JPWO2009028369A1 - Linear stepping motor - Google Patents

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Abstract

構造を単純にすることができ、安価なリニアステッピングモータを提供する。リニアステッピングモータを、永久磁石３によってＮ極及びＳ極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される移動子１と、移動子１の周囲にすきまを開けて巻かれる少なくとも二相のコイル５を含む固定子２と、固定子２に対する移動子１の直線運動を案内する案内手段１１と、で構成する。少なくとも二相のコイル５のうちの励磁コイル５ａ，５ｂの軸線方向の両端部に磁極を発生させ、励磁コイル５ａ，５ｂの軸線方向の両端部の磁極と永久磁石３の磁極との吸引力及び／又は反発力を利用して、移動子１を固定子２に対して直線運動させる。Provided is an inexpensive linear stepping motor that can be simplified in structure. A linear stepping motor includes a moving element 1 in which N and S magnetic poles are alternately magnetized in the axial direction at a predetermined pitch by a permanent magnet 3, and at least two phases wound around the moving element 1 with a gap between them. The stator 2 including the coil 5 and guide means 11 for guiding the linear motion of the movable element 1 relative to the stator 2 are configured. Magnetic poles are generated at both ends in the axial direction of the excitation coils 5a and 5b of at least the two-phase coil 5, and the attractive force between the magnetic poles at both ends in the axial direction of the excitation coils 5a and 5b and the magnetic pole of the permanent magnet 3; Using the repulsive force, the moving element 1 is linearly moved with respect to the stator 2.

Description

本発明は、コイルの励磁電流を切り替えることで、移動子を所定のステップ量ずつ直線運動させるリニアステッピングモータに関する。   The present invention relates to a linear stepping motor that linearly moves a moving element by a predetermined step amount by switching an exciting current of a coil.

リニアステッピングモータは、回転型のステッピングモータと異なり、移動子をダイレクトに直線運動させる。リニアステッピングモータとしては、ＶＲ型(Variable Reductance)や、永久磁石と電磁石とを組み合わせたＨＢ型（Hybrid type）が知られている。一般的には、ＨＢ型のリニアステッピングモータが広く用いられている（例えば特許文献１参照）。   Unlike the rotary stepping motor, the linear stepping motor directly moves the moving element in a straight line. As the linear stepping motor, a VR type (Variable Reductance) and an HB type (Hybrid type) in which a permanent magnet and an electromagnet are combined are known. In general, an HB type linear stepping motor is widely used (see, for example, Patent Document 1).

図１６は、従来のＨＢ型のリニアステッピングモータの移動原理（ソーヤの原理）を示す。移動子２１は、永久磁石２２と電磁石２３とから構成される。電磁石２３の２個の磁極には、お互いの極性が逆に磁化されるようにコイル２４が巻かれている。(1),(2),(3),(4)の順序で電磁石２３の電流を切り替えると、永久磁石２２の磁束と同じ方向にコイル磁束ができる磁極（(1)の磁極１、(2)の磁極４、(3)の磁極２、(4)の磁極３）と逆方向にコイル磁束ができる磁極（(1)の磁極２、(2)の磁極３、(3)の磁極１、(4)の磁極４）が生ずる。この逆方向の磁束が永久磁石２２の磁束と同程度となるように電流を設定すれば、永久磁石２２の磁束を遮断する磁気弁の働きをさせることができる。この働きにより、永久磁石２２の磁束は同方向の励磁磁極を通過し、固定子２５のヨークを通り移動子２１の非励磁の２個の磁極を通り永久磁石２２に戻る。このような磁気回路は、(1),(2),(3),(4)それぞれで形成される。(1),(2),(3),(4)の度に、移動子２１は固定子２５の歯ピッチの１／４ずつ歩進する。
特開昭６１−１７３６６０号公報 FIG. 16 shows the movement principle (saw principle) of a conventional HB type linear stepping motor. The mover 21 includes a permanent magnet 22 and an electromagnet 23. A coil 24 is wound around the two magnetic poles of the electromagnet 23 so that their polarities are magnetized oppositely. When the current of the electromagnet 23 is switched in the order of (1), (2), (3), (4), the magnetic poles that generate the coil magnetic flux in the same direction as the magnetic flux of the permanent magnet 22 (the magnetic poles 1, (2 ) Magnetic pole 4, (3) magnetic pole 2, (4) magnetic pole 3) in the opposite direction to the coil magnetic flux ((1) magnetic pole 2, (2) magnetic pole 3, (3) magnetic pole 1, The magnetic pole 4) of (4) is generated. If the current is set so that the magnetic flux in the reverse direction is approximately the same as the magnetic flux of the permanent magnet 22, the magnetic valve that cuts off the magnetic flux of the permanent magnet 22 can be operated. By this action, the magnetic flux of the permanent magnet 22 passes through the exciting magnetic pole in the same direction, passes through the yoke of the stator 25, passes through the two non-excited magnetic poles of the moving element 21, and returns to the permanent magnet 22. Such a magnetic circuit is formed by (1), (2), (3), (4), respectively. Each time (1), (2), (3), (4), the moving element 21 advances by 1/4 of the tooth pitch of the stator 25.
JP-A-61-173660

ＨＢ型のリニアステッピングモータにおいては、固定子及び移動子に多数の櫛歯を加工することで推力を大きくすることができ、また櫛歯のピッチを細かくすることでステップ量を小さくできる、という利点がある。しかしその反面、複雑な櫛歯の形状の加工が必要になったり、固定子と移動子の櫛歯の間隔を一定に保つ組立が必要になったりするので、製造コストが高くなるという問題がある。   In the HB type linear stepping motor, the thrust can be increased by processing a large number of comb teeth on the stator and the mover, and the step amount can be reduced by reducing the pitch of the comb teeth. There is. However, on the other hand, there is a problem that the manufacturing cost becomes high because it is necessary to process a complicated comb tooth shape or an assembly that keeps the distance between the stator and the comb teeth constant. .

