５を上記ボビン６の外周に巻装するに当って、導線
を何ターン巻線するかは、どの程度の特性のボイスコイ
ル型リニアモータ１を得るかによって異なるもので、適
宜設計仕様に基いて決定される。ボビン６に巻線された
駆動コイル５を樹脂（プラスチック）によってプラスチ
ックモールドし、上記界磁マグホット４−１．４−２の
上端面と対向する折曲片７ａ及び７ｂを形成している。

尚、駆動コイル５を樹脂７によってモールドするかわり
に、Ｌ記フッ素系樹脂によってモールドすることで、ボ
ビン６及び折曲片７ａ。

″　７ｂを形成しても良い。あるいは、フッ素系以外の
樹脂７を用いて駆動コイル５をモールドすることで、該
樹脂７によりて、折曲片７ａ、７ｂ及びボビン６を一体
形成しても良い。駆動コイル５を巻装したボビン６は、
上記界磁マグホット４−１゜４−２間に介設されたＬ記
ヨーク２の両端面に設けられた磁性体６に両瑞が固設さ
れたがイドレール用ステータヨーク８に装入されて当該
ステータヨーク８にガイｆ１ドされて該ステータヨーク
８の長手方向に沿つて往復移動されるようになっている
。

協動コイル５をステータヨーク８に沿って移動するよう
にするために（ま、一般には、ベアリングやローラを用
い、更にガイドレールを用いるのが通常である。しかし
、このようにすると組立作業がやっかいとなり、又、部
品点数が多くなり、小さなボイスコイル型リニアモータ
１を得るに当っては、上記のようにするのが、安価に形
成できて望ましい。尚、上記電機子コイル５のためのフ
ッ素系樹脂として、商品名：テフロンを用いた場合には
、このテフロン（商品名）は、Ｊａ擦低抵抗非常に少な
いので、移動子となる駆動コイル５が滑らかに界磁マグ
ネット４と対向してスムーズに直線移動することができ
るものとなる。尚、テフロン（商品名）で駆動コイル５
をモールドせず、駆動コイル５の表面部をテフロン（商
品名）処理、即ち、コーティングしてやっても良い。ま
た、駆動コイル５をテフロン（商品名）でモールドする
際に、駆動コイル５の表面にテフロンでモールドして界
磁マグネット４−１．４−２と接触する面に突起を形成
し、界磁マグネッ）４−１．４−２と当該突起とを点接
触させるようにしても良い。また、このように点接触さ
せた方が更に都合が良い場合も多い。しかし、この実施
例では、駆動コイル５の内周部にテフロンによって形成
したボビン６を用いて、高価となるベアリング、ガイド
ローラ及びガイドレールを設けなくて良いようにして。

装置を安価に形成するようにしている。上記折曲片７ａ
と対向する界磁マグネット４−１の上端面には、細かな
ピッチで、２重着磁手段等によってＮ、Ｓの１ａ４（ｘ
を交互に着磁形成した磁気センサー゛　ダ用ｆｆ１ｔ１
５９を形成しているつまた上記折曲片７ｂと対向する界
磁マグネット４−２の上端面の両端部には原点信号着磁
部を形成した原点信号着磁端面面部１１が設けられてい
る。上記折曲片７ａには１図示しない透孔が設けられ、
該透孔には。

磁気センサー１２−１．１２−２が収納配設されて上記
磁気エンコーダ用磁極都９と対向している。

上記磁気センサー１２−１．１２−２は、１個のパッケ
ージに収納されているような、上記した２個の磁気セン
サーと同機能を有するような１個の磁気センサーにて形
成されているものを用いても良いことは言うまでもない
。上記２個の磁気センサー１２−１と１２−２は、磁気
エンコーダ用磁極部と対向する折曲部７ａの位置に上記
磁気エンコーダ用磁極都９のＮ又はＳの一磁極幅だけ周
方向に位相をずらせて、Ａ相、Ｂ相の２相の位置信号が
とれるように配設している。磁気センサー１３は原点信
号着磁部１０を検出することができる折曲部７ｂの位置
に半田＋ｊけにより接続されている。上記原点信号着Ｉ
１１１ｇｉｏは、Ｎ極又はＳ極に着磁しても良く、この
場合、他の部分をＳ極若しくはＮｔＭ又は無着磁部に形
成しても良いことは言うまでもない。尚、原点信号着磁
端面都１０は、上記折曲部７ｂと対向する界磁マグネッ
ト４−２の上端の原点信号着磁端面１４の両端部に形ｍ
ｌされている。上記磁気エンコーダ用１ａ極部９及び原
点信号着磁端面１４は、それぞれ界磁マグネット４−’
１．４−２と一体形成しているが１分離して形成しても
良い。上記のように磁気エンコーダ用磁極部９及び原点
信号着磁端面１４を界磁マグネッ）４−１．４−２と分
離して形成する場合、上記磁極部９及び端面１４は、シ
ート状のプラスチックマグネットやゴムマグ本ットによ
って形成すると安価に形成できて便利である。また、磁
気エンコーダ用ｆａ極部９及び原点信号着磁端面１４の
原点信号着１都１０が、界磁マグネッ）４−１．４−２
の強い磁束の影響を受けて、十分なＩｌａ極ｇ！９及び
着磁都１０からの信号がとれないときには。

