(57)【要約】【課題】消費電力を抑制するとともに固定子の放熱効率が良好であり、また同一の軌道において複数の可動子を各々の方向に移動させることが可能なマグネット可動型リニアモータを得る。【解決手段】ベース部材４と、複数のマグネット１０を自らの移動方向に並設し前記ベース部材４に設けられたガイド部に沿って移動する可動子２と、前記可動子２の位置を検出する位置検出センサ５と、複数の電磁コイル１１を有して前記ベース部材４に所定の間隔を空けて配設される複数の固定子３とを備え、前記複数の固定子３は、前記位置検出センサ５の検出信号を用いた制御ユニットの制御により各々個別に電磁力を発生して前記可動子２を移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
複数のマグネットを自らの移動方向に並設し前記ベース部材に設けられたガイド部に沿って移動する可動子と、
前記可動子の位置を検出する位置検出センサと、
複数の電磁コイルを有して前記ベース部材に所定の間隔を空けて配設される複数の固定子と、
を備え、
前記複数の固定子は、前記位置検出センサの検出信号を用いた制御ユニットの制御により各々個別に電磁力を発生して前記可動子を移動させることを特徴とするマグネット可動型リニアモータ。
【請求項２】
前記固定子が配設される間隔は、前記可動子の移動方向に並設されたマグネット２個分の整数倍の距離を有することを特徴とする請求項１に記載のマグネット可動型リニアモータ。
【請求項３】
前記位置検出センサは、各固定子間に配設されることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネット可動型リニアモータ。
【請求項４】
前記ベース部材のガイド部に沿って移動する可動子を複数備え、
前記複数の固定子は、前記複数の可動子を個別に移動させる電磁力を各々発生することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマグネット可動型リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石等のマグネットを有する可動子が、電磁コイルを有する固定子の上方を移動するマグネット可動型リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネット可動型のリニアモータは、複数の電磁コイルを並べた固定子と、永久磁石等のマグネットを有する可動子によって構成されている。このようなマグネット可動型リニアモータは、例えば特許文献１に記載されているように、複数の電磁コイルを長手方向に連続的に配列して固定子を構成している。
また、固定子の例えば上方を移動するように、マグネットを取り付けた可動子を備えている。また、可動子の位置を検知するセンサを、固定子が固定されているベース部材等の適当な個所に配設して、可動子が所定の移動範囲を逸脱しないように制御している。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８１５６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、可動子にマグネットを備えた場合には、可動子が移動する軌道上に配設した固定子に電磁コイルが備えられる。そのため、軌道上に存在する各固定子の電磁コイルに電力を供給したときには消費電力が大きくなるという問題点があった。
また、複数の可動子を同じ軌道上に配設してマルチヘッドを構成させることが構造上不可能であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を抑制するとともに固定子の放熱効率が良好であり、また同一の軌道において複数の可動子を各々の方向に移動させることが可能なマグネット可動型リニアモータを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点によるマグネット可動型リニアモータは、ベース部材と、複数のマグネットを自らの移動方向に並設し前記ベース部材に設けられたガイド部に沿って移動する可動子と、前記可動子の位置を検出する位置検出センサと、複数の電磁コイルを有して前記ベース部材に所定の間隔を空けて配設される複数の固定子とを備え、前記複数の固定子は、前記位置検出センサの検出信号を用いた制御ユニットの制御により各々個別に電磁力を発生して前記可動子を移動させる。