そこで本発明は、構造を単純にすることができ、安価なリニアステッピングモータを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an inexpensive linear stepping motor that can be simplified in structure.

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の永久磁石によって、Ｎ極及びＳ極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される固定子又は移動子の一方と、前記固定子又は前記移動子の一方の周囲にすきまを開けて巻かれる少なくとも二相のコイルを含む固定子又は移動子の他方と、前記固定子に対する前記移動子の直線運動を案内する案内手段と、を備え、前記少なくとも二相のコイルのうちの励磁コイルの軸線方向の両端部に磁極を発生させ、前記励磁コイルの軸線方向の両端部の磁極と前記永久磁石の磁極との吸引力及び／又は反発力を利用して、前記移動子を前記固定子に対して直線運動させるリニアステッピングモータである。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a stator or moving element in which N and S poles are alternately magnetized in the axial direction at a predetermined pitch by a plurality of permanent magnets. Guide the linear movement of the moving element relative to the stator, the other of the stator or moving element including at least two-phase coils wound with a gap around one of the stator or the moving element Guiding means, generating magnetic poles at both ends in the axial direction of the exciting coil of the at least two-phase coils, and attracting the magnetic poles at both ends in the axial direction of the exciting coil and the magnetic poles of the permanent magnet A linear stepping motor that linearly moves the moving element with respect to the stator by using force and / or repulsive force.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアステッピングモータにおいて、前記リニアステッピングモータはさらに、前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイルの軸線方向の両端部に設けられ、磁性材料からなると共に磁気回路を形成するためのポールを備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the linear stepping motor according to the first aspect, the linear stepping motor is further provided at both ends in the axial direction of each of the at least two-phase coils, and is made of a magnetic material. And a pole for forming a magnetic circuit.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のリニアステッピングモータにおいて、前記リニアステッピングモータはさらに、前記少なくとも二相のコイル及び前記ポールが収容され、磁性材料からなると共に磁気回路を形成するための筒状のヨークを備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the linear stepping motor according to the second aspect, the linear stepping motor further includes the at least two-phase coil and the pole, and is made of a magnetic material and forms a magnetic circuit. A cylindrical yoke is provided.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のリニアステッピングモータにおいて、前記リニアステッピングモータはさらに、前記ヨークに対する前記ポールの軸線方向の位置を位置決めする位置決め手段を備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the linear stepping motor according to the third aspect, the linear stepping motor further includes positioning means for positioning an axial position of the pole with respect to the yoke.

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のリニアステッピングモータにおいて、前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイル間には、位相をずらすための非磁性材料からなるスペーサが設けられ、前記スペーサと前記固定子又は前記移動子の一方との間のすきまは、前記少なくとも二相のコイルと前記固定子又は前記移動子の一方との間のすきまよりも小さいことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the linear stepping motor according to any one of the first to fourth aspects, a nonmagnetic material for shifting the phase is provided between the coils of the at least two-phase coils. A spacer is provided, and a gap between the spacer and one of the stator or the moving element is smaller than a gap between the at least two-phase coil and one of the stator or the moving element. Features.

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアステッピングモータにおいて、前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイルの軸線方向の両端部の磁極ピッチは、前記永久磁石のＮ−Ｓ間の磁極ピッチの実質的に２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the linear stepping motor according to any one of the first to fifth aspects, the magnetic pole pitch at both ends in the axial direction of each coil of the at least two-phase coils is the permanent magnet. 2N + 1 times (N: a positive integer).

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のリニアステッピングモータにおいて、前記少なくとも二相のコイルは、二相のコイルであり、前記二相のコイルは、前記永久磁石のＮ−Ｎ間の磁極ピッチの１／４倍軸線方向に位相がずれていることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the linear stepping motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the at least two-phase coil is a two-phase coil, and the two-phase coil is the permanent magnet. The phase is shifted in the axial direction of 1/4 times the magnetic pole pitch between N and N.

請求項１に記載の発明によれば、シンプルな構造で、組立も簡単な安価なリニアステッピングモータが得られる。   According to the first aspect of the present invention, an inexpensive linear stepping motor having a simple structure and easy assembly can be obtained.

請求項２に記載の発明によれば、コイルの軸線方向の両端部に磁気回路を形成するためのポールを備えるので、シンプルな構造でありながら高推力を発生させることができる。   According to the second aspect of the present invention, since the poles for forming the magnetic circuit are provided at both ends in the axial direction of the coil, a high thrust can be generated while having a simple structure.

請求項３に記載の発明によれば、コイル及びポールが磁気回路を形成するための筒状のヨークに収容されているので、より高推力を発生させることができる。   According to the third aspect of the invention, since the coil and the pole are accommodated in the cylindrical yoke for forming the magnetic circuit, higher thrust can be generated.

請求項４に記載の発明によれば、ヨークに対するポールの軸線方向の位置を位置決めできるので、磁気回路を形成するためのポールのピッチを一定にすることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, since the position of the pole in the axial direction relative to the yoke can be determined, the pitch of the pole for forming the magnetic circuit can be made constant.

