KR20060127913A

KR20060127913A - 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더

Info

Publication number: KR20060127913A
Application number: KR1020067014966A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 미야모토; 시로우 오가
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-12-13
Also published as: TW200536235A; US20070170786A1; DE112005000622T5; WO2005091478A1; CN1930765A; JP2005269822A

Abstract

리니어 가이드에 적당의 자기 흡인력에 의한 프리로드(preload)가 걸리도록 하고, 강성을 높게 할 수가 있는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더를 제공한다.

무빙 마그넷형 리니어 슬라이더는, 테이블(3)을 고정 베이스(1)에 대해 이동 자유롭게 안내 지지하는 리니어 가이드와 테이블(3)측에 계자용 영구자석(4)을 배치하고, 고정 베이스(1)에 전기자(2)를 배치하여 이루어지는 리니어 모터와 테이블(3)에 리니어 스케일(5)을 고정하고, 고정 베이스(1)측에 센서 헤드(6)를 고정하여 이루어지는 검출 수단으로 구성하고, 또, 전기자(2)를 고정 베이스(1) 상의 좌우의 가이드 레일(8)의 사이에 끼우도록 고정 베이스(1)에 고정할 때, 이 전기자(2)의 추진력을 발생하는 추진력 중심축이 좌우의 가이드 레일(8) 사이의 중심축G-G와 대략 일치하도록 배치한 것이다. 이에 의해 계자용 영구자석에 작용하는 자기 흡인력이 리니어 가이드에 프리로드(preload)로서 걸리게 된다.

리니어 가이드, 자기 흡인력, 프리로드, 무빙 마그넷형, 리니어 슬라이더, 테이블,계자용 영구자석, 고정 베이스, 전기자, 가이드 레일

Description

무빙 마그넷형 리니어 슬라이더{MOVING MAGNET-TYPE LINEAR SLIDER}

본 발명은, 예를 들면, 전기 부품 실장 장치, 반도체 관련 장치 혹은 공작기계 등의 각종 산업 기계에 사용됨과 아울러, 그 직동기구(直動機構)의 구동용으로 매우 적합한 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 영구자석으로 이루어지는 계자를 가동자로 하고, 전기자 코일을 가진 전기자를 고정자로서 구성하는 무빙 마그넷형(moving　magnet) 리니어 슬라이더(slider)에 관한 것이다.

종래, 전기 부품 실장 장치, 반도체 관련 장치 혹은 공작기계 등의 각종 산업 기계에 사용됨과 아울러, 그 직동기구의 구동용으로 매우 적합한 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더는, 도 6에 나타내듯이 이루어져 있다. 또, 도 6은 종래 기술을 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 정단면도이다.

도 6에 있어서, (31)은 가동자, (32, 33)은 영구자석 유니트, (34)는 분할 코어, (35)는 전기자 유니트(unit), (36)은 고정자, (37)은 고정자 프레임(frame), (38)은 고정 부재, (39)는 테이블(table), (40)은 가이드 레일(guide rail), (41)은 슬라이더(slide)이다.

리니어 모터의 가동자(31)는, 테이블(38)의 하면에 복수의 계자용의 영구자석을 병설한 연직 방향으로 뻗은 형상의 영구자석 유니트(32, 33)를 가짐과 동시 에, 고정자(36)는, 상자형의 고정자 프레임(37)에 고정하는 철제로 산 같은 형상의 고정 부재(38)와, 고정 부재(38)의 내측에 접착 등으로 고정하는 전기자 유니트(35)를 가지고 있고, 전기자 유니트(35)는, 각 영구자석 유니트를 양측으로부터 끼우도록 하여 설치한 전기자 코일을 분할 코어(34)에 집중하여 감은 것으로 구성되어 있다. 또, 가동자(31)는 가이드 레일(40)과 슬라이더(41)로 이루어지는 리니어 가이드로 슬라이딩 자유롭게 지지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

<특허문헌 1> 특개평 11-113238(도 1)

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그런데, 종래의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더는, 테이블에의 영구자석의 고정이, 이 자석의 연직 방향으로 뻗은 한쪽 단(端)만을 고정하는 구조로 되어 있어, 구조상 양단을 고정할 수가 없기 때문에 가동자의 추진력 발생부의 기계적인 강성이 약해진다고 하는 문제가 있었다.