上記磁極部９と界磁マグネット４−１間、Ｊ：、記端面
１４と界磁マグネット４−２間に鉄板等の磁性゛　体を
介在させておくと都合が良いものとなる。

本発明の第一実施例は上記構成力）らなる。従うて・磁
気１ンコーダを形成する磁気センサ１２−１と１２−２
とにより、！１気エンコーダ用磁極部９を検出すること
で、Ａ相、Ｂ相の所謂２相の信号が得られるので、駆動
コイル５の走行量、走行速度が判明でき、また正逆転走
行ができるものとなる口また従来のように駆動コイル５
への通亀用のためのホール素Ｐ、ホールＩＣ等の位置倹
知索Ｆがなくても、磁気センサ１６及び原点信号着磁部
１０があるので、磁気センサ１３が原点信号着磁部１０
を検出した時点を基準点にし、磁気センサ１２−１．’
１２−２か磁気エンコーダ用磁極部９を検出することで
得られる検出パルスをカウンターによって検出し１例え
ばパルス分配器を用いて所定のパルスごとに適宜位置の
駆動コイル５に（ｉ性変換回路を介して適宜方向の７４
Ｌ流を流しでやることで、駆動コイル５と界磁マグネッ
ト４−１゜４−２とにより、所定方向の駆動トルクを得
るの　［で、駆動コイル５は所定方向に走行する。尚、
ｌ１１１気センサ１５ｆ〆が原点信号着１ａ都１０を検
出していないときには、例えば、駆動コイル５に所定点
信号着磁部１０を検出させる。磁気センサ１６が原点信
号着１部１０を検出すると、上記したようにカウンター
を含むデジタル回路を動作させてやることで、位置検知
素子が不要であっても、当該デジタル回路によって駆動
コイル５に所定方向の電流を通屯できるので、駆動コイ
ル５を所定方向に走行させることができる。駆動コイル
５を逆転走行さするには、色性変換回路の極性を変換し
てやれば良い。尚、メｅ　ＩＪ　−ａ能回路を具備させ
た場合には、一度原点（信号着磁部」０）を記憶したら
、次回からは原点信号着磁部１０をさがす必要はなく、
常に原点信号位置を基準にしてカウンターが動作するの
で、駆動回路に電源を投入すると同時に、原慨サーチを
することなく、制御された所定の方向へ所定の走行速度
をもって駆動コイル５を走行させることができる。

（第２実施例） 第３図は本発明の第２実施例を示すボイスコイル型リニ
アモータ１′の斜視図を示すものである〇このリニア【
−夕１′では、Ｊ：、記２個の磁気センサ１２−１と１
２−２とは、長手方向に位相をずらすようなことはせず
、同一位相位置の折曲部７ａに配置して、エンコーダ用
１１６部９に対向させている・エンコーダ用磁極部９は
、並列な２つのエンコーダ用ｆａ他部９ａと９ｂからな
る◎エンコーダ用１ａ＆都９ａと９ｂは長手方向に互い
に２分の１１ａ極幅だけ位相をずらせて形成している。

界磁マグネット４−１とエンコーダ用龜極部９間、界て
いる。

このように形成しても、第１実施例と同様の作用をなす
。

（第３実施例） この第３実施例のボイスコイル型リニアモータ１″は、
１個の界磁４グネット４−１のみを用い。

界磁マグネット４−１の上端面に、エンコーダ用磁極部
９を形成し、界磁マグネット４−２の下端面に原点信号
管ｆｆ１Ｑ面１１を形成し、駆動コイル５を樹脂７によ
ってプラスチックモ゛−ルドして上記エンコーダ用磁極
部９と対向する折曲部７ａを形成すると共に上記原点信
号着磁部端面１１と対向する折曲部７ｂを形成している
。折曲部７ａに磁気センサ１２−１．１２−２を設けて
エンコーダ用磁化部９を検出するようにし、折曲部７ｂ
に磁気センサ１６を設けて原点信号着ｍ５ｉｏを検出す
るようにしている。界磁マグネット４−１とエンコーダ
用磁也都９間、界磁マグ参ット４−１と原点信号着磁端
面１１間に、それぞれ磁性体１５゜１５′を介説してい
る。