請求項５に記載の発明によれば、各相のコイルの位相をずらすためのスペーサが固定子又は移動子の一方を支持するので、コイルと固定子又は移動子の一方との間のすきまを小さく設計したとしても、コイルと固定子又は移動子の一方が接触することを防止でき、これらの間にすきまを確実に確保できる。すきまを小さく設計できるので、リニアステッピングモータの推力を向上させることができる。また、固定子又は移動子の一方の曲がりもある程度許容することができる。   According to the invention described in claim 5, since the spacer for shifting the phase of each phase of the coil supports one of the stator and the moving element, the clearance between the coil and one of the stator and the moving element is increased. Even if it is designed to be small, it is possible to prevent the coil and one of the stator and the mover from coming into contact with each other, and a gap can be reliably secured between them. Since the clearance can be designed small, the thrust of the linear stepping motor can be improved. In addition, bending of one of the stator and the moving element can be allowed to some extent.

請求項６に記載の発明によれば、各コイルの軸線方向の長さを永久磁石のＮ−Ｓ間の磁極ピッチよりも長く、巻数を多くすることができる。このため、リニアステッピングモータの推力を向上させることができる。   According to the invention described in claim 6, the axial length of each coil is longer than the magnetic pole pitch between NS of the permanent magnet, and the number of turns can be increased. For this reason, the thrust of the linear stepping motor can be improved.

請求項７に記載の発明によれば、二相のコイルにすることで、シンプルな構造にすることができる。   According to invention of Claim 7, it can be set as a simple structure by using a two-phase coil.

本発明の一実施形態におけるリニアステッピングモータの斜視図The perspective view of the linear stepping motor in one Embodiment of this invention リニアステッピングモータのスケルトンLinear stepper motor skeleton リニアステッピングモータの軸線に沿った断面図Sectional view along the axis of the linear stepping motor ロッドの軸線に沿った断面図Sectional view along the axis of the rod ロッドの正面図Front view of rod ヨークの平面図Yoke top view ヨークの側面図Side view of the yoke フォーサの断面図Forser cross section コイルの断面図Coil cross section コイルの結線図Coil connection diagram ポールを示す図（図中（Ａ）はポールの正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す）The figure which shows a pole ((A) shows the front view of a pole in the figure, (B) shows a side view) スペーサを示す図（図中（Ａ）はスペーサの正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す）The figure which shows a spacer (In the figure, (A) shows the front view of a spacer, (B) shows a side view.) ブッシュを示す図（図中（Ａ）はブッシュの正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す）The figure which shows a bush ((A) in the figure shows a front view of the bush, and (B) shows a side view) コイルの励磁方式の一例を示す図Diagram showing an example of coil excitation method リニアステッピングモータの移動原理を示す図Diagram showing the principle of linear stepping motor movement 従来のＨＢ型のリニアステッピングモータの移動原理を示す図The figure which shows the movement principle of the conventional HB type linear stepping motor

符号の説明Explanation of symbols

１…ロッド（移動子）
２…フォーサ（固定子）
３…永久磁石
５…二相のコイル
５ａ，５ｂ…コイル
８…ヨーク
１０…ポール
１１…ブッシュ（案内手段）
１４…スペーサ
Ｌ１…コイルの軸線方向の両端部の磁極ピッチ
Ｌ２…永久磁石のＮ−Ｓ間の磁極ピッチ
Ｌ３…スペーサの軸線方向の厚み
Ｌ４…永久磁石のＮ−Ｎ間の磁極ピッチ1 ... Rod (moving element)
2 ... Forsa (stator)
3 ... Permanent magnet 5 ... Two-phase coils 5a, 5b ... Coil 8 ... Yoke 10 ... Pole 11 ... Bush (guide means)
14 ... Spacer L1 ... Magnetic pole pitch L2 at both ends in the axial direction of the coil ... Magnetic pole pitch L3 between NS of the permanent magnet ... Thickness L4 in the axial direction of the spacer ... Magnetic pole pitch between NN of the permanent magnet

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１ないし図３は本発明の一実施形態におけるリニアステッピングモータの外観図を示す。図１はリニアステッピングモータの外観斜視図を示し、図２はスケルトンを示し、図３は軸線に沿った断面図を示す。図１に示されるように、移動子であるロッド１は、固定子である円筒状のフォーサ２に覆われる。図２に示されるように、ロッド１は、円筒状のパイプ４に複数の永久磁石３を挿入してなる。永久磁石３によって、ロッド１にはＮ極及びＳ極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される。フォーサ２には、ロッド１の周囲にすきまを開けて巻かれる二相のコイル５が設けられる。各コイル５ａ，５ｂ間には、位相をずらすためのスペーサ１４が介在される。二相のコイル５の励磁電流を切り替えると、ロッド１が所定のステップ量ずつ軸線方向に直線運動する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 are external views of a linear stepping motor according to an embodiment of the present invention. 1 shows an external perspective view of a linear stepping motor, FIG. 2 shows a skeleton, and FIG. 3 shows a cross-sectional view along the axis. As shown in FIG. 1, a rod 1 that is a moving element is covered with a cylindrical forcer 2 that is a stator. As shown in FIG. 2, the rod 1 is formed by inserting a plurality of permanent magnets 3 into a cylindrical pipe 4. By the permanent magnet 3, N pole and S pole magnetic poles are alternately magnetized in the axial direction at a predetermined pitch on the rod 1. The forcer 2 is provided with a two-phase coil 5 wound around the rod 1 with a gap. A spacer 14 for shifting the phase is interposed between the coils 5a and 5b. When the excitation current of the two-phase coil 5 is switched, the rod 1 moves linearly in the axial direction by a predetermined step amount.