또, 종래와 같은 흡인력 상쇄 구조와 같은 경우는, 리니어 가이드에 자기 흡인력에 의한 프리로드(preload)가 걸리지 않음과 아울러, 기계적인 강성이 약해지므로, 제어 이득이 올라가지 않는다고 하는 것 같은 문제도 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 리니어 가이드에 적당의 자기 흡인력에 의한 프리로드(preload)가 걸리도록 하여, 강성을 높게 할 수가 있는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 다음과 같이 구성한 것이다.

청구항 1의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더와 관련되는 발명은, 고정 베이스에 평행으로 대향 배치된 테이블의 좌우를 이동 자유롭게 안내 지지하는 슬라이더와 가이드 레일로 이루어지는 리니어 가이드와, 상기 테이블을 상기 고정 베이스에 대해 상기 가이드 레일 상의 길이 방향을 따라 왕복 운동시키는 리니어 모터와, 상기 테이블과 상기 고정 베이스의 상대 위치를 검출하기 위한 검출 수단을 구비한 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 리니어 모터는, 상기 고정 베이스에 고정된 자기회로로 되는 전기자 코어에 다상의 전기자 코일을 감아 가지는 전기자와, 상기 테이블에 부착됨과 아울러 상기 전기자와 자기적 공극을 개재하여 대향 배치된 계자용 영구자석으로 구성되어 있고, 상기 검출 수단은, 상기 테이블에 고정된 리니어 스케일부와, 상기 고정 베이스측에 부착되어 상기 리니어 스케일을 검출하기 위한 센서 헤드부로 구성되어 있고, 상기 전기자는, 이 전기자의 추진력을 발생하는 추진력 중심축이 상기 좌우의 가이드 레일의 사이의 중심축과 대략 일치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 전기자와 상기 계자용 영구자석의 상대 위치를 검출하는 자극 검출기를 상기 리니어 스케일과는 반대측에 배치하는 구조로 함과 아울러, 이 자극 검출기를 구성하는 한쪽의 홀(hole) 소자를 고정 베이스측에, 다른 한쪽의 자극 검출기용 영구자석을 상기 계자용 영구자석과 동일 피치(pitch)로 되도록 상기 테이블측에 고정한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3의 발명은, 청구항 1에 기재의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 고정 베이스에는, 상기 가이드 레일의 외측 혹은 내측에 외부의 기기에 부착하기 위한 부착 구멍을 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1에 기재의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 센서 헤드에는, 리니어 모터의 자극 검출 신호 및 스케일 신호 등을 직렬신호로 변환시키는 회로를 집어넣은 것인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5의 발명은, 청구항 1 또는 4에 기재의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 센서 헤드에는, 메모리를 가지고 리니어 모터의 모터 파라미터를 입력시켜서, 이 리니어 슬라이더와 구동 드라이버를 접속시키는 경우, 이 모터 파라미터도 상기 직렬신호 변환회로에 의해, 직렬신호화 하여, 구동 드라이버에 신호 전송시키도록 하는 구조로 한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 6의 발명은, 청구항 1에 기재의 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더에 있어서, 상기 리니어 스케일에는, 리니어 모터 가동자의 절대 위치 신호를 검출하는 절대형(絶對形 : absolute type) 엔코더(encoder)를 탑재한 것인 것을 특징으로 하고 있다.

<발명의 효과>

청구항 1, 6에 기재의 발명에 의하면, 계자용 영구자석의 자기 흡인력에 의해, 리니어 가이드에 프리로드(preload)를 걸 수가 있고, 계자용 영구자석이 한쪽 면에서 가동자 테이블에 밀착 고정되어 있으므로, 가동자 강성도 높고, 리니어 가이드 프리로드(preload)에 의해 가이드 강성도 높게 설계할 수가 있다.

또, 청구항 2에 기재의 발명에 의하면, 자극 검출기를 설치함으로써, 서보 온(ON)시, 곧 바로 리니어 전기자와 계자용 영구자석의 상대 위치를 검출할 수 있어 셋업(set-up)을 간략화할 수가 있다.

청구항 3에 기재의 발명에 의하면, 사용자의 부착 가공 구멍을 빈 공간에 가공함으로써 슬라이더의 폭 치수를 작게 설계할 수가 있다.

청구항 4, 5에 기재의 발명에 의하면, 모터 파라미터도 직렬 전송화하는 구성으로 하고, 모터 정수(定數) 정보 등을 미리 리니어 슬라이더에 기억시켜서, 구동 드라이버에 접속했을 때에 드라이버측에 모터 파라미터 정보를 입력시킴으로써, 장래 만약 구동 드라이버 파손 교환시, 다른 구동 드라이버로 교환하여도, 곧 바로 종래와 동일한 상태로 복귀시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 평면도이다.

