JPWO2005122369A1 - ムービングマグネット形リニアスライダ - Google Patents
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Abstract
Description
図6において、21は固定ベース、22はマグネットトラック、23は界磁永久磁石、24は界磁ヨーク、25はガイドレール、26はガイドブロック、27はセンサヘッド、28はリニアスケール部、29はストッパ、30は電機子、31は電機子コイル、32は結線基板である。
リニアスライダは、界磁永久磁石23の背面に界磁ヨーク24を設けて、界磁ヨーク24が可動子と磁気回路を兼用している。また、電機子30は、結線基板32上に固着されたスロットレスの電機子コイル31を複数備えた構造を有すると共に、ソリッドの磁性部材でできた固定ベース21上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて、固定子を構成している。なお、結線基板32には界磁永久磁石23に対向するように磁極検出を行うための複数の図示しないホール素子を埋め込みようになっている。該ホール素子(不図示)は、電源をONさせた初期の時点で何れかの、ホール素子から対向する界磁磁石の位置を検出して、検出された界磁磁石23の位置に合わせて駆動電流を電機子コイル31に流すための検出信号を出力する(例えば、特許文献1参照)。
この電機子30の両側には、平行するガイドレール25が固定ベース21上に固定され、ガイドレール25上には、該レール上を摺動するガイドブロック26が界磁ヨーク24の両端の下部に固定されている。さらに、可動子の側面には、リニア形のエンコーダを構成する磁気式のリニアスケール28が配設され、このリニアスケール28に対向するように固定ベース21に該リニアスケール28を検出するセンサヘッド27が配設されている。それから、2本のガイドレール25の端部の間には可動子のオーバランを防止するためのストッパ29が設けられている。
このリニアスライダは界磁永久磁石23の磁束が、固定ベース21に鎖交する磁気回路構造になっており、また、電機子コイル31を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている(例えば、特許文献1および2を参照)。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、リニアモータによる磁気吸引力を無くし、リニアガイドに与圧をかけないようにすると共にリニアガイドをリニアモータ推力中心軸近傍に1本配置し、リニアガイド摩擦を最小化することができる低粘性摩擦ムービングマグネット形リニアスライダ装置を提供することを目的とする。
請求項1のムービングマグネット形リニアスライダに係る発明は、固定ベース上に平行に対向配置されると共に、可動子を構成する界磁と固定子を構成する電機子より成るリニアモータと、前記リニアモータの可動子を案内支持するガイドレールとガイドブロックからなるリニアガイドと、前記可動子と前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、前記移動体を前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させたムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記リニアモータの界磁は、前記ガイドブロック上に設けられると共に、略U字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックで構成され、前記リニアモータの電機子は、前記固定ベースの一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと、前記電機子ホルダと直交するように設けられると共に、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイルとより構成され、前記検出手段は、前記磁性体ヨークの開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケールと、前記電機子ホルダを配設した固定ベースと反対側の側面上に前記リニアスケールに対向するように取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴としている。
また、請求項2の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、前記電機子に磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたことを特徴としている。
また、請求項3の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより短くし、該ストローク方向の長さの差LaーLmgをリニアスライダの有効ストロークとしたことを特徴としている。
請求項4の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、前記電機子のモータリード側と反対側の端部に該電機子と別体になるように磁極検出器を配置固定し、前記マグネットトラックがストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにしたことを特徴としている。
請求項5の発明は、請求項1〜4までの何れか1項に記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックの底部に、前記固定ベースと対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けたことを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明によると、コアレス電機子長よりマグネットトラックを短くすることで固定ベース全長範囲内で駆動ストロークを確保することができ、リニアスライダサイズをコンパクトにできる。
請求項2、4に記載の発明によると、請求項3の構成とは逆にコアレス電機子長よりマグネットトラックを長くすることで、可動子がストローク長を移動した場合であっても、磁極検出器により常時初期磁極検出が可能になることから、請求項3で必要であった、ソフトウェアによる磁極検出が電源投入に不要とすることができる。
請求項5に記載の発明によると、マグネットトラックの底部に可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けることで、コンパクトで且つ緻密な微小推力力制御を可能にできる。
1A 雌ねじ部
2 マグネットトラック
3 界磁永久磁石
4 磁性体ヨーク
4A 雌ねじ部
5 リニアガイドのレール
6 ガイドブロック
7 センサヘッド
8 リニアスケール
9 ボルト
10 電機子
11 電機子コイル
12 電機子ホルダ
12A 貫通孔
13 ストッパ
14 押し当て部
15 センサホルダ
16 モータリード
17 磁極検出器リード
18 リニアスケールリード
19 重力補償用ばね
20 磁極検出ヘッド
21 固定ベース
22 マグネットトラック
23 界磁永久磁石
24 界磁ヨーク
25 ガイドレール
26 ガイドブロック
27 センサヘッド
28 リニアスケール部
29 ストッパ
30 電機子
31 電機子コイル
32 結線基板
本発明の特徴は以下のとおりである。
図において、1は固定ベース、1Aは固定ベース1に設けた雌ねじ部,2はマグネットトラック、3は界磁永久磁石、4は磁性体ヨーク、4Aは磁性体ヨーク4に設けた雌ねじ部、5はリニアガイドのガイドレール、6はガイドブロック、7はセンサヘッド、8はリニアスケール、9はボルト、10は電機子、11は電機子コイル、12は電機子ホルダ、12Aは電機子ホルダ12に設けた貫通孔、13はストッパ、14は押し当て部、15はセンサホルダ、16はモータリード、17は磁極検出器リード、18はリニアスケールリード、19は重力補償用ばねである。