図４はロッド１の軸線に沿った断面図を示し、図５は正面図を示す。永久磁石３は、保磁力の高いネオジウム磁石などの希土類磁石である。円筒状のパイプ４は、ステンレスなどの金属製であるか、又は樹脂製である。パイプ４内には、複数の円柱形の永久磁石３がＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように挿入される。永久磁石３の境目にＮ極又はＳ極の磁極が形成される。永久磁石３の軸線方向の厚みは一定であるので、軸線方向に一定のピッチでＮ極及びＳ極が交互に形成される。パイプ４に永久磁石３を挿入した後、パイプの両端はエンドプラグ７で塞がれる。エンドプラグ７は例えば接着、ねじ結合などによってパイプ４に固定される。エンドプラグ７には、直線運動させる対象を取り付けるためのねじが加工される。ロッド１の断面形状は、円形でなくても、扁平な楕円形であってもよく、四角形などの多角形であってもよい。   4 shows a cross-sectional view along the axis of the rod 1, and FIG. 5 shows a front view. The permanent magnet 3 is a rare earth magnet such as a neodymium magnet having a high coercive force. The cylindrical pipe 4 is made of metal such as stainless steel or resin. A plurality of cylindrical permanent magnets 3 are inserted into the pipe 4 so that the north and south poles face each other. An N-pole or S-pole magnetic pole is formed at the boundary of the permanent magnet 3. Since the thickness of the permanent magnet 3 in the axial direction is constant, N poles and S poles are alternately formed at a constant pitch in the axial direction. After inserting the permanent magnet 3 into the pipe 4, both ends of the pipe are closed with end plugs 7. The end plug 7 is fixed to the pipe 4 by, for example, adhesion or screw connection. The end plug 7 is processed with a screw for attaching an object to be linearly moved. The cross-sectional shape of the rod 1 may not be a circle, may be a flat ellipse, or may be a polygon such as a quadrangle.

もし永久磁石３の間に磁性材料からなるポールシューを挿入するならば、ロッド１の周囲の磁束密度をきれいな正弦波にすることができる。しかし、リニアステッピングモータの場合、コイル５ａ，５ｂの励磁電流がステップ状なので、ロッド１の周囲の磁束密度をきれいな正弦波にする必要がない。構造を簡素化し、コストを低減する方を優先させたい場合には、ポールシューを挿入しなくてもよい。   If a pole shoe made of a magnetic material is inserted between the permanent magnets 3, the magnetic flux density around the rod 1 can be made a clean sine wave. However, in the case of the linear stepping motor, since the exciting currents of the coils 5a and 5b are stepped, it is not necessary to make the magnetic flux density around the rod 1 a clean sine wave. If it is desired to simplify the structure and give priority to reducing the cost, the pole shoe need not be inserted.

図２及び図３に示されるように、フォーサ２は、筒状のヨーク８に二相のコイル５を挿入してなる。各コイル５ａ，５ｂの軸線方向の両端には、磁気回路を形成するためのリング状のポール１０が配置される。ヨーク８の両端部には、ロッド１を支持し、ロッド１とコイル５ａ，５ｂが接触するのを防止する一対のブッシュ１１が設けられる。ブッシュ１１は、フォーサ２に対するロッド１の直線運動を案内する案内手段として機能する。ヨーク８の内部のコイル５ａ，５ｂなどの挿入物がブッシュ１１によってシールされる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the forcer 2 is formed by inserting a two-phase coil 5 into a cylindrical yoke 8. Ring-shaped poles 10 for forming a magnetic circuit are disposed at both ends of the coils 5a and 5b in the axial direction. A pair of bushes 11 that support the rod 1 and prevent the rod 1 and the coils 5a and 5b from contacting each other are provided at both ends of the yoke 8. The bush 11 functions as guide means for guiding the linear motion of the rod 1 with respect to the forcer 2. Inserts such as the coils 5 a and 5 b inside the yoke 8 are sealed by the bush 11.

二相のコイル５は、二つのコイル５ａ，５ｂで一組となる。この実施形態では、二相のコイル５が一組のコイル５ａ，５ｂから構成されているが、二組、三組などの複数組のコイル５ａ，５ｂから構成されてもよい。   The two-phase coil 5 is a set of two coils 5a and 5b. In this embodiment, the two-phase coil 5 is composed of a set of coils 5a and 5b, but may be composed of a plurality of sets of coils 5a and 5b such as two and three sets.

図６はヨーク８の平面図を示し、図７はヨーク８の側面図を示す。円筒状ヨーク８は、薄肉で珪素鋼などの磁性材料からなる。ヨーク８には、コイル５ａ，５ｂ及びポール１０を固定するための接着剤を注入する孔８ａが開けられる。ヨーク８の両端部には、各コイル５ａ，５ｂのリード線を引き出すための切欠き８ｂが加工される。ヨーク８には、ヨーク８に対するポール１０の軸線方向の位置を位置決めするための位置決め手段として、ねじ孔８ｃが加工される。なお、コイル５ａ，５ｂ、ポール１０をヨーク８に固定するために、接着剤を用いる替わりにヨーク８の両端部をかしめてもよい。   FIG. 6 shows a plan view of the yoke 8, and FIG. 7 shows a side view of the yoke 8. The cylindrical yoke 8 is thin and made of a magnetic material such as silicon steel. The yoke 8 has a hole 8a through which an adhesive for fixing the coils 5a and 5b and the pole 10 is injected. Cutouts 8b for drawing out the lead wires of the coils 5a and 5b are processed at both ends of the yoke 8. A screw hole 8c is machined in the yoke 8 as a positioning means for positioning the position of the pole 10 in the axial direction with respect to the yoke 8. In order to fix the coils 5a and 5b and the pole 10 to the yoke 8, both ends of the yoke 8 may be caulked instead of using an adhesive.