도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 정단면도이다.

도 3은 본 발명의 리니어 스케일용의 센서 헤드를 나타내는 사시도이다.

도 4는 제2 실시예를 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 평면도이다.

도 5는 도 4의 A-A선을 따르는 정단면도이다.

도 6은 종래 기술을 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 정단면도이다.

<부호의 설명>

1 　고정 베이스

2 　전기자

3 　테이블

4 　계자용 영구자석

5 　리니어 스케일

6 　센서 헤드

7 　슬라이더

8 　가이드 레일

9 　스토퍼(stopper)

10 　모터 리드

11 　리니어 스케일 리드

12 　구동 드라이버

13 　직렬 변환회로

14 　메모리 IC

15, 16　부착 구멍

17 　자극 검출기 자석

18 　자극 검출기 헤드

19 　직렬 변환기

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 평면도, 도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 정단면도이다.

도에 있어서, (1)은 고정 베이스, (2)는 전기자, (3)은 테이블, (4)는 계자용 영구자석, (5)는 리니어 스케일, (6)은 센서 헤드, (7)은 슬라이더, (8)은 가이드 레일, (9)는 스토퍼(stopper), (10)은 모터 리드(lead), (11)은 리니어(linear) 스케일(scale) 리드(lead), (12)는 구동 드라이버(driver)이다.

본 발명의 특징은 이하와 같다.

즉, 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더는, 기본적으로는, 고정 베이스(1)에 평행으로 대향 배치된 테이블(3)의 좌우를 이동 자유롭게 안내 지지하는 슬라이더(7)와 가이드 레일(8)로 이루어지는 리니어 가이드와, 테이블(3)을 고정 베이스(1)에 대해서 가이드 레일(8) 상의 길이 방향을 따라 왕복 운동시키는 리니어 모터와, 테이블(3)과 고정 베이스(1)의 상대 위치를 검출하기 위한 검출 수단으로 구성되어 있는 점이다. 이 리니어 모터는, 고정 베이스(1)에 고정된 자기회로로 되는 전기자 코어에 다상(다상(多相))의 전기자 코일을 감아 가지는 전기자(2)와, 테이블(3)에 부착됨과 아울러, 전기자(2)와 자기적 공극을 개재하여 대향 배치된 평판 모양의 계자용 영구자석(4)으로 구성되어 있고, 또, 이 검출 수단은, 테이블(3)에 고정된 리니어 스케일(5)과, 고정 베이스(1)측에 부착되어 리니어 스케일(5)을 검출하기 위한 센서 헤드(6)로 구성되어 있다.

또, 전기자(2)는, 고정 베이스(1) 상의 좌우의 가이드 레일(8)의 사이에 끼우도록 고정 베이스(1)에 고정할 때, 이 전기자(2)의 추진력을 발생하는 추진력 중심축이 좌우의 가이드 레일(8) 사이의 중심축 G-G와 대략 일치하도록 배치되어 있다.

도 3은 본 발명의 리니어 스케일 센서 헤드를 나타내는 사시도이다.

도 3에 있어서, (13)은 직렬 변환회로, (14)는 메모리 IC이다.

센서 헤드(6)는, 리니어 모터의 자극 검출 신호 및 스케일 신호 등을 직렬신호로 변환시키는 직렬 변환회로(13)를 집어넣은 것으로 이루어져 있다. 또, 메모리(14)를 가지고 리니어 모터의 모터 파라미터를 입력시켜서, 이 리니어 슬라이더와 구동 드라이버(12)를 접속시키는 경우, 이 모터 파라미터도 직렬신호 변환회로(13)에 의해, 직렬신호화 하여, 구동 드라이버(12)로 신호 전송시키도록 하는 구조로 하고 있다.

또, 고정자 베이스(1)에는, 가이드 레일(8)의 길이 방향에 있어서의 전후에 스토퍼(9)를 설치하여, 테이블(3)의 오버런(over-run) 방지를 실시하고 있다.

다음에, 동작에 대해서 설명한다.