（第４実施例） この第４実施例のメイスコイル型リニアモータ１″は、
Ｗｌ動コイル５と対向する界磁マグ本ット４−１面にエ
ンコーダ用１ａｋ部９及び原点信号着磁部１０を形成し
ている。駆動コイル５と対向する界磁マグネット４−１
面は、Ｎｎｉ＆（又はＳ極）に″　着磁されており、そ
の上端部には、二重着磁手段によって磁気エンコーダ用
磁極部９が形成されている。磁気エンコーダ用磁極部９
は、Ｎ極（又は８４１ｎ）の強いＮ極（又はＳ極）着磁
部と弱いＮ′極（又はＮ′極）着磁部とを細かなピッチ
で交互に着磁形成してなる。ここで強いＮ極（又はＳ極
）着磁部は当然のことなからＮ極（Ｓ極）作用をなすも
ので、Ｎ′（又はＳり偽は弱いＮｔＭ（又はＳｉ）着磁
部となっているので、ＳｔＭ（又はＮ＆）の作用をなす
。結果的にＮ、Ｓの磁極を交互に形成していると同様と
なる。図示しない磁気センサ１２−１．１２−２はエン
コーダ用ｆｆ１ｌｋ都９と対向している。該磁気センサ
１２−１．１０−２は一方がエンコーダ用ｆｆｌｆＭＵ
（Ｓ９のＮ＆と対向しているとき、他方はＮ′極と対向
するように、長手方向に位相をずらせて配設している。

原点信号着磁部１０は１記エンコーダ用磁極都９の下側
に１箇所にＳ極に着磁形成され、原点信号着磁部１０を
検出することのできる駆動コイル５の位置に磁気センサ
　［１６を設けている。

尚、エンコーダ用磁極部９はＮ４＆、　Ｎ’倣を細かな
ピッチで形成しｔこが、細かなピッチでＮ、Ｓの磁極を
交互に多数仔するように２重着磁手段により磁気エンコ
ーダ用磁極部９を形成しても良いし、また、　Ｎ、　Ｎ
’極を交互に形成するに当って、Ｎ’４Ｍは界１ａマグ
ネット４−１のＮ＆面に凹部を形成することで形成して
も良い。

また、ｂｊ１気センサ１２−１．１２−２は同相位置に
配設し、２個のエンコーダ用磁極部を長手方向に位相を
ずらせて形成しても良い。また、原点信号着磁部１０の
部分を凹部に形成して　Ｎ／極を形成しても良い。また
磁気センサ１２−１．１２−２及び１６は、これらを配
設収容したセンサパッケージを設けても良い。

（効果） 本発明は上記から明らかなように、　ｔｉ＞ａ気エンコ
ーダを形成しているので、走行速度検出機構を合理的に
内蔵しているので、小型且つ安価な速度制御可能が可能
なボイスコイル型リニアモータとなる。（２）上記（１
）の磁気エンコーダを安価に形成できる。（３）当該リ
ニアモータの正逆転走行制御、可変速制御、パルス（ス
テップ化駆１１１Ｊ）制御及び所定位置制御といった多
機能制御が行なえる。（４）位置検知素子が不要なので
、相数や電槻子コイルの数が多くなった場合には１位置
検知素子がないため特別に安価に駆動コイルに所定方向
の電流を流すことができ、所定方向の走行を行なわせる
ことができ、また位置検知素子が不要なことから１位置
検知素子のための多（のリード線がなくなるので、外観
がすっきりするほか、容易に製造できるので、上記した
効果をＨするリニアモータを安易　−に量産できる効果
を汀する。

【図面の簡単な説明】

゛　第１図は本発明の第１実施例を示す一部切欠斜視図
、第２図は第１図の主要部の縦断面図、第３図は本発明
の第２実施例を示す一部切欠斜視図。 第４図は本発明の第３実施例を示す縦断面図、第５図は
本発明第４実施例を示す一部切欠斜視図である。 １、　１’、ｆ、１＃１′・・・磁気エンコーダをＨす
るボイスコイル型リニアモータ、４−１．４−２・・・
界磁マグホット、５・・・騙動コイル、７・・・樹脂。 ７ａ、７ｂ・・・折曲部、９・・・磁気エンコーダｍ１
極都、　１０・・・原点信号着龜部、１１・・・原点信
号着磁端面、　１２−１．１２−２．１３・・−磁気セ
ンサ。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 界磁マグネットに対向して駆動コイルが可動するボイス
   コイル型リニアな一夕において、細かなピッチでＮ　＆
   　ｅ　Ｓ　ｈを交互に着磁形成した磁気エンコーダ用磁
   極部及び原点信号着ｌａ部をｔ記界磁マグネットに形成
   し、２個の磁気センサー又は該２個の磁気センサーと同
   機能を何する１個の磁気センサーをＥ記磁気エンコーダ
   用１Ｍ極都に対向させ、１記２個の磁気センサー若しく
   は同機能を打する１個の磁気センサー内の２個の磁気セ
   ンサー又は上記磁気エンコーダハｊ磁極部のいずれか一
   方を移動方向に適宜間隔位相をずらせて配設し、Ｊ：記
   原点信号着磁都検出用磁気センサーを上記原点″　信号
   着一部と対向する位置に設けたことを特徴とする磁気エ
   ンコーダを有するボイスコイル型りニアモータ。