図８はフォーサ２の断面図を示し、図９はコイル５ａ，５ｂの断面図を示す。コイル５ａ，５ｂは銅線を円筒状に巻いたものである。二相のコイル５は、２個のコイル５ａ，５ｂで１セットである。各コイル５ａ，５ｂからは、銅線の巻き始めと巻き終わりのリード線１３が引き出される。図１０のコイルの結線図に示されるように、二相のコイル５はＡ相のコイル５ａとＢ相のコイル５ｂから構成される。Ａ相のコイル５ａに流れる電流を反転させると−Ａ相になり、Ｂ相のコイル５ｂに流れる電流を反転させると−Ｂ相になる。   FIG. 8 shows a cross-sectional view of the forcer 2 and FIG. 9 shows a cross-sectional view of the coils 5a and 5b. The coils 5a and 5b are copper wires wound in a cylindrical shape. The two-phase coil 5 is a set of two coils 5a and 5b. From each coil 5a, 5b, a lead wire 13 at the beginning and end of winding of the copper wire is drawn out. As shown in the coil connection diagram of FIG. 10, the two-phase coil 5 includes an A-phase coil 5a and a B-phase coil 5b. When the current flowing through the A-phase coil 5a is inverted, the phase becomes -A phase, and when the current flowing through the B-phase coil 5b is inverted, the phase becomes -B phase.

図１１は、リング状のポール１０を示す。図中（Ａ）はポール１０の正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す。ポール１０は、珪素鋼などの磁性材料からなる。ポール１０には、ロッド１が貫通する孔が開けられる。リング状のポール１０の外周面には、ヨーク８に対するポール１０の軸線方向の位置を位置決めするための位置決め手段として、位置決め凹部１０ａが設けられる。図８に示されるように、ヨーク８のねじ孔８ｃに位置決めボルト１２をねじ込むと、位置決めボルト１２の頭部がヨーク８の位置決め凹部１０ａに嵌まる。これにより、ヨーク８に対してポール１０を位置決めすることができる。ポール１０には、ブッシュ１１を取り付けるための取付けねじ１０ｂが加工される。   FIG. 11 shows a ring-shaped pole 10. In the figure, (A) shows a front view of the pole 10, and (B) shows a side view. The pole 10 is made of a magnetic material such as silicon steel. The pole 10 has a hole through which the rod 1 passes. A positioning recess 10 a is provided on the outer peripheral surface of the ring-shaped pole 10 as positioning means for positioning the position of the pole 10 in the axial direction with respect to the yoke 8. As shown in FIG. 8, when the positioning bolt 12 is screwed into the screw hole 8 c of the yoke 8, the head of the positioning bolt 12 fits into the positioning recess 10 a of the yoke 8. Thereby, the pole 10 can be positioned with respect to the yoke 8. A mounting screw 10 b for mounting the bush 11 is processed on the pole 10.

図３に示されるように、両端にポール１０が配置された状態で各コイル５ａ，５ｂの磁極ピッチＬ１（コイル５ａ，５ｂの両端部のポール１０の中心間の距離Ｌ１）は、ロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチＬ２の実質的に２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）に設定される。すなわち、コイル５ａ，５ｂの両端部の一対のポール１０のうち、一方のポール１０がロッド１のＮ極上にあるときは、他方のポール１０がロッド１のＳ極上にあるという関係を保つ。ただし、一対のコイル５ａ，５ｂの磁極ピッチがロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチに等しい場合、コイル５ａ，５ｂの両端部の磁束密度を大きくすることができない。このため、この実施形態では、ロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチの２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）とする。   As shown in FIG. 3, the magnetic pole pitch L1 of each coil 5a, 5b (distance L1 between the centers of the poles 10 at both ends of the coils 5a, 5b) in the state where the poles 10 are arranged at both ends, It is set to substantially 2N + 1 times (N: a positive integer) of the magnetic pole pitch L2 between NS. That is, of the pair of poles 10 at both ends of the coils 5 a and 5 b, when one pole 10 is on the north pole of the rod 1, the other pole 10 is on the south pole of the rod 1. However, when the magnetic pole pitch of the pair of coils 5a and 5b is equal to the magnetic pole pitch between NS of the rod 1, the magnetic flux density at both ends of the coils 5a and 5b cannot be increased. For this reason, in this embodiment, it is set to 2N + 1 times (N: positive integer) the magnetic pole pitch between NS of the rod 1.

コイル５ａ，５ｂの磁極ピッチＬ１をロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチＬ２の２Ｎ＋１倍に正確に設定すると、コギングが発生するおそれがある。コギングを低減するために、コイル５ａ，５ｂの磁極ピッチＬ１をロッド１の磁極ピッチＬ２の２Ｎ＋１倍から僅かにずらしてもよい。   If the magnetic pole pitch L1 of the coils 5a, 5b is accurately set to 2N + 1 times the magnetic pole pitch L2 between NS of the rod 1, cogging may occur. In order to reduce cogging, the magnetic pole pitch L1 of the coils 5a and 5b may be slightly shifted from 2N + 1 times the magnetic pole pitch L2 of the rod 1.