【０００７】
好適には、前記固定子が配設される間隔は、前記可動子の移動方向に並設されたマグネット２個分の整数倍の距離を有する。
【０００８】
好適には、前記位置検出センサは、各固定子間に配設される。
【０００９】
好適には、前記ベース部材のガイド部に沿って移動する可動子を複数備え、前記複数の固定子は、前記複数の可動子を個別に移動させる電磁力を各々発生する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各固定子を離間して配設することにより、固定子の電磁コイルの発熱を効率よく放熱し、また複数の可動子を個別に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの概略構成を示す説明図である。
第１の実施形態によるリニアモータ１は、可動子２、所定の間隔を有して配設されている複数の固定子３を有している。
可動子２は、例えば回動自在のローラを自らの底面近傍に備えており、ベース部材４の上面に設けられている図示を省略したレールなどのガイド部に沿って、当該ベース部材４の上面を移動可能に構成されている。
【００１２】
各固定子３は、ベース部材４の上面において、上記のガイド部に沿って配設されている。詳しくは、上記のガイド部に沿って移動する可動子２の下面と対向するように設置されている。
なお、上記のガイド部は、可動子２が移動する軌道を成すものであり、前述のレール以外に、ベース部材４の上面に設けられた溝、段差形状などでもよい。
【００１３】
図２は、第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示す説明図である。この図は、図１に示したリニアモータ１の可動子２と固定子３との配置構成を表しており、他の構成部分の図示を省略している。
図２（Ａ）は、リニアモータ１を上方から視たときの可動子２および固定子３の配置を示しており、図２（Ｂ）は、リニアモータ１を側方視したときの可動子２および固定子３の配置を示している。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示した可動子２のマグネット１０を拡大した説明図である。
【００１４】
可動子２は、可動方向に沿って長さＸを有するように構成されており、例えば直方体に形成された永久磁石のマグネット１０を底面に１２個並べて固定している。
各マグネット１０は、図示したように固定子３と対向する部位において、隣り合うマグネット１０の磁極が異なるように備えられている。換言すると、複数のマグネット１０は、図２（Ｃ）に示したように、可動子２の長手方向、即ち、長さＸを有する方向においてＳ極とＮ極が交互に配置されるように並べられている。
【００１５】
固定子３は、ベース部材４の延設方向に沿って長さＹを有するように構成されており、また、三個の電磁コイル１１を並設している。
各電磁コイル１１は、当該コイルの巻回中心軸がベース部材４の上面に対して鉛直となるように設置されており、上方から視たとき、例えば角端部がラウンドしている縦長の略ロの字状をしている。また、電磁コイル１１は、芯材を有さないコアレスにて構成されている。
上記のように構成されている各固定子３は、ベース部材４の上面において間隔Ｚを空けて配設されている。
【００１６】
上述の可動子２および固定子３は、当該固定子３の一つの電磁コイル１１に対して、可動子２の二つのマグネット１０が対向するように、各々構成されている。マグネット１０および電磁コイル１１の大きさ／形状は、次のようなものである。
例えば、二つの隣り合うマグネット１０を第１のマグネット１０と第２のマグネット１０としたとき、第１のマグネット１０のＳ極と第２のマグネット１０のＮ極が、概ね一つの電磁コイル１１と対向するように構成されている。即ち、マグネット１０ならびに電磁コイル１１は、電磁コイル１１のコイル上面に概ね二つのマグネット１０が重なる大きさに各々形成されている。
リニアモータ１は、上述の説明ならびに図２に示したように、三個の電磁コイル１１に対して四個のマグネット１０が対向するように構成されている。