本発明が従来技術と異なる点は、ムービングマグネット形リニアスライダは、リニアモータの界磁は、ガイドブロック6上に設けられると共に、略U字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨーク4と、磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石3とよりなるマグネットトラック2で構成され、リニアモータの電機子は、固定ベース1の一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダ12と、電機子ホルダ12と直交するように設けられると共に、一対の界磁用永久磁石3の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイル11とより構成されており、吸引力相殺形構造となっている点である、
また、検出手段は、磁性体ヨーク4の開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケール8と、電機子ホルダ12を配設した固定ベース1と反対側の側面上にリニアスケール8に対向するように取付けたセンサヘッド7より構成されたものとなっている。
また、マグネットトラック2のストローク方向の長さLmgを、電機子10のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、電機子10に図示しない磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器(不図示)によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたものとなっている。
また、マグネットトラック2の底部に、固定ベース1と対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばね19を設けたものとなっている。
図1、2に示すように、リニアモータの電機子に図示しない外部電源から通電すると、テーブルを固定ベースに対してガイドレール上の長手方向に沿って往復動するが、その際、移動体であるマグネットトラック2側に設けたリニアスケール8に対して固定ベース1側に設けたセンサヘッド7により、移動体と固定ベースの相対位置を検出する。
ここで、図3は本実施例によるムービングマグネット形リニアスライダの動作を示す推力特性図である。図3に示すように、(a)の本発明は(b)の従来技術に対して、電流に対する推力特性にヒステリシス性が無くなっており、リニアスライダの微小推力制御を可能にすることができる。
また、本実施例のリニアスライダは、コアレス電機子長よりマグネットトラックの長さを長くし、電機子に磁極検出器を内蔵した構成にしたので、その長さの差がリニアスライダの有効ストロークとする構造となると共に、電機子に内蔵した磁極検出器により容易に初期磁極検出を行うことができる。
また、マグネットトラック2の底部に、固定ベース1と対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばね19を設けたので、コンパクトで且つ緻密な微小推力力制御を可能にしている。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、マグネットトラック2のストローク方向の長さLmgを、電機子10のストローク方向の長さLaより短くし、該ストローク方向の長さの差LaーLmgをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、リニアスライダの初期磁極検出をソフトウェアにより検出するようにした点である。なお、リニアスライダの初期磁極検出は、電源投入時にソフトウェアによる磁極サーチを行う必要がある。
第3実施例が第1実施例と異なる点は、マグネットトラック2のストローク方向の長さLmgを、電機子10のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、電機子10のモータリード側と反対側の端部に該電機子10と別体になるように磁極検出器(磁極検出器ヘッド20)を配置固定し、マグネットトラック2がストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにした点である。
Claims (5)
- 固定ベース上に平行に対向配置されると共に、可動子を構成する界磁と固定子を構成する電機子より成るリニアモータと、前記リニアモータの可動子を案内支持するガイドレールとガイドブロックからなるリニアガイドと、前記可動子と前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、前記移動体を前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させたムービングマグネット形リニアスライダにおいて、
前記リニアモータの界磁は、前記ガイドブロック上に設けられると共に、略U字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックで構成され、
前記リニアモータの電機子は、前記固定ベースの一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと、前記電機子ホルダと直交するように設けられると共に、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイルとより構成され、
前記検出手段は、前記磁性体ヨークの開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケールと、前記電機子ホルダを配設した固定ベースと反対側の側面上に前記リニアスケールに対向するように取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴とするムービングマグネット形リニアスライダ。 - 前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、
前記電機子に磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたことを特徴とする請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダ。 - 前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより短くし、該ストローク方向の長さの差LaーLmgをリニアスライダの有効ストロークとしたことを特徴とする請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
- 前記マグネットトラックのストローク方向の長さLmgを、前記電機子のストローク方向の長さLaより長くし、該ストローク方向の長さの差LmgーLaをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、電機子のモータリード側と反対側端に別部品になる磁極検出器を配置固定して、前記マグネットトラックがストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにしたことを特徴する請求項1記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
- 前記マグネットトラックの底部に、前記固定ベースと対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けたことを特徴とする請求項1〜4までの何れか1項に記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
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