도 1, 2에 나타내듯이, 리니어 모터의 전기자에 도시하지 않는 외부 전원으로부터 통전하면, 테이블을 고정 베이스에 대해서 가이드 레일 상의 길이 방향을 따라 왕복 운동하지만, 그 때, 테이블측에 설치한 리니어 스케일에 대해 고정 베이스측에 설치한 센서 헤드(6)에 의해, 테이블과 고정 베이스의 상대 위치를 검출하면, 도 3에 나타내듯이, 센서 헤드(6)의 내부에 있는 직렬 변환회로(13)에 의해, 리니어 스케일 신호, 자극 신호 및, 메모리 IC(14)에 기억된 모터 파라미터(parameter)가 직렬 변환되어 구동 드라이버(12)측으로 통신 전송된다. 이 구동 드라이버(12)측에 전송된 상기 신호나 모터 파라미터에 기초하여, 구동 드라이버(12)에 의한 리니어 모터의 고정밀의 위치 결정을 한다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더는, 테이블(3)을 고정 베이스(1)에 대해 이동 자유롭게 안내 지지하는 리니어 가이드와, 테이블(3)측에 계자용 영구자석(4)을 배치하고, 고정 베이스(1)에 전기자(2)를 배치하여 이루어지는 리니어 모터와, 테이블(3)에 리니어 스케일(5)을 고정하고, 고정 베이스(1)측에 센서 헤드(6)를 고정하여 이루어지는 검출 수단으로 구성하였으므로, 계자용 영구자석(4)을 테이블(3)측에 고정할 때의 부착 면적이 크기 때문에, 추진력 발생부의 강성을 높게 할 수가 있다.

또, 전기자(2)를 고정 베이스(1) 상의 좌우의 가이드 레일(8)의 사이에 끼우도록 고정 베이스(1)에 고정할 때, 이 전기자(2)의 추진력을 발생하는 추진력 중심축이 좌우의 가이드 레일(8) 사이의 중심축 G-G와 대략 일치하도록 배치한 구성으로 하였으므로, 계자용 영구자석에 작용하는 자기 흡인력이 리니어 가이드에 프리로드(preload)로서 걸리는 것 같은 구조로 되어 있기 때문에, 응답성 향상 때문에 제어 이득을 올려 갈 때의 발진 한계를 높게 할 수 있고, 또 고주파 속도 리플(ripple)을 저감할 수가 있다.

또한, 가동자로부터 모터 리드(10), 리니어 스케일 리드(11) 등의 리드선의 종류를 모두 고정자측에 배치함으로써, 무빙 코일형의 것에 대해서 케이블 보유를 배제할 수가 있다.

그리고, 센서 헤드(6)는, 리니어 모터의 자극 검출 신호 및 스케일 신호 등을 직렬신호로 변환시키는 직렬 변환회로(13)를 집어넣은 구성으로 하였으므로, 종래의 펄스 전송에 비해 대용량 전송이 가능하게 되고, 고속 한편 높은 분해능의 리니어 구동 시스템을 얻을 수가 있다. 또, 본 실시예에 의해, 종래의 펄스열 전송에 비해 최소 위치 결정 분해능을 10배로 성능 향상할 수가 있다.

<실시예 2>

도 4는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더의 평면도이고, 도 5는 도 4의 A-A선을 따르는 정단면도이다.

제1 실시예에서는, 사용자가 기기에 고정하기 위한 설치 구멍을 고정 베이스(1)에 평행으로 2열 가공할 때, 가이드 레일(8)의 외측에 외부의 기기에 부착하기 위한 부착 구멍(15)을 설치하였지만, 제2 실시예에서는, 전기자의 코일 접속 처리부의 영향으로 편측 코일 엔드(end) 폭이 넓어지는 것을 고려하여 전기자 측면과 리니어 가이드와의 공간부에 부착 구멍(16)을 설치한 점이다.

따라서, 제2 실시예는, 부착 구멍을 전기자와 리니어 가이드의 빈 공간에 가공하는 구조로 함으로써 리니어 슬라이더의 폭(width) 치수를 작게 할 수가 있다.

<실시예 3>

도 4는 제3 실시예의 구성을 나타내는 도이다.

도에 있어서, (17)은 자극 검출기용 자석, (18)은 자극 검출기 헤드, (19)는 직렬 변환기이다.

슬라이더의 리니어 스케일과는 반대측에, 리니어 전기자(12)와 계자용 영구자석(14)의 상대 위치를 검출하는 자극 검출기를 배치하는 구조로 하고, 홀 소자가 배비되어 있는 자극 검출기 헤드(18)를 고정 베이스(1)측에 배치하고, 또, 자극 검출기용 자석(17)을 테이블(3)측에 계자용 영구자석(4)과 동일 피치로 배치 고정한 것으로 이루어져 있다.