【００１７】
なお、前述のように三個の電磁コイル１１に対して四個のマグネット１０が対向する状態は、図２に示したように、可動子２が二つの固定子３の上方に位置している場合における、マグネット１０と電磁コイル１１の配置状態である。
詳しくは、上記の二つの固定子３を例えば第１の固定子３と第２の固定子３としたとき、第１の固定子３の端部３０ａと可動子２の移動先端部２０ａが重なり合い、また、第２の固定子３の端部３０ｂと可動子２の移動先端部２０ｂが重なり合っている場合である。
【００１８】
可動子２および固定子３は、前述のベース部材４の延設方向において、可動子２の長さをＸ、固定子３の長さをＹとしたとき、Ｘ＞Ｙ×２となるように構成されている。
なお、図示したＸ，Ｙ,Ｚは、Ｘ＝２Ｙ＋Ｚとなる大きさを有しているが、これらの大きさは、上記のＸ＝２Ｙ＋Ｚとなる関係に限定されない。即ち、リニアモータ１の各固定子３の間隔Ｚは、Ｚ＝Ｘ−２Ｙとして表現される距離に限定されない。
【００１９】
間隔Ｚは、マグネット１０を２個単位で配設することができる距離である。リニアモータ１は、図２（Ｂ）に示したように、可動子２の下方に二つの固定子３が存在するとき、当該固定子３と固定子３との間には偶数個のマグネット１０が配置されるように構成されている。
このことからわかるように、各固定子３の間隔Ｚは、マグネット１０の短手方向の寸法を２倍し、さらに整数倍した距離を有している。換言すると、間隔Ｚは、可動子の移動方向に並べられたマグネット１０の２個分の整数倍の距離である。
【００２０】
ベース部材４は、例えば、アルミ合金、樹脂などを用いて構成されており、上面は滑らかな平面に形成されている。
ベース部材４の上面と固定子３の底面との間に配設される台座１３は、放熱効果を有する材料からなり、非磁性体である例えばオーステナイト系ステンレスやアルミ合金などで構成されている。
【００２１】
リニアモータ１は、上記のように非磁性体の台座１３を用いて、固定子３をベース部材４に設置／固定しているが、それぞれの電磁コイル１１が発生する各電磁力の好ましくない影響を抑制するため、ベース部材４も非磁性体によって構成することが好ましい。
【００２２】
図２（Ｂ）に示したように、各固定子３の間には、可動子２の位置を検出する位置検出センサ５が各々備えられている。
位置検出センサ５は、例えば、リニアセンサ、または、ホール素子を用いて構成されており、後述する制御ユニットに接続され、当該制御ユニットが可動子２の現在位置を認識することができるように、ベース部材４の適当な位置に配設されている。
特に、ベース部材４が延設され、可動子２の移動範囲が長い距離となるときには、位置検出センサ５としてホール素子を使用したものを用いるとコストを抑制することができる。
【００２３】
位置検出センサ５は、固定子３が前述のように間隔をもって配設されていることから、図２（Ａ）に示したように、例えば、第１の固定子３と第２の固定子３との間に備えられている。
また、位置検出センサ５は、図２（Ｂ）に示したように、当該センサの上端部の高さを各固定子３の電磁コイル１１の上端部に揃えて配設されている。即ち、各位置検出センサ５は、当該センサ部分が可動子２の下面に接近するように、ベース部材４に固定されている。
【００２４】
図３は、第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示すブロック図である。この図は、リニアモータ１の動作を制御する制御ユニット１４と、前述の各固定子３および各位置検出センサ５との電気接続を示している。
各固定子３は、当該固定子３の各電磁コイル１１を駆動する駆動アンプ６を介して、個別に制御ユニット１４によって制御されるように接続されている。
また、各位置検出センサ５は、各々検出結果を示す出力信号を制御ユニット１４へ入力するように接続されている。
【００２５】
なお、図３には８個の固定子３を示し、また７個の位置検出センサ５を示しているが、前述のベース部材４に備えられる固定子３および位置検出センサ５の各々個数は、図示した数に限定されない。
また、駆動アンプ６は、固定子３に備えられている各電磁コイル１１を各々駆動する電流を、制御ユニット１４の制御に応じて供給するように構成されている。