図１２は、スペーサ１４を示す。図中（Ａ）はスペーサ１４の正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す。スペーサ１４は樹脂製であり、円筒形状に形成される。スペーサ１４は、二相のコイル５間の間隔を一定に保つために設けられる。図３に示されるように、スペーサ１４の軸線方向の厚みＬ３は、二相のコイル５の位相を電気角で９０度、すなわちロッド１のＮ−Ｎ間の磁極ピッチＬ４の実質的に１／４倍ずらすように設定される。ロッド１のＳ−Ｓ間の磁極ピッチＬ４の１／４倍は、Ｎ−Ｓ間の磁極ピッチＬ２の１／２倍に等しい。単独の永久磁石３の軸線方向の厚みは、ロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチＬ２に等しいから、結局、各コイル５ａ，５ｂの位相は、単独の永久磁石３の軸線方向の厚みの１／２倍だけずれていることになる。この実施形態では、ポール１０の厚みが単独の永久磁石３の厚みの１／２に設定されている。図３を参照すると、Ｂ相のコイル５ｂの左側のポール１０の左端の位置Ｐ２が、Ａ相のコイル５ａに対して位相がずれていない位置Ｐ１から、永久磁石３の厚みの１／２倍だけ左側にずれていることがわかる。   FIG. 12 shows the spacer 14. In the figure, (A) shows a front view of the spacer 14, and (B) shows a side view. The spacer 14 is made of resin and is formed in a cylindrical shape. The spacer 14 is provided in order to keep the interval between the two-phase coils 5 constant. As shown in FIG. 3, the thickness L3 of the spacer 14 in the axial direction is substantially equal to 1/90 of the magnetic pole pitch L4 between N and N of the rod 1 with respect to the phase of the two-phase coil 5 being 90 degrees in electrical angle. It is set to shift 4 times. A quarter of the magnetic pole pitch L4 between S and S of the rod 1 is equal to a half of the magnetic pole pitch L2 between N and S. Since the thickness of the single permanent magnet 3 in the axial direction is equal to the magnetic pole pitch L2 between NS of the rod 1, the phase of each coil 5a, 5b is 1 of the thickness of the single permanent magnet 3 in the axial direction. / It will be shifted by 2 times. In this embodiment, the thickness of the pole 10 is set to ½ of the thickness of the single permanent magnet 3. Referring to FIG. 3, the position P2 at the left end of the left pole 10 of the B-phase coil 5b is ½ times the thickness of the permanent magnet 3 from the position P1 that is not out of phase with the A-phase coil 5a. It can be seen that it is only shifted to the left.

スペーサ１４とロッド１との間のすきまは、コイル５ａ，５ｂとロッド１との間のすきまよりも小さく設定される。スペーサ１４の内径は、ロッド１を支持できるようにフォーサ２の両端部のブッシュ１１の内径と等しい。コイル５ａ，５ｂの内径とロッド１の外径はあるすきまを持っている。モータの推力を向上させるためには、このすきまはなるべく小さくする必要がある。スペーサ１４の内径をコイル５ａ，５ｂの内径よりも小さくし、ブッシュ１１と共にロッド１を支持することにより、すきまを確実に確保することができる。このため、コイル５ａ，５ｂとロッド１とのすきまを小さく設計し、モータの推力を向上させることが可能になる。また、ロッド１の曲がりもある程度は許容できるようになる。   The clearance between the spacer 14 and the rod 1 is set to be smaller than the clearance between the coils 5a and 5b and the rod 1. The inner diameter of the spacer 14 is equal to the inner diameter of the bush 11 at both ends of the forcer 2 so that the rod 1 can be supported. The inner diameters of the coils 5a and 5b and the outer diameter of the rod 1 have a certain clearance. In order to improve the thrust of the motor, this clearance needs to be as small as possible. By making the inner diameter of the spacer 14 smaller than the inner diameter of the coils 5 a and 5 b and supporting the rod 1 together with the bush 11, the clearance can be ensured reliably. For this reason, the clearance between the coils 5a and 5b and the rod 1 can be designed to be small, and the thrust of the motor can be improved. Further, the bending of the rod 1 can be allowed to some extent.

図１３は、ブッシュ１１を示す。図中（Ａ）はブッシュ１１の正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す。ブッシュ１１は、スライド抵抗の小さい樹脂からなり、リング状に形成される。ブッシュ１１の内周面をロッド１がスライドする。ブッシュ１１は、ロッド１に付着した鉄粉がフォーサ２の内部に入らないようにシールする役割も持つ。ブッシュ１１には、ポール１０に取り付けるための取付け孔１１ａが加工される。ブッシュ１１をポール１０にねじで取り付ける替わりに、ヨーク８の両端部をかしめてブッシュ１１をヨーク８に固定してもよい。   FIG. 13 shows the bush 11. In the figure, (A) shows a front view of the bush 11, and (B) shows a side view. The bush 11 is made of a resin having a small slide resistance and is formed in a ring shape. The rod 1 slides on the inner peripheral surface of the bush 11. The bush 11 also has a role of sealing so that iron powder attached to the rod 1 does not enter the forcer 2. An attachment hole 11 a for attaching to the pole 10 is processed in the bush 11. Instead of attaching the bush 11 to the pole 10 with screws, both ends of the yoke 8 may be crimped to fix the bush 11 to the yoke 8.

フォーサ２の組立て方法を説明する。まず、銅線を巻いてコイル５ａ，５ｂ単体を組み立てる。各コイル５ａ，５ｂの両端にポール１０を取り付けた後、Ａ相コイル５ａとＢ相コイル５ｂとの間にスペーサ１４を介在させ、コイル５ａ，５ｂをヨーク８内に挿入する。ヨーク８とポール１０とを位置決めした後、接着剤によって、ヨーク８とコイル５ａ，５ｂを固定する。その後、ブッシュ１１をヨーク８に取り付けると、フォーサ２が完成する。   A method for assembling the forcer 2 will be described. First, a copper wire is wound to assemble the coils 5a and 5b alone. After the poles 10 are attached to both ends of the coils 5a and 5b, a spacer 14 is interposed between the A-phase coil 5a and the B-phase coil 5b, and the coils 5a and 5b are inserted into the yoke 8. After positioning the yoke 8 and the pole 10, the yoke 8 and the coils 5a and 5b are fixed with an adhesive. Thereafter, when the bush 11 is attached to the yoke 8, the forcer 2 is completed.

図１４は、二相のコイル５の励磁方式の一例を示す。ここでは、一相だけに電流を流していく一相励磁方式を説明する。最初のステップでＡ相のコイル５ａを励磁し、次のステップでＢ相のコイル５ｂを励磁する。次のステップでＡ相のコイル５ａに反対方向の電流を流し（−Ａ相）、次のステップでＢ相のコイル５ｂに反対方向に電流を流す（−Ｂ相）。１〜４までのステップが１周期となり、この間にロッド１はＮ−Ｎ間の磁極ピッチを直線運動する。一相励磁方式の他に、Ａ相とＢ相の二つの相に渡り電流を流して駆動する二相励磁方式を採用してもよい。二相のコイル５はユニポーラ方式によって励磁されてもよいし、バイポーラ方式によって励磁されてもよい。   FIG. 14 shows an example of an excitation method for the two-phase coil 5. Here, a one-phase excitation method in which a current is passed through only one phase will be described. The A-phase coil 5a is excited in the first step, and the B-phase coil 5b is excited in the next step. In the next step, a current in the opposite direction flows through the A-phase coil 5a (-A phase), and in the next step, a current flows in the opposite direction through the B-phase coil 5b (-B phase). The steps from 1 to 4 constitute one cycle, and during this period, the rod 1 moves linearly at the magnetic pole pitch between N and N. In addition to the single-phase excitation method, a two-phase excitation method in which a current is passed through two phases of the A phase and the B phase may be adopted. The two-phase coil 5 may be excited by a unipolar method or may be excited by a bipolar method.

図１５を用いてリニアステッピングモータの移動原理を説明する。フォーサ２のポール１０間のピッチは、ロッド１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチの２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）になっていて、一対のポール１０は必ずロッド１のＮ極及びＳ極に対向できるようになっている。まず、(1)においては、Ａ相のコイル５ａが励磁されているために、ロッド１はＡ相のコイル５ａのポール１０に異極同士で対向する。この状態で外力が加わり、ロッド１を移動させようとすると、ロッド１を(1)の位置に戻そうとする力が働くので、位置決めが可能になる。このとき、Ｂ相のコイル５ｂのポール１０の中心は、ロッド１の磁極ＮＳの境目に位置している。Ａ相のコイル５ａとＢ相のコイル５ｂとは、電気角で９０度位相がずれているからである。   The principle of movement of the linear stepping motor will be described with reference to FIG. The pitch between the poles 10 of the forcer 2 is 2N + 1 times (N: a positive integer) the magnetic pole pitch between the NS of the rod 1, and the pair of poles 10 is always on the N pole and S pole of the rod 1. It can be opposed. First, in (1), since the A-phase coil 5a is excited, the rod 1 faces the pole 10 of the A-phase coil 5a with different polarities. When an external force is applied in this state and the rod 1 is to be moved, a force for returning the rod 1 to the position (1) acts, so that positioning becomes possible. At this time, the center of the pole 10 of the B-phase coil 5 b is located at the boundary of the magnetic pole NS of the rod 1. This is because the A-phase coil 5a and the B-phase coil 5b are 90 degrees out of phase in electrical angle.

次に(2)に移り、Ａ相のコイル５ａの電流がオフになり、Ｂ相のコイル５ｂの電流がオンになると、ロッド１はＮ−Ｎ間の磁極ピッチの１／４（すなわち１ステップ分）右方向に移動して、Ｂ相のコイル５ｂに吸引されて停止する。   Next, moving to (2), when the current of the A-phase coil 5a is turned off and the current of the B-phase coil 5b is turned on, the rod 1 is 1/4 of the magnetic pole pitch between NN (ie, one step). Min) Moves to the right and stops after being attracted to the B-phase coil 5b.

次に(3)に移り、今度はＡ相のコイル５ａに(1)とは逆向きの電流を流す。ロッド１はさらに、１ステップ分右方向に移動して、Ａ相のコイル５ａに吸引されて停止する。   Next, the process proceeds to (3), and this time, a current in the direction opposite to (1) is passed through the A-phase coil 5a. The rod 1 further moves to the right by one step, and is attracted to and stopped by the A-phase coil 5a.

次に(4)に移り、同様にＢ相のコイル５ｂに(2)とは逆向きの電流を流す。Ｂ相のポール１０の極性も(2)とは逆になり、ロッド１はさらに１ステップ分右方向に移動して静止する。   Next, the process proceeds to (4), and similarly, a current in the direction opposite to that of (2) is passed through the B-phase coil 5b. The polarity of the B-phase pole 10 is also opposite to that of (2), and the rod 1 further moves to the right by one step and stops.