이 자극 검출 신호는, 리니어 스케일의 센서 헤드(16)로부터 출력되는 스케일 신호와 아울러, 직렬 변환기(19)로 직렬신호화되어 구동 드라이버(12)에 접속, 통신 전송된다.

따라서, 제3 실시예는 초기 자극 검출을 행하기 위한 자극 검출기를 리니어 스케일과는 반대의 슬라이더측부에 설치되고, 이것도 검출측(홀 소자)을 고정 베이스에, 자극 센서용 자석은 테이블에 고정하는 구성으로 하였으므로, 서보(servo) 온(ON)시, 곧 바로 전기자와 계자용 영구자석의 상대 위치를 검출할 수 있어 셋업(set-up)을 간략화할 수가 있다.

또, 본 실시예에서 기술한 리니어 스케일에는, 가동자의 절대 위치 신호를 검출하는 절대형(絶對形 : absolute type) 엔코더를 탑재한 것을 이용하는 것이 바람직하고, 이에 의해 전원 투입시에 원점 복귀 동작을 필요로 하지 않는 조작이 간단한 리니어 슬라이더를 제공할 수가 있다.

이와 같이 기계적 강성을 높게 한 구조로 한 것으로, 리니어 모터의 제어 성능(고속 응답성, 속도 리플 성능)을 향상시킬 수가 있으므로, 고속 정정 위치 결정 슬라이더 유니트, 저속도 리플을 실현시킨 고정밀도 일정 이송 슬라이더 유니트라고 하는 용도에도 적용할 수 있다.

Claims

고정 베이스에 평행으로 대향 배치된 테이블의 좌우를 이동 자유롭게 안내 지지하는 슬라이더와 가이드 레일로 이루어지는 리니어 가이드와, 상기 테이블을 상기 고정 베이스에 대해 상기 가이드 레일 상의 길이 방향을 따라 왕복 운동시키는 리니어 모터와, 상기 테이블과 상기 고정 베이스의 상대 위치를 검출하기 위한 검출 수단을 구비한 리니어 슬라이더에 있어서,

상기 리니어 모터는, 상기 고정 베이스에 고정된 자기회로로 되는 전기자 코어에 다상의 전기자 코일을 감아 가지는 전기자와, 상기 테이블에 부착됨과 아울러 상기 전기자와 자기적 공극을 개재하여 대향 배치된 계자용 영구자석으로 구성되어 있고,

상기 검출 수단은, 상기 테이블에 고정된 리니어 스케일부와, 상기 고정 베이스측에 부착되어 상기 리니어 스케일을 검출하기 위한 센서 헤드부로 구성되어 있고,

상기 전기자는, 이 전기자의 추진력을 발생하는 추진력 중심축이 상기 좌우의 가이드 레일의 사이의 중심축과 대략 일치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.
제1항에 있어서,

상기 전기자와 상기 계자용 영구자석의 상대 위치를 검출하는 자극 검출기를 상기 리니어 스케일과는 반대측에 배치하는 구조로 함과 아울러, 이 자극 검출기를 구성하는 한쪽의 홀 소자를 고정 베이스측에, 다른 한쪽의 자극 검출기용 영구자석을 상기 계자용 영구자석과 동일 피치로 되도록 상기 테이블측에 고정한 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.
제1항에 있어서,

상기 고정 베이스에는, 상기 가이드 레일의 외측 혹은 내측에 외부의 기기에 부착하기 위한 부착 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.
제1항에 있어서,

상기 센서 헤드에는, 리니어 모터의 자극 검출 신호 및 스케일 신호 등을 직렬신호로 변환시키는 회로를 집어넣은 것인 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 센서 헤드에는, 메모리를 가지고 리니어 모터의 모터 파라미터를 입력시켜서, 이 리니어 슬라이더와 구동 드라이버를 접속시키는 경우, 이 모터 파라미터도 상기 직렬신호 변환회로에 의해, 직렬신호화 하여, 구동 드라이버에 신호 전송시키도록 하는 구조로 한 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.
제1항에 있어서,

상기 리니어 스케일에는, 리니어 모터 가동자의 절대 위치 신호를 검출하는 절대형(絶對形 : absolute type) 엔코더(encoder)를 탑재한 것인 것을 특징으로 하는 무빙 마그넷형 리니어 슬라이더.