【００２６】
各固定子３、もしくは当該固定子３に備えられる各電磁コイル１１は、前述の駆動アンプ６を介して制御ユニット１４によって動作が制御され、固定子３毎に、前述の制御に応じた方向へ作用する電磁力を発生するように構成されている。なお、各駆動アンプ６ならびに各電磁コイル１１は、制御ユニット１４の制御に応じた強さの電磁力を発生するように構成されている。
【００２７】
次に動作について説明する。
図４は、第１の実施形態によるリニアモータの動作を示す説明図である。この図は、図２と同様に可動子２と各固定子３との位置関係を示したものであり、他の構成部分の図示を省略している。
【００２８】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、二つの位置検出センサ５ａ，５ｂ、および、二つの固定子３ａ，３ｂを例示している。また、上記の各図には、固定子３ａ，３ｂの図中上方を移動する可動子２を示している。なお、固定子３ａ，３ｂは前述の固定子３であり、位置検出センサ５ａ，５ｂは前述の位置検出センサ５である。
【００２９】
図４（Ａ）は、可動子２の一部分が固定子３ａの上方を覆う位置に、当該可動子２が移動してきた状態を示している。このとき、位置検出センサ５ａは可動子２を検出した旨を示す信号を出力しており、位置検出センサ５ｂは可動子２を検出していない旨を示す信号を出力している。
【００３０】
制御ユニット１４は、上記の位置検出センサ５ａ，５ｂから出力される各検出信号から、可動子２が固定子３ａの上方に達していることを認識する。
すると、制御ユニット１４は、図示を省略した駆動アンプ６の動作を制御して、固定子３ａの各電磁コイル１１へ供給する駆動電流を制御し、これらの電磁コイル１１に発生させた電磁力と可動子２の各マグネット１０の磁力とを作用させて可動子２を図中右側へ移動させる。
【００３１】
前述のように移動している可動子２は、図４（Ｂ）に示したように固定子３ｂの上方へ当該可動子２の先端部が達する。可動子２は、またさらに移動して図４（Ｃ）に示したように固定子３ｂの上方を覆うようになる。
【００３２】
可動子２が、図４（Ｂ）に示した位置に移動したとき、位置検出センサ５ａおよび位置検出センサ５ｂは、共に可動子２を検出する。
制御ユニット１４は、このときの位置検出センサ５ａ，５ｂの検出信号の内容から可動子２の位置を認識し、固定子３ａの各電磁コイル１１に電磁力の発生を続けさせて、可動子２を移動させる。
【００３３】
可動子２が、図４（Ｃ）に示した位置に移動したとき、即ち、可動子２のマグネット１０が、固定子３ｂと対向する位置へ達したとき、位置検出センサ５ａは可動子２を検出せず、位置検出センサ５ｂは可動子２を検出する。このような検出内容を示す各検出信号が入力された制御ユニット１４は、固定子３ｂの各電磁コイル１１を制御し、固定子３ｂに電磁力を発生させる。
【００３４】
可動子２は、固定子３ｂの電磁コイル１１が発生している電磁力により、さらに図中右側へ移動する。なお、このとき、可動子２は固定子３ａおよび固定子３ｂの両方の上方に位置しているので、制御ユニット１４は、前述のように固定子３ｂの電磁コイル１１に電磁力を発生させると共に、固定子３ａの電磁コイル１１も電磁力の発生を続けるように制御する。
【００３５】
制御ユニット１４は、さらに可動子２が図中右側へ移動して、固定子３ａの上方にはマグネット１０がないことを、位置検出センサ５ａ，５ｂが出力した各検出信号の内容から認識したとき、固定子３ａの電磁コイル１１による電磁力の発生を停止させる。
【００３６】
このように制御ユニット１４は、可動子２のマグネット１０と電磁コイル１１が対向しているとき、当該電磁コイル１１に電磁力を発生させる。もしくは、マグネット１０の磁力と電磁コイル１１が発生する電磁力が作用することができる位置に可動子２がいるときに、当該電磁コイル１１を有する固定子３に電力を供給して電磁力を発生させる。
また、可動子２から離れた固定子３には、電磁力の発生を停止する制御、即ち、駆動アンプ６からの電力供給を停止する制御を行う。
【００３７】
なお、ここでは、可動子２と対向している固定子３に電力を供給して電磁力を発生するようにしているが、全ての固定子３に電磁力を発生させておき、可動子２を移動させるようにしてもよい。