次に(1)に戻り、(2)〜(4)を繰り返す。(1)〜(4)の次のステップに移る度に、ロッド１は１ステップずつ歩進する。以上が、リニアステッピングモータの移動原理である。   Next, return to (1) and repeat (2) to (4). Each time the process proceeds to the next step (1) to (4), the rod 1 advances step by step. The above is the principle of movement of the linear stepping motor.

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化できる。例えば、コイルは三相のコイルでも五相のコイルでもよい。また、コイル単体でその両端部に磁束密度の高いＮ極及びＳ極の磁極を形成できる場合には、コイルの両端部にポールを設けなくてもよい。さらにコイルの励磁方式には、フルステップ量をｎ分割できるマイクロステップ駆動を用いてもよい。ロッドが移動する替わりにフォーサが移動してもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various embodiments without departing from the scope of the present invention. For example, the coil may be a three-phase coil or a five-phase coil. Further, in the case where a single coil can form N-pole and S-pole magnetic poles having high magnetic flux density at both ends thereof, it is not necessary to provide poles at both ends of the coil. Furthermore, a microstep drive that can divide the full step amount into n may be used as the coil excitation method. The forcer may move instead of the rod moving.

本明細書は、２００７年８月３１日出願の特願２００７-２２６５７６に基づく。この内容はすべてここに含めておく。   This specification is based on Japanese Patent Application No. 2007-226576 filed on Aug. 31, 2007. All this content is included here.

Claims (7)

複数の永久磁石によって、Ｎ極及びＳ極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される固定子又は移動子の一方と、
前記固定子又は前記移動子の一方の周囲にすきまを空けて巻かれる少なくとも二相のコイルを含む固定子又は移動子の他方と、
前記固定子に対する前記移動子の直線運動を案内する案内手段と、を備え、
前記少なくとも二相のコイルのうちの励磁コイルの軸線方向の両端部に磁極を発生させ、前記励磁コイルの軸線方向の両端部の磁極と前記永久磁石の磁極との吸引力及び／又は反発力を利用して、前記移動子を前記固定子に対して直線運動させるリニアステッピングモータ。One of a stator or a movable element in which N and S magnetic poles are alternately magnetized in the axial direction at a predetermined pitch by a plurality of permanent magnets;
The other of the stator or the mover including at least two-phase coils wound with a gap around one of the stator or the mover; and
Guiding means for guiding the linear movement of the movable element with respect to the stator, and
Magnetic poles are generated at both ends in the axial direction of the exciting coil of the at least two-phase coils, and an attractive force and / or repulsive force between the magnetic poles at both ends in the axial direction of the exciting coil and the magnetic pole of the permanent magnet is generated. A linear stepping motor that utilizes the moving element to linearly move with respect to the stator. 前記リニアステッピングモータはさらに、
前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイルの軸線方向の両端部に設けられ、磁性材料からなると共に磁気回路を形成するためのポールを備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアステッピングモータ。The linear stepping motor further includes
2. The linear stepping motor according to claim 1, further comprising a pole that is provided at both ends in the axial direction of each coil of the at least two-phase coils and is made of a magnetic material and forms a magnetic circuit. . 前記リニアステッピングモータはさらに、
前記少なくとも二相のコイル及び前記ポールが収容され、磁性材料からなると共に磁気回路を形成するための筒状のヨークを備えることを特徴とする請求項２に記載のリニアステッピングモータ。The linear stepping motor further includes
The linear stepping motor according to claim 2, further comprising a cylindrical yoke for housing the at least two-phase coils and the pole, made of a magnetic material and forming a magnetic circuit. 前記リニアステッピングモータはさらに、
前記ヨークに対する前記ポールの軸線方向の位置を位置決めする位置決め手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のリニアステッピングモータ。The linear stepping motor further includes
4. The linear stepping motor according to claim 3, further comprising positioning means for positioning a position of the pole in the axial direction with respect to the yoke. 前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイル間には、位相をずらすための非磁性材料からなるスペーサが設けられ、
前記スペーサと前記固定子又は前記移動子の一方との間のすきまは、前記少なくとも二相のコイルと前記固定子又は前記移動子の一方との間のすきまよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のリニアステッピングモータ。A spacer made of a nonmagnetic material for shifting the phase is provided between the coils of the at least two-phase coils,
The clearance between the spacer and one of the stator or the moving element is smaller than the clearance between the at least two-phase coil and one of the stator or the moving element. 5. A linear stepping motor according to any one of 1 to 4. 前記少なくとも二相のコイルのうちの各コイルの軸線方向の両端部の磁極ピッチは、前記永久磁石のＮ−Ｓ間の磁極ピッチの実質的に２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアステッピングモータ。   The magnetic pole pitch at both ends in the axial direction of each of the at least two-phase coils is substantially 2N + 1 times (N: positive integer) the magnetic pole pitch between NS of the permanent magnet. The linear stepping motor according to any one of claims 1 to 5, wherein 前記少なくとも二相のコイルは、二相のコイルであり、
前記二相のコイルは、前記永久磁石のＮ−Ｎ間の磁極ピッチの１／４倍軸線方向に位相がずれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のリニアステッピングモータ。The at least two-phase coil is a two-phase coil;
7. The linear stepping motor according to claim 1, wherein the two-phase coil is out of phase in an axial direction of a quarter of a magnetic pole pitch between N and N of the permanent magnet. .
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