また、可動子２の進行方向に配設されている固定子３に順次電力を供給して電磁力を発生させるようにしてもよい。
【００３８】
可動子２の移動方向を逆方向に変更するときには、制御ユニット１４が、当該移動方向を変更する位置に配設されている固定子３の電磁コイル１１に、逆方向に作用する電磁力を発生させる。
さらに、上記の逆方向に移動を開始した可動子２の進行方向に配設されている各固定子３についても、順次、これまでとは逆方向に作用する電磁力を発生するように制御する。
【００３９】
上記のように、適当な位置に配設されている固定子３の電磁コイル１１に、逆方向に作用する電磁力を発生させることにより、任意の位置から可動子２を逆方向へ移動させることも可能である。
即ち、リニアモータ１は、固定子３毎に、可動子２に作用する方向の異なる電磁力を発生させることが可能であり、任意の位置に配設された固定子３を制御することにより、可動子２の移動方向を変更することが可能である。
【００４０】
以上のように第１の実施形態によれば、複数の固定子３を所定の間隔Ｚを空けて配設し、各固定子３の電磁コイル１１を個別に制御して電磁力を発生させるようにした。
このようにすることによって、各固定子３の間に位置検出センサ５を配設することが可能になり、可動子２の位置検出精度を高めることができる。
またさらに、上記の位置検出センサ５の精度の高い検出結果を用いることにより、制御ユニット１４による可動子２の移動制御を適確に行うことができる。
また、固定子３毎に作用方向の異なる電磁力を発生して、可動子２のマグネット１０に作用させることができ、制御ユニット１４による可動子２の移動制御を簡易なものにすることができる。
【００４１】
また、各固定子３の間に空間を設けることができることから、固定子３の電磁コイル１１による電磁力発生時の発熱を効率よく放熱することができる。
また、可動子２には、いずれの配線接続も要しないため、軌道上において自在に移動させることができ、さらに可動子２の構成の自由度を高めることができる。
【００４２】
また、リニアモータ１は、固定子３の電磁コイル１１をコアレスとして構成するとともに、台座１３を非磁性体によって構成し、またさらにベース部材４を非磁性体によって構成している。
このようにすることによって、各固定子３の電磁コイル１１は、制御ユニット１４の制御に応じて、各固定子３の電磁コイル１１がレスポンス良く電磁力を発生して可動子２に作用させることができる。
また、上記の電磁コイル１１が発生する電磁力を、制御ユニット１４の制御に応じて異なる方向へ作用するように素早く切り替えることができる。
またさらに、上述のように構成することにより、可動子２を移動させる駆動力、即ち移動する可動子２に作用する電磁力が乱れることを抑えることができ、各固定子３を離間して配設しても、可動子２を滑らかに移動させることができる。
【００４３】
また、固定子３を離間して配設しているので、電磁コイル１１等の数量を低減することができ、コストを抑えることができる。また、消費電力を抑えることができる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示す説明図である。第２の実施形態によるマグネット可動型リニアモータは、図５において図示を省略したベース部材４にガイド部を備え、当該ガイド部に沿って一連に配設された複数の固定子３の上方、即ち同一のガイド部に二つの可動子２ａ，２ｂを備えている。
【００４５】
図５に示した各固定子３は、前述の第１の実施形態で説明したものと同様に構成されている。
また、図５に示した可動子２ａおよび可動子２ｂは、第１の実施形態で説明した可動子２と同様に構成されたものである。即ち、各可動子２ａ，２ｂの下面には、極性が交互に異なるように並べられた複数のマグネット１０が備えられている。
【００４６】
また、図５の各固定子３は、第１の実施形態において説明したように、各々三個の電磁コイル１１を備えている。
また、図５の各固定子３は、第１の実施形態において図３を用いて説明したように、図５において図示を省略した制御ユニット１４ならびに各駆動アンプ６に接続されている。即ち、図５に示した各固定子３は、制御ユニット１４によって各々の電磁力発生動作が個別に制御されるように構成されている。
【００４７】
図５に例示したマグネット可動型リニアモータは、８個の固定子３を備えており、当該８個の固定子３が配設されている可動範囲を有している。なお、上記の各固定子３は、第１の実施形態で説明したように間隔Ｚを空けて離間されている。
【００４８】
また、これらの固定子間には、位置検出センサ５が各々配設されている。これらの位置検出センサ５も、第１の実施形態で説明したように各々制御ユニット１４に接続されており、可動子２ａおよび可動子２ｂの各位置を検出するように、前述の軌道上に備えられている。
【００４９】
次に動作について説明する。
各固定子３の電磁コイル１１に電磁力を発生させて可動子を移動させる動作は、第１の実施形態で説明したものと同様である。
第２の実施形態によるマグネット可動型リニアモータは、前述のように二つの可動子２ａ，２ｂをそれぞれ個別に移動させることが可能である。
図５に示した各固定子３が発生する電磁力は、制御ユニット１４によって制御されており、上記の電磁力の作用方向ならびに当該電磁力の強さも制御ユニット１４によって制御される。
【００５０】
制御ユニット１４は、各位置検出センサ５の検出信号から可動子２ａの位置と可動子２ｂの位置とを各々認識し、例えば、可動子２ａと可動子２ｂが衝突しないように制御を行う。このとき、制御ユニット１４は、予め自らに設定されたように各固定子３、もしくは当該固定子３の電磁コイル１１を制御し、各可動子２ａ，２ｂを移動させる。
【００５１】
上述のように、各々可動子２ａ，２ｂを移動させるときには、各可動子、もしくは当該マグネット可動型リニアモータの用途に応じて、可動子毎に移動範囲、即ちゾーン設定を行い、各々の可動子を上記の各移動範囲内において、例えば個別に動作させるようにしてもよい。
即ち、第２の実施形態によるマグネット可動型リニアモータは、用途に応じて複数の可動子を個別に動作させる、または、連動させて動作させることが可能である。
【００５２】
以上のように第２の実施形態によれば、同一軌道上に複数の固定子３を離間して配設し、各固定子３を個別に制御して、各々異なる方向に作用する電磁力を発生することができるように構成した。
このようにすることによって、上記の同一軌道上に備えた複数の可動子２ａ，２ｂを個別に移動させることができ、マルチヘッドのマグネット可動型リニアモータを実現することができる。
【００５３】
また、各可動子２ａ，２ｂには電気的な配線接続を要しないため、同一の軌道上において可動子毎に可動範囲を制限することなく各々自在に移動させることができる。
また、可動子２ａの移動速度と可動子２ｂの移動速度が異なるように動作させることも可能である。
【００５４】
なお、ここで例示したマグネット可動型リニアモータは、二つの可動子２ａ，２ｂを備えているが、本発明のマグネット可動型リニアモータは、可動子が二つの構成に限定されない。本発明のマグネット可動型リニアモータは、少なくとも一つ、あるいは二つ以上の任意の個数の可動子を備えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態によるリニアモータの動作を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるマグネット可動型リニアモータの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…リニアモータ、２，２ａ，２ｂ…可動子、３，３ａ，３ｂ…固定子、４…ベース部材、５，５ａ，５ｂ…位置検出センサ、６…駆動アンプ、１０…マグネット、１１…電磁コイル、１３…台座、１４…制御ユニット、２０ａ，２０ｂ…移動先端部、３０ａ，３０ｂ…端部。
【図１】
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【図２】
2010130740.tif 000004
【図３】
2010130740.tif 000005
【図４】
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【図